METODOS DE PERFORACION DE ROCAS
1. INTRODUCCION
La perforacin de las rocas dentro del campo de las voladuras es
la primera operacin que se realiza y tiene como finalidad abrir
unos huecos, con la distribucin y geometra adecuada dentro de los
macizos, donde alojar a las cargas de explosivo y sus accesorios
iniciadores.
Los sistemas de penetracin de la roca que han sido desarrollados
y clasificados por orden de aplicacin son:
Mecnicos. Percusin Rotacin Roto percusin
Trmicos Soplete o lanza trmica Plasma Fluido caliente
Congelacin
Hidrulicos. Chorro de agua Erosin Cavitacin
Snicos.Vibracin de alta frecuencia
Nucleares. Fusin Fisin
A pesar de la enorme variedad de sistemas posibles de penetracin
de la roca, en minera y obra pblica la perforacin se realiza
actualmente, de una forma casi general, utilizando la energa
mecnica. Por este motivo, en el presente manual se tratarn
exclusivamente los mtodos mecnicos, pasando revista a los
fundamentos, tiles y equipos de perforacin de cada uno de
ellos.
Los componentes principales de un sistema de perforacin de este
tipo son: la perforadora que es la fuente de energa mecnica, el
varillaje que es el medio de transmisin de esa energa, la boca que
es el til que ejerce sobre la roca dicha energa y el fluido de
barrido que efecta la limpieza y evacuacin del detrito
producido.
2. TIPOLOGIA DE LOS TRABAJOS DE PERFORACION EN EL ARRANQUE CON
EXPLOSIVOS
Dentro de la amplia variedad de los trabajos de excavacin con
explosivos, se han desarrollado un gran nmero de mquinas que dan
lugar a dos procedimientos de perforacin:
Pertoracin manual.
Se lleva a cabo con equipos ligeros manejados a mano por los
perforistas. Se utiliza en trabajos de pequea envergadura donde por
las dimensiones no es posible utilizar otras mquinas o no est
justificado econmicamente su empleo.
Perforacin mecanizada.
Los equipos de perforacin van montados sobre unas estructuras,
de tipomecano, con las que el operador consigue controlar todos los
parmetros de la perforacin desde unas posiciones cmodas. Estas
estructuras o chasis pueden ir montadas sobre neumticos u orugas y
ser automotrices o remolcables.
Por otro lado, los tipos de trabajo, tanto en obras de
superficie como subterrneas, pueden clasificarse en los siguientes
grupos:
Perforacin de banqueo.
Es el mejor mtodo para la voladura de rocas ya que se dispone de
un frente Iibrepara la salida y proyeccin del material y permite
una sistematizacin de las labores.
Se utiliza tanto en proyectos de cielo abierto e interior con
barrenos verticales, generalmente, y tambin horizontales, en
algunos casos poco frecuentes.
Perforacin de avance de galeras y tneles.
Se necesita abrir un hueco inicial o cuele hacia el que sale el
resto de la roca fragmentada por las dems cargas. La perforacin de
los barrenos se puede llevar a cabo manualmente, pero la tendencia
es hacia la mecanizacin total con el empleo de jumbos de uno o
varios brazos.
Perforacin de produccin.
Este trmino se utiliza en las explotaciones mineras,
fundamentalmente subterrneas, para aquellas labores de extraccin
del mineral. Los equipos y los mtodos varan segn los sistemas de
explotacin, siendo un factor comnel reducido espacio disponible en
las galeras para efectuar los barrenos.
Perforacin de chimeneas.
En muchos proyectos subterrneos de minera y obra pblica es
preciso abrir chimeneas. Aunque existe una tendencia hacia la
aplicacin del mtodo Raise Boring, an hoy se utiliza el mtodo de
barrenos largos y otros sistemas especiales de perforacin
combinados con las voladuras.
Perforacin de rocas con recubrimiento.
La perforacin de macizos rocosos sobre los que yacen lechos de
materiales sin consolidar obligan a utilizar mtodos especiales de
perforacin con entubado.
Tambin se emplean en los trabajos de perforacin y voladuras
submarinas.
Sostenimiento de rocas.En muchas obras subterrneas y algunas a
cielo abierto es necesario realizar el sostenimiento de las rocas
mediante el bulonado o cementado de cables, siendo la perforacin la
fase previa en tales trabajos.
3. CAMPOS DE APLlCACION DE LOS DIFERENTES METODOS DE
PERFORACION.
Los dos grandes mtodos mecnicos de perforacin de rocas son los
rotopercutivos y los rotativos.
Mtodos rotopercutivos. Son los ms utilizados en casi todos los
tipos de roca, tanto si el martillose sita en cabeza como en el
fondo del barreno. .
Mtodos rotativos.
Se subdividen a su vez en dos grupos, segn que la penetracin se
realice por trituracin, empleando triconos, o por corte utilizando
bocas especiales. El primer sistema se aplica en rocas de dureza
media a alta y el segundo en rocas blandas.
Atendiendo a la Resistencia a Compresin de las rocas y al
dimetro de perforacin, se pueden delimitar los campos de aplicacin
de los diferentes mtodos.
Por otro lado, segn el tipo de trabajo que se realice en minera
u obra pblica de superficie los equipos que ms se utilizany
dimetros ms comunes para las voladuras en banco.
Del mismo modo, se reflejan en la Fig. 1.3 los equiposms
frecuentes en los distintos mtodos de minera subterrnea y datos
caractersticos de la perforacin.
Otros criterios que intervienen en la seleccin de los 16 equipos
de perforacin son: econmicos, de diseo mecnico, mantenimiento y
servicio, capacidad operativa, adaptabilidad a los equipos de las
explotaciones y a las condiciones del rea de trabajo,
(accesibilidad, tipo de roca, fuentes de energa, etc.).
CLASIFICACIONDE LAS ROCAS Y PROPIEDADESFISICAS PRINCIPALES
La perforacin de barrenos se realiza, casi en la totalidad de
los casos, en masas rocosas, por lo que es interesante antes de
iniciar una obra conocer los diferentes tipos de materiales que se
presentan y sus propiedades bsicas.
Estas caractersticas de las rocas dependen en gran medida de su
origen, por lo que a continuacin se describen los tres grandes
grupos que existen.
Clasificacin de las rocas por su origen
Rocas gneas
Las rocas gneas son las formadas por solidificacin de una masa
fundida, mezcla de materiales ptreos y de gases disueltos,
denominada magma. Si la roca se ha enfriado en contacto con el aire
o el agua de la superficie terrestre, se la clasifica como roca
gnea "extrusiva" o volcnica. Cuando el magma se enfra por debajo de
la superficie terrestre se forma una roca gnea "intrusiva" o
plutnica.
La velocidad de enfriamiento del magma da lugar a que los
minerales cristalizados tengan tamaos de grano grandes si es lenta
y pequeos si es rpida. En el primer caso se forma una roca
denominada pegmatita y en el segundo una aplita. Un caso intermedio
lo constituye el prfido, en el que se observan grandes cristales
dentro de una masa o matriz de grano fino. Los tres tipos se
encuentran generalmente en forma de diques con potencias de uno a
decenas de metros. El caso ms normal es el de una velocidad de
enfriamiento moderada, que da lugar a una roca masiva con un tamao
de grano medio, de 1 a 5 mm.
Durante el proceso de enfriamiento de un magma su composicin
vara, pues se produce una cristalizacin fraccionada, de acuerdo con
la presin y temperatura de cada momento. Tambin, el lquido residual
puede reaccionar con los minerales ya solidificados y cambiar su
contenido qumico. Adems, la composicin qumica originalde los magmas
puede haber sido muy distinta.
Las diferentes condiciones fsicas y qumicas que se dan durante
la solidificacin de un magma hacen que exista una gran variedad de
rocas gneas. Ellas estn formadas por diferentes minerales, de
diversos tamaos y agrupados de distintas formas, dando por
resultado que sus caractersticas fsicas y qumicas sean muy
heterogneas.
Por lo tanto, su comportamiento ante la fragmentacin, corte,
desgaste y meteorizacin puede ser variado; aunque las rocas gneas
sin meteorizar, a efectos de su perforacin, son todas duras y
compactas.
Si la roca tiene un contenido en SiO2superior al 62%,
geoqumicamente se la denomina cida, entre ese valor y el 52%
intermedia, entre 45 y 52% bsica, y finalmente con valores menores
del 45% es ultrabsica. En el mismo sentido que las rocas gneas son
ms pobres en slice, a la vez son ms ricas en silicatos
ferromagnesianos.
Las cidas son ms abrasivas y duras que las bsicas; pero stas
ltimas son ms densas y resistentes al impacto que las primeras.
Rocas metamrficas
Las rocas metamrficas son las originadas por importantes
transformaciones de los componentes mineralgicos de otras rocas
preexistentes, endgenas o exgenas.
Estos grandes cambios se producen por la necesidad de
establizarse sus minerales en unas nuevas condiciones de
temperatura, presin y quimismo.
Estas rocas son intermedias en sus caractersticas fsicas y
qumicas, entre las gneas y las sedimentarias, pues presentan
asociaciones de minerales que pertenecen a los dos tipos.
As se encuentran en ellas minerales, como el cuarzo, los
feldespatos, las micas, los anfboles, los piroxenos y los olivinos,
esenciales en las rocas gneas, pero no tienen feldespatoides. Como
en las rocas sedimentarias, pueden tener calcita, dolomita, slicey
hematites; pero no tienen minerales evaporticos.
Tambin, aparecen en ellas minerales comunes a los dos tipos,
como son: la turmalina, el zircn, la magnetita, el topacio y el
corindn; todos ellos son minerales . muy estables en cualquier
medio exgeno o endgeno.
Existe una serie de minerales, que son muy especficos de las
rocas metamrficas, pudiendo formar parte de los granos de las rocas
detrticas, debido a su estabilidad en los ambientes exgenos y otros
son a la vez productos de alteracin meterica de minerales de rocas
endgenas. Realmente la meteorizacin es un proceso de transformacin
mineralgica con carcter fsico y qumico, pero a temperatura y presin
bajas.
Rocas sedimentarias
Las rocas sedimentarias se forman por la acumulacin de restos o
detritus de otras rocas preexistentes, por la precipitacin qumica
de minerales solubilizados o por la acumulacin de restos de
animales o vegetales.
En el primer caso se producen los sedimentos detrticos como son
las gravas, conglomerados y arenas en cuya precipitacin interviene
la gravedad. En el segundose encuentran, por ejemplo, las
evaporitas o rocas salinas precipitadas por la sobresaturacin de
una salmuera sometida a una intensa evaporacin. Las terceras son
las acumulaiones de conchas, esqueleto; de animales o restos de
plantas, como son las calizas conchferas, los corales y el carbn.
Este ltimo grupo se subdivide en bioqumicas organogenias y
bioqumicas minerales, segn que sus componentes sean de la qumica
orgnica o de la inorgnica. En el primer caso estn los carbones y el
petrleo, y en el segundo las calizas, dolomas y rocas
fosfticas.
En una primera clasificacin de las rocas sedimentarias se tiene
en cuenta su proceso de formacin, despus se consideran los tamaos
de los granos, las caractersticas de la unin de los mismos, adems
de los tipos y cantidades de sus minerales componentes.
Propiedades de las rocas que afectan a la perforacin.
Las principales propiedades fsicas de las rocas que influyen en
los mecanismos de penetracin y consecuentemente en la eleccin del
mtodo de perforacin son:
1. Dureza.2. Resistencia.3. Elasticidad.4. Plasticidad.5.
Abrasividad.6. Textura.7. Estructura8. Caractersticas de
rotura.
Dureza
Se entiende por dureza la resistencia de una capa superficial a
la penetracin en ella de otro cuerpo ms duro.
En una roca es funcin de la dureza y composicin de los granos
minerales constituyentes, de la porosidad de la roca, del grado de
humedad, etc.La dureza de las rocas es el principal tipo de
resistencia a superar durante la perforacin, pues cuando se logra
la penetracin del til el resto de las acciones se desarrollan ms
fcilmente.
Las rocas se clasifican en cuanto a su dureza por medio de la
"escala de Mohs", en la que se valora la posibilidad de que un
mineral pueda rayar a todos los que tienen un nmero inferior al
suyo. Tal como se refleja en la Tabla 1.1 existe una cierta
correlacin entre la dureza y la resistencia a la compresin de las
rocas.
Resistencia
Se llama resistencia mecnica de una roca a la propiedad de
oponerse a su destruccin bajo una carga exterior, esttica o
dinmica.Las rocas oponen una resistencia mxima a la compresin;
comnmente, la resistencia a la traccin no pasa de un 10 a un 15% de
la resistencia a la compresin. Eso se debe a la fragilidad de las
rocas, a la gran cantidad de defectos locales e irregularidades que
presentan y a la pequea cohesin entre las partculas constituyentes,
La resistencia de las rocas depende fundamentalmente de su
composicin mineralgica. Entre los minerales integrantes de las
rocas el cuarzo es el ms slido, su resistencia supera los 500 MPa,
mientras que la de silicatos ferromagnsicos y los aluminosilicatos
varan de 200 a 500 MPa, y la de la calcita de 10 a 20 MPa. Por eso,
conforme es mayor el contenido de cuarzo, por lo general, la
resistencia aumenta.
La resistencia de los minerales depende del tamao de los
cristales y disminuye con el aumento de stos.
Esta influencia es significativa cuando el tamao de los
cristales es inferior a 0,5 mm.
En las rocas la influencia del factor tamao en la resistencia es
menor, debido a que tambin intervienen las fuerzas de cohesin
intercristalinas. Por ejemplo, la resistencia a la compresin de una
arenisca arcosa de grano fino es casi el doble que la de granos
gruesos; la del mrmol constituido por granos de 1 mm es igual a 100
MPa, mientras que una caliza de granos finos - 3 a 4 IJ.m- tiene
una resistencia de 200 a 250 MPa.
Entre las rocas sedimentarias las ms resistentes son las que
tienen cemento silceo. En presencia de cemento arcilloso la
resistencia de las rocas disminuye de manera brusca.
La porosidad en rocas con una misma litologa confor- me aumenta
hace disminuir la resistencia, puesto que simultneamente disminuye
el nmero de contactos de las partculas minerales y las fuerzas de
accin recprocas entre ellas.
En la resistencia de las rocas influye la profundidad a la que
se formaron y el grado de metamorfismo. As; la resistencia de las
arcillas yacentes cerca de la superficie terrestre puede ser de 2 a
10 MPa, mientras que las rocas arcillosas, que fueron sometidas a
un cierto metamorfismo pueden alcanzar los 50 - 100 MPa.
Por otro lado, la resistencia de las rocas anisotrpicas depende
del sentido de accin de la fuerza. La resistencia a compresin de
las rocas en el sentido perpendicular a la estratificacin o
esquistosidad es mayor que en un sentido paralelo a stas. El
cociente que suele obtenerse entre ambos valores de resistencia
vara entre 0,3 y 0,8, Y slo para rocas isotrpicas es igual a 1.
En la Fig. 1.5, se indican los intervalos frecuentes de
resistencia a la compresin de los diversos tipos de rocas.
Elasticidad
La mayora de los minerales constituyentes de las rocas tienen un
comportamiento elstico-frgil, que obedece a la Ley de Hooke, y se
destruyen cuando las tensiones superan el lmite de elasticidad.
Segn el carcter de deformacin, en funcin de las tensiones
provocadas para cargas estticas, se consideran tres grupos de rocas
1) Las elasto-frgiles o que obedecen a la Ley de Hooke, 2) Las
plstico-frgiles, a cuya destruccin precede la deformacin plstica;
3) Las altamente plsticas o muy porosas, cuya deformacin elstica es
insignificante.
Las propiedades elsticas de las rocas se caracterizan por el
mdulo de elasticidad "E" y el coeficiente de Poisson "y". El mdulo
de elasticidad es el factor de proporcionalidad entre la tensin
normal en la roca y la deformacin relativa correspondiente, su
valor en la mayora de las rocas vara entre 0,03, 104 Y 1,7' 105MPa,
de pendiendo fundamentalmente de la composicin mineralgica,
porosidad, tipo de deformacin y magnitud de la carga aplicada.
Los valores de los mdulos de elasticidad en la mayora de las
rocas sedimentarias son inferiores a los de los minerales
correspondientes que los constituyen. Tambin influye en dicho
parmetro la textura de la roca, ya que el mdulo de elasticidad en
la direccin de la estratificacin o esquistosidad es generalmente
mayor que en la direccin perpendicular a sta.
El coeficiente de Poisson es el factor de proporcionalidad entre
las deformaciones longitudinales relativas y las deformaciones
transversales. Para la mayora de las rocas y minerales est
comprendido entre 0,2 y 0,4, Y slo el cuarzo lo tiene anormalmente
bajo, alrededor de 0,07.
Plasticidad
Como se ha indicado anteriormente, en algunas rocas, a la
destruccin le precede la deformacin plstica. Esta comienza en
cuanto las tensiones en la roca superan el lmitede elasticidad. En
el caso de un cuerpo idealmente plstico tal deformacin se
desarrolla con una tensin invariable. Las rocas reales se deforman
consolidndose al mismo tiempo: para el aumento de la deformacin
plstica es necesario incrementar el esfuerzo.
La plasticidad depende de la composicin mineral de las rocas y
disminuye con el aumento del contenido de cuarzo, feldespato y
otros minerales duros. Las arcillas hmedas y algunas rocas
homogneas poseen altas propiedades plsticas.
La plasticidad de las rocas ptreas (granitos, esquistos
cristalinos y areniscas) se manifiesta sobre todo a altas
temperaturas.
Abrasividad
La abrasividad es la capacidad de las rocas para desgastar la
superficie de contacto de otro cuerpo ms duro, en el proceso de
rozamiento durante el movimiento.
Los factores que elevan la capacidad abrasiva de las rocas son
las siguientes:
La dureza de los granos constituyentes de la roca.Las rocas que
contienen granos de cuarzo son sumamente abrasivas.La forma de los
granos. Los ms angulosos son ms abrasivos que los redondeados.El
tamao de los granos.
La porosidad de la roca. Da lugar a superficies de contacto
rugosas con concentraciones de tensiones locales.
La heterogeneidad. Las rocas poliminerales, aunque stos tengan
igual dureza, son ms abrasivas, pues van dejando superficies speras
con presencia de granos duros, por ejemplo, los granos de cuarzo en
un granito.
Esta propiedad influye mucho en la vida de los tiles de
perforacin.
En la Tabla 1.2 se indican algunos contenidos medios de
diferentes tipos de roca.
Textura
La textura de una roca se refiere a la estructura de los granos
de minerales constituyentes de sta. Se manifiesta a travs del tamao
de los granos, la forma, la porosidad, etc. Todos estos aspectos
tienen una influencia significativa en el rendimiento de la
perforacin.
Como los granos tienen forma lenticular, como en un esquisto, la
perforacin es ms difcil que cuando son redondos, como en una
arenisca.
Tambin influye de forma significativa el tipo de material que
constituye la matriz de una roca y que une los granos de
mineral.
En cuanto a la porosidad, aquellas rocas que presentan una baja
densidad y son consecuentemente ms porosas tienen una menor
resistencia a la trituracin y son ms fciles de perforar.
En la Tabla 1.3 se muestra la clasificacin de algunos tipos de
rocas atendiendo al contenido en slice y tamao de los granos.
En la Tabla 1.4 se recogen algunas de las propiedades
caractersticas de diferentes tipos de rocas, segn origen.
Estructura
Las propiedades estructurales de los macizos rocosos, tales como
esquistosidad, planos de estratificacin, juntas, diaclasas y
fallas, as como el rumbo y el buzamiento de stas afectan a la
linealidad de los barrenos, a los rendimientos de perforacin y a la
estabilidad de las paredes de los taladros.
En la Fig. 1.7 se clasifican los macizos rocosos a partir del
espaciamiento entre juntas y la resistencia del material
rocoso.
INTRODUCCION
Los explosivos convencionales y los agentes explosivos poseen
propiedades diferenciadoras que los caracterizan y que se
aprovechan para la correcta seleccin, atendiendo al tipo de
voladura que se desea realizar y las condiciones en que se debe
llevar a cabo.
Las propiedades de cada grupo de explosivos permiten adems
predecir cules sern los resultados de fragmentacin, desplazamiento
y vibraciones ms probables.
Las caractersticas ms importantes son: potencia y energa
desarrollada, velocidad de detonacin, densidad, presin de
detonacin, resistencia al agua y sensibilidad.
Otras propiedades que afectan al empleo de los explosivos y que
es preciso tener en cuenta son: los humos, la resistencia a bajas y
altas temperaturas, la de sensibilizacin por acciones externas,
etc.
2. POTENCIA Y ENERGIA
La potencia es, desde el punto de vista de aplicacin industrial,
una de las propiedades ms importantes, ya que define la energa
disponible para producir efectos mecnicos.
Existen diferentes formas de expresar la potencia (Strength) de
un explosivo. En las antiguas dinamitas (Straight dynamites) era el
porcentaje de nitroglicerina el parmetro de medida de la potencia.
Bosteriormente, con la sustitucin parcial de la nitroglicerina por
otras sustancias, y la realizacin de ensayos comparativos de
laboratorio, se pas a hablar de Potencia Relativa por Peso
(Relative Weight Strength) y Potencia Relativa por Volumen
(Relative Bulk Strength). As, es frecuente referir la potencia de
un explosivo en tantos por ciento de otro que se toma como patrn,
Goma pura, ANFO, etc., al cual sele asigna el valor 100.
Existen varios mtodos prcticos para medir la potencia o la
energa disponible de un explosivo, todos ellos muy discutibles
debido a las peculiaridades, que presentan y a su repercusin en los
resultados cuando se comparan con los rendimientos obtenidos en las
voladuras.
Mtodo Traulz
Determina la capacidad de expansin que produce la detonacin de
10 g de explosivo en el interior de un bloque cilndrico de plomo.
Fig. 10.1. La diferencia entre el volumen total obtenido y el
volumen inicial de 62 cm 3 da el valor Traulz real.
Cuando se compara el volumen con el producido con 7 g de cido
pcrico se obtiene el denominado Indice Traulz. Si el explosivo de
referencia es la Goma pura, la potencia se expresa en relacin a la
misma como un porcentaje.
Como los explosivos ms potentes tienden a dar un incremento de
volumen mayor que el que corresponde a su potencia real, el CERCHAR
defini el Coeficiente ge Utilizacin Prctica C.U.P.que se basa en la
comparacin de pesos de explosivos Cex" que producen volmenes
iguales al de una carga patrn de 10 15 g de cido pcrico.
Mortero Balstico
Consiste en comparar la propulsin de un mortero de acero montado
sobre un pndulo balstica por efecto de los gases cuando se hace
detonar una carga de 10g de explosivo. El ndice T.M.B. se calcula a
partir de la ecuacin:
donde y son los ngulos registrados en el retroceso del pndulo,
correspondientes al explosivo a ensayar y al explosivo patrn.
Mtodo del Crter
Se basa en la determinacin de la Profundidad Crtica y la
Profundidad Optima, que son aquellas para las que una carga de
explosivo rompe la roca en superficie y produce el crter de mayor
volumen respectivamente.
El principal inconveniente de este sistema se encuentra en la
necesidad de realizar numerosos tiros y la dificultad de disponer
de un banco de pruebas en roca homognea.
Mtodo del Aplastamiento de un Cilindro
Define el Poder Rompedor de un explosivo, que est relacionado
con la capacidad de fragmentacin de la roca, por medio del
aplastamiento que produce una carga sobre un molde cilndrico de
metal. Existen varios mtodos, como son el de Kast y el de Hess,
pero ste ltimo es el ms empleado.
Los dos procedimientos descritos dan buenos resultados con los
explosivos tipo dinamita, pero no son aplicables a agentes
explosivos, como el ANFO o los hidrogeles, debido a:
1. El pequeo dimetro utilizado en el pndulo (20 mm) y en el
ensayo Traulz (25 mm), pues son inferiores al dimetro crtico de
esos explosivos.
2. El retacado de 2 cm que se emplea en el ensayo Traulz es
proyectado por los gases antes de que stos efecten un trabajo
efectivo.
3. En el mortero la carga se encuentra desacoplada. y, sobre
todo, esas pruebas slo son1adecuadas cuando los explosivos son
sensibles a la iniciacin por detonadores y los tiempos de reaccin
son pequeos.
Mtodo de la Potencia Ssmica
Consiste en hacer detnar una carga de explosivo en un medio
rocoso istropo, y registrar la perturbacin ssmica producida a una
distancia determinada.
Como explosivo patrn suele tomarse el ANFOy se supone que la
variacin de las vibraciones es proporcional a la energa del
explosivo elevada a 2/3. Este mtodo se considera poco adecuado para
medir la energa disponible de un explosivo.
Mtodo del Crter
Se basa en la determinacin de la Profundidad Crtica y la
Profundidad Optima, que son aquellas para las que una carga de
explosivo rompe la roca en superficie y produce el crter de mayor
volumen respectivamente.
El principal inconveniente de este sistema se encuentra en la
necesidad de realizar numerosos tiros y la dificultad de disponer
de un banco de pruebas en roca homognea.
Mtodo del Aplastamiento de un Cilindro
Define el Poder Rompedor de un explosivo, que est relacionado
con la capacidad de fragmentacin de la roca, por medio del
aplastamiento que produce una carga sobre un molde cilndrico de
metal. Existen varios mtodos, como son el de Kast y el de Hess,
pero ste ltimo es el ms empleado.
Este ensayo refleja bien la energa de la onda de tensin que est
ligada a la presin de detonacin.
Mtodo de la placa
Sobre una placa de acero o aluminio se detona una carga
cilndrica de explosivo. La deformacin que produce da una medida
cuantitativa de la energa de la detonacin. Los resultados de esta
prueba estn sometidos a amplias variaciones si no se mantiene la
geometra de la carga de explosivo, el punto y el sistema de
iniciacin, y adems estn sesgados favorablemente hacia los
explosivos con una mayor energa de la onda de choque.
Mtodo D'Autriche
Se basa en comparar la "VD" del explosivo con la velocidad ya
conocida de un cordn detonante. Se coge un cordn con una longitud
determinada y se marca el punto medio del mismo, que se hace
coincidir con una seal efectuada sobre una plancha de "- plomo en
la cual se apoya, y a continuacin, se insertan los extremos del
cordn dentro del explosivo a una distancia prefijada "d". La carga
de explosivo, "- que puede estar alojada en un tubo metlico, se
inicia en uno de los lados con un detonador. Como la onda de choque
energ3tiza a su vez en instantes diferentes a los extremos del
cordn, la colisin de las "- ondas 1 y 2 tiene lugar sobre la
plancha a una distancia "a" del punto medio del cordn. As pues, la
"VD.', del explosivo se determinar a partir de:
Medida de energa bajo el agua
Esta tcnica de cuantificacin de la energa desarrollada por el
explosivo fue sugerida por Cole hace ms de 30 aos, y se caracteriza
por ser una de las ms completas al permitir efectuar pruebas con
unas geometras de las cargas semejantes a las introducidas en los
barrenos y llegar a determinar por separado la energa vinculada a
la onda de choque, que a partir de ahora llamaremos Energa de
Tensin-ET, y la energa de los gases de detonacin, tambin llamada
Energa de Burbuja-EB, as como la posibilidad de evaluar la
influencia del sistema de iniciacin en la energa desarrollada por
un explosivo.
Frmulas Empricas
1. La frmula sueca propuesta para determinar la Potencia
Relativa en Peso "PRP" de un explosivo es:
donde:
Qo= Calor de explosin de 1 kg de explosivo LFB (5 MJ/kg) en
condiciones normales de presin y temperatura.
Qe = Calor de explosin de 1 kg del explosivo a emplear.
VGo = Volumen de los gases liberados por 1 kg de explosivo LFB
(0,85 m3/kg).
VGe = Volumen de los gases liberados por el explosivo a
emplear.
Como en algunas ocasiones la potencia se refiere al ANFO,
primero puede calcularse la potencia con respecto al explosivo
patrn LFB y el valor obtenido dividirse por 0,84 que es la potencia
relativa del ANFO con respecto a dicho explosivo. El ANFO tiene
unos valores de O." y "VG" de 3,92 MJ/kg y 0,973 m3/kg
respectivamente.
Paddock (1987) sugiere comparar los explosivos mediante el
denominado Factor de Potencia, definido por:
donde:
PAP = Potencia Absoluta en Peso del (x) (cal/g).
VD = Velocidad de detonacin (m/s).
= Densidad de explosivo (g/cm3).
Otra expresin empleada para calcular la Potencia Relativa en
Peso es:
donde:
Pe = Densidad del explosivo (g/cm 3).VD = Velocidad de detonacin
(mis):Po Y VDo se refieren al explosivo patrn.
VELOCIDAD DE DETONACION
Es la velocidad a la que la onda de detonacin se propaga a travs
del explosivo y, por lo tanto, es el parmetro que define el ritmo
de liberacin de energa. Los factores que afectan a la "VD" son: la
densidad de la carga, el dimetro, el confinamiento, la iniciacin y
el envejecimiento del explosivo. Para los tres primeros, conforme
aumentan dichos parmetros las "VD" resultantes crecen
significativamente.
DENSIDADLa densidad de la mayora de los explosivos varia entre
0,8 y 1,6 g/cm3, y al igual que .con la velocidad de detonacin
cuanto mayor es, ms intenso es el efecto rompedor que
proporciona.
En los agentes explosivos la densidad puede ser un factor
crtico, pues si es muy baja se vuelven sensibles al cordn detonante
que los comienza a iniciar antes de la detonacin del multiplicador
o cebo, o de lo contrario, si es muy alta, pueden hacerse
insensibles y no detonar. Esa densidad lmite es la denominada
Densidad de Muerte, que se definir ms adelante.
La densidad de un explosivo es un factor importante para el
clculo de la cantidad de carga necesaria para una voladura. Por
regla general, en el fondo de los barrenos, que es donde se
necesita mayor concentracin de energa para el arranque de la roca,
se utilizan explosivos ms densos, como son los gelatinosos e
hidrogeles, mientras que en las cargas de columna se requieren
explosivos menos densos; como son los pulverulentos y los de base
ANFO.
La concentracin lineal de carga q en un barreno de dimetro "D y
una densidad "P., se calcula a partir de:
PRESION DE DETONACIONLa presin de detonacin de un explosivo es
funcinde la densidad y del cuadrado de la velocidad de deto-nacin.
Se mide en el plano C-J de la onda de detonacincuando se propaga a
travs de la columna deexplosivo, como ya se ha indicado.Aunque la
presin de detonacin de un explosivodepende, adems de la densidad y
de la "VD, de losingredientes de que est compuesto, una frmula
quepermite estimar dicho parmetro es: !donde:VD2PD = 432 x 10-6 X
P. xPD = Presin de detonacin (Mpa).P. = Densidad del explosivo
(g/cm 3).VD = Velocidad de detonacin (m/s).1+ 0,8 x P.143Los
explosivos comerciales tienen una PD quevara entre 500 y 1,500 MPa.
Gneralmente, en rocasduras y competentes la fragmentacin seefecta
msfcilmente con explosivos de alta presin de detonacin,debido a la
directa relacin que existe entre estavariable y los mecanismos de
rotura de la roca.6. ESTABILIDADLos explosivos deben ser
qumicamente estables yno descomponerse en condiciones ambientales
normales.Un mtodo de probar la estabilidad es mediantela prueba
Abel, que consiste en el calentamiento deuna muestra durante un
tiempo determinado y a unatemperatura especfica, observando el
momento enque se inicia su descomposicin. Por ejemplo, la
nitroglicerinaa80C tarda 20 minutos en descomponerse.La estabilidad
de los explosivos es una de las propiedadesque est relacionada con
el tiempo mximode almacenamiento de dichas sustancias para que
s-tas no se vean mermadas en los efectos desarrollados