08 voladura de rocas
TRANSCRIPT
Planeamiento del movimiento de tierras
Se denomina voladura a la acción de fracturar la ROCA mediante el empleo
de explosivos, sin embargo, también se emplea ese término como sinónimo
en las demoliciones con explosivos y en general, a todas aquellas acciones
en las que intervenga explosivo.
Inicialmente, se empleó la polvora negra como material explosivo para
voladuras, posteriormente, a medida que se desarrollaba la industria química
se empleó la nitroglicerina y el TNT (Trinitrotolueno), actualmente se
emplean como explosivos comerciales los hidrogeles, gomas, anfo, etc.
Para la realización de la voladura de roca en cantera o la voladura de banco,
se realiza un taladro denominado barreno en el que se introduce un
iniciador, que puede ser un detonador, mecha o cordón detonante, el
explosivo, todo ello se tapa mediante un tapón de arena o gravilla
denominado retacado.
Las voladuras de tuneles y galerías se realizan con la misma técnica minera,
sólo que variando la orientación y disposición de los barrenos.
Voladuras en obras Viales
En la construcción y mantenimiento de obras viales es frecuente el empleo de
explosivos, que se aplican tanto con método: “tradicionales” como con otros
denominados “típicamente viales”.
1. METODOS TRADICIONALES
BLANQUEO CONVENCIONAL; EN Canteras para proveer piedra y ripio.
APERTURA DE TUNELES.
VOLADURA CONTROLADA.
Son técnicas dirigidas especialmente al rompimiento de material
preferentemente menudo y homogéneo, procurando menor efecto en el
entorno.
1.4. TALADROS USADOS.
Se emplean taladros de mediano a gran diámetro, en las demás
voladuras se trabaja con pequeños diámetros, entre 51 y 87 mm (2” y 3
½”) normalmente taladros con perforadoras de oruga con martillo de
cabeza (trackdrills) y sólo en contas operaciones mediante martillos de
mano, de 32 a 40 mm de diámetro. Estos equipos permiten mejor
adaptabilidad a los perfiles irregulares del terreno, mejor distribución del
explosivo y menor nivel de vibración, por lo tanto menos daño a la roca
remante.
1.5. SEGÚN LA RESISTENCIA DE LA ROCA
Se aplican explosivos encartuchados de los tipos Gelatina Especial, Exagel E;
Semexsa y Exadit 65, en diámetros de 22 hasta 64 mm (7/8” a 2 ½”), a columna
completa, o los mismo como carga de fondo en columnas selectivas
completadas con Examon o Anfo, en este caso en diámetros de 65 a 125 mm (2
½” a 5”)
Materiales Explosivos
Los materiales explosivos son compuestos o mezclas de
sustancias en estado solido, liquido o gaseoso, que por
medio de reacción química de oxido reducción, son capaces
de transformarse en un tiempo muy breve , del orden de una
fracción de microsegundos, en productos gaseosos y
condensados , cuyo volumen inicial se convierte en una masa
gaseosa que llega a alcanzar muy altas temperaturas y en
consecuencia elevadas presiones.
La relación de cambio de volumen final varia entre 1,000 y
10,000 veces el volumen inicial del espacio donde se alojo el
explosivo.
Procesos de reacción
Combustión: Reacción química capaz de desprender
calor, que presenta un tiempo de reacción bastante
lento.
Deflagración: es un proceso exotérmico, sinónimo de
combustión rápida, su velocidad de propagación no
excede los 1000 m/s.
Detonación: Es un proceso físico - químico
caracterizado por su gran velocidad de reacción y por la
formación de gran cantidad de productos gaseosos a
elevada temperatura. En esta reacción se origina una
ONDA DE CHOQUE supersónica, su velocidad de
propagación esta entre los 1000 a 5000 m/s.
Descripción del proceso
Inmediatamente después de la
detonación, el efecto del impacto
de la onda de choque y de los
gases en rápida expansión sobre
la pared del taladro, se transfiere a
la roca circundante, en forma de
ondas o fuerza de compresión, al
llegar estas ondas a la cara libre
causan fuerzas de tensión en la
roca entre la cara libre y el taladro.
Si la resistencia a la tensión de la
roca es excedida esta se rompe en
el área de la línea de menos
resistencia (burden).
Explotación de canteras a cielo abierto
Voladura de superficies
La voladura de roca en
superficie comprende los
trabajos de canteras, tajos
abiertos , obras de ingeniería
vial, zanjas, cortes a media
ladera. Los parámetros
controlables mas importantes
son:
Geometría: altura, ancho y
Largo del banco, talud de cara
libre.
De perforación: Diámetro y
longitud del taladro, malla.
De carga: densidad, columna
explosiva, características
fisico-químicas del explosivo.
De tiempo: tiempos de retardo
entre taladros, secuencia de
salida de los disparos.
Dimensiones de
voladura
Comprende el área superficial
delimitada por el largo del
frente y el ancho o profundidad
de avance proyectados por la
altura del banco o de corte H.
LxAxH = Vol. total
Donde:
L : largo, en m
A : ancho, en m
H : altura, en m
Si se desea expresar en
toneladas de material in situ se
multiplica por la densidad
promedio de la roca.
Diámetro del taladro Ф
Para obtener el diámetro optimo en la
practica, se consideran tres aspectos.
La disponibilidad y aplicabilidad del
equipo de perforación en el trabajo
proyectado.
Al altura de banco proyectada y la
amplitud o envergadura de la
voladura.
La distancia limite de avance
proyectada para el banco.
En la practica se puede expresar Ф como:
Ф = H/4
Ф en pulgadas
H en metros
Profundidad de taladro (L)
Es la suma de la altura del banco mas la
sobre perforación necesaria por debajo
del nivel de la rasante del piso para
garantizar una buena rotura, para evitar
que queden lomos o resaltos, que
afecten al equipo de limpieza.
SP = 0.3 B
En la practica se puede expresar L como:
L = H + SP
Donde:
SP: sobre perforación.
H : altura del banco en m
B : burden.Tipo de roca Sobre perforación
Blanda o media De 10 11 Ф
Dura muy dura 12 Ф
Burden (B)
Es la distancia desde el pie o eje del taladro
a la cara libre perpendicular mas cercana.
También es la distancia entre filas de
taladros en una voladura.
Depende básicamente del diámetro del a
perforación, de las propiedades de la roca,
altura de banco y las especificaciones del
explosivo a emplear. En la practica se puede
expresar B como:
Con dinamita
En roca blanda B= 40 Ф/1000
En roca muy dura B= 38 Ф/1000
Con emulsión e hidrogel
En roca blanda B= 38 Ф/1000
En roca muy dura B= 30 Ф/1000
Con Anfo
En roca blanda B= 28 Ф/1000
En roca muy dura B= 21 Ф/1000
Espaciamiento (E)
Es la distancia entre taladros de una
misma fila que se disparan con el mismo
retardo o con retardos diferentes y
mayores en la misma fila.
E = (B.L)1/2
Para mallas rectangulares:
E = 1.3 a 1.5 B
Donde:
B : burden.
Distribución de la carga
explosiva
Carga de fondo (CF)Es la carga explosiva de mayor
densidad y potencia requerida al fondo
del taladro, para romper la parte mas
confinada y garantizar la rotura del
piso.
Su longitud es normalmente
equivalente a la del burden mas sobre
perforación: B + 0.3 B
CF = 1.3 B
El cebo iniciador se coloca en esta
parte de la carga, preferentemente a
nivel de piso del banco, para su mayor
efectividad.
Distribución de la carga
explosiva
Carga de columna (CC)Se ubica sobre la carga de fondo y
puede ser de menos densidad,
potencia y concentración ya que el
confinamiento de la roca en este sector
del taladro es menor, se emplea
normalmente anfo convencional.
Su altura se calcula por diferencia de la
longitud del taladro y la suma de la
carga de fondo mas el taco.
CC = L- (SF –T)
Estimación de cargas
Volumen para romper por taladro, malla por altura de taladro.
V = B.E.H = m3 por taladro
Volumen del explosivo
Diámetro de taladro por la longitud de la columna de la columna explosiva ( columna
continua) o por las sumas de las cargas segmentadas.
Ve = Ф. (CF)
Factor de carga (FC)
Es al relación entre el volumen del material explosivo y el material roto.
FC = Ve/V
Carga especifica para cada taladro
en voladura de varias hileras
Primera fila ( burden a la cara libre frontal inicial)
Ce = (H – SP) . E . (B + T/2). FC,en kg.
Para la segunda fila y consecutivas:
Ce = (H – SP) . E . B . FC,en kg.
Donde:
Ce : carga explosiva en kg.
H : profundidad del taladro.
SP : sobre perforación.
E : espaciamiento de taladros.
B : Burner.
T : Taco.
FC : factor de carga
VOLADURA DE GRAN VOLUMEN POR GRAVEDAD
Esta basado en el derrumbe de grandes volúmenes de material
mediante cargas explosivas concentradas, relativamente grandes,
aprovechando la gravedad:
Entre ellas podemos considerar:
A. Voladuras por colapso o desplome con taladros de pequeño diámetro
(collapse blasting)
B. Voladura por desplome con taladros de gran diámetro horizontales
(large diameter horizontal shots)
C. Túneles coyote, coyoteras o calambucos (coyote blasting, headings)
Método especial basado en el dispara de una o más cargas explosivas
concentradas, relativamente grandes, localizadas en la base del cuerpo de roca y
cuyo posicionamiento esta dictado por la topografía local, las mismas que se
conectan por medio de túneles de una sección transversal lo más pequeña
posible (literalmente sólo lo suficientemente amplias como para permitir el acceso
de perforista y su equipo). Estas voladuras también son aplicadas para remover
grandes volúmenes de roca, o para efectuar cortes de ladera oleoductos, etc.
Cuando no es factible el banqueo convencional sea por consideraciones técnicas
o económicas. Las voladuras coyote también producen gran cantidad de material
sobredimensionado.
Consiste en abrir pequeños túneles en la base del talud o de la colina que se
quiere colapsar, perpendiculares a la cara libre y de una sección transversal lo
más pequeña posible, los que se rellenan con explosivo al granel hasta cierta
parte de su longitud (tramo que se denomina “cámara de carga”) y que se sellan
después herméticamente para ser finalmente disparadas en forma simultánea,
por lo general con cordón detonante o con fulminantes eléctricos.
C. TUNELES COYOTE, COYOTERAS O CALAMBUCOS (COYOTE BLASTING, HEADINGS)
El diseño más simple consiste en un túnel horizontal de pequeña sección y de una
longitud de 0,60 a 0,75 veces de altura de la cara libre a volar, que en su fondo
termine en un crucero a 90° formando una “T” en cuyos brazos (cámaras) se ubica
al explosivo adecuadamente apilado, taponándose luego el túnel de acceso con
tierra para confinar a la carga la que usualmente se estima mediante la “Regla de
Hauser”.
Q = K x B3 , por cámara
Donde:
Q : Cantidad de carga explosiva, en Kg.
K : coeficiente, usualmente de 0,4 a 0,5 (para calambucos chicos).
B : burden real, en m.
Para calambucos de una sola cámara en “T” la altura de la cara de voladura no
debe pasar de 30 m; si es mayor, el túnel de acceso tendrá que ser más
profundo y requerirá de otros cruceros (cámaras) con carga explosiva, las que se
espaciarán cada 5 a 10 m según el tipo de roca predominante.
El túnel de acceso debe ser como mínimo de igual longitud que el burden real.
Para el caso de túneles profundos además de los cruceros horizontales a nivel,
se recomienda añadir un inclinado en “T” paralelo a la cara libre mayor, que
también se cargará con explosivos.
Una vez que las cargas han sido
acomodadas, los túneles deben ser
cuidadosamente sellados con
material inerte en la mayor parte de
su longitud, cuidando de proteger
muy bien los cables o el cordón
detonante que transmitirán la
iniciación a las cargas pues cualquier
corte de ellos malogrará o anulará la
voladura, siendo después muy difícil
y peligroso el tratar de reconectarla,
razón por la que usualmente se
tiende dos o más troncales paralelos
y separados. Por seguridad los
cordones o cables se introducen
dentro de tubos rígidos que se
cubren con el material de relleno.
Ejemplo de voladura coyote
1. Voladura múltiple.- Proyecto para corte por desplome de la laderade una colina de roca volcánica para una obra vial, con voladuracoyote de varias cargas.
2. Diseño.- se proyecta abrir un túnel de acceso lateral que seguiráluego una dirección paralela a la cara frontal de la colina, en el quese practicarán cuatro cruceros (estacadas) de 3 m de longitud,perpendiculares a la cara libre, que servirán de cámaras de cargaexplosiva (C1-C2-C3-C4). El cuerpo de roca tiene entre 50 y 60 mde altura. Los burdenes de las cargas a la cara libre serán de B1=10M; B2= 17 M; B3 =17,5 M Y B4 = 17 M.
Diagrama de distribución de cargas
Insertar figura pagina 279
1. Se estima estos burden en razón de que con distancias mayores a20 m se requeriría mayor cantidad de explosivos, lo que daría comoresultado muy fuerte vibración y proyección de fragmentos y por locontrario con distancias menores a 10 m, se encampana un cuerpodemasiado pequeño como para justificar el trabajo preparatorio deexcavación de túnel. La longitud de los cruceros (cámaras) seestima en 3 m y de distancia entre las mismas varía entre 10 y 15m.
2. La altura del corte, en relación con un burden máximo de 20 m seríade 1:3, obteniendo una altura de 60 m; pero se considera 50 m porseguridad.
3. Para mejor efecto de desplome se ha tenido en cuanta la presenciade diaclasas casi verticales en el cuerpo de roca.
4. Teniendo en cuenta las características de la roca (ejemplo: rocavolcánica, seca, compacta pero fisurada, sin necesidad defragmentación específica), se decidió utilizar una Gelatina especial75 (como carga cebo), y Examon-P en sacos, en una proporción de20% y 80% respectivamente.
5. La iniciación del disparo se efectúo simultáneamente sin retardospara mayor efecto de desprendimiento, utilizando cordón detonantereforzado 10P en dos trocales paralelas iniciales con fulminanteN°8.
3. Cálculo de cargas
Cada carga se puede estimar empíricamente mediante la siguiente fórmula:
Q = a x b x B3
Donde:
Q : carga expresada en kg.
B : burden expresada en m.
a : Factor dependiente del tipo de explosivo utilizado
b : Factor dependiente de la naturaleza de la roca.
a x b : equivalente en este caso al factor K señalada en la regla de Hauser.
Por lo general la información en la cual se basan los valores para a y b es escasa
y limitada. Para el ejemplo utilizaremos una tabla reparada por G. Berta, en la
que los valores de “a” se refieren a explosivos promedios
Explosivo “a”
Gelatina explosiva 0,15Gelatina Semi-gelatina 0,22Agentes granulares – Ejemplo EXAMON, ANFO 0,24Polvora negra (de cantera, poco usada) 0,55
Roca “b”Roca suave 1,2 a 2Roca medianamente dura 2,2 a 3Roca dura ,2 a 4Roca muy dura 4,0 a 4,5Roca fisurada, pero compacta 3,0 a 5
Como se va a utilizar 20% de Gelatina Especial 75 y 80% de Examon, se
considera preponderante el valor de este ultimo en la tabla, y suponiendo que
las características promedio de la roca la clasifican como suave, tendríamos que
les corresponden los siguientes valores:
a = 0,24 y b = 2.
Luego: a x b = 0,48 basándose en cálculos las cargas por cámara y el consumo
toal del explosivo.
Carga B B3 Q= a.b.b3 Q(Redondeo)
(cámara)
C1 10 m 1 000 m3 0,48 x 1 000 = 480 kg 500 kg
C2 17 m 4 913 0,48 X 4 913 = 2 358 2 350
C3 17,5 m 5 359 0,48 X 5 359 = 2 572 2 550
C4 17 m 4 913 048 X 4 913 = 2 358 2 350
Carta Total 7 750 kg
Se carga primero la cámara C4 y al final C1, sellando el acceso y cada
carga con material de relleno, usualmente tierra en sacos. Por seguridad
el tramo de ingreso a la bocamina se sella con material de relleno y
cemento de fraguado rápido (sika u otro similar).
Las cuatro cargas se empalman una a otra con dos vías independientes
de cordón detonante 10P insertado dentro de tubos rígidos para
protegerlo de cualquier daño o esfuerzo mecánico. Los dos extremos de
las troncales de cordón se unen con cinta, envolviendo a un par de
fulminantes de arranque instantáneo (eléctricos o convencionales, según
criterio). El disparador debe ubicarse en la distancia límite de seguridad,
debidamente protegido. El tiro debe ser instantáneo.
Otros criterios dicen que la carga se calcula sobre la base del tonelaje en
el “Cuadro del área del disparo”, que es el volumen del prisma de roca
limitado por planos verticales que pasan a través de los aleros
posteriores, por ambos extremos de los cruceros y por el frente, limitado
por el piso y la cresta del corte.
La cantidad de carga explosiva debe variarse de acuerdo al tipo de roca y
al trazo de la coyotera. Deberá ser mayor para trazos con la entrada larga
y aleros pequeños y menor para una entrada corta y aleros grandes, es
decir a entrada más profundo en proporción a la cara, mayor
requerimiento de carga.
4. Distribución
Para mejor resultado la carga deberá distribuirse uniformemente. Por
conveniencia éstas se colocan con una distancia entre 6,5 a 8 m entre
centros, y con una distancia no mayor a 4 m con el eje del túnel para
lograr un buen confinamiento y evitar un reventón o soplo a través de la
entrada.
5. Explosivo
Por su baja sensibilidad y excelente performance en el empuje de la roca, se
recomienda el Examon. Si se presenta agua en cantidad considerable en
las cámaras, o si la exposición del explosivo al agua va a ser prolongada,
se recomienda el empleo de emulsión como Slurrex-AP. En este caro por
su mayor potencia relativa, presión de detonación y velocidad, se cargará
en menor cantidad que con Examon.
6. Confinamiento
Para asegurar el confinamiento, la carga explosiva deberá ocupar por lo
menos las dos terceras partes de la sección del crucero o cámara, y estar
sellada en su frente libre por un grueso tabique, preferentemente de sacos
de tierra o arena.
Uso de Explosivos
Antes de realizar cualquier voladura se deberán tomar todas las
precauciones necesarias para la protección de las personas,
vehículos, la plataforma de la carretera, instalaciones y cualquier otra
estructura y edificación adyacente al sitio de las voladuras.
(1) La voladura se efectúe siempre que fuera posible a la luz del día y
fuera de las horas de trabajo o después de interrumpir éste. Si
fuera necesario efectuar voladuras en la oscuridad debe contarse
con la iluminación artificial adecuada.
(2) El personal asignado a estos trabajos esté provisto y use los
implementos de seguridad: casco, zapatos, guantes, lentes y
tapones de oídos apropiados.
Uso de Explosivos
(3) Aislar la zona en un radio mínimo de 500 metros. Para impedir el
ingreso de personas a la zona peligrosa mientras se efectúan los
trabajos de voladura tomar las siguientes medidas:
(a) Apostar vigías alrededor de la zona de operaciones
(b) Desplegar banderines de aviso.
(c) Fijar avisos visibles en diferentes lugares del perímetro de la
zona de operaciones.
(d) Cerrar el trafico de vehículos y que no se encuentren
estacionados vehículos en las inmediaciones.
(4) Cinco minutos antes de la voladura y en secuencia periódica debe
darse una señal audible e inconfundible(sirena intermitente) para
que las personas se pongan al abrigo en lugares seguros
previamente fijados.
Transporte de Explosivos
Los vehículos que se utilicen para transportar los explosivos deben
observar las siguientes medidas de seguridad a fin de evitar
consecuencias nefastas para la vida de los trabajadores y del publico:
(1) Hallarse en perfectas condiciones de funcionamiento.
(2) Tener un piso compacto de madera o de un metal que no
produzca chispas.
(3) Tener paredes bastante altas para impedir la caída de los
explosivos.
(4) En el caso de transporte por carretera estar provistos de por
lo menos dos extintores de incendios de tetracloruro de
carbono.
(5) Llevar un banderín visible, un aviso u otra indicación que
señale la índole de la carga.
Almacenamiento de Explosivos
Para el almacenamiento de material explosivo se debe de tener los
siguientes cuidados:
(1) Estar construidos sólidamente y a prueba de balas y fuego.
(2) Mantenerse limpios, secos, ventilados y frescos y protegidos
contra las heladas.
(3) Tener cerraduras seguras y permanecer cerrados con llave al
cual solo tendrán acceso el personal autorizado y capacitado.
(4) Solo utilizar material de alumbrado eléctrico de tipo
antideflagrante.
(5) Mantener alrededor del deposito un área de 8 metros de radio
de distancia como mínimo que este limpia, sin materiales de
desperdicio, hojas secas o cualquier combustible
Almacenamiento de Explosivos
En ningún caso se permitirá que los fulminantes y detonadores de
cualquier clase se almacenen, transporten o conserven en los mismos
sitios que la dinamita u otros explosivos. La localización y el diseño
de los polvorines, los métodos de transportar los explosivos y, en
general, las precauciones que se tomen para prevenir accidentes,
estarán sujetos a la aprobación del Supervisor, pero esta aprobación
no exime al Contratista de su responsabilidad por tales accidentes.
El personal que intervenga en la manipulación y empleo de
explosivos deberá ser de reconocida práctica y pericia en estos
menesteres, y reunirá condiciones adecuadas en relación con la
responsabilidad que corresponda a estas operaciones.
Se debe de suministrar y colocar las señales necesarias para advertir
al público de su trabajo con explosivos. Su ubicación y estado de
conservación garantizarán, en todo momento, su perfecta visibilidad.