1 TRONADURAENMINERASUBTERRNEA. TRONADURA EN LABORES DE DESARROLLO. Las voladuras en tneles y galeras se caracterizan por no existir, inicialmente, ninguna superficie libre de salida salvo el propio frente de ataque. Elprincipiodeejecucinsebasaencrearunhuecolibreconlosbarrenosdelarainurahaciaelcual rompen las cargas restantes de la seccin. Dicho hueco tiene, generalmente, una superficie de 1 a 2 m2, aunque con dimetros de perforacin grandes se alcanzan hasta los 4 m2. Ver Figura 0 con los diseos de las zonas y su denominacin en la frente de una galera o tnel. Losbarrenosdelazonadeauxiliares,aunqueseacomparablegeomtricamentealasvoladurasen banco,requiereconsumosespecficosdeexplosivosentre4y10vecessuperiores,puestoquehay erroresdeperforacin,menorhuecodeesponjamientoeinclinacinconrespectoalejedeavance, menorcooperacinentrecargasadyacentesyenalgunaszonasexistelaaccinnegativadela gravedad,comoocurreconlosbarrenosdelaszapateras.Encuantoalaposicindelarainura,esta influye en la proyeccin del escombro, en la fragmentacin y tambin en el nmero de barrenos. De las 3posiciones:esquinado,centradainferiorycentradasuperior,seeligenormalmentestaltima,ya que se evita la cada libre del material, el perfil del escombro es ms tendido, menos compacto y mejor fragmentado Laformacindeestacavidadcentralorainuraeslapartemsimportantedelaoperacinydeella dependelabotadaexitosadeldisparo,yaqueloshoyosrestantesdeldisparonopuedenquebraren forma efectiva a menos que la rainura se haya movido completamente fuera de la frente. Esto crea un espacio que permite la expansin y el movimiento de los tiros restantes. Por supuesto que la rainura no puede crear un espacio lo suficientemente grande como para acomodar la expansin de todo el disparo, es por esto que la mayor parte del movimiento es hacia adelante. 2 TRONADURA SUBTERRNEA.MTODODEROGER HOLMBERG.- Parasimplificarlosclculosdelacarga,sedividelafrentedeltnelen5secciones,quesalen secuenciadamente de acuerdo al siguiente orden: 1.- seccin de las rainuras que salen hacia la frente del tnel,2.- seccin de los auxiliares, que salen horizontalmente o vertical hacia abajo, hacia la cavidad dejada por la rainura, 3.- seccindelos hoyos laterales que salen horizontalmente4.- seccin de los hoyos de corona o techo que salen hacia abajo y5.- seccin de los hoyos de las zapateras que salen verticalmente hacia arriba. El tipo predominante de rainuras de tiros paralelos es el de 4 secciones, que se utilizar en el siguiente clculo: AVANCE.- Elavanceestrestringidoporeldimetrodelhoyovacoydeladesviacinenloshoyos pequeos. La economa demanda una utilizacin mxima de la profundidad total del hoyo. El laboreo se torna muy caro porque el avance es menor que el 95% de la profundidad del hoyo. La Figura 5 ilustra la profundidad requerida de hoyo en funcin del dimetro del hoyo vaco cuando un avance de 95% se desea en una rainura de 4 secciones. La ecuacin para la profundidad de hoyo (H) se puede expresar como: 24 . 39 1 . 34 15 . 0 | | + = H (m) (1)donde|es el dimetro del hoyo vaco en metros. El avance I es: I = 0.95H (m)(2) Las ecuaciones 1 y 2 son vlidas slo para una desviacin en la perforacin que no exceda de un1 %. Avecesenlarainuraseusan2hoyosvacosenvezdeuno,porejemplo,sielequipode perforacinnopuedeperforarengrandimetro.Laecuacin1esanvlidasi| secomputade acuerdo a lo siguiente: HProfundidad del hoyo6420.1 0.2 mDimetro hoyo vacoFigura 5.- Dimetro hoyo vaco v/s Profundidad del hoyo 3

0d = | 2 (m)(3) donde d0 denota los dimetros de los dos hoyos vacos. La geometra general para la rainura se indica en la figura 6. Burden del primer cuadrante.- Ladistanciaentreelhoyovacoylosperforadosenelprimercuadrantenodebesermayor que1.7veceseldimetrodelhoyovaco,siseesperaunafragmentacinydesplazamiento satisfactorios. Las condiciones de fragmentacin difieren mucho, dependiendo de la roca y la distancia deloshoyoscargadosyelhoyovaco.ComosemuestraenlaFigura7,nohayventajasenusarun burdenmayorque2| ,yaqueelngulodeaberturaesmuypequeoparalacargapesada.Elnico efectodelatronaduraseraunadeformacinplstica.Siladistanciaesanmspequeaque2| ,la concentracinmuygrandedecargacausaraunmalfuncionamientodelarainuradebidoala compactacin e incrustacin de la roca que evita el esponjamiento necesario. Si la desviacin de hoyo mxima aceptada es de 0.5 a 1%, entonces el burden prctico (V1) para los hoyos de ayuda de la rainura debe ser menor que el burden mximo (V = 1.7 | ) V1 = 1.5|(m)(4) V4V1V3V2FIGURA 6.- Rainura de cuatro secciones: V1 representael burden prctico para el cuadrante 1 4 Cuandoladesviacinexcededel1%tienequereducirseanms.Luegosedebeusarla siguiente frmula: ( ) | o | + = H V 7 . 11 (m)(5) dondeelltimotrminorepresentaladesviacinmximadeperforacin(F),esladesviacin angular(mm/m),Heslaprofundidaddelhoyo(m)y| esladesviacindelabocadelhoyoen metros. En perforacin precisa, es suficiente usar la ecuacin (4). Concentracin de carga en el primer cuadrante.- Langefors y Kihlstrom (1963) verificaron la siguiente relacin entre la concentracin de carga ( l ) y el dimetro del hoyo vaco |para un hoyo con un dimetro de 0.032 m.

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\|=25 . 15 . 1||VVl(kg/m)(6) Parautilizarelexplosivoenmejorforma,sedebeusarunburdenV1=1.5| parauna desviacin de 0.5 a 1%.Se debe recordar que la ecuacin (6) es vlida slo para un dimetro de hoyo de 32 mm. Si se usan hoyos ms grandes, se debe usar una concentracin de carga aumentada por metro de hoyo. Para mantenerlafragmentacinalmismonivelesnecesarioaumentarlaconcentracinaproximadamente enproporcinaldimetro.As,siseusaundimetrodenvezded1=32mm.laconcentracinde carga se determina por:

11lddl =(7) Obviamentecuandoseaumentaeldimetro,significaquelarazndeacoplamientoyla presindelhoyodisminuyen.Esimportanteseleccionarcuidadosamenteelexplosivoadecuadopara minimizar el riesgo del efecto canal y una detonacin parcial. Considerando el tipo de rocay deexplosivo, la ecuacin(6) se puede replantear en trminos de un dimetro general de perforacin: V1 Burden (m)Deformacin plstica0.60.5 dQuebradura0.4 V1 = 1.5 V10.30.2 Tronadura limpia0.10 Hoyos se encuentran Hoyo vaco (m)0.1 0.2 0.3FIGURA 7.- Dimetro hoyo vaco v/s Burden V1 5

anfoScVVd l /4 . 0 2555 . 1|.|

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\|||.|

\|=||(Kg/m) (8) dondeSanfoeslapotenciaenpesorelativaalANFOyceslaconstantedelaroca.Amenudolos valoresposiblesparalaconcentracindecargasonmsbienlimitadosdebidoalasvariadas restricciones de los fabricantes deexplosivos. Esto significa que la concentracin de carga se day el burden se calcula de la ecuacin (8). Constante de la roca.- Elfactorcesunamedidaempricadelacantidaddeexplosivonecesariopararemover un metro cbico de roca. Lasexperiencias en terreno, por las cuales se determina los valores de c, se efectuaronenunatronaduraenbanco.Sepresumequelaconstantedelarocadeterminadadeesta forma tambin da una buena aproximacin para las propiedades de la roca en tneles. En la tronadura de prueba se determin que fluctuaba muy poco. La tronadura en granito cristalino quebradizo dio c = 0.2. Prcticamente en todos los otros materiales, desde arenisca a granito ms homogneo, se encontr un valor para c de 0,3 a 0.4 kg/m. Segundo cuadrante.- Despus que se calcula el primer cuadrante, se aplica una nueva geometra para resolver el burden para lossiguientescuadrantes.Altronarhaciaunhoyocircular,demandaunaconcentracindecargams altaquetronarhaciaunacararecta,debidoaunaconstruccinmayorysiseconoceelburdenV (Figura 8), la concentracin de carga l , relativa al ANFO se da por : ( ) ( ) ( )5 . 12 /3 . 32V B arctg sen SdcVlanfo= (kg/m)(9) Si asumimos que la concentracin de carga para el explosivo y la abertura rectangular de ancho B se conocen, el burden V se puede expresar explcitamente con buena aproximacin como funcin de B y l. dcBlSx Vanfo 210 8 . 8= (m)(10)Cuando se calcula el burden para el nuevo cuadrante, se debe incluir el efecto de la desviacin de la perforacin F. Esto se hace tratando los hoyos en el primer cuadrante como si fueran colocados en la ubicacin ms desfavorable (Figura 9 ). 6 De la Figura 6 se puede ver que la superficie libre B que sedebiera usar en la ecuacin (10) difiere de la distancia al hoyo B en el primer cuadrante. 2 = B (V1 - F) (m)(11) Por substitucin, el burden para el nuevo cuadrante es :

( )dclS F Vx Vanfo=1210 5 . 10(m) (12) Porsupuestoqueestevalortienequereducirseporladesviacindelaperforacinparaobtenerel burden prctico: F V V =2(m)(13) Hay unas pocas restricciones que se deben poner a V2. Debe satisfacer lo siguiente: V2 2B (14) Si no se desea una deformacin plstica.Si no ocurre, usando la ecuacin (9) y(14) la concentracin de carga se reducira a : ( ) | |5 . 14 / 12 3 . 32arctg sen SB dclanfo= (kg/m)(15) o,anfoS dcB l / 540 = (kg/m) (16) Sinosesatisfacelarestriccinparaladeformacinplstica,esmejorelegirunexplosivoconuna potencia en peso menor para optimizar la fragmentacin. Elngulodeaberturadeberasermenorque1.6rad.(90),sinolarainuraperdersucarcterde rainura de 4 secciones. Esto significa que: V2 > 0.5B(17) Gustafsson(1973)sugierequeelburdenparacadacuadranteseaV2=0.7Bdelladodelltimo cuadrante no debe ser mayor que la raz cuadrada del avance. Loshoyosenloscuadrantessedebencargardemaneraqueellargodelhoyo(h)iguala10vecesel dimetro, se deje como taco: H = 10d(m)(18) V2 ddBBB' F V2V1FIGURA 8.- Geometra de una tronadura hacia una cara libre FIGURA 9.- Influencia de la desviacin de los hoyos. 7 Zapateras.- El burden para laszapaterasenun disparo se calcula, en principio, conla misma frmulaque para la tronadura en banco. La altura del banco simplemente se reemplaza por el avance y se usa un factor de fijacin debido al efecto gravitacional y a un mejor intervalo de tiempo entre los hoyos. El burden mximo se puede determinar usando:

( ) V E cflSVanfo/9 . 0 =(m)(19) dondefeselfactordefijacin,(E/V)eslarelacinentreelespaciamientoyelburdenycesla constante corregida de la roca. Para las zapateras se utiliza un F = 1.45 y un (E/V) = 1 c = c + 0.05 V 1.4m. c = c + 0.07/V V < 1.4m. (20) Cuando se ubican las zapateras, se debe considerar el ngulo de viga. Figura 9 Lamagnituddelngulodependedelequipodeperforacindisponibleydelaprofundidaddelhoyo. Paraunavancedealrededorde3m.,unngulodevigaiguala0.05rad.(3)(correspondientea5 cm/m) debera ser suficiente para proporcionar espacio para perforar el prximo disparo. El espaciamiento de los hoyos debe ser igual a V. Sin embargo, esto vara dependiendo del ancho del tnel. El nmero de zapateras est dado por: 22 . .. + |.|

\| +=VHsen tnel del Anchode Entero N (21) El espaciamiento EL para los hoyos (con excepcin de los hoyos de las esquinas) est dado por: 8

12 . . +=NHsen tnel del AnchoEL (m)(22) El espaciamiento prctico EL para los hoyos de las esquinas es: EL = EL Hsen (m) (23) El burden prctico VL se debe reducir por el ngulo de viga y la desviacin de la perforacin VL = V Hsen F(m) (24) La longitud de la carga de fondo (hb) necesaria para remover la pata es : hb = 1.25VL(m)(25) El largo de la columna de carga(hc)es:hc = H hb 10d(m) (26) y la concentracin de esta carga se puede reducir a 70% de la concentracin de la carga de fondo. Sin embargo,estonosehacesiempredebidoaqueesuntrabajoqueconsumetiempo.Generalmentese usa la misma concentracin en el fondo y en la columna. Para las zapateras se usa un taco de 10d. Si se va a usar la ecuacin (19), se debe cumplir lo siguiente: V 0.6H (m)(27) Deotraformaelburdenmximosedebereducirbajandolaconcentracindecarga.Luegosepuede evaluar el espaciamiento prctico EL y el burden VL. Factor de fijacin.- Enlasfrmulasseusandiferentesfactoresdefijacinfparacalcularelburdenendiferentes situaciones.Porejemplo,entronaduraenbancoconhoyosverticalesubicadosenfila,f=1.Silos hoyos son inclinados se hace ms fcil remover la pata. Es por esto que se usa un factor menor (f < 1) paraunhoyoinclinado.Estoimplicaunburdenmsgrande.Entneles,sedisparaunnmerode hoyosconunmismoretardo.Avecesloshoyostienenqueremoverelburdenhaciaarribayaveces haciaabajo. Se usan diferentes factores de fijacin paraincluir los efectos de hoyos mltiples y de la gravedad. Hoyos auxiliares.- Elmtodoparacalcularloshoyosauxiliaresnodifieremuchodelclculodelaszapateras. Para los hoyos auxiliares que quiebran horizontalmente y hacia arriba se usa un factor f = 1.45 y una relacin E/V de 1.25. El factor f para los hoyos auxiliares que quiebran hacia abajo se reduce a f = 1.2 y E/V es 1.25. La concentracin de la carga de columna para ambos tipos de auxiliares debera ser igual al 50% de la concentracin de la carga de fondo. 9 Hoyos de contorno.- Silatronadurasuavenoesnecesaria,elburdenyelespaciamientodeloshoyosdecontornose calculan de acuerdo a lo que se dijo previamente de las zapateras, con las siguientes excepciones: (1) f = 1.2,(2) E/V = 1.25,(3) concentracin de la carga de columna es del 50% de la concentracin de la carga de fondo. Los daos por tronadura en techo y paredes en una labor subterrnea a menudo necesitan una cantidad excesivadesoporte.Enrocasdebajaresistencia,sedebeefectuarunatronaduradecontorno cuidadosa. Un hoyo de 3m con ANFO (1.5 kg/m) es capaz de producir una zona daada con un radio de 1.5m. Contronadurasuaveestazonadaadasereducealmnimo.Laexperienciamuestraqueel espaciamiento es una funcin lineal del dimetro del hoyo (Persson 1973). E = kd (m)(28) Dondekestenraznde1a15,sedebeusarunE/V=0.8.Parahoyosde41mmdedimetro,el espaciamiento ser de alrededor de 0.6m y el burden de 0.8m. La concentracin de cargamnima por metro de hoyo es tambin una funcin del dimetro. Para dimetros de 0.15m se aplica la relacin.: I =90d2 (m)(29) En tronadura suave el largo total del hoyo se debe cargar para evitar que cause hendeduras.