Perforacin y Voladura de rocas en minera

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  • PERFORACIN Y VOLADURA DE ROCAS EN MINERA

    JOS BERNAOLA ALONSO JORGE CASTILLA GMEZ

    JUAN HERRERA HERBERT

    MADRID, 2013

    DEPARTAMENTO DE EXPLOTACIN DE RECURSOS MINERALES Y OBRAS SUBTERRNEAS LABORATORIO DE TECNOLOGAS MINERAS

    E.T.S. DE INGENIEROS DE

    MINAS DE MADRID

  • PERFORACIN Y VOLADURA DE ROCAS EN MINERA

    JOS BERNAOLA ALONSO JORGE CASTILLA GMEZ JUAN HERRERA HERBERT

    MADRID, 2013

    DEPARTAMENTO DE EXPLOTACIN DE RECURSOS MINERALES Y OBRAS SUBTERRNEAS LABORATORIO DE TECNOLOGAS MINERAS

    E.T.S. DE INGENIEROS DE

    MINAS DE MADRID

  • Copyright 2013. Todos los derechos reservados Juan Herrera Herbert juan.herrera@upm.es Jorge Castilla Gmez jorge.castilla@upm.es Diseo de cubiertas e interiores: Los autores. Imagen de portada: Jorge Castilla Gmez Universidad Politcnica de Madrid Departamento de Explotacin de Recursos Minerales y Obras Subterrneas Laboratorio de Tecnologas Mineras

  • ADVERTENCIA

    El presente documento ha sido preparado con una finalidad exclusivamente divulgativa y docente. Las referencias a productos, marcas, fabricantes y estndares que pueden

    aparecer en el texto, se enmarcan en esa finalidad y no tienen ningn propsito comercial.

    Todas las ideas que aqu se desarrollan tienen un carcter general y formativo y el mbito de utilizacin se circunscribe exclusivamente a la formacin de los estudiantes de la UPM. La respuesta ante un caso particular requerir siempre de un anlisis especfico para poder dictaminar la idoneidad de la solucin, los riesgos afrontados en cada caso, adems de las incidencias en los costes de explotacin. Consulte siempre a su distribuidor y fabricante de

    confianza.

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    ndice de la obra

    1. INTRODUCCIN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 2. SISTEMAS DE PERFORACIN A PERCUSIN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

    2.1. POTENCIA DE PERCUSIN ................................................................................................. 8 2.2. PERFORACIN NEUMTICA ............................................................................................. 11

    2.2.1. PERFORADORAS CON MARTILLO EN CABEZA ............................................................ 12 2.2.2. PERFORADORAS CON MARTILLO EN FONDO ............................................................. 14 2.2.3. PERFORACIN DE RECUBRIMIENTOS. SISTEMA ODEX ............................................... 17 2.2.4. COMPRESORES ....................................................................................................... 17

    2.3. PERFORACIN HIDRULICA ............................................................................................. 20 3. SISTEMAS DE PERFORACION A ROTACION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

    3.1. PERFORACIN POR CORTE .............................................................................................. 26 3.2. PERFORACIN ROTATIVA CON TRICONO .......................................................................... 28

    3.2.1. TRICONOS ............................................................................................................. 28 3.2.2. PARMETROS DE PERFORACIN .............................................................................. 31

    3.3. PERFORACIN CON CORONA DE DIAMANTE ..................................................................... 35 3.3.1. CORONAS .............................................................................................................. 36 3.3.2. PARMETROS DE PERFORACIN .............................................................................. 38

    4. CAMPO DE APLICACION DE LOS DISTINTOS SISTEMAS DE PERFORACION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

    4.1. ROTACIN POR CORTE CON TRICONO .......................................................................... 43 4.2. ROTACIN CON CORONA PARA EXTRACCIN DE TESTIGO ................................................ 44 4.3. PERCUSIN .................................................................................................................... 46 4.4. CONSIDERACIONES FINALES ........................................................................................... 47

    5. TECNICAS DE EVACUACION DEL DETRITUS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 6. TECNICAS DE TESTIFICACION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

    6.1. TESTIFICACIN CONTINUA ............................................................................................. 56 6.2. NORMALIZACIN ............................................................................................................ 59

    6.2.1. NORMA EUROPEA (MTRICA) .................................................................................. 59 6.2.2. NORMA AMERICANA ............................................................................................... 59

    6.3. TESTIFICACIN POR CAPTACIN DEL DETRITUS .............................................................. 61 7. SELECCION DEL EQUIPO DE PERFORACION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 8. FUNDAMENTOS SOBRE EXPLOSIVOS Y LA TEORA DE LA ........................

    DETONACIN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 8.1. GENERALIDADES ............................................................................................................ 65 8.2. TIPOS DE REACCIN EN FUNCIN DE LA CINTICA QUMICA ............................................ 66

    8.2.1. COMBUSTIN ......................................................................................................... 67 8.2.2. DEFLAGRACIN ...................................................................................................... 67 8.2.3. DETONACIN ......................................................................................................... 67

    8.3. MECANISMO DE LA DETONACIN .................................................................................... 68 9. PROPIEDADES Y CARACTERSTICAS DE LOS EXPLOSIVOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

    9.1. POTENCIA EXPLOSIVA ..................................................................................................... 71 9.2. PODER ROMPEDOR ......................................................................................................... 75 9.3. VELOCIDAD DE DETONACIN .......................................................................................... 77

    9.3.1. ENSAYOS DE LABORATORIO .................................................................................... 77

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    9.3.2. ENSAYOS DE CAMPO ............................................................................................... 78 9.4. DENSIDAD ...................................................................................................................... 80 9.5. DIMETRO CRTICO ........................................................................................................ 81 9.6. MASA CRTICA ................................................................................................................ 81 9.7. RESISTENCIA AL AGUA .................................................................................................... 81 9.8. CALIDAD DE LOS HUMOS ................................................................................................ 82 9.9. TOXICIDAD .................................................................................................................... 82 9.10. SENSIBILIDAD ................................................................................................................ 82

    9.10.1. SENSIBILIDAD AL DETONADOR ............................................................................... 83 9.10.2. SENSIBILIDAD A LA ONDA EXPLOSIVA ..................................................................... 84 9.10.3. SENSIBILIDAD AL CHOQUE Y AL ROZAMIENTO ......................................................... 85

    9.11. ESTABILIDAD QUMICA ................................................................................................... 85 9.12. CALOR DE EXPLOSIN .................................................................................................... 86 9.13. BALANCE DE OXGENO .................................................................................................... 87 9.14. ENSAYOS ESPECFICOS DE LOS EXPLOSIVOS DE SEGURIDAD ............................................ 88

    9.14.1. MORTERO LARGO ................................................................................................... 89 9.14.2. MORTERO CORTO CON O SIN PLACA ....................................................................... 89 9.14.3. CARGAS SUSPENDIDAS ........................................................................................... 89 9.14.4. MORTERO DE ESQUINA ........................................................................................... 89 9.14.5. CLASIFICACIN DE LOS EXPLOSIVOS DE SEGURIDAD ............................................... 90

    10. SUSTANCIAS EXPLOSIVAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 10.1. SUSTANCIAS EXPLOSIVAS ............................................................................................... 91 10.2. SUSTANCIAS EXPLOSIVAS UTILIZADAS COMO INICIADORES .............................................. 91 10.3. SUSTANCIAS EXPLOSIVAS SECUNDARIAS ......................................................................... 93 10.4. SUSTANCIAS NO EXPLOSIVAS SUSCEPTIBLES DE DETONAR ............................................... 95

    11. EXPLOSIVOS INDUSTRIALES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 11.1. DINAMITA ...................................................................................................................... 98

    11.1.1. DINAMITA PULVERULENTA ...................................................................................... 98 11.1.2. DINAMITA GELATINOSA .......................................................................................... 98

    11.2. ANFO ............................................................................................................................. 99 11.3. HIDROGELES .................................................................................................................100 11.4. EMULSIONES .................................................................................................................102 11.5. EXPLOSIVOS PARA LA MINERA DE CARBN. EXPLOSIVOS DE SEGURIDAD ........................104 11.6. PLVORA NEGRA ...........................................................................................................106

    12. ACCESORIOS DE VOLADURA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 12.1. SISTEMAS DE INICIACIN ..............................................................................................111

    12.1.1. DETONADORES ORDINARIOS .................................................................................112 12.1.2. DETONADORES ELCTRICOS ..................................................................................112 12.1.3. DETONADORES NO ELCTRICOS.............................................................................115 12.1.4. DETONADORES ELECTRNICOS..............................................................................117

    12.2. CORDN DETONANTE ....................................................................................................121 12.3. REL DE MICRORRETARDO .............................................................................................123 12.4. MULTIPLICADORES ........................................................................................................124 12.5. MECHA LENTA ...............................................................................................................125 12.6. OTROS ACCESORIOS NO EXPLOSIVOS .............................................................................126

    12.6.1. EXPLOSORES ELCTRICOS .....................................................................................126 12.6.2. OHMETROS ...........................................................................................................127 12.6.3. SISTEMAS DE INICIACIN NO ELCTRICA ...............................................................129

    13. EL MECANISMO DE FRAGMENTACIN DE LA ROCA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 13.1. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL MECANISMO DE ROTURA DE LA ROCA ............................135 13.2. INFLUENCIA DE LAS CARACTERSTICAS DE LA ROCA ........................................................135 13.3. INFLUENCIA DE LAS CARACTERSTICAS DE LOS EXPLOSIVOS ...........................................138

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    14. CONCEPTOS BSICOS EN EL DISEO DE VOLADURAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139 14.1. INTRODUCCIN .............................................................................................................139 14.2. PARMETROS DE LAS VOLADURAS EN BANCO ..................................................................139 14.3. FACTORES QUE AFECTAN AL DISEO DE VOLADURAS ......................................................140

    14.3.1. FACTORES QUE AFECTAN AL RENDIMIENTO DE LA VOLADURA .................................141 14.3.2. FACTORES GEOMTRICOS ......................................................................................142 14.3.3. FACTORES INHERENTES A LA ROCA ........................................................................143 14.3.4. FACTORES INHERENTES AL EXPLOSIVO ..................................................................143

    14.4. VOLADURAS EN BANCO ..................................................................................................144 14.4.1. INFLUENCIA DEL NGULO DE PERFORACIN EN LA VOLADURA ................................148 14.4.2. FRMULAS DE CLCULO DE ESQUEMAS DE VOLADURA EN BANCO ............................150 14.4.3. CLCULO DE LA CARGA DE EXPLOSIVO POR BARRENO .............................................154 14.4.4. SECUENCIA DE ENCENDIDO ...................................................................................155 14.4.5. TIEMPO DE RETARDO ENTRE BARRENOS DE LA MISMA FILA ....................................160 14.4.6. TIEMPO DE RETARDO ENTRE FILAS ........................................................................161

    14.5. VOLADURAS DE CONTORNO ...........................................................................................161 14.6. APLICACIN DE LAS VOLADURAS DE CONTORNO .............................................................164 14.7. VOLADURAS EN ZANJA ...................................................................................................165 14.8. VOLADURAS EN CRTER .................................................................................................168 14.9. VOLADURAS DE INTERIOR ..............................................................................................169

    14.9.1. ESQUEMA DE TIRO CON CUELE DE BARRENOS INCLINADOS .....................................172 14.9.2. ESQUEMA DE TIRO CON CUELE DE BARRENOS PARALELOS ......................................172 14.9.3. SECUENCIA DE ENCENDIDO ...................................................................................175 14.9.4. GRFICOS DE CLCULO .........................................................................................176 14.9.5. SISTEMAS DE CARGA DE EXPLOSIVOS ENCARTUCHADOS EN VOLADURAS DE ................

    INTERIOR .............................................................................................................178 14.9.6. SISTEMAS DE CARA DE EXPLOSIVOS A GRANEL EN VOLADURAS DE INTERIOR ..........181 14.9.7. SISTEMAS DE CARGA DE ANFO ...............................................................................182 14.9.8. SISTEMAS DE CARGA DE EXPLOSIVO BOMBEABLE ....................................................183 14.9.9. VENTAJAS DE LA CARGA DE EXPLOSIVO A GRANEL ..................................................185

    14.10. METODOLOGA Y HERRAMIENTAS PARA LA OPTIMIZACIN DE VOLADURAS A CIELO ............. ABIERTO .......................................................................................................................185

    14.10.1. HERRAMIENTAS A EMPLEAR PREVIAS A LA VOLADURA .............................................187 14.10.2. HERRAMIENTAS A EMPLEAR DURANTE LA VOLADURA ..............................................193 14.10.3. HERRAMIENTAS A EMPLEAR DESPUS DE LA VOLADURA. .........................................194

    15. EFECTOS DE LAS VOLADURAS EN EL ENTORNO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197 15.1. INTRODUCCIN .............................................................................................................197

    15.1.1. MODIFICACIONES PERMANENTES ...........................................................................197 15.1.2. MODIFICACIONES TRANSITORIAS ..........................................................................198

    15.2. VIBRACIONES ................................................................................................................199 15.2.1. ONDAS SSMICAS ..................................................................................................200 15.2.2. MEDIDAS DE VIBRACIONES PRODUCIDAS POR VOLADURAS .....................................202 15.2.3. EQUIPOS DE MEDIDA DE LAS VIBRACIONES GENERADAS POR VOLADURA .................202 15.2.4. LEY DE TRASMISIVIDAD .........................................................................................206 15.2.5. CONTROL DE VIBRACIONES PRODUCIDAS POR VOLADURAS .....................................207 15.2.6. FACTORES QUE AFECTAN A LAS VIBRACIONES ........................................................216 15.2.7. ACCIONES POSIBLES PARA REDUCIR LAS VIBRACIONES PRODUCIDAS POR ...................

    VOLADURAS ..........................................................................................................218 15.3. PROYECCIONES .............................................................................................................219 15.4. ONDA AREA .................................................................................................................220 15.5. ACCIONES POSIBLES PARA REDUCIR LAS AFECCIONES PRODUCIDAS POR LA ONDA ............... AREA ...........................................................................................................................221 15.6. INTEGRACIN DE LA OPERACIN MINERA EN LA REDUCCIN LOS EFECTOS DE LAS VOLADURAS EN EL ENTORNO .........................................................................................222

    15.6.1. GENERACIN DE RBOLES DE FALLOS ....................................................................223 15.6.2. VIBRACIONES. RBOL DE FALLOS ...........................................................................225

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    15.6.3. PROYECCIONES. RBOL DE FALLOS ........................................................................226 15.6.4. ONDA AREA. RBOL DE FALLOS ............................................................................227

    16. NORMAS DE SEGURIDAD EN EL MANEJO DE EXPLOSIVOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229 16.1. ALMACENAMIENTO DE EXPLOSIVOS ................................................................................229 16.2. TRANSPORTES INTERIORES ...........................................................................................230 16.3. PERFORACIN DE BARRENOS .........................................................................................231 16.4. CARGA DE BARRENOS ....................................................................................................231 16.5. PREPARACIN DEL CARTUCHO CEBO ..............................................................................233 16.6. RETACADO ....................................................................................................................234 16.7. USO Y MANEJO DE DETONADORES ELCTRICOS ..............................................................234 16.8. LNEA DE TIRO ..............................................................................................................235 16.9. DISPARO DE LA VOLADURA ............................................................................................235 16.10. EXPLOSORES Y OTROS INICIADORES ..............................................................................236 16.11. BARRENOS FALLIDOS .....................................................................................................237 16.12. COMPROBACIONES ........................................................................................................237

    17. SEGURIDAD EN LA DESTRUCCIN DE EXPLOSIVOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239 17.1. INTRODUCCIN .............................................................................................................239 17.2. MTODOS DE DESTRUCCIN DE EXPLOSIVOS .................................................................241

    17.2.1. COMBUSTIN ........................................................................................................241 17.2.2. DETONACIN ........................................................................................................242 17.2.3. DISOLUCIN (PROCEDIMIENTO QUMICO) ..............................................................244

    17.3. VOLUMEN DE PRODUCTOS .............................................................................................245 17.3.1. COMBUSTIN ........................................................................................................246 17.3.2. DETONACIN ........................................................................................................246 17.3.3. POR PROCEDIMIENTOS QUMICOS .........................................................................246

    17.4. MTODOS DE TRABAJO ..................................................................................................247 17.4.1. POR COMBUSTIN .................................................................................................249 17.4.2. POR DETONACIN .................................................................................................250

    17.5. DISTANCIAS DE SEGURIDAD...........................................................................................250 17.6. MEDIDAS PREVENTIVAS .................................................................................................251

    17.6.1. ALMACENAMIENTO ................................................................................................252 17.6.2. EQUIPOS DE PROTECCIN PERSONAL .....................................................................252

    17.7. FORMACIN ..................................................................................................................252 18. REFERENCIAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255

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    1. INTRODUCCIN La perforacin y voladura es una tcnica aplicable a la extraccin de roca en terrenos competentes, donde los medios mecnicos no son aplicables de una manera rentable. As, partiendo de esta definicin, este mtodo es aplicable a cualquier mtodo de explotacin, bien en minera, bien en obra civil, donde sea necesario un movimiento de tierras. La tcnica de perforacin y voladura se basa en la ejecucin de perforaciones en la roca, donde posteriormente se colocarn explosivos que, mediante su detonacin, transmiten la energa necesaria para la fragmentacin del macizo rocoso a explotar. De esta forma, se tienen dos tecnologas claramente diferenciadas: la tecnologa de la perforacin y la tecnologa de diseo y ejecucin de voladuras. Las tcnicas de perforacin, adems de la aplicacin a la ejecucin de perforaciones para voladuras, se emplean para multitud de aplicaciones, como puede ser la exploracin, drenajes, sostenimiento, etc. La perforacin en roca ha ido evolucionando con el tiempo con la incorporacin y empleo de diferentes tecnologas, aunque muchas han ido cayendo en desuso, bien por la eficiencia conseguida, o bien por otros condicionantes externos (econmicos, medioambientales, etc.). Las ms empleadas y desarrolladas se basan en sistemas de perforacin mecnicos, conocidos como sistemas de perforacin a rotacin y a percusin. Son estos mtodos, cuya eficacia se enmarca en energas especficas por debajo de los 1.000 J/cm3, los que sern ms ampliamente descritos y desarrollados en este libro. Existe una relacin intrnseca entre la perforacin y la voladura, ya que puede afirmarse categricamente que una buena perforacin posibilita una buena voladura, pero una mala perforacin asegura una mala voladura. Se entiende por buena perforacin aquella que se ha hecho con los medios y tcnicas ms adecuadas y que adems se ha ejecutado de forma correcta. Asimismo una buena voladura ser aquella que cumple con el objetivo para que el que fue diseada.

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    2. SISTEMAS DE PERFORACIN A PERCUSIN

    Esta denominacin engloba todas aquellas formas de perforacin en las que la fragmentacin de la roca se produce bsicamente por impacto de un til de filo ms o menos aguzado sobre la misma. Los sistemas de percusin simple son todava utilizados en algunos equipos viejos de perforacin de pozos de agua (perforadoras de cable), que bsicamente consisten en un trpano en forma de cuchilla con el filo inferior ms o menos aguzado y que, suspendido de un cable, se deja caer sobre el fondo del pozo. E ste fondo se retiran peridicamente los fragmentos producidos mediante un til especial (cuchara) que los recoge junto con una cierta cantidad de agua que se aade para facilitar la operacin. Este sistema se encuentra en la actualidad totalmente obsoleto. Los sistemas que se van a abordar en ste captulo y que se utilizan actualmente son rotopercusivos, en los que adems de la percusin proporcionan al til de corte un movimiento de rotacin y una relativamente pequea fuerza de empuje para una transmisin de la energa ms eficaz. En estos sistemas la velocidad de perforacin es proporcional a la potencia de percusin (producto de la energa de impacto por la frecuencia de golpes). En cambio, la rotacin y el empuje son meras acciones auxiliares que, siempre y cuando se superen unos valores mnimos necesarios para espaciar convenientemente los puntos de incidencia de los impactos y mantener el til de perforacin en contacto con la roca, influyen relativamente poco en la velocidad de perforacin. El martillo es el elemento que proporciona la percusin mediante el movimiento alternativo de una pieza de choque, que es el pistn, que sucesivamente golpea sobre el utillaje de perforacin. El pistn puede ser accionado por aire comprimido (perforacin neumtica) por aceite hidrulico (perforacin hidrulica).

  • J. Bernaola Alonso - J. Castilla Gmez - J. Herrera Herbert

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    2.1. POTENCIA DE PERCUSIN Dado que la nica forma tcnicamente aceptable de valorar un martillo perforador es su potencia de percusin y su eficiencia, es conveniente describir y analizar los aspectos que definen sta potencia, las distintas formas que existen de medirla y los parmetros de los que depende. La figura 1 representa esquemticamente el mecanismo de percusin de un martillo. Este mecanismo consta de una pieza mvil (pistn) que se desplaza con un movimiento de vaivn en el interior de una cmara (cilindro) por la accin que un fluido a presin (aire aceite) ejerce sobre una determinada superficie (rea de trabajo). La longitud de este desplazamiento que en general es una constante de diseo se denomina carrera.

    El clculo de la energa de impacto E podra hacerse de dos formas:

    Una primera sera haciendo el clculo del trabajo realizado sobre el pistn mediante la siguiente expresin:

    =

    Siendo:

    Pm = Presin media efectiva del fluido. A = rea de trabajo del pistn. L = Carrera.

    Figura 1:

    Potencia de percusin. Parmetros

  • J. Bernaola Alonso - J. Castilla Gmez - J. Herrera Herbert

    9

    Otra forma de hacerlo, que descontara las prdidas por rozamiento, sera

    mediante el clculo de la energa cintica del pistn al final de su carrera:

    =

    Siendo:

    M =Masa del pistn. V = Velocidad del pistn al final de la carrera.

    Generalmente, es bastante aproximado suponer que:

    = ; ( < ) Esta proporcionalidad entre E2 y E1 permite, despejando V, escribir la siguiente proporcionalidad:

    2

    Por otra parte, existe tambin una proporcionalidad, funcin de las variables de diseo, entre la velocidad final del pistn V y el producto de la carrera por la frecuencia de impacto:

    V (L N) siendo N la Frecuencia de Impacto

    De estas dos relaciones de proporcionalidad, se puede extraer una tercera para calcular la potencia de percusin:

    W E N Pm A L N Pm A V Esta relacin indica que la presin del fluido de accionamiento y el rea de trabajo del pistn son los parmetros que ms inciden en la potencia de percusin del martillo. Las tres variables M, A y L son variables de diseo sobre las que el operador no puede actuar. Sin embargo, s podr hacerlo sobre la presin del fluido de accionamiento para obtener una gama de potencias de percusin, segn requiera cada aplicacin en concreto.

  • J. Bernaola Alonso - J. Castilla Gmez - J. Herrera Herbert

    10

    Existe an una tercera forma de calcular la energa de impacto mediante el registro de los esfuerzos de compresin generados por la onda de choque que recorre el varillaje. Ello dar lugar a un registro como el que se representa en la figura 2, donde varios trenes de ondas, tanto incidentes como reflejadas, recorren el varillaje en ambos sentidos. En dicha figura puede apreciarse por un lado la onda incidente que es lgicamente de compresin y tambin, un cierto tiempo despus, la onda reflejada, que tiene dos partes: una primera de traccin que se corresponde con la penetracin de la broca en el terreno y otra de compresin que es la reaccin que produce la roca en el instante en que cesa esta penetracin.

    La energa de una onda puede calcularse mediante la frmula:

    3 =

    22

    donde:

    S = Seccin del varillaje.

    Figura 2: Esfuerzos sobre el varillaje

  • J. Bernaola Alonso - J. Castilla Gmez - J. Herrera Herbert

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    c = Velocidad de propagacin de la onda. Y = Mdulo de Young. f = Esfuerzo unitario de compresin sobre el varillaje. t = Tiempo.

    La diferencia de energa entre la onda incidente y la reflejada representa la energa transmitida a la roca. Naturalmente el valor E3 correspondiente a la energa de la onda de compresin incidente y que se ha calculado de esta manera, sera inferior a los dos anteriores pues se habran descontado las prdidas de energa en el choque del pistn con el varillaje.

    2.2. PERFORACIN NEUMTICA El fluido de accionamiento en el caso de la perforacin neumtica es aire comprimido a una determinada presin, normalmente de valores comprendidos entre 7 y 25 bar. Existen dos alternativas:

    1. Que la percusin se produzca fuera del taladro y se transmita a la broca a travs de la sarta de varillaje (martillo en cabeza).

    2. Que el martillo se site en el fondo del taladro, golpeando as el pistn directamente sobre la broca (martillo de fondo).

    La disposicin de los distintos elementos en cada una de estas alternativas es la que se indica en la figura 3.

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    2.2.1. PERFORADORAS CON MARTILLO EN CABEZA Son perforadoras cuyo martillo est diseado para trabajar mediante aire a 7 - 8 bar de presin mxima. Como consecuencia, y al objeto de disponer de una energa de impacto suficiente, el rea de trabajo del pistn ha de ser grande (tnganse en cuenta que la energa de impacto viene dada por el producto de tres factores: presin efectiva, rea y carrera del pistn). El perfil longitudinal del pistn tiene por tanto forma de T, tal y como se puede apreciar en la figura 4. El martillo en cabeza, como puede verse indicado en la figura 3, incorpora tambin el mecanismo de rotacin que a su vez puede ser independiente o no del de percusin en funcin de los tamaos y diseos. El empuje lo proporciona el motor de avance (neumtico) que a su vez acciona una cadena a la que va enganchado

    Figura 3: Disposicin de elementos en perforacin neumtica

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    el martillo y que de esta forma desliza sobre un bastidor denominado corredera o deslizadera. El conjunto generalmente queda montado sobre un chasis que sirve de portador para el resto de elementos que proporcionan todos los movimientos de posicionamiento y traslacin.

    La fuente de energa primaria para la percusin es el aire comprimido que a su vez es suministrado por un compresor incorporado en el equipo de perforacin. En modelos ms antiguos, el aire comprimido era suministrado desde una unidad compresora independiente y remolcable, ya que dispona de sus propias ruedas y que se conectaba a la perforadora mediante una manguera. Esta unidad poda situarse a una distancia de unos 20 40 m de la perforadora para que las prdidas de presin no fueran excesivas (figura 5).

    Figura 4: Martillo neumtico

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    2.2.2. PERFORADORAS CON MARTILLO EN FONDO Son perforadoras en las que, a diferencia de los martillos en cabeza, el elemento que proporciona la percusin o martillo va situado en el interior del taladro e incorpora nicamente el mecanismo de percusin (los elementos que proporcionan la rotacin y el empuje son del todo independientes y estn situados en superficie) como se indica en la figura 3. El chasis y los restantes elementos son similares a los mencionados para las perforadoras de martillo en cabeza, e incluyen tambin el compresor y la cabina para el operador (figura 5 B). El martillo tiene forma cilndrica y su mecanismo de percusin funciona de forma similar a como se muestra en la figura 6. La posicin a muestra el inicio de la carrera ascendente del pistn. El aire a presin abre la vlvula antirretorno situada en la parte superior del martillo y entra en el tubo central distribuidor. De las tres oquedades de salida de ste, slo la central se encuentra abierta, de forma que el

    Figura 5: Disposicin de equipos de perforacin:

    Con martillo en cabeza (izq) y con martillo en fondo (drcha).

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    aire llega a la parte inferior del pistn a travs de uno de los conductos internos del mismo y lo impulsa hacia arriba. En la posicin b el pistn se encuentra en la parte superior y ahora es la oquedad inferior la nica que se encuentra abierta. As el aire llega a la parte superior del pistn a travs del otro conducto y lo impulsa hacia abajo.

    Por ltimo la posicin c ilustra el caso en que el martillo no est perforando, en cuyo caso la broca no apoya sobre el terreno y tanto ella como el pistn se encuentran en una posicin ms baja. En estas circunstancias el aire sale por la lumbrera superior y, por el interior del pistn, se comunica con los orificios de barrido de la broca, realizando un soplado del barreno sin accionar el mecanismo

    Figura 6: Funcionamiento del martillo en fondo

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    de percusin del martillo, evitando as la percusin en vaco. El hecho de situar el martillo en el fondo del taladro impone una serie de limitaciones geomtricas, de las cuales quiz la ms significativa es una importante reduccin del rea de trabajo del pistn. A modo de ejemplo, si para un dimetro de perforacin de 104 mm el martillo en cabeza adecuado tiene de 150 a 200 mm de dimetro de pistn y un rea de trabajo de 175 a 300 cm2, el martillo en fondo correspondiente a ese dimetro de perforacin apenas podra tener un pistn de 70 mm de dimetro y un rea de trabajo 5-6 veces menor que la mencionada anteriormente. Esto significa que la energa de impacto y la consecuente potencia de percusin de un martillo en fondo son, en general, inferiores a la disponible con un martillo en cabeza para igual dimetro de perforacin. De esta forma, la nica manera de compensar esta desventaja que supone la pequea rea de trabajo del martillo en fondo, es disear estos martillos de modo que sean capaces de utilizar aire a media (10 - 14 bar) alta presin (17 - 25 bar). Las restricciones que impone el martillo en fondo, en cuanto al dimetro de pistn, son mayores en los pequeos dimetros de perforacin. Por ello puede afirmarse que los martillos en fondo de mayor dimetro son ms efectivos que los de pequeo dimetro. Igualmente puede decirse que para dimetros de perforacin inferiores a 80 mm no existen martillos en fondo con un rendimiento aceptable. Sin embargo, no todo son desventajas para el martillo de fondo. Este sistema tiene tambin importantes ventajas en comparacin con el martillo de cabeza neumtico, como son:

    Velocidad de perforacin prcticamente constante e independiente de la profundidad. Sin embargo, con el martillo en cabeza se pierde aproximadamente entre un 5 y un 10% de la energa disponible en cada varilla, de forma que la velocidad de perforacin va disminuyendo con la profundidad en igual proporcin.

    Mejor aprovechamiento de la energa neumtica al aprovechar el escape

    del martillo como aire de barrido para la evacuacin del detritus.

    Menor nivel de ruido.

    Menor fatiga en las varillas de la sarta de perforacin.

    Menores desviaciones.

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    2.2.3. PERFORACIN DE RECUBRIMIENTOS. SISTEMA ODEX A la hora de atravesar materiales de recubrimiento alterados suele ser frecuente que sea necesario revestir el sondeo y es usual emplear tcnicas de perforacin y entubado simultneo (ODEX-Overburden Drilling with Eccentric Drilling).

    2.2.4. COMPRESORES Son los equipos que suministran el aire comprimido a los distintos elementos de accionamiento neumtico. En perforacin se utilizan fundamentalmente tres tipos distintos de unidades compresoras o sistemas de compresin:

    De pistn. De paletas. De tornillo.

    Los dos primeros se representan en la figura 8. En las unidades de pistn el aire se comprime mediante el desplazamiento de un mbolo o pistn en el interior de un cilindro hasta que, alcanzada una determinada presin, se abre la vlvula de escape. Las unidades de paletas consisten en un rotor excntrico con unas paletas

    Figura 7:

    Fundamento del sistema ODEX (Adaptado de DPMF)

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    que se mueven radialmente dentro de las ranuras en que se alojan acoplndose a las paredes del cilindro. De esta forma, al girar, aprisionan el aire confinndolo cada vez en espacios ms reducidos, hasta que finalmente el aire comprimido sale por una lumbrera de escape.

    El sistema de tornillo (Figura 9) opera segn el mismo principio de confinamiento progresivo del aire que entra por la admisin, pero en este caso se hace aprisionndolo entre dos rotores helicoidales que giran en sentido contrario, siendo el rotor macho el elemento motriz que arrastra al rotor hembra. El accionamiento principal suele ser mediante motor Diesel si se trata de un equipo porttil pero podra ser tambin elctrico si por cualquier razn se optara por una versin estacionaria. El conjunto incluye tambin obviamente todos los accesorios necesarios (caldern, filtros, radiador para refrigeracin, sistemas de regulacin segn demanda, protecciones, etc.).

    Figura 8: Diagrama de compresor de pistn (izquierda)

    y de paletas (derecha) (Fuente: Atlas Copco)

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    Figura 9: Principio de funcionamiento y seccin un de compresor de tornillo

    (Atlas Copco)

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    2.3. PERFORACIN HIDRULICA Las perforadoras de martillo en cabeza hidrulico (no existen en la actualidad martillos en fondo hidrulicos), funcionan con aceite hidrulico a 100-250 bar de presin. Esta presin, que es de 15 a 35 veces superior a la del aire que alimenta los martillos neumticos, permite en los martillos hidrulicos que el rea de trabajo del pistn sea muy pequea y prcticamente reducida a un insignificante resalte del mismo, por lo que adquiere un perfil longitudinal casi rectangular y muy estilizado (Figura 10).

    Este pistn, por su forma geomtrica distinta de la de un pistn de martillo neumtico, genera una onda de tensin sobre el varillaje tambin diferente. Se trata (como se aprecia en la figura n 11) de una onda de forma escalonada y de perodo 2L/c, cuyo primer escaln en los martillos hidrulicos tiene una forma prcticamente rectangular, mientras que en los neumticos presenta un pico, originado justamente por la parte ms ancha del pistn. Tal y como se indica en la misma figura, si se representara en ordenadas el cociente Scf2/Y en vez de la magnitud f, se tendran otras nuevas curvas similares a las anteriores y, de acuerdo con la expresin de la energa de impacto, sta vendra representada por el rea comprendida entre estas nuevas curvas y el eje de abscisas. De la simple observacin de la figura se deduce que, con un martillo hidrulico, puede conseguirse una mayor energa de impacto, siendo el esfuerzo ejercido sobre el varillaje incluso algo menor. De esta manera puede aplicarse de un 50 a un 100 % ms de potencia de percusin sobre el varillaje sin incrementar la fatiga del mismo. Este aumento de potencia permite perforar ms rpidamente o, lo que es ms interesante an,

    Figura 10: Martillo hidrulico

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    incrementar el dimetro de perforacin con una sustancial mejora de la produccin. En la tabla 1 se indican las potencias de percusin aplicables normalmente a los distintos varillajes, segn se trate de martillos neumticos o hidrulicos.

    Tabla 1:

    Potencia de percusin en funcin del dimetro de varillaje

    Dimetro varillaje Martillo Neumtico Martillo hidrulico

    7/8,, 3 kW 5 kW

    1,, HEX 6 kW 9 kW

    1 ,, 8 kW 12 kW

    1 ,, 10 kW 15 kW

    1 ,, 12 kW 18 kW

    2,, 15 kW 22 kW

    Sin embargo, cabe an sealar que, con los ltimos equipos hidrulicos, cuyo alto grado de automatizacin permite un riguroso control de todos los parmetros de perforacin (empuje, rotacin, etc.), las potencias de percusin aplicables son incluso superiores a las indicadas en esta tabla.

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    La perforacin hidrulica presenta adems otras ventajas sobre la neumtica, como son:

    Menor consumo energtico. A modo de ejemplo, cabe sealar que una perforadora hidrulica de exterior, con doble potencia que una neumtica, puede tener an hasta un 25% menos de potencia instalada debido al mejor rendimiento de los equipos hidrulicos en comparacin con los neumticos.

    Mejora de las condiciones ambientales, pues al desaparecer el escape de los martillos neumticos, se reduce el nivel de ruido, especialmente en las bandas de baja frecuencia, que son las menos amortiguadas por los protectores auditivos.

    Permite un mayor grado de automatizacin de los equipos. El carcter de fluido incompresible que tiene el aceite, le permite, a diferencia de lo que sucede con el aire, detectar cualquier cambio de las condiciones de

    Figura 11: Comparacin de la onda de compresin en diferentes martillos.

    Hidrulico y Neumtico

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    trabajo como puede ser, por ejemplo, el inicio de un atranque. Esta circunstancia se reflejar inmediatamente en un incremento del par resistente y esto, a su vez, en un aumento de presin en el circuito hidrulico que gobierna la rotacin, lo que permitir disear un sistema automtico antiatranque.

    La figura 12 muestra un carro hidrulico sobre orugas para banqueo a cielo abierto y un jumbo hidrulico de tres brazos.

    En la figura 13 estn representados los principales componentes de un equipo de perforacin hidrulico para perforacin en tnel o galera, denominado comnmente jumbo.

    Figura 12: Carro perforador sobre orugas (izqda.) y jumbo hidrulico (drcha.)

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    Figura 13: Componentes de un equipo de perforacin hidrulico (jumbo)

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    3. SISTEMAS DE PERFORACION A ROTACION

    Bajo esta denominacin se agrupan todas aquellas formas de perforacin en las que la fragmentacin de la roca se produce bsicamente por compresin, corte o por la accin combinada de ambos. Un empuje sobre el til de perforacin que supere la resistencia a la compresin de la roca y un par de giro que origine su corte por cizalladura, son las dos acciones bsicas que definen la perforacin rotativa.

    Figura 14: Componentes de un sistema de perforacin a rotacin

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    La figura 14 muestra esquemticamente los distintos componentes que incorporan los equipos que se utilizan para este tipo de perforacin y que son similares a los mencionados para la perforacin percusiva, salvo en lo que se refiere al sistema de avance pues, al requerirse mayores fuerzas de empuje, ste suele estar constituido por un sistema de cadena y/o cilindros hidrulicos. Dependiendo del tipo de til que se emplee, existen dos variantes distintas de perforacin rotativa: perforacin rotativa por corte (con trialeta, boca de tenedor, etc.) y perforacin rotativa con tricono. Existe adems una tercera variante, que es la perforacin con corona de diamante que suele aadir la abrasin a las acciones de compresin y cizalladura antes mencionadas. Este sistema es el que generalmente se emplea para los sondeos con extraccin de testigo y que se abordarn ms adelante.

    3.1. PERFORACIN POR CORTE Incluye todas las formas de perforacin rotativa mediante tiles, cuya estructura de corte est formada por elementos de carburo de tungsteno convenientemente dispuestos en la herramienta de perforacin y en la cual ocupan unas posiciones fijas (Figura 15). Este til, dependiendo de su forma y tipo de aplicacin, recibe distintas denominaciones (trialeta, broca de tenedor, broca progresiva, etc.). La fragmentacin de la roca en este tipo de perforacin parece originarse principalmente como consecuencia de los esfuerzos de cizalladura generados. Consecuentemente, la velocidad de perforacin vara de forma proporcional a la velocidad de giro. Tambin es proporcional a la fuerza de empuje, pero siempre y cuando sta no supere un cierto valor lmite que haga a la broca hundirse tanto dentro de la formacin que quede

    Figura 15: tiles de perforacin por corte

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    virtualmente atascada. En cualquier caso, cabe mencionar aqu que las velocidades de perforacin obtenidas con este sistema, en las contadas aplicaciones en que es viable, son muy superiores a las que se obtendran con un sistema a percusin. La razn hay que buscarla en el hecho de que este tipo de perforacin rotativa es un proceso de corte de la roca casi continuo, mientras que, en la perforacin percusiva, la fragmentacin de la roca ocupa en tiempo escasamente el 15% del ciclo del martillo. La principal limitacin de este tipo de perforacin radica en el fuerte incremento que experimentan tanto el par de giro como el desgaste del til a medida que aumenta el dimetro de perforacin o la dureza de la roca. Este sistema sirve por tanto para rocas blandas que puedan perforarse con empujes inferiores a las 2500 libras por pulgada de dimetro (500 N/mm aproximadamente) y cuyo contenido en slice no supere el 8%. La velocidad de rotacin estar limitada por el desgaste del til de perforacin que, a su vez, depende de la naturaleza de la roca y de la velocidad perifrica. As pues, velocidad de rotacin y dimetro de barreno habrn de adecuarse entre s para que, salvo en casos de rocas extremadamente blandas y nada abrasivas, la velocidad perifrica del til de corte no sea superior a 1 m/s.

    http://www.google.es/url?sa=i&rct=j&q=perforadora+por+corte+en+mina&source=images&cd=&cad=rja&docid=VrZZj5a98vtqfM&tbnid=LQiP95cRLE0YoM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.directindustry.es/prod/boart-longyear/perforadoras-neumaticas-de-mano-para-mina-54192-527013.html&ei=btesUeqHG_KR0QW-poDoDQ&psig=AFQjCNEOQnZwxrIqDcCdRfOOOz1RkHQGRw&ust=1370368183173931

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    3.2. PERFORACIN ROTATIVA CON TRICONO Su desarrollo se inici en los pozos de petrleo. La necesidad de que dichos pozos fueran cada vez ms profundos, con el incremento en cuanto a dimetro inicial de perforacin y dureza de las formaciones a atravesar que ello conlleva, indujo a pensar en la conveniencia de disponer de unos elementos de corte mviles que permitieran a la vez perforar con menos par y reducir los desgastes. Esta nueva herramienta era el tricono, formado por tres pias troncocnicas que, montadas sobre un juego de cojinetes, ruedan sobre el fondo del taladro (Figura 16).

    3.2.1. TRICONOS El tipo de tricono ha de elegirse en consonancia con el terreno a perforar. Los triconos para terrenos ms blandos pueden ser de dientes de acero, tallados sobre el propio cuerpo de los conos (Figura 17 A). Actualmente han sido sustituidos por los de insertos de carburo de tungsteno, ms resistentes al desgaste (Figura 17 B).

    Figura 16: Triconos

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    Tal y como se indica en la figura 18, el tricono acta sobre la roca de forma similar como lo hara una rueda dentada que se desplazase rodando sobre el fondo del taladro y produciendo al mismo tiempo una serie de indentaciones cuya profundidad y separacin dependern de:

    La dureza del terreno. La fuerza de empuje aplicada. La forma, tamao y nmero de dientes del tricono.

    Figura 17: Estructura de corte del tricono

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    As, en terrenos blandos se obtendrn indentaciones ms profundas con menores fuerzas de empuje y estas indentaciones pueden estar ms separadas entre s. Los triconos que se utilizan en tal caso tienen menor nmero de dientes insertos y stos son de mayor longitud y ms apuntados que los de un tricono para roca dura, donde cabe esperar una menor profundidad de las indentaciones y stas han de estar ms prximas (Figura 18). Por otra parte, los vrtices tericos de los conos estaran situados sobre un crculo concntrico con el taladro, de radio tanto mayor cuanto menor sea la dureza de la roca a perforar (Figura 18). Este desplazamiento de los conos respecto al centro geomtrico del taladro proporciona un movimiento de arrastre de los mismos que, superpuesto al de rodadura, mejora el arranque en terrenos blandos e incrementa la velocidad de perforacin. En terrenos duros, este incremento sera menor, y, por otra parte, el deslizamiento de los conos aumentara de forma notable el desgaste de los dientes. Dependiendo de que se utilice aire o bien agua o lodo como fluido de barrido para la evacuacin del detritus, se emplear un tricono del tipo "no sellado" (Figura 19), que permite el paso del aire a travs de los rodamientos para su refrigeracin, o uno del tipo "sellado" (Figura 20), cuyos rodamientos se lubrifican mediante las pequeas emboladas de grasa que un diafragma flexible enva desde un diminuto depsito situado en su interior. La mayor capacidad de refrigeracin que tienen, tanto el agua como el lodo con respecto al aire, permite en este caso la refrigeracin de los rodamientos sin que el fluido de barrido entre en contacto directo con ellos.

    Figura 18: Mecanismo de corte del tricono en la roca

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    3.2.2. PARMETROS DE PERFORACIN El tricono fragmenta la roca por compresin y cizalladura. La velocidad de perforacin que con l puede obtenerse es prcticamente proporcional al producto de la fuerza de empuje por la velocidad de rotacin. Los parmetros de perforacin controlables por el operador son fundamentalmente el empuje y la velocidad de rotacin. Ambos, junto con la dureza de la roca, determinan la velocidad de penetracin. Las grficas que representan la velocidad de penetracin en funcin del empuje tienen la forma que se indica en la figura 21.

    Figura 19 y Figura 20: Tipos de tricono en funcin del tipo de barrido

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    En las curvas velocidad de penetracin/empuje, pueden distinguirse tres zonas diferentes:

    Zona de crecimiento. Zona de proporcionalidad. Zona de atenuacin.

    En la zona de crecimiento, el empuje aplicado no es suficiente para superar ampliamente la resistencia a la compresin de la roca y sta sufre una conminucin en pequeos fragmentos originados principalmente por un efecto de abrasin y fatiga. A medida que se aumenta el empuje, estos fenmenos van siendo sustituidos por otros de compresin y desgajamiento, provocados por la penetracin del diente en el terreno, que producen fragmentos ms grandes y por tanto un incremento sensible en la velocidad de penetracin (zona de proporcionalidad). Por ltimo, puede llegar un momento en que, si se aumenta el empuje, los dientes del tricono queden prcticamente enterrados en el terreno, de manera que un empuje adicional apenas se dejara notar en la velocidad de penetracin (zona de atenuacin, no representada en la figura 20).

    Figura 21: Curvas de penetracin en funcin del empuje

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    Por lo tanto, para conseguir una perforacin efectiva es necesario que el empuje aplicado sobre el tricono sea suficiente para vencer la resistencia a la compresin de la roca, lo que, segn los casos puede requerir empujes de hasta 7500 libras por pulgada de dimetro. En este punto radica, precisamente, la mayor limitacin de este tipo de perforacin, ya que los rodamientos de los conos han de resistir durante un tiempo prudencial (al menos 50 horas de trabajo), los fuertes empujes que impone la perforacin de las rocas ms duras. En un tricono de gran dimetro se dispone normalmente de espacio suficiente para dimensionar estos rodamientos, pero en tamaos ms pequeos la cuestin es ms problemtica. La tabla 2 muestra los empujes en libras por pulgada de dimetro que, como mximo, se recomiendan para cada tamao de tricono.

    Tabla 2:

    Mximo Empuje Unitario en funcin del dimetro del Tricono

    Dimetro D (pulgadas) Mximo Empuje Unitario (lbs/pulg)

    6 5000

    6 5500

    7 7/8 6000 9 6500

    9 7/6 7000 10 5/8 7500

    12 1/4 8000 En cuanto a la curva de velocidad de penetracin/revoluciones por minuto, puede decirse que presenta en su mayor parte una zona de proporcionalidad, si bien puede apreciarse, especialmente con rocas duras, una zona de atenuacin a velocidades de rotacin altas (figura 22). La razn podra quizs encontrarse en que, con este tipo de rocas, al incrementar las r.p.m., puede llegar un momento en que el diente del tricono abandone la posicin que ocupaba sobre el terreno, antes de que le d tiempo a completar la indentacin. Esta teora parece verse confirmada por algunos ensayos que detectan una reduccin del par resistente medido cuando se incrementan las r.p.m. La velocidad de rotacin puede variar entre 40 y 120 r.p.m. dependiendo del dimetro y la dureza de la roca. En general, cuanto ms blanda es la roca y menor el dimetro, mayor puede ser la velocidad de rotacin.

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    Figura 22: Velocidad de penetracin en funcin de la velocidad de rotacin del tricono

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    3.3. PERFORACIN CON CORONA DE DIAMANTE Se emplea en los sondeos con extraccin de testigo y est basada en la conminucin de la roca principalmente por la accin combinada de compresin y abrasin. Segn el tipo de corona y la naturaleza de la roca predomina uno u otro fenmeno (Figura 23).

    Para el diamante, tanto industrial como ornamental, se utiliza el quilate como unidad de peso (1 quilate = 0,2 gramos) y para indicar el tamao de los diamantes se utiliza el trmino "piedras por quilate" (nmero de piedras necesarias para completar 0,2 gramos de peso). De sta manera, si se consideran por ejemplo se habla de menos de 30 p.p.q, se est indicando en realidad que se ttrata de diamantes de unos tamaos relativamente grandes, mientras que cuando se habla de ms de 60 p.p.q, se indica que el tamao de los mismos es relativamente pequeo.

    Figura 23: Forma de fragmentacin en funcin del tipo de corona y dureza de la roca

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    3.3.1. CORONAS Si la roca es homognea y no excesivamente dura, se utiliza una corona de insercin con diamantes de un tamao apreciable (menos de 60 piedras por quilate) insertados en la superficie de una matriz de bronce y carburo de tungsteno (Figura 24 A). El empuje aplicado por el equipo de perforacin sobre la corona consigue, venciendo la resistencia a la compresin de la roca, la penetracin de los diamantes en la misma y su conminucin en pequeos fragmentos.

    Resulta obvio que el tamao de los diamantes y el empuje a aplicar varan con la dureza de la roca, de forma que aquellas rocas ms blandas requieren un menor empuje y la utilizacin de unos diamantes ms grandes o con una "mayor exposicin" que permitan una mayor profundidad de penetracin. Si por el contrario

    Figura 24: Tipos de coronas de diamante

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    la roca fuese ms dura, se requerirn mayores empujes para conseguir iguales o incluso menores profundidades de penetracin, lo cual har aconsejable la utilizacin de diamantes ms pequeos o con una "menor exposicin" que presentaran un menor riesgo de rotura ante los elevados empujes necesarios para llevar a cabo la perforacin. En las rocas ms duras o en aquellas otras con un alto grado de fracturacin o de heterogeneidad, se puede producir un desgaste prematuro de las coronas de insercin, lo que a su vez reduce drsticamente la velocidad de perforacin y obliga a su sustitucin cada pocos metros. En estos casos est indicada la utilizacin de coronas de concrecin, fabricadas con diamantes de tamaos muy pequeos (por ello se habla de hasta 200 ppq) que quedan diseminados por la superficie y el interior de la matriz. Con ello se consigue que la accin del diamante sobre la roca a perforar sea bsicamente abrasiva (Figura 24 B). Por ello, para obtener un rendimiento aceptable se exige incrementar sustancialmente la velocidad de rotacin pero se puede permitir reducir el empuje. Otra caracterstica importante de ste tipo de coronas es que el desgaste de los diamantes situados en superficie deja de ser un problema, pues a medida que se desgasta la matriz van apareciendo nuevos diamantes, incrementndose as en 3 4 veces la vida de la corona. El diamante utilizado en las coronas de insercin suele ser diamante natural, del que existen diversas calidades. En cambio, para las coronas de concrecin, en las que las piedras son de menor tamao, puede utilizarse diamante sinttico fabricado artificialmente a partir del grafito sometido a altas presiones y temperaturas. El diamante sinttico se fabrica generalmente en tamaos relativamente pequeos, pues la fabricacin de tamaos grandes se encarece mucho. Por ello se recurre en ocasiones a amalgamar diamante sinttico de pequeo tamao en un material cermico inerte y con un coeficiente de dilatacin similar al del diamante. As se configuran unos elementos de corte de forma cbica o prismtica que, insertos a su vez en la matriz de la corona, pueden sustituir a los diamantes de tamao grande. Este material se conoce con el nombre de diamante policristalino. Adems de las coronas de diamante, en los sondeos con extraccin de testigo pueden utilizarse coronas de carburo de tungsteno (Figura 25). Estas coronas tienen insertadas en su labio de corte unas placas o prismas de carburo de tungsteno, constituyendo normalmente una especie de dientes de sierra que, mediante un esfuerzo combinado de compresin y cizalladura, pueden perforar a un menor coste formaciones blandas y no abrasivas. Con el fin de ampliar el campo de aplicacin de estas coronas a rocas algo ms duras, existe un modelo de corona en el que la zona de corte est formada por una aglomeracin de cristales de carburo de tungsteno de forma irregular y tamao de 2 a 6 mm, embebidos en una matriz de base Cr-Ni (coronas de granalla). Existen tambin elementos de corte mixtos formados por un cuerpo de carburo de tungsteno, cubierto por una capa de diamante policristalino.

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    3.3.2. PARMETROS DE PERFORACIN Al igual que ocurre con los otros sistemas rotativos de perforacin, la velocidad de perforacin es directamente proporcional al empuje y a la velocidad de rotacin generalmente con unas zonas de crecimiento y atenuacin como las indicadas en el captulo anterior. En la prctica el empuje a aplicar sobre una corona est limitado por tres factores principalmente:

    Resistencia de los diamantes Pandeo del varillaje. Desviaciones del sondeo.

    A ttulo orientativo pueden darse las siguientes cifras en relacin al empuje ejercido sobre el til de perforacin:

    Corona de concrecin: 20 - 50 Kg por cm2 de rea de corte.

    Corona de insercin: 60 - 75 Kg por cm2 de rea de corte.

    Figura 25: Tipos de coronas de carburo de tungsteno

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    Por su parte, una velocidad de rotacin excesiva podra incrementar las vibraciones en la mquina y aumentar el desgaste de los elementos de corte. La siguiente gama de velocidades perifricas puede ser orientativa a tal respecto.

    Coronas de carburo de tungsteno: 0,3 - 0,6 m/s

    Coronas de insercin: 1 - 3 m/s

    Coronas de concrecin: 2 - 4 m/s

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    4. CAMPO DE APLICACION DE LOS DISTINTOS SISTEMAS DE

    PERFORACION Para delimitar el campo de aplicacin de los distintos sistemas de perforacin es necesario considerar diversas circunstancias, que se analizarn a continuacin. Un primer aspecto a tener en cuenta sera la extraccin no extraccin de testigo. Los sondeos con extraccin de testigo exigen una configuracin del til de corte en forma de corona, que hace aconsejable la perforacin rotativa, bien sea con diamante o, en los casos en que la roca sea extremadamente blanda, con placas de carburo de tungsteno. Cuando la fragmentacin se produzca en toda la superficie del taladro, y no slo en una anular, caso de los barrenos para voladura o, en general, taladros sin extraccin de testigo, es posible utilizar otros sistemas, como la perforacin percusiva o la rotativa con tricono, que generalmente desplazan a la perforacin con diamante por razones de economa y rendimiento. De forma general podra afirmarse que la seleccin del sistema ms idneo se hace atendiendo a:

    Las caractersticas geomecnicas de la roca. El dimetro de perforacin. La longitud de los taladros.

    Seran varias las caractersticas geomecnicas de la roca que influyen en su "perforabilidad". La que ms frecuentemente se maneja, quiz por ser la ms conocida, es la resistencia a la compresin. Pero ni sta ni otras que, sin duda, tambin influyen (resistencia a la traccin, cohesin, ngulo de rozamiento interno, etc.) parecen tener por s solas un peso decisivo en la determinacin de la "perforabilidad" ya que el fenmeno de la perforacin, como se ha visto, es bastante complejo y requerira posiblemente utilizar una combinacin de todas ellas, adecuada adems a cada caso particular. Por esta razn se han desarrollado diversos ensayos de perforabilidad, que tratan de reproducir en lo posible en el laboratorio el fenmeno real. Los ms sencillos son meros ensayos de dureza penetrabilidad, existiendo

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    tambin otros ms complejos consistentes en realizar pequeas perforaciones a rotacin rotopercusin que en ocasiones se complementan con ensayos de friabilidad, abrasin, etc. Un ensayo de perforabilidad utilizado en la Escuela Superior de Ingenieros de Minas de Madrid consiste en la perforacin a rotopercusin normalizada de unas muestras seleccionadas y preparadas convenientemente (Figura 26). El ensayo permite clasificar las rocas segn un ndice de perforabilidad, que, generalmente, vara de 2 a 20, directamente relacionado con la velocidad de perforacin medida en el ensayo. De esta forma, a un granito, por ejemplo, suele corresponderle un ndice de perforabilidad comprendido entre 4 y 6, mientras que una caliza superara, en cualquier caso, este ltimo valor. El mtodo desarrollado permite estimar con suficiente precisin la velocidad de perforacin en funcin del "ndice de perforabilidad" de la roca, dimetro de perforacin y caractersticas de la perforadora y herramienta de corte. Introduciendo algunas modificaciones puede ser aplicable no slo a la perforacin a percusin, sino tambin a la perforacin rotativa.

    En funcin de este "ndice de perforabilidad", que resulta bastante representativo, y del dimetro de perforacin se va a delimitar a continuacin el campo normal de aplicacin de cada uno de los sistemas.

    Figura 26: Ensayo de perforabilidad

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    4.1. ROTACIN POR CORTE CON TRICONO El campo de aplicacin de los sistemas de perforacin a rotacin por corte o con tricono se muestra en la figura 27. Como se ha sealado anteriormente, el sistema de rotacin por corte es el ms rpido de todos cuando se dan las condiciones para que pueda aplicarse. Sin embargo, est limitado a rocas muy blandas (siempre en valores por encima de 8 - 10 de ndice de perforabilidad), nada abrasivas (menos del 8 % de contenido en slice) y en dimetros pequeos (inferiores a 150 mm). En estas condiciones, se est tambin dentro del campo de competitividad de los sistemas de arranque mecnicos (ripado y/o rozado), lo que reduce an ms el campo de aplicacin de esta tcnica de rotacin por corte.

    La perforacin con tricono en perforadoras de produccin rara vez se utiliza en dimetros inferiores a 6" (150 mm) debido a problemas importantes en el dimensionado de los rodamientos. A partir de ese dimetro mnimo, sera necesario ir incrementando el dimetro de perforacin a medida que, al aumentar la dureza

    Figura 27: Campo de aplicacin de los sistemas de perforacin

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    de la roca, vayan requirindose mayores empujes. Todo esto implica la utilizacin de equipos pesados capaces de proporcionar los elevados empujes necesarios (figura 28). Como regla general puede afirmarse que la fuerza vertical de empuje que es capaz de suministrar un equipo de estas caractersticas es aproximadamente igual al 60% de su peso.

    4.2. ROTACIN CON CORONA PARA EXTRACCIN DE TESTIGO

    Al igual que para el caso del sistema de rotacin por corte, en los casos de sondeos en los que no van a encontrarse formaciones abrasivas o stas tengan un "ndice de perforabilidad" inferior a 8 - 10, podra utilizarse la corona de carburo de tungsteno (figura 29). Pero ste sera el caso de algunos sondeos poco profundos, generalmente de menos de 100-200 m y perforados en formaciones sedimentarias. Por otra parte, la friabilidad del testigo en estos casos, suele exigir un dimetro de 100 mm como mnimo para obtener un grado de recuperacin aceptable.

    Figura 28: Perforadoras rotativas sobre orugas (izqda.) y sobre camin (drcha.) (Fuente Sandvik)

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    Para ndices de perforabilidad inferiores, y hasta un valor de 6 aproximadamente, sera aconsejable la utilizacin de corona de diamante de insercin, especialmente si es previsible encontrar intercalaciones blandas que pudieran adherirse al labio del corte de la corona impidiendo el trabajo del mismo. En ndices de perforabilidad inferiores a 6, la corona de concrecin permite generalmente plazos ms largos de reposicin y soporta mejor eventuales descuidos de un inexperto perforista.

    Figura 29:

    Campo de aplicacin de los sistemas de perforacin con recuperacin de testigo

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    4.3. PERCUSIN El martillo en fondo se utiliza fundamentalmente en la gama de 80 - 200 mm de dimetro (figura 30). En dimetros inferiores stos seran muy poco eficientes y en dimetros superiores requeriran compresores excesivamente grandes. En principio, puede utilizarse en cualquier tipo de roca sin ms limitaciones que las que cualquier sistema de perforacin tendra en el caso de una formacin fracturada que dificultase o incluso imposibilitase el barrido.

    No obstante, su utilizacin en rocas duras suele ser problemtica por su menor velocidad de perforacin a baja y media presin y porque, debido a la abrasin, el martillo puede convertirse en un elemento de desgaste de alto coste.

    Figura 30: Campo de aplicacin de los diferentes tipos de martillo

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    El martillo en cabeza se utiliza generalmente en dimetros menores de 125 mm, debido principalmente a que, con los pequeos dimetros de varillaje de que se dispone, sera difcil un barrido eficaz para la evacuacin de detritus en taladros mayores. No obstante, se han desarrollado ya tubos capaces de resistir los esfuerzos de los martillos en cabeza hidrulicos, con mayor dimetro exterior que las varillas tradicionales, lo que permite ampliar el campo de aplicacin de estos equipos a dimetros mayores de taladro. Al igual que el martillo en fondo, el martillo en cabeza puede utilizarse en cualquier tipo de roca, si bien su mayor potencia de percusin le hace ms interesante en las rocas ms duras. Sus limitaciones se circunscriben a los taladros largos donde se hacen ms patentes las mayores desviaciones y la prdida progresiva de velocidad que son consustanciales a este tipo de perforacin.

    4.4. CONSIDERACIONES FINALES Con lo anteriormente expuesto se ha tratado de delimitar de una forma razonable los distintos campos de aplicacin de todos los sistemas de perforacin utilizados en la actualidad. De forma grfica, se han representado en funcin del dimetro y de la dureza o perforabilidad de la roca. Sin embargo, dichos grficos han de tomarse slo a ttulo orientativo, pues existen bastantes reas de solape donde hay dos y hasta tres sistemas posibles. En tales circunstancias, la eleccin del sistema ptimo, requiere un estudio ms profundo del problema a la luz de una serie de variables que aqu no han sido consideradas. A partir de los ensayos de perforabilidad y abrasividad de la roca en cuestin, pueden evaluarse aspectos tan importantes como son:

    La velocidad de perforacin y consiguiente capacidad de produccin con cada tipo de mquina.

    Los desgastes y duracin media que puede esperarse de los accesorios de perforacin empleados.

    Con estos datos y teniendo en cuenta la magnitud y otras peculiaridades del proyecto, podra determinarse con rigor cul sera el sistema ptimo y sus costes de operacin.

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    5. TECNICAS DE EVACUACION DEL DETRITUS

    Cualquiera de los sistemas de perforacin mencionados anteriormente slo puede ser eficaz si los esfuerzos mecnicos generados se aplican sobre un fondo de barreno limpio y libre de detritus pues, de otro modo, se estara desperdiciando energa en una innecesaria conminucin de un colchn de fragmentos que ya han sido previamente arrancados. Por otra parte, para que la perforacin progrese adecuadamente, es tambin necesario en muchos casos disponer de algn sistema que garantice o mejore la estabilidad de las paredes del sondeo, evitando su desmoronamiento o la eventual formacin de cavidades o huecos de dimetro sensiblemente superior al del barreno. Las tcnicas que se emplean para la evacuacin del detritus del fondo de la perforacin pueden clasificarse en dos clases: aqullas que utilizan medios mecnicos y las que emplean un fluido de barrido. En el caso de terrenos blandos no abrasivos y perforaciones cortas, la evacuacin del detritus puede hacerse mecnicamente utilizando una barra helicoidal (sistema "auger"), tal y como se indica en la figura 31. Los principales inconvenientes de este sistema son el desgaste del labio de la hlice si el terreno es mnimamente duro o abrasivo y los altos pares de rotacin exigidos, sobre todo si el dimetro de perforacin es grande. En este ltimo caso puede utilizarse una barra helicoidal corta (Figura 31 B), que una vez llena, se levanta hasta la superficie, donde se vaca, mediante un giro brusco en sentido contrario (sistema utilizado por las perforadoras de pilotes). Sin embargo, salvo en terrenos extremadamente blandos, es ms aconsejable la utilizacin de un fluido de barrido, que, adems de actuar como agente refrigerante, debido a la presin hidrosttica y a sus propiedades reolgicas, puede favorecer la estabilidad de las paredes del sondeo.

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    Este fluido puede ser aire, agua, lodo o espuma. La capacidad de sustentacin en cada caso depender de:

    La densidad del fluido. La viscosidad. La forma, tamao y densidad del detritus. La velocidad relativa del fluido respecto al detritus en suspensin.

    El aire (figura 32 A) es el fluido ms usual por estar siempre disponible, pero obviamente proporciona una baja densidad y viscosidad. Su limitada capacidad refrigerante lo hace inadecuado para su utilizacin en la perforacin con tiles de diamante. Por otra parte, en los trabajos subterrneos rara vez se permite la utilizacin de aire solamente, sino que se requiere la inyeccin de al menos una cierta cantidad mnima de agua como medio de control del polvo. El agua, aunque no est fcilmente disponible en todas las aplicaciones es, por tanto, indispensable en trabajos subterrneos. Los lodos son bsicamente emulsiones coloidales de un producto natural (arcilla) o artificial (polmero) en agua que, adems de las funciones mencionadas de evacuacin del detritus y refrigeracin del til de corte, proporcionan un revestimiento impermeable del sondeo que ayuda a mantener las paredes del mismo. Se utiliza en circuito cerrado (Figura 32 B) con una balsa de decantacin,

    Figura 31: Evacuacin del detritus con barra helicoidal.

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    donde se separa el detritus transportado hasta la superficie por el lodo. Las espumas son dispersiones coloidales de aire en agua. Las espumas ideales para el caso de la perforacin son las formadas por celdas polidricas de aire separadas por finas pelculas de agua. Son espumas "secas", con un pequeo contenido de agua, que se estabilizan mediante la adicin de un espumante. Por su alta capacidad de sustentacin se utilizan en aquellas aplicaciones donde existe una gran superficie anular entre varillaje y las paredes del sondeo que, caso de utilizar otro tipo de fluido, exigira caudales excesivamente altos (por ejemplo en la perforacin de pozos de agua). Para la mayora de los casos son suficientes las velocidades de circulacin en el anular entre varillaje y taladro mostradas en la tabla 3.

    Tabla 3: Velocidad de circulacin en funcin del tipo de fluido de

    barrido Fluido de barrido Velocidad de circulacin

    AIRE 900-1800 m/min

    AGUA 45-60 m/min

    LODO 30-45 m/min

    ESPUMA 10-20 m/min Se debe elegir el caudal (Q) de fluido de barrido y la seccin (S) entre sondeo y varillaje para que la velocidad de circulacin (Q/S) sea la adecuada. A este respecto cabe resaltar que l disponer de un elemento impulsor (bomba o compresor) con capacidad de caudal suficiente no garantiza por s solo la circulacin del caudal deseado, sino que deber suministrar adems la presin necesaria para vencer las resistencias del circuito. Un barrido insuficiente no permite la correcta evacuacin del detritus, y, como consecuencia:

    Se reduce la velocidad de perforacin. Se aumenta el riesgo de atranques. Se aumenta el desgaste del til de corte.

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    Por otra parte, un barrido excesivo puede:

    Erosionar y socavar las paredes del sondeo Producir abrasin del varillaje.

    Con el fin de hacer compatible estos requerimientos con los distintos dimetros de sondeo y varillaje, existen dos variantes en la circulacin del fluido de barrido:

    Circulacin directa Circulacin inversa

    En la circulacin directa, el fluido entra por el interior del varillaje y sale, arrastrando el detritus por el espacio anular existente entre varillaje y sondeo, tal y como se muestra en la figura 32.

    Figura 32: Circulacin directa.

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    Sin embargo, existen en ocasiones circunstancias que aconsejan que la circulacin se realice en sentido contrario (circulacin inversa) como se indica en la figura 32. Sera el caso de un sondeo de gran seccin para el que se disponga de un varillaje de pequeo dimetro (como por ejemplo sucede en algunos pozos de agua). La seccin del anular podra ser tan grande que con el caudal de fluido disponible no se alcanzase la velocidad suficiente para evacuar el detritus. En tal caso, la circulacin inversa que lo extrae por el interior del varillaje, donde la seccin es mucho menor, podra ser una solucin. Otra posible aplicacin sera el caso de un terreno poco consolidado en el que las altas velocidades requeridas en el anular para el arrastre del detritus pudieran afectar a la estabilidad de las paredes del sondeo.

    Figura 33: Circulacin inversa.

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    6. TECNICAS DE TESTIFICACION La testificacin es la obtencin de una muestra del terreno que proporciona informacin geolgica o mineralrgica del mismo. La tcnica ms usual consiste en la obtencin de una muestra de roca de forma cilndrica en el interior de un tubo testiguero como se describir a continuacin (testigo continuo). Entre la corona y el tubo se intercala una pieza llamada calibrador, de dimetro ligeramente inferior al de la corona, que dispone de unas estras diamantadas, cuya misin es mantener el dimetro del sondeo, si este tendiera a cerrarse (Figura 34).

    Figura 34: Calibrador

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    6.1. TESTIFICACIN CONTINUA El tubo testiguero es un tubo de longitud variable entre 0,5 y 3 m que, situado en la sarta de perforacin detrs de la corona, recoge la muestra cilndrica de roca cortada por sta. Un muelle troncocnico que se acua entre el testigo y la pared del tubo impide la prdida de la muestra al extraer la sarta. El porcentaje de muestra recuperada respecto a la capacidad total del tubo testiguero se denomina "grado de recuperacin" y depende entre otras circunstancias del dimetro y la friabilidad de la muestra y de las caractersticas del tubo testiguero. As, existen tubos testigueros:

    Simples o dobles. Dobles rgidos o giratorios. Dobles de salida frontal o interior.

    Figura 35: Tipos de tubo testiguero

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    Segn el tubo sea simple o doble (figura 35), el testigo estar en contacto con el fluido de barrido a lo largo de toda su longitud (Figura 35 A) o slo al final (figura 34 B). Si el tubo doble es rgido, tanto el exterior como el interior giran solidariamente junto con la corona (figura 35 B), el testigo, que no gira, rozar con el tubo interior corriendo el riesgo, si no es muy duro, de desmenuzarse. En cambio, si el tubo es del tipo giratorio, el interior va montado sobre unos rodamientos (figura 36 A), con lo que permanecer inmvil junto con el testigo, girando slo la corona y el tubo exterior. De esta forma no se produce la friccin anteriormente mencionada. Si el tubo doble es adems de salida frontal (figura 36 B), la doble pared se prolonga hasta el labio de la corona, con lo que el fluido de barrido no llega a estar en contacto con la muestra. Todas estas circunstancias afectan favorablemente al grado de recuperacin de testigo. Para retirar el testigo y volver a introducir el tubo vaco, este sistema requiere lgicamente extraer toda la sarta de perforacin cada vez que el tubo testiguero se ha llenado.

    Esta es una maniobra que hay que repetir frecuentemente y que, en sondeos profundos, puede llevar bastante tiempo. Para estos casos se desarroll el sistema "wire-line" que consiste en un tubo testiguero doble cuyo cuerpo interior est unido

    Figura 36: Tubo testiguero doble giratorio

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    al exterior mediante un sistema de retencin mecnico. De esta forma cuando el tubo interior ha recogido el testigo, se lanza por el interior del varillaje un arpn, sujeto por un cable que "pesca" el tubo por su parte superior y al mismo tiempo libera el mecanismo de retencin. El tubo con el testigo se saca a continuacin por el interior del varillaje sin necesidad de extraer ste (figura 37). Obviamente este sistema implica la utilizacin de un varillaje de mayor seccin interior que el normal y la obtencin de un testigo de menor dimetro. Cuando existe riesgo de desmoronamiento de las paredes del sondeo o se detectan importantes prdidas de fluido de barrido, no queda otro remedio que entubar el sondeo con una tubera de revestimiento. Esta tubera se rosca por tramos de una determinada longitud y es de tipo telescpico, es decir que su dimetro externo, algo inferior al del sondeo, permite que se introduzca en el mismo sin demasiada dificultad y su dimetro interno ha de permitir, a su vez, el paso de la corona de tamao inmediato inferior para proseguir la perforacin.

    Figura 37: Sistema Wire-Line

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    6.2. NORMALIZACIN Todo el material utilizado en sondeos est normalizado segn alguna de las dos Normas actualmente existentes, cuyas especificaciones se detallan a continuacin.

    6.2.1. NORMA EUROPEA (MTRICA) Se ajusta a los siguientes valores:

    Tabla 4:

    Material utilizado en sondeos. Norma Europea Dimetro de la corona exterior

    (mm)

    Dimetro del testigo (mm)

    Dimetro varillas (mm)

    Dimetro revestimiento

    (mm) ST WL ST WL 36 22 - - - -

    46 32 20 33.5 43 44 x 37

    56 42 30 - 53 54 x 47

    66 52 40 42 63 64 x 57

    76 62 48 - 72 74 x 67

    86 72 58 50 82 84 x 77

    101 87 - - - 98 x 89

    116 102 - 60 - 113 x 104

    131 117 - - - 128 x 119

    146 132 - - - 143 x 134

    6.2.2. NORMA AMERICANA En la Norma americana, cada familia de tiles (tubos testigueros, varillas, tubos de revestimiento, etc.) que se utilizan para un mismo dimetro de sondeo se designa con una primera letra que indica el tamao aproximado.

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    Tabla 5: Material utilizado en sondeos. Norma Americana

    Denominacin Tamao aproximado del sondeo (pulgadas) R 1 E 1 A 2 B 2 N 3 H 4 P 5 S 6 U 7 Z 8

    Una segunda letra (W) permiti la introduccin de modificaciones a estos dimetros originales con objeto de conseguir un juego de tubos de revestimiento que encajasen uno dentro de otro y posibilitasen los sondeos telescpicos. La tercera letra (G, M, T, L o F) indica alguna caracterstica especial del tubo testiguero. Por ejemplo G y T sirven para designar tubos portatestigos en los cuales la salida del agua est bastante lejos del corte de la corona. La letra M representa un tubo portatestigos con salida de agua muy cerca del corte y la letra F uno con salida frontal por el labio de la corona. La letra L sirve para designar los portatestigos diseados para el sistema "wire line". Los equipos de sondeos con extraccin de testigo presentan ciertas caractersticas especficas como son la incorporacin de un castillete en los de superficie, para agilizar la extraccin de la sarta cada vez que hay que retirar el testigo del tubo testiguero o las pequeas dimensiones y construccin modular de los equipos de interior para facilitar su instalacin y transporte en espacios reducidos (figura 38).

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    6.3. TESTIFICACIN POR CAPTACIN DEL DETRITUS La captacin de los detritus de cualquier perforacin proporciona tambin una cierta informacin de los terrenos atravesados que aunque no es comparable con la obtenida con el testigo continuo es en ciertos casos suficiente. Esta tcnica consiste en separar peridicamente del fluido de barrido el detritus transportado por ste como muestra representativa del terreno y correspondiente a un determinado tramo del sondeo. Lgicamente, la clasificacin, gravimtrica y por tamaos, que tiene lugar dentro del sondeo y la posible contaminacin del detritus por materiales arrastrados de las paredes del mismo hace que la informacin proporcionada sea mucho menos fiable y completa que la que se obtiene del testigo continuo. Por otra parte, el simple hecho de no tener que extraer peridicamente el tubo testiguero para recoger la muestra permite una perforacin ms rpida y econmica. En el caso de barrido por aire, el detritus depositado por el fluido de barrido en la boca del sondeo es aspirado a travs de un conducto flexible por un ventilador aspirante o un equipo Venturi. En su trayecto atraviesa un cicln o elemento deflector que recoge los tamaos ms gruesos (el 95% aproximadamente) tal como se refleja en la figura 38. Esta primera separacin puede completarse con el paso posterior a travs de unos elementos filtrantes que recojan el 5% restante.

    Figura 38: Equipos de sondeos de superficie y de interior

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    Este sistema se ha perfeccionado con la introduccin de la llamada "circulacin inversa", que consiste en la utilizacin de un varillaje de doble pared de tamao muy prximo al del sondeo. Por el anular de este doble tubo se introduce el aire, que mediante efecto Venturi aspira el detritus del fondo del taladro y lo sube por el tubo interior eliminando as la posibilidad de contaminacin por contacto con las paredes del sondeo. Esta variante permite tambin la testificacin por polvo en terrenos en los que por la existencia de grandes fracturas u oquedades la "circulacin directa" dara lugar a grandes prdidas de fluido y por lo tanto de informacin.

    Figura 39: Recogida de detritus del sondeo

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    7. SELECCION DEL EQUIPO DE PERFORACION

    El tipo de perforadora a utilizar en cada caso viene a grandes rasgos determinado por las tres caractersticas siguientes:

    Gama de dimetros de perforacin. Sistema de perforacin. Tipo de montaje y accionamiento.

    Son varios los condicionantes tcnicos y econmicos que se han de sopesar para determinar estas especificaciones generales que definen el tipo de mquina. El dimetro viene definido por el tipo de trabajo y los condicionantes especficos del mismo. Si por ejemplo se trata de perforacin para la ejecucin de una voladura, el ritmo de produccin, el volumen de roca a volar y en ltima instancia el diseo y geometra de la voladura implicarn la definicin de un determinado dimetro de perforacin. Otros condicionantes como el grado de fragmentacin requerido por las operaciones siguientes (carga, transporte y trituracin) o la eventual necesidad de limitar el nivel de vibraciones producido por la explosin pueden tambin ser determinantes del dimetro de perforacin. Si se trata de un sondeo con extraccin de testigo continuo, la profundidad y tipo de roca son determinantes de los dimetros inicial y final a utilizar en el sondeo. Si por el contrario se trata de una perforacin para sostenimiento, el tipo de anclaje condiciona el dimetro de perforacin. Un anclaje corto (perno de 25 mm dimetro) requiere un taladro de poco ms dimetro (p. ej. 30 - 35 mm) para conseguir una buena adherencia. Un anclaje largo (doble cable trenzado de 15 mm dimetro) requerira un taladro de 51 mm dimetro. Una vez definido el dimetro, el sistema de perforacin puede seleccionarse en funcin de ese dimetro y del tipo de roca con arreglo a unas pautas generales expuestas en captulos anteriores, sin olvidar la influencia de otros aspectos como son la longitud del taladro y la repercusin en el resultado final de posibles desviaciones.

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    Queda por ltimo definir los tipos de montaje y accionamiento. El tipo de energa disponible, el grado de contaminacin admisible (segn el equipo opera en superficie bajo tierra), el grado de movilidad necesario y en algunos casos, el coste de inversin y perodo de amortizacin han de tenerse en cuenta a la hora de elegir un accionamiento disel o elctrico. La topografa y caractersticas del terreno, la movilidad y maniobrabilidad exigibles y la necesaria adecuacin a las caractersticas de otros equipos que trabajen en el mismo frente son generalmente los condicionantes que determinan las caractersticas del chasis portador del equipo de perforacin (montaje sobre patines, va, orugas o ruedas). Con ello quedara definido a grandes rasgos el equipo de perforacin. Posteriormente, la consideracin de aspectos econmicos, de diseo y de fiabilidad decantarn la decisin sobre un equipo especfico de los varios que suele haber disponibles en el mercado.

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    8. FUNDAMENTOS SOBRE EXPLOSIVOS Y LA TEORA DE LA

    DETONACIN 8.1. GENERALIDADES Los explosivos son sustancias qumicas con un cierto grado de inestabilidad en los enlaces atmicos de sus molculas que, ante determinadas circunstancias o impulsos externos, propicia una reaccin rpida de disociacin y nuevo reagrupamiento de los tomos en formas ms estables. Esta reaccin, de tipo oxidacin-reduccin, es inducida trmicamente por los llamados puntos calientes, se conoce con el nombre de detonacin y origina gases a muy alta presin y temperatura, los cuales generan a su vez una onda de compresin que recorre el medio circundante. De esta forma, la energa qumica contenida en el explosivo se transforma en la energa mecnica de esa onda de compresin. Cabe sealar que en contra de lo que pudiera imaginarse, no es cuantitativamente importante (por ejemplo, un kilogramo de explosivo contiene aproximadamente una dcima parte de la energa contenida en un litro de gasolina). La clave que le proporciona su singular poder expansivo es su capacidad de liberarla en un corto espacio de tiempo. La onda de compresin se genera por el aumento de volumen que sufren los productos de reaccin en forma gaseosa, de manera que se dispone de energa mecnica suficiente y aplicable a la fragmentacin de rocas, convirtindose en un elemento clave en minera y en todo tipo de excavaciones en roca.

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    8.2. TIPOS DE REACCIN EN FUNCIN DE LA CINTICA QUMICA

    Los explosivos industriales estn constituidos por una mezcla de sustancias, unas combustibles y otras comburentes, que debidamente iniciadas, dan lugar a una reaccin qumica de oxidacin cuya caracterstica fundamental es su rapidez. El impulso energtico aplicado a las molculas de un explosivo genera fuerzas que, superando las de atraccin entre los tomos, hace que las molculas se disocien y a continuacin se reagrupen en formas ms estables. La energa liberada en esta reaccin exotrmica, en forma de onda de presin y alta temperatura, provoca la sucesiva disociacin de las molculas adyacentes, de forma que la reaccin se propaga a todas las partculas. Por otro lado, la velocidad con que se efecta esta propagacin puede estabilizarse hasta alcanzar un cierto valor. De esta forma, la reaccin de oxidacin se puede dividir en tres tipos de reaccin en funcin de la velocidad a la que se produce (figura 40):

    Combustin. Deflagracin. Detonacin.

    Figura 40: Tipo de reaccin en funcin de la cintica qumica

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    8.2.1. COMBUSTIN La combustin es una reaccin qumica de oxidacin en la que generalmente se desprende una gran cantidad de energa. La velocidad de reaccin es menor de 1 m/s y se puede observar a simple vista la reaccin en forma de llama.

    8.2.2. DEFLAGRACIN Una deflagracin es una combustin sbita con llama a baja velocidad de propagacin, sin explosin. Se suele asociar errneamente con las explosiones, usndose a menudo como sinnimo. La reaccin que produce una deflagracin es idntica a la de la combustin, pero la cintica de la reaccin se desarrolla a una velocidad mayor que la combustin, pero inferior a la velocidad con que se propagara el sonido en el propio explosivo. Es, por tanto, una reaccin subsnica. La onda de presin generada en una deflagracin es del orden de 103 atmsferas. Este es el caso, por ejemplo, de la plvora, que reacciona en forma de una combustin rpida de una sustancia que contiene su propio oxgeno.

    8.2.3. DETONACIN La detonacin es una combustin supersnica que se caracteriza porque genera una onda de choque. En ese frente de onda se generan altos gradientes de presin y temperatura, ya que la reaccin qumica se produce instantneamente. La velocidad de reaccin suele estar comprendida entre 1.500 y 9.000 m/s, y la onda de presin producida sera del orden de 105 atmsferas. Cabe destacar que la circunstancia que parece determinar cul de los dos procesos descritos (deflagracin o detonacin) tendr lugar es el sentido del movimiento de las molculas gaseosas que son producto de las primeras reacciones. En el caso de la detonacin, se moveran preferentemente en el mismo sentido de la propagacin, potencindola, mientras que en el caso de la deflagracin lo haran en sentido contrario, atenundola. Cada tipo de explosivo tiene una composicin especfica y definida. Esto supone

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    que sus caractersticas son diferentes, y en consecuencia, que para cada aplicacin se puede seleccionar el explosivo ms adecuado.

    8.3. MECANISMO DE LA DETONACIN Para entender el funcionamiento del fenmeno de la detonacin, conviene conocer cmo son las diferentes zonas de reaccin que se producen durante la misma. Si se considera una carga cilndrica que se detona por unos de sus extremos, se pueden distinguir las zonas siguientes (figura 41):

    Una zona de explosivo que todava no ha detonado.

    Una zona de reaccin primaria, que se propaga a una velocidad de varios miles de metros por segundo (velocidad de detonacin), en la cual tienen lugar las reacciones ms rpidas y violentas, que producen un movimiento enrgico de las partculas prximas. Este movimiento se propaga en forma de onda de choque de muy alta presin a todo el medio circundante. Dicha presin se denomina presin de detonacin.

    Una zona de reaccin secundaria, donde se acumulan los productos de

    explosin, ms lentos en su desplazamiento que la onda de choque, y se

    Figura 41: Zonas del proceso de detonacin

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    producen una serie de reacciones complementarias que se piensa dan lugar a gran parte de los gases producidos en la reaccin. Se caracteriza por una presin inferior a la anterior, que se denomina presin de explosin o presin de burbuja, originada por la expansin de todos estos productos gaseosos.

    La superficie de separacin entre las zonas primaria y secundaria, aunque

    no es exactamente plana, se conoce con el nombre de Plano de Chapman-Jouget

    La composicin y caractersticas del explosivo, ente otras variables, determinan la velocidad de detonacin, as como las presiones de burbuja y detonacin. Tal y como se indica en la figura 40, un explosivo de base nitroglicerina, por ejemplo, tendra alta velocidad de detonacin, y tambin alta presin de detonacin. En cambio, el realtivamente bajo volumen de gases que produce la detonacin de la nitroglicerina determina que la presin de burbuja sea tambin baja. Por el contrario, un explosivo de base nitrato amnico, cuya detonacin es ms lenta pero produce mayor cantidad de gases, tendra una presin de detonacin ms baja, pero una presin de burbuja ms alta.

    La presin de la onda de detonacin viene dada por la frmula:

    = Siendo:

    Pd: Presin de la onda (presin de detonacin) d: densidad del medio (explosivo)

    Figura 42: Presin de detonacin (Pd) y presin de burbuja (Pe) de dos tipos de explosivo

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    v: velocidad de propagacin (velocidad de detonacin) u: velocidad de partcula

    La determinacin, mediante fotografas de Rayos X de la relacin entre v y u, realizada por Cook, y otros investigadores, concluy que u era aproximadamente igual a un 25% de v. As pues, teniendo en cuenta las unidades empeladas habitualmente, la frmula anterior puede expresarse en la forma:

    = 258 105 2 Donde Pd estara expresado en bares, d en g/cm3 y v en m/s. Otra frmula similar supone la relacin v/u funcin de la densidad d, resultando, para las mismas unidades expresadas anteriormente:

    =464 105 2

    1 + 0.8 En todo caso, la presin de detonacin, originada por la energa cintica de las partculas, resulta ser proporcional a la densidad y al cuadrado de la velocidad de detonacin:

    (2,) En cambio, la presin de burbuja depende solo de la densidad, de la composicin qumica del explosivo y de que la reaccin sea ms o menos completa. La presin de burbuja es directamente proporcional a la densidad del explosivo y al calor liberado en la reaccin. As, una manera de incrementar las propiedades de un explosivo es incrementar el calor de explosin. Una opcin es incorporar aluminio en su composicin porque la oxidacin de este elemento durante la explosin incrementa dicho calor de explosin, como sucede en los explosivos aluminosos.

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    9. PROPIEDADES Y CARACTERSTICAS DE LOS

    EXPLOSIVOS La seleccin del explosivo ms idneo para un fin determinado, supone conocer las caractersticas de cada explosivo y, a partir de ellas, elegir el ms adecuado al tipo de aplicacin que se precise. Las caractersticas de carcter prctico que son bsicas de un explosivo son las que se sealan a continuacin:

    Potencia explosiva. Poder rompedor. Velocidad de detonacin. Densidad de encartuchado. Resistencia al agua. Calidad de humos Sensibilidad. Estabilidad qumica.

    9.1. POTENCIA EXPLOSIVA Se puede definir la potencia explosiva como la capacidad que posee el explosivo para quebrantar y proyectar la roca. En realidad, se trata de la energa del mismo aprovechada en la voladura. Esta caracterstica depende fundamentalmente de la composicin de explosivo, pudiendo optimizarse con la adecuada tcnica de voladura. Existen diferentes mtodos para valorar la potencia de un explosivo, siendo los ms empleados los siguientes:

    Pndulo Balstico. Energa Relativa por unidad de peso y de volumen.

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    El Pndulo Balstico (tambin conocido como mortero balstico por su nombre en ingls, ballistic mortar) es un mtodo que permite medir la potencia de un explosivo por comparacin en forma de tanto por ciento en relacin a la goma pura (que es una mezcla de NG y NC en determinada proporcin) y que se utiliza como patrn y a la que se asigna el valor 100%. Este ensayo es solo prctico para explosivos sensibles al detonador y que sean de pequeo dimetro crtico.

    La Energa Relativa por unidad de peso y de volumen es un procedimiento terico, basado en el valor energtico qumico del explosivo y especialmente indicado para aquellos que son insensibles al detonador. En este caso la potencia se puede expresar con los siguientes parmetros:

    AWS: Energa absoluta por unidad de peso (cal/g) ABS: Energa absoluta por unidad de volumen (cal/cm3)

    A partir de estos valores se obtiene la Energa Relativa por unidad de Peso (RWS) y por unidad de volumen (RBS) respecto al ANFO (producto al que se le da el valor 100) que viene determinados por las relaciones:

    =

    100

    Figura 43: Pndulo balstico (OZM Research)

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    =

    100

    Por ltimo, si estas relaciones se establecen respecto al Trabajo Util (que es la parte de la energa que se aprovecha hasta llegar a una presin de menos de 200 atm, valor bajo el cual se considera que ya no se produce trabajo contra roca), estos son:

    =

    100

    =

    100

    donde AEWS y AEBS son el trabajo til absoluto por unidad de peso y de volumen respectivamente del explosivo caracterizado, y AEWSAnfo y AEBSAnfo son el trabajo til absoluto por unidad de peso y de volumen respectivamente del Anfo. Este ltimo valor es el que ms se aproxima al poder energtico del explosivo en el barreno. Existen otros mtodos como la medida de la energa en el ensayo bajo agua o ensayo del cilindro que tambin dan el valor de la potencia explosiva o energa total del explosivo, aunque, al tratarse de ensayos ms complejos, no se usan mucho. El ensayo bajo agua consiste en la detonacin de una carga suspendida en el centro de una balsa en la que hay distribuidos un nmero de sensores conectados a un equipo de registro. Al detonar la carga explosiva, se registran diversos valores en los captadores, pudiendo registrarse diferentes medidas que se corresponden con las burbujas de gases generados en la reaccin de detonacin. De este modo, se pueden distinguir (figura 44) las siguientes medidas:

    1 La burbuja ha llegado a su mximo volumen y empieza a contraerse por efecto de la presin hidrosttica.

    2 La burbuja estalla generando un pico de presin.

    3 El proceso se repite hasta que la burbuja llega a la superficie.

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    Los picos en las medidas pueden interpretarse como que el primer pico da una medida de la presin de detonacin y el tiempo entre picos da una medida de la presin de burbuja. La potencia de un explosivo tambin puede estimarse mediante clculos tericos. Normalmente se relaciona con el calor de explosin y con el volumen de gases mediante una expresin de la forma:

    =

    + (1 )

    O bien:

    = ()2

    ()2 13

    Figura 44: Ensayo bajo agua.

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    Siendo: PRP: Potencia relativa en peso. Q,/Q: Relacin entre los calores de explosin del

    explosivo a valorar y del patrn. V,/V: Relacin entre el volumen de gases del explosivo

    a valorar y del patrn. k: Coeficiente que segn criterios vara entre 0,5 y 1. d: Densidad. v: Velocidad de detonacin.

    Si se quisiera tener a potencia relativa en volumen PRV, habra, lgicamente, que multiplicar la expresin anterior por la relacin entre densidades:

    =

    9.2. PODER ROMPEDOR El poder rompedor es una caracterstica del explosivo que indica la capacidad de quebrantar la roca debida exclusivamente a la onda de detonacin y no al conjunto de la onda de detonacin ms la presin de los gases (que es medida de potencia). El poder rompedor es un parmetro muy importante para los explosivos de uso no confinado o desacoplado, cuyos gases no pueden ejercer grandes presiones. Es el caso de las cargas huecas y de las cargas para taqueo. Su caracterizacin se realiza mediante el mtodo de Hess (figura 45), en el que se determina la reduccin de altura que provoca la detonacin de una cantidad de explosivo definida en un cilindro de plomo. Tambin es un mtodo ms adecuado para explosivos sensibles al detonador y de dimetro crtico pequeo. Si bien es un ensayo desarrollado hace mucho tiempo y que los explosivos han evolucionado en gran medida desde su desarrollo, sigue ofreciendo resultados satisfactorios a pesar de que hay corrientes de pensamiento que desaconsejan su uso.

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    Figura 45: Determinacin del poder rompedor por el Mtodo Hess

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    9.3. VELOCIDAD DE DETONACIN La detonacin de una columna continua de explosivo provocar la transformacin del explosivo en un gran volumen de gases a elevada temperatura y presin. La velocidad a la que se produce esta transformacin se denomina velocidad de detonacin, siendo su unidad de medida metros por segundo (m/s). Es importante distinguir entre la velocidad de detonacin (de la reaccin qumica) y de la onda de choque (transmisin fsica). La velocidad de detonacin es una caracterstica a tener en cuenta en la eleccin del explosivo. Se optar por explosivos que detonan lentamente, dando lugar a que su energa se desarrolle de forma progresiva, cuando se vuelen rocas blandas o se requiera una fragmentacin gruesa, mientras que se debe escoger explosivos dotados de elevada velocidad de detonacin cuando se pretendan fragmentaciones ms intensas en rocas duras. Existen multitud de mtodos de medida de la velocidad de detonacin, pudiendo diferenciarse principalmente por el objeto de cada uno de ellos. As, se pueden tener mediciones realizadas en laboratorio y medidas realizadas en campo. Si bien, los resultados deberan ser anlogos, las mediciones realizadas en campo permiten comprobar la evolucin de la velocidad de detonacin a lo largo del barreno, permitiendo ver la relacin entre el comportamiento del explosivo en condiciones reales de aplicacin.

    9.3.1. ENSAYOS DE LABORATORIO Los ensayos de laboratorio se basan en la toma de una muestra cilndrica de explosivo, colocada en un cilindro de acero para ejercer cierto efecto de confinamiento, sobre la cual se colocan dos sensores de fibra ptica separados una distancia conocida que se conectan a un receptor de modo que cuando se detona el explosivo es posible apreciar el tiempo que tarda en recorrer la detonacin entre los dos captadores. Conociendo la distancia exacta entre ellos, puede conocerse la velocidad de detonacin. Este tipo de ensayos tiene la ventaja de que se realiza de manera rpida y sencilla y, sobre todo, es fcilmente reproducible, por lo que se ha tomado como un mtodo normalizado y estndar de medicin de la velocidad de detonacin. Los detalles de este mtodo se recogen en la Norma UNE-EN 13631-14:2003 vigente.

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    9.3.2. ENSAYOS DE CAMPO La gran desventaja de los ensayos de laboratorio es que no pueden llevarse a cabo con una cantidad semejante a la que se emplea en un barreno de voladura y tampoco pueden apreciar cmo una columna de explosivo ha alcanzado el rgimen de detonacin. Por este motivo se han desarrollado mtodos de medida continua de la velocidad de detonacin en campo por medio de sondas que se colocan en el interior del barreno, que recogen las variaciones de velocidad de detonacin a lo largo del mismo. Este mtodo se basa en la colocacin de un cable coaxial de resistencia calibrada a lo largo del barreno cortocircuitando su extremo inferior. El otro extremo de la sonda se conecta a un generador de corriente continua logrando as tener un circuito elctrico sobre el cual es posible conocer su resistencia (figura 46). Durante el ensayo, el equipo de registro, est grabando los valores de resistencia medidos a gran velocidad, incluso hasta 2000 Hz (2000 medidas por segundo) de modo que, cuando se detona el barreno, la resistencia del circuito va variando porque se quema la sonda junto con el explosivo, disminuyendo as la resistencia del circuito. Gracias a la resistencia calibrada de la sonda, puede obtenerse la variacin de resistencia del circuito en funcin del tiempo, y expresarla en metros de sonda destruidos por unidad de tiempo, o lo que es lo mismo, la velocidad de detonacin del barreno.

    (Fuente: Cortesa EPC-Groupe)

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    Figura 46: Medida continua de la velocidad de detonacin en barreno

    Figura 47:

    Equipo de medida continua de la velocidad de detonacin (MREL)

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    9.4. DENSIDAD La densidad es una caracterstica muy importante de los explosivos industriales. Depende del tipo de componentes empleados en su fabricacin, ya que cuanto mayor es la densidad del explosivo, mayor es la concentracin de carga para un dimetro de barreno determinado. La densidad relativa de los explosivos est comprendida normalmente entre 0,8 y 1,5. Existen algunos explosivos de menor densidad con aplicaciones muy determinadas y cuyo uso implica una baja energa por unidad de volumen con aplicacin en voladuras de recorte o bien en algunas aplicaciones muy concretas en voladuras de escollera. La densidad es tambin un parmetro a tener en cuenta en la carga de barrenos con agua en su interior. La carga de explosivos de densidad inferior a 1,1 g/cm3 en barrenos con agua resulta muy laboriosa, ya que se hace muy difcil llenar completamente los barrenos dado que los cartuchos tienden a flotar.

    Figura 48: Ejemplo de medida continua de la velocidad de detonacin (MREL)

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    9.5. DIMETRO CRTICO Es el dimetro de una carga cilndrica por debajo del cual la onda de detonacin no se propaga o lo hace a una velocidad muy inferior a la nominal.

    9.6. MASA CRTICA Es la mnima cantidad de explosivo que se necesita para que se produzca la detonacin por efecto de una llama.

    9.7. RESISTENCIA AL AGUA Se entiende por resistencia al agua a la caracterstica por la cual un explosivo, sin necesidad de cubierta especial, mantiene sus propiedades inalterables durante un periodo de tiempo en contacto con el agua. Las dinamitas gelatinosas, hidrogeles y emulsiones resisten perfectamente cuando son cargados en barrenos con agua y por ello permiten su utilizacin en barrenos con agua en su interior. Sin embargo, los productos pulverulentos y Anfos no resisten al agua por el carcter soluble del nitrato amnico. La resistencia al agua depende del estado de agregacin de cada elemento de los explosivos. A modo de ejemplo, el nitrato amnico es muy poco resistente al agua ya que se disuelve en ella con facilidad; sin embargo y, en determinadas condiciones y en forma de emulsin o disolucin saturada, es el componente principal de ciertos explosivos caracterizados por su buena resistencia al agua. En el caso de que la aplicacin del explosivo deba realizarse en voladuras bajo agua, se ha de tener en cuenta que el explosivo a utilizar no solo debe ser capaz de soportar la presencia del agua sin disolverse, sino que debe mantener su sensibilidad de iniciacin y propagacin en estas circunstancias. En estos casos, se deben utilizar explosivos diseados especialmente para esta finalidad. Por ltimo, cuando los barrenos presentan simplemente humedad, se pueden emplear prcticamente todos los tipos de explosivos siempre que el tiempo de permanencia de explosivo en el barreno sea breve o bien se realice el enfundado de los mismos si se trata de explosivos a granel como el Anfo. Para mitigar este efecto, se han desarrollado productos especficos, como por ejemplo, el Anfo resistente al agua, que incorpora aditivos que recubren el prill de nitrato amnico de modo que no se disuelva en agua durante un cierto periodo de tiempo.

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    9.8. CALIDAD DE LOS HUMOS Los humos residuales son el conjunto de productos gaseosos resultantes de la reaccin de detonacin del explosivo entre los que se hallan vapores nitrosos (NOx), vapor de agua, monxido de carbono (CO) y anhdrido carbnico (CO2). Los explosivos industriales poseen una composicin tal que las reacciones qumicas que se producen generan humos de voladura de limitado contenido en gases nocivos (CO y NOx), lo que indica que se produce una reaccin qumica completa. No obstante, dado que, en general, las condiciones de aplicacin se apartan de las condiciones tericas, el nivel de gases txicos (CO, NOx, etc.) generados en las voladuras es elevado, pudiendo ocasionar molestias e incluso graves intoxicaciones a las personas. Por ello nunca se debe acceder a las inmediaciones de un frente despus de una voladura, sin tener la seguridad de que se han ventilado los gases producidos en la misma, bien por medicin directa o clculo.

    9.9. TOXICIDAD Los glicoles nitrados, como la nitroglicerina, son vasodilatadores y causan dolor de cabeza por inhalacin o absorcin cutnea. En contacto con la piel, pueden causar diversas alteraciones como dermatitis, decoloracin, etc. Es por ello que la manipulacin de los explosivos debe realizarse tomando las debidas precauciones.

    9.10. SENSIBILIDAD Se puede definir la sensibilidad de un explosivo como el mayor o menor grado de energa de iniciacin que hay que trasmitirle para que se produzca su iniciacin y, a continuacin, su detonacin. Se pueden considerar diferentes aspectos relativos a la sensibilidad de los explosivos; unas afectan a la seguridad en la manipulacin (fabricacin, transporte y utilizacin) y otras a su iniciacin en la voladura:

    Sensibilidad al detonador. Sensibilidad a la onda explosiva.

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    Sensibilidad al choque y al rozamiento.

    9.10.1. SENSIBILIDAD AL DETONADOR Los explosivos industriales se inician generalmente mediante la detonacin de una pequea carga de explosivo de alta potencia. Este explosivo puede estar ubicado en un detonador, en un cordn detonante, o en un multiplicador, segn el procedimiento que se utilice para la iniciacin. Existen explosivos que no son sensibles al detonador. En este caso es habitual provocar su iniciacin mediante un multiplicador, consistente en pastilla de explosivo de elevada potencia que es de forma cilndrica y que si es sensible al detonador.

    http://www.google.es/url?sa=i&rct=j&q=detonador&source=images&cd=&cad=rja&docid=gofENHIO9CrBlM&tbnid=wB6pAw8WyAKvCM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.atmosferis.com/explosivos-cebos/&ei=1M2-UdWOLYmY0AWwmYHACg&bvm=bv.47883778,d.ZGU&psig=AFQjCNEUpPlRjni5RP2hIhnoG48odO0gOg&ust=1371545373863881

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    9.10.2. SENSIBILIDAD A LA ONDA EXPLOSIVA Esta caracterstica consiste en la capacidad de transmisin de la detonacin entre los cartuchos de explosivo, bien sea colocados en lnea y uno a continuacin del otro o bien separados entre s una determinada distancia. Este hecho se denomina detonacin por simpata

    Los ensayos empleados para determinar esta caracterstica se realizan con cartuchos colocados, bien sobre placa de hierro o al aire; se trata de un ensayo normalizado que sirve para comparar unos productos con otros. Los resultados positivos obtenidos mediante estos ensayos garantizan buenos resultados en las voladuras, ya que la sensibilidad obtenida en estos casos es notablemente menor que la que se da cuando la detonacin tiene lugar en el interior de un barreno. Adems, ste ensayo asegura que la posibilidad del interrupcin de la detonacin dentro del barreno en una eventual discontinuidad de la carga del mismo es menor cuanto ms sensible sea el producto.

    Figura 49: Ensayos de sensibilidad a la onda explosiva

    http://www.google.es/url?sa=i&rct=j&q=&source=images&cd=&cad=rja&docid=HDygsXo0uA9_tM&tbnid=vwQz8TBOd0DK-M:&ved=0CAUQjRw&url=http://es.convdocs.org/docs/index-14590.html?page=10&ei=Gh28UYmGB-jL0AW94YD4Cg&bvm=bv.47883778,d.ZGU&psig=AFQjCNGptdonFbSioR7K30NG0FuZT_Uk2g&ust=1371369106709157

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    A pesar de esta caracterstica de los explosivos, en la prctica se debe asegurar siempre la detonacin de toda la carga en el caso de carga discontinua, es decir, cuando existen intervalos vacos o inertes entre cartuchos. Para ello es preciso emplear cordn detonante o un sistema de iniciacin adecuado a lo largo de toda la carga. Si se emplean espaciadores, estos sern de material antiesttico y que en ningn caso propague la llama (sobre todo en labores clasificadas de las minas de carbn de interior).

    9.10.3. SENSIBILIDAD AL CHOQUE Y AL ROZAMIENTO Algunos explosivos industriales se inician cuando son sometidos a acciones de impacto o friccin. Esta caracterstica viene delimitada mediante ensayos, de manera que todos los explosivos soportan sensibilidades mnimas determinadas. Para establecer la sensibilidad al choque de un explosivo se realizan ensayos normalizados, que consisten en dejar caer un martillo sobre la muestra del explosivo a ensayar para determinar la altura de cada mnima que produce la detonacin de la misma. Asimismo, para determinar la sensibilidad al rozamiento, existe otro ensayo normalizado para valorar la fuerza mnima de rozamiento que es capaz de soportar el explosivo sin que se produzca su detonacin. Estos ensayos tienen relacin directa con la mejora de la seguridad en la manipulacin industrial de los productos explosivos y con la prevencin y reduccin de accidentes.

    9.11. ESTABILIDAD QUMICA La estabilidad qumica de un explosivo es su aptitud para mantenerse qumicamente inalterado con el paso del tiempo. La estabilidad est garantizada si las condiciones de almacenamiento y el periodo de almacenamiento son los adecuados y correctos, permitiendo al usuario tener un producto totalmente seguro y fiable para los trabajos de voladura.

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    Los almacenamientos prolongados y/o en malas condiciones de humedad, temperatura y ventilacin, pueden originar la desestabilizacin del explosivo y, en consecuencia, facilitar su descomposicin. En este caso se deben extremar las precauciones para la manipulacin del mismo y proceder a su destruccin. El comportamiento del explosivo ante las altas o bajas temperaturas, por ejemplo, determina las condiciones y tiempo mximo de almacenamiento. Un explosivo muy higroscpico podra absorber y retener humedad hasta el punto de ver afectada su estabilidad qumica. La nitroglicerina, puede, por esta razn, descomponerse en cidos ntrico y nitroso, con peligro de detonacin espontnea.

    9.12. CALOR DE EXPLOSIN La adicin de ciertos elementos a la formulacin de algunos explosivos, como por ejemplo el polvo de aluminio, proporciona un incremento notable del calor de reaccin.

    Figura 50: Polvorn desplazable

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    9.13. BALANCE DE OXGENO Los elementos que normalmente constituyen la formulacin qumica de un explosivo (nitrgeno, carbono e hidrgeno) tericamente deben dar como productos de la explosin nitrgeno (gas), dixido de carbono y vapor de agua. La reaccin correspondiente al ANFO, explosivo formado por nitrato amnico y fuel-oil, sera:

    3 NH4NO3 + CH2 7H2O + CO2 + 3N2 + 940 cal/g (1) Este supuesto corresponde al caso en que la composicin del ANFO que reacciona sea del 94,5% de NO3NH4 y 5,5% de fueloil. En el caso de que estas proporciones fueran distintas, se obtendra:

    2 NH4NO3[90%] + CH28% 5H2O + CO + 2N2 + 820 cal/g (2)

    5 NH4NO3[96,6%] + CH23,4% 11H2O + CO2 + 4N2 + 2NO + 610 cal/g (3) La reaccin (1) corresponde al caso en que la cantidad de oxgeno que reacciona es la estrictamente necesaria para la oxidacin completa del carbono y del hidrgeno, quedando el nitrgeno libre. Como puede verse, es a esta reaccin a la que corresponde el mayor calor de explosin. Cualquiera de las otras dos reacciones (2) y (3), que corresponden a formulaciones con defecto o exceso de oxgeno sobre el terico necesario, aparte de generar un calor de explosin ms bajo, tambin dar lugar a la liberacin de una cierta cantidad de gases txicos (monxido de carbono u xidos de nitrgeno), lo que es una cuestin particularmente importante si la voladura se realiza en un espacio subterrneo sin suficiente ventilacin. Al dficit o superavit de oxgeno que tiene un explosivo en su formulacin qumica, expresado en % sobre el terico necesario, se le denomina "balance de oxgeno" (B.O.). El B.O. sera por tanto nulo con la formulacin (1), negativo con la (2) y positivo con la (3). Como se ha visto, el B.O. afecta a la potencia del explosivo (calor de explosin) y a la produccin de humos txicos.

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    9.14. ENSAYOS ESPECFICOS DE LOS EXPLOSIVOS DE SEGURIDAD

    Los explosivos que se utilizan especficamente en la minera del carbn necesitan estar catalogados como de seguridad. Esta catalogacin y clasificacin se realiza atendiendo a unas pruebas y criterios concretos que se explican a continuacin. Los ensayos, con atmsferas explosivas, se realizan en una galera de ensayo especfica que consta de una cmara de explosin donde se crean las condiciones que se quieren simular y una cmara o zona de expansin, para dirigir la salida de los gases o la llamarada, si es que se produce. Para simular los barrenos se utilizan cilindros de hierro denominados morteros. Dichos morteros llevan un taladro longitudinal a lo largo de su eje y tienen diferentes longitudes (mortero largo o corto) y configuraciones (mortero cilndrico o de esquina).

    Figura 51: Galera de pruebas para explosivos de seguridad. Campo de tiro de ATXE (Galdcano,

    Maxam)

    http://www.google.es/url?sa=i&rct=j&q=&source=images&cd=&cad=rja&docid=N1ElkfTjmUd-ZM&tbnid=FZOIdL_P-QvaIM:&ved=0CAUQjRw&url=http://es.convdocs.org/docs/index-14590.html?page=9&ei=dPi-UdLLAqiV0AWvy4DQCw&bvm=bv.47883778,d.ZG4&psig=AFQjCNFVFh3S2KyF30_a4-OR-seyLhU62g&ust=1371556336665068

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    Dentro de la cmara de explosin se crean las condiciones ms desfavorables que pudieran presentarse en una mina, introduciendo metano, polvo de carbn depositado o en suspensin, o una mezcla de metano y polvo en suspensin. Los tipos de pruebas que se realizan se enumeran a continuacin:

    Mortero largo. Mortero corto, con o sin placa. Cargas suspendidas. Mortero de esquina.

    9.14.1. MORTERO LARGO Representa una carga disparada sin retacado, produciendo el llamado bocazo en una atmsfera con un 9 % de metano. Se realizan con diferentes longitudes de carga porque no siempre la carga de mayor longitud es la que tiene mayor probabilidad de inflamacin.

    9.14.2. MORTERO CORTO CON O SIN PLACA Este ensayo representa la existencia de una carga debidamente separada de una posible bolsa de gris y el consecuente comportamiento del explosivo.

    9.14.3. CARGAS SUSPENDIDAS En ste ensayo las cargas se disponen colgadas en el interior de la galera y longitudinalmente con ella. Se pretende representar una carga que detona al aire al ser proyectada o dejada al descubierto por un barreno prximo que ha salido antes en la secuencia de tiro.

    9.14.4. MORTERO DE ESQUINA En ste ensayo se intenta representar el fenmeno de inflamacin del gris por reflexin de la onda de choque y gases de explosin contra un objeto duro, como puedan ser las paredes laterales o frontales de la galera.

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    9.14.5. CLASIFICACIN DE LOS EXPLOSIVOS DE SEGURIDAD La normativa espaola clasifica a los explosivos de seguridad para su uso en atmsferas potencialmente inflamables en los siguientes tipos:

    Primer grupo: Explosivos de uso limitado. Tipo I. Segundo grupo: Explosivos de seguridad. Tipo II. Tercer grupo: Explosivos de seguridad. Tipo III. Cuarto grupo: Explosivos de seguridad. Tipo IV.

    Estos explosivos de seguridad tienen limitado su mbito de uso a unas labores muy claramente definidas por la legislacin.

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    10. SUSTANCIAS EXPLOSIVAS

    10.1. SUSTANCIAS EXPLOSIVAS En general, son sustancias qumicas susceptibles de reaccionar violentamente al disociarse sus molculas y reagruparse posteriormente en formas ms estables. Se pueden establecer tres categoras, segn la magnitud del impulso energtico necesario para iniciar su detonacin:

    Sustancias explosivas primarias o iniciadores. Sustancias explosivas secundarias Sustancias no explosivas susceptibles de detonar.

    10.2. SUSTANCIAS EXPLOSIVAS UTILIZADAS COMO INICIADORES

    Son aquellas que debido a la debilidad de sus enlaces, resultan altamente sensibles e inestables. Una pequea cantidad de estas sustancias es ya sensible a la ignicin (pequea masa crtica). Se utilizan en la fabricacin de elementos iniciadores (detonadores). Entre este tipo de sustancias cabe mencionar el fulminato de mercurio y la azida de plomo. Ambos se caracterizan por la debilidad de sus enlaces qumicos O-N, O-Hg-O y N-Pb. Otro elemento a resear es el trinitrorresorcinato de plomo. Este producto se utiliza en combinacin de los anteriores para aumentar su sensibilidad. Reduce la higrocospicidad del fulminato, que por absorcin de agua, pierde sensibilidad a la llama.

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    (Fuente: http://www.lom.upm.es)

    Figura 52: Frmulas qumicas desarrolladas de explosivos iniciadores

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    Figura 53: Frmula desarrollada de la

    nitroglicerina

    Figura 54: Frmula desarrollada del nitroglicol

    10.3. SUSTANCIAS EXPLOSIVAS SECUNDARIAS Son sustancias explosivas para cuya detonacin se requiere, en comparacin con las anteriores, una mayor cantidad de explosivo y un mayor impulso energtico. Se utilizan como carga base de los detonadores, como cebos para iniciar explosivos de baja sensibilidad y tambin, en mayor o menor proporcin, forman parte de la composicin de muchos explosivos comerciales. Entre este tipo de sustancias cabe mencionar la nitroglicerina, el nitroglicol, el trinitrotolueno, la pentrita y la nitrocelulosa. La nitroglicerina es altamente sensible al choque o a la friccin debido a la debilidad del enlace N-O y a la reactividad de los grupos NO2 que coexisten prximos entre s. Expuesta al aire, puede descomponerse por hidrlisis liberando HNO3 en una reaccin exotrmica que puede producir su inflamacin y detonacin espontnea, lo que le da su carcter de inestable. Su congelacin origina dos formas cristalinas distintas: una rmbica (estable) a 13,2 C y otra triclnica (inestable) a 2,2 C, por lo que su descongelacin puede ser peligrosa. Tiene una densidad relativa 1,6, un balance de oxgeno positivo y detona segn la reaccin siguiente:

    4 C3H5(NO3)3 12CO2 + 10H2 + 6N2 + O2 + 1500 cal/g Tiene una presin de detonacin de casi 250.000 atm y una velocidad de detonacin terica de 7.926 m/s. El nitroglicol es un elemento que, por su bajo punto de congelacin (-20C), se aade a la nitroglicerina para bajar el punto de congelacin de la misma. El trinitrotolueno (TNT, trilita) es menos sensible que la nitroglicerina por la menor debilidad del enlace N-C y la mayor separacin de los grupos NO2. Tambin es ms estable por no sufrir hidrlisis. El balance de oxgeno que presenta es negativo.

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    Figura 55: Frmula desarrollada del Trinitrotolueno

    La pentrita (tetranitrato de pentaeritritol) es un producto explosivo bastante estable por la estructura simtrica de su frmula qumica. Presenta un especto pulverulento y de carcter higroscpico. La velocidad de detonacin de la pentrita, con una densidad de 1,7 g/cm es del orden de 8.400 metros por segundo. Su frmula qumica es C(CH2ONO2)4.

    La nitrocelulosa es una mezcla de steres ntricos, normalmente con un 11-15% de nitrgeno, que insensibiliza algo la nitroglicerina y gelatiniza al mezclarse con sta o con el nitroglicol. Se usa para estabilizar la nitroglicerina de modo que pueda emplearse de modo seguro. Una variedad de bajo punto de congelacin es el nitroalmidn.

    Figura 56: Frmula desarrollada de la pentrita y presentacin

    Figura 57: Nitrocelulosa

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    10.4. SUSTANCIAS NO EXPLOSIVAS SUSCEPTIBLES DE DETONAR

    Dentro de aquellas sustancias no explosivas, pero que en determinadas circunstancias y ante un impulso energtico suficientemente alto (por ejemplo, la detonacin de otro explosivo) son susceptibles de detonar, se encuentra principalmente el nitrato amnico, de amplio uso en la industria, ya que se usa generalmente como fertilizante. Sin embargo, aadindole un elemento combustible que corrija su balance de oxgeno positivo, forma parte de la mayora de los explosivos comerciales actuales. Se trata de un producto prcticamente inerte y, por lo tanto, muy seguro de manejar, ya que se sensibiliza aadiendo en torno a un 5 6 % en peso de gasoil. Otra caracterstica importante es que es un producto barato, pero cuyo principal inconveniente radica en su alta higroscopicidad y solubilidad en agua, la cual lo insensibiliza llegando a imposibilitar su detonacin. El calor de explosin del nitrato amnico puro es de solo 380 cal/g, que es aproximadamente una cuarta parte del correspondiente a la nitroglicerina. Sin embargo, si se le aade un combustible que compense el exceso de oxgeno, el calor de explosin se puede incrementar hasta superar las 900 cal/g. Su sensibilidad, velocidad de detonacin y dimetro crtico varan con la densidad de carga y el tamao de partcula. El nitrato amnico es de color blanco y se presenta en forma granular. Los granos son conocidos como prills (figura 55) y son de un tamao de en torno a 1 mm de dimetro aproximadamente. Como se ha indicado, el nitrato amnico suele emplearse como fertilizante, pero existen diferencias importantes entre el nitrato amnico usado como fertilizante y el usado como materia prima para la fabricacin de explosivos:

    Una primera diferencia es la absorcin. El nitrato amnico usado en la fabricacin de explosivos, tiene mayor absorcin para que la mezcla con gasoil se produzca de manera ms ntima y el gasoil penetre en la partcula de nitrato amnico en mayor porcentaje, quedando menor gasoil libre en la mezcla.

    Otro aspecto diferenciador es en la granulometra. El nitrato amnico

    empleado en explosivos tiene un menor tamao de prill y adems es ms redondeado y ms regular, de modo que el producto sea ms homogneo y la reaccin que se produzca sea completa, por no haber zonas de mayor (o menor) concentracin de gasoil o nitrato.

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    Estas caractersticas, entre otras, son las que diferencian un nitrato amnico grado tcnico (empleado en explosivos) de uno de grado fertilizante.

    Figura 58: Prills de nitrato amnico

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    11. EXPLOSIVOS INDUSTRIALES Los explosivos industriales estn constituidos por una mezcla de sustancias, combustibles y comburentes, que, debidamente iniciadas, dan lugar a una reaccin qumica cuya caracterstica fundamental es su rapidez. Esta velocidad define el rgimen de la reaccin, que debe ser de rgimen de detonacin. Si no se inicia adecuadamente, el mismo producto puede desencadenar un rgimen de deflagracin, o incluso, de combustin, lo que implica que el comportamiento del producto no sea el deseado. La reaccin generada produce gases a alta presin y temperatura, que sern las propiedades encargadas de la fragmentacin y del movimiento de la roca. Cada tipo de explosivo tiene una composicin especfica y definida. Esto supone que sus caractersticas son diferentes, y, en consecuencia, cada explosivo tiene una aplicacin diferente en funcin de las necesidades de la voladura.

    http://www.google.es/url?sa=i&rct=j&q=&source=images&cd=&cad=rja&docid=OR_aPHh3RP_eqM&tbnid=QGy9wueL8Nfr8M:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.diariodeleon.es/noticias/provincia/polvora-en-ferreria_427226.html&ei=IzbDUenGF4T_OeWzgaAJ&bvm=bv.48175248,d.ZWU&psig=AFQjCNFGaEEoeZYo6R5IXglVjYKBPkc0CQ&ust=1371834269449578

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    11.1. DINAMITA Este tipo de explosivos, reciben su nombre por su consistencia gelatinosa y se obtiene al mezclar nitroglicerina/nitroglicol (NG) con nitrocelulosa. Esta mezcla es an ms energtica que el propio NG. Lleva en su composicin, como elemento predominante, el nitrato amnico, adems de combustibles y otros aditivos minoritarios. Dentro de la familia de las dinamitas se pueden distinguir dos tipos diferentes, gelatinosas y pulverulentas, en funcin de su composicin.

    11.1.1. DINAMITA PULVERULENTA La dinamita pulverulenta est compuesta bsicamente por nitrato amnico, un combustible que corrige su exceso de oxgeno y una pequea cantidad (generalmente prxima a un 10%) de un sensibilizador, que puede ser nitroglicerina, trinitrotolueno o una mezcla de ambos. Todas ellas, debido a su contenido en nitrato amnico presentan las caractersticas siguientes:

    Baja potencia Densidad media/baja (de 1,0 a 1,2) Regular o mala resistencia al agua Velocidad de detonacin de 2.000 a 4.000 m/s Poca sensibilidad al choque o a la friccin.

    Por todo ello son explosivos recomendables en rocas de dureza media-baja sin presencia de agua.

    11.1.2. DINAMITA GELATINOSA Una forma de corregir la mala resistencia al agua de las dinamitas pulverulentas y, al mismo tiempo, aumentar su potencia, es incrementar su contenido de Nitroglicerina (o Nitroglicol) y aadir una cierta cantidad de nitrocelulosa, que acta como gelificante, formando una pasta gelatinosa. Existen diversas modalidades en funcin de su contenido de Nitroglicerina (o Nitroglicol), pero todas ellas se caracterizan por:

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    Elevada potencia Alta densidad (de 1,4 a 1,5) Buena o excelente resistencia al agua. Alta velocidad de detonacin (de 4.000 a 7.000 m/s) Cierta sensibilidad al choque o a la friccin

    Por todo ello son explosivos recomendables en rocas de dureza alta incluso con presencia de agua.

    11.2. ANFO En la lnea de reducir el contenido en nitroglicerina (o nitroglicol) del explosivo para incrementar su seguridad, surgieron los explosivos tipo ANFO (Ammonium Nitrate + Fuel Oil), explosivos compuestos por un 94 % aproximadamente de nitrato amnico que acta como oxidante y en torno a un 6 % de gasoil que acta como combustible. Las caractersticas de este explosivo son las siguientes:

    Baja / media potencia. Muy baja densidad (0,8). Nula resistencia al agua, ya que el nitrato amnico es soluble en agua y

    pierde su capacidad de detonar. Baja velocidad de detonacin (2.000 - 3.000 m/s). No son sensibles al detonador, por lo que necesitan de otro explosivo para

    iniciarse correctamente, lo que puede conseguirse con cordones detonantes, cebos de dinamita gelatinosa, cartuchos de hidrogel o

    Figura 59: Cartuchos de Dinamita de diferentes calibres (Fuente: Maxam)

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    multiplicadores. Debido a su consistencia granular y a la solubilidad del nitrato amnico, no resisten al agua, por lo que su aplicacin en barrenos que contengan este elemento est totalmente desaconsejada. Por el contrario, esta consistencia granular hace que el explosivo ofrezca una importante ventaja, y es la de que resulta muy fcil la carga mecanizada del mismo. Generalmente ste producto se comercializa a granel, tanto ensacado como expedido en camin tolva para su utilizacin directa, si bien tambin se suministra encartuchado. En ocasiones se introduce cierta cantidad de polvo de aluminio metal, cuya oxidacin durante la detonacin es la de incrementar el calor de explosin y, por tanto, la potencia del explosivo. Se obtiene as el producto denominado ALANFO (ALuminium + Ammonium Nitrate + Fuel Oil).

    11.3. HIDROGELES Al objeto de mejorar la resistencia al agua de los explosivos de base nitrato amnico, se desarrollaron los slurries o papillas explosivas. Son productos que, paradjicamente, incorporan una cierta cantidad de agua en su composicin, pero fundamentalmente se trata de explosivos compuestos por un elemento oxidante (NH4NO3 o bien NaNO3) y otro que acta a la vez como sensibilizador y combustible, y que puede ser un explosivo (TNT), un metal (Al) o una sal orgnica (Nitrato de Monometilamina o Nitrato de Hexamina). Ambos componentes estn dispersos en una solucin saturada de NH4NO3 o de NaNO3 (12 - 15% agua). A esta mezcla se le suele aadir tambin un conjunto de sustancias espesantes,

    Figura 60: Explosivo tipo Anfo.

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    gelificantes y estabilizantes. Se conocen con el nombre de hidrogeles y se pueden presentar en forma encartuchada o incluso puede ser bombeado, a granel. Se caracterizan por:

    Elevada potencia. Densidad media/alta (1,2-1,3) Excelente resistencia al agua Velocidad de detonacin de 3.500 a 4.500 m/s. Menor sensibilidad a la friccin o al impacto.

    Son productos que pueden no llevar en su composicin ningn producto que sea de por si explosivo; nicamente, estos productos, reaccionan de forma explosiva en el momento que se inician con el detonador, cordn detonante o cualquier multiplicador. Las caractersticas ms notables son su elevada potencia, excelente resistencia al agua y gran seguridad en el manejo y el transporte. Por todo lo anterior este explosivo es de Aplicacin en rocas de dureza media-alta, incluso con presencia de agua.

    Figura 61: Explosivo tipo hidrogel (Fuente: Maxam)

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    11.4. EMULSIONES En la misma lnea de buscar un explosivo de la mxima seguridad y potencia que pueda ser utilizado en barrenos con agua, el ltimo desarrollo en explosivos industriales lo constituyen las conocidas como emulsiones. Consisten en una fase dispersa formada por pequeas gotas de disolucin de NH4NO3 o de NaNO3 en agua, que estn rodeadas de una fina pelcula de 10-4 mm de aceite mineral (fase continua). Se trata, por tanto, de explosivos compuestos bsicamente por nitrato amnico o nitrato sdico con un contenido en agua entre el 14 y el 20 %, un 4 % aproximadamente de gasoil y menores cantidades (1 2 %) de otros productos, entre los que se encuentran:

    Agentes emulsificantes (oleato o estearato de sodio) Ceras para aumentar la consistencia y el tiempo de almacenamiento.

    Algunos fabricantes incorporan tambin en la composicin burbujas de aire o esferas huecas de vidrio (llamadas microesferas) que incrementan la onda de detonacin, aumentando la sensibilidad, y partculas de aluminio que aumentan igualmente su potencia y sensibilidad. El rea de contacto entre oxidante y combustible que proporciona la emulsin, favorece una amplia y completa reaccin. Por otra parte, la pelcula de aceite constituye una proteccin del nitrato frente al agua. De todo aquello se deriva un explosivo en forma de pasta, capaz de ser bombeado o de ser encartuchado y que tiene las siguientes caractersticas:

    Alta velocidad de detonacin (4.500-5.500 m/s) Excelente resistencia al agua. Mucha menor sensibilidad al choque o a la friccin.

    La mezcla de ANFO con emulsin en proporcin variable, en un rango que puede abarcar desde una proporcin 90/10 hasta 50/50. Dependiendo de la proporcin de sus componentes, las caractersticas varan, obteniendo desde mezclas con excelente resistencia al agua a mezclas con mala resistencia. Las composiciones ricas en emulsin (hidrogel) se pueden bombear desde camin y tienen alta velocidad de detonacin. Las densidades decrecen con el contenido de Anfo, resultando valores comprendidos entre 1,25 y 1,10 g/cm3, a estas mezclas se las llama emulsin o hidrogel dopado.

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    Sin embargo, las mezclas ricas en Anfo son los llamados ANFOS pesados (o Heavy ANFO, en ingls) y se cargan con sistema de tornillo desde camin. Debido a su carcter pegajoso, la carga debe hacerse de forma inmediata. Al igual que los hidrogeles, este explosivo puede presentarse encartuchado, o a granel, cuyo empleo se realiza por medio de unidades cargadoras de explosivo.

    Figura 62: Diferentes tipos de emulsin en funcin de la proporcin Emulsin/Anfo

    Figura 63: Emulsin explosiva y equipo de carga a granel (Fuente: Orica)

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    11.5. EXPLOSIVOS PARA LA MINERA DE CARBN. EXPLOSIVOS DE SEGURIDAD

    En la minera del carbn el uso del explosivo es imprescindible bien sea en explotaciones de interior como de cielo abierto, debido a la frecuente presencia de roca dura en los tajos o porque ocasionalmente aparece carbn de alta dureza que requiere ser volado. Especial inters presenta el uso de explosivos en la minera del carbn en interior, donde se debe utilizar tanto en labores de preparacin como, en muchos casos, en labores de arranque. Salvo en las labores clasificadas de primera clase (aquellas en las que no hay presencia de gris ni de otros gases inflamables), en las que se puede utilizar cualquier tipo de explosivo, en el resto de labores deben utilizarse los denominados explosivos de seguridad, que son un tipo de explosivos que renen unas caractersticas muy especficas para lograr unos elevados ndices de seguridad en ste tipo de minera. Las atmsferas potencialmente explosivas que se pueden presentar en la minera subterrnea de carbn son debidas a la presencia, en proporciones diferentes, del denominado gris, el polvo de carbn y una combinacin de ambos. En Espaa, estas minas y labores mineras subterrneas se rigen por el Reglamento General de Normas Bsicas de Seguridad Minera (RGNBSM) que las clasifica, atendiendo a la existencia de gris, en cuatro categoras:

    1 De primera categora o sin gris: aquellas en las que no se han presentado gris ni otros gases inflamables.

    2 De segunda categora o con ambiente dbilmente grisuoso: aquellas en

    las que puede desprenderse en cantidad reducida gris u otros gases inflamables.

    3 De tercera categora o con ambiente de mina fuertemente grisuoso:

    aquellas en las que puede desprenderse en cantidad abundante gris u otros gases inflamables.

    4 De cuarta categora o con desprendimiento instantneo de gas: son

    aquellas en las que puede desprenderse de forma sbita gris u otros gases inflamables, originando el arrastre violento de cantidades importantes de roca.

    A finales del siglo XIX comenzaron los estudios para desarrollar explosivos para minas de carbn que fuesen ms seguros que los que en ese momento se utilizaban, que eran las plvoras y los explosivos rompedores. Tras numerosos

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    estudios, se desarrollaron explosivos fabricados con una envuelta de seguridad. Para constituir dicha envuelta de seguridad, Lamaire estudi diferentes materiales como la arena, sales con agua cristalizada y cuerpos volatilizables por el calor (cloruros). Estas envueltas presentaban los inconvenientes de un excesivo calibre y el desmoronamiento de la envolvente. En los aos cuarenta se comprob que al incorporar a la masa del explosivo los elementos inhibidores de la funda, se mejoraba sustancial mente la seguridad. En los aos cincuenta aparecen unas nuevas composiciones, denominadas de intercambio inico que aumentan notoriamente la seguridad. Como ltima etapa han surgido modificaciones de los explosivos tipo hidrogeles y posteriormente de las emulsiones, para adecuarlos a su uso en la minera del carbn.

    Explosivos con aditivo inhibidor.- En este tipo de explosivo el grado de seguridad se logra a partir de un aditivo que se comporta como inhibidor de la inflamacin del gris y del polvo del carbn. Este se introduce en la formulacin del explosivo. A medida que aumenta el contenido del producto inhibidor, se produce un incremento de la seguridad que siempre va acompaada de una prdida gradual de las caractersticas explosivas. En todos los tipos de explosivo hay una relacin inversa entre seguridad y potencia, por lo que explosivos muy seguros son siempre explosivos con bajas prestaciones, en cuanto a sus caractersticas prcticas.

    Explosivos de intercambio inico.- En este tipo de explosivo, al

    contrario de lo que sucede con los del grupo anterior, la seguridad no se logra mediante la adicin de un de-terminado tipo de inhibidor, sino que en la composicin del producto entran a formar parte, como ingredientes, diversos compuestos cuya reaccin en el momento de la detonacin, tiene como resultado la formacin del inhibidor en ese mismo instante.

    Para conseguir la formacin del inhibidor en el mismo instante de la detonacin se parte, en general, de dos componentes, comnmente llamados par salino. Este par salino suele estar formado por el nitrato sdico y el cloruro amnico, y en su reaccin produce el oxidante del explosivo (nitrato amnico) y el inhibidor (cloruro sdico) en estado naciente y que es tremendamente ms efectivo, aproximadamente tres veces superior a su estado normal. Como se ha indicado, los denominados explosivos de seguridad estn diseados para que su detonacin en atmsfera grisuosa no provoque una explosin de gris. Para ello, aparte de los componentes que son comunes a un explosivo standard de base nitrato amnico, combustible y sensibilizador, incorporan tambin un agente inhibidor (normalmente ClNa) que, al vaporizarse durante la explosin, absorbe calor y reduce as el tamao, la duracin y la temperatura de la llama. Otras veces

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    el ClNa no se incorpora directamente a la composicin sino que se genera durante la explosin por reaccin de un par salino incorporado:

    NaNO3 + NH4Cl NH4NO3 + NaCl La energa suministrada por un explosivo de intercambio inico, tambin llamado de seguridad reforzada, se realiza en dos fases. La primera es como resultado de la detonacin de la nitroglicerina y la segunda se produce en la reaccin del par salino para dar lugar al inhibidor y al nitrato amnico que posteriormente se descompondr al producirse su detonacin. Las familias de explosivos adaptadas a la extraccin de carbn son las siguientes:

    Dinamitas: gelatinosas y pulverulentas Hidrogeles Emulsiones

    Bsicamente presentan las mismas propiedades que los explosivos para aplicaciones no clasificadas con presencia de gris, con la particularidad de que suelen presentar menor potencia y menor velocidad de detonacin que sus homlogos estndar. Sin embargo, las caractersticas de resistencia al agua, son las mismas: mientras que las dinamitas gelatinosas, los hidrogeles y emulsiones presentan un buen comportamiento a este respecto, la dinamita pulverulenta tiene nula resistencia al agua.

    11.6. PLVORA NEGRA La plvora negra, se incluye dentro de este apartado de explosivos por razn de su uso en cantera de bloques y pizarras para ornamentacin. Sin embargo, conviene aclarar que no es un explosivo propiamente dicho, puesto que nunca llega a detonar, sino que deflagra nicamente. Se compone de NH4NO3 NaNO3 (75%), azufre (15%) y carbono (10%). Segn sea su composicin reacciona de distintas formas:

    2NaNO3 + S + C Na2SO4 + CO2 (910kcal/kg; 4,7moles/kg)

    2NaNO3 + S +32

    C Na2SO3 +32

    CO2 (620 kcal/kg; 6,9 moles/kg)

    2NaNO3 + S + 3C Na2S + 3CO2 (620 kcal/kg; 12,6 moles/kg)

    2NaNO3 + S + 3C Na2SO4 + 2CO (680 kcal/kg; 8,9 moles/kg)

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    Tomando como indicador de la potencia el producto del calor de reaccin por el nmero de moles, la reaccin ms favorable sera la tercera. Las caractersticas ms importantes de la plvora negra son:

    La plvora provoca la rotura en la roca por empuje de sus gases, en lugar del efecto rompedor de la onda de choque que producen los explosivos.

    Otra caracterstica importante es su alta temperatura de combustin.

    Su velocidad de reaccin es baja si se la compara con las velocidades de

    detonacin de los explosivos. Confinada y en ciertos calibres puede llegar a velocidades de 500 m/s.

    La plvora es bastante sensible al roce y a la llama, por lo que necesita

    guardar las pertinentes medidas de seguridad en su manejo.

    Para su iniciacin no se precisa del uso de un detonador, sino que basta con la accin de una llama o chispa como la que produce la mecha lenta. De todas formas se suele utilizar combinada con el cordn detonante, siendo este un buen iniciador.

    Los humos producidos en la combustin de la plvora son txicos, por lo

    que debe prestarse mucha atencin a la ventilacin en las aplicaciones en trabajos subterrneos.

    Figura 64: Plvora negra (Fuente: Maxam)

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    Las plvoras de mina se suministran en forma granulada. Al final del proceso de fabricacin se le aade grafito que, por su carcter conductor, evita la formacin de cargas electrostticas y aporta adems una accin lubricante con lo que se logra una buena fluidez. Como se ha indicado anteriormente, las aplicaciones de la plvora de mina han quedado reducidas en la actualidad a labores de arranque de rocas ornamentales, tales como granitos, mrmoles, pizarras, etc., en las que, debido a su accin de empuje, permite cortar y separar al bloque del macizo sin producir dao alguno.

  • 109

    12. ACCESORIOS DE VOLADURA En todos aquellos trabajos en los que se emplean explosivos, tanto en minera como en obra civil, es necesario que la detonacin se inicie correctamente. Para ello, es necesario conocer aquellos medios y tcnicas que permiten iniciar la reaccin en rgimen de detonacin, la iniciacin de explosivos y, de forma subsiguiente, la iniciacin de voladuras de manera que se produzca la detonacin de un conjunto de barrenos con un orden determinado.

    (Fuente: http://www.imperial.ac.uk)

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    Esta iniciacin del explosivo debe ser aquella que asegure que la detonacin alcanza un rgimen que se mantenga durante toda la reaccin en el interior del barreno. En este aspecto, un explosivo que no se inicie correctamente provoca que alcance una velocidad de detonacin inferior a la nominal, llegando a reaccionar en rgimen de deflagracin, o incluso llegar a detenerse la reaccin. En todos estos casos en los que no se alcanza el rgimen de detonacin nominal, el trabajo realizado por el explosivo ser muy inferior al diseado. En cuanto a la iniciacin de una voladura, pueden presentarse diseos muy diferentes que vayan desde la detonacin de varios detonadores hasta diseos tales que impliquen cientos de detonadores en grandes voladuras, siendo imprescindible una secuenciacin adecuada para lograr unos resultados adecuados de fragmentacin, el movimiento de la pila de material volado y el ser

    (Fuente: http://www.miningweekly.com)

    http://www.google.es/url?sa=i&rct=j&q=&source=images&cd=&cad=rja&docid=cfKxpegcvTmUcM&tbnid=wyF-rUOac5mMjM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.miningweekly.com/article/improved-blasting-technology-for-coal-applications-2008-09-05&ei=vIrEUerzMcHt0gX2toCgDg&bvm=bv.48293060,d.ZGU&psig=AFQjCNEtN-FMQLMEatR3_gWPqI8WYXSEBQ&ust=1371920903010329

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    compatible con las afecciones al entorno. Bajo estas premisas de iniciacin y secuenciacin, se hace necesario considerar un conjunto de elementos que hagan que la detonacin de los explosivos comerciales se efecte de modo correcto y adecuado al objetivo de lograr un rendimiento ptimo en la excavacin con utilizacin de explosivos. Para explosivos que sean sensibles a la accin de un detonador, la iniciacin puede realizarse introduciendo un detonador en el interior de un cartucho, al que se denominar cartucho cebo, y que estar en contacto con el resto de la carga. Tambin puede hacerse adosando un cordn detonante a la carga explosiva, el cual a su vez se iniciar con un detonador, transmitindose la detonacin a la citada carga. En el caso de explosivos que precisen una energa de iniciacin superior a la proporcionada por un detonador, se emplearn elementos que aseguren la detonacin, como es el caso de multiplicadores de pentolita (PETN+TNT) o cartuchos de otro explosivo.

    12.1. SISTEMAS DE INICIACIN Los diferentes sistemas de iniciacin, conocidos como detonadores, pueden emplearse tanto en voladuras a cielo abierto como en interior y la finalidad es la de iniciar los explosivos dentro del barreno, o bien el cartucho cebo o multiplicador que desencadene la detonacin en el interior del mismo. Como se ver ms adelante, algunos tipos de detonadores tienen un uso mucho ms restringido y en aplicaciones especficas, como es el caso de los detonadores ordinarios. La eleccin de cada uno de los tipos de detonadores vendr determinada por las necesidades de secuenciacin, caractersticas del entorno y facilidad en la realizacin de la conexin, entre otros factores. Todos los detonadores de uso civil empleados habitualmente tienen en comn que contienen aproximadamente la misma carga explosiva, siendo el elemento diferenciador el modo de iniciacin de la carga. En trminos generales, constan de una cpsula metlica de aluminio, o cobre, donde se aloja un explosivo iniciador, formando la llamada carga base (compuesta por trinitrorresorcinato de plomo y azida de plomo), y una carga base (compuesta por pentrita). Esta carga explosiva se inicia por medio de una pldora inflamable (en detonadores elctricos, no elctricos o electrnicos) o bien directamente por efecto de una llama (detonadores ordinarios).

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    12.1.1. DETONADORES ORDINARIOS Son aquellos que se inician mediante mecha lenta. La mecha lenta se introduce en el extremo abierto de una cpsula de aluminio que aloja la carga explosiva del detonador y se engarza mediante unas tenazas especiales, de modo que se evite que la mecha se salga durante su manipulacin. Se usa, por tanto, nicamente en voladuras de roca ornamental.

    Debido a su configuracin, no es posible establecer ningn tipo de retardo en el detonador, por lo que una vez que llegue la llama propagada por la plvora que lleva alojada la mecha en su interior, el detonador se inicia instantneamente.

    12.1.2. DETONADORES ELCTRICOS El detonador elctrico emplea la energa elctrica para su iniciacin. El detonador elctrico posee un inflamador pirotcnico (denominado comnmente cerilla), a travs del cual circula la corriente elctrica, que provoca la iniciacin de la carga explosiva. El inflamador o cerilla es una pequea resistencia recubierta de pasta explosiva. Esta resistencia llamada tambin puente de incandescencia, va conectada a los hilos de conexin y, a travs de ellos, recibe la corriente elctrica. Si la intensidad es lo suficientemente grande el puente se calienta, hasta alcanzar una temperatura, que produce la inflamacin de la pasta explosiva de la cerilla Existen dos grandes grupos de detonadores elctricos: los detonadores instantneos y los temporizados. La diferencia entre ambos es que los detonadores

    Figura 65: Detonador ordinario

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    elctricos temporizados poseen un casquillo entre el inflamador que posee una pasta pirotcnica que quema a una velocidad determinada. Este casquillo se denomina portarretardo, siendo el compuesto que lleva en su interior la carga de retardo. De este modo, con la combinacin de diferentes longitudes y composiciones de la carga de retardo, es posible obtener detonadores que se inician a diferentes tiempos de detonacin, proporcionando as las combinaciones necesarias para la secuenciacin de barrenos de una voladura. En funcin de la intensidad necesaria para iniciar el inflamador pirotcnico, se pueden distinguir, de menor a mayor intensidad necesaria de iniciacin, los detonadores Sensibles, Insensibles o Altamente Insensibles. Los detonadores sensibles tienen actualmente un uso muy restringido, y se usan exclusivamente en labores de arranque de carbn. Las caractersticas elctricas de los diferentes tipos de detonadores pueden verse en la Tabla 6.

    Figura 66: Detonador elctrico instantneo y de retardo

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    Tabla 2:

    Detonador elctrico. Caractersticas elctricas.

    Entre las caractersticas elctricas de los detonadores elctricos se pueden destacar:

    Resistencia del puente: Es la resistencia del puente de incandescencia o resistencia de la cerilla. Se mide en ohmios.

    Resistencia de los hilos de conexin: Es la resistencia de los dos hilos

    de conexin del detonador. Se mide en ohmios.

    Resistencia total del detonador: Es la suma de las dos anteriores. Se mide en ohmios.

    Intensidad de corriente recomendada: Es la intensidad mnima de corriente elctrica necesaria para asegurar que todos los detonadores conectados en serie en una voladura, reciben energa suficiente, para su iniciacin. Es la que el fabricante recomienda y, por tanto debe ser la mnima a utilizar. Se mide en amperios.

    Corriente de seguridad: Impulso de encendido o sensibilidad elctrica de los detonadores. Es la energa elctrica, por cada unidad de resistencia, necesaria para provocar la inflamacin de la cerilla.

    Una clasificacin de los detonadores elctricos con tiempo de retardo, es aquella que diferencia los detonadores en funcin del tiempo de temporizacin que tienen, lo que permite hablar de dos series de temporizacin diferente:

    Serie de Micorretardo: entre cada uno de los detonadores de las serie hay una diferencia de 25 ms de retardo.

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    Serie de Retardo: hay 500 ms de tiempo de retardo entre cada uno de los detonadores de la serie.

    En funcin de la aplicacin para la que est diseado cada detonador se pueden distinguir los siguientes tipos:

    Detonador de cpsula de aluminio: son los de uso general para aplicaciones en voladuras a cielo abierto sin ambientes grisuosos.

    Detonador de cpsula de cobre: tienen las mismas caractersticas que

    los detonadores de aluminio, pero pueden emplearse en aplicaciones donde exista riesgo de presencia de atmsferas explosivas. En este caso, la cpsula y los hilos de alimentacin son siempre de cobre.

    Detonadores ssmicos: son detonadores que se fabrican con un tiempo de reaccin inferior a un milisegundo y son aptos para resistir altas presiones hidrostticas durante largos perodos de tiempo.

    12.1.3. DETONADORES NO ELCTRICOS Los detonadores no elctricos se caracterizan porque no interviene ningn tipo de corriente elctrica en su iniciacin. La parte explosiva es comn a los detonadores elctricos, pero en lugar de un inflamador pirotcnico la carga portarretardo se inicia por medio de una onda de choque de baja energa que se transmite a travs de un tubo de transmisin.

    Figura 67: Detonador no elctrico

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    El tubo de transmisin es un tubo de plstico que contiene en su interior una pequea cantidad de material reactivo (en torno a 14 mg por metro lineal de tubo), compuesto de Hexgeno (HMX) y Aluminio.

    Este tubo est engarzado en el detonador haciendo que la onda de baja energa transmitida por su interior incida como un dardo sobre la carga primaria o la carga de retardo. La velocidad de transmisin de esta onda es del orden de 2.000 m/s. Esta onda onda de choque, se propaga con toda fiabilidad a travs del tubo de transmisin, aunque en existan dobleces pronunciados o nudos. Esta onda de detonacin no tiene influencia sobre la columna de explosivo contenida en el barreno, permitiendo la iniciacin en el fondo del mismo, ya que la cantidad de materia reactiva contenida en l es tan pequea que la superficie exterior del tubo queda intacta durante el paso de la mencionada onda de detonacin. Cabe destacar que la cantidad de material reactivo contenido en su interior es tan pequea, y adems no es posible manipularla para extraerla del mismo, que el tubo de transmisin por s solo no est catalogado como material explosivo. El tubo de transmisin se presenta en diversidad de colores, para identificarlo con cada una de las diferentes aplicaciones.

    Figura 68:

    Tubo de transmisin

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    12.1.4. DETONADORES ELECTRNICOS Los detonadores electrnicos son la ltima evolucin de los sistemas de iniciacin para voladuras. Su desarrollo comenz hace bastantes aos, pero todava el uso de este tipo de sistema est centrado en ciertas aplicaciones donde se buscan unos resultados especficos La diferencia fundamental entre el detonador electrnico y cualquier otro, bien sea elctrico o no elctrico, es que la pasta pirotcnica que determina el tiempo de retardo ha sido sustituida por un circuito electrnico, en el cual, un microchip es el encargado de realizar la descarga de un condensador en el instante deseado. En los dems tipos de detonadores, el retardo viene fijado por el tiempo que tarda en consumirse una pasta pirotcnica. Cada detonador electrnico est identificado inequvocamente con un cdigo alfanumrico que sirve para su posterior programacin y disparo. En cuanto a la carga explosiva, es igual a la que poseen los dems sistemas de detonacin. De este modo, las caractersticas explosivas del detonador electrnico, son las mismas que las de otros sistemas de iniciacin. La precisin en los tiempo de retardo en los detonadores electrnicos es del 0,02 %, mucho

    Figura 69: Detonador electrnico

    Figura 70: Microchip e inflamador

    de detonador electrnico (DynaEnergetics)

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    mayor que para detonadores de retardo pirotcnico. Tanto los detonadores elctricos como los no elctricos tienen un casquillo metlico que aloja una sustancia pirotcnica que se consume a una determinada velocidad. Sin embargo la precisin de estos sistemas es limitada. Se pueden encontrar sistemas diseados para ser iniciados en el mismo tiempo de retardo pero realmente, el tiempo de disparo no es el mismo. Esto significa que los detonadores diseados para ser iniciados a 20 ms pueden iniciarse a 197 ms o a 203 ms. Este efecto se conoce como Dispersin. En principio, esto puede no ser relevante, pero en las operaciones de voladura (donde, a veces se recurre a la iniciacin de cientos de detonadores en un corto espacio de tiempo), esta efecto de dispersin puede influir en la fragmentacin, la produccin de vibraciones o en el comportamiento global de la voladura. La dispersin crece a medida que el tiempo de retardo aumenta, aunque el valor del porcentaje de esta diferencia se mantiene constante. El efecto de dispersin ha sido minimizado gracias a los avances tcnicos que han mejorado las pastas de retardo, pero es muy difcil encontrar una sustancia pirotcnica sin ninguna dispersin. Este problema es el que se ha resuelto con la introduccin de los Detonadores Electrnicos.

    El sistema de detonador electrnico se tiene que usar conjuntamente con la unidad de programacin y la unidad de disparo (explosor electrnico).

    La unidad de programacin es el dispositivo que asigna un tiempo a cada detonador. Estas unidades no cargan el detonador, solamente identifican un tiempo de detonacin con cada cdigo inequvoco del detonador. Esta

    Figura 71:

    Componentes del sistema de detonacin electrnico (Daveytronic)

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    unidad funciona como una base de datos en la que se identifica el nmero de serie de cada detonador electrnico con el tiempo establecido en la secuencia de disparo. Esta programacin se realiza en la voladura, por lo que los detonadores que llegan desde el polvorn son todos exactamente iguales. Adems, la unidad de programacin, tiene las opciones de gestionar esa base de datos, pudiendo aadir, borrar o modificar los tiempos de detonacin asignados.

    El explosor electrnico es el equipo que tiene la misin de programar,

    cargar, realizar la comprobacin del circuito y enviar la orden de disparo a los detonadores. La seal que enva este explosor est codificada, lo que hace que no sea posible la emisin de la orden de disparo por agentes externos (corrientes errticas, campos inducidos, etc.).

    Los detonadores electrnicos pueden programarse con un tiempo de retardo desde 0 ms hasta 14.000 ms, en intervalos de 1 ms. El mximo nmero de detonadores que pueden dispararse por cada explosor es de 1.500 unidades. Estos valores indicados varan en funcin del modelo y del fabricante y, en caso de necesitar mayor nmero de detonadores, se pueden emplear varios explosores conectados en serie entre s. La comprobacin del circuito de voladura se realiza por medio de la unidad de programacin. Se establece una comunicacin bidireccional con cada uno de los detonadores, es decir, la unidad de programacin chequea los detonadores que tiene almacenados y cada uno confirma su correcto funcionamiento. Esta comprobacin se realiza del mismo modo desde la unidad de disparo. El sistema se completa con cable elctrico que hace de lnea de tiro y otros conectores para asegurar la conexin entre sta y cada uno de los detonadores. Esto significa que el sistema de iniciacin electrnica rene las ventajas de los detonadores elctricos y los detonadores no elctricos. Esto hace posible la verificacin elctrica de la lnea con un sistema de conexiones elctricas mejorado y, por otro lado, la seal codificada hace imposible que sean disparados accidentalmente. Estas ventajas van ms all de un procedimiento de uso ms sencillo y pueden proporcionar ventajas en las voladuras, debido a la alta precisin del sistema. Las mejoras que pueden ser alcanzadas son las siguientes:

    Reduccin drstica de vibraciones. Las vibraciones terrestres producidas por las voladuras pueden ser previstas y modificadas porque no hay superposicin de ondas y se puede disear la mejor secuenciacin para obtener el mejor resultado.

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    Mejora en la fragmentacin. La precisin del sistema implica mejor cooperacin entre barrenos.

    Como todos los detonadores, en origen, no tienen retardo, todos los detonadores tienen las mismas caractersticas, e implica una logstica ms fcil y los inventarios pueden ser reducidos.

    La secuenciacin puede ser adaptada a cualquier necesidad, con 1 ms de precisin.

    Se pueden introducir mejoras importantes en voladuras especiales como las de precorte.

    Como inconvenientes pueden encontrarse lo siguientes:

    Precio an elevado porque su uso todava no est muy extendido. Este hecho hace que su uso sea rentable en aquellos casos en los que las ventajas destacadas superan con creces el sobrecoste del uso de este sistema de iniciacin.

    Alta inversin inicial en equipos de programacin y disparo.

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    12.2. CORDN DETONANTE Un cordn detonante es un cordn flexible e impermeable que contiene en su interior un explosivo denominado pentrita, cuya velocidad de detonacin es de 7.000 metros por segundo; el cordn detonante se emplea fundamentalmente para transmitir a los explosivos colocados en los barrenos la detonacin iniciada por un detonador. Algunos tipos de cordn detonante (los de mayor gramaje) pueden utilizarse como explosivo principal para la carga de barrenos de voladura.

    El ncleo de pentrita, en cantidad variable segn el tipo de cordn, va rodeado de varias capas de recubrimiento de hilados y fibras textiles, y de un recubrimiento exterior de cloruro de polivinilo, que es el que le proporciona las propiedades de elevada resistencias a la traccin, abrasin y humedad, etc. El cordn detonante tambin se caracteriza por su potencia, que est en relacin directa con el contenido de pentrita por metro lineal de cordn y sta potencia es la que determina el tipo de aplicacin concreta. Actualmente, los cordones detonantes de aplicacin ms extendida tienen contenidos de explosivo por metro desde 3 a 100 gramos. Los cordones detonantes tienen dos tipos de aplicaciones: servir para la iniciacin

    Figura 72: Cordn detonante

    (Fuente: Austin Powder)

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    de explosivos dentro de una voladura y/o servir como explosivo para la ejecucin de la propia voladura. La primera de las aplicaciones es la ms frecuente (iniciacin de explosivos dentro de una voladura), y para ello se emplean cordones detonantes en un rango que va desde 3 g/m (gramos de pentrita por metro lineal de cordn detonante) hasta 40 g/m. Estos ltimos suelen ser muy habitualmente utilizados en prospecciones ssmicas. Los cordones detonantes de gramaje superior a los 40 g/m son ms frecuentemente utilizados como carga en barreno de voladura para la realizacin de voladuras de recorte y precorte, en las que se utilizan habitualmente cordones de 100 g/m. Para la iniciacin de explosivos mediante el cordn detonante, nicamente se precisa colocar el cordn en contacto con el explosivo para que produzca su detonacin. A su vez, la iniciacin del cordn se puede realizar mediante un detonador o mediante otro cordn que inicie los diferentes cordones que existan en la voladura a modo de lnea maestra. La conexin del detonador al cordn se debe realizar de tal manera que el culote del detonador apunte hacia la zona de cordn en que debe propagarse la onda de detonacin pues, de lo contrario, no se producir la iniciacin del cordn en la direccin deseada. La conexin entre cordones deber hacerse correctamente mediante nudos, cinta adhesiva o conectores especiales diseados para estas labores, de manera que se asegure la propagacin de la detonacin de uno a otro. Es importante resear que los cordones no deben cruzarse y hay que tener en cuenta el sentido de propagacin de la detonacin. Los llamados cordones detonantes reforzados estn fabricados con fibras textiles especiales, que les confieren una gran resistencia a la traccin y a la abrasin. Sus propiedades explosivas, tienen las mismas que los cordones detonantes estndar.

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    12.3. REL DE MICRORRETARDO Con el empleo del cordn detonante, nicamente es posible realizar voladuras instantneas, lo que en ciertas ocasiones puede resultar un problema importante por el nivel de vibraciones que se producen, etc. Para evitar este inconveniente fue por lo surgieron los rels de microrretardo, que consisten en unos artificios que, intercalados entre dos tramos de cordn detonante, interrumpen la detonacin del mismo durante 15 25 milisegundos segn el tipo de rel, creando un efecto de retardo, en las voladuras conexionadas con cordn detonante, similar al proporcionado por los detonadores elctricos de microrretardo. Los rels de microrretardo constan de una funda de plstico moldeado que mantiene en su parte central el elemento metlico de retardo. Los extremos de la funda estn adaptados para asegurar un acoplamiento fcil y sencillo del cordn detonante, asegurando su sujecin mediante cuas de plstico. Dentro del rel, el elemento retardador se aloja en un cilindro metlico y en sus extremos se sitan unas pequeas cargas de nitruro de plomo que facilitan la transformacin de la detonacin del cordn en una combustin de la pasta de retardo, que permitir obtener el tiempo de retardo requerido. Finalizada esta combustin, la llama incidir sobre la segunda carga explosiva iniciando de nuevo la detonacin y propagndola al cordn detonante.

    Figura 73: Rel de microrretardo

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    12.4. MULTIPLICADORES Los multiplicadores (tambin conocidos como boosters) son iniciadores de voladura que se utilizan para iniciar explosivos de baja sensibilidad, como pueden ser anfo, hidrogeles o emulsiones, tanto si se emplean en modalidad de encartuchados o a granel. Estn compuestos por un cilindro de pentolita que va envuelto con una cubierta de cartn. La pentolita es un explosivo de alta potencia formado a partir de una mezcla de petrita y de TNT, que tiene una velocidad de detonacin tambin alta, situada en torno a los 7.500 m/s El multiplicador lleva unos orificios axiales que van rodeados de pentrita. Es por estos orificios por donde pasan los accesorios que los iniciarn: cordn detonante, detonadores, etc.

    Los multiplicadores se comercializan en una gama que abarca desde los 150 g para aplicaciones en barrenos de pequeo dimetro y voladuras en interior, hasta los de 500 g utilizados para iniciacin de explosivos en barrenos de mayor dimetro. Existen multiplicadores de mayor tamao que pueden llegar hasta 1 o 2 kg, pero que solamente son empleados en campaas de prospeccin ssmica.

    Figura 74: Multiplicadores (Boosters)

    (Fuente: Explocen)

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    12.5. MECHA LENTA La mecha lenta est formada por un ncleo de plvora negra recubierto con varias capas de hilados y materiales impermeabilizantes que la hacen resistente a la humedad, abrasin y los esfuerzos mecnicos. Habitualmente se utiliza para la iniciacin de detonadores ordinarios y de la plvora de mina. La combustin de la mecha transmite el fuego a una velocidad uniforme de dos minutos por metro lineal. Esta velocidad es la determinada por el fabricante, pero un mal uso o conservacin puede provocar que bien sea ms elevada o ms lenta. La combustin de la mecha lenta se ve influenciada en gran medida por la humedad. Si la mecha lenta est mojada, la velocidad de combustin disminuye, y si est extremadamente seca, puede arder a mucha mayor velocidad de la diseada.

    Es interesante destacar que si se producen dobleces acusadas (coqueras), es posible que la seccin del ncleo de plvora del interior de la mecha lenta vare sin que se produzca un dao en el recubrimiento exterior, pero que puede dar lugar a posibles fallos o a situaciones de peligro por no poderse o saber identificar si se ha parado la combustin o no de la plvora interior.

    Figura 75: Mecha lenta y engarce con detonador ordinario

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    12.6. OTROS ACCESORIOS NO EXPLOSIVOS Para hacer posible la iniciacin de los explosivos, es necesario proveer de la energa necesaria al sistema de iniciacin correspondiente. Esta energa se obtiene por medio de los denominados explosores. En este aspecto son destacables los explosores de condensador elctricos, y los explosores, o iniciadores, de detonadores no elctricos. Adems, en las voladuras con detonadores elctricos es necesario resaltar el uso imprescindible de hmetros de comprobacin del circuito de voladura.

    12.6.1. EXPLOSORES ELCTRICOS Se denominan explosores a las mquinas generadoras de corriente elctrica que se utilizan para iniciar las voladuras con detonadores elctricos. Los explosores constituyen el mtodo ms racional de energizar una voladura, pues tienen la ventaja, sobre otras fuentes de energa, de que en cada disparo slo suministran una cantidad de energa limitada, con lo que se evitan los riesgos de accidentes que pueden provocar otros sistemas de encendido. Adems, los explosores entregan la energa del modo ms apropiado para el correcto encendido de los detonadores. Los explosores habitualmente utilizados para la pega elctrica son de dos tipos: explosores dinamoelctricos y explosores de condensador.

    Figura 76: Diferentes tipos de explosores elctricos

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    12.6.2. OHMETROS Un hmetro es un aparato destinado a medir resistencias. Es imprescindible en voladuras elctricas, pues permite al artillero comprobar y medir el circuito de voladura, investigar defectos de continuidad en detonadores, medir aislamientos, derivaciones, etc. Es importante destacar que los hmetros empleados en voladuras deben ser equipos especialmente diseados para este uso y que deben estar certificados por el fabricante para asegurar que introducen al circuito una corriente muy pequea, tal que se asegure que no afecta al sistema de iniciacin de los detonadores. Por tanto, no es posible emplear hmetros elctricos de fabricacin estndar para su uso en comprobacin de voladuras. Los hmetros diseados para utilizar en voladuras son robustos e impermeables, fabricados para soportar sin alteracin el duro trabajo a que estn sometidos. En el mercado se encuentran diferentes modelos de ste tipo de hmetros. Los de menos precisin, pero de uso ms sencillo, se suelen denominar comprobadores, porque con ellos no se pretende medir una resistencia, sino solamente comprobar que el circuito est cerrado y que el valor de la resistencia es ms o menos el esperado; sirve tambin para detectar faltas de aislamiento en la lnea o la continuidad o no de un detonador.

    Figura 77: hmetro digital y analgico

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    (Fuente: Cortesa EPC-Groupe) Los de mayor precisin son aparatos diseados para medir con cierta exactitud la resistencia de un circuito o la de un solo detonador. Generalmente poseen un sistema de regulacin que permite contrastarlo y ponerlo a punto segn el estado de sus bateras internas. En ambos casos, suelen poseer selectores de escala, lo que permite efectuar la lectura en la zona de mayor precisin de la escala.

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    12.6.3. SISTEMAS DE INICIACIN NO ELCTRICA Las voladuras con detonadores no elctricos es necesario iniciarlas con sistemas de iniciacin diferente a los explosores elctricos. En estos casos, se necesita proporcionar la energa al extremo de un tubo de transmisin de modo que se asegure que se inicia correctamente. Esta energa puede obtenerse por diferentes medios: una chispa elctrica o una pequea energa que proporciona un pistn de caza. Entre los denominados iniciadores de chispa se encuentran unos equipos elctricos que, por medio de una pequea pila y mediante un sistema electrnicos de acumuladores y condensadores, generan una chispa de alrededor de 2.000 voltios. Esta chispa se genera en un electrodo que, puesta en contacto con el extremo del tubo de transmisin, asegura la iniciacin que se propaga en toda su extensin.

    Los iniciadores de pistn son equipos mucho ms sencillos que constan de un cuerpo metlico en el que se engarza el tubo de transmisin y se coloca un pistn de iniciacin de los cartuchos de caza. Este cuerpo est provisto de un percutor que incide en el pistn, provocando su disparo.

    Figura 78: Iniciador de chispa de detonadores no elctricos (Fuente: Dyno Nobel)

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    La ventaja que tienen los iniciadores de pistn es que son ms robustos y requieren menos mantenimiento que los de chispa, pero es necesario el uso de un pistn de caza cada vez que se requiere un disparo. En cambio, los iniciadores de chispa no necesitan ningn elemento adicional, pero por el contrario dependen de una batera y, sobre todo, del buen estado del electrodo para provocar la chispa de iniciacin.

    Figura 79:

    Iniciador de pistn (Fuente: Ideal Blasting Supply)

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    13. EL MECANISMO DE FRAGMENTACIN DE LA ROCA

    En la detonacin de un explosivo podran diferenciarse dos fases:

    Una primera fase, representada por la presencia de una onda de detonacin de mayor o menor velocidad, caracterstica representativa en gran medida del poder rompedor del explosivo, y

    Una segunda fase, representada por la formacin de un gran volumen de

    gases a elevada temperatura. Cuando el explosivo se encuentra confinado dentro de un barreno y se detona, se genera una onda de detonacin que se propaga a travs de la roca circundante. En un punto prximo al barreno esa onda de detonacin produce un efecto de compresin al llegar al mismo, pero al sobrepasarlo, ese esfuerzo se convierte en un esfuerzo de traccin. Esta primera onda de choque recorre la roca circundante a velocidades entre 3.000 y 5.000 m/s. Este cambio de compresin a traccin puede representarse mediante la Figura 80, para el caso de un barreno perforado en una masa rocosa sin cara libre. La resistencia a traccin de la roca es del orden de 10 a 100 veces menor que su resistencia a compresin. Ser ms fcil, por tanto, producir su rotura por un efecto a traccin. Con esta consideracin puede decirse que la fragmentacin de la roca se debe a estos dos fenmenos:

    Reflexin de las ondas de compresin Expansin de los gases

    Cuando una onda de compresin llega desde un medio de mayor impedancia caracterstica a otro de menor impedancia, parte de ella se transmite a ste como

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    onda de compresin, pero otra parte se refleja hacia atrs como onda de traccin.

    Se entiende por impedancia caracterstica (Z) el producto de la densidad del medio () por la velocidad de propagacin de la onda en el mismo (c). As, se puede diferenciar entre impedancia caracterstica de la roca y del explosivo: La impedancia de la roca se define como:

    = Siendo:

    : densidad de la roca c : Velocidad de propagacin de las ondas en la roca

    De manera genrica, puede decirse que, cuanto ms blanda es la roca, la velocidad de propagacin de las ondas es menor. Del mismo modo, para el explosivo:

    Figura 80:

    Esfuerzo generados en funcin del tiempo a diferentes distancias el centro del barreno (Langefors)

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    = Dnde:

    : densidad del explosivo c : Velocidad de detonacin del explosivo

    Para observar el mecanismo de fracturacin de la roca, se puede realizar un ensayo consistente en la detonacin de un nico barreno, sin ningn tipo de cara libre, de modo que se concluye que en la zona anexa al barreno se han producido los siguientes fenmenos (Figura 81).

    Ensanchamiento del barreno por rotura plstica de la roca, motivado por el efecto de compresin de la onda de detonacin.

    Creacin de fisuras (a veces microfisuras) generadas por ese efecto de

    traccin de la onda de detonacin. Estas fisuras son de tipo radial y a veces muy difciles de observar.

    Figura 81:

    Tipos de fisuras en las proximidades del barreno

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    Esta primera etapa es bsica para la rotura de la roca. En ella es empleada la parte de energa del explosivo que corresponde a la onda de detonacin y que no alcanza valores superiores al 10% de la energa total del explosivo, ni an en el caso de explosivos de elevado poder rompedor. En el caso de existencia de una cara libre en las proximidades del barreno, la onda de choque ser reflejada en esa superficie, produciendo sobre ella un esfuerzo de traccin, encontrando la roca una libertad de desplazamiento que permite la ampliacin del radio fisurado y el desconchamiento de la roca en esa cara libre en tanta mayor profundidad cuanto mayor es la carga y su grado de confinamiento, mayor potencia y poder rompedor del explosivo y menor es la distancia a la cara libre.

    A esta primera fase de formacin de grietas y desconchamiento le sigue una segunda fase, ms lenta, en la cual los gases del explosivo a elevada presin y temperatura penetran por estas fisuras originalmente creadas por la onda de detonacin, abrindolas totalmente y lanzando la roca hacia adelante en su frente libre.

    Figura 82:

    Agrietamiento debido a la traccin generada por la onda reflejada

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    135

    13.1. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL MECANISMO DE ROTURA DE LA ROCA

    Dentro del mecanismo de rotura de la roca son diversos los factores que tienen influencia directa en la fracturacin del macizo rocoso, pudiendo distinguirse efectos diferentes. Los diferentes factores pueden diferenciarse entre factores intrnsecos a la roca, o bien, factores propios de los explosivos a utilizar. Si bien, en una voladura no es posible actuar sobre los primeros (el macizo rocoso), el xito de los resultados de una voladura pasar siempre por escoger el mejor explosivo para cada tipo de roca. Surge en muchas ocasiones el debate en determinar cul es el mejor tipo de explosivo, existiendo diversidad de opiniones, pero la dificultad no viene en escoger el mejor explosivo, sino en escoger el explosivo ms adecuado para el macizo rocoso a volar.

    13.2. INFLUENCIA DE LAS CARACTERSTICAS DE LA ROCA

    Las rocas responden de forma muy diferente a la onda de detonacin del explosivo en lo que respecta a la primera etapa de formacin de fisuras, primordial y origen del fenmeno de rotura y fragmentacin. Generalmente se relaciona la volabilidad de una roca con su dureza. Una roca ms dura exige una mayor cantidad de explosivo para ser volada. Esto no es exacto pues adems del trmino dureza se debe incluir el aspecto fragilidad. Una roca dura pero frgil (cuarcita por ejemplo) responde muy bien a esa onda primaria y en consecuencia sobre ella se producen importantes fisuras que en la segunda etapa del trabajo de los gases de explosin son amplia- das. La roca arranca y fragmenta fcilmente. En el extremo opuesto, una roca blanda elstica absorbe la onda de detonacin deformndose sin fisurarse y en consecuencia la actuacin de los gases del explosivo en la segunda etapa queda disminuida. Un ejemplo muy ilustrativo de estos extremos se presenta en el uso de cargas de explosivo adosadas a rocas para su taqueo.

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    136

    En este caso el trabajo de los gases es nulo pues la carga no se encuentra confinada. Su rotura se debe tan solo a la energa cedida a la roca por efecto de la onda de choque.

    Tabla 7:

    Valores orientativos de la RCS para algunos tipos de rocas

    Tipo de Roca Resistencia a compresin (kg/cm2)

    Caliza terrosa blanda 130-250

    Caliza grano medio 400-450

    Caliza dura grano fino 700-1200

    Pizarras 120-200

    Cuarcitas 400-600

    Granitos 900-1800

    Basaltos 400-900

    Las rocas extremadamente duras pero frgiles rompen bien mientras que las rocas blandas elsticas apenas son fragmentadas. Otro aspecto importante de la roca es la relacin con la forma de rotura, que se explica por su configuracin o estratificacin, que es propia del macizo rocoso. La existencia de planos de discontinuidad, fisuras en la propia roca, o su formacin en estratos, facilita la labor de actuacin de los gases de voladura al trabajar en ellas, adems de sobre las creadas por la propia onda de detonacin (Vase la Tabla 8).

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    137

    Tabla 3: Influencia de la estratificacin del macizo rocoso en la voladura

    Estratificacin Posibles efectos

    Buzamiento hacia el frente

    Sobreexcavacin en cresta de banco

    Buzamiento hacia atrs del frente Posible repi

    Paralela a los estratos Estratos de distinta dureza: frente irregular

    Perpendicular a los estratos

    Direccin ptima de salida de la voladura

    Esta existencia preliminar de fisuras puede ser una ventaja si se presentan en forma, dimensiones y situacin en el espacio que coincidan con la granulometra que se desea obtener en la voladura. En caso contrario representaran un notable inconveniente.

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    138

    13.3. INFLUENCIA DE LAS CARACTERSTICAS DE LOS EXPLOSIVOS

    Cada tipo de explosivo tiene una formulacin diferente que le proporciona un comportamiento tambin diferente cuando es iniciado de manera adecuada. Aquellos parmetros que tienen mayor influencia en el mecanismo de fragmentacin de la roca se detallan a continuacin.

    Presin de detonacin De acuerdo con la expresin de clculo de la presin de detonacin, las presiones de detonacin ms elevadas corresponden a explosivos de alta densidad y crece adems con el cuadrado de la velocidad de detonacin. Siendo esta presin de detonacin responsable de esa fisuracin inicial, se puede observar que la misma ha de ser ms efectiva para explosivos muy rompedores.

    Volumen de gases Al igual que para la etapa de fisuracin un explosivo de alta velocidad de detonacin, la segunda etapa en la rotura de la roca depende en mayor grado del volumen de gases producido por el explosivo.

    Impedancia La onda de detonacin se transmite tanto mejor a la roca cuando ms se acerca la impedancia del explosivo a la de la roca. Para escoger el explosivo ms adecuado, se debe igualar la impedancia de la roca con la del explosivo, de lo que se deduce que rocas blandas precisan explosivos de menor velocidad de detonacin mientras que rocas duras precisan explosivos de alta velocidad de detonacin.

  • 139

    14. CONCEPTOS BSICOS EN EL DISEO DE VOLADURAS

    14.1. INTRODUCCIN Se entiende por voladura la disposicin de un grupo de barrenos, en los que se ha colocado una cierta carga de explosivo y se inicia con una secuencia tal que se consiguen los resultados de fragmentacin y desplazamiento deseados, sin afectar a elementos ajenos a la misma. Con esta definicin no se especifica en dnde tiene lugar la voladura, siendo posible la ejecucin de voladuras bien a cielo abierto o bien en interior (en trabajos subterrneos), teniendo cada una caractersticas diferentes. Adems, en dicha definicin se introducen varios conceptos que se desarrollarn de aqu en adelante, como son, entre otros:

    Disposicin de barrenos: ubicacin de los barrenos en la voladura. Carga de explosivo: cantidad de agentes explosivos por barreno. Secuencia: orden de detonacin de los barrenos Fragmentacin: distribucin de tamaos de la pila de roca volada. Desplazamiento: movimiento de la pila de roca volada.

    14.2. PARMETROS DE LAS VOLADURAS EN BANCO Antes de introducir cada uno de los conceptos anteriores es necesario establecer las definiciones de aquellos conceptos que se van a emplear de aqu en adelante en el desarrollo del diseo de voladuras. De este modo, para una voladura a cielo abierto se pueden definir, entre otros conceptos, los siguientes:

    Banco: lugar donde se ubican los barrenos de voladura que viene definido por la planificacin establecida as como el mtodo de explotacin.

    Altura de banco: Distancia vertical entre dos bancos adyacentes.

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    ngulo del frente: ngulo del talud definido entre dos bancos adyacentes. Puede expresarse bien con respecto a la vertical, o bien respecto a la horizontal.

    Piedra: Distancia entre el barreno y la cara libre.

    Espaciamiento: Distancia entre dos barrenos adyacentes en la misma

    fila. En la Figura 83 se representan grficamente los conceptos definidos.

    14.3. FACTORES QUE AFECTAN AL DISEO DE VOLADURAS

    De manera previa al desarrollo y clculo de las voladuras de rocas, es necesario distinguir aquellos factores sobre los que es posible actuar de los que viene impuestos por condicionantes ajenos que no pueden ser modificados. As es posible distinguir factores de diseo y factores dependientes del macizo rocoso en el que se est trabajando.

    Figura 83: Parmetros de voladuras en banco

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    141

    Siempre hay que tener en cuenta que, por definicin, en macizo rocoso es un medio heterogneo que debe ser considerado como tal, de modo que hay que asumir que siempre que se apliquen conceptos generales, o frmulas ms o menos desarrolladas de clculo de voladuras, son derivadas de modelizaciones y generalizaciones ms o menos simplificadas de un medio heterogneo. As, se debe actuar siempre con cautela en la aplicacin de las mismas, as como hacer todas las pruebas necesarias para comprobar que dichas modelizaciones tericas, son aplicables al macizo rocoso que se estudiando. Adems muchas de las citadas frmulas de clculo son derivadas de resultados empricos, con lo que siempre existir una cierta incertidumbre en los desarrollos. En todo caso, los conceptos desarrollados son de aplicacin generalizada en el rea del diseo de voladuras, con lo que su validez est totalmente contrastada.

    14.3.1. FACTORES QUE AFECTAN AL RENDIMIENTO DE LA VOLADURA

    El Diseo de Voladuras es una tcnica que se basa en la aplicacin de tcnicas de clculo en un medio heterogneo, en el cual los resultados obtenidos pueden influir en gran medida en el desarrollo del mtodo de explotacin. As, es importante destacar que para saber si los resultados de una voladura son buenos o no, es necesario saber qu es lo que iba buscando cundo se dise la misma. Se puede decir que una voladura ha sido realizada con xito si los resultados obtenidos coinciden con el objetivo buscado. El objetivo de una voladura, de acuerdo a la definicin establecida al principio del captulo es aquella en la que se buscan unos resultados en fragmentacin y desplazamiento, adems, de no afectar a elementos ajenos a la voladura. Para lograr este objetivo, y evaluar el correcto rendimiento de una voladura se deben tener en cuenta tres factores fundamentales que son clave en un correcto diseo y control, que son:

    Una correcta cantidad de energa. Para lograr los resultados deseados hace falta la cantidad de explosivo adecuada en cada caso.

    Una correcta distribucin de energa. El explosivo es un producto que

    implica la transformacin de energa qumica en energa mecnica, de modo que una mala distribucin nos puede dar lugar a una fragmentacin no deseada o bien, a concentraciones de energa tales que afecten a elementos ajenos a la misma.

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    142

    Un correcto confinamiento de energa. Para que el explosivo trabaje correctamente es necesario que los gases generados estn confinados en el barreno, de modo que la prdida de energa por este hecho sea mnima.

    As se obtienen tres conceptos que estn ntimamente relacionados entre s, de modo que la falta de uno de ellos, hace que el rendimiento obtenido no se corresponda con el deseado.

    14.3.2. FACTORES GEOMTRICOS Dentro de los factores controlables de las voladuras pueden considerarse aquellos factores que estn directamente relacionados con el mtodo de explotacin, de modo que se pueden definir a medida de los resultados buscados. Estos son:

    Dimetro del barreno, o de la carga Altura de banco Longitud de barreno

    Figura 84: Parmetros que afectan al rendimiento de una voladura

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    143

    Inclinacin de barreno Nmero de barrenos Distribucin de los barrenos

    14.3.3. FACTORES INHERENTES A LA ROCA A diferencia de los factores anteriores, y como se ha descrito anteriormente, el macizo rocoso es un medio heterogneo por definicin. As, existen parmetros que no se pueden controlar, pero que s es imprescindible tener en cuenta para la obtencin de un rendimiento ptimo de voladura. Entre estos factores se encuentran los siguientes:

    Densidad de la roca Resistencia o dureza de la roca Velocidad ssmica del macizo rocoso

    14.3.4. FACTORES INHERENTES AL EXPLOSIVO Con los factores anteriores, bien controlables, bien impuestos, existen otro conjunto de factores sobre los que es necesario actuar para el diseo de una voladura. Estos son los factores inherentes al explosivo empleado, que son los siguientes:

    Densidad del explosivo Velocidad de detonacin Presin de detonacin Potencia del explosivo Carga de explosivo Secuenciacin de la voladura.

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    144

    14.4. VOLADURAS EN BANCO Las voladuras en banco son aquellas que se realizan mediante la detonacin de barrenos verticales o subverticales, utilizando como cara libre un frente paralelo a los mismos. Los barrenos que conforman la voladura en banco se perforan formando una malla que viene definida por la distancia al frente, llamada tambin piedra" (B) (burden, en ingls) y el espaciamiento lateral entre barrenos "S". La geometra de los barrenos en voladuras en banco tiene varias caractersticas entre las que se puede destacar la sobreperforacin (J), que es la prolongacin de la longitud de perforacin por debajo del piso terico de explotacin. Esta sobreperforacin viene motivada por la existencia de un mayor confinamiento en la parte inferior del banco a explotar, de modo que se aumenta la energa en dicha zona, para evitar que se genere una zona deficitaria de energa y que origine un repi en la cota del piso. Otras variables de diseo de este tipo de voladuras son la altura de banco "H", la inclinacin de los barrenos respecto a la vertical "" y la distribucin del explosivo dentro de los mismos. De acuerdo con lo expuesto, a cada barreno de longitud "L" le correspondera tericamente el arranque y fragmentacin de un bloque de roca paralelepipdico de base B x S y altura H. La longitud del barreno vendra dada por:

    Figura 85: Parmetros geomtricos de las

    voladuras en banco

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    145

    = + cos

    Y se puede definir el "rendimiento de la perforacin" "R", expresado en m3/m, como el volumen de roca arrancado por cada metro lineal de perforacin:

    =

    =

    +

    Este factor, multiplicado por la velocidad de perforacin, determinar la capacidad de arranque del equipo de perforacin. La sobreperforacin aconsejable "J" ser lgicamente funcin del grado de exactitud de las mediciones realizadas y de la dificultad que ofrezca la roca para su arranque. Sin embargo, es prctica comn considerar

    = 0.3 En el paraleleppedo de altura "H" arrancado por cada barreno, cabe distinguir al menos tres zonas diferentes.

    La zona situada prxima al pie de banco. Es la que, obviamente, tiene un mayor grado de fijacin al macizo rocoso y requerir, por tanto, una mayor energa explosiva para su arranque. La carga explosiva que se ubicar en esta zona se denominar "carga de fondo".

    Figura 86: Bloque terico de roca paralelepipdico asociado a cada barreno.

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    146

    La zona situada sensiblemente por encima, cuenta con la ayuda del trabajo de "descalce" realizado por la carga de fondo y requiere, generalmente, una energa menor La carga explosiva que se ubicar en esta zona se denominar "carga de columna. Por ltimo, la parte ms alta tendra la funcin de retener, al menos durante un corto espacio de tiempo, los gases producidos en la explosin para dirigir la accin de los mismos hacia la fragmentacin de la roca. A esta zona le corresponde la longitud de barreno "R", denominada "retacado", que se deja sin cargar y se rellena normalmente con material inerte. Este material suele ser el propio detritus de la perforacin, aunque se obtienen mejores resultados con el uso de gravilla como material de confinamiento. Es prctica habitual dejar un retacado "R" igual a la "piedra" "B" o a la mitad de sta segn los riesgos de proyecciones que se puedan correr y el tamao mximo de bloques que pueden producirse en esta zona. En principio, existen por tanto en el barreno dos cargas con misiones bien diferenciadas:

    La carga de fondo, generalmente de mayor concentracin y potencia, necesaria para el arranque del pie de banco.

    La carga de columna, que puede tener una menor concentracin y

    potencia, suficientes para el arranque de la parte superior. Los explosivos ms densos y potentes (dinamitas, hidrogeles, emulsiones, etc.) seran por tanto adecuados para carga de fondo, en tanto que aqullos menos densos y de menor potencia (ANFOS, emulsiones, etc.), seran ms tiles como carga de columna. El empleo de un tipo de explosivo u otro vendr siempre definido por las condiciones geolgicas de la roca, as como por el campo de aplicacin de cada uno de los explosivos considerados. Pero, lgicamente, la diferenciacin entre carga de fondo y de columna ser tanto ms patente cuanto ms dura y sana sea la roca. En tal caso ser mxima la dificultad para arrancar el pie de banco. En cambio, con una roca blanda, con un bajo grado de fijacin al terreno, la carga de fondo puede no diferenciarse sensiblemente de la de columna, pudiendo emplear incluso el mismo tipo de explosivo en ambas cargas. Es obvio que no todo el explosivo del barreno contribuye en la misma medida al arranque del pie de banco. Lgicamente aquel explosivo situado ms prximo a la cota de la rasante, lo har en mayor medida que el situado sensiblemente ms arriba. Algunas investigaciones realizadas sobre modelos a escala parecen indicar

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    147

    que el grado de eficiencia de la carga de fondo como tal, es mximo hasta una altura de aproximadamente 0,3B sobre la rasante y que disminuye progresivamente hasta una altura B sobre el pie de banco, a partir de la cual, su contribucin al arranque de la cota del piso es prcticamente nula. Una propuesta razonable sera entonces, considerar como carga de fondo aqulla cuyo centro de gravedad quedase a la altura de la rasante del pie de banco. En tal caso, si la sobreperforacin quedaba a cota -0,3B, la carga de fondo ser aquella comprendida entre dicha cota y la +0,3B. En cuanto a la altura de banco, segn lo anteriormente expuesto, si H

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    148

    14.4.1. INFLUENCIA DEL NGULO DE PERFORACIN EN LA VOLADURA

    Existen varias opciones para el diseo de voladuras a cielo abierto, en las cuales se diferencian claramente dos tipos: voladuras de barrenos verticales o de barrenos inclinados. Ambas opciones tienen ventajas e inconvenientes, que deben valorarse en cada caso. Si bien, a priori, como se ha descrito anteriormente, la disposicin de los barrenos deben ser paralelos al frente de voladura, de manera general este tendr cierto ngulo de inclinacin, para asegurar la estabilidad del mismo, en funcin de sus propiedades geotcnicas. En cambio, existen casos en los que la perforacin vertical mejora el rendimiento global de la voladura. La disposicin de la carga de fondo en un barreno inclinado favorece un mejor aprovechamiento de su energa al reducir la porcin de la misma que se pierde en vibraciones por debajo del pie de banco y sin encontrar una superficie libre de

    Figura 87: Parmetros de perforacin y directrices de clculo.

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    149

    reflexin. Esto permite, en general, utilizar una malla ms amplia con la consiguiente reduccin en el consumo de explosivo. Disminuye tambin la zona de influencia del retacado, zona en la que normalmente suelen aparecer sobretamaos y puede perjudicar algo la fragmentacin. Por otra parte, entre las desventajas de la perforacin inclinada se puede destacar un incremento del consumo de fungibles en la perforacin y una mayor dificultad para asegurar la correcta alineacin de los barrenos. En definitiva, segn sea el explosivo o la perforacin el factor de mayor incidencia en el coste total de la operacin, el diseo de voladura ser necesario realizarlo por una u otra alternativa.

    Figura 88: Perforacin Inclinada vs. perforacin vertical.

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    150

    14.4.2. FRMULAS DE CLCULO DE ESQUEMAS DE VOLADURA EN BANCO

    Muchas son las frmulas propuestas por distintos autores para el clculo del esquema o malla de perforacin en las voladuras en banco. Todas ellas manejan uno o varios de los factores vistos anteriormente, denominados factores geomtricos, inherentes a la roca e inherentes al explosivo. El problema que surge en el clculo de voladura es que no todos estos parmetros pueden determinarse con igual facilidad y grado de precisin. Adems, algunos de ellos, como la potencia del explosivo y la dureza de la roca, son conceptos genricos que admiten interpretaciones diversas. Por otra parte, todas estas frmulas han sido desarrolladas de manera emprica y, lgicamente, muchas de ellas, aun siendo adecuadas para aplicaciones similares a las de partida, presentan desviaciones importantes en circunstancias radicalmente diferentes. Hacer una relacin de todas ellas resultara prolijo y, en muchos casos, por la razn anteriormente mencionada, tambin estril. Por ello, para que resulte una aplicacin eminentemente prctica, se tratar aqu de interpretar aqullas que, por su utilidad facilidad de aplicacin, son ms interesantes. Como idea inicial no se debe olvidar que siempre y cuando se disponga en la voladura de una adecuada cara libre, la zona de fragmentacin aceptable se extiende hasta una distancia de aproximadamente 40 veces el dimetro de la carga. Esta primera estimacin es la que da lugar a la sencilla regla nemotcnica que sugiere que, supuesta una malla cuadrada (B=S), "la piedra B expresada en metros ha de ser aproximadamente igual al dimetro de la carga D, expresado en pulgadas".

    B = 40 D B(metros) = D(pulgadas) Obviamente, se trata tan slo de una primera aproximacin que no tiene en cuenta ni el tipo de explosivo, ni el tipo de roca ni otros factores que pueden influir, y de hecho influyen, en el correcto diseo de la voladura. Sin embargo, para unos datos iniciales y un primer diseo conceptual, es de gran utilidad. Dentro de este tipo de formulaciones de extremada sencillez cabe mencionar las propuestas por P.A.RUSTAN (1990):

    Voladuras a Cielo Abierto y dimetros entre 89 y 311 mm:

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    151

    B = 18,1 D0.689

    Voladuras Subterrneas y dimetros entre 48 y 165 mm:

    B = 11,8 D0.630

    Se lleg a tales expresiones tras un muestreo de casi un centenar de datos entre explotaciones de uno y otro tipo, con unos coeficientes de correlacin del 0,78 y del 0,94 respectivamente. Dichas frmulas, aunque simples, reflejan dos aspectos que no tena en cuenta la regla anterior:

    A medida que aumenta el dimetro del barreno, la carga se encuentra peor distribuida dentro del macizo rocoso. Por ello no es posible aumentar la piedra en la misma proporcin que se aumenta el dimetro (Exponente de D menor que 1).

    En explotaciones subterrneas, con menor cara libre y mayor

    confinamiento, las voladuras se encuentran generalmente ms confinadas, con peor salida, lo que obliga tambin a reducir la piedra (Distinto coeficiente para uno y otro caso).

    R.L. ASH en 1963 propuso una frmula del mismo estilo que, de alguna manera, tena en cuenta el tipo de roca y de explosivo, pero no as el primero de los dos aspectos que se acaba de mencionar. Por ello, puede decirse que se trata de una frmula aplicable a dimetros grandes. La frmula de ASH es la siguiente:

    B = K D donde K es una constante que vara con el tipo de explosivo y de roca, segn el siguiente cuadro:

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    152

    Como evolucin de las anteriores frmulas de clculo, KONYA (1983) caracteriz tanto el explosivo como la roca por sus respectivas densidades "de" (densidad del explosivo) y "dr" (densidad de la roca) y propuso la siguiente frmula:

    = 11,8 2 + 1,5

    Si se tiene en cuenta que el valor numrico de la expresin 2(de/dr) + 1,5 va a oscilar casi siempre entre 2 y 3, esta frmula se corresponde con la de ASH para valores intermedios de "K". Al igual que sta, se ajusta bastante a la realidad con dimetros grandes y proporciona resultados algo conservadores en dimetros pequeos. LANGEFORS y KIHLSTRM (1963) propusieron la siguiente frmula para definir la piedra mxima Bm:

    = 33

    donde "Bmax" y "D" estn expresados en metros y milmetros respectivamente. Por lo tanto, el primero de los dos factores de dicha frmula establece, en una primera aproximacin, una piedra mxima igual a 30 veces el dimetro, mientras que el segundo factor sera un coeficiente de correccin, funcin de:

    de: Densidad del explosivo. PRP: Potencia relativa en peso.

    Figura 89: Parmetro K, de la frmula de Ash

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    153

    S/B: Relacin espaciamiento/piedra. f: Factor de fijacin de la roca:

    o Barrenos verticales f=1 o Barrenos inclinados 3:1 f=0,9 o Barrenos inclinados 2:1 f=0,85

    k: Factor de roca. Este factor de roca "k" se define a partir de la carga especfica "c" (cantidad de explosivo en kg. necesaria para arrancar un m3 de roca), mediante la siguiente expresin:

    = + 0.05 La piedra mxima "Bm", habra de reducirse, a su vez, hasta un valor prctico "B", que cubriera las posibles desviaciones y errores inherentes a la perforacin. La frmula de LANGEFORS y KIHLSTRM, desarrollada principalmente en base a datos obtenidos con rocas duras y dimetros pequeos, tiene en tales circunstancias el mayor grado de verosimilitud. S.U.OLOFSSON (1990), a partir de la frmula anterior, sugiere la siguiente:

    = 0.5 1 2 3 donde,

    K: Constante que depende del tipo de explosivo o Explosivos gelatinosos K=1,47 o Emulsiones K=1,45 o Anfo K=1,36

    q: Concentracin lineal de la carga de fondo (kg/m) R1: Factor de correccin por inclinacin de los barrenos:

    Inclinacin Vertical 10:1 5:1 3:1 2:1

    R1 0.95 0.96 0.98 1.00 1.03

    R2: Factor de correccin por el tipo de roca:

    Carga especfica 0.3 0.4 0.5

    R2 1.15 1.00 0.90

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    154

    R3: Factor de correccin por altura de banco, aplicable cuando H

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    155

    = 2,3 Siendo: Lcc Longitud de la carga de columna Lb Longitud total de barreno B Piedra Si Lb = 2,3 B no ser posible la colocacin de carga de columna y si L 2,3 B habra que suprimir carga de fondo. A los bancos en los que ocurre una situacin de este tipo se les denomina bancos bajos y para su tratamiento ms consecuente deben ser perforados en dimetros de perforacin ms pequeos, que den lugar a piedras B que como lmite cumplan Lb = 2,3 B a efectos de evitar pisos irregulares y proyecciones excesivas. En el caso de que se tenga an disponibilidad para cargar en columna esto es Lb > 2,3V, en esta parte del barreno se precisa de una potencia explosiva mucho menor que el fondo. Esto podra lograrse utilizando el mismo explosivo en columna que en fondo, disminuyendo la densidad de carga, mediante la utilizacin de separadores o cartuchos de menor calibre que no llenen el barreno, o bien utilizando un explosivo diferente, de ms baja potencia y de menor densidad.

    14.4.4. SECUENCIA DE ENCENDIDO Con la secuencia de encendido se puede variar no slo los desfases de tiempo entre la detonacin de los distintos barrenos, sino tambin la direccin de salida de la voladura y de movimiento de la pila de material volado. La iniciacin secuenciada de los barrenos de una voladura en banco constituye una herramienta que permite variar de forma controlada los tiempos de salida de la carga o cargas contenidas en los barrenos, modificando de forma sustancial los esquemas nominales de perforacin (piedra, espaciamiento), pasando a otros valores ms adecuados a los objetivos fijados. Los objetivos que se pretenden con la secuencia de encendido son los siguientes:

    Conseguir mayor fragmentacin, esponjamiento y el desplazamiento de la roca volada de acuerdo con las operaciones siguientes.

    Reducir las proyecciones y sobre excavaciones. Minimizar la intensidad de las vibraciones transmitidas al macizo ro- coso

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    156

    y la onda area producida. Lgicamente, cualquiera que sea la secuencia proyectada, sta deber garantizar que, cualquier barreno, al detonar, dispone de una cara libre frente a l, bien sea del frente original de uno nuevo creado por la detonacin previa de otro barreno. De esta manera, los barrenos de la primera fila, habrn de salir, en general, antes que los de la segunda y as sucesivamente. As, en un frente recto, se podra adjudicar el nmero "0", que corresponde a la detonacin instantnea, a la primera fila, el "1" a la segunda, el "2" a la tercera, etc. De esta forma, la voladura tendra como caras libres el frente inicial y los paralelos al mismo que sucesivamente iran generando las detonaciones de las filas siguientes. El desplazamiento de la masa volada tendra as lugar hacia adelante en direccin perpendicular al frente inicial. Sin embargo, en ese mismo frente se podran tambin haber dispuesto los detonadores de manera que los nmeros de tiempo fueran aumentando no slo de la primera a las ltimas filas, sino tambin del centro hacia ambos laterales. Ello hubiera dado lugar a sucesivos frentes en forma de cua, apuntada truncada, que ira avanzando simultneamente hacia atrs y hacia ambos lados. El movimiento de los fragmentos tendra lugar por tanto en direcciones simtricas oblicuas al frente, provocando colisiones entre s que daran lugar a una pila de material volado menos diseminada y con un menor desplazamiento hacia adelante. Eventualmente, estas colisiones provocadas entre los distintos bloques, pueden tambin redundar en una mejora del grado de fragmentacin. Con el uso de detonadores no elctricos mediante la combinacin de conectores con diferentes retardos, la secuencia de encendido y, por tanto el movimiento de la pila, puede adaptarse en mayor medida, mejorando incluso los resultados de movimiento de pila y fragmentacin. Adems, por la existencia de mayor nmero de tiempos de retardo, se podrn reducir las afecciones al entorno en forma de vibraciones, tal y como se ver ms adelante.

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    La descripcin del fenmeno de la voladura realizado en apartados anteriores, determina que, entre el instante en que se produce la detonacin de un barreno y el momento en que se inicia el movimiento de la porcin de roca arrancada por el mismo, ha de transcurrir un cierto intervalo de tiempo. Filmaciones de voladuras hechas con cmaras de alta velocidad han venido a confirmar esta previsin. Estas filmaciones demuestran que el tiempo transcurrido entre la detonacin de un barreno y el inicio del movimiento del frente de roca que tiene inmediatamente delante es, como media, de 3 milisegundos por cada metro de distancia al frente. Este hecho hace aconsejable que el barreno situado inmediatamente detrs detone al menos con un retraso de 6 milisegundos por metro, para tener la garanta de que, cuando lo haga, se encontrar con su correspondiente cara libre despejada.

    Figura 90: Secuencia de encendido con detonadores elctricos con salida frontal (A) o en cua (B)

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    Cuando se trate de voladuras de pequeo dimetro y, por tanto, de distancias al frente tambin pequeas, no suele haber mayores problemas. Sin emabargo, con voladuras de gran dimetro, distancias al frente mayores obligaran a prescindir de algunos nmeros en la serie de detonadores para obtener el desfase de tiempo exigido. Ello podra dar lugar a que, si se est empleando detonadores elctricos, no hubiera suficiente nmero de detonadores en la serie para todo el conjunto de la voladura. Este hecho se soluciona con el empleo de detonadores no elctricos o electrnicos. Tal y como se ver ms adelante, la secuencia de encendido determina en gran medida el nivel de vibraciones generadas por la voladura. Estas dependen de la cantidad de carga explosiva que detona instantneamente y de la buena o mala salida que se haya proporcionado a la misma. Efectivamente, si una carga se hace detonar sin una buena cara libre y con un alto grado de confinamiento, la energa que no puede utilizarse en fragmentar la roca se disipar en forma de vibraciones que podran lgicamente afectar a las edificaciones situadas en sus proximidades.

    A

    Figura 91: Secuencia de encendido con detonadores no elctricos con salida frontal (Ensign-Bickford)

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    Figura 92: Secuencia de encendido con detonadores no elctricos con salida oblicua (Ensign-Bickford)

    Figura 93: Secuencia de encendido con detonadores no elctricos con salida en cua (Ensign-Bickford)

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    14.4.5. TIEMPO DE RETARDO ENTRE BARRENOS DE LA MISMA FILA

    Existen numerosos criterios recomendando el tiempo de retardo entre barrenos (TRB). Entre ellos cabe citar uno que relaciona el tiempo de retardo con la densidad de la roca y el consumo especfico de explosivo necesario:

    = 2

    Siendo: TRB: Tiempo de retardo entre barrenos, expresado en milisegundos

    por metro de piedra Dr: Densidad de la roca en t/m3 CE Consumo especfico de explosivo en Kg/cm3

    Esto lleva a una regla para el criterio de fijar los tiempos de retardo de entre los 4 a 8 ms/m de piedra.

    Figura 94: Determinacin de tiempo de retardo entre barrenos

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    14.4.6. TIEMPO DE RETARDO ENTRE FILAS En cuanto al tiempo de retardo entre filas (TRF), cabe utilizar la siguiente expresin:

    TRF = k TRB Oscilando k entre 2 y 3 dependiendo del destino posterior de la roca volada, as pues tiempos de retardo pequeos dan lugar a pilas ms recogidas adecuadas para palas excavadoras y tiempos de retardo mayores pilas adecuadas para palas cargadoras.

    14.5. VOLADURAS DE CONTORNO Son aqullas que se realizan para perfilar los contornos de la excavacin, de forma que resulten superficies sanas, estables y regulares. Esta tcnica consiste en delimitar la superficie de contorno mediante una serie de barrenos de dimetro normalmente inferior a 100 mm, perforados bastante prximos entre s, poco cargados y que se disparan simultneamente, es decir, con detonadores del mismo nmero. De esta manera se buscan que:

    Los relativamente bajos esfuerzos de compresin, generados con la detonacin de estos barrenos poco cargados, produzcan el mnimo de agrietamiento en el macizo rocoso circundante.

    La coincidencia de ondas de compresin en la lnea de separacin entre

    barrenos genere unos esfuerzos de traccin perpendiculares a la superficie de contorno, que, superando la resistencia a la traccin de la roca, produzcan una fractura lo ms limpia posible a lo largo de dicha superficie

    Para favorecer los dos efectos mencionados existen algunas medidas adicionales que, a veces, suelen adoptarse. Tales son:

    La intercalacin de barrenos vacos entre barrenos cargados, a fin de crear una lnea de menor resistencia.

    El desacoplamiento (holgura) de las cargas dentro del barreno para crear

    as una cmara de aire que amortige la onda de compresin.

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    Existen dos variantes de la misma tcnica en funcin de la detonacin de los barrenos de contorno respecto de la voladura completa. Se dice que la voladura es de "recorte" cuando tiene lugar con posterioridad a la que produce el arranque del macizo a excavar (destroza). Puede dispararse separadamente o, si se dispara conjuntamente con la destroza, con un cierto retardo respecto a sta. Si por el contrario se hubiesen disparado los barrenos de contorno con anterioridad a los de destroza, se estara ante una voladura de "precorte", cuyo efecto sera la creacin de una grieta que aislara la roca a excavar del resto del macizo. Los barrenos de precorte normalmente se disparan separadamente de los de destroza (incluso con anterioridad a la perforacin de stos). Pero si hubieran de dispararse conjuntamente, el desfase de tiempo entre unos y otros no deber ser inferior a los 200 mseg. Dependiendo, lgicamente, de la calidad de acabado que se quiera obtener, estas voladuras de contorno se disean con una separacin entre barrenos que vara entre 16 y 18 veces el dimetro en el caso de las voladuras de recorte. Las voladuras de precorte, al no disponer del esfuerzo de traccin adicional generado en la cara libre, requieren una separacin menor. Normalmente entre 10 y 12 veces el dimetro. Si por alguna razn, por ejemplo el riesgo de vibraciones, hubiese que disparar los barrenos de contorno de una manera secuenciada, es decir con distinto nmero de retardo, los valores antes mencionados para la separacin entre ellos pueden verse reducidos en un 40 50%.

    Figura 95: Tensiones generadas al detonar barrenos adyacentes a la vez

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    La carga por metro lineal de barreno puede calcularse en funcin del dimetro del barreno mediante la expresin:

    = 2 105 donde "q" est expresada en kg/m y "D" en mm. La constante "k" puede variar entre 8 y 10, segn el tipo de roca y la separacin entre barrenos. Como estos barrenos se perforan sin apenas sobreperforacin, conviene tambin aadir una carga equivalente a "q", pero concentrada en el fondo, que evite la formacin de repis. La "piedra" en el caso de las voladuras de recorte, suele ser un 25% superior a la separacin lateral entre barrenos. En los precortes laterales, la distancia entre los barrenos de precorte y la hilera ms prxima de la destroza suele ser un 50% del espaciamiento entre barrenos en sta.

    Figura 96:

    Resultado de una voladura de contorno

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    14.6. APLICACIN DE LAS VOLADURAS DE CONTORNO Las voladuras de contorno tienen unas aplicaciones especficas, y se han desarrollado debido a los defectos bsicos que puede presentar una voladura convencional con respecto a su accin sobre el macizo remanente, que se enumeran a continuacin:

    Fracturacin del macizo rocoso remanente. La roca del entorno fracturada exige labores de saneo complementarias, que pudieran reducirse o incluso eliminarse, con la realizacin de voladuras de contorno. Adems, este aspecto hace disminuir las caractersticas geotcnicas del macizo rocoso, con el consecuente sobredimensionamiento de las necesidades de sostenimiento.

    Importantes sobre-excavaciones. Este efecto, en voladuras donde el perfil

    obtenido debe ser un perfil definitivo, puede dar lugar a un importante sobrecoste por necesidad de tratamientos posteriores. Este aspecto es de especial relevancia en obra civil, donde el proyecto constructivo exija unos lmites de trabajo muy restringidos. En el caso de obras subterrneas puede suponer dificultades adicionales por necesidad de relleno complementario en el empleo de ciertos mtodos de sostenimiento.

    En minera subterrnea la aplicacin de voladuras de contorno tiene una clara justificacin en aquellas labores que puedan considerarse como definitivas. Este es el caso de planos inclinados, accesos a plantas, galeras y socavones entre otras. En minera a cielo abierto, un planteamiento de taludes definitivos con voladuras de contorno puede tener una gran importancia econmica sobre la explotacin en los aspectos siguientes:

    La creacin de taludes definitivos con precorte o recorte significa no daar la roca residual.

    El diseo del ngulo de talud se ver influido directamente si se ven

    mermadas sus caractersticas geotcnicas, de modo que se ver afectada el diseo de las bermas necesarias en los taludes definitivos.

    Con estos aspectos, inclinacin de taludes y bermas, las voladuras de contorno tienen una incidencia directa sobre la seguridad de la explotacin adems de influir sobre el ratio mineral-estril necesario para la el aprovechamiento del yacimiento y, en consecuencia, sobre la economa de la explotacin.

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    14.7. VOLADURAS EN ZANJA Las voladuras en zanja podran, por su apariencia, asimilarse a las voladuras en banco, pero presentan respecto a stas una serie de particularidades que requieren un tratamiento aparte. En primer lugar este tipo de voladuras dispone de una anchura de frente muy pequea, generalmente comprendida entre 1 y 3 metros. As mismo la profundidad de la excavacin suele ser pequea, inferior normalmente a los 5m. Todo ello supone una menor superficie de reflexin (cara libre) disponible y un mayor grado de fijacin al terreno del macizo a volar. Por otra parte, dado los pequeos volmenes de excavacin en esta clase de voladuras, una operacin eficiente exige, por lo general, que la pega est constituida por un nmero mucho mayor de filas que de barrenos por fila. En definitiva, la voladura ha de realizarse en unas condiciones de mucho mayor confinamiento de la roca. Las fuerzas de rozamiento del macizo rocoso con los hastiales de la excavacin son grandes y su arranque requiere una mayor energa. As, es necesario un diseo especial que permita que el perfil final de la excavacin y la fragmentacin obtenida sean los adecuados. Por todo lo anteriormente expuesto, las voladuras en zanja se disean con barrenos de pequeo dimetro (32-45 mm. para anchuras de zanja de 1 a 2 metros y 50-65mm, para zanjas de 1,5 a 3 metros de anchura). Lgicamente, los rendimientos que se obtengan sern mejores con los mayores dimetros, pero, en cambio, dimetros menores mejorarn el perfil final de la excavacin y disminuirn las sobrexcavaciones (Figura 97).

    Figura 97: Disposicin de barrenos de mayor dimetro (izqda.) y de menor dimetro (drcha.) para

    una misma voladura en zanja

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    Del mismo modo, las circunstancias adversas anteriormente descritas exigen reducir la malla de perforacin dejando una distancia al frente o piedra del orden de 24-28 veces el dimetro. El nmero de barrenos por fila suele ser tambin superior en uno o dos barrenos al que correspondera a esta malla, de forma que, frecuentemente, viene dado por la expresin:

    =

    + 2 Siendo: A Anchura de zanja, en metros B piedra, en metros

    Los barrenos de cada fila pueden disponerse alineados (Figura 98) o bien con los barrenos centrales algo adelantados respecto a los de contorno. Esta ltima disposicin, como puede verse en la figura, significa que los barrenos de contorno tendrn una piedra prctica muy similar a la de los barrenos centrales, por lo que

    Figura 98: Diseo y secuencia de encendido para una voladura en zanja con barrenos alineados

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    las cargas explosivas de ambos han de ser tambin similares. La disposicin alineada, en cambio, deja a los barrenos de contorno una piedra prctica inferior a la de los barrenos centrales, por lo que se suelen cargar con aproximadamente un 20% menos de explosivo que stos. De esta forma se evitan en parte las sobrexcavaciones y se consigue un perfil final de excavacin ms regular y parecido al terico. Por otra parte, la pequea altura de banco de que se dispone en estas voladuras deber proporcionar una longitud de barreno suficiente para poder dimensionar tanto la carga explosiva como el retacado. Por dicha razn y porque aumenta la superficie de cara libre disponible, es muy recomendable perforar los barrenos con una cierta inclinacin (3:1, 2:1 o 1:1).

    La concentracin de carga de fondo por metro lineal (qf) suele ser del orden de 0,8 a 0,9 B2 y la de la carga de columna, en el supuesto de que como antes se apuntaba haya suficiente longitud de barreno para ella, un 40 o 50% de qf. De todo ello resulta una carga especfica de 0,8 a 1,2 kg/m3.

    Figura 99: Diseo y secuencia de encendido para una voladura en zanja con barrenos adelantados

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    14.8. VOLADURAS EN CRTER Son aqullas originadas por la detonacin de una carga explosiva esfrica o asimilable a esfrica confinada a una cierta profundidad "B" de una nica superficie libre. Una carga cilndrica se considera asimilable a esfrica si la relacin "longitud/dimetro" es igual o inferior a 6. La detonacin de una carga de estas caractersticas en las condiciones mencionadas, puede producir distintos efectos, van desde una pequea corona de grietas radiales a su alrededor hasta la formacin de un crter con una importante proyeccin de los fragmentos producidos.

    Figura 100: Efectos de la voladura en crter en funcin de la piedra de diseo

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    La distancia "B" entre la carga y la superficie sera asimilable a la "piedra" de las voladuras en banco, existiendo una "piedra ptima", que podra definirse como la mayor de las que producen un crter completo, y una "piedra crtica", que sera la menor de todas las que no producen efecto visible alguno en superficie. C.W. Livingston determin terica y experimentalmente que entre la "piedra crtica" y el peso de la carga explosiva existe una relacin de la forma:

    = ()13

    donde:

    Bc Piedra crtica, en metros E Constante de proporcionalidad que depende de las

    caractersticas del explosivo y de la roca, cuyo valor oscila alrededor de 1,5 [expresado en m/kg1/3]

    W Peso de la carga explosiva, expresada en kg. Una relacin similar puede establecerse para la "piedra ptima", que se ha comprobado que no siempre se corresponde con el mximo volumen de crter. Especialmente con rocas duras se observa que, con piedras algo inferiores a la ptima, pueden obtenerse crteres de menor profundidad, pero de mayor anchura, con un cierto aumento del volumen de roca arrancado. Dicho con otras palabras, el ngulo del crter aumentara desde un valor de aproximadamente 70 a otro de 90 ms. Este efecto no es tan patente en el caso de rocas ms blandas. Este fenmeno se corresponde con lo que es prctica habitual en el diseo de voladuras en banco: reducir la piedra en un cierto porcentaje y aumentar el espaciamiento en idntica proporcin, con lo que, en vez de una malla cuadrada, se tendra una malla rectangular de igual rea.

    14.9. VOLADURAS DE INTERIOR Las voladuras en obras subterrneas tienen en comn que las voladuras son mucho ms confinadas que en voladuras a cielo abierto, ya que la cara libre de la misma es mucho menor y el movimiento y fragmentacin de la roca se tiene que realizar de una forma mucho ms restringida, lo que implica que el consumo especfico de la misma sea ms elevado que en voladuras a cielo abierto. Adems, para lograr una fragmentacin tal que sea posible una carga y transporte adecuado, la distribucin de carga en toda la voladura debe ser lo ms homognea posible. Esto hace necesario que el explosivo se reparta en pequeas cantidades,

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    en barrenos de pequeo dimetro, comparado con los diseos de voladuras de superficie. Por este motivo, el diseo de voladuras de avances de tneles y galeras difiere mucho de los clculos que se realizan en voladuras a cielo abierto. Del mismo modo, las dimensiones de los explosivos encartuchados se adaptan a tales diseos de voladura. nicamente en voladuras en cavernas y en voladuras de produccin en minera subterrnea se crean huecos tales que las voladuras de obras subterrneas se asemejan en gran medida a voladuras a cielo abierto, y las teoras de voladura en banco son totalmente aplicables. Por este motivo, los contenidos aqu presentados son aplicables a diversidad tipologa de obras subterrneas como son las voladuras de avance de tneles, galeras, pozos y cavernas. En voladuras de interior, se diferencian los barrenos en funcin de la posicin que ocupan en la voladura, adems de tener cada uno una misin diferente. Se diferencian los siguientes grupos de barrenos, enumerados de acuerdo a la secuencia de encendido:

    Cuele: es un grupo de barrenos muy cercanos entre s que tienen como misin la creacin de una cara libre inicial en una zona ms o menos centrada en la voladura. Suele componerse de barrenos cargados, junto con uno o varios barrenos de mayor dimetro que se dejan vacos. Suele tener unas dimensiones aproximadas de un cuadrado de un metro de lado. En ciertos casos pueden tener mayor carga que los dems barrenos.

    Contracuele: son aquellos barrenos que rodean al cuele y tienen la

    misin de incrementar la cara libre para facilitar el desplazamiento del resto de la voladura.

    Destroza: son los barrenos que al detonar fragmentan y desplazan la roca volada hacia la cara libre generada por el cuele y contracuele.

    Contorno: son los barrenos que se sitan en el permetro de la voladura, teniendo como misin el de perfilar el contorno de la excavacin adecundose al diseo proyectado. Se disean como una una voladura de contorno a cielo abierto. Su carga suele ser menor que el resto, usndose cordn detonante de alto gramaje, solo o en combinacin de cartuchos de explosivo de pequeo calibre.

    Zapateras: Son los barrenos que se sitan en el piso de la voladura. Su misin es la de conformar el suelo de la excavacin. Como se disparan en

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    ltimo lugar suelen estar sobrecargados, porque deben levantar todo el material volado previamente y que se ha depositado encima.

    El principal problema que hay que afrontar en las labores de avance de tneles o galeras con explosivo es la no disponibilidad de caras libres. Por ello el consumo especfico de explosivo es sensiblemente ms alto que en las voladuras de cielo abierto, especialmente cuando se trata de voladuras de pequea seccin. De este modo, para seguir las condiciones generales de diseo de voladuras hay que realizar una detonacin en un orden tal que se vayan generando sucesivas caras libres. Hay dos formas de resolver el problema de ausencia de caras libres que se acaba de mencionar:

    Perforar los barrenos centrales con una cierta inclinacin respecto al frente, de forma que ste sirva como superficie libre donde se refleje, al menos parcialmente, la onda de compresin (cueles en "V", en cua, en abanico, etc.).

    Perforar unos barrenos, generalmente de mayor dimetro, que se dejan

    vacos de forma que proporcionan una pequea cara libre inicial (cuele de barrenos paralelos).

    Figura 101: Diferentes grupos de barrenos en una voladura de interior

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    14.9.1. ESQUEMA DE TIRO CON CUELE DE BARRENOS INCLINADOS

    Cada vez se utiliza menos este tipo de cuele, que, aunque ofrece alguna ventaja sobre el de barrenos paralelos, presenta tambin serios inconvenientes. Entre las ventajas cabra sealar las dos siguientes:

    Menor perforacin especfica (Metros lineales perforados por metro cbico arrancado)

    Menor consumo de explosivo. Sin embargo, los inconvenientes de tipo prctico son importantes:

    La perforacin es complicada y, en las condiciones reales de trabajo, su exactitud problemtica.

    Los avances que pueden obtenerse por "pega" vienen condicionados por el ngulo mnimo que requiere el crter (60 aproximadamente) y la posibilidad de situar la corredera del equipo de perforacin dentro de la anchura del tnel con esta orientacin. Por esta razn el mximo avance suele ser del orden de la mitad de la anchura del tnel. Esto, especialmente en secciones pequeas, supone avances por pega mucho menores que los que se obtendran utilizando un cuele de barrenos paralelos.

    14.9.2. ESQUEMA DE TIRO CON CUELE DE BARRENOS PARALELOS

    Un cuele de barrenos paralelos es una disposicin de barrenos en la que puede apreciarse una serie de barrenos muy prximos entre s y situados alrededor de dos taladros vacos de mayor dimetro. La "piedra" B de los barrenos de cuele no depende tanto de su carga explosiva como de la anchura de cara libre de que disponen, ya que al detonar, lo hacen formando un crter de, como mnimo, unos 60. Por ello, los barrenos que rompen hacia un barreno vaco se sitan a una distancia igual a una o dos veces el dimetro "V" de ste (V

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    La carga de fondo Qf en kg suele ser igual a 1,3 veces la piedra B en metros (Qf = 1,3B) y la concentracin de carga por metro lineal en columna qc en kg/m puede expresarse igualmente en funcin de B, mediante la frmula qc = k B2, donde la constante "k" vara segn la dureza de la roca, la holgura del explosivo en el barreno y las posibles desviaciones respecto a la "piedra" terica.

    1

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    Los barrenos de destroza y las zapateras disponen en principio de suficiente cara libre. Por lo tanto podrn disponerse segn una malla que ser funcin principalmente de su dimetro y, en menor medida, de la dureza de la roca y del tipo de explosivo. Normalmente estos barrenos suelen proyectarse con una piedra igual a 20-25 veces el dimetro, que, a menudo, ha de modificarse para ajustarla a la geometra de la seccin. La carga puede hacerse con ANFO a granel o el equivalente de otro explosivo.

    Figura 103: Esquema de perforacin de barrenos paralelos

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    Los barrenos de contorno o permetro se proyectan casi siempre algo ms prximos entre s que los de destroza con objeto de conseguir un mejor acabado de las paredes que incremente la estabilidad de la excavacin y reduzca las necesidades de sostenimiento. Tambin puede emplearse una tcnica de recorte como la explicada en captulos anteriores. En voladuras subterrneas, el grado de compresin a que est sometida la roca suele ser tal, que impide la utilizacin de la tcnica de precorte. Con este tipo de esquema de tiro se consiguen avances de un 90-95% de la longitud de perforacin de los barrenos, si bien la inexactitud en la ejecucin de sta, no permite normalmente ir ms all de los 2-2,5 m con equipos de perforacin manuales, ni de 3-4 m. con equipos mecanizados. Los ms modernos jumbos de perforacin incorporan un sistema informtico que permite el posicionamiento automtico o semiautomtico de la corredera en el lugar previsto para el emboquille. La mayor precisin respecto al posicionamiento manual que ello supone, facilita la consecucin de avances 0,5-1m superiores a los mencionados, llegando a alcanzar avances de hasta 4,5 metros. Por otro lado, la longitud mxima de perforacin en voladuras subterrneas, con equipos mecanizados, no suele superar los 4,5 m, que es la longitud mxima estndar para estos equipos. Si se quiere realizar barrenos de mayor longitud, es posible incorporar correderas mayores, disponibles bajo pedido.

    14.9.3. SECUENCIA DE ENCENDIDO Como ya se ha mencionado, la secuencia de encendido debe ser aquella que vaya creando progresivamente caras libres para facilitar la detonacin de los siguientes barrenos. De este modo, y como el confinamiento en voladuras de interior es mucho mayor que en cielo abierto, la secuencia de disparo seguir un orden en funcin de la posicin y la carga de los barrenos (o grupos de barrenos) conformados. As, primeramente deber iniciarse los barrenos de cuele, los cuales tienen la ayuda de la cara libre creada artificialmente por medio de uno o varios barrenos vacos. Despus debern iniciarse los barrenos de contracuele, despus de que se haya creado cara libre una vez se ha desplazado la roca que formaba el cuele. Seguidamente se dispararn los barrenos de destroza, que son lo que poseen una mayor cara libre debido al hueco ya creado por cuele y contracuele. Despus debern iniciarse los barrenos de contorno, diseados en forma de voladura de recorte. Por ltimo se iniciarn las zapateras, que establecern el nivel del piso

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    proyectado.

    14.9.4. GRFICOS DE CLCULO Tal y como se ha venido diciendo en el desarrollo de las frmulas de clculo de voladuras, todas ellas han sido desarrolladas de forma emprica, y ha sido posible confeccionar bacos de clculo que ayuden a un correcto diseo inicial de voladura, que habr que ir adaptando a cada caso concreto, ya que el estado del macizo rocoso hace que cada voladura sea diferente. Dichos bacos pueden ayudar a establecer ciertos criterios de evaluacin, sobre todo para comprobar que las voladuras cumplen los requisitos fijados por las teoras clsicas, ampliamente difundidas en la industria.

    Relacin entre el consumo especfico de explosivo en funcin de la seccin de la excavacin En la figura 105 se muestra la relacin entre el consumo especfico de explosivo en una voladura de interior en el cual se observa que cuanto menor es la seccin, mayor es el consumo especfico. Este hecho es debido a que cuanto menor es la seccin, menor es la cara libre existente, y mayor es el confinamiento, de modo que para un mismo

    Figura 104: Secuencia de iniciacin de voladuras subterrneas (Atlas Copco)

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    tipo de roca, siempre ser necesario mayor cantidad de explosivo. En el sentido contrario, cuanto mayor es la seccin menor es el consumo especfico necesario, en cambio, esta disminucin llega a alcanzar un valor asinttico debido a que por debajo de dicho valor, no se lograra la fragmentacin del macizo rocoso.

    Figura 105: Consumo especfico de explosivo en funcin de la seccin de la excavacin

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    Relacin entre el nmero de barrenos necesarios y la seccin de la excavacin.

    14.9.5. SISTEMAS DE CARGA DE EXPLOSIVOS ENCARTUCHADOS EN VOLADURAS DE INTERIOR

    Como se ha comentado anteriormente, el explosivo encartuchado empleado en voladuras subterrneas (avances de tneles, galeras, pozos,) es de pequeo dimetro. Puesto que los dimetros de perforacin suelen oscilar entre 38 y 64 mm, siendo los ms habituales los de 48 y 51 mm, los dimetros del explosivo encartuchado empleados son los de 26, 32 y 40 mm de dimetro. Este hecho hace que sea necesaria una gran manipulacin de los cartuchos explosivos y una carga completamente manual.

    Figura 106: Relacin entre el nmero de barrenos necesarios y la seccin de la excavacin.

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    Para agilizar en gran medida la carga de voladuras, y reducir el tiempo de carga de la misma, es muy comn, sobre todo en obra civil, donde los tiempos son ms que ajustados, el conformado de cargas lineales antes de la carga de la voladura. Las cargas que se conforman consisten en la elaboracin de caas de explosivo por medio de tubos de plstico acanalado, disponiendo linealmente los cartuchos en contacto unos de otros consiguiendo una carga de la longitud deseada.

    Con este sistema, se logra eliminar la necesidad de introducir los cartuchos de uno en uno y pudiendo realizar la manipulacin del explosivo en el exterior de la obra.

    Figura 107: Tubos omega para el conformado de caas de explosivo

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    Las caas conformadas pueden ser de diferente composicin, en funcin de los barrenos a cargar. As, se pueden tener caas de cuele, de destroza, de recorte, etc. Una vez colocadas las caas en los barrenos correspondientes, con el detonador adecuado en funcin de la secuencia de la voladura, se realiza la conexin de manera habitual, en funcin de sistema de iniciacin empleado.

    Figura 108: Caas preparadas para la carga de la voladura

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    14.9.6. SISTEMAS DE CARA DE EXPLOSIVOS A GRANEL EN VOLADURAS DE INTERIOR

    Los explosivos a granel que se emplean en voladuras de obras subterrneas, se pueden agrupar en dos grupos en funcin de que tengan consistencia granular o sea un producto bombeable. Los productos empleados de estos tipos son los tipo anfo, en el casos de consistencia granular y los de tipo emulsin (o hidrogel bombeable). Estos tipos de productos pueden ser cargados mediante equipos mecanizados de carga, logrando as, optimizar el proceso de carga, reduciendo el tiempo empleado en la misma. El proceso de carga es el siguiente, mostrado en la figura 109.

    1 Se introduce el cartucho cebo, junto con su detonador en el interior del barreno.

    2 La manguera de carga de explosivo se introduce hasta el fondo del

    barreno.

    3 Una vez en el fondo del barreno, se comienza el impulso (bombeo o soplado) del explosivo. De manera simultnea se extrae a ritmo constante la manguera del barreno posibilitando el llenado completo del barreno con explosivo.

    4 Introducida la cantidad de explosivo deseada, se retira la manguera y

    se procede al retacado del barreno.

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    14.9.7. SISTEMAS DE CARGA DE ANFO Los explosivos tipo anfo pueden cargarse mediante el uso de tolvas de forma cnica que se presurizan con aire comprimido de modo que el explosivo salga lanzado a travs de una manguera de carga de explosivo que se introduce en el fondo del barreno. El impulso del producto a travs de la manguera se logra mediante efecto Venturi. Estos dispositivos se conocen como Anfo Loader o ms comnmente Nagolitera.

    Figura 109: Proceso de carga mecanizada de explosivo a granel.

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    Estos dispositivos pueden tener hasta 500 litros de capacidad y pueden estar dotados de accionamiento a distancia por control remoto (inalmbrico o no).

    14.9.8. SISTEMAS DE CARGA DE EXPLOSIVO BOMBEABLE Los equipos de carga de explosivo bombeable pueden ser empleados tanto para la carga de emulsiones o de hidrogeles bombeables, puesto que las caractersticas fsicas (densidad, viscosidad, fluencia, etc.) son semejantes.

    Figura 110: Cargadora de Anfo.

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    Estos equipos estn compuestos por una serie de tolvas y equipos de bombeo con accionamientos de tipo electro-hidrulico que permiten impulsar el producto a travs de una manguera de descarga al interior del barreno. La capacidad de los equipos vara en funcin de las necesidades de carga y pueden ser porttiles o bien pueden ser fijados sobre chasis adaptados a tal efecto.

    Todo el proceso de descarga est controlado por medio de sensores que detectan el flujo de producto bombeado y envan la informacin a una unidad centralizada de control, que permite mantener los ratios de fabricacin, as como controlar la cantidad de producto final descargado. Del mismo modo, el accionamiento de la manguera est controlado por la misma unidad centralizada de control, pudiendo mecanizar completamente el proceso de carga de la voladura. En toda la unidad existen elementos de seguridad de modo que el bombeo sea seguro en todo momento tanto para los operadores, como para la propia unidad. Estos elementos consisten en medidores de presin, caudal, con accionamiento hidrulico, elctrico o electrnico.

    Figura 111: Equipo porttil (izqda.) y autopropulsado (drcha.) de carga de explosivo bombeable.

    (Orica Mining Services)

    Figura 112: Desacoplamiento del explosivo

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    14.9.9. VENTAJAS DE LA CARGA DE EXPLOSIVO A GRANEL Con la carga a granel se obtiene una mayor carga especfica gracias al acoplamiento del 100% entre el explosivo y el barreno, y un total aprovechamiento de la energa del explosivo, a diferencia de cuando se emplea explosivo encartuchado debido al espacio existente entre el propio cartucho y la roca. As, para barrenos de 51 mm de dimetro, (Figura 105) el mayor volumen de explosivo por metro lineal de barreno utilizado debido a su acoplamiento es, en peso, ms del doble con respecto a la dinamita encartuchada (d=32 mm) y ms del 50% de explosivo que con Anfo. Esto hace que el aprovechamiento de la energa del explosivo bombeable sea mucho mayor, a pesar de tener en torno a un 11 % menos de potencia que la dinamita. En relacin al anfo, el explosivo bombeable tiene, aproximadamente, el doble de potencia. La densidad de explosivo existente como carga de fondo hace posible que se alcancen mayores avances de la voladura. Esta mayor densidad de carga permite reducir la perforacin de los barrenos en un orden del 8-10%, con la consecuente reduccin de costes en maquinaria de perforacin y desgastes de consumibles diamantados.

    14.10. METODOLOGA Y HERRAMIENTAS PARA LA OPTIMIZACIN DE VOLADURAS A CIELO ABIERTO

    Dentro de los trabajos de extraccin de roca son muchos los parmetros que influyen en el proceso. De este modo es necesario tener en cuenta aquellos factores que son determinantes en las caractersticas de cada explotacin. En este apartado se pretende plantear una metodologa para poder analizar diferentes aspectos de voladuras a cielo abierto, con el fin de lograr una optimizacin de los medios disponibles en cada una de las fases de la explotacin. De este modo se describen herramientas tiles para poder valorar cualitativa y cuantitativamente las diferentes fases de la voladura. Estas herramientas se van a clasificar en diferentes clases, en funcin del tipo de anlisis a realizar. De este modo, el estudio se va a dividir en diferentes fases:

    Estudio previo a la voladura Monitorizacin durante la voladura. Anlisis posterior a la voladura.

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    El anlisis previo a la voladura comprende el estudio del banco de la cantera a volar; la definicin de la malla de perforacin, as como el estudio energtico de la voladura. En este anlisis tambin estara incluido el empleo de modelos tericos del terreno para la prediccin de afecciones medioambientales. El anlisis durante la voladura se centra en la monitorizacin de la misma para poder hacer anlisis posteriores, por medio de empleo de grabacin de video de alta velocidad, registro de ondas ssmicas y onda area generadas, y comportamiento del explosivo en el barreno. El anlisis posterior a la voladura comprende el estudio de los datos adquiridos durante la misma, as como el anlisis digital del material volado. Las voladuras en canteras de ridos, y en todas las voladuras en general, se ejecutan en un determinado macizo rocoso. Debido a la naturaleza del mismo este macizo hay que considerarlo como un medio heterogneo del cual se van a conocer sus propiedades con cierta incertidumbre. De este modo, es preciso analizar este medio para minimizar este grado de incertidumbre. Las propiedades del macizo rocoso son variables y por tanto el diseo de las voladuras debe adaptarse en funcin de estos cambios. Por este motivo, es necesario fijar ciertas propiedades y considerarlas conocidas para poder modelizar el macizo rocoso, con el fin de establecer un diseo inicial con la mayor exactitud posible. De este modo se puede recurrir a leyes y modelos tericos, que nos permitan predecir los resultados de las voladuras. As pues dentro de las propiedades del macizo rocoso se deben conocer:

    Figura 113: Fases para el anlisis

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    Tipo de roca. Densidad. Resistencia a compresin ndice de volabilidad. Datos geomtricos del banco Fragmentacin deseada en funcin del destino del material y equipos

    disponibles. Este factor es importante ya que, por ejemplo, no es lo mismo disear voladuras para emplear el material resultante como rido para hormigones que disear una voladura para la obtencin de escollera.

    14.10.1. HERRAMIENTAS A EMPLEAR PREVIAS A LA VOLADURA

    Perfilometra 2D

    Este sistema consiste en una modelizacin digital del terreno con el fin de conocer en cada punto los parmetros geomtricos del banco a volar. Es posible determinar la altura de banco real, el repi existente as como la presencia de cavernas u oquedades en el terreno que nos puedan ser potenciales puntos de sobrecarga de barrenos. La perfilometra 2D se realiza por medio de un dispositivo lser que realiza perfiles individuales del frente de voladura, de modo que sea posible realizar el anlisis de la piedra presente en cada uno de los barrenos de la primera fila de la voladura, para poder ajustar la carga de cada uno de estos barrenos a la piedra real existente en cada punto. El anlisis de los datos es inmediato por la posibilidad de ver el resultado sobre un dispositivo porttil tipo PDA.

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    Las mediciones obtenidas pueden compararse con los parmetros tericos diseados para cada voladura.

    Figura 114: Parmetros obtenidos de la Perfilometra 2D (MDL)

    Figura 115: Ejemplo de resultados obtenidos con perfilometra 2D (MDL)

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    Perfilometra 3D

    La perfilometra en tres dimensiones se realiza, al igual que la 2D, pero con la posibilidad de obtener un perfil digital del frente de la voladura. De este modo es posible analizar de manera conjunta todos los barrenos y la piedra asociada a cada uno. El anlisis en tres dimensiones es mucho ms potente que el anlisis en 2D ya que es posible realizar un estudio global del banco objeto de estudio y ofrece la posibilidad de completar los datos obtenidos con datos obtenidos de otras aplicaciones, como por ejemplo datos de desviacin de barrenos.

    Determinacin de la direccin real de los barrenos

    Una herramienta de vital importancia para poder optimizar los resultados de una voladura es la determinacin del estado de la perforacin de los barrenos. Este parmetro se puede evaluar determinando la direccin real de los barrenos de una voladura. Es comn que muchos de los pobres resultados de una voladura, as como problemas de proyecciones y repis, sean debidos a una perforacin deficiente. Esta perforacin

    Figura 116: Perfilometra 3D (MDL)

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    deficiente puede estar debida por diferentes motivos:

    Error de emboquille. Error de inclinacin. Desviacin a lo largo del barreno.

    De estos errores, el ms difcil de determinar es la desviacin producida a lo largo del barreno. Esta desviacin puede estar provocada por una mala eleccin de los parmetros de los equipos de perforacin (una excesiva fuerza de empuje puede provocar desviaciones, por ejemplo) o bien por motivo de la geologa del macizo, ya que las fracturas del macizo son zonas de debilidad que hacen que la barrena de perforacin escoja ese camino para la perforacin del barreno.

    Para determinar le direccin real de los barrenos se utilizan diversos sistemas aunque el procedimiento empleado es similar. Consiste en introducir una sonda en el interior del barreno dotada de dos inclinmetros o brjulas que nos van a indicar la desviacin en funcin de la profundidad.

    La sonda puede introducirse en el barreno por medio de barras rgidas articuladas o bien por medio de elementos flexibles.

    Una mala perforacin da lugar a posibles zonas sobrecargadas de explosivos, pudiendo provocar proyecciones, o bien a zonas donde la piedra real es demasiado grande, de modo que aparezcan repis en el pie de banco de la cantera.

    Figura 117: Sonda de determinacin de direccin de barrenos con cable (MDL)

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    Figura 118: Resultados de la determinacin de la direccin real de los barrenos (Vista 3D) (MDL)

    Figura 119: Desviacin de la perforacin y su influencia en la piedra de la voladura

    (Fuente: Atlas Copco)

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    Simulacin de la voladura

    Una vez recogidos los datos expuestos anteriormente y junto con los parmetros geomecnicos del macizo rocoso es posible emplear herramientas que hagan una simulacin de la voladura para poder predecir los resultados de la misma. Existen herramientas basadas en programas informticos que, mediante la aplicacin de modelos tericos es posible ajustar los parmetros de diseo de la voladura.

    Figura 120:

    Distribucin energtica de la voladura (en rojo puntos de sobrecarga de explosivo) (JKMRC)

    Figura 121: Simulacin de los frentes de voladura en funcin de la secuenciacin. (JKMRC)

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    14.10.2. HERRAMIENTAS A EMPLEAR DURANTE LA VOLADURA Durante el desarrollo de la voladura es posible emplear herramientas que nos ayuden a evaluar los resultados de una voladura, de modo que se pueda actuar en consecuencia si es necesario, en funcin de los resultados obtenidos. Las herramientas van a basarse en el estudio del comportamiento del explosivo dentro del barreno y en un control visual de la voladura para detectar posibles puntos de actuacin, mediante la adquisicin digital de imgenes.

    Medicin de la velocidad de detonacin.

    Aunque la velocidad de detonacin de un determinado explosivo es un parmetro proporcionado por el fabricante, ste dato se ha determinado mediante ensayos normalizados, para permitir la comparacin de este dato entre diferentes explosivos. Las condiciones reales de uso del explosivo son dependientes de muchos factores que, en muchos casos, no se pueden controlar. Este es el caso por ejemplo de la presencia de agua en los barrenos, humedad de los barrenos y afecciones de un barreno sobre otro adyacente, entre otros. Por este motivo es muy interesante determinar la velocidad real de detonacin en una voladura. En captulos anteriores se describe el mtodo de determinacin de la velocidad de detonacin, a travs de la medida continua de la evolucin de la detonacin en el barreno.

    Grabacin de la voladura mediante cmara de alta velocidad.

    Como la duracin a cielo abierto de una voladura est entre unas dcimas de segundo hasta unos pocos segundos, el ojo humano no es capaz de diferenciar algunos de los fenmenos que se producen durante la misma. Es importante recordar que los barrenos estn secuenciados del orden de milisegundos (0,001 segundos). Para poder detectar posibles efectos que pasan desapercibidos es posible grabar la voladura con cmara de alta velocidad, de modo que pueden registrarse hasta 1000 imgenes por segundo (fps). Una vez captada esa imagen, se reproduce la voladura a 10, 30 100 fps, por ejemplo, de modo que se puedan detectar fallos de secuenciacin, escape de gases por el frente, efectividad del retacado, movimiento de la pila de material volado, etc.

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    14.10.3. HERRAMIENTAS A EMPLEAR DESPUS DE LA VOLADURA. Una vez realizada la voladura es necesario analizar si los resultados obtenidos se corresponden con los esperados. Una mala fragmentacin puede hacer necesario la realizacin de voladuras secundarias o taqueos, o bien, la necesidad de romper los sobretamaos mediante medios mecnicos, con el sobrecoste aadido que supone.El tamao mximo deseado en voladuras a cielo abierto en canteras de ridos vendr definido por la capacidad de la planta de tratamiento, en concreto por el tamao mximo de admisin del triturador primario. Del mismo modo, con una fragmentacin adecuada es posible la optimizacin de

    Figura 122: Parmetros observables en una grabacin con cmara de alta velocidad. (MREL)

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    los equipos de carga y transporte, pudiendo trabajar ambos a plena capacidad, sin prdidas de tiempo de ciclo ni viajes a media carga por tener que transportar grandes bloques de roca. Otro aspecto que optimiza del mismo modo la carga del material volado es la posicin de la pila despus de la voladura. Dependiendo del tipo de equipo de carga disponible es preferible una posicin de pila de material volado diferente. As, para la carga de material mediante pala cargadora es preferible una pila extendida y para el empleo de retroexcavadora la carga ptima se corresponde con una pila ms compacta y elevada. Estos aspectos descritos se pueden analizar mediante estudios de fragmentacin y herramientas para el anlisis del movimiento de la pila de material durante la voladura. En el anlisis de la granulometra de la voladura, un parmetro que va a definir el resultado de una voladura es la granulometra de la pila de material volado. La manera ms exacta de conocerlo es saber las distintas fracciones que entrar a la planta de tratamiento y separar por medio de diferentes precribados las fracciones de inters. Pero este proceso no es nada operativo ya que las plantas de tratamiento en canteras de ridos no suelen poseer la disposicin adecuada para este fin, adems de la necesidad de trabajar de modo discontinuo. Por otro lado una misma planta de tratamiento es normal que procese el material procedente de las diferentes voladuras de diferentes bancos de una misma cantera. Por estos motivos es muy til el conocer de forma previa la granulometra de una pila de material volado. Existen herramientas que proporcionan de manera aproximada la granulometra de la voladura, mediante la adquisicin digital de imgenes y el procesamiento de las mismas. El anlisis consiste en la toma de imgenes de la pila, cubriendo cada una de las fracciones representativas de la voladura y, mediante programas adecuados, se determinan la distribucin granulomtrica de cada fotografa, obteniendo as una curva granulomtrica de la voladura.

    Figura 123:

    Secuencia de trabajo del anlisis de fragmentacin (Split)

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    15. EFECTOS DE LAS VOLADURAS EN EL ENTORNO

    15.1. INTRODUCCIN Este captulo se trata sobre aquellos efectos colaterales, por lo general no deseados, que toda voladura comporta y que de alguna manera se tendrn que controlar. Estos efectos consisten en modificaciones del entorno, ya sea el propio terreno o bien la atmsfera, que pueden, a su vez, clasificarse en dos tipos:

    Modificaciones permanentes. Modificaciones transitorias.

    15.1.1. MODIFICACIONES PERMANENTES Son aquellos efectos que conllevan una degradacin o desplazamiento de la roca adyacente distinto del pretendido por la propia voladura. Entre ellos se pueden mencionar los siguientes:

    Degradacin de la roca circundante Cualquier voladura genera un cierto grado de agrietamiento, fisuracin o debilitamiento de la roca circundante. La extensin de la zona afectada depender principalmente de cmo se haya diseado la voladura, pero puede alcanzar hasta 1 o 2 metros con dimetros pequeos de barreno y hasta 10 o 20 metros con dimetros grandes.

    Desplazamiento de bloques La presin de los gases acumulados durante la detonacin o las vibraciones del terreno producidas por la misma, pueden causar el desplazamiento de bloques de roca aislados o sin un grado de fijacin suficiente al resto el macizo. Ello provocara una sobreexcavacin

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    respecto a la tericamente diseada.

    Densificacin o compactacin del terreno Algunos autores mencionan tambin la posibilidad de compactacin o densificacin de terrenos sueltos de determinada granulometra prximos a la carga explosiva.

    15.1.2. MODIFICACIONES TRANSITORIAS Las ondas de presin que, como consecuencia de la voladura, se transmiten al terreno y tambin a la atmsfera, producen en ambos alteraciones de carcter vibratorio que desaparecen pasado un corto perodo de tiempo, del orden de milsimas de segundo. El pas de estas ondas genera en el terreno movimientos de las partculas alrededor de su posicin de equilibrio sin llegar a producir desplazamientos permanentes en las mismas que retornan de nuevo a su posicin inicial. Sin embargo, estas vibraciones s pueden producir daos visibles y permanentes en estructuras ms sensibles, como son edificios, conducciones o cualquier otro tipo de obra de fbrica asentada sobre el terreno. Estos efectos pueden ser de distinta magnitud, desde pequeos desperfectos en la

    Figura 124: Afecciones de las voladuras al macizo rocoso remanente

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    pintura o el yeso, sin otra transcendencia que la puramente esttica, hasta serios daos en los cimientos, pilares o muros de carga del edificio que podran afectar gravemente a su estabilidad. Como se ha apuntado anteriormente, la voladura genera tambin una onda de sobrepresin que se propaga a travs del aire. La parte de alta frecuencia correspondiente a la misma es audible y constituye el estruendo que acompaa a toda voladura. Pero existe otra parte de baja frecuencia que, aunque no es audible, excita las estructuras de los edificios y produce una vibracin audible de los mismos. Esta onda area raramente produce daos ms all de lo que pueda significar rotura de cristales de ventanas o cada de objetos. Sin embargo la sensacin de inseguridad y molestia que genera sobre las personas es muy importante. En el momento de aplicar los modelos tericos se debe tener en cuenta las posibles limitaciones medioambientales que son frecuentes encontrar en explotaciones mineras a cielo abierto por la existencia de elementos sensibles a las voladuras: edificaciones cercanas, ncleos de poblacin, infraestructuras Las afecciones en el entorno pueden tener los siguientes caracteres:

    Vibraciones terrestres Onda area Proyecciones Efectos sobre el macizo rocoso remanente

    15.2. VIBRACIONES Se entiende por vibraciones los fenmenos de transmisin de energa mediante la propagacin de un movimiento ondulatorio a travs de un medio. El fenmeno de vibraciones queda caracterizado por una fuente o emisor, esto es, un generador de vibraciones, y por un objeto o receptor de las mismas. El fenmeno de las vibraciones se manifiesta mediante un movimiento ondulatorio. La detonacin de una masa de explosivo confinada en el interior de un barreno localizado en un macizo rocoso, genera de una forma casi instantnea un volumen de gases a una presin y temperatura enormes. Esta aparicin brusca de una presin elevada sobre las paredes del barreno acta como un choque o impacto brusco, que se manifiesta en forma de onda de deformacin a travs de la masa en torno al barreno. Esa onda de deformacin / tensin trasmitida es cilndrica, en el caso de carga cilndrica distribuida en el barreno, o esfrica, en caso de carga puntual o esfrica, aunque a considerable distancia del barreno con relacin a su longitud puede considerarse la explosin reducida a un punto y en consecuencia la

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    onda de propagacin como esfrica. En definitiva, la tensin soportada por un elemento material ser funcin inversa de la distancia. Se puede admitir que la transmisin de la vibracin a partir de una distancia de barrenos relativamente pequea, es en forma prcticamente elstica, mediante ondas bsicamente elsticas, con despreciable consumo de energa.

    15.2.1. ONDAS SSMICAS Aunque las ecuaciones clsicas de ondas elsticas son inadecuadas para describir el fenmeno de las vibraciones por efecto de una voladura, tal y como se manifiesta con sus problemas de atenuacin, dispersin, cambio de longitud de onda y superposicin de ondas, ha de considerarse que hasta la fecha es el mejor modelo simplificado de que se dispone para el anlisis de este fenmeno. Se puede considerar, pues, que a efectos de las vibraciones en voladuras, slo nos interesa la propagacin de ondas en la zona exterior o elstica en torno del barreno y que en ella las nicas ondas significativas que se transmiten resultan ser ondas elsticas de baja energa. Bsicamente se pueden agrupar los tipos de ondas elsticas en dos grupos:

    Ondas internas, que se propagan por el interior del slido rocoso en nuestro caso y dentro de las cuales se encuentran: las ondas longitudinales, de compresin o principales P y las ondas transversales, de cizalladura o secundarias S.

    Ondas de superficie, que nicamente se transmiten por la superficie del

    material y entre las que se encuentran: las ondas Rayleigh R y las ondas Love L; son las principales, si bien ya se ha indicado que existen las llamadas ondas acopladas y ondas hidrodinmicas.

    Las ondas P se caracterizan por provocar la oscilacin de las partculas en la misma direccin en la que la onda se propaga. Las ondas S se caracterizan por provocar la oscilacin de las partculas en una direccin transversal a la direccin en que la onda se propaga. Cuando las ondas internas generadas en el interior de un macizo rocoso alcanzan la superficie, son influidas por esta discontinuidad y aparecen ondas de superficie. Si se considera para su anlisis que el eje X es el correspondiente al de la direccin principal de propagacin, el eje Y al horizontal, perpendicular al X, y el eje Z al vertical perpendicular a los dos anteriores:

    Las ondas Rayleigh se propagan en el plano ZX, originando en dicho

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    plano oscilaciones elpticas. Su efecto es de compresin, dilatacin y cizalla. Su velocidad es aproximadamente 0.9 de las ondas transversales.

    Las ondas Love se propagan en el plano XY originando oscilaciones

    elpticas contenidas en dicho plano. Su velocidad es similar a la de las Rayleigh. La existencia de las ondas Love, est restringida a capas de terreno en contacto con la atmsfera y bajo las cuales existan otras capas en que la velocidad de las ondas transversales sea mayor que en la capa en cuestin. Tambin pueden existir ondas Love cuando la velocidad de las ondas S aumenta con la profundidad para los diferentes materiales.

    Estudios realizados han demostrado que la energa ssmica de alta frecuencia es absorbida ms rpidamente que la de baja frecuencia, de modo que la energa contenida en las ondas ssmicas estar ms concentrada en intervalos correspondientes a bajas frecuencias a medida que se da un alejamiento del foco generador. A pesar de todo lo dicho, hay que tener presente que en los anlisis de vibraciones no suele llegarse a distinguir entre s los diferentes tipos de ondas que llegan al gefono. La profundidad de los barrenos, que normalmente son de produccin, es relativamente pequea, lo que supone trenes de ondas internas de baja energa. Asimismo, los trenes de ondas llegan casi simultneamente al gefono, pues la diferencia de velocidad entre ellos es pequea, frente al pequeo espacio a recorrer hasta el gefono.

    Figura 125: Tipos de ondas ssmicas

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    202

    15.2.2. MEDIDAS DE VIBRACIONES PRODUCIDAS POR VOLADURAS

    Es preciso hacer aqu una distincin entre aspectos bien diferenciados del fenmeno de la vibracin. Uno de ellos es la propagacin o transmisividad de la vibracin por el medio y otro es el movimiento propio que el paso de la vibracin genera en las partculas del medio. Cabe entonces diferenciar entre dos tipos de velocidades:

    1 Velocidad de onda o de propagacin es aquella con la que la vibracin se propaga por el medio.

    2 Velocidad de partcula es aquella relativa a las oscilaciones que

    experimenta la partcula, excitada por el paso de la onda de energa vibratoria.

    Como ya se ha dicho, una partcula sometida a una vibracin, experimenta un movimiento oscilante del que sus parmetros medibles pueden ser desplazamiento, velocidad, aceleracin de partcula y la frecuencia del movimiento ondulatorio. Conociendo cualquier pareja de estos parmetros, se puede deducir el valor del resto, por integracin y/o derivacin. De todos los parmetros posibles de medida, universalmente se toma la velocidad de vibracin como el que mejor representa el nivel de vibracin y daos producidos, para edificaciones. No obstante es imposible hoy da establecer un criterio fiable que no considere las frecuencias dominantes en la vibracin. Las vibraciones reales no se corresponden a un movimiento armnico puro, pero cualquier seal recibida por el captador se puede representar como la suma de una serie de movimientos armnicos individuales, que se conoce con desarrollo en serie de Fourier de la seal.

    15.2.3. EQUIPOS DE MEDIDA DE LAS VIBRACIONES GENERADAS POR VOLADURA

    Para recoger la oscilacin generada por el terreno se emplean equipos de medida denominados sismgrafos. Un equipo de medida completo est representado en la figura 126 y consta de:

    Una serie de sensores o elementos para captar el ruido y las vibraciones del terreno transformndolos en impulsos elctricos (micrfonos, velocmetros y acelermetros).

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    Un amplificador de la seal.

    Un mdulo de memoria para el almacenamiento de datos.

    Algunos modelos incorporan un sistema de impresin que visualiza y

    gestiona los datos. Para captar las vibraciones del terreno pueden utilizarse sismgrafos o acelermetros.

    Los sismgrafos ms antiguos y actualmente en desuso consistan bsicamente en una masa suspendida del aparato mediante un muelle, que al moverse el terreno no se desplaza con ste, sino que permanece inmvil provocando la deformacin del resorte. Esta deformacin permitir medir en distintas escalas, desplazamientos, velocidades o aceleraciones del movimiento. Obviamente la gama de frecuencias a la que estos aparatos son utilizables est limitada por la propia frecuencia natural del movimiento del muelle, pero por otra parte, cuanto mayor sea sta, menores son las deformaciones del mismo y ms dbil la respuesta del aparato.

    Figura 126: Sismgrafo de registro. Modelo con impresora (drcha.) (Instantel)

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    Los gefonos electrodinmicos son los ms usados en la actualidad y estn basados en el desplazamiento relativo de una bobina en el interior de un campo magntico lo que genera una fuerza electromotriz (f.e.m.) proporcional a la velocidad de desplazamiento. Uno de los elementos (el imn o la bobina) se fija al aparato y, con ste, al terreno, mientras que el otro est libremente suspendido de aquel y por tanto permanece inmvil. De esta forma, la velocidad de partcula resulta ser proporcional a la f.e.m. generada.

    Los sismgrafos actuales llevan incorporado tres gefonos colocados perpendicularmente entre s para captar la vibracin producida en las direcciones del espacio. As se puede recoger la respuesta en la direccin longitudinal, vertical y transversal adems de la onda area por medio de un micrfono. Los acelermetros se basan en el cambio de ciertas propiedades fsicas de algunas sustancias cuando son sometidas a esfuerzos de presin y se caracterizan por dar respuesta tanto a altas como a bajas frecuencias. As los acelermetros piezoelctricos consisten en un material de este tipo (cuarzo o ciertos materiales cermicos), en el que el esfuerzo de presin producido por el movimiento brusco del terreno, genera una separacin de cargas elctricas, que se transforma en una corriente o diferencia de potencial proporcional a la aceleracin del movimiento. Un circuito electrnico de integracin adicional permite convertir los valores de aceleracin en valores de velocidad (velocmetros), y stos, a su vez en valores de desplazamiento.

    Figura 127: Representacin del funcionamiento de un gefono electrodinmico

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    A diferencia de los acelermetros piezoelctricos, los acelermetros piezoresistivos no generan corriente alguna, sino que, simplemente, por efecto de la presin, vara de forma proporcional la resistividad del elemento semiconductor que incorporan, normalmente slice. De esta forma este material acta como una resistencia variable. Generalmente un acelermetro de este tipo est constituido por uno o dos pares de elementos semiconductores dispuestos de forma que el movimiento pone a un elemento en tensin y al otro en compresin, y as sus resistividades varan en sentido contrario, mejorando la sensibilidad del aparato. Esta variacin de las resistencias se mide en un puente de Wheatstone. La principal ventaja de este tipo de acelermetros es que dan una respuesta ms amplificada tanto para bajas como para altas frecuencias. La forma de fijacin de estos aparatos al terreno depender lgicamente de la superficie de fijacin y de la magnitud esperable del movimiento a medir. Si se

    Figura 128: Equipo de medida y registro de vibraciones (Instantel)

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    dispone de una superficie plana y horizontal y no es probable que la aceleracin del movimiento vibratorio supere el valor de 02g, siendo g la aceleracin de la gravedad, el sensor puede estar simplemente apoyado sobre dicha superficie. En otras circunstancias, el sensor habr de ser enterrado en el terreno o fijado al mismo mediante un sistema apropiado de adherencia o anclaje.

    15.2.4. LEY DE TRASMISIVIDAD De forma genrica, el nivel de vibracin recibida en un punto, expresado como valor de velocidad de vibracin V, es funcin directa de la carga de explosivo empleado Q, e inversa de la distancia D entre el punto de disparo y el punto de registro. Esto se puede expresar de forma genrica:

    = Siendo: V = Velocidad de vibracin (mm/s) Q = Carga de explosivo (kg) D = Distancia (m) K, y son constantes que engloban la geologa del terreno, la geometra de las cargas, las diferencias de cota entre los puntos de disparo y de medida, el tipo de propagacin, el nivel de aprovechamiento de la energa en generar vibraciones,

    Figura 129: Fijacin de sensores al terreno (AENOR)

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    207

    etc. Por lo tanto, uno de los objetivos de un estudio de vibraciones es hallar el valor de las constantes K, y a travs de un ajuste mnimo-cuadrtico, realizado con los valores V, Q y D tomados en los ensayos. El coeficiente de correlacin r va a indicar si los puntos (V, Q, D) tienen alguna relacin entre s o no. Es decir, si se ajustan a una ley o no. Dicho coeficiente alcanza el valor mximo 1 cuando los puntos se ajustan perfectamente a la ley y es 0 cuando los puntos se encuentran caticamente repartidos. Con objeto de tener una idea visual del ajuste de los puntos al plano, se representan en una grfica de escalas logartmicas los valores de V frente a los de Dr: Siendo,

    =

    Dado que,

    log = log log

    la representacin de dichos puntos ha de tomar una forma aproximadamente rectilnea. La aplicacin de la Distancia Reducida es un modo de normalizar los valores obtenidos de diferentes disparos y distancias de modo que puedan compararse y representarse conjuntamente de manera grfica.

    15.2.5. CONTROL DE VIBRACIONES PRODUCIDAS POR VOLADURAS

    El control de vibraciones producidas por voladuras se realiza por medio del cumplimiento de normativa especfica al respecto, en forma de criterio de prevencin de daos. El criterio de prevencin de daos est contenido en la Norma UNE 22.381.93 Control de vibraciones producidas por voladuras. El nivel de seguridad es funcin de la frecuencia principal y de la estructura considerada. El campo de aplicacin de esta Norma se establece para aquellos casos de voladuras especiales en que se requiera la realizacin de un estudio de

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    208

    vibraciones. Segn el tipo de actividad, la presente norma es de aplicacin a los trabajos con explosivos que se puedan clasificar en:

    Trabajos de explotacin en minas y canteras, tanto en labores de extraccin de materiales como en labores complementarias

    Trabajos de construccin en obras pblicas. Trabajos de demolicin y especiales, en los que generalmente se emplean

    pequeas cargas (demoliciones en general, taqueos, regeneracin de pozos, etc.)

    En relacin a la posibilidad de realizar ensayos previos mediante explosivos con vistas a la obtencin de datos para un estudio de vibraciones, hay que tener en cuenta que, en algunos trabajos, se puede alterar significativamente el elemento a volar con las pruebas. Este punto se tendr en cuenta a la hora de definir el tipo de estudio requerido. Estas circunstancias se presentan sobre todo en los trabajos de demolicin y especiales. As, las estructuras segn la citada Norma pueden clasificarse en los siguientes grupos:

    Grupo I: Edificios y naves industriales ligeras con estructuras de hormign armado o metlicas.

    Grupo II: Edificios de viviendas, oficinas, centros comerciales y de recreo. Estructuras de valor arqueolgico o histrico que por su naturaleza no presenten especial sensibilidad a las vibraciones.

    Grupo III: Estructuras de valor arqueolgico o histrico que por su naturaleza presenten especial sensibilidad a las vibraciones.

    Es interesante destacar que para el resto de estructuras no recogidas en esta Norma el estudio de vibraciones se ajustar a los criterios de la Administracin encargada de velar por la seguridad de las personas y las instalaciones, en funcin del objetivo del proyecto y del tipo de estructuras que previsiblemente puedan estar afectadas. Las vibraciones derivadas de voladuras son oscilaciones transitorias y no peridicas que se propagan por el terreno a una velocidad caracterstica del mismo o velocidad de propagacin. Se definen como parmetros caractersticos de la vibracin en esta norma los siguientes:

    Valor pico de la velocidad de vibracin en su mayor componente.

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    Frecuencia principal de la vibracin. El valor pico de la velocidad de vibracin corresponde a la mxima desviacin del registro tanto positiva como negativamente sobre el origen (Figura 123). Si el registro de la vibracin fuera en aceleracin o desplazamiento tendra que ser integrado o derivado para obtener el registro de velocidad.

    Dado que la vibracin es un movimiento espacial, es necesario realizar, al menos, una medicin de las tres componentes en tres direcciones perpendiculares entre s, que normalmente suelen ser:

    Direccin vertical. Direccin longitudinal o componente horizontal en direccin a la voladura. Direccin transversal o componente horizontal perpendicular a la

    longitudinal. Analizando los tres registros se seleccionar aquella componente que presente un mayor valor pico. Al ser este tipo de vibraciones no peridicas, participan en ellas diferentes frecuencias, entre las cuales hay que seleccionar una frecuencia principal caracterstica, que vara con el tipo de terreno y con la distancia, siendo tanto ms

    Figura 130: Determinacin de los parmetros caractersticos de la vibracin (AENOR)

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    baja cuanto ms blando sea el terreno (velocidad ssmica baja) y cuanto ms distante est el punto de registro. Esta frecuencia principal se puede determinar por diferentes mtodos, entre los que se mencionan los siguientes:

    Anlisis de Fourier de la seal, cuyo algoritmo aplicado al clculo por ordenador se conoce como FFT.

    Espectro de respuesta de la seal o pseudoespectro de velocidad. El mtodo del semiperodo, que consiste en determinar el tiempo entre el

    posterior al valor pico de la seal. Asignando ese valor al semiperodo de la calcular sta segn las frmulas siguientes:

    () =

    2 ; () = 1

    = 1

    2

    Estos parmetros caractersticos de la vibracin servirn para su comparacin con el criterio de prevencin de daos. Puede darse la circunstancia de que un registro presente varios picos de velocidad de vibracin del mismo orden y con diferentes frecuencias. En este caso, habra que considerar la menor de las frecuencias. Esta circunstancia queda cubierta si se realiza un anlisis de Fourier o de respuesta. Los lmites del criterio de prevencin de daos son los siguientes:

    Tabla 4:

    Valores lmites del criterio de prevencin de daos UNE 22.381-93

    Valores lmite del criterio

    Frecuencia (Hz) 2-15 15-75 >75

    Velocidad (mm/s)

    Desplazamiento (m)

    Velocidad (mm/s)

    Grupo I 20 0.212 100 Grupo II 9 0.095 45 Grupo III 4 0.042 20

    En los tramos de frecuencia comprendida entre 15 y 75 Hz, se podr calcular la velocidad equivalente, v,

    a travs de la ecuacin: = 2 ,

    siendo: f: frecuencia; d: desplazamiento indicado en la tabla De forma grfica, puede representarse en la Figura 131 Excepcionalmente, se podran aprobar niveles superiores a los indicados en casos

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    concretos mediante la presentacin de un informe detallado y tcnicamente justificado (v.g. anlisis de la respuesta en estructuras especialmente diseadas, acuerdos entre la propiedad de la estructura y la empresa operadora, etc.).

    TIPO DE ESTUDIO REQUERIDO El estudio requerido ser funcin del tipo de trabajo a desarrollar mediante explosivos, de la estructura a preservar, del tipo de terreno, de la distancia existente entre la voladura y la estructura y de la carga mxima de explosivo a detonar instantneamente o carga por secuencia. En funcin del tipo de terreno y de la estructura a considerar, queda delimitado el tipo de estudio para unas condiciones de carga por secuencia y distancia determinadas. Utilizando la figura 131 se puede conocer el tipo de estudio que podra ser requerido siguiendo el proceso siguiente:

    Figura 131: Lmites del criterio de prevencin de daos

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    212

    a) Se determinar el tipo de macizo rocoso sobre el que est cimentada la

    estructura de acuerdo con la siguiente clasificacin, que tiene en cuenta la velocidad ssmica estimada; es decir, la velocidad de propagacin de las ondas ssmicas en el macizo rocoso considerado:

    o Formacin rocosa dura: Aquella cuya velocidad ssmica es

    superior a 4 000 m/s. o Formacin rocosa media: Aquella cuya velocidad ssmica est

    comprendida entre 2 000 y 4 000 m/s. o Formacin rocosa blanda: Aquella cuya velocidad ssmica es

    inferior a 2 000 m/s.

    b) Se determinar el grupo de estructura en funcin de la clasificacin establecida como Grupo I, Grupo II, o Grupo III.

    c) Se determinar la distancia entre la voladura y la estructura en metros.

    d) Se determinar la carga mxima instantnea de proyecto en kg que se

    prev detonar. Esta carga, tambin llamada carga operante, es la suma de todas las cargas de explosivos detonadas con el mismo nmero de detonador, y para secuencias entre nmeros superiores a 8 ms. Si existen varias secuencias, se considerar la que tenga mayor carga.

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    En funcin del grupo de la estructura y del tipo de macizo rocoso se corregir la carga instantnea multiplicndola por un factor Fe, que considera la estructura a preservar, y un factor Fr, que considera la frecuencia dominante que viene condicionada al tipo de macizo rocoso.

    = Los valores que toman Fe y Fr se pueden ver en las tablas siguientes:

    Tabla 5: Los valores que toman Fe y Fr, segn UNE

    22.381-93 Estructura

    Grupo Fe Macizo Rocoso Fr

    I 0.28 Duro 0.40

    II 1 Medio 1

    III 3.57 Blando 2.52

    Figura 132: Tipo de estudio requerido

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    Con el valor de Qc, o carga corregida, y la distancia considerada, se entrar en la figura 126 definiendo el to P del caso que se estudia. Si el punto P est por encima de la recta B, podra ser exigible un estudio preliminar de vibraciones. Si el punto P est entre la curva A y B, se podra requerir una medicin de control de la voladura proyectada. Si, por ltimo, el punto est por debajo de la recta A, slo ser necesaria la inclusin en el proyecto de esta justificacin con la figura 127. Para aquellos trabajos en los que la realizacin de ensayos previos suponga una alteracin importante del elemento a volar, el tipo de estudio requerido podr ser nicamente uno de los siguientes:

    Medicin de control. Proyecto tipo de vibraciones.

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    DEFINICIN DE LOS DIFERENTES TIPOS DE ESTUDIO DE VIBRACIONES

    Proyecto tipo de vibraciones Este caso se produce cuando la posicin del punto P en la figura 126 queda por debajo de la recta A, es decir, la carga instantnea de explosivo del proyecto es tan baja para esa distancia que es descartable cualquier incidencia de las vibraciones. En este caso bastar con adjuntar al proyecto de voladura una hoja con la Figura 132 en la que figure el citado punto, as como una memoria explicativa.

    Medicin de control de vibraciones Este tipo de estudio puede ser requerido cuando el punto P est situado entre las rectas A y B. El control de vibraciones implica la medicin del nivel de vibracin de una voladura de produccin en el punto definido. Los datos que debe aportar un control de vibraciones son: carga mxima instantnea, carga por cada secuencia y secuencias empleadas, distancia y velocidad de vibracin pico para cada componente junto a las frecuencias dominantes, as como la ubicacin de los puntos de disparo y registro. Tambin incluir una breve descripcin del terreno. Si el nivel de vibracin resultante del control fuera menor que el nivel fijado por el criterio de prevencin de daos, podr incrementarse progresivamente la carga en controles posteriores, manteniendo igual el resto de los parmetros, hasta que los niveles resultantes sean iguales o inferiores al valor de vibracin admisible. Si el nivel de vibracin resultante del control superase el nivel fijado por el criterio de prevencin de daos, sera necesario un estudio preliminar de vibraciones para voladuras posteriores.

    Estudio preliminar de vibraciones Este tipo de estudio podra ser requerido cuando el punto P est situado por encima de la recta B. Este tipo de estudio es necesario en circunstancias de trabajo tales que se desee conocer el comportamiento ssmico del terreno, es decir, la relacin

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    existente entre la carga detonada, la vibracin generada y la distancia. Para ello, ser necesaria la realizacin de ensayos previos. Las pruebas pasarn por las siguientes fases:

    Determinacin de la componente principal con un registro de las tres componentes.

    Medicin de la componente principal en posiciones distantes entre s de manera que cubran el rea de inters.

    Medicin con diferentes cargas instantneas en orden creciente hasta llegar, si es posible, a cargas del mismo orden de las que se prevn utilizar controlando los niveles obtenidos in situ.

    Ajuste de los datos a una ley de amortiguacin. Determinacin de la frecuencia dominante en el rango de

    distancias estudiado. Determinacin del nivel mximo de vibracin obtenido del criterio

    de prevencin de daos en funcin del tipo de estructura y de la frecuencia dominante.

    15.2.6. FACTORES QUE AFECTAN A LAS VIBRACIONES Los parmetros que afectan a la generacin de vibraciones generadas por voladura se pueden enumerar a continuacin

    Cantidad de explosivo que detona simultneamente El factor ms intuitivo que influir en la generacin de vibraciones producidas por voladuras es la cantidad de explosivo detonado en la voladura a la vez. En cambio, este valor no coincide con la carga total de la voladura, puesto que debido a la secuencia de detonacin diseada, no detonan todos los barrenos a la vez. Est demostrado que la vibracin generada por dos barrenos detonados con un retardo de 8 ms entre s, no supone una mayor vibracin en el terreno, puesto que las ondas no se solapan y se pueden considerar disparos independientes. As, aquellos barrenos que detonan con un retardo de 8 ms o menos, implica un solape de las ondas de vibracin, y, por tanto, un mayor valor en la vibracin generada. As, se denomina carga operante a la suma de todos los barrenos que detonan en una ventana de 8 ms, suponiendo, en este caso que el efecto sera el equivalente a la vibracin generada por la suma de dichos barrenos.

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    Grado de confinamiento

    El grado de confinamiento influye en la generacin de vibraciones puesto que un mayor grado de confinamiento implica una mayor dificultad en fragmentar y mover la roca, por lo que la energa generada por la detonacin se transformar en energa ssmica que se transmitir por el terreno. Visto desde el lado opuesto, un menor grado de confinamiento, implicar que la energa de la detonacin se transformar con mayor facilidad en energa de fragmentacin as como en energa mecnica empleada en desplazar la roca volada.

    Caractersticas de la roca Otro factor que tiene gran influencia en la generacin de vibraciones es el comportamiento de la roca en la cual se ha producido la alteracin ssmica. Esto es debido a que cada tipo de roca transmite de manera diferente las vibraciones, debido principalmente a su composicin y a su densidad. La densidad de la roca hace que cuanto mayor sea la densidad del medio, mayor capacidad de transmitir las ondas de vibracin. En relacin a la capacidad de transmitir las ondas de vibracin, existe un parmetro que puede determinarse en campo para cada tipo de roca que es la velocidad ssmica del macizo rocoso. Este parmetro se obtiene mediante la generacin de un impulso en el macizo rocoso y midiendo la respuesta a una distancia conocida. Midiendo el tiempo que tarda en recorrer dicha distancia se obtiene la velocidad de transmisin de las ondas.

    Distancia al lugar de la detonacin Resulta evidente que un factor fundamental en la determinacin de las vibraciones producidas es la distancia al lugar de la detonacin. As, es clave escoger los puntos de vibracin sobre todo cuando estos puntos son puntos especialmente sensibles a ser afectados por las vibraciones en el terreno. De este modo, es un factor determinante en el diseo adecuado de la voladura cuando el lugar de disparo se encuentra cerca de ncleos habitados o instalaciones industriales especialmente sensibles. En el otro extremo se situara el caso en el que la voladura se encuentra en lugares aislados o remotos, donde una mayor generacin de vibraciones no influye de manera notable en el entorno

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    Geologa del terreno La generacin de vibraciones por voladura tambin se ve afectada por la estructura geolgica del macizo rocoso, puesto que una gran fracturacin o estratificacin, hace que existan multitud de planos de reflexin de las ondas, actuando cada contacto entre estratos, o entre juntas, como un plano de discontinuidad del medio. Por otro lado, cada tipo de roca tiene un comportamiento diferente en funcin de las caractersticas tensionales del medio. En este aspecto existen rocas ms plsticas y otras ms elsticas, de modo que son capaces de absorber las ondas vibratorias de modo diferente, y, por tanto, de transmitirlas tambin de modo diferente.

    15.2.7. ACCIONES POSIBLES PARA REDUCIR LAS VIBRACIONES PRODUCIDAS POR VOLADURAS

    Las acciones posibles de realizar para reducir las vibraciones generadas por la voladura se enumeran a continuacin:

    Reducir la carga operante: o Aumentar el nmero de detonadores y microrretardos o Utilizar explosores secuenciales (con detonadores elctricos). o En casos especiales, usar detonadores electrnicos.

    Reducir la carga por barreno:

    o Reducir el dimetro y el nmero de barrenos por pega. o Utilizar cargas espaciadas en los barrenos. o Utilizar cargas de dimetro inferior al del barreno. o Reducir la altura de banco.

    Reducir el grado de confinamiento de las cargas: o Utilizando barrenos inclinados. o Cerrando la malla. o Adecuando la secuencia de encendido.

    Crear una discontinuidad entre la estructura a proteger y la voladura.

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    15.3. PROYECCIONES La mayora de los fragmentos producidos en una voladura no se desplazan ms all de 40 o 50 metros. Sin embargo, siempre hay algunos que, por circunstancias especiales, salen lanzados a mucha mayor distancia (100 e incluso hasta 1000 metros). Normalmente, un correcto diseo de la voladura es suficiente para acotar de forma efectiva este riesgo. A tal respecto, habr de cuidarse:

    Que la distancia al frente de los barrenos y la separacin de stos entre s estn adecuadamente dimensionadas.

    Que la secuencia de encendido sea tambin correcta. Que el explosivo se haya repartido uniformemente a lo largo del barreno

    evitando sobre todo la acumulacin del mismo en zonas prximas a la superficie.

    No obstante, en aquellos casos en que la voladura tuviera lugar en un lugar prximo a zonas de riesgo, ser necesaria la adopcin de medidas especiales como puede ser la colocacin en la zona de voladura de tela metlica, lona resistente, neumticos viejos o cualquier otro elemento que sirva de proteccin frente a las proyecciones.

    Una manera de estimar el alcance de los fragmentos de roca provenientes de una voladura puede ser de acuerdo al diagrame representado en la figura 134

    Figura 133: Casos de posible riesgo de proyecciones (Hustrulid)

    (a) Frente irregular; (b) Sobrecarga de barrenos (c) Zonas de acumulacin de explosivo; (d) Mala secuenciacin

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    15.4. ONDA AREA Una parte de la energa liberada en las voladuras, se transmite a la atmsfera dando lugar a una onda de sobrepresin que se propaga a travs del aire. Este incremento de presin se produce principalmente por los gases liberados en la detonacin, pero tambin por el movimiento de los fragmentos de roca al desplazarse y del terreno al vibrar con la voladura. Esta sobrepresin, que origina el ruido producido por la explosin, se mide en decibelios:

    = 20 0

    siendo P la sobrepresin generada y P0 una presin de referencia, que coincide con la del menor sonido que puede ser escuchado, cuyo valor es de 20x10-6 Pa. Esta onda de presin rara vez produce daos ms all de lo que pueda significar rotura de cristales o cada de objetos, pero la sensacin de inseguridad y molestia que genera en las personas es a menudo fuente de quejas por parte del vecindario.

    Figura 134: Estimacin del alcance de las proyecciones en funcin del tamao de fragmento y el

    dimetro de barreno (Hustrulid)

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    La magnitud de esta onda area sigue una ley similar a la mencionada para las vibraciones del terreno, y, al igual que se sealaba puede establecerse una relacin entre la sobrepresin o el nivel de ruido en dB y el cociente W / R1/3. Sin embargo las condiciones atmosfricas pueden influir de forma notable tanto en el nivel de ruido como en su distribucin espacial, ya que las ondas sonoras se desvan con el gradiente de temperatura siguiendo la ley de la refraccin

    =

    donde c y c son las velocidades de la onda en dos medios de diferentes caractersticas y y los ngulos que forman con la normal los rayos incidente y refractado respectivamente. De esta forma, como la velocidad del sonido en el aire vara en el mismo sentido que su temperatura, en circunstancias normales en las que la temperatura disminuye con la altitud, los rayos sonoros se desviarn hacia arriba y el ruido se disipar hacia la atmsfera. En cambio, si ocurre al contrario, fenmeno que se conoce con el nombre de inversin trmica, los rayos se desvan hacia abajo y el ruido se reflejar hacia el suelo.

    15.5. ACCIONES POSIBLES PARA REDUCIR LAS AFECCIONES PRODUCIDAS POR LA ONDA AREA

    Alguna de las medidas que pueden adoptarse para aminorar esta onda area son las siguientes:

    Evitar la detonacin de cordn detonante o cartuchos de explosivo al aire libre o sin un grado de confinamiento suficiente.

    Realizar un retacado eficaz y de suficiente longitud. Evitar las posibles fugas de gases por fracturas o grietas. Reducir al mnimo la cantidad de explosivo que detona simultneamente y

    evitar la superposicin de las ondas procedentes de los distintos barrenos utilizando tiempos de retardo entre los mismos que superen el valor 2S/c, siendo S la separacin entre barrenos y c la velocidad del sonido en el aire.

    Aplazar la voladura cuando las condiciones climticas sean adversas (cielo nuboso o con niebla, vientos fuertes o en el momento del da en que la temperatura est descendiendo).

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    15.6. INTEGRACIN DE LA OPERACIN MINERA EN LA REDUCCIN LOS EFECTOS DE LAS VOLADURAS EN EL ENTORNO

    Aunque pueda parecer que los efectos de las voladuras en el entorno son accin nica y exclusiva de las personas involucradas en el diseo y ejecucin de la misma, el proceso minero completo tiene influencia en la obtencin de unos resultados exitosos. Cabe destacar que una pequea desviacin de los resultados esperados en la voladura puede generar afecciones que hagan inviable la continuacin de los trabajos. La no prediccin de los resultados esperados o bien la falta de informacin sobre los medios con los que se est trabajando, as como la falta de rigor en alguna de las actividades de la explotacin pueden generar graves incidentes, o incluso accidentes que pueden afectar a las instalaciones, edificaciones, o incluso a las personas, involucradas o no en el proceso minero. As, algn aspecto que pase desapercibido durante la etapa de diseo y ejecucin de las voladuras pueden ocasionar graves afecciones en forma de vibraciones, onda area o proyecciones, dando lugar a graves daos materiales y personales.

    Figura 135:

    Influencia de la direccin de disparo de la voladura en la afeccin por onda area (Berta)

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    223

    Estos aspectos clave, que den lugar a situaciones indeseadas pueden tener lugar por varios motivos:

    Falta de formacin Falta de informacin Falta de rigor en los trabajos Factores externos

    La falta de formacin tanto de la gente involucrada en la ejecucin de la voladura, as como de falta de conocimiento de las tcnicas para desarrollar otras actividades, como estudios geotcnicos, interpretaciones geolgicas, etc. hacen que haya datos de partida que no se corresponden con el modelo empelado en el diseo de la voladura. La falta de informacin sobre el terreno que se est perforando, bien sea el macizo rocoso, bien sea el frente de voladura, puede generar situaciones de riesgo evitables con una simple auditora de trabajos a realizar. Del mismo modo, una falta de comunicacin entre diferentes fases de la explotacin, por ejemplo falta de informacin del desarrollo de la perforacin para los diseadores de voladura, puede hacer que no se tenga conocimientos de zonas estratificadas dbiles, fragmentacin excesiva, existencia de cavernas en macizos calizos, haciendo que el diseo de voladura no sea el ms adecuado. Una falta de rigor en los trabajos, ocasionada en ciertas ocasiones por escaso personal, o personal mal formado puede dar lugar a que haya una falta de rigor en los trabajos, con la consecuente existencia de informacin sesgada o incompleta para los equipos de diseo de voladuras. Adems de todo lo anterior, puede haber factores externos como por ejemplo factores meteorolgicos que hagan que las condiciones de trabajo no sean las ptimas. Otras veces, presiones ejercidas por una premura en la ejecucin de a voladura puede ocasionar situaciones de riesgo perfectamente evitables.

    15.6.1. GENERACIN DE RBOLES DE FALLOS Por estos motivos se han desarrollado mediante la tcnica de generacin de rboles de fallos, las condiciones para evitar, o minimizar los efectos de las voladuras en el entorno.

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    224

    As, partiendo de las situaciones que pueden darse en este aspecto, mediante puertas lgicas, se establecen las zonas de actuacin para evitar las afecciones por vibraciones, proyecciones y onda area. Se representan tres rboles de fallos para ayudar en la evaluacin de cada situacin delicada de modo que puedan evitarse, o minimizarse los efectos producidos por voladuras.

    Figura 136: Cdigo empleados en los rboles de fallos

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    15.6.2. VIBRACIONES. RBOL DE FALLOS

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    15.6.3. PROYECCIONES. RBOL DE FALLOS

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    15.6.4. ONDA AREA. RBOL DE FALLOS

  • 229

    16. NORMAS DE SEGURIDAD EN EL MANEJO DE EXPLOSIVOS

    En este captulo se pretende indicar unas recomendaciones bsicas de seguridad en la manipulacin de explosivos, de modo que sirva como referencia clara y bsica para actuar durante todas las fases de trabajo donde puede existir un riesgo para las personas. Sin pretender ser un manual exhaustivo sobre seguridad, pretenden ser unas recomendaciones prcticas y aplicadas, de modo que todo el personal involucrado en la manipulacin de explosivos. As como carga y disparo de voladuras pueda seguirlas, independientemente de su grado de involucracin en el proceso: Perforista, Artillero o Facultativo.

    16.1. ALMACENAMIENTO DE EXPLOSIVOS

    Los explosivos solo podrn almacenarse en Depsitos autorizados por la Direccin Provincial de Industria. Todo tipo de depsito deber esta convenientemente sealizado

    Debe existir un responsable de distribucin de explosivos, quien solo entregar los mismo a personal autorizado. Se llevar un libro de registro de los movimientos de entrada y salida de productos de la instalacin de almacenamiento.

    No se podr fumar ni existir llama libre en las proximidades de depsitos de explosivos.

    No se deber golpear ni tratar violentamente cajas o cualquier otro elemento que contenga explosivo.

    El explosivo se consumir segn la fecha de llegada a los depsitos, dando preferencia a los que lleven ms tiempo en el almacenamiento.

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    16.2. TRANSPORTES INTERIORES Se denominan transportes interiores a aquellos que se realizan dentro de las explotaciones de consumo: minas, obras

    El transporte de explosivos en las explotaciones debe regularse mediante las DISPOSICIONES INTERNAS DE SEGURIDAD que estarn incluidas en el proyecto de voladuras correspondiente, las cuales deben ser conocidas por todas las personas encargadas del uso y manejo de los explosivos.

    Est prohibido transportar conjuntamente explosivos y cualquier mecanismo de iniciacin de los mismos.

    El transporte de explosivos no deber coincidir con la entrada y salida de los relevos principales en labores de interior y evitar, en la medida de lo posible la coincidencia con aglomeraciones en las vas de acceso en cualquier tipo de explotacin.

    El transporte de explosivos y de los mecanismos de iniciacin, hasta los puntos de consumo (frente de arranque), solo debe realizarse en

    Figura 137: Instalacin de polvorines en obra (Ferrimax)

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    231

    embalajes autorizados, siendo preferibles los embalajes originales de los mismos.

    Durante el transporte de explosivos, no se debern utilizar equipos que funcionen con radiofrecuencias, especialmente en el transporte de detonadores elctricos.

    Una vez que el explosivo est en la zona de voladura debe prohibirse el acceso a la misma de cualquier tipo de maquinaria externa a la voladura. Adems, los explosivos y detonadores se colocarn separados entre s.

    16.3. PERFORACIN DE BARRENOS En la perforacin de barrenos, debe tenerse presente, al menos, las siguientes normas de seguridad.

    No se emboquillar nunca en fondos de barrenos No se realizar al mismo tiempo operaciones de perforacin y carga de

    barrenos. nicamente en algunos pases est regulado de manera estricta este aspecto, debiendo seguir fehacientemente la normativa local al respecto.

    Si durante la perforacin de barrenos se detecta presencia de coqueras, huecos o hundimientos, se tomar nota de esta incidencia y se comunicar al artillero.

    16.4. CARGA DE BARRENOS

    Antes de la carga de barrenos se debern limpiar los mismos, para asegurar, en la medida de lo posible, rozamientos y atranques.

    En aquellos barrenos que tengan presencia de agua, se deber emplear

    el explosivo adecuado. Es fuertemente aconsejable, disponer de medios para el desage de

    barrenos, bien por medios de soplado por aire comprimido, o mejor, disponer de equipos especficos para el desage de barrenos.

    En caso de ser necesario, por presencia de oquedades, o presencia de humedad, se proceder al enfundado del barreno para la carga de explosivo a granel.

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    En caso de realizar la carga con explosivo encartuchado, se debe asegurar la colocacin de una nica fila de cartuchos en el barreno, debiendo permanecer stos en perfecto contacto.

    Si hubiera alguna posibilidad de que existiera una discontinuidad en la carga, se deber colocar cordn detonante en toda la longitud del barreno, de gramaje suficiente, para asegurar la detonacin de toda la columna de explosivo.

    Se deber reducir al mximo el desacoplamiento entre barreno y explosivo. Es decir, reducir al mximo la diferencia de dimetros entre cartucho y barreno para que el espacio de aire existente sea el menor posible. En caso contrario, puede producirse la inensibilizacin del explosivo por efecto canal.

    Si se realizara la carga de una voladura usando cargas desacopladas, se deber siempre seguir las instrucciones operativas y de diseo marcadas por la Direccin Facultativa.

    En el caso de carga de explosivo a granel mediante unidades cargadoras, habr que asegurarse que la cantidad de explosivo por barreno es la correcta, y que los contadores equipados muestran la cantidad correcta. Para verificar este aspecto, se debe realizar la carga de una cierta cantidad de explosivo en el exterior del barreno y realizar una pesada de comprobacin para verificar la calibracin del equipo de carga.

    Siempre se deber comprobar que existe una concordancia entre el retacado diseado y el retacado real, para evitar problema de proyecciones y onda area.

    Est prohibido el cortar cartuchos de explosivo, tanto longitudinal como transversalmente, salvo que dicha operacin est regulada por las Disposiciones internas de Seguridad. Se deber asegurar en este caso que se cumplen que tanto la masa crtica, como el dimetro crtico de la carga final aseguren una correcta detonacin.

    En caso de ser necesario el corte de cartuchos, la manipulacin de stos se deber realizar sobre una mesa de madera y un elemento de corte afilado, para reducir el riesgo de detonacin.

    Para el corte de cordn detonante est terminantemente prohibido el uso de elementos tales como tijeras o tenazas, y se deber realizar con navaja y realizando el corte al aire. El uso de tijeras o tenazas implica un riesgo elevado de explosin.

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    En barrenos verticales profundos, el cartucho cebo (siendo ste el cartucho en el que est colocado el detonador) no se dejar caer violentamente.

    En todo tipo de barrenos, el explosivo no se introducir violentamente.

    Todos los utensilios a emplear en la carga de voladuras debern estar siempre homologados y/o recomendados por el fabricante.

    16.5. PREPARACIN DEL CARTUCHO CEBO Se denomina cartucho cebo al que se utilizar para alojar en su interior el detonador. La preparacin del cartucho cebo seguir al menos las siguientes normas de seguridad:

    Durante la preparacin del cartucho cebo los hilos de detonador elctrico permanecern cortocircuitados.

    Solo deber emplearse un cartucho cebo por barreno, salvo en aquellos casos en los que se empleen cargas espaciadas (donde habr un cartucho cebo por cada una de las cargas espaciadas) o en caso de emplear un segundo cartucho cebo en casos que se prevea un posible fallo de iniciacin.

    El detonador se colocar en un extremo del cartucho y paralelamente al eje longitudinal del mismo. Preferentemente, el detonador se colocar en el mismo eje del cartucho.

    El detonador se colocar inmediatamente antes de la carga en el barrenos, nunca con antelacin a la misma.

    Es aconsejable utilizar un punzn, de madera o latn, para abrir un agujero en el cartucho y posteriormente introducir el detonador. Nunca se debe forzar el detonador para introducirlo en el cartucho.

    En caso de tener que desactivar un cartucho cebo,, la operacin debe ser realizada por la misma persona que lo prepar.

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    16.6. RETACADO El retacado tiene como misin asegurar el confinamiento del explosivo. Durante la realizacin del retacado deben observarse, al menos, las siguientes normas de seguridad:

    La longitud del retacado no ser nunca inferior a la piedra de la voladura.

    Como material de retacado se empelar detritus de perforacin, arcilla, sal, etc., siempre que posea la granulometra adecuada, asegurando que no hay tamaos gruesos que acten como posibles proyecciones.

    Est demostrado que para el retacado de barrenos es ms efectivo el uso

    de gravilla de tamao granulomtrico de 6-20 mm, 12-20 mm.

    Los atacadores sern de madera o cualquier otro material antiesttico, sin aristas vivas, que pudieran daar la conexin con el detonador (cable elctrico o tubo de transmisin)

    16.7. USO Y MANEJO DE DETONADORES ELCTRICOS El uso y manejo de detonadores elctricos debe regirse, al menos, por las siguientes normas de seguridad:

    Cuando se manejen detonadores elctricos se dispondr en la zona de voladura de una pica de cobre anclada al terreno, de forma que los artilleros y cualquier otra persona en contacto con los mismos puedan tocarla para evitar la descarga de electricidad esttica sobre el detonador.

    Los cables de los detonadores permanecern cortocircuitados hasta el momento de su conexin.

    Nunca se deben mezclar detonadores elctricos de distinta sensibilidad. En caso contrario pueden existir fallos por corte de corriente porque no se inflaman las cerillas de todos los detonadores al mismo tiempo con la intensidad de corriente recomendada por el fabricante.

    Cuando se manejen detonadores elctricos se debe utilizar calzado semiconductor y ropa antiesttica, evitando materiales sintticos.

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    Los vehculos autorizados para el transporte de detonadores deben tener conexin a tierra. Cuando un operario baje del vehculo, portando detonadores elctricos en sus manos, no se tocar el vehculo bajo ningn concepto.

    Si hubiera presencia de lneas de elctricas que pudieran afectar a la voladura, se deber asegurar que no hay corrientes errticas o inducidas que puedan afectar a la voladura. Para ello, se puede realizar un estudio de corrientes errticas.

    Con independencia de este estudio, en proximidades de lneas elctricas de alta tensin, se recomienda la utilizacin de detonadores de Alta Insensibilidad.

    En las proximidades de las voladuras no se utilizarn telfonos mviles o emisoras, evitando cualquier tipo de radiofrecuencia.

    Para eliminar el riesgo de la afeccin por corrientes antiestticas de los detonadores elctricos de la voladura se recomienda evaluar el uso de detonadores no elctricos o electrnicos.

    16.8. LNEA DE TIRO Cuando se emplean detonadores elctricos para el inicio de la voladura, empleando explosores de condensador, se tendrn en cuenta las recomendaciones siguientes:

    Los extremos de la lnea de tiro permanecern cortocircuitados hasta el momento de su conexin a los detonadores de la voladura y al explosor.

    Cuando las voladuras se realicen a una distancia inferior a 200m de

    centros de produccin y transformacin de energa elctrica, o lneas de alta y baja tensin, la lnea de tiro se dispondr perpendicular a la lnea elctrica y se anclar en el suelo. Los empalmes se debern cubrir con conectadores antiestticos, sin enrollar los cables de los mismos.

    16.9. DISPARO DE LA VOLADURA Antes de proceder al disparo de la voladura, la persona responsable de la misma deber adoptar, al menos, las siguientes medidas de seguridad:

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    Deber pasar entre la carga y el disparo de la voladura el menor tiempo posible.

    Antes de conectar la lnea de tiro al explosor, se comprobar que todos

    los posibles accesos a la zona de voladura estn cortados y que se han retirado todos los equipos y materiales que pudieran ser alcanzados por las proyecciones de la misma.

    El artillero responsable del disparo ser el ltimo en abandonar la zona de voladura y tendr siempre en su poder el explosor, o bien, la llave de accionamiento del mismo.

    Instantes antes del disparo se avisar del mismo mediante seales acsticas, y, en su caso tambin pticas.

    El disparo se efectuar desde un refugio que ofrezca suficientes garantas de proteccin.

    Despus del disparo de la voladura el responsable de la misma comprobar la no existencia de barrenos fallidos. En caso de la existencia de barrenos fallidos, se actuar en consecuencia.

    El personal y los equipos mecnicos, solo podrn retornar a la zona de voladura cuando el responsable de la misma lo autorice expresamente.

    Asimismo, el corte de caminos y accesos permanecern cortados hasta que el responsable de la voladura lo autorice expresamente.

    16.10. EXPLOSORES Y OTROS INICIADORES

    En el caso de emplear explosores de condensador para la iniciacin de voladuras elctricas, ser necesario comprobar siempre que la capacidad del explosor es suficiente para la iniciacin del nmero y tipo de sensibilidad de los detonadores existentes.

    No se deber nunca accionar un explosor de condensador en vaco

    El explosor (o iniciador de pegas no elctricas) siempre debe estar homologado y haber pasado las revisiones oportunas para asegurar su correcto funcionamiento.

    Se recomienda tener en la voladura los recambios oportunos para resolver

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    problemas de funcionamiento, como pueden ser bateras adicionales en explosores elctricos (no de condensador), tener un electrodo de repuesto para los iniciadores no elctricos, as como pilas adicionales para este ltimo iniciador.

    16.11. BARRENOS FALLIDOS Se denomina barreno fallido aquel que no se ha iniciado en su debido momento de acuerdo con el plan de tiro y, por tanto conserva explosivo en su interior despus del disparo.

    Se deben sealizar los barrenos fallidos de manera adecuada y visible, prohibiendo el acceso a la voladura.

    Se debe desactivar el barreno fallido a la mayor brevedad posible, debiendo hacerlo personal especializado.

    Para la desactivacin se debe proceder a la comprobacin de las condiciones del detonador, para proceder al redisparo del mismo.

    En caso de existir restos de explosivo en el barreno, aun habiendo sido iniciado el detonador, se deber procede a la sealizacin del mismo y a informar a los equipos de carga para que acten con precaucin en caso de aparecer explosivo en la pila de material volado.

    En caso de que aparezca explosivo, se deber notificar al responsable de la voladura para que proceda a la retirada del mismo de manera adecuada.

    16.12. COMPROBACIONES

    En pegas elctricas y electrnicas, las comprobaciones que se realicen de la lnea de tiro y de los detonadores se efecturarn siempre desde el refugio de disparo.

    Cuando se tenga duda sobre el correcto funcionamiento de un detonador

    determinado, es aconsejable realizar la comprobacin del mismo, junto con otros que estn dentro del circuito de voladura.

    La lnea de tiro no debe estar en contacto directo con elementos metlicos

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    ni elctricos.

    En pegas no elctricas, siempre se proceder a una comprobacin visual de modo que se detecten posibles fallos de conexin.

    En caso de existir diferencias entre los datos comprobados y los estimados, se proceder a una revisin del circuito de voladura hasta que se detecte el posible error.

    En el caso de voladuras con detonadores electrnicos se debern realizar todas las comprobaciones establecidas en el protocolo de disparo establecido por el fabricante, y no deshabilitar ninguna de estas funciones en el lugar de disparo.

    (Fuente: Cortesa EPC-Groupe)

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    17. SEGURIDAD EN LA DESTRUCCIN DE EXPLOSIVOS

    El objeto de este captulo es orientar al personal profesional dedicado a las funciones de destruccin de explosivos y sus residuos, sobre los mtodos ms seguros para realizar esa labor, mediante la recopilacin de una serie de medidas bsicas a partir de la normativa Espaola y Europea as como de la experiencia. La informacin aqu recopilada est basada en las Recomendaciones de Seguridad para la Destruccin de Explosivos, editadas por la Direccin General de Poltica Energtica y Minas del Ministerio de Economa del Gobierno de Espaa. En ningn caso este documento pretende sustituir ni suplir a la normativa existente, que siempre debe cumplirse, sino, en su caso, complementarla. Los tipos de productos para los que aplican estas recomendaciones son los explosivos rompedores, los explosivos iniciadores y los objetos explosivos propiamente dichos (detonadores elctricos, no elctricos, electrnicos, todo tipo de mechas, cordones detonantes, etc.).

    17.1. INTRODUCCIN La destruccin de los explosivos, los accesorios explosivos y los residuos de ambos, entendindose por tal su descomposicin de forma que no pueda producirse su regeneracin, es una operacin particularmente delicada, independientemente de la cantidad de explosivo de la que se trate, que requiere un conocimiento profundo de la materia o el asesoramiento de un tcnico, especialista en explosivos, que dirija los trabajos y establezca las medidas de seguridad necesarias en cada caso. El riesgo asociado a la destruccin de los explosivos y/o de sus residuos, la problemtica implcita a la operacin y el, cada vez mayor, inters en relacin con la seguridad y el medio ambiente de las empresas y de la sociedad en general, exigen, la adopcin de una serie de medidas preventivas que garanticen el buen fin de los mismos y la falta de alteracin del entorno.

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    Es conveniente recordar siempre que:

    Los explosivos y sus accesorios estn diseados para ofrecer seguridad en su almacenamiento, transporte y uso, siempre y cuando se manejen de conformidad con el consejo experto que el fabricante y la industria de explosivos proporcionan al usuario.

    La destruccin de explosivos es una operacin poco habitual en la que deben extremarse las precauciones rutinarias aplicadas en la utilizacin normal de los explosivos.

    Exceptuando casos aislados en los que se destruyen explosivos tiles, en la mayora de los casos, las destrucciones son de explosivos o accesorios inservibles cuyas caractersticas pueden estar modificadas y, por tanto, pueden presentar riesgos mayores a los habituales.

    Una de las causas ms frecuentes de accidentes cuando se procede a la destruccin de explosivos se produce en parte por una actitud despreocupada en relacin con estas operaciones.

    Si los explosivos que se desea destruir se encuentran en condiciones defectuosas, deber acudirse al asesoramiento de un experto.

    Por todo lo anterior, es fundamental que toda persona a la que se le confe la tarea de la eliminacin de explosivos, est convenientemente cualificada y debidamente instruida sobre los mtodos de destruccin seguros, y sea conocedora de los productos que van a ser eliminados. Una prctica comn durante muchos aos para destruir explosivos, consiste en la quema de pequeas cantidades del mismo a cielo abierto. Este mtodo es seguro a condicin de que se respeten las instrucciones de seguridad y medioambientales. Con todo, en ocasiones, se plantean objeciones a esta forma de eliminacin, en cuyo caso debern buscarse mtodos de destruccin alternativos respetando siempre la necesidad primordial de que tales mtodos sean seguros. En estas ocasiones, el mtodo ms seguro de eliminacin consiste en la incorporacin de cantidades limitadas de los explosivos que se quiere destruir a una voladura en serie, aunque, nuevamente, a condicin de que se respeten estrictamente tanto la limitacin de cantidades como las medidas de seguridad. En cualquier caso hay que tener siempre en cuenta que el enterramiento de explosivos y accesorios o el vertido al mar por mucha profundidad que tenga no se debe emplear bajo ninguna circunstancia como mtodo de eliminacin.

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    17.2. MTODOS DE DESTRUCCIN DE EXPLOSIVOS En este captulo se contemplan las siguientes formas de destruccin:

    Combustin. Detonacin. Disolucin (por procedimientos qumicos)

    Para la eleccin del mtodo ms apropiado en cada caso, se deben tener en cuenta una serie de factores condicionales tales como: caractersticas topogrficas de la zona, tipo de explosivo, cantidad de explosivo, etc.

    17.2.1. COMBUSTIN Este mtodo, tambin conocido como quema o incineracin, aunque es el habitual para la destruccin de explosivos, tiene un inconveniente debido al peligro que puede suponer la transformacin involuntaria del proceso de combustin en una detonacin y de acuerdo con ello se debern tomar determinadas precauciones de seguridad, tales como:

    Limitar la cantidad de explosivos que se destruirn por combustin. Mantener las distancias adecuadas a los lugares habitados y a las vas de

    comunicacin, as como a los operarios que realizan la operacin. Iniciar la combustin con medios apropiados.

    El rea de la combustin antes de la operacin deber estar seca, fra y exenta de objetos que pudieran actuar como proyectiles. Adems, la combustin no debe comenzar con condiciones meteorolgicas adversas como viento fuerte, lluvia o excesivo calor. La combustin exige preparar una cama o lecho de material combustible (papeles, cartones, madera, etc.), para despus extender una capa del explosivo de unos 4 cm de espesor sobre dicha cama. A continuacin, colocar la mecha (que puede ser de diverso material como cotn, impregnado con gasleo, o mecha lenta), darle fuego y abandonar la zona. Una vez finalizada la quema, y transcurrido un tiempo prudencial se inspecciona el lugar de la misma y se retiran los residuos recogiendo las cenizas.

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    La combustin se puede aplicar a la destruccin de materiales explosivos y accesorios tales como:

    Plvora negra en pequeas cantidades y con una atencin especial ya que se enciende fcilmente y arde muy rpido.

    Explosivos rompedores (explosivos gelatinosos, TNT, etc.) en pequeas cantidades y a cielo abierto.

    Mecha lenta, con la precaucin de sacarla del carrete antes de quemar. Cordn detonante, con la precaucin de no quemar nunca en los carretes

    y siempre tiene que extenderse.

    17.2.2. DETONACIN En algunos casos, la detonacin o explosin puede resultar el mtodo ms aconsejable para la destruccin de explosivos y residuos de explosivos, por su rapidez y su tcnica conocida, segura y relativamente simple de aplicar. No obstante, es preciso considerar que con la utilizacin de este mtodo se pueden ocasionar problemas en el entorno que debern ser valorados antes de su ejecucin, principalmente onda area, pudiendo ser apreciable en forma de ruido y vibraciones en cristales y estructuras. Cuando se emplea la detonacin para destruir explosivos, es conveniente secuenciar el disparo lo ms posible. El campo de aplicacin de este mtodo de destruccin abarca todos los explosivos y accesorios, aunque no sea el ms idneo para todos ellos. Sin embargo, cuando los explosivos se encuentren en mal estado de conservacin, o haya sospecha de ello, especialmente si se trata de explosivos de nitroglicerina/nitroglicol, el mtodo de detonacin es siempre el ms aconsejable, pues requiere una manipulacin mnima de las sustancias explosivas, pudindose a veces proceder a la destruccin sin necesidad de abrir las cajas de explosivo. Por otro lado, algunos accesorios, como los detonadores, pueden destruirse insertndolos dentro de una carga explosiva con base de nitroglicerina, de forma que cada detonador est sumergido en el explosivo. De este modo, pueden destruirse hasta un mximo de 10 detonadores. La carga se iniciar por medio de un detonador apropiado y se cubrir con una capa de material fino con una profundidad mnima de 0,5 m. La detonacin puede aplicarse a la destruccin de materiales explosivos y accesorios tales como:

    Explosivos rompedores con nitroglicerina, hidrogeles y pulverulentos.

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    Detonadores. Cordn detonante: destruido junto con otros explosivos detonndolos,

    aunque tambin puede destruirse por combustin. Artefactos y conjuntos detonantes que deben destruirse bajo supervisin

    del fabricante.

    Detonacin a cielo abierto o al aire La detonacin de pequeas cantidades de explosivos a cielo abierto es el procedimiento ms simple. Este mtodo se realiza sobre una zona especialmente destinada para ello pudiendo emplearse siempre que el lugar est aislado y tenga las dimensiones suficientes. En este procedimiento el explosivo se manipula de la misma manera que en una voladura normal: colocacin de un cebo e iniciacin del mismo por cualquier sistema de encendido.

    Cuando los explosivos que se destruirn estn en buen estado, el cartucho cebo de la carga se puede formar con uno de los que se pretende destruir. En cambio, si el explosivo se encontrarse en mal estado, el cartucho cebo se preparar con explosivo "fresco" adosndolo a la carga, o bien se puede sustituir por un ramal de cordn detonante enrollado alrededor del explosivo que se quiere destruir con un detonador en uno de sus extremos.

    Si se pretende destruir explosivos muy insensibles, o muy descompuestos, es necesario utilizar un cebo suficientemente enrgico para asegurar su destruccin total. La iniciacin de la explosin se har preferentemente por medio de un detonador elctrico ya que adems de proporcionar una mayor seguridad al artillero, permite destruir en un mismo tiempo varias partidas de explosivos, espaciando la iniciacin mediante detonadores de tiempo. No obstante, tambin se puede utilizar un detonador de mecha lenta. Las consideraciones ms importantes que se deben tener en cuenta en la destruccin por detonacin a cielo abierto son:

    Los factores medioambientales como el ruido y la sobrepresin. El responsable deber evaluar el riesgo y las consecuencias teniendo en consideracin las condiciones locales.

    El peso de explosivo fresco de la carga iniciadora deber ser al menos de un 20% de la cantidad de explosivo que se quiere destruir; el cual se situar en el centro de la carga.

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    La carga total deber cubrirse (coronarse) con una capa

    apropiada de un material fino (tal que arena), que sea suficiente para confinar la carga y que en ningn caso deber tener un grosor inferior a 0,5 m.

    Las piedras u otros materiales que pudieran originar un efecto

    misil debern vigilarse especialmente para su desaparicin.

    Detonacin en un barreno La incorporacin de cantidades limitadas de los explosivos que se quiere eliminar a un barreno en una voladura en serie es un mtodo seguro de destruccin, siempre que se respeten estrictamente, tanto la limitacin de cantidades, como las medidas de seguridad. Para ello, los explosivos se cargarn en la parte superior de la carga estndar del barreno y se volarn con el resto de la serie. La cantidad en cada barreno deber limitarse al 5% de la carga proyectada por barreno, pues de lo contrario podra interferir con el resultado de la voladura. Adems, es preciso asegurar que la detonacin se transmita a todo lo largo de la carga, para lo que se emplear por ejemplo un cebo mltiple o una mecha detonante a lo largo del barreno. La carga de las materias explosivas en los barrenos slo deber llevarse a cabo con la supervisin de un Artillero cualificado y con la aprobacin de la persona responsable. Los explosivos pulverulentos pueden destruirse como parte de una carga explosiva del barreno.

    17.2.3. DISOLUCIN (PROCEDIMIENTO QUMICO) Se entiende por procedimiento qumico aquel que consigue, mediante una reaccin qumica controlada, unos compuestos resultantes finales que no sean explosivos. La destruccin por este mtodo, exclusivamente debe hacerse con un gran conocimiento de los productos implicados y en cantidades limitadas, siendo realizado por los fabricantes de los productos que son los que mejor conocen las ventajas e inconvenientes en cada caso. La destruccin con procedimientos qumicos se ha utilizado para explosivos iniciadores, tipo fulminato de mercurio, nitruro de plomo, etc., pero realizada por los

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    propios fabricantes que son los expertos conocedores de los mismos. Los productos resultantes de este mtodo de destruccin, tambin deben ser considerados como residuos, tendrn que ser caracterizados y tratados en consecuencia de acuerdo a lo establecido en la legislacin medioambiental. En este mtodo se podra incluir la inmersin en agua (disolucin) u otro tipo de lquido, siempre que el resultado final sea la obtencin de compuestos no explosivos recibiendo un tratamiento medioambiental correcto. No obstante, la disolucin o dilucin no se considera un procedimiento qumico ya que no hay una reaccin qumica propiamente dicha. La disolucin se puede usar en explosivos como anfos y polvora negra aunque siempre con las limitaciones y condicionantes medioambientales. Cabe destacar que el Anfo, se disuelve muy fcilmente en agua, en la que sobrenada el aceite combustible que contiene. Si no se dispone en las proximidades de una cantidad de agua corriente adecuada, regndolo abundantemente con una manguera puede resolverse fcilmente el problema. Siempre que se utilice este mtodo de destruccin, debe garantizarse la no-contaminacin del entorno. Por todo lo expuesto anteriormente, este mtodo resulta en la prctica muy poco utilizado.

    17.3. VOLUMEN DE PRODUCTOS El volumen del material que se puede destruir de una vez est condicionado por varios factores que debern analizarse en cada caso y entre los que se encuentran los siguientes:

    Tipo de explosivo. Distancias entre lechos. Orografa del terreno. Distancias a viviendas, carreteras, etc. Distancia a la defensa para el personal.

    No obstante, el mtodo de destruccin condiciona el volumen o cantidad de producto que se puede destruir de una vez como se indica en se especifica en los siguientes apartados.

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    17.3.1. COMBUSTIN Con este mtodo se destruirn como mximo 2,5 kg netos de explosivo en cada pila, estando stos separados un mnimo de 6 metros. Si las cantidades son distintas, la distancia entre pilas ser calculada segn la frmula siguiente:

    = 4,43 Donde

    d: distancia de separacin en metros Q: cantidad de explosivo expresado en kilogramos

    La tabla siguiente muestra algunas cantidades y distancias entre pilas.

    Tabla 6:

    Cantidades de producto y distancias entre pilas para destruccin de explosivos por combustin.

    Cantidad por apilamiento (kg)

    Distancia entre apilamientos (m)

    0.10 2.00 0.25 2.70 0.50 3.50

    De 0.50 a 2.00 5.50 2.50 6.00

    17.3.2. DETONACIN La cantidad de este explosivo que se desea destruir por este mtodo condiciona las distancias de seguridad recomendables aunque dichas cantidades podrn ser mayores bajo condiciones particulares que amortigen la onda, etc.

    17.3.3. POR PROCEDIMIENTOS QUMICOS Las cantidades que se destruirn por este mtodo requieren el pertinente estudio previo.

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    17.4. MTODOS DE TRABAJO La totalidad de las operaciones de destruccin debern atenerse a los mismos cuidadosos procedimientos de contabilidad y de registro que se siguen para el almacenaje y para la entrega de los explosivos de uso normal. Las cantidades y los tipos de material que se destruyen debern estar debidamente registrados. Por tanto, el equipo de destruccin llevar un control del material destruido haciendo constar el tipo de explosivo y la cantidad. Cualquier duda que exista sobre el mtodo correcto de destruccin deber comunicarse sin demora al fabricante, para recibir su ayuda y asesoramiento. En la tabla siguiente de procedimientos o mtodos recomendables de destruccin se muestran los procedimientos o mtodos recomendables de destruccin en funcin de los tipos de productos que se desean eliminar. Los principales mtodos de trabajo para la destruccin de explosivos deben cumplir una serie de recomendaciones generales de seguridad como son las siguientes:

    El personal encargado de la destruccin no puede fumar. La destruccin slo debe ser llevada a cabo por personal preparado para

    ello. La destruccin requiere la presencia de al menos dos personas para que

    en caso de problemas se puedan socorrer mutuamente. La manipulacin de los productos requiere identificar el explosivo, su

    estado de conservacin y debe evitar golpes, roces, fricciones o cadas, etc.

    Al elegir el lugar donde se realizar la destruccin al aire, hay que tener en cuenta que se deben guardar unas distancias mnimas de seguridad a los lugares habitados y a las vas de comunicacin con trnsito, en funcin de la cantidad de explosivo que se quiere destruir. A modo de recomendacin, las tablas 3 y 4 incluyen las distancias mnimas de seguridad recomendables.

    La zona de destruccin debe estar vigilada, cerrada o sealizada, para evitar la entrada de personal no autorizado.

    Los elementos de lucha contra el fuego, deben estar prximos y accesibles.

    La zona donde se realice la destruccin deber ser inspeccionada despus de terminar cada operacin para asegurarse de que no queden restos explosivos.

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    Adems cada mtodo de destruccin tiene una serie de consideraciones de seguridad particulares que se analizan para cada uno de ellos.

    17.4.1. POR COMBUSTIN Los mtodos de trabajo para una operacin segura de destruccin por combustin recogen las siguientes recomendaciones:

    La combustin slo deber ser llevada a cabo por personal entrenado y experimentado.

    La zona de combustin deber estar localizada de forma que una posible detonacin no cause problemas. Podr estar rodeada de defensas naturales o artificiales, si el caso lo requiere y las distancias de seguridad lo aconsejan. No deber haber piedras sueltas, objetos metlicos (que no pertenezcan a las instalaciones del quemadero) o hierba alta.

    A la zona de combustin deber realizrsele una limpieza de una forma regular.

    Las herramientas utilizadas no deben ser de material frrico. Deben de evitarse los rozamientos y fricciones en los suelos refractarios.

    En un mismo fuego no deben ser quemados distintos grupos de explosivos. (Esto no es aplicable a quemaderos en rampa).

    Los explosivos rompedores e iniciadores no se pueden destruir conjuntamente. Se tendr un especial cuidado en que no haya ningn detonador, pistones y restos de explosivos iniciadores presentes con o dentro del explosivo que se destruir, cuando ste sea distinto a los citados.

    Las quemas deben efectuarse en una cama o cuna de elementos combustibles tales como papel, cartn, etc.

    La capa de explosivo debe tener un espesor menor de 4 cm. Los lotes de material que se quiere destruir debern ser iniciados por

    material combustible. Para asegurar la combustin, en cubculo o sobre el suelo, es conveniente

    rociar el explosivo y el material con gasleo antes de la ignicin. (No deber utilizarse petrleo o gasolina).

    Cada lecho de material deber estar separado por la distancia indicada en la tabla 6

    La superficie donde se realiza la combustin estar libre de zonas calientes por actividades previas.

    La combustin no se debe realizar con viento o condiciones climatolgicas adversas.

    La ignicin debe efectuarse despus de que todo el personal se haya retirado de la zona de combustin.

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    El encendido debe efectuarse en contra del viento para evitar que las chispas, provocadas por el mismo causen una ignicin prematura.

    La destruccin de explosivos que contengan metales pesados requerir un estudio previo para tratar las soluciones apropiadas de los residuos.

    17.4.2. POR DETONACIN Las recomendaciones de seguridad para este mtodo de destruccin de explosivos incluyen lo siguiente:

    Antes de la detonacin se deber tener en cuenta las posibles proyecciones de los fragmentos de las partes met licas del detonador.

    El terreno donde se efecte la destruccin por detonacin deber estar lo ms limpio posible (exento de piedras, maleza, etc.) de modo que se eviten los posibles peligros de proyecciones peligrosas e incendios.

    En el caso de que este tipo de destruccin se utilice habitualmente, ser preciso un estudio detallado del entorno y de la repercusin sobre el mismo de las detonaciones.

    17.5. DISTANCIAS DE SEGURIDAD Con independencia del sistema de destruccin que se adopte, por detonacin o por combustin, deben considerarse unas distancias de seguridad tanto respecto a zonas habitadas y vas de comunicacin como en lo relativo al lugar de refugio del personal que realiza la destruccin. En la tabla siguiente se indican las distancias mnimas que deben existir entre el lugar de destruccin y las casas o lugares habitados y vas de comunicacin (salvo que se haya impedido el acceso a ellas) ms prximas.

    Tabla 13: Distancias mnimas recomendables a viviendas aisladas

    Cantidad de material (kg)

    Distancia mnima recomendable (m)

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    La tabla siguiente (Tabla 14) indica las distancias mnimas que deben guardarse entre el lugar donde se deposite el explosivo para su destruccin y el escogido para el refugio del personal encargado de la operacin. El lugar de refugio deber elegirse de modo que presente una adecuada proteccin contra eventuales proyecciones.

    Tabla 7:

    Distancias mnimas de proteccin del personal encargado de la destruccin

    Cantidad de material (kg) Distancia mnima recomendable (m)

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    17.6.1. ALMACENAMIENTO Antes de la destruccin de los productos explosivos, stos deben estar guardados en una zona reguladora debidamente autorizada. La ubicacin y capacidad de esta zona guardar las normas sobre distancias de seguridad y adems respetar las incompatibilidades de almacenamiento entre explosivos iniciadores y rompedores.

    17.6.2. EQUIPOS DE PROTECCIN PERSONAL Los operarios estarn equipados con las prendas de proteccin siguientes:

    Ropa ignfuga. Calzado de seguridad antiesttico (botas en caso de lluvia) con suela

    protegida contra perforaciones. Gafas de seguridad. Ropa de abrigo o impermeable (segn condiciones climticas). Guantes de cuero.

    En ocasiones tambin puede ser recomendable utilizar:

    Cinturn antilumbalgia. Pantalla de proteccin para proyecciones. Protector auditivo.

    17.7. FORMACIN Los operarios que realicen tareas de destruccin de explosivos estarn debidamente instruidos e informados sobre los productos que se eliminarn y cuando sea pertinente, con la cualificacin exigible sobre los mtodos de destruccin. De este modo podrn llevar a cabo sus tareas de forma segura y estarn preparados en caso que se presenten circunstancias extraordinarias. Como mnimo la formacin deber incluir:

    Las directrices generales en cuanto a prevencin de riesgos de los

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    trabajadores que trabajan con explosivos y sus accesorios. Los procedimientos especficos relacionados con la eliminacin de

    explosivos. Esta parte debe incluir formacin in situ para garantizar que los operadores estn plenamente familiarizados con todas las disposiciones y equipos de seguridad, procedimientos de emergencia y su efecto en el entorno.

    Los programas de formacin deben estar estructurados formalmente y se debe guardar registros individualizados de los mismos ya que los cursos deben ser auditados. Adems, con cierta regularidad se debern realizar programas de reciclaje, especialmente si se ha producido un cese temporal del trabajo. La destruccin por detonacin ser efectuada siempre por personal en posesin de la cartilla de artillero. En aquellos casos que se realicen traslados de materiales para su destruccin la formacin requerida deber incluir a los conductores de los vehculos segn la legislacin de transporte vigente.

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    18. REFERENCIAS

    Bernaola J., Sistemas de Perforacin. Fundamentos y campo de aplicacin. Ctedra de Laboreo. Escuela Tcnica Superior de Ingenieros de Minas, Universidad Politcnica de Madrid. 2004

    Bernaola J., Fundamentos de diseo de voladuras. Ctedra de Laboreo. Escuela Tcnica Superior de Ingenieros de Minas, Universidad Politcnica de Madrid. 2004

    Berta G., Explosives, an Engineering Tool. Italesplosivi, Milano, 1990

    Castilla Gomez J. y Herrera Herbert J., "Environmental risk assessment in open pit blasting operations: Compliance with ISO 31010", 22nd World Mining Congress & Expo, Istanbul, Turkey, 2011.

    ENAEX, Manual de Tronadura.

    EXSA. Manual prctico de voladura, 3 edicin, Lima, 2000.

    Gustafsson R., Tcnica Sueca de Voladuras, Suecia, 1977

    Hartman H., Introductory. Mining Engineering. J.Wiley & Sons. 1987

    Hustrulid, W. Blasting Principles for Open Pit Mining. Balkema Publishers. ISBN 978-9054104582. 1999

    ISEE - International Society of Explosives Engineers, Blasters Handbook, 18th Edition, 2010.

    Langefors & Kilstrm, Tcnica Moderna de Voladura de Rocas, Suecia, 1987

    Marjoribanks R.,Geological Methods in Mineral Exploration and Mining. ISBN 9783540743705, Springer, 2010

    The Australian Drilling Industry. Drilling: The Manual of Methods, Applications, and Management. Training Committee Limited. CRC Press. ISBN 978-1566702423. 1997

    Unin Espaola de Explosivos, Manual de Empleo de Explosivos, Madrid. 2002

    AENOR. Asociacin Espaola de Normalizacin.

    Recomendaciones de Seguridad para la Destruccin de Explosivos, Direccin General de Poltica Energtica y Minas, Ministerio de Economa del Gobierno de Espaa

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    Recursos web

    www.atlascopco.com (Maquinaria) www.miningandconstruction.sandvik.com (Maquinaria) www.oricaminingservices.com (Explosivos) www.epc-groupe.com (Explosivos) www.austinpowder.com (Explosivos) www.dynonobel.com (Explosivos) www.daveybickford.com (Sistemas de iniciacin) www.maxam.net (Explosivos) www.exsa.net (Explosivos) www.enaex.cl (Explosivos) www.explocen.com.ec (Explosivos) www.idealblasting.com (Accesorios de voladura) www.instantel.com (Accesorios de Voladura. Sismgrafos)

  • UNIVERSIDAD POLITCNICA DE MADRID E.T.S. DE INGENIEROS DE MINAS

    DEPARTAMENTO DE EXPLOTACIN DE RECURSOS MINERALES Y OBRAS SUBTERRNEAS

    PERFORACIN Y VOLADURA DE ROCAS EN MINERAINDICE1. INTRODUCCIN2. SISTEMAS DE PERFORACIN A PERCUSIN2.1. POTENCIA DE PERCUSIN2.2. PERFORACIN NEUMTICA2.2.1. PERFORADORAS CON MARTILLO EN CABEZA2.2.2. PERFORADORAS CON MARTILLO EN FONDO2.2.3. PERFORACIN DE RECUBRIMIENTOS. SISTEMA ODEX2.2.4. COMPRESORES

    2.3. PERFORACIN HIDRULICA

    3. SISTEMAS DE PERFORACION A ROTACION3.1. PERFORACIN POR CORTE3.2. PERFORACIN ROTATIVA CON TRICONO3.2.1. TRICONOS3.2.2. PARMETROS DE PERFORACIN

    3.3. PERFORACIN CON CORONA DE DIAMANTE3.3.1. CORONAS3.3.2. PARMETROS DE PERFORACIN

    4. CAMPO DE APLICACION DE LOS DISTINTOS SISTEMAS DE PERFORACION4.1. ROTACIN POR CORTE CON TRICONO4.2. ROTACIN CON CORONA PARA EXTRACCIN DE TESTIGO4.3. PERCUSIN4.4. CONSIDERACIONES FINALES

    5. TECNICAS DE EVACUACION DEL DETRITUS6. TECNICAS DE TESTIFICACION6.1. TESTIFICACIN CONTINUA6.2. NORMALIZACIN6.2.1. NORMA EUROPEA (MTRICA)6.2.2. NORMA AMERICANA

    6.3. TESTIFICACIN POR CAPTACIN DEL DETRITUS

    7. SELECCION DEL EQUIPO DE PERFORACION8. FUNDAMENTOS SOBRE EXPLOSIVOS Y LA TEORA DE LA DETONACIN8.1. GENERALIDADES8.2. TIPOS DE REACCIN EN FUNCIN DE LA CINTICA QUMICA8.2.1. COMBUSTIN8.2.2. DEFLAGRACIN8.2.3. DETONACIN

    8.3. MECANISMO DE LA DETONACIN

    9. PROPIEDADES Y CARACTERSTICAS DE LOS EXPLOSIVOS9.1. POTENCIA EXPLOSIVA9.2. PODER ROMPEDOR9.3. VELOCIDAD DE DETONACIN9.3.1. ENSAYOS DE LABORATORIO9.3.2. ENSAYOS DE CAMPO

    9.4. DENSIDAD9.5. DIMETRO CRTICO9.6. MASA CRTICA9.7. RESISTENCIA AL AGUA9.8. CALIDAD DE LOS HUMOS9.9. TOXICIDAD9.10. SENSIBILIDAD9.10.1. SENSIBILIDAD AL DETONADOR9.10.2. SENSIBILIDAD A LA ONDA EXPLOSIVA9.10.3. SENSIBILIDAD AL CHOQUE Y AL ROZAMIENTO

    9.11. ESTABILIDAD QUMICA9.12. CALOR DE EXPLOSIN9.13. BALANCE DE OXGENO9.14. ENSAYOS ESPECFICOS DE LOS EXPLOSIVOS DE SEGURIDAD9.14.1. MORTERO LARGO9.14.2. MORTERO CORTO CON O SIN PLACA9.14.3. CARGAS SUSPENDIDAS9.14.4. MORTERO DE ESQUINA9.14.5. CLASIFICACIN DE LOS EXPLOSIVOS DE SEGURIDAD

    10. SUSTANCIAS EXPLOSIVAS10.1. SUSTANCIAS EXPLOSIVAS10.2. SUSTANCIAS EXPLOSIVAS UTILIZADAS COMO INICIADORES10.3. SUSTANCIAS EXPLOSIVAS SECUNDARIAS10.4. SUSTANCIAS NO EXPLOSIVAS SUSCEPTIBLES DE DETONAR

    11. EXPLOSIVOS INDUSTRIALES11.1. DINAMITA11.1.1. DINAMITA PULVERULENTA11.1.2. DINAMITA GELATINOSA

    11.2. ANFO11.3. HIDROGELES11.4. EMULSIONES11.5. EXPLOSIVOS PARA LA MINERA DE CARBN. EXPLOSIVOS DE SEGURIDAD11.6. PLVORA NEGRA

    12. ACCESORIOS DE VOLADURA12.1. SISTEMAS DE INICIACIN12.1.1. DETONADORES ORDINARIOS12.1.2. DETONADORES ELCTRICOS12.1.3. DETONADORES NO ELCTRICOS12.1.4. DETONADORES ELECTRNICOS

    12.2. CORDN DETONANTE12.3. REL DE MICRORRETARDO12.4. MULTIPLICADORES12.5. MECHA LENTA12.6. OTROS ACCESORIOS NO EXPLOSIVOS12.6.1. EXPLOSORES ELCTRICOS12.6.2. OHMETROS12.6.3. SISTEMAS DE INICIACIN NO ELCTRICA

    13. EL MECANISMO DE FRAGMENTACIN DE LA ROCA13.1. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL MECANISMO DE ROTURA DE LA ROCA13.2. INFLUENCIA DE LAS CARACTERSTICAS DE LA ROCA13.3. INFLUENCIA DE LAS CARACTERSTICAS DE LOS EXPLOSIVOS

    14. CONCEPTOS BSICOS EN EL DISEO DE VOLADURAS14.1. INTRODUCCIN14.2. PARMETROS DE LAS VOLADURAS EN BANCO14.3. FACTORES QUE AFECTAN AL DISEO DE VOLADURAS14.3.1. FACTORES QUE AFECTAN AL RENDIMIENTO DE LA VOLADURA14.3.2. FACTORES GEOMTRICOS14.3.3. FACTORES INHERENTES A LA ROCA14.3.4. FACTORES INHERENTES AL EXPLOSIVO

    14.4. VOLADURAS EN BANCO14.4.1. INFLUENCIA DEL NGULO DE PERFORACIN EN LA VOLADURA14.4.2. FRMULAS DE CLCULO DE ESQUEMAS DE VOLADURA EN BANCO14.4.3. CLCULO DE LA CARGA DE EXPLOSIVO POR BARRENO14.4.4. SECUENCIA DE ENCENDIDO14.4.5. TIEMPO DE RETARDO ENTRE BARRENOS DE LA MISMA FILA14.4.6. TIEMPO DE RETARDO ENTRE FILAS

    14.5. VOLADURAS DE CONTORNO14.6. APLICACIN DE LAS VOLADURAS DE CONTORNO14.7. VOLADURAS EN ZANJA14.8. VOLADURAS EN CRTER14.9. VOLADURAS DE INTERIOR14.9.1. ESQUEMA DE TIRO CON CUELE DE BARRENOS INCLINADOS14.9.2. ESQUEMA DE TIRO CON CUELE DE BARRENOS PARALELOS14.9.3. SECUENCIA DE ENCENDIDO14.9.4. GRFICOS DE CLCULO14.9.5. SISTEMAS DE CARGA DE EXPLOSIVOS ENCARTUCHADOS EN VOLADURAS DE INTERIOR14.9.6. SISTEMAS DE CARA DE EXPLOSIVOS A GRANEL EN VOLADURAS DE INTERIOR14.9.7. SISTEMAS DE CARGA DE ANFO14.9.8. SISTEMAS DE CARGA DE EXPLOSIVO BOMBEABLE14.9.9. VENTAJAS DE LA CARGA DE EXPLOSIVO A GRANEL

    14.10. METODOLOGA Y HERRAMIENTAS PARA LA OPTIMIZACIN DE VOLADURAS A CIELO ABIERTO14.10.1. HERRAMIENTAS A EMPLEAR PREVIAS A LA VOLADURA14.10.2. HERRAMIENTAS A EMPLEAR DURANTE LA VOLADURA14.10.3. HERRAMIENTAS A EMPLEAR DESPUS DE LA VOLADURA.

    15. EFECTOS DE LAS VOLADURAS EN EL ENTORNO15.1. INTRODUCCIN15.1.1. MODIFICACIONES PERMANENTES15.1.2. MODIFICACIONES TRANSITORIAS

    15.2. VIBRACIONES15.2.1. ONDAS SSMICAS15.2.2. MEDIDAS DE VIBRACIONES PRODUCIDAS POR VOLADURAS15.2.3. EQUIPOS DE MEDIDA DE LAS VIBRACIONES GENERADAS POR VOLADURA15.2.4. LEY DE TRASMISIVIDAD15.2.5. CONTROL DE VIBRACIONES PRODUCIDAS POR VOLADURASTIPO DE ESTUDIO REQUERIDODEFINICIN DE LOS DIFERENTES TIPOS DE ESTUDIO DE VIBRACIONES

    15.2.6. FACTORES QUE AFECTAN A LAS VIBRACIONES15.2.7. ACCIONES POSIBLES PARA REDUCIR LAS VIBRACIONES PRODUCIDAS POR VOLADURAS

    15.3. PROYECCIONES15.4. ONDA AREA15.5. ACCIONES POSIBLES PARA REDUCIR LAS AFECCIONES PRODUCIDAS POR LA ONDA AREA15.6. INTEGRACIN DE LA OPERACIN MINERA EN LA REDUCCIN LOS EFECTOS DE LAS VOLADURAS EN EL ENTORNO15.6.1. GENERACIN DE RBOLES DE FALLOS15.6.2. VIBRACIONES. RBOL DE FALLOS15.6.3. PROYECCIONES. RBOL DE FALLOS15.6.4. ONDA AREA. RBOL DE FALLOS

    16. NORMAS DE SEGURIDAD EN EL MANEJO DE EXPLOSIVOS16.1. ALMACENAMIENTO DE EXPLOSIVOS16.2. TRANSPORTES INTERIORES16.3. PERFORACIN DE BARRENOS16.4. CARGA DE BARRENOS16.5. PREPARACIN DEL CARTUCHO CEBO16.6. RETACADO16.7. USO Y MANEJO DE DETONADORES ELCTRICOS16.8. LNEA DE TIRO16.9. DISPARO DE LA VOLADURA16.10. EXPLOSORES Y OTROS INICIADORES16.11. BARRENOS FALLIDOS16.12. COMPROBACIONES

    17. SEGURIDAD EN LA DESTRUCCIN DE EXPLOSIVOS17.1. INTRODUCCIN17.2. MTODOS DE DESTRUCCIN DE EXPLOSIVOS17.2.1. COMBUSTIN17.2.2. DETONACIN17.2.3. DISOLUCIN (PROCEDIMIENTO QUMICO)

    17.3. VOLUMEN DE PRODUCTOS17.3.1. COMBUSTIN17.3.2. DETONACIN17.3.3. POR PROCEDIMIENTOS QUMICOS

    17.4. MTODOS DE TRABAJO17.4.1. POR COMBUSTIN17.4.2. POR DETONACIN

    17.5. DISTANCIAS DE SEGURIDAD17.6. MEDIDAS PREVENTIVAS17.6.1. ALMACENAMIENTO17.6.2. EQUIPOS DE PROTECCIN PERSONAL

    17.7. FORMACIN

    18. REFERENCIAS