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CAMINOS II

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Ing. Augusto García

En carreteras 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.

1. METODOS TRADICIONALES Son técnicas dirigidas especialmente al rompimiento de material preferentemente menudo y homogéneo, procurando menor efecto en el entorno. BLANQUEO CONVENCIONAL; EN Canteras para proveer piedra y ripio. APERTURA DE TUNELES. VOLADURA CONTROLADA.

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 (3/4” 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.

Materiales Explosivos Productos químico que bajo la acción de un fulminante u otro estímulo externo reaccionan instantáneamente. Gran violencia, Fuerte efecto de impacto (onda de choque de alta velocidad y presión) Gran volumen de gases, que se expanden con gran energía. El impacto tritura la roca y los gases desplazan los fragmentos

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, solido liquido o gaseoso, gaseoso que por medio de reacción química de oxido reducción, 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: Combustión Reacción química capaz de desprender calor, que presenta un tiempo de reacción bastante lento. Deflagración: Deflagración es un proceso exotérmico, sinónimo de combustión rápida, su velocidad de propagación no excede los 1000 m/s. Detonación: 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.

Propiedades principales

Sensibilidad: Sensibilidad Capacidad para reaccionar con el fulminante o detonador

Propiedades principales

Simpatía: Simpatía Capacidad para trasmitir la onda de detonación a lo largo de toda su masa y a otros explosivos.

Clasificación de los explosivos

Primarios o iniciadores: iniciadores Muy sensibles y violentos, utilizan muy pequeñas cantidades como cargas en los fulminantes o detonadores

Clasificación de los explosivos

Secundarios o rompedores: rompedores Menos sensibles, con fuerte efecto de impacto y generación de gases, alta simpatía. Se emplean en mayor volumen como carga para triturar la roca. Se inician con los primarios

CEBO, PRIMA O PRIMER

• Comprende la combinación de un cartucho de alto explosivo (dinamita o emulsión explosiva) con un iniciador (fulminante, detonador o cordón detonante). • Se emplea para iniciar a los explosivos rompedores y agentes de voladura en los taladros perforados en la roca.

Productos utilizados en voladura • Iniciadores: Fulminante simple: Pentrita – Azida de Plomo

Productos utilizados en voladura • Iniciadores: • Detonador Eléctrico: Similar al fulminante común, se activa por una pequeña resistencia al paso de corriente eléctrica transmitida por alambres conductores.

Productos utilizados en voladura • Dinamita: Alto explosivo sensibilizado con nitroglicerina, nitroglicerina muy triturador, alta simpatía y sensibilidad

Productos utilizados en voladura • ANFO: ANFO Agente de voladura granular, seco, formado por nitrato de amonio y diesel, 94 % nitrato y 6 % de diesel en peso. Si aumenta diesel, disminuye energía y aumentan gases

Productos utilizados en voladura • Transmisores, conectores y retardadores Mecha o guía de seguridad: Mecha lenta, núcleo de pólvora negra recubierto por fibras de algodón, brea y forro plástico. 51 o 52 segundos/pie.

Productos utilizados en voladura • Transmisores, conectores y retardadores Mecha rápida de ignición: Cordón delgado flexible que contiene masa pirotécnica con alma de alambre, cubierta con forro plástico. Velocidad entre 10 y 60 m/s

Productos utilizados en voladura • Transmisores, conectores y retardadores Cordón detonante: detonante: Cordón explosivo resistente y flexible, con núcleo blanco de pentrita que explota en forma instantánea en toda su longitud V: 7000 m/s

Faces de la mecánica de rotura de un taladro de cara libre

Faces de la mecánica de rotura de un taladro de cara libre

Faces de la mecánica de rotura de un taladro de cara libre

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: Geometría: altura, ancho y Largo del banco, talud de cara libre. De perforación: perforación: Diámetro y longitud del taladro, malla. De carga: carga: densidad, columna explosiva, características fisico-químicas del explosivo. De tiempo: 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

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

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

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- (CF +Lr)

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)

C. TUNELES COYOTE, COYOTERAS O CALAMBUCOS (COYOTE BLASTING, HEADINGS) 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.

TUNELES COYOTE 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.

TUNELES COYOTE Para calambucos de una sola cámara en “T” 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.

TUNELES COYOTE 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.múltiple Proyecto para corte por desplome de la ladera de una colina de roca volcánica para una obra vial, con voladura coyote de varias cargas. 2. Diseño Diseño.- se proyecta abrir un túnel de acceso lateral que seguirá luego una dirección paralela a la cara frontal de la colina, en el que se practicarán cuatro cruceros (estacadas) de 3 m de longitud, perpendiculares a la cara libre, que servirán de cámaras de carga explosiva (C1-C2-C3-C4). El cuerpo de roca tiene entre 50 y 60 m de altura. Los burdenes de las cargas a la cara libre serán de: B1=10 M; B2= 17 M; B3 =17, 17,5 M Y B4 = 17 M.

Diagrama de distribución de cargas

Insertar figura pagina 279

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. 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 Gelatina Semi-gelatina Agentes granulares – Ejemplo EXAMON, ANFO Polvora negra (de cantera, poco usada)

0,15 0,22 0,24 0,55

Roca Roca suave Roca medianamente dura Roca dura Roca muy dura Roca fisurada, pero compacta

“b” 1,2 a 2 2,2 a 3 ,2 a 4 4,0 a 4,5 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 (cámara) C1 C2 C3 C4

B 10 m 17 m 17,5 m 17 m

B3 1 000 m3 4 913 5 359 4 913

Q= a.b.b3 0,48 x 1 000 = 480 kg 0,48 X 4 913 = 2 358 0,48 X 5 359 = 2 572 048 X 4 913 = 2 358 Carta Total

Q(Redondeo) 500 kg 2 350 2 550 2 350 7 750 kg

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

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.

Almacenamiento de Explosivos 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.

RECUERDE:

Con explosivos el primer Error puede ser el último.