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Contenido 1.

INTRODUCCIÓN...............................................................................................................................3

2.

OBJETIVOS........................................................................................................................................4

3.

MARCO TEÓRICO............................................................................................................................5 3.1.

EXPLOSIVOS EN CARRETERAS............................................................................................6

3.2.

HISTORIA..................................................................................................................................6

3.3.

FUNDAMENTOS.......................................................................................................................7

3.4.

CLASIFICACIÓN.......................................................................................................................8

3.5.

PROPIEDADES........................................................................................................................14

3.6.

VOLADURAS...........................................................................................................................20

3.7.

APLICACIONES......................................................................................................................33

4.

EJERCICIOS DE APLICACIÓN......................................................................................................41

5.

RECOMENDACIONES....................................................................................................................47

6.

CONCLUSIONES.............................................................................................................................47

EXPLOSIVOS EN CARRETEREAS

1. INTRODUCCIÓN Los explosivos, han sido y serán una herramienta indispensable en la ingeniería civil porque a lo largo de los años se han utilizado, desde el imperio romano hasta la actualidad. Esta investigación es dedicada a los estudiantes de Ingeniería Civil que desean conocer acerca del uso de los explosivos en las construcciones, específicamente, en la voladura de los edificios. Esperando que la información recopilada sea de gran utilidad para los fines deseados.

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EXPLOSIVOS EN CARRETEREAS

2. OBJETIVOS

 Informar el empleo de los explosivos en la construcción de carreteras  Conocer la importancia de estos al ser utilizados  Mencionar los tipos de explosivos que existen  Indicar precauciones que se deben tener al emplear los explosivos

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EXPLOSIVOS EN CARRETEREAS

3. MARCO TEÓRICO

El detonador es la composición o mescla de dos sustancias, una explosiva y otra no explosiva. Son dos sustancias, una oxidante y otra no. Cuando un cartucho explota los gases son aproximadamente 100 000 veces el volumen inicial del cartucho. Para que haga el mejor efecto procuraremos que este el cartucho lo más cerrado posible. Para hacer una voladura barrenaremos el terreno, a continuaron llenamos el barreno con explosivo, y el espacio que quede del barreno sin rellenar se retaca, (tapar el agujero lo mejor posible) lo que permitirá una voladura mucho más efectiva. En caso de no realizar este retacado, la voladura “pegara bocazo”, es decir los gases producidos en la reacción se escaparan por la parte superior del agujero abierto, con lo cual perderemos mucha efectividad en la voladura.

3.1.

EXPLOSIVOS

EN CARRETERAS

Los explosivos

son empleados cuando no

se

utilizar

pueden

métodos

de

excavación

mecánica y alcanzar los

términos

económicos

rendimiento

planteados

y en

la

de obra.

Abriéndose paso, para poder desarrollar el proyecto que se tiene prestablecido, cumpliendo con los plazos y planos que indica el expediente.

3.2.

HISTORIA

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EXPLOSIVOS EN CARRETEREAS

Fue en el siglo XVII cuando se realizaron los primeros trabajos verificados para voladuras de roca en las minas reales de Shcemnitz en Ober-Biberstollen, Hungría, y a pesar de las limitaciones existentes por el equipo deficiente de esa época, los altos costos de la pólvora y la mala calidad del producto, el uso de la pólvora negra en minería se extiende a las minas de Cornwall, Inglaterra. Posteriormente se desarrollaron importantes avances tecnología tanto en países europeos como en los del nuevo mundo, destacándose personajes tales como Roger Bacon que escribió la fórmula de la pólvora negra en 1242, Ascanio Sobrero que descubrió la Nitroglicerina en 1846 y otros más como Alfredo Nobel, J.R. Glauber, el Dr. Watson, William Bickfordy Eleuthere lrenee Dupont. En la actualidad el procedimiento para aplicar la pólvora se ha transformado en una técnica basada en principios científicos, surgidos del conocimiento de las acciones ejercidas por los explosivos, de los mecanismos de rotura de la roca y de las propiedades geo mecánicas de los macizos rocosos. Las aplicaciones se desarrollaron a partir del primitivo invento de la pólvora negra, pasaron por los días de apogeo de la utilización las dinamitas, hasta culminar en la era moderna con el uso extensivo de explosivos nuevos y más seguros.

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EXPLOSIVOS EN CARRETEREAS

3.3.

FUNDAMENTOS TIPOS DE REACCION EN FUNCION DE LA CINETICA QUIMICA 





COMBUSTION: es una relación química de oxidación en la que generalmente se desprende una gran cantidad de energía. La velocidad de reacción es menor de 1 m/s y se puede observar a simple vista la reacción en forma de llama. DEFLAGRACION: Es una combustión súbita con llama a baja velocidad de propagación, sin explosión. La reacción que produce es idéntica a la combustión. DETONACION: Es una combustión supersónica que se caracteriza porque genera una onda de choque. La reacción suele estar comprendida entre 1.500 y 9.000 m/s, y la onda de presión producida sería del orden de 103atmósferas.

MECANISMO DE LA DETONACION Si se considera una carga cilíndrica que se detona por unos de sus extremos, se pueden distinguir las zonas siguientes:

-

Una zona de explosivo que todavía no ha detonado. Una zona de reacción primaria, que se propaga a una velocidad de varios miles de metros por segundo, en la cual tienen lugar las reacciones más rápidas y violentas. Una zona de reacción secundaria, donde se acumulan los productos de explosión, más lentos en su desplazamiento que la onda de choque.

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EXPLOSIVOS EN CARRETEREAS

3.4.

CLASIFICACIÓN

Cada tipo de explosivo tiene una composición específica y definida. Esto supone que sus características son diferentes, y en consecuencia cada explosivo tiene una aplicación diferente en función de las necesidades de la voladura.



DINAMITA Este tipo de explosivo, lleva en su composición, como elemento predominante el nitrato de amónico, además de combustibles y otros aditivos minoritarios. Dentro de la familia de las dinamitas se pueden distinguir dos tipos diferentes, gelatinosas y pulverulentas, en función de su composición.  DINAMITA PULVERULENTA: La dinamita pulverulenta está compuesta básicamente por nitrato amónico, un combustible que corrige su exceso de oxígeno y presenta las siguientes características: -

Baja potencia

-

Densidad media/baja (de 1 a 1,2)

-

Regular o mala resistencia al agua

-

Velocidad de detonación de 2.000 a 4.000 m/s

-

Poca sensibilidad al choque o a la fricción.

Se recomienda su uso en rocas de dureza media-baja sin presencia de agua y para voladuras de contorno.  DINAMITA GELATINOSA Una forma de corregir la mala resistencia al agua de las dinamitas pulverulentas y al mismo tiempo, aumentar su potencia. Se caracterizan por: -

Elevada potencia

-

Alta densidad (de 1.4 a 1.5)

7

EXPLOSIVOS EN CARRETEREAS

-

Buena o excelente resistencia al agua

-

Alta velocidad de detonación (de 4.000 a 7.000 m/s)

-

Cierta sensibilidad al choque o a la fricción.

Se recomienda su uso en rocas de dureza alta incluso con presencia de agua.



ANFO Explosivos compuestos por un 94% aproximadamente de nitrato amónico que actúa como oxidante y en torno a un 6% de gasoil que actúa como combustible. Las características de este explosivo son las siguientes: -

Baja/media potencia

-

Muy baja densidad (0.8)

-

Nula resistencia al agua, ya que el nitrato de amónico es soluble en el agua y pierde su capacidad de detonar.

-

Baja velocidad de detonación (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 multiplicadores.

Debido a su consistencia granular y a la solubilidad del nitrato, no resisten el agua, por lo que su aplicación en barrenos que contengan este elemento esta totalmente desaconsejada. Por el contrario, esta consistencia granular hace que el explosivo ofrezca una importante ventaja, y es que resulta muy fácil la carga mecanizada del mismo. En ocasiones se le introduce cierta cantidad de polvo de aluminio metal lo que incrementa la potencia del explosivo.

8

EXPLOSIVOS EN CARRETEREAS



HIDROGELES Se creó con el objetivo de mejorar la resistencia al agua de los explosivos de base nitrato amónico, que paradójicamente, incorporan cierta cantidad de agua en su composición. 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 detonación de 3.500 a 4.500 m/s

-

Menor sensibilidad a la fricción o al impacto

Se recomienda su aplicación en rocas de dureza media-alta, incluso con la presencia de agua.



EMULSIONES Se creó en la busca de un explosivo de la máxima seguridad y potencia que pueda ser utilizado en barrenos con agua, el cual cuenta con una fina película de 10−4mm de aceite mineral y un contenido de agua entre 14 y 20%. Tiene las siguientes características:



-

Alta velocidad de detonación (4.500 – 5.500 m/s).

-

Excelente resistencia al agua.

-

Mucha menor sensibilidad al choque o a la fricción.

Explosivos para minería de carbón y de seguridad En la minería del carbón 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. Las atmósferas potencialmente explosivas que se pueden presentar en la minería

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subterránea de carbón son debidas a la presencia, en proporciones diferentes, del denominado grisú, el polvo de carbón y una combinación de ambos. En España, estas minas y labores mineras subterráneas se rigen por el Reglamento General de Normas Básicas de Seguridad Minera (RGNBSM) que las clasifica: -

De primera categoría: Aquellas en las que no se han presentado grisú ni otros gases inflamables.

-

De segunda categoría: Aquellas en las que puede desprenderse en cantidad reducida grisú

-

De tercera categoría Aquellas en las que puede desprenderse en cantidad abundante grisú

-

De cuarta categoría

Aquellas en las que puede desprenderse de forma súbita grisú Salvo en las labores clasificadas de primera clase (aquellas en las que no hay presencia de grisú 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. -

Explosivos con aditivo inhibidor: El grado de seguridad se logra a partir de un aditivo que se comporta como inhibidor de la inflamación del grisú y del polvo del carbón. A medida que aumenta el contenido del producto inhibidor, se produce un incremento de la seguridad que siempre va acompañada de una pérdida gradual de las características explosivas.

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-

Explosivos de intercambio iónico: En este tipo de explosivo, la seguridad no se logra mediante la adición de un determinado tipo de inhibidor, sino que en la composición del producto entran a formar parte, como ingredientes, diversos compuestos cuya reacción en el momento de la detonación, tiene como resultado la formación del inhibidor en ese mismo instante.

-

Samsonita: Es una dinamita de seguridad para la minería del carbón; es una dinamita pulverulenta de bajo poder rompedor.



-

Velocidad de detonación* (m/s)=4720

-

Presión de detonación* (Kbar)=69

POLVORA NEGRA -

La pólvora negra tiene uso en cantería de bloques y pizarras para ornamentación. Sin embargo, conviene aclarar que no es un explosivo propiamente dicho, puesto que nunca llega a detonar, sino que deflagra únicamente

-

Se compone de NH4NO3 ó NaNO3 (75%), azufre (15%) y carbono (10%). Según sea su composición reacciona de distintas formas

-

Para calcular la cantidad de pólvora quemada en un tiempo dado, deduciendo de ella la de los gases producidos se hace preciso tener en cuenta la mayor o menor rapidez, o sea la velocidad de cada uno de los dos fenómenos que constituyen el de la deflagración, que son: la inflamación y la combustión.

-

Características mas importantes 11

EXPLOSIVOS EN CARRETEREAS

 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.  Su alta temperatura de combustión.  Su velocidad de reacción es baja confinada y en ciertos calibres puede llegar a velocidades de 500 m/s.  Es bastante sensible al roce y a la llama, por lo que necesita guardar las pertinentes medidas de seguridad en su manejo.  Los humos producidos en la combustión de la pólvora son tóxicos

3.5.

PROPIEDADES 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 energía del mismo aprovechada en la voladura. Esta propiedad depende fundamentalmente de la composición de explosivo, pudiendo optimizarse con la adecuada técnica de voladura. Existen diferentes métodos para valorar la potencia de un explosivo, siendo los más empleados los siguientes:  Péndulo Balístico: es un método que permite medir la potencia de un explosivo por comparación en forma de tanto por ciento en relación a la “goma pura” (que es una mezcla de NG y NC en determinada proporción) y que se utiliza como patrón y a la que se asigna el valor 100%. Este ensayo es solo práctico para explosivos sensibles al detonador y que sean de pequeño diámetro crítico.

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EXPLOSIVOS EN CARRETEREAS



Energía Relativa por unidad de peso y de volumen: es un procedimiento teórico, basado en el valor energético químico del explosivo y especialmente indicado para aquellos que son insensibles al detonador.

2. Velocidad de detonación: La detonación de una columna continua de explosivo provocará la transformación del explosivo en un gran volumen de gases a elevada temperatura y presión. La velocidad a la que se produce esta transformación se denomina velocidad de detonación, siendo su unidad de medida metros por segundo (m/s). Es importante distinguir entre la velocidad de detonación (de la reacción química) y de la onda de choque (transmisión física). La velocidad de detonación es una propiedad a tener en cuenta en la elección del explosivo. Se optará por explosivos que detonan lentamente, dando lugar a que su energía se desarrolle de forma progresiva, cuando se vuelen rocas blandas o se requiera una fragmentación gruesa, mientras que se debe escoger explosivos dotados de elevada velocidad de detonación cuando se pretendan fragmentaciones más intensas en rocas duras.

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3. Diámetro crítico: Es el diámetro de una carga cilíndrica por debajo del cual la onda de detonación no se propaga o lo hace a una velocidad muy inferior a la nominal.

4. Masa crítica: Es la mínima cantidad de explosivo que se necesita para que se produzca la detonación por efecto de una llama.

5. Resistencia al agua: Se entiende por resistencia al agua a la propiedad 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 utilización en barrenos con agua en su interior. Sin embargo, los productos pulverulentos y Anfos no resisten al agua por el carácter soluble del nitrato amónico. La resistencia al agua depende del estado de agregación de cada elemento de los explosivos. A modo de ejemplo, el nitrato amónico es muy poco resistente al agua ya que se disuelve en ella con facilidad; sin embargo y, en determinadas condiciones y en forma de emulsión o disolución saturada, es el componente principal de ciertos explosivos caracterizados por su buena resistencia al agua. 14

EXPLOSIVOS EN CARRETEREAS

6. Calidad de los humos : Los humos residuales son el conjunto de productos gaseosos resultantes de la reacción de detonación del explosivo entre los que se hallan vapores nitrosos (NOx), vapor de agua, monóxido de carbono (CO) y anhídrido carbónico (CO2). Los explosivos industriales poseen una composición tal que las reacciones químicas que se producen generan humos de voladura de limitado contenido en gases nocivos (CO y NOx), lo que indica que se produce una reacción química completa. No obstante, dado que, en general, las condiciones de aplicación se apartan de las condiciones teóricas, el nivel de gases tóxicos (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 después de una voladura, sin tener la seguridad de que se han ventilado los gases producidos en la misma, bien por medición directa o cálculo.

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7. Sensibilidad: Se puede definir la sensibilidad de un explosivo como el mayor o menor grado de energía de iniciación que hay que trasmitirle para que se produzca su iniciación y, a continuación, su detonación. Se pueden considerar diferentes aspectos relativos a la sensibilidad de los explosivos; unas afectan a la seguridad en la manipulación (fabricación, transporte y 

utilización)

y

otras

a

su

iniciación

en

la

voladura:

Sensibilidad al detonador: Los explosivos industriales se inician generalmente mediante la detonación de una pequeña carga de explosivo de alta potencia. Este explosivo puede estar ubicado en un detonador, en un cordón detonante, o en un multiplicador, según el procedimiento que se utilice para la iniciación.



Sensibilidad a la onda explosiva: Esta propiedad consiste en la capacidad de transmisión de la detonación entre los cartuchos de explosivo, bien sea colocados en línea y uno a continuación del otro o bien separados entre sí una determinada distancia. Este hecho se denomina “detonación por simpatía”.



Sensibilidad al choque y al rozamiento: Algunos explosivos industriales se inician cuando son sometidos a acciones de impacto o fricción. Esta propiedad viene delimitada mediante ensayos, de manera que todos los explosivos soportan sensibilidades mínimas determinadas.

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8. Selección de explosivos: Para seleccionar el explosivo a usarse en una situación determinada, es indispensable tener en cuenta su costo y sus propiedades. Deberá escogerse aquel que proporciones la mayor economía y resultados deseados. Tabla de algunos explosivos con sus propiedades y usos:

TIPO

AGENTE EXPLOSI VO

Dinamita nitrogliceri na

Nitroglice rina

Extra

Nitroglice 20 rina y 60% amoniaco

Granulada

Amoniaco

25 65%

a

Gelatina

Amoniaco

30 75%

a

ANFO

Amoniaco

………..

Alta

Hidrogeles

Amoniaco

40 75%

Muy alta

3.6.

RESISTEN VELOCI EMANACI CIA AL DAD ONES AGUA

FUERZ A ………. a

a

Alta Alta

Baja

Muy alta

USO

Trabajo a Exceso de Buena cielo gases abierto Trabajo a Exceso de Regular cielo gases abierto Trabajo a Exceso de cielo Muy mala gases abierto (canteras) trabajos De muy submarino De buena a pocos gases s y excelente a nulo subterráne os Trabajo a cielo Muy pocos Ninguna abierto y gases subterráne o Trabajos a Muy pocos cielo Excelente gases abierto y subterráne

VOLADURAS

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3.6.1. VOLADURAS EN BANCO Aquellas en que la roca presenta dos caras libres (paralela y perpendicular al barreno), sobre las que el explosivo puede ejercer su acción. El banqueo es la forma más sencilla de ejecución de voladuras de exterior (canteras, cortas, excavaciones). La aplicación de esquemas y cargas prefijados facilita la automatización. Consume entre el 80% y el 90% de los explosivos industriales. Para un diseño eficiente de la perforación y voladuras, es preciso calcular en secuencia interactiva, un grupo de variables configuradoras de un esquema estas variables se concretan en:  Diámetro del barreno  Altura del banco  Longitud del barreno  Inclinación de los barrenos  Retacado  Piedra  Espaciamiento  Sobre perforación  Geometría del frente libre  Tamaño del macizo a volar: longitud y anchura  Explosivos  Posibilidad de usar varios tipos de explosivo dentro de un barreno  Configuración de cargas  Longitud de carga  Desacoplamiento de las cargas

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3.6.1.1.

PERFORACIONES

Pequeño

33-50 mm

Pequeños

Medio

65-165 mm

subterránea Canteras, explotaciones medianas, excavaciones

180-450 mm

de obra civil Gran minería a c.a., alguna explotación de áridos

grande

desmontes,

túneles,

minería

para cemento 3.6.1.2.

FACTORES TECNICOS ESENCIALES Diámetro de perforación: se realiza en base a la altura de banco, tamaño óptimo de bloques; coste, Calidad y velocidad de perforación de la maquina Tipo de explosivo: deberá ser el que aporte mejor rendimiento con la perforación efectuada . De acuerdo con ello debe diseñarse el esquema de perforación (piedra, separación, pendiente y profundidad). Otro factor importante es la secuenciación.

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 V=B=P= “Piedra”, Distancia que hay del barreno a la cara / Mínima distancia del fondo del barreno a la cara libre del banco.  E= Espaciamiento o distancia que hay entre barrenos de una misma fila (m)  Hb= Altura de banco (m).  Sp=J= Sobre perforación, longitud de barreno perforada por debajo de la línea del piso de la cantera (m), necesario para cortar por la rasante el piso de la voladura. Si es escasa genera “repiés”, si es excesiva, puede “atronar” el terreno subyacente y ocasionar socavones.  r= T=Retacado, representa la longitud de barreno que queda sin carga  Qf=Cf= carga de fondo, cantidad de explosivo en Kg que se introduce en el fondo del barreno.  Qc=Cc= carga de columna, es el resto de explosivo en Kg que se introduce sobre la carga de fondo.

3.6.1.3.

IMFLUENCIA DE LOS FACTORES ADOPTADOS EN LA VOLADURA

 Diámetro  Altura del banco 3.6.1.3.1. DIAMETRO 

DIAMETRO PEQUEÑO

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EXPLOSIVOS EN CARRETEREAS

Ventajas: puede propiciar una mejor distribución del explosivo Desventajas: encarecimiento de costes de perforación, cebado e iniciación. Mayor tiempo requerido en carga, retacado y conexión 

GRAN DIAMETRO

Desventaja: Aumento del consumo específico y el retacado requerido. La granulometría puede ser inadecuada (Ej: Esquemas de perforación más grandes, pudiendo existir bloques formados por diaclasas y discontinuidades de amplio espaciamiento no atravesados por barrenos. Se aconseja que el espaciamiento entre barrenos sea menor que el existente entre fracturas) Ventajas: Elevación de la velocidad de detonación de los explosivos. Reducción del coste global de perforación y voladura. Posibilidad de mecanizar la carga de explosivo, Mayor rendimientos de perforación (m3 volados/m lineal perforado) Incremento de los rendimientos de las excavadoras. 3.6.1.4.

IMFLUENCIA DE LOS FACTORES GEOMETRICOS ADOPTADOS EN LA VOLADURA

 Inclinación del barreno  Retacado  Sobre perforación  Piedra y espaciamiento 3.6.1.4.1. INCLINACION DEL BARRENO Ventajas de las perforaciones inclinadas:  Mejor fragmentación, desplazamiento y esponjamiento del material (B se mantiene más uniforme, se incrementa el ángulo de trayectoria de proyección).  Menores problemas de posibles descabezamientos de barrenos por otros barrenos anteriores, reduciendo cortes y fallos posibles.  Taludes más sanos.  Mayor rendimiento de palas cargadoras (menor altura de pila de escombro, y mayor esponjamiento)

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EXPLOSIVOS EN CARRETEREAS

 Menor sobre perforación, mejor rendimiento de la perforación, mejor aprovechamiento energético, reducción de vibraciones.  Menor consumo específico de explosivo. Inconvenientes de las perforaciones inclinadas:  Mayor desviación en barrenos largos.  Incremento en la longitud de perforación.  Dificultades de posición y emboquille de equipos de perforación.  Requiere supervisión cuidadosa.  Reduce el empuje disponible en las perforadoras.  Mayor desgaste de fungibles.  Mayores esfuerzos en el mástil y la traslación.  La reducción de la altura de la pila es negativo en caso de trabajar con excavadoras de cables.  Dificultades de barrido.  Problemas para la carga del explosivo. 3.6.1.4.2. RETACADO Relleno de la parte superior del barreno con material inerte, con objeto de confinar los gases de explosión para que fragmenten debidamente la roca. Debe considerarse el tipo y tamaño del material, y la longitud de retacado Retacado insuficiente: escape prematuro de gases Retacado excesivo: bloques de la parte alta del barreno, vibraciones y poco esponjamiento.

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3.6.2. VOLADURAS EN CONTORNO Pueden definirse como labores especiales de perforación y carga que buscan la obtención de un frente limpio de la roca, mediante la generación de un plano de corte en el macizo. Se caracterizan porque la roca remanente se ve muy poco afectada por la detonación de los barrenos. Se emplea frecuentemente en túneles, obras públicas y minería de interior, dado que reduce el exceso de fracturación del macizo circundante a la labor, ofreciendo un corte limpio y un menor consumo de gunita. Disminuirá además el tiempo de saneo, incrementará el grado de seguridad, y reducirá la transmisión de vibraciones producidas por la voladura principal, permitiendo además la modificación del diseño de taludes.

3.6.3.

VOLADURAS DE INTERIOR

Comprenden

aquellas

voladuras

que

se

desarrollan

en labores subterráneas (minería,

obra

pública). Pueden distinguirse dos

tipos principales: 3.6.3.1.

CARACTERISTICAS

 Sistemas específicos para la perforación. 23

EXPLOSIVOS EN CARRETEREAS

 Mayores consumos específicos.  Mayor perforación específica.  Un grupo de barrenos (cuele), creará una segunda cara libre (abrirá hueco) para los restantes barrenos).  Importancia determinante de los humos de voladura en la selección del explosivo. 3.6.3.2.

ZONAS DE VOLADURA

 Cuele: Conjunto de barrenos que, cargados de barrenos o no, crean un hueco inicial en la galería, de tal manera que los barrenos posteriores encuentren una cara libre que facilite su acción. Comúnmente en el centro, si bien no tiene por qué ser siempre así.  Contra cuele: Corona de barrenos que circundan a los del cuele. A menudo se consideran parte de los del cuele, pero merecen trato diferenciado. El contra cuele ensancha el hueco creado por el cuele, y no presenta barrenos vacíos. Emplean secuencias de milisegundos en sus barrenos. Si bien son tiros sobrecargados, presentan menor consumo específico que el cuele.  Destroza: Área de barrenos comprendidos entre el contra cuele y el recorte. Es la parte principal de voladura en cuanto a volumen de arranque. El esquema suele ser más abierto que en el cuele, con menores consumos específicos de explosivo, empleándose frecuentemente en los barrenos carga selectiva.  Contorno: Fila de barrenos perimetrales que delimitan la sección del túnel o galería. En ocasiones se dividen en corona (techo) y hastiales (laterales, no en el piso). Los barrenos de recorte siempre se dan un poco angulados, y además de arrancar su piedra, si se disparan como recorte deben marcar el perfil final del túnel. En caso darse como voladura de contorno de recorte (habitual), deben salir con un número superior al del último de la destroza. Si se disparan como pre corte, pueden utilizarse detonadores eléctricos instantáneos o maestras de cordón detonante.

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EXPLOSIVOS EN CARRETEREAS

25

EXPLOSIVOS EN CARRETEREAS

3.6.3.3.

RENDIMIENTOS

Puede definirse como la distancia entre dos frentes consecutivos, pudiendo expresarse en tanto por ciento de la longitud de perforación (¡No la suma de las perforaciones de todos los barrenos individuales!). Un avance del 100% se produciría cuando dicha distancia entre frentes coincidiese con la profundidad del barrenado. Se considera un avance correcto aquel del 85-90%. Existen casos en que la presencia de diaclasas o lisos puede producir avances mayores que la longitud perforada (derrumbe, actuación de diaclasa como segunda cara libre…).

3.6.4. RIESGOS Y PROTECCION EN LOS TRABAJOS DE PERFORACION Y VOLADURAS 3.6.4.1.

PRINCIPALES RIESGOS DE LAS VOLADURAS

La voladura de rocas con explosivos es un sistema de arranque, que requiere de la aplicación de unas técnicas correctas de perforación y utilización de los explosivos y sus accesorios y que sin embargo, presenta unas limitaciones lógicas de su aplicación, derivadas de: La naturaleza propia del explosivo, que actúa poniendo en actividad una cantidad de energía , relativamente pequeña, en un tiempo muy corto, con una influencia notable sobre el entorno. 26

EXPLOSIVOS EN CARRETEREAS

Del medio sobre el que actúa, heterogéneo y variable de un punto a otro del mismo frente o zona de trabajo, cuanto más entre diversos lugares, y del cual siempre se tiene un conocimiento limitado. Las voladuras constituyen, pues, siempre una operación delicada, planteando unos riesgos que son precisos conocer y dominar. Sin entrar en un análisis detallado de los mismos, los principales problemas que presentan las voladuras, independientemente de los derivados del propio manejo de los explosivos, pueden agruparse en: 3.6.4.2.

FALLO EN EL DISPARO

Se puede distinguir el fallo en:  La iniciación de la voladura completa  La iniciación de un barreno, o de una serie de barrenos  Una porción de uno o varios barrenos. Los problemas a los que dan lugar son:  Recuperación del explosivo no activado después de la voladura  Roca mal fragmentada. Perfiles irregulares.  Explosivo acompañando a la roca arrancada  Necesidad de perforación y de voladuras suplementarias, con riesgos derivados de: Perforar junto a barrenos con explosivo y de proyecciones de roca. Hay pues un problema de precio de costo y sobre todo de seguridad 3.6.4.3.

PROYECCIONES

En toda voladura se produce una proyección del material arrancado, pudiendo llegar a preverse la forma y situación del montón volado, especialmente en aquellas voladuras en canteras, donde son conocidos el comportamiento de la roca y los parámetros de las voladuras con los que se espera obtener unos determinados resultados.  Una sobrecarga local, por causas diversas: un mal diseño de la voladura, desviaciones en las perforaciones. 27

EXPLOSIVOS EN CARRETEREAS

 Presencia de grietas, cuevas, diaclasas, etc.  Terreno suelto, por su propia naturaleza o por el efecto de voladuras anteriores. En las voladuras en bancos existe siempre una capa superficial, que puede ser superior a 1 m de espesor, de roca más o menos cuarteada por la voladura del banco superior. Hechos similares se dan en la voladura de repies o en la subsanación de fallos de voladuras anteriores.  intercalaciones de capas de distinta resistencia.  Son particularmente peligrosas las proyecciones cuando se sobrepasan las distancias de seguridad previstas, para cada tipo de voladura. Por consecuencia, es un riesgo que aumenta los costos de explotación por las onerosas y complicadas precauciones que llega a imponer. 3.6.4.4.

VIBRACIONES

Dependen fundamentalmente de:  La carga instantánea  De los tiempos de retardo empleados  De la distancia al punto de la voladura  De la naturaleza de los terrenos atravesados por la vibración. Dan lugar a problemas en el medio ambiente con repercusiones en el aspecto económico. 3.6.4.5.

RUIDOS

La onda aérea rara vez da lugar a daños, a pesar de lo cual su influencia en el Medio Natural es muy importante, constituyendo en muchos casos, el mayor motivo de reclamaciones. Hay que distinguir siempre entre los ruidos normales de una voladura, y los originados por:  Los iniciadores de la voladura, los detonadores y el cordón detonante, situados en la superficie del terreno.  La explosión dentro del barreno  La caída del material volado

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EXPLOSIVOS EN CARRETEREAS

 y los ruidos accidentales, con el mismo origen que las proyecciones, y a las que acompañan. Una buena práctica es cubrir los detonadores y el cordón detonante con una capa de tierra de 20/30 cm de altura. 3.6.4.6.

ENCENDIDOS INTEMPESTIVOS

El riesgo es muy elevado con el encendido por mecha. Actualmente, con los detonadores eléctricos, queda reducido al que puede producirse por corrientes erráticas. Durante:  las tormentas  en las proximidades de líneas eléctricas, o emisoras de radio  por corrientes estáticas y  en determinados casos de explotaciones de minas metálicas. El cumplimiento de las reglas de encendido, la conexión de los detonadores eléctricos inmediatamente antes de la voladura, y el empleo de detonadores insensibles o, si fuera necesario, altamente insensibles, permite la desaparición de este riesgo en la mayor parte de los casos. 3.6.5. MEDIDAS DE SEGURIDAD Son todas y cada una de aquellas reglas y normas que deben observarse, para el correcto desarrollo de los trabajos de perforación y voladuras. Pueden desglosarse en:  Medidas de seguridad en la perforación de barrenos  Medidas de seguridad en las voladuras 3.6.5.1.

MEDIDAS DE SEGURIDAD EN LA PERFORACION DE BARRENOS

 Antes del comienzo de los trabajos de perforación de una excavación, deben comprobarse y tener previstos los aspectos siguientes:  Las condiciones del terreno para un traslado e implantación con seguridad del equipo.

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 La existencia o no de servicios como: tuberías, conducciones enterradas, líneas eléctrica aéreas o subterráneas, etc.  Las condiciones de estabilidad de las áreas próximas a la zona del trabajo.  Seguimiento adecuado y riguroso de las maniobras de las máquinas, con verificación del apriete de roscas, manguitos y demás elementos de unión.  Sustitución de los accesorios de perforación desgastados, antes de que se produzca la parada por rotura.  Utilización del material de seguridad personal indicado como el casco, las botas, los guantes, los protectores contra el ruido, el polvo, etc.  Utilización adecuada de los sistemas de captación y control del. polvo de que dispongan los equipos.  Colocación de la señalización adecuada para las obras, así como para las protecciones personales y el tránsito de vehículos.  Iluminación adecuada de la zona de trabajos.  En labores de perforación de túneles y galerías, verificación de la ventilación suficiente de la zona de trabajo.  Colocación de los materiales arrancados de una forma selectiva en la escombrera, sin que se dificulte la operatividad de los restantes trabajos. 3.6.5.2.

MEDIDAS DE SEGURIDAD EN LAS VOLADURAS

 Manipulación de explosivos  Custodia de los materiales explosivos  Distribución del explosivo  Destrucción de explosivos y accesorios  Sistema de destrucción

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3.7.

APLICACIONES

Estos procedimientos de tiro se van extendiendo cada día a. nuevos campos. Actualmente sus aplicaciones principales son: la explotación de canteras, bancos de materiales superficiales y construcción de plataformas de apoyo para carreteras o vías férreas. Esto, no obstante, en muchos casos particulares, el tiro eléctrico utilizando retardos del orden de milésimas de segundo, da resultados sorprendentes, no ya en el grado de arranque y fragmentación, sino en lo que respecta a la vibración y seguridad de las instalaciones circundantes. En Obras Civiles, su uso se emplea en:

-

Túneles viales- hidroeléctricas:

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-

Vías:

-

Canales:

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-

Muelles

-

Demoliciones

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-

-

Derrumbes

PRECAUSIONES O RIESGOS

PRINCIPALES RIESGOS DE LAS VOLADURAS La voladura de rocas con explosivos es un sistema económico de arranque, que requiere de la aplicación de unas técnicas correctas de perforación y utilización de los

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explosivos y sus accesorios y que, sin embargo, presenta unas limitaciones lógicas de su aplicación derivadas de: - de la naturaleza propia del explosivo, que actúa poniendo en actividad una cantidad de energía, relativamente pequeña, en un tiempo muy corto, con una influencia notable sobre el entorno. - del medio sobre el que se actúa, heterogéneo y variable de un punto a otro del mismo frente o zona de trabajo, cuanto más entre diversos lugares, y del cual siempre se tiene un conocimiento limitado.

Las voladuras constituyen, pues, siempre una operación delicada, planteando unos riesgos que son precisos conocer y dominar. Sin entrar en un análisis detallado de los mismos, los principales problemas que presentan las voladuras, independientemente de los derivados del propio manejo de los explosivos, pueden agruparse en:

a) FALLOS EN EL DISPARO

Se puede distinguir el fallo en: - La iniciación de la voladura completa - La iniciación de un barreno, o de una serie de barrenos - Una porción de uno o varios barrenos. Los problemas a los que da lugar son: - Recuperación del explosivo no activado después de la voladura - Roca mal fragmentada. Perfiles irregulares. - Explosivo acompañando a la roca arrancada

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EXPLOSIVOS EN CARRETEREAS

- Necesidad de perforación y de voladuras suplementarias, con riesgos derivados de: perforar junto a barrenos con explosivo y de proyecciones de roca. Hay pues, un problema de precio de costo y, sobre todo, de seguridad. b) PROYECCIONES En toda voladura se produce una proyección del material arrancado, pudiendo llegar a preverse la forma y situación del montón volado, especialmente en aquellas voladuras en canteras, donde son conocidos el comportamiento de la roca y los parámetros de las voladuras con los que se espera obtener unos determinados resultados. Existe, sin embargo, el riesgo de proyecciones de rocas a distancias considerables (de varios centros de metros en algunos casos, que pueden ser debidas a: - Una sobrecarga local, por causas diversas: un mal diseño de la voladura, desviaciones en la perforación, etc. - Presencia de grietas, cuevas, diaclasas, etc. - Terreno suelto, por su propia naturaleza o por el efecto de voladuras anteriores. En las voladuras en bancos existe siempre una capa superficial, que puede ser superior a 1 m de espesor, de roca más o menos cuarteada por la voladura del banco superior. Hechos similares se dan en la voladura de repies o en la subsanación de fallos de voladuras anteriores. - intercalaciones de capas de distinta resistencia. - Son particularmente peligrosas las proyecciones cuando se sobrepasan las distancias de seguridad previstas, para cada tipo de voladura. Por consecuencia, es un riesgo que aumenta los costos de explotación por las onerosas y complicadas precauciones que llega a imponer.

c) VIBRACIONES Dependen fundamentalmente de: 36

EXPLOSIVOS EN CARRETEREAS

- La carga instantánea - De los tiempos de retardo empleados - De la distancia al punto de la voladura - De la naturaleza de los terrenos atravesados por la vibración Dan lugar a problemas en el Medio Ambiente, con repercusiones en el aspecto económico. d) RUIDOS La onda aérea rara vez da lugar a daños, a pesar de lo cual su influencia en el Medio Natural es muy importante, constituyendo en muchos casos, el mayor motivo de reclamaciones. Hay que distinguir siempre entre los ruidos normales de una voladura, y los originados por: - Los iniciadores de la voladura, los detonadores y el cordón detonante, situados en la superficie del terreno. - La explosión dentro del barreno - La caída del material volado - y los ruidos accidentales, con el mismo origen que las proyecciones, y a las que acompañan. Una buena práctica es cubrir los detonadores y el cordón detonante con una capa de tierra de 20/30 cm de altura. e) REPIES Son porciones de roca sin volar en la parte inferior del banco. Su origen puede ser muy variado: (Fig.15.1) - Insuficiente cantidad de explosivo - Inclinación desfavorable de los estratos, en relación con la orientación del frente 37

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- Grietas o cuevas, que impiden una carga total del barreno - Capas más blandas próximas a la parte inferior del banco - Presencia de agua en el barreno, cuando el explosivo es soluble - Repies anteriores no completamente volados, etc.

- durante la propia perforación, si el frente es alto y existen zonas de roca inestables - en la voladura, con riesgos de proyecciones especialmente peligrosas. Una buena parte de los repiés puede ser evitada con un diseño adecuado de los frentes, en función de las características del terreno a volar.

f) INCENDIOS INTEMPESTIVOS

El riesgo es muy elevado con el encendido por mecha. Actualmente, con los detonadores eléctricos, queda reducido al que puede producirse por corrientes erráticas durante: - las tormentas 38

EXPLOSIVOS EN CARRETEREAS

- en las proximidades de líneas eléctricas, o emisoras de radio - por corrientes estáticas y - en determinados casos de explotaciones de minas metálicas. El cumplimiento de las reglas de encendido, la conexión de los detonadores eléctricos inmediatamente antes de la voladura, y el empleo de detonadores insensibles o, si fuera necesario, altamente insensibles, permite la desaparición de este riesgo en la mayor parte de los casos. El sistema Nonel es intrínsecamente seguro frente a las cargas eléctricas. 4. EJERCICIOS DE APLICACIÓN 1. Encuentre el factor de carga o carga específica o factor de potencia. Sabiendo que el disparo tiene una malla de 8X8 mts, con un material de densidad de 2,62 Ton/mt3 y una profundidad de los pozos de 19 mts, se necesita dejar un taco superior de 6 mts y un taco de aire de 3 mts. El pozo tiene 15 mts de agua con un diámetro de 12 1/4" con una pasadura de 2,5 mts.  Solución:  Factor de carga o de potencia = kg explosivo /m3 (obras civiles) o Kg expl/ ton, (en minas). Tienes un banco perforado a 19 metros, y una pasadura de 2,5. Lo que cuenta entonces es la altura del banco, que sabemos que es: H =19 - 2,5 = 16,5 mt.  Como dicen que hay agua, no puedes utilizar ANFO, obligadamente una emulsión, cuya densidad vamos a estimar en 1,2 gr/cc (dada la profundidad). Además te indican que el taco de aire y el taco real suman 9 metros, eso deja entonces: 16,5 - 9 metros= 7,5 metros para la carga de explosivo.  Con la densidad del explosivo 1,2, y un diámetro de 12 1/4 ", sabiendo que: Carga total de explosivo por barreno = densidad del explosivo x la carga por metro de densidad x la altura de la columna del explosivo. 91.12 x 7.5m = 683,4 kg de explosivo, ( 91,12 kg/mt lineal, en 12 1/4"). 

El volumen a mover viene dado por la malla: 39

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8 x 8 x 16,5 =1056 m3 por cada tiro.  Factor de carga = 683,4/ 1056 Factor de carga =0,647 Kg/m3, o lo que es lo mismo a: 0,247 Kg/ton, en este último caso divides 0,647/2,62, para calcular por tonelada. (Densidad: 2,62). 2.

En este ejemplo vamos considerar que la malla de perforación y voladura (burden

x espaciamiento) es 5 m x 6 m. Se tiene en cuenta que se va hacer un cambio de explosivo en uso que es el ANFO que tiene una RBS es 1,00 y su longitud de carga es 8 m; con otros dos tipos de explosivos en el que se utilizará como carga de fondo una emulsión cuya RBS es 1,20 y la longitud de la carga es 3,00 m. Se usará como carga de columna el explosivo ANFO cuya RBS es 1,00 y la longitud de la carga es de 5,00 m.

Cambio de explosivo ANFO a otros dos tipos de explosivos.

 Cálculo de las nuevas dimensiones utilizando la siguiente ecuación

 Reemplazando:

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RPT: Esto significa que la nueva malla de perforación y voladura al cambiar los explosivos sería 5,12 m x 6,15 m.

3.

Con tres explosivos y tacos intermedios En este ejemplo también vamos considerar

que la malla de perforación y voladura (burden x espaciamiento) es 5 m x 6 m y se realizará el cambio del explosivo ANFO con tres tipos de explosivos con la distribución mostrada en la siguiente figura.

Cambio de explosivo ANFO a otros tres tipos de explosivos.

Cálculo de las nuevas dimensiones utilizando la siguiente ecuación

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Reemplazando: Esto significa que la nueva malla de perforación y voladura al cambiar los explosivos sería 5,24 m x 6,29 m.

4.

Se tiene el siguiente proyecto cuyos datos son:

DATOS:  Sección de la Chimenea: 1.2m x 2.4m  Característica de la roca: Dura  Peso Específico de la roca: 2.5 ton/m³  Se empleara una perforadora: Stoper  Longitud del barreno: 6 pies  Tipo de arranque: Corte Quemando  Φ de broca de perforación: 38 mm  Eficiencia de operación: 90% Se usaran los siguientes explosivos

CALCULOS TECNICOS PARA LA VOLADURA 

Calculamos el área de la sección:

Área de la Labor = Área Rectangular Área= (1.2m)*(2.4m) =2.88 m 2 42

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

Calculamos el número de taladros (Con la ecuación tradicional):

Valores para la roca de dura: dt= 0.5 y k= 2 (Valores de Tabla)

Numero de taladros= 21 taladros/ frente + 1 taladro de alivio Numero de taladros= 22 taladros/ frente 

Calculo de la cantidad de dinamita por disparo (Factor de Carga Lineal):

Factor de Carga Lineal según la ecuación de Calvin Konya

Dónde: dc = Factor de Carga Lineal (Kg/m) SG explosivo = Densidad del Explosivo (g / cm³) D taladro = Diámetro del Taladro (mm) Como el explosivo con que se cargara la mayoría de taladros es el Semexsa 65, entonces usamos este explosivo para calcular el factor de carga lineal y posteriormente el FACTOR DE POTENCIA.  Factor de Carga Lineal para SEMEXSA 65:



Calculo del volumen total volado:

Vol. volad= sección del frente*avance*eficiencia de la perforación en mima

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

Calculo del total de movimiento de tierra:

Ton. Total= (volumen volado)*(peso específico de la roca)

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5. RECOMENDACIONES



No se recomienda realizar actividades diferentes a lo que indica el manual de procedimientos de explosivos.



Utilizar todos los equipos de protección personal en la manipulación de explosivos.



No almacenar en lugares no autorizados ya que podrían generar un accidente.

6. CONCLUSIONES Los explosivos es un instrumento fundamental en el desarrollo productivo del país que se utiliza en casi todas las áreas de explotación minera y en el área de construcción con el fin de mejorar la competitividad económica, también se ha utilizado en otras actividades de carácter mundial que ha hecho un cambio de su funcionalidad, ya que anteriormente se utilizaba solo como arma de destrucción, es por eso la importancia de conocer todas las características de los diferentes explosivos que se pueden utilizar de manera comercial y militar con el fin de realizar trabajos sin ningún riesgo. A raíz de las investigaciones que hemos realizado en el grupo cabe destacar que los explosivos son una de las herramientas de mayor importancia que el hombre utiliza para realizar construcciones, este tema nos sorprendió en varios aspectos, como en el control que se debe llevar, pero sobre todo alfo en lo que la mayoría de la gente se centra, es el tema económico; a pesar de ser una técnica rápida resulta muy costosa, ya que facilita el trabajo de días por solo horas. Es por esto que su uso debe estar supervisado por alguien capaz y experto en el tema. Esto es lo que determina si son recomendables o no.

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