MANUAL KONYA

Temario 1. INGENIERA DE EXPLOSIVOS.............................................................................................. 10

1.1. INTRODUCCIN.................................................................................................................... 10 1.1.1 FUENTES DE LA ENERGA DE LOS EXPLSIVOS ............................................................ 12 1.1.2 ENERGIA DE CHOOUE ......................................................................................................... 13 1.1.3 ENERGA DE GAS.................................................................................................................. 15 1.1.4 EXPLOSIVOS QUIMICOS...................................................................................................... 16 1.2 IDENTIFICACION DE PROBLEMAS CON LAS MEZCLAS .............................................. 22 2 MECANISMOS DE FRAGMENTACION DE LA ROCA ........................................................ 24 2.1 2.2 2.3 2.4 LA ENERGA DE CHOQUE EN LA FRAGMENTACION DE ROCA ................................. 24 CARGAS CONFINADAS EN BARRENOS............................................................................. 25 RIGIDEZ DEL BANCO............................................................................................................ 28 PROCESO DE FRAGMENTACION ....................................................................................... 30

3 PRODUCTOS EXPLOSIVOS..................................................................................................... 31 3.1 CARACTERISTICAS AMBIENTALES DE LOS EXPLOSIVOS ......................................... 31 3.1.1 SENSIBILIDAD ...................................................................................................................... 31 3.1.2 RESISTENCIA AL AGUA....................................................................................................... 32 3.1.3 VAPORES ............................................................................................................................... 34 3.1.4 FLAMABILIDAD.................................................................................................................... 35 3.1.5 RESISTENCIA A LA TEMPERATURA.................................................................................. 36 3.1.6 EL CICLADO DEL NITRATO DE AMONIO .......................................................................... 37 3.1.6.1 RESISTENCIA AL FRIO ................................................................................................... 39 3.2 CARACTERSTICAS DE DESEMPEO DE LOS EXPLOSIVOS ....................................... 41 3.2.1 SENSITIVIDAD ...................................................................................................................... 41 3.2.2 VELOCIDAD DE DETONACION........................................................................................... 42 3.2.3 PRESION DE DETONACION ................................................................................................. 43 3.2.4 DENSIDAD ............................................................................................................................. 44 3.2.5 POTENCIA.............................................................................................................................. 45 3.2.6 COHESIVIDAD....................................................................................................................... 46 3.3 EXPLOSIVOS COMERCIALES ............................................................................................. 47 3.3.1 DINAMITA ............................................................................................................................. 48 3.3.2 DINAMITA GRANULADA .................................................................................................... 49 3.3.2.1 DINAMITA PURA............................................................................................................... 49 3.3.2.2 DINAMITA EXTRA DE ALTA DENSIDAD ...................................................................... 50 3.3.2.3 DINAMETA EXTRA DE BAJA DENSIDAD ..................................................................... 50 3.3.3 DINAMTA GELATINA ......................................................................................................... 50 3.3.3.1 DINAMITA GELATINA PURA........................................................................................... 51 3.3.3.2 DINAMITA GELATINA DE AMONIO ............................................................................... 51 3.3.3.3 DINAMITA SEMIGELATINA ............................................................................................. 51 3.3.4 EXPLOSIVOS TIPO SUSPENSIN ........................................................................................ 52 3.3.4.1 SUSPENSIONES ENCARTUCHADAS........................................................................... 53 2

3.3.4.2 SUSPENSIONES A GRANEL .......................................................................................... 54 3.4 AGENTES EXPLOSIVOS SECOS .......................................................................................... 55 3.4.1 AGENTES EXPLOSIVOS ENCARTUCHADOS .................................................................... 56 3.4.2 ANFO A GRANEL .................................................................................................................. 57 3.4.3 NITRATO DE AMONIO RESISTENTE AL AGUA ................................................................ 57 3.4.4 PRODUCCION DE ENERGA DEL ANFO ............................................................................. 58 3.4.5 PROPIEDADES DE LAS PERLAS DE GRADO EXPLOSIVO ............................................... 59 3.4.6 ANFO PESADO....................................................................................................................... 61 3.5 EXPLOSIVOS DE DOS COMPONENTES ............................................................................. 63 4 INICIADORES Y DISPOSITIVOS DE RETARDO .................................................................. 64 4.1 INTRODUCCION..................................................................................................................... 64 4.2 FULMINANTES ELECTRICOS ............................................................................................. 64 4.2.1 ESTOPINES INSTANTNEOS............................................................................................... 66 4.2.2 ESTOPINES DE RETARDO DE PERIODO LARGO .............................................................. 66 4.2.3 ESTOPINES QE RETARDO EN MILISEGUNDOS ................................................................ 66 4.3 ESTOPINES DE RETARDO ELECTRONICO ...................................................................... 66 4.4 MAGNADET............................................................................................................................. 67 4.4.1 PRINCIPIOS DE OPERACION DEL DETONADOR E INICIADOR MAGNADET................ 67 4.4.2 FUENTE DE INICIACION ...................................................................................................... 68 4.4.3 DESCRIPCION DEL INICIADOR........................................................................................... 68 4.4.4 INICIADORES DESLIZANTES MAGNADET ....................................................................... 69 4.4.5 CARACTERSTICAS DE SEGURIDAD DECLARADAS ...................................................... 70 4.4.6 VENTAJAS OPERACIONALES DECLARADAS .................................................................. 70 4.5 MAQUINA EXPLOSORA SECUENCIAL.............................................................................. 71 4.6 SISTEMAS DE INICIACION NO ELECTRICOS .................................................................. 72 4.6.1 SISTEMA DE INICIACION DETALINE................................................................................. 72 4.6.2 CORDON DETALINE............................................................................................................. 73 4.6.3 RETARDOS MS DE SUPERFICIE DETALINE ...................................................................... 73 4.6.4 RETARDOS MS DE FONDO DETALINE............................................................................... 74 4.7 CORDON DETONANTE Y SISTEMAS DE RETRDO COMPATIBLES .......................... 74 4.8 CEBOS DE RETARDO............................................................................................................. 75 4.9 SISTEMAS DE INICIACION DE TUBOS DE CHOOUE....................................................... 76 4.9.1 INICIADORES DE TUBO DE CHOOUE LP ........................................................................... 77 4.9.2 PRIMADETS SERIES SL ....................................................................................................... 77 4.9.3 INICIADORES DE TUBO DE CHOQUE LLH.D..................................................................... 77 4.9.4 LINEAS TRONCALES CON RETARDO ................................................................................ 78 4.9.5 EZ DET (ENSIGN BICKFORD).................................................................................................. 78 5 SELECCIN DE CEBOS Y REFORZADORES....................................................................... 80 5.1 TIPOS DE CEBOS .................................................................................................................... 80 5.1.1 DETERMINACIN DE LA CANTIDAD NECESARIA.......................................................... 81 5.1.2 CRITERIOS DE SELECCIN DE UN CEBO.......................................................................... 82 5.1.3 GUAS DE SELECCIN DE CEBOS ...................................................................................... 84 5.2 REFORZADORES.................................................................................................................... 85 3

5.3 EFECTOS DEL CORDN DETONANTE EN LA LIBERACIN DE ENERGA................ 86 6 DISEO DE VOLADURAS ........................................................................................................ 88

6.1 BORDO...................................................................................................................................... 88 6.1.1 AJUSTE PARA EL TIPO DE ROCA Y EXPLOSIVO............................................................. 90 6.1.2 CORRECCIONES POR EL NUMERO DE HILERAS.............................................................. 93 6.1.3 CORRECCION POR FACTORES GEOLOGICOS .................................................................. 94 6.2 DISTANCIA DEL TACO.......................................................................................................... 96 6.3 SUB BARRENACION .............................................................................................................. 99 6.4 SELECCION DEL DIMETRO DE BARRENO.................................................................. 102 6.4.1 CONSIDERACIONES DE VOLADURA............................................................................... 102 6.4.2 TIEMPO DE INICIACION Y TOLERANCIA DEL INICIADOR........................................... 105 6.5 EFECTO DEL RETARDO DE TIEMPO EN LA FRAGMENTACION............................... 107 6.5.1 RETARDOS DE BARRENO A BARRENO ........................................................................... 108 6.5.2 RETARDOS DE HILERA A HILERA ................................................................................... 108 6.6 EFECTOS DEL TIEMPO DE INICIACIN EN LOS BARRENOS .................................... 110 6.6.1 TAMAO DE LA FRAGMENTACION ................................................................................ 111 6.6.2 APILAMIENTO O REPARTO DEL MATERIAL .................................................................. 111 6.6.3 GOLPE DE AIRE Y ROCA EN VUELO. ............................................................................... 112 6.6.4 VIBRACIN MXIMA ........................................................................................................ 112 6.6.5 TRASLAPE EN EL TIEMPO DE DISPARO.......................................................................... 113 6.6.6 EFECTOS DEL TIEMPO Y LA DISTANCIA........................................................................ 115 6.6.7 TOLERANCIA. DE LOS INICIADORES .............................................................................. 117 6.6.8 SOBRE-ROMPIMIENTO TRASERO Y LATERAL .............................................................. 119 7 DISEO DE PLANTILLAS ...................................................................................................... 120 7.1 PRINCIPIOS DE LAS PLANTILLAS DEVOLADURAS DE PRODUCCION.................... 120 7.1.1 INICIACION INSTANTANEA Y BANCOS BAJOS ............................................................. 122 7.1.2 INICIACION INSTANTANEA Y BANCOS ALTOS............................................................. 123 7.1.3 INICIACION RETARDADA Y BANCOS BAJOS................................................................. 124 7.1.4 INICIACION RETARDADA Y BANCOS BAJOS................................................................. 125 7.2 FRAGMENTACION MXIMA............................................................................................. 127 7.3 FRAGMENTACION DE ROCA Y CONTROL DE PARED ................................................ 128 7.3.1 FRAGMENTACION.............................................................................................................. 129 7.3.2 ECUACION DE KUZNETSOV ............................................................................................. 130 7.3.3 DISTRIBUCION DE TAMAO ............................................................................................ 130 7.3.4 RESULTADOS DE CAMPO.................................................................................................. 133 7.3.5 LIMITANTE DEL MODELO KUZ-RAM.............................................................................. 134 7.3.5.1 EFECTOS DE LOS PARAMETROS DE VOLADURA EN N" .................................... 134 7.3.5.2 EFECTOS DE EXPLOSIVOS MAS POTENTES ........................................................ 135 7.3.6 EFECTOS DE LA FRAGMENTACION EN EL CONTROL DE LA PARED......................... 135 7.4 PRODUCCION DE RIP-RAP................................................................................................. 154 7.5 CONSIDERACIONES DEL APILAMIENTO DE LA ROCA .............................................. 155 7.6 CUAS DE APERTURA ........................................................................................................ 158 7.7 CORTES EN BALCON O EN LADERAS.............................................................................. 161 4

7.8 DISEO DE ZANJAS ............................................................................................................. 162 7.9 VOLADURAS SECUNDARIAS............................................................................................. 166 7.9.1 PLASTEO .............................................................................................................................. 166 7.9.2 BARRENADO (MONEO) ..................................................................................................... 166 7.9.3 VOLADURAS AMORTIGUADAS ....................................................................................... 166 8 CONTROL DEL SOBRE ROMPIMIENTO ............................................................................ 168 8.1 VOLADURAS CONTROLADAS........................................................................................... 168 8.1.1 PRINCIPIOS DE OPERACION ............................................................................................. 169 8.1.2 EFECTOS DE LAS CONDICIONES GEOLOGICAS LOCALES .......................................... 175 8.1.3 PRECORTE ........................................................................................................................... 176 8.1.4 VOLADURA DE RECORTE (AMORTIGUADA) ................................................................. 179 8.1.5 VOLADURA DE RECORTE CON CORDON DETONANTE ............................................... 181 8.1.6 BARRENADO LINEAL ........................................................................................................ 182 8.1.7 EVALUACION DE RESULTADOS ...................................................................................... 183 8.1.8 CAUSAS DEL SOBRE-ROMPIMIENTO.............................................................................. 187 8.1.9 SOBRE-ROMPIMIENTO TRASERO.................................................................................... 187 8.1.9.1 SOBRE-ROMPIMIENTO LATERAL .............................................................................. 190 8.1.9.2 CONTROL DE LA ROCA EN VUELO ........................................................................... 190 9 DISEO DE VOLADURAS SUSTERRANEAS....................................................................... 192 9.1 INTRODUCCION................................................................................................................... 192 9.2 TIROS...................................................................................................................................... 192 9.2.1 DISEO DE ANILLOS CON BARRENOS VERTICALES ................................................... 194 9.2.1.1 DETERMINACION DEL BORDO................................................................................... 195 9.2.1.2 NUMERO DE ANILLOS .................................................................................................. 195 9.2.1.3 BORDO REAL.................................................................................................................. 196 9.2.1.4 ESPACIAMIENTO DE LOS BARRENOS EN CADA ANILLO (ESTIMADO)............. 196 9.2.1.5 NUMERO DE BARRENOS POR ANILLO .................................................................... 196 9.2.1.6 ESPACIAMIENTO REAL POR ANILLO........................................................................ 197 9.2.1.7 PROFUNDIDAD DE AVANCE ....................................................................................... 197 9.2.1.8 SUB-BARRENACION ..................................................................................................... 197 9.2.1.9 TACO ................................................................................................................................ 197 9.2.1.10 NGULO DE AJUSTE .................................................................................................. 197 9.2.1.11 TIEMPO DE RETARDO................................................................................................ 198 9.3 TUNELES................................................................................................................................ 200 9.3.1 CUAS QUEMADAS O DE BARRENO PARALELO.......................................................... 203 9.3.2 DISEO DE LOS BARRENOS DE CUA ............................................................................ 204 9.3.3 CALCULOS PARA LAS DIMENSIONES DE LA CUA QUEMADA ................................ 205 9.3.3.1 BARRENO (S) VACIO (S) (DH) ...................................................................................... 205 9.3.3.2 CALCULO DE B1 PARA EL CUADRO 1 ....................................................................... 207 9.3.3.3 CALCULOS SIMPLIFICADOS PARA CUAS QUEMADAS ...................................... 208 9.3.3.4 PROFUNDIDAD DEL BARRENO (H)............................................................................ 209 9.3.3.5 PROFUNDIDAD DE AVANCE (L) (ESPERADA) ......................................................... 209 9.3.3.6 BARRENOS AUXILIARES ............................................................................................. 209 5

9.3.3.7 BARRENOS DE PISO..................................................................................................... 210 9.3.3.8 BARRENOS DE CONTORNO (COSTILLA Y TECHO)............................................... 210 9.3.3.9 TIEMPO DE RETARDO DE LOS BARRENOS............................................................ 211 9.3.3.10 INICIADOR..................................................................................................................... 211 9.3.4 CUA EN V........................................................................................................................... 215 9.3.5 DISEO DE UNA CUA EN V............................................................................................. 217 9.3.5.1 DETERMINACION DEL BORDO................................................................................... 217 9.3.5.2 ESPACIAMIENTO ENTRE BARRENOS VERTICALMENTE .................................... 217 9.3.5.3 NGULO DE LA V........................................................................................................... 218 9.3.5.4 PROFUNDIDAD DE LA CUA O AVANCE (L)............................................................ 219 9.3.5.5 LONGITUD DEL TACO................................................................................................... 219 9.3.5.6 BARRENOS DE PISO Y AUXILIARES ......................................................................... 219 9.3.5.7 BARRENOS DE CONTORNO (COSTILLA Y TECHO)............................................... 219 9.3.5.8 NGULO DE AJUSTE .................................................................................................... 219 9.3.5.9 CARGADO DE LOS BARRENOS.................................................................................. 219 9.3.5.10 TIEMPO DE DISPARO ................................................................................................. 220 9.3.6 CUAS EN ABANICO.......................................................................................................... 222 9.3.7 METODO DE TUNEL Y BANCO ......................................................................................... 222 10 VIBRACION Y ONDAS SISMICAS....................................................................................... 225 10.1 ONDAS SSMICAS ............................................................................................................... 225 10.1.1 PARAMETROS DE LAS ONDAS ....................................................................................... 225 10.1.2 PARAMETROS DE VIBRACION ....................................................................................... 226 10.2 ENTENDIENDO LOS INSTRUMENTOS PARA LA VIBRACION .................................. 227 10.2.1 SENSOR SSMICO.............................................................................................................. 227 10.2.2 SISTEMAS DE SISMOGRAFO ........................................................................................... 228 10.3 REGISTROS DE VIBRACION Y SU INTERPRETACION............................................... 230 10.3.1 CONTENIDO DEL REGISTRO DEL SISMOGRAFO ......................................................... 230 10.3.2 PROCEDIMIENTO DE CAMPO Y GUIA DE OPERACION............................................... 232 10.3.3 INTERPRETACIONES PRACTICAS.................................................................................. 233 10.4 FACTORES QUE AFECTAN A LA VIBRACION.............................................................. 235 10.4.1 FACTORES PRINCIPALES ................................................................................................ 235 10.4.2 RELACION CARGA - DISTANCIA.................................................................................... 235 10.4.3 ESTIMANDO LA VELOCIDAD DE PARTICULA ............................................................. 237 10.4.4 CONTROL DE VIBRACIONES .......................................................................................... 238 10.4.4.1 VOLADURAS RTARDADAS ........................................................................................ 238 10.4.4.2 VELOCIDAD DE PROPAGACION VS. VELOCIDAD DE PARTICULA................... 239 10.4.4.3 DISTANCIA ESCALADA............................................................................................... 240 10.4.4.4 DISTANCIA ESCALADA AJUSTADA ......................................................................... 243 10.4.4.4.1 GRAF. DE VELOCIDAD ESCALADA PARTICULA................................................ 243 10.4.4.5 CALIBRACION DEL TERRENO .................................................................................. 245 10.4.4.6 FACTORES QUE TIENEN EFECTO SOBRE LA VIBRACION ................................ 245 11 NORMAS DE VIBRACION PARA VOLADURAS............................................................... 248

11.1 DESARROLLO DE LAS NORMAS..................................................................................... 248 6

11.1.1 CRITERIO RECIENTE DE DAOS .................................................................................... 250 11.1.2 CRITERIO ALTERNO DE VOLADURA ............................................................................ 252 11.1.3 NORMAS DE LA OFICINA DE MINERA DE SUPERFICIE ............................................. 253 11.1.4 FRECUENCIAS DE VIBRACION CARACTERSTICAS ................................................... 256 11.1.5 ANALISIS DE ESPECTRO.................................................................................................. 257 11.1.6 ESPECTRO DE RESPUESTA ............................................................................................. 259 11.1.7 VIBRACION A LARGO PLAZO Y FATIGA ...................................................................... 260 11.1.7.1 LA PRUEBA DE WALTER............................................................................................ 260 11.1.7.2 PRUEBAS CERL ........................................................................................................... 261 11.1.7.3 PRUEBAS DE KOERNER ............................................................................................... 261 11.1.8 EFECTOS DE LA VIBRACION .......................................................................................... 262 11.1.8.1 EFECTOS DIRECCIONALES DE LA VIBRACION.................................................... 262 11.1.8.2 EFECTOS NO DAINOS ............................................................................................. 263 11.1.8.3 CAUSAS DEL AGRIETAMIENTO DIFERENTE A LAS VOLADURAS.................... 264 11.2 SENSIBILIDAD A LA VIBRACION ................................................................................... 266 11.3 EFECTOS DE LAS VOLADURAS EN POZOS DE AGUA Y ACUFEROS ..................... 269 11.3.1 ACUFEROS........................................................................................................................ 269 11.3.2 EFECTOS DE LA VIBRACION .......................................................................................... 269 11.3.3 CORTE ABIERTO............................................................................................................... 271 12 CONTROL Y REGISTRO DEL GOLPE DE AIRE .............................................................. 272 12.1 GOLPE DE AIRE .................................................................................................................. 272 12.2 SOBREPRESION Y DECIBELES ....................................................................................... 272 12.3 RUPTURA DEL VIDRIO ..................................................................................................... 274 12.4 DISTANCIA ESCALADA PARA EL GOLPE DE AIRE .................................................... 275 12.5 REGIONES DE DAO POTENCIAL POR GOLPE DE AIRE .......................................... 276 12.5.1 CAMPO CERCANO ............................................................................................................ 276 12.5.2 CAMPO LEJANO Y ENFOQUE DEL GOLPE DE AIRE..................................................... 277 12.5.3 INVERSION ATMOSFERICA ............................................................................................ 277 12.5.4 EFECTO DEL VIENTO ....................................................................................................... 279 12.5.5 PROCEDIMIENTOS PARA EVITAR EL ENFOQUE DEL GOLPE DE AIRE .................... 281

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PREFACIO El propsito de este libro es el de familiarizar a los ingenieros civiles y mineros, contratistas y responsables de voladuras en los fundamentos bsicos del diseo de voladuras. La ejecucin de voladuras ha evolucionado de un arte a una ciencia, ya que, muchas de las variables de las voladuras se pueden calcular utilizando frmulas simples de diseo,

Este libro no tiene la intencin de ser un manual o enciclopedia de voladuras, ms bien pretende ensear un mtodo de diseo racional que sigue principios cientficos. Los mtodos de diseo paso por paso que se describen en este libro, llevarn al lector desde los conocimientos bsicos en explosivos hasta las consideraciones para un diseo de voladuras apropiado. El libro se concentr en los fundamentos del diseo de voladuras ms que en detalles que se pueden aprender de otros textos o de la propia experiencia en el campo. No se toma mucho tiempo en discutir las formas bsicas de amarres en los sistemas de iniciacin ni en informacin de este tipo, ya que sta est disponible en otras fuentes. Este libro le servir tanto al principiante como al profesional, porque clasifica una vasta cantidad de informacin disponible y propone un procedimiento de diseo lgico. El libro soporta el diseo con algunos de los principios y teoras bsicas que son necesarias para tener un entendimiento del por qu los cosas funcionan como lo hacen.

La industria de las voladuras est cambiando rpidamente con nuevas teoras, productos y tcnicas. La meta de los autores es proveer al lector con un mejor entendimiento de la tecnologa actual y proponer un mtodo para corregir los problemas ms comunes en las voladuras.

Las tcnicas, frmulas y opiniones expresadas en este libro se basan en la experiencia de los autores. Estas deben ayudar al lector a evaluar los diseos de voladuras y determinar si son razonables y si estos diseos funcionarn bajo condiciones normales.

Un rea relacionada con las voladuras que se mantiene cmo un arte es la evaluacin adecuada de las condiciones geolgicas con que se trabaja. La evaluacin incorrecta puede producir resultados pobres en la voladura. Una geologa compleja y otros factores pueden requerir de cambios en el diseo, diferentes a los mencionados en el libro. Sin embargo, los 8

mtodos presentados sern el primer paso para calcular las dimensiones de diseo de la voladura las cuales debern ser modificadas para compensar por condiciones geol6gicas poco usuales y locales.

Calvin J. Konya Enrique Albarrn N.

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1. INGENIERA DE EXPLOSIVOS

1.1. INTRODUCCIN

La mayora de las materias primas que utiliza la sociedad hoy en da, son producidas con el uso de explosivos en las minas alrededor del mundo. La construccin de carreteras, canales y edificios, se logra gracias a la ayuda de los explosivos. Inclusive la comida que consumimos a diario, no existira sin la ayuda de explosivas para producir fertilizantes y metales con los cuales se fabrican tractores y otros equipos agrcolas.

El uso de explosivos en minera y construccin data de 1627. De 1627 a 1865, el explosivo utilizado era la plvora negra; este es un explosivo muy diferente a los que se utilizan hoy en da. En 1865 Alfredo Nobel invent, en Suecia, la dinamita sobre la base de la nitroglicerina. Ms tarde, en 1866, invent6 las dinamitas gelatinosas. Estos nuevos productos eran ms energticos que la plvora negra y se utilizaban de diferente manera, ya que no haba necesidad de confinar el explosivo para obtener buenos resultados, cmo en el caso de la plvora negra. Desde 1867 hasta la mitad de los aos 1950, la dinamita se convirti en el caballo de batalla de la industria de los explosivos.

A mitad de los aos 50, apareci en el mercado un nuevo producto llamado ANFO (Ammonium Nitrate - Fuel oil), nitrato de amonio y diesel. Este producto es mucho ms econmico que la dinamita y hoy en da es la base de la industria de explosivos en Estados Unidos, ya que aproximadamente el 80% del explosivo utilizado es ANFO.

Los nuevos explosivos que aparecieron en escena durante las dcadas de 1960 y 1970, llamados suspensiones o hidrogeles han reemplazado a la dinamita en casi todos los campos de aplicacin. A finales de los aos 70, se obtuvo una variante de los hidrogeles, llamados emulsiones, que salieron al mercado. Estos emulsiones son simples de fabricar y se pueden aplicar de igual manera que los hidrogeles. Los explosivos comerciales se dividen en tres grandes categoras: dinamitas, agentes explosivos y suspensiones (llamados hidrogeles o emulsiones).

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Los problemas en voladuras generalmente son el resultado de un diseo de voladura deficiente, mala ejecucin del barrenado, mal cargado segn el diseo propuesto, o porque la masa rocosa fue errneamente evaluada.

Los parmetros de diseo tales cmo: bordo, taco, sub barrenacin, espaciamiento y tiempo de iniciacin, deben ser calculados cuidadosamente para que una voladura funcione de manera eficiente, segura y con niveles de vibracin y golpe de aire razonables.

En carreteras deben realizarse voladuras controladas para evitar el costo de mantenimiento, obteniendo taludes seguros y estables. Los responsables de la ejecucin de las voladuras controladas deben estar conscientes de los procedimientos de construccin para producir resultados ptimos y deben comprender cmo pueden afectar los factores geolgicos el aspecto final de los taludes.

La resistencia de un manto de roca puede variar en pequea o gran escala, dependiendo de su estructura geolgica. Las juntas, estratos, fallas y capas de lodo pueden causar problemas. Estas variaciones en la estructura requieren que el responsable en voladuras cambie sus diseos y mtodos para obtener resultados razonables. Por lo tanto, se debe deducir; sobre la base de indicadores superficiales, cmo ser la roca en planos ms profundos. Los barrenos proveen informacin acerca del tipo de estructura rocosa que van encontrando. Esto permite al responsable de voladuras hacer juicios objetivos, cuando realizar ajustes a su diseo de voladura, por los cambios en la estructura del manto roca. Debe tener un conocimiento amplio acerca de cmo funciona el explosivo durante la voladura. Sin ese conocimiento, las voladuras son slo un proceso aleatorio de prueba y error.

Este libro ha sido diseado para dar un acercamiento sistemtico al diseo de voladuras. La informacin se presenta de manera prctica, y provee al lector con informacin que lo lleva a un entendimiento de los fenmenos y a la anticipacin de resultados. Las frmulas presentadas son empricas y deben dar valores razonables para condiciones de trabajo generales. Sin embargo, condiciones geolgicas poco comunes requerirn de ajustes a estos valores calculados.

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1.1.1 FUENTES DE LA ENERGA DE LOS EXPLSIVOSCuando los explosivos reaccionan qumicamente, se liberan dos tipos principales de energa. El primero se llama energa de choque y el segundo energa de gas. Ambos tipos de energa se liberan durante el proceso de detonacin.

El responsable de voladuras puede seleccionar explosivos con diferentes proporciones de energa de choque o de gas para adaptarlas a un caso en particular. Si los explosivos se usan sin confinar, cmo cuando se cubre con lodo el explosivo para volar piedras grandes (comnmente llamado plasteo), o en el corte de elementos estructurales para demolicin, la seleccin de un explosivo con gran energa de choque es muy provechosa. Si los explosivos se usan de manera confinada dentro de un barreno, la seleccin de un explosivo que aporte una gran energa de gas es el indicado.

Para ayudarnos a imaginar la diferencia entre las dos energas, compararemos la reaccin del alto y bajo explosivo. Los bajos explosivos son aquellos que se deflagran o queman rpidamente. Estos explosivos pueden tener velocidades de reaccin de 600 a 1500 metros por segundo y no producen energa de choque. Un ejemplo de estos es la plvora negra. Los altos explosivos detonan y producen energa de gas y energa de choque. La figura 1.1 muestra el diagrama de un cartucho de bajo explosivo reaccionando. Suponiendo que la reaccin se detuviera cuando el cartucho ha sido parcialmente consumido y se obtiene un perfil de la presin, se observa una elevacin constante de la presin en el punto de reaccin, hasta que alcanza el mximo de presin. Los bajos explosivos slo producen energa de gas durante el proceso de combustin. Al detonar un alto explosivo produce un perfil de presin totalmente diferente (Figura 1.1).

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Figura 1.1 Perfiles de presin para Altos y Bajos Explosivos

Durante una detonacin de alto explosivo, la presin de choque viaja al frente de la reaccin, a travs del explosivo antes de que la energa de gas sea liberada. Esta energa de choque generalmente tiene una presin mayor a la energa de gas. Una vez que la energa de choque pasa, la energa de gas se libera. Proporcionalmente la energa de gas de un explosivo detonante (alto explosivo) es mucho mayor que la energa de gas liberada por un bajo explosivo. En la grfica de un alto explosivo se observan dos presiones distintas y separadas. La presin de choque es una presin transitoria, que viaja a la velocidad de detonacin del explosivo. Se estima que esta presin slo representa del 10% al 15 % de toda la energa de trabajo disponible en un explosivo. La presin de gas equivale del 85% al 90% de la energa til del explosivo que contina y sigue a la energa de choque. Esta presin produce una fuerza que se mantiene constante hasta que las paredes del recipiente del barreno se fisuran.

1.1.2 ENERGIA DE CHOOUEResumiendo: en los altos explosivos, el pico de presin viaja a travs del explosivo antes que la energa de gas sea liberada. Por lo tanto, hay dos presiones distintas y separadas, resultado de la reaccin de un alto explosivo y slo una en el caso de un bajo 13

explosivo. La presin de choque es una presin transitoria que viaja a travs del explosivo a la velocidad de reaccin y es seguida de la presin de gas.

Se cree comnmente que la energa de choque resulta de la presin de detonacin de la explosin. La presin de detonacin est en funcin directa de la densidad del explosivo y la velocidad de detonacin. Se calcula multiplicando la densidad del explosivo por la velocidad de detonacin al cuadrado y es una forma de energa cintica. El clculo de la presin de detonacin es muy complejo. Existen varios modelos de computadora para aproximar el resultado de esta presin. Desgraciadamente, los programas de computadora arrojan respuestas muy variadas. Hasta hace poco, no exista un mtodo fsico para medir la presin de detonacin; hoy en da stas ya existen y proporcionan mediciones exactas en el laboratorio; con esto, se podrn corregir paulatinamente los programas de computadora. Hasta que esto no suceda, se pueden usar muchas frmulas para obtener un nmero que tal vez se aproxime a la presin de detonacin. Podemos poner este ejemplo:

P=donde: P d Ve = = =

4.5 10 6 Ve2 d 1 + 0.8 d(KBar) (g/cm3)

Presin de detonacin Densidad del explosivo

Velocidad de detonacin (m/s)

La presin de detonacin o energa de choque puede ser considerada una forma de energa cintica y su valor mximo se da en la direccin de propagacin, esto significa que la presin de detonacin ser mxima en el extremo opuesto del cartucho al cual se inici la reaccin. Es una creencia general que la presin de detonacin a los lados del cartucho es prcticamente cero, ya que la onda de presin no se extiende a los lados del cartucho. Para obtener los efectos mximos de la presin de detonacin de un explosivo, es necesario colocar los explosivos sobre el material que se va a volar e iniciar la reaccin del lado opuesto al que est en contacto con el material. O colocar el cartucho de lado y disparado de manera que la detonacin sea paralela a la superficie del material, reduce los efectos de la presin de 14

detonacin; de esta forma el material est sujeto a la presin causada por la expansin radial de los gases, una vez que la onda de detonacin ha pasado. Esta aplicacin se puede observar en la voladura de piedras grandes con plasteo o en la colocacin de cargas externas en elementos estructurales durante demoliciones (Figura 1.2)

Figura 1.2 Voladura con Plasteo

Para usar al mximo la presin de detonacin es deseable tener la mayor rea de contacto posible ente el explosivo y el material. El explosivo debe ser iniciado en el extremo opuesto al que est en contacto con el material; debe seleccionarse un explosivo que tenga una velocidad de detonacin y densidad altas. La combinacin de alta densidad y alta velocidad de detonacin resultar en una alta presin de detonacin.

1.1.3 ENERGA DE GASLa energa de gas liberada durante el proceso de detonacin, es la causa de la mayor parte de la fragmentacin de la roca durante una voladura con cargas confinadas en los barrenos. La presin de gas, frecuentemente llamada presin de la explosin, es la presin que los gases en expansin oponen contra las paredes del barreno despus que la reaccin qumica ha terminado. La presin de la explosin resulta de la cantidad de gases liberados por unidad de peso del explosivo y de la cantidad de calor liberada durante la reaccin. Entre ms alta sea la temperatura producida, mayor ser la presin del gas. Si se libera mayor cantidad de gas a la misma temperatura, la presin tambin se incrementar. Para obtener un valor rpidamente, se supone que la presin de gas es de aproximadamente la mitad de la presin de detonacin (Figura 1.3)

15

Figura 1.3 Grfica de las presiones de Detonacin y Explosin

Debe sealarse que esto es slo una aproximacin y que pueden existir condiciones donde la presin de la explosin sobrepase a la presin de detonacin. Esto explica el xito del ANFO, el cul tiene una presin de detonacin relativamente baja y una presin de explosin relativamente alta. Las presiones de explosin son calculadas con modelos de computadora o bien con pruebas subacuticas. Las presiones de explosin pueden medirse tambin directamente en los barrenos, sin embargo, pocos fabricantes de explosivos usan esta nueva tcnica para catalogar sus productos. Una revisin de la qumica bsica de los explosivos nos ayudar a comprender cmo los metales pulverizados y otras substancias afectan a 1a presin de la explosin.

1.1.4 EXPLOSIVOS QUIMICOSLos explosivos qumicos son materiales que causan las reacciones qumicas muy rpidas para liberar productos gaseosos y energa. Estos gases bajo altas presiones liberan fuerzas sobre las paredes del barreno, lo que provoca que la roca se fracture.

Los elementos que forman los explosivos, generalmente se consideran ya sea elementos combustibles o elementos oxidantes (Tabla 1.1). Los explosivos usan el oxgeno 16

cmo elemento oxidante. El Nitrgeno es un elemento comn en los explosivos y se encuentra en forma lquida o slida, pero una vez que reacciona forma Nitrgeno gaseoso. Algunas veces podemos encontrar explosivos que contengan otros elementos adems de las combustibles y los oxidantes. Los metales en polvo, tales como el Aluminio, se utilizan en algunas frmulas. La razn para utilizarlos es que, durante la reaccin, los metales en polvo generan calor. Este calor eleva la temperatura de los gases, resultado de la reaccin de los otros ingredientes, provocando con esto una presin de explosin mayor.Tabla 1.1 Ingredientes de los explosivos

Ingrediente Nitroglicerina Nitrocelulosa Trinitrolueno (TNT) Nitrato de Amonio Nitrato de Sodio Diesel Pulpa de Madera Carbn Polvo de Aluminio Carbonato de Calcio Oxide de Zinc Cloruro de Sodio

Frmula Qumica C3 H509N3 C6H7011N3

Funcin Base Explosiva Base Explosiva Base Explosiva Portador de Oxgeno Portador de Oxgeno Combustible Combustible Combustible Sensibilizador, Combustible Anticido Anticido Supresor de Flama

C 7H50 6N H40 3N2 NaNO3 CH2 C6H1005 C Al CaCO3 ZnO NaCl

Los explosivos pueden contener otros ingredientes que en realidad no aportan nada a la energa de los explosivos en s. Estos ingredientes se les aaden a los explosivos para bajar la sensitividad o incrementar el rea de contacto. Ciertos ingredientes tales cmo el carbonato de calcio o el oxido de zinc funcionan cmo anticidos para incrementar la vida en almacn del explosivo. La sal de mesa comn, de hecho, hace que un explosivo sea menos eficiente ya que acta cmo un supresor de flama y esto enfra la reaccin. Por otro lado el aadir la sal permite usar el explosivo en ambientes saturados de metano, ya que una flama menos caliente y de corta duracin, hace menos probable que se provoque una explosin del

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metano. Esta es la razn por lo que los explosivos permisibles se usan en minas de carbn o en tneles en roca sedimentaria donde se puede encontrar metano.

Los elementos bsicos o ingredientes que producen trabajo directamente en las voladuras, son aquellos que generan gases cuando reaccionan, tales cmo: el carbn, el hidrgeno, el oxgeno y el nitrgeno.

Cuando el carbn reacciona con el oxgeno, puede formar ya sea, monxido o bixido de carbono. Para poder obtener la mxima temperatura de una reaccin, deseamos que los elementos se oxiden completamente, en otras palabras, que se forme bixido de carbono en vez de monxido de carbono. La tabla 1.2 muestra la diferencia en la temperatura generada cuando un tomo de carbn forma monxido de carbono, contra el caso donde un tomo de carbono forma bixido de carbono. Para poder liberar el mximo de energa de la reaccin explosiva, los elementos deben reaccionar y formar los siguientes productos:

a. E1 carbono reacciona para formar bixido de carbono. (Figura 1.4) b. El hidrgeno reacciona para formar agua. (Figura 1.5) c. E1 nitrgeno, slido o lquido, reacciona para formar nitrgeno gaseoso. (Figura 1.6)Tabla 1.2 Temperaturas de Formacin para diferentes Compuestos Qumicos

Compuesto Frmula

Formula Qumica

Peso Molecular 102.0 14.0 61.0 227.1 316.1 227.1 28.0 44.0 18.0 80.1

Qp o Q t (Kcal/Mol) -399.1 -7.0 -21.3 -82.7 -123.0 -13.0 -26.4 -94.1 -57.8 -87.3

Corundum Diesel Nitrometano Nitroglicerina PETN TNT Monxido de Carbono Bixido de Carbono Agua Nitrato de Amonio

Al2O3 CH2 CH 3O2N C3H509N3 C5H8012N4 C7H506N3 CO C02 H2O N2H403

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Aluminio Carbn Nitrgeno Monxido de Nitrgeno Bixido de Nitrgeno

Al C N NO N02

27.0 12.0 14.0 30.0 46.0

0.0 0.0 0.0 +21.6 +8.1

Figura 1.4 Reaccin Ideal del Carbn Oxgeno

Figura 1.5 Reaccin Ideal del Hidrgeno - Oxgeno

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Figura 1.6 Reaccin Ideal del Nitrgeno - Nitrgeno

Si slo ocurren las reacciones ideales del carbn, hidrgeno, oxgeno y nitrgeno, no queda ningn tomo de oxigeno libre ni tampoco hace falta ninguno. El explosivo tiene balance de oxgeno y produce la mxima cantidad de energa.

Si se mezclan dos ingredientes, tales cmo el nitrato de amonio y el diesel y se agrega diesel en exceso a la mezcla, se dice que la reaccin explosiva tiene balance de oxgeno negativo. Esto significa que no hay suficiente oxgeno para combinarse totalmente con el carbn y el hidrgeno y formar los productos finales deseados. En cambio, lo que ocurre es que queda carbn libre, as que se liberar monxido de carbono (Figura 1.7).

Si se le agrega poco combustible a la mezcla de nitrato de amonio y diesel, entonces sta tiene oxgeno en exceso, el cul no puede reaccionar con el carbn y el hidrgeno. A esto se le llama reaccin con balance de oxgeno positivo. Lo que ocurre es que el nitrgeno, que generalmente es un gas inerte, reaccionar formando xidos de nitrgeno (Figura 1.8). Si stos se forman, aparecern gases de color ocre y se reducir la energa de la reaccin.

La energa se reduce ya que los productos de la reaccin ideal liberan calor al formarse; los xidos de nitrgeno, en cambio, absorben calor cuando se forman. Esto se puede ver en la Tabla 1.2. El agua y el bixido de carbono tienen un signo negativo que significa que aportan calor cuando se forman. Los xidos de nitrgeno en la parte baja de la Tabla 1.2 tienen un signo positivo que significa que toman calor cuando se forman.

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El resultado final es que la reaccin ocurrir a una temperatura ms baja. La presin del gas se reduce si la temperatura de la reaccin disminuye. La Figura 1.9 muestra los productos que se forman de una reaccin con balance de oxgeno positivo.

Figura 1.7 Reaccin no Ideal del Carbn Oxgeno

Figura 1.8 Reaccin no ideal del nitrgeno - oxgeno

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Figura 1.9 Identificacin de Problemas Debidos a las Mezclas

1.2

IDENTIFICACION DE PROBLEMAS CON LAS MEZCLAS Existen signos visuales de la adecuada o inadecuada liberacin de energa. Los colores de

los gases son indicadores de la eficiencia de la reaccin que se relacione con la liberacin de la energa. Cundo aparece un vapor gris claro el balance de oxgeno es casi ideal y se libera el mximo de energa. Cundo los gases son de color ocre o amarillo, son indicacin de una reaccin ineficiente que puede deberse a una mezcla con balance de oxgeno positivo. Las mezclas con balance de oxgeno negativo producen gases de color gris oscuro y pueden dejar carbn en las paredes del barreno (figura 1.9).

Para demostrar la importancia del balance de oxgeno en la liberacin de energa, uno puede recurrir al ejemplo del nitrato de amonio y diesel que es un explosivo muy comn. Ya

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sea que se le aade poco o mucho diesel al nitrato de amonio, ocurrirn reacciones no deseadas que provocarn la prdida de energa.

La Figura 1.10 muestra la perdida de energa contra el porcentaje de diesel en la mezcla. Se puede observar que la cantidad ptima de diesel es de aproximadamente 6%. Cuando se agrega diesel en cantidad insuficiente y demasiado oxgeno queda en la mezcla, se producen xidos de nitrgeno y ocurre una gran prdida de energa. Con un 1% de diesel la prdida de energa es de 42%, aproximadamente. Si se agrega diesel en demasa, las prdidas de energa no son tan severas como en el caso anterior. Cundo el contenido de diesel es mayor a 6%, se formar monxido de carbono y carbn puro.

Figura 1.10 Prdida de Energa en el ANFO

Estos signos visuales le pueden dar al responsable de las voladuras una indicacin de si los explosivos estn funcionando de manera adecuada o no.

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2 2.1

MECANISMOS DE FRAGMENTACION DE LA ROCA

LA ENERGA DE CHOQUE EN LA FRAGMENTACION DE ROCA Las cargas sin confinar colocadas sobre piedras grandes y que se detonan posteriormente

producen energa de choque que se transmite a la piedra en el punto de contacto entre la carga y la piedra. Ya que la mayor parte de la carga no est en contacto con la piedra, la mayora de la energa til del explosivo se dispersa al aire y se desperdicia. Este desperdicio de energa se manifiesta como un golpe de aire excesivo. La presin de gas no se puede formar, ya que la carga est totalmente sin confinar, por lo tanto, la energa de gas hace poco (o nada) trabajo. Slo una pequea cantidad de la energa til del explosivo se aprovecha cundo las cargas se colocan de esta manera sobre las piedras.

Si comparamos dos ejemplos, uno donde la carga se coloca dentro de un barreno, en una piedra, y el barreno se tap hasta la boca y en el segundo caso la carga se coloca sin confinar sobre la piedra, encontraremos que se requiere muchas veces la cantidad de explosivo sobre la piedra para obtener la misma fragmentacin que con la carga confinada dentro del barreno.

Hace muchos aos se descubri que una capa de lodo colocada sobre la piedra y con los cartuchos de explosivo contenidos dentro de sta, provoca que la carga de explosivo ejerza una fuerza mayor hacia abajo sobre la piedra, lo cul no sucede si no se utiliza la capa de

lodo. Se podra concluir que el confinamiento de los gases causado por unos cuantos puados de lodo ayud en el proceso de fragmentacin. El sentido comn nos indicar que esto no es lgico ya que esa cantidad de lodo no puede resistir significativamente presiones que se aproximan a los cien mil kilo bares. Lo que puede suceder es que el lodo forme una especie de trampa de ondas, donde algo de la energa de choque desperdiciada, que en condiciones normales es disipada en el aire, es reflejada hacia la piedra (Figura 2.1).

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Figura 2.1

2.2

CARGAS CONFINADAS EN BARRENOS Son tres los mecanismos bsicos que contribuyen a la fragmentacin de la roca cundo las

cargas estn confinadas en barrenos. El primero y menos importante de estos mecanismos de fragmentacin es causado por la onda de choque. Cuando mucho, la onda de choque provoca micro fracturas en las paredes del barreno e inicia micro fracturas en las discontinuidades del bordo. Este pulso de presin transitorio se disipa rpidamente con la distancia desde el barreno y ya que la velocidad de propagacin del pulso es de aproximadamente 2,5 a 5 veces la velocidad mxima de propagacin de las grietas, el pulso sobrepasa rpidamente la propagacin de las grietas.

Los dos mecanismos originales de fragmentacin de la roca son el resultado de la presin de gas sostenida dentro del barreno. El explosivo slido se transforma en gas durante el proceso de detonacin, el barreno acta de forma similar a un recipiente cilndrico de presin. Las fallas en estos recipientes, tales como tuberas de agua o lneas hidrulicas, ofrecen una analoga a este mecanismo de fragmentacin de roca. Cuando el recipiente se somete a una presin excesiva, la presin ejercida de forma perpendicular a las paredes del recipiente provoca que se fracture en el punto ms dbil del recipiente. En el caso de tuberas de agua congeladas, una ranura longitudinal aparece paralela al eje de la tubera (Figura 22).

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El mismo fenmeno ocurre en otro tipo de recipientes de presin debido a la generacin de esfuerzos. Si un barreno es considerado como un recipiente de presin, esperaramos que las fracturas se orientaran paralelamente al eje del barreno. La mayor diferencia entre presurizar un barreno y una lnea de agua es el incremento proporcional de la presin. Un barreno se sobre presuriza casi de forma instantnea y por lo tanto no falla en el punto ms dbil de la pared. En lugar de ello, fallar simultneamente en muchos puntos. Cada fractura resultante se orientar paralela al eje del barreno. Este fenmeno de falla ha sido identificado por muchos aos y comnmente es llamado agrietamiento radial (Figura 2.3).

Figura 2.2 Fractura en Tuberas de Agua Congelada

Figura 2.3 Grietas Radiales en Plexigls

La direccin y extensin del sistema de grietas radiales pueden ser controladas seleccionando la distancia adecuada del barreno a la cara (bordo) (Figura 2.4)

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Figura 2-4 Influencia de la Distancia a la Cara en el Sistema de Grietas Radiales

El segundo mecanismo principal de fragmentacin ocurre cundo el agrietamiento radial ha concluido. Existe un intervalo de tiempo antes de que el segundo mecanismo entre en accin. Este segundo mecanismo afecta la fragmentacin perpendicularmente al eje de la carga.

Antes de discutir el segundo mecanismo, formemos una imagen mental de lo que ha pasado durante el proceso de agrietamiento radial. La onda de esfuerzo (choque) ha causado fracturacin menor o micro fracturas en las paredes del barreno y en las discontinuidades del bordo. La presin sostenida del gas, que sigue a la presin de choque, somete a las paredes del barreno a una tensin debido a los esfuerzos radiales generados y provoca que las microfracturas crezcan. La alta presin de los gases extiende las fracturas por todo el bordo. Este bordo en roca slida (masiva) se transforma de una masa slida, en una que est rota por las grietas radiales en muchas piezas con forma de cua o rebanada de pastel. Estas cuas funcionan cmo columnas, soportando el peso del bordo. Las columnas se hacen ms dbiles si la proporcin entre la longitud y el dimetro o relacin de esbeltez aumenta. Por lo tanto, una vez que un bordo masivo se transforma en piezas tipo cua, con una altura de banco fija, se debilita drsticamente debido a que la relacin de esbeltez se ha incrementado.

El proceso no se ha completado ya que el barreno que se expande contiene an gases a muy altas presiones. Estos gases someten a las cuas a fuerzas que actan perpendicularmente al eje del barreno. Se puede decir que estas fuerzas empujan hacia el punto de alivio o la lnea de menor resistencia. Este concepto de alivio perpendicular al eje del barreno se conoce desde hace mas de cien aos. Debe haber alivio disponible perpendicular al eje del barreno para que las cargas contenidas en ste funcionen adecuadamente. Si no hay alivio, slo se formarn grietas radiales y los barrenos harn crteres o el taco saldr 27

disparado hacia arriba. En cualquier caso, la fragmentacin disminuye y los problemas ambientales aumentan.

2.3

RIGIDEZ DEL BANCO En la mayor parte de las operaciones, el primer movimiento visible ocurre cuando la cara

se arquea hacia afuera cerca del centro. Dicha de otra forma, la porcin central de la cara se est moviendo ms rpido que la parte inferior o superior del bordo (Figura 2.5).

Figura 2.5 Diagrama del Doblamiento Asimtrico

Este tipo de arqueo o accin de doblaje no siempre ocurre. Se pueden dar casos donde en lugar de que el centro se arquee hacia fuera, es la parte inferior o superior del bordo la que se desplaza hacia afuera en forma de cantilever (Figura 2.6).

Figura 16 Diagramad de Doblamiento en Cantilever

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En cualquiera de estos casos, el movimiento diferencial provoca que el bordo se rompa en la tercera dimensin. Este mecanismo de fragmentacin se ha llamado ruptura por cortante o fallo por cortante. Para discutir apropiadamente la falla por cortante, debemos estar conscientes que cada una de estas columnas de roca en forma de cua, causados por el agrietamiento radial tambin estar sometidas a una fuerza perpendicular a la longitud de la columna. Esto sera similar a las condiciones de carga de una viga, donde el factor de rigidez es significativo. El factor de rigidez relaciona el espesor de la viga a su longitud. El efecto de la rigidez puede ser explicado usando, como ejemplo, un lpiz. Es relativamente fcil romper el lpiz con la fuerza ejercida con los dedos. Sin embargo, si se ejerce la misma fuerza en un lpiz de 5 cm. de longitud, resulta ms difcil romperlo. El dimetro del lpiz no ha cambiado, lo nico que cambi fue su longitud. Un fenmeno similar de rigidez ocurre en las voladuras. La roca del bordo es ms difcil de romper con falla por cortante cuando la altura del banco se aproxima a la longitud del bordo. Cuando la altura del banco es muchas veces la longitud del bordo, la roca del bordo se rompe con ms facilidad.

Existen dos modos generales de falla por cortante en el bordo. En el primero, el bordo se dobla hacia afuera o se abulta en el centro ms rpido que en la parte superior o inferior. En el segundo, cualquiera de los extremos del bordo se mueve a mayor velocidad que el centro. Cuando la roca se abulta en el centro, se provocan tensiones en la cara y compresiones cerca de la carga. En esta condicin, la roca se fragmentar hacia atrs de la cara hasta el barreno (Figura 2.5). Este modo de falla generalmente conlleva a una fragmentacin ms deseable.

En el segundo modo, la roca se desplaza hacia afuera en cantiliver (Figura 2.6) y la cara del banco se somete a compresin y las paredes del barreno a tensin.

Este segundo caso no es deseable. Este mecanismo ocurre cuando las grietas entre barrenos se unen antes de que el bordo se rompa y normalmente es causado por espaciamiento insuficiente entre barrenos. Cundo las grietas entre barrenos alcanzan la superficie, los gases pueden escaparse prematuramente antes de haber completado todo el trabajo potencial. El resultado puede ser golpe de aire y roca en vuelo severos, as como problemas en la parte inferior del banco.

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El mecanismo de doblamiento o falla por cortante se controla seleccionando los espaciamientos adecuados y los tiempos de iniciacin entre barrenos contiguos. Cuando el tiempo entre barrenas resulta en cargas que estn siendo retardadas una de otra a lo largo de la misma hilera de barrenos, el espaciamiento debe ser menor al requerido si todos los barrenos de la misma hilera se dispararon simultneamente. La seleccin del espaciamiento apropiado es afectada por el factor de rigidez. A medida que se reducen las alturas del banco comparadas con el bordo, se debe reducir tambin el espaciamiento entre barrenos para superar los problemas de la rigidez

2.4

PROCESO DE FRAGMENTACION El proceso de fragmentacin de la roca ocurre en cuatro pasos claramente definidos.

Cundo detona un explosivo, una onda de esfuerzo se mueve a travs de la roca uniformemente en todas direcciones alrededor de la carga. Entonces las grietas radiales se propagan predominantemente hacia la cara libre. Despus de que el proceso de las grietas radiales ha terminado, gases a altas presiones penetran por las grietas hasta aproximadamente 2/3 de la distancia entre el barreno y la cara libre a travs de todo el sistema de grietas radiales. Slo despus de que el gas ha tenido tiempo de penetrar en el sistema de grietas, los esfuerzos en la cara son de magnitud suficiente para causar que la cara se mueva hacia afuera. Antes de que la cara empiece a moverse y doblarse hacia fuera, se crean fracturas en la tercera dimensin como resultado de la falla por cortante o doblamiento.

30

3

PRODUCTOS EXPLOSIVOS

3.1

CARACTERISTICAS AMBIENTALES DE LOS EXPLOSIVOS La seleccin de un explosivo que se usar para una tarea en particular se basa en dos

criterios principales. El explosivo debe ser capaz de funcionar segura y confiablemente bajo las condiciones ambientales donde se va a usar y. el explosivo debe ser el que resulte ms econmico para producir los resultados finales deseados. Antes de que el responsable de las voladuras seleccione el explosivo que usar para un trabajo en particular debe determinar qu explosivos son adecuados para las condiciones ambientales y las caractersticas de operacin que se adapten a la economa del proyecto. Se considerarn cinco caracterstica en la seleccin de un explosivo que tienen que ver con factores ambientales: sensibilidad, resistencia al agua, vapores, flamabilidad y resistencia a la temperatura.

3.1.1 SENSIBILIDADSensibilidad es la caracterstica que tiene un explosivo para propagar la reaccin a todo lo largo de la carga y controla el dimetro mnimo para usos prcticos.

La sensibilidad se mide al determina el dimetro crtico de un explosivo. El trmino dimetro critico se usa frecuentemente en la industria de los explosivos para definir el dimetro mnimo en el cul un compuesto explosivo en particular detonar confiablemente. Todos los compuestos explosivos tienen un dimetro critico. Para algunos compuestos puede ser tan pequeo cmo un milmetro. Por otra parte, otro compuesto puede tener un dimetro crtico de 100 milmetros. El dimetro del barreno propuesto para un proyecto especfico determinar el dimetro mximo de la carga de columna. Este dimetro de la carga debe ser mayor al dimetro critico del explosivo que se usar en ese barreno. Por lo tanto, al seleccionar con anticipacin ciertos dimetros de barreno, uno puede eliminar ciertos productos explosivos para usarse en ese proyecto en particular (tabla 3.1).

31

La sensibilidad es tambin una medida de la habilidad del explosivo para propagar la reaccin de cartucho a cartucho, asumiendo que el dimetro es superior al crtico. Se puede expresar cmo la distancia mxima de separacin (en centmetros) entre un cartucho cebado (donador) y uno sin cebar (receptor), donde la transferencia de la detonacin ocurrir.Tabla 3.1 Sensibilidad (dimetro crtico)

Tipo 50mm

X X

X X

X X

X

3.1.2 RESISTENCIA AL AGUALa resistencia al agua es la habilidad de un explosivo de soportar el contacto con el agua sin sufrir deterioro en su desempeo. Los productos explosivos tienen dos tipos de resistencia al agua: interna y externa. La resistencia al agua interna se define como la resistencia al agua que provee la composicin misma del explosivo. Por ejemplo, algunas emulsiones e higrogeles pueden ser bombeados directamente al barreno lleno de agua. Estos explosivos desplazan el agua hacia arriba pero no se mezclan con ello y no muestran deterioro si se disparan dentro de un tiempo razonable. La resistencia al agua externa se provee no por los materiales propios del explosivo, sino por el empaque o cartucho dentro del que se coloca el material. Por ejemplo, el ANFO no tiene resistencia al agua interna, sin embargo, si se coloca dentro de una manga de plstico o un cartucho en el barreno, puede mantenerse seco y se desempear satisfactoriamente. La manga o el cartucha proveen la resistencia al agua externa para este producto en particular. 32

El efecto que tiene el agua en los explosivos, es que puede disolver algunos de los ingredientes o enfriar a tal grado la reaccin que los productos ideales de la detonacin no se formarn an cuando el explosivo est balanceado de oxgeno. La emisin de vapores caf rojizos o amarillos en una voladura, muchas veces es indicacin de una detonacin poco eficiente causada, frecuentemente, por el deterioro del explosivo debido al agua. Esta situacin se puede remediar si se utiliza un explosivo con mayor resistencia al agua o si se usa un empaque externo mejor.

Los fabricantes de explosivos pueden describir la resistencia al agua de dos formas. Una forma es usar trminos tales cmo excelente, bueno, regular o malo (Tabla 3.2). Cundo se encuentra agua en las operaciones de voladuras, un explosivo catalogado por lo menos cmo regular debe seleccionarse y debe dispararse lo ms pronto posible despus de cargado. Si el explosivo va a estar en contacto con el agua por un perodo considerable de tiempo, es aconsejable seleccionar un explosivo catalogado por lo menos cmo bueno. Si las condiciones de agua son severas y el tiempo de exposicin es significativo, un responsable de voladuras prudente debe seleccionar un explosivo con uno excelente resistencia al agua. Los explosivos con resistencia al agua mala no deben usarse en barrenos hmedos.Tabla 3.2 Resistencia al Agua

Tipo Dinamita Granulada Dinamita Gelatina Emulsin Encartuchada Emulsin a Granel ANFO Colocado Neumticamente ANFO Vaciado ANFO Encartuchado ANFO Pesado *Se vuelve mala si el empaque se rompe

Resistencia Mala a Buena Buena o Excelente Muy Buena Muy Buena Mala Mala Muy Bueno* Mala o Muy Bueno

La segunda forma de catalogar la resistencia al agua de los explosivos es por nmeros. Por ejemplo: la resistencia al agua Clase 1 indica una tolerancia al contacto con el agua por 33

72 horas sin deterioro; la Clase 2 - 48 horas, Clase 3- 24 horas y Clase 4 - 12 horas. El mtodo descriptivo de catalogar la resistencia al agua es el ms comnmente usado en las hojas tcnicas de los productos explosivos. En general, el precio de un producto est relacionado con la resistencia al agua. Entre ms resistencia al agua tenga el explosivo, mayor ser el precio.

La habilidad para permanecer sin cambios ante presiones estticas altas se conoce cmo: tolerancia a la presin del agua. Algunos compuestos explosivos se densifican y desensibilizan debido a las presiones hidrostticas que se dan en barrenos muy profundos. Una combinacin de otros factores como clima fro y cebos pequeos contribuirn al fracaso.

3.1.3 VAPORESLa clase de vapores de un explosivo se mide de acuerdo a la cantidad de gases txicos producidos en el proceso de detonacin. El monxido de carbono y los xidos de nitrgeno son los gases principales que se consideran en la catalogacin de vapores. Aunque la mayora de los agentes explosivos comerciales estn cercanos al balance de oxigeno para reducir al mnimo los vapores y optimizar la liberacin de energa, estos vapores se generarn y el responsable de las voladuras tiene que estar conciente de esto. En la minera subterrnea y en la construccin, los problemas que pueden resultar de la produccin de estos vapores sin la ventilacin adecuada son obvios. Cabe sealarse que en las operaciones de superficie, especialmente en cortes muy profundos o zanjas, la produccin de vapores y su retencin pueden ser peligrosas para el personal asignado a ese trabajo. Algunas condiciones de voladura pueden producir vapores txicos an cundo el explosivo est balanceado de oxgeno. Algunas de estas condiciones son: dimetro de la carga insuficiente, resistencia al agua inadecuada, cebado deficiente y prdida prematura del confinamiento.

El Instituto de Fabricantes de Explosivos de los Estados Unidos (IME) ha adoptado un mtodo de catalogar vapores. La prueba se llev a cabo por el mtodo de Bichel Gauge. Se mide el volumen de gases venenosos liberados por cada 200 gramos de explosivo, si se producen menos de 4530 cm3 de vapores txicos entonces el explosivo se cataloga como 34

clase 1. Si se producen entre 4530 cm3 y 9344 cm8 entonces se cataloga clase 2 y entre 9344 cm3 y 18972 cm3 clase 3. Los productos ms comunes se catalogan de forma cualitativa en la tabla 3.3Tabla 3.3 Calidad de Vapores

Tipo Dinamita Granulada Dinamita Gelatina Emulsin Encartuchada ANFO Colocado neumticamente ANFO Vaciado ANFO Encartuchado ANFO Pesado *Puede ser Mala bajo condiciones adversas.

CALIDAD Mala a Buena Regular o Muy buena Buena a Muy buena Buena* Buena* Buena a Muy buena Buena *

Hablando estrictamente, el bixido de carbono no es, en s, un gas txico. Sin embargo, muchas muertes han ocurrido a lo largo de los aos debido a la generacin de grandes cantidades de bixido de carbono durante las voladuras en reas confinadas. Aunque el bixido de carbono no es venenoso, se produce en grandes cantidades en la mayora de las voladuras y provoca que los msculos con movimiento involuntario del cuerpo dejen de funcionar. En otras palabras, el corazn y los pulmones dejan de trabaja si se encuentran con concentraciones altas de bixido de carbono. Concentraciones del 18% o ms en volumen, pueden provocar la muerte por asfixia. Otro problema que presenta el bixido de carbono es que tiene una densidad de 1.53 si se compara con el aire, y tiende a estancarse en los sitios ms bajos de la excavacin o donde hay poco movimiento. Una solucin prctica al problema es usar aire comprimido para diluir cualquier alta concentracin posible en las depresiones de las zanjas.

3.1.4 FLAMABILIDADLo flamabilidad es la caracterstica que tiene un explosivo para iniciar la reaccin con facilidad a partir de una chispa, flama o fuego. Algunos explosivos explotan debido a una 35

chispa mientras que otros pueden ser quemados y no detonan. La flamabilidad es importante desde el punto de vista del almacenamiento, transportacin y uso. Algunos explosivos, aunque son muy econmicas, han perdido mercado debido a la flamabilidad. Un buen ejemplo es el LOX (Liquid Oxigen and Carbon), oxigeno lquido y carbn, que fue utilizado en la dcada de los 50's como agente explosivo. Su alta flamabilidad y los problemas relacionados con la seguridad provocaron su retiro del mercado. La mayora de los compuestos explosivos que se utilizan hoy en da no tienen una flamabilidad cercana a la del LOX, sin embargo, todava ocurren accidentes debido a la flamabilidad.

Durante las ltimas dos dcadas, los productos explosivos, en general, se han vuelto menos flamables. Algunos fabricantes indican que ciertos productos explosivos pueden ser incinerados sin que detonen en cantidades de hasta 20.000 kilogramos. El problema resulta debido a que se da a los responsables de las voladuras una sensacin falsa de seguridad. Algunos creen que todos los explosivos hoy en da son relativamente inflamables. Este sentido falso de seguridad ha provocado la muerte a personas que han sido descuidadas al manejar explosivos y han asumido que la flamabilidad no es problema. Todos los compuestos explosivos deben ser tratados cmo altamente flamables. Debe prohibirse el fumar durante el cargado de los barrenos y. Si los explosivos van a ser destruidos incinerndolos, deben seguirse los procedimientos indicados por el IME (Instituto de Fabricantes de Explosivos), sin importar el tipo de explosivo de que se trate.

3.1.5 RESISTENCIA A LA TEMPERATURALos productos explosivos pueden verse afectados en su desempeo si se almacenan bajo temperaturas extremos (Tabla 3.4). Bajo temperaturas de almacenamiento altas, arriba de 322 grados Celsius, muchos compuestos se descomponen lentamente o cambian sus propiedades y la vida de anaquel disminuye. El almacenamiento de agentes explosivos de nitrato de amonio por arriba de los 322 grados Celsius puede provocar el ciclado (cambio de cristalizacin), lo que afectar el desempeo y la seguridad del producto.

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Tabla 3-4 Resistencia a la Temperatura

Tipo Dinamita Granulada Dinamito Gelatina Emulsin Encartuchada Emulsin a Granel

Entre 18 C y 38 C Buena Bueno Mala abajo de 4.5C Mala abajo de 4.5C

AMFO Cargada neumticamente Mala arriba de 32.2C ANFO Vaciado ANFO Ensacado ANFO Pesado Mala arriba de 32.2C Mala arriba de 32.2C Mala abajo de 4.5C.

3.1.6 EL CICLADO DEL NITRATO DE AMONIOLa frmula qumica del nitrato de amonio es NH4NO3 o escrito de forma ms simple N2H403. Con relacin a su peso, aporta ms volumen de gas en la detonacin que cualquier otro explosivo. En estado puro, el nitrato de amonio (AN) es casi inerte y su composicin por peso es de 60% Oxgeno, 33% Nitrgeno y 7% Hidrgeno. Al agregar el diesel, la reaccin con balance de oxgeno ideal para NH4NO3 es: 3N2H403 + CH2 3N2 + 7H20 + C02 Dos caractersticas hacen a este compuesto impredecible y peligroso. El nitrato de amonio es soluble en agua y si no tiene un recubrimiento repelente al agua, puede absorber sta de la humedad ambiente y disolverse lentamente, Por esta razn, las pequeas esferas o perlas, tienen un recubrimiento protector de arena slice pulverizada (Si02), que ofrece alguna proteccin contra el agua. La segunda y ms importante caracterstica es un fenmeno llamado ciclado. El ciclado es la habilidad de un material para cambiar la forma de sus cristales con los cambios de temperatura. El nitrato de amonio tendr uno de las siguientes cinco formas de cristales dependiendo de la temperatura:

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a. Arriba de 125 C existen cristales isomtricos. b. Entre 84.4 C y 125 C existen cristales tetragonales. c. Entre 32.2 C y 84.4 C existen cristales orto rmbicos. d. Entre -1 80C y 32.2 C existen cristales seudo tetragonales. e. Abajo de 18 C existen cristales tetragonales.

El fenmeno del ciclado puede afectar seriamente tanto el almacenamiento como el desempeo del cualquier explosivo que contenga nitrato de amonio. La mayora de las dinamitas, tanto las de base nitroglicerina cmo las permisibles, contienen algn porcentaje de nitrato de amonio mientras que los agentes explosivos se componen casi en su totalidad de este compuesto. Las temperaturas bajo las cuales ocurre el ciclado en condiciones normales son 18 C y 32.20C. Esto significa que los productos que se almacenan durante el invierno y por periodos largos durante el verano, sobre todo en reas de clima extremoso, sufrirn diferentes grados de ciclado. Durante el verano en un polvorn con poca ventilacin o en un silo de almacenamiento con exposicin directa al sol la temperatura de ciclado puede alcanzarse diariamente. El efecto del ciclado en el nitrato de amonio cuando se encuentra aislado de la humedad ambiente, es que las perlas se rompen en partculas cada vez ms finas.

Las perlas estn formadas de cristales seudo tetragonales. Cundo la temperatura rebasa los 32.2 C cada cristal se rompe en cristales ortorrmbicos ms pequeos. Cundo la temperatura baja de nuevo, estos pequeos cristales se rompen en cristales ms finos an, los cuales tienen una forma seudo tetragonal. Este proceso puede continuar hasta que la densidad ya no es de 0,8 gr/cc, sino que puede alcanzar una densidad cercana a 1,2 gr/cc. Este incremento en la densidad puede hacer que el producto sea ms sensitivo y que contenga ms energa por unidad de volumen.

Para complicar an ms la situacin, algunos agentes explosivos encartuchados o aquellos que se almacenan en silos, pueden no repeler la humedad eficientemente. Despus que el nitrato de amonio ha sufrido el ciclado, el recubrimiento repelente se rompe y el vapor de agua del aire se condensa en las partculas. A medida que el ciclado contina, el agua se acumula en las partculas y la masa comienzo a disolverse (Figura 3.1). La recristalizacin en cristales de gran tamao puede ocurrir con una reduccin de la temperatura. 38

Por lo tanto, es evidente que un volumen determinado de nitrato de amonio, despus del ciclado, puede tener reas muy densas y reas de cristales grandes. El desempeo de este producto puede variar de un explosivo muy potente a uno que se deflagra (se quema) o uno que no detonar por ninguna causa.

Figura 3-1 Perlas Cicladas

3.1.6.1

RESISTENCIA AL FRIO

Condiciones de fro extremo tambin pueden afectar el desempeo de los productos explosivos. La mayora de las dinamitas y los agentes explosivos no se congelarn ante la exposicin normal a las temperaturas ms bajas que se encuentran en el pas. Esto debido a que los fabricantes aaden a estos productos ciertos ingredientes que les permiten desempearse de manera adecuada, sin importar el clima fro. Algunos productos pueden endurecerse despus de exposiciones prolongadas a las bajas temperaturas y pueden volverse difciles de manejar en el campo.

Los hidrogeles y las emulsiones pueden tener problemas de detonacin muy serios si se almacenan bajo temperaturas muy fras y no se les permite calentarse antes de detonados. Los hidrogeles y las emulsiones son productos muy diferentes a los mencionados anteriormente. El problema surge debido a que se ha acostumbrado al poblador a usar agentes 39

explosivos de cualquier fabricante sin tener problemas por el fro extremo. El poblador se ha acostumbrado tambin a usar dinamitas de diferentes fabricantes con buenos resultados. Hoy en da no todos los hidrogeles y emulsiones se desempean de forma idntica. Algunos pueden ser usados inmediatamente despus de almacenados a temperaturas de 18 C, mientras que otros no detonarn si se almacenan a temperaturas inferiores a los 4.50 C. La sensibilidad del producto puede verse afectada. El procedimiento de cebado, que fue empleado cuando el producto se almacen a 2 C, puede no iniciar la detonacin si el producto fue almacenado a 6 C. Es una buena idea el consultar la hoja tcnica del fabricante siempre que se utilice un producto nuevo, pero es esencial consultar esa hoja tcnica si explosivos del tipo de los hidrogeles y las emulsiones se estn usando por primera vez, ya que sus propiedades y desempeo puede variar radicalmente con la temperatura (Figura 3.2).

Figura 3-2 Tabla de Calentamiento de Hidrogeles y Emulsiones

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3.2

CARACTERSTICAS DE DESEMPEO DE LOS EXPLOSIVOS

En el proceso de seleccin de un explosivo, las condiciones ambientales pueden eliminar el uso de ciertos tipos de explosivos en un proyecto en particular. Despus de considerar las condiciones ambientales, se deben considerar las caractersticas de desempeo de los explosivos. Las principales de estas caractersticas son: sensitividad, velocidad de detonacin, densidad, potencia y cohesividad.

3.2.1 SENSITIVIDADLa sensitividad de un explosivo est definida par la cantidad de energa que un explosivo requiere para detonar confiablemente. Esto es conocido en ocasiones como los requerimientos mnimos de cebado. Algunos explosivos requieren de muy poca energa para detonar confiablemente. El fulminante estndar nmero 8 har detonar la dinamita y algunos de los hidrogeles y emulsiones sensibles al fulminante. Por otro lado, un fulminante solo no iniciar la reaccin del ANFO o hidrogeles a granel. Para obtener una detonacin confiable, uno debe usar un cebo o reforzador en combinacin con el fulminante.

Muchos factores pueden influenciar la sensitividad de un producto. Por ejemplo: la sensitividad puede reducirse debido o la presencia de agua en el barreno, dimetro inadecuado de la carga o por temperaturas extremas. La sensitividad de un producto define los requerimientos de cebado, esto es, el tamao y la potencia del cebo. Si la detonacin confiable de la carga principal no se da, los vapores pueden aumentar, los niveles de vibracin del suelo se pueden incrementar, los barrenos se pueden escopetear y se pueden provocar cantidades considerables de roca en vuelo. La sensitividad de riesgo define la respuesta de un explosivo a la adicin accidental de energa, por ejemplo: el impacto de una bala (Tabla 3.5).

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Tabla 3-5 Sensitividad

Tipo

Sensitividad de riesgo

Sensitividad de desempeo Excelente Excelente Bueno o Muy Bueno Buena a Muy Buena Mala a Buena* Malo a Bueno* Buena a Muy Buena Mala a Buena

Dinamita Granulada Dinamita Gelatina Emulsin Encartuchada Emulsin a Granel ANPO Cargado Neumticamente ANFO Vaciado ANFO Encartuchado ANFO Pesado

Moderada a Alta Moderada Baja Baja Baja Baja Baja Baja

* Altamente dependiente de las condiciones de campo.

3.2.2 VELOCIDAD DE DETONACIONLa velocidad de detonacin es la velocidad a la cual la reaccin se mueve a lo largo de la columna de explosivo. Tiene un rango que va de 1.524 a 7.620 m/s en los productos explosivos comerciales. La velocidad de detonacin es una consideracin importante para aplicaciones fuera del barreno, tales como el plasteo o la demolicin de elementos estructurales. La velocidad de detonacin tiene una importancia menos significativa si el explosivo se usa dentro de un barreno.

La velocidad de detonacin puede usarse como una herramienta para determinar la eficiencia de una reaccin explosiva en el uso prctico. Si surge una duda en cuanto al desempeo de un compuesto explosivo durante su aplicacin, se pueden insertar sondas de velocidad en el producto; cuando el producto detona, el rango de reaccin puede ser medido y as juzgar el desempeo por la velocidad registrada. Si el producto est detonando a una velocidad significativamente menor a la especificada, es una indicacin que el desempeo del explosivo no cumple con las normas especificadas en la hoja tcnica. Las velocidades de detonacin tpicas de los explosivos se dan en la Tabla 3.6.

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Tabla 3-6 Velocidad de Detonacin (m/s)

Tipo Dinamita Granulada Dinamita Gelatina Emulsin Encartuchada Emulsin a Granel ANFO Cargado Neumticamente ANFO Vaciado ANFO Encartuchado ANFO Pesado 32 mm 2100 - 5800 3600-7600 4000-4600 2100-3000 1800-2100

Dimetro 76mm 229 mm

4300-4900 3700-5800 3700-4300 4300-4600 3000-3400 4300-4600 3000-3700 4300-4600 3400-5800

3.2.3 PRESION DE DETONACIONLa presin de detonacin es la que se obtiene de manera casi instantnea como resultado del movimiento de la onda de choque a travs del explosivo (Tabla 3.7). Cuando se inicia un explosivo con otro, la presin de choque del explosivo primario se usa para causar la iniciacin del explosivo secundario. La presin de detonacin puede ser relacionada con la presin de barreno, pero no es necesariamente, una relacin lineal. Dos explosivos con presiones de detonacin similares no tendrn necesariamente la misma presin de barreno o presin de gas. La presin de detonacin se calcula matemticamente.Tabla 3-7 Presin de Detonacin

Tipo Dinamito Granulada Dinamita Gelatina Emulsin Encartuchada Emulsin a Granel ANFO Vaciado ANFO Encartuchado ANFO Pesado

Presin de Detonacin (Kbar) 20-70 70-140 20-100 20-100 7-45 20-60 20-90

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La presin de detonacin est relacionada con la densidad del explosivo y la velocidad de la reaccin. Cuando se seleccionan explosivos como iniciadores, es muy importante considerar la presin de detonacin. Los mtodos para calcular la presin de detonacin y su relacin con la iniciacin del explosivo ser discutida en el Capitulo 5, Seleccin de Iniciadores y Reforzadores.

3.2.4 DENSIDADLa densidad de un explosivo es importante debido a que los explosivos se compran, almacenan y utilizan sobre la base del peso. La densidad se expresa normalmente cmo gravedad especfica, la cual es la relacin de la densidad del explosivo con la densidad del agua. La densidad determina el peso de explosivo que puede cargarse dentro de un dimetro especfico de barreno. Basndose en el peso, no hay una diferencia muy marcada en la energa entre diversos explosivos. La diferencia en energa sobre la base de la unidad de peso no es ni siquiera cercana a la diferencia de energa sobre la base de la unidad de volumen. Cuando se encuentra roca dura y el costo de la barrenacin es alto, un producto ms denso y de precio ms alto, es justificable. La densidad tpica de algunos productos explosivos se da en la Tabla 3.8.Tabla 3-8 Densidad

Tipo Dinamito Granulada Dinamita Gelatina Emulsin Encartuchada Emulsin a Granel ANFO Cargado Neumticamente ANFO Vaciado ANFO Encartuchado ANFO Pesado

Densidad (g/cc) 0.8-1.4 1.0-1.7 1.1-1.3 1.1 - 1.6 0.8 - 1.0 0.8-0.9 1.1 -1.2 1.1-1.4

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La densidad de un explosivo se usa comnmente como herramienta para calcular la potencia y los parmetros de diseo entre explosivos de diferentes fabricantes y diferentes familias genricas. En trminos generales podemos decir que: a mayor densidad, mayor energa en el producto. Una expresin til de la densidad es lo que comnmente se llama densidad de carga, o sea, el peso de explosivo por longitud de la carga para un dimetro dado. La densidad de carga se usa para determinar el total de kilogramos de explosivo que se usarn por barre-no y por voladura. La densidad de los productos comerciales vara de 0.8 a 1.6 gr/cc.

Un mtodo fcil para calcular la densidad de carga es:

SGe De2 de = 4000donde:

de

= Densidad de Carga

(Kg/m) (gr/cm3) (mm)

Sge = Densidad del Explosivo De = Dimetro del explosivo Ejemplo:

Determinar la densidad de carga de un explosivo que tiene un dimetro de 76.2

mm y una densidad de 1.2

1.2 76.2 2 Kg de = = 5.47 4000 m

3.2.5 POTENCIAEl trmino potencia se refiere al contenido de energa de un explosivo que a su vez es la medida de la fuerza que puede desarrollar y su habilidad para hacer un trabajo. La potencia 45

ha sido clasificada por varios fabricantes sobre la base de un peso o volumen igual, y comnmente se les llama potencia en peso y potencia en volumen. Aunque no existe un mtodo de medicin que se utilice para todos los fabricantes de explosivos, existen muchos mtodos de medicin de la potencia tales cmo: la prueba balstica de mortero, valores de ejecucin ssmica, medicin del pulso de esfuerzo, craterizacin, clculo de presiones de detonacin, clculo de presin de barreno y la determinacin de la temperatura de reaccin. Sin embargo, ninguno de estos mtodos puede usarse satisfactoriamente para fines de diseo de voladuras. La clasificacin de potencia es engaosa y no compara, de manera certera, la efectividad de fragmentar la roca con el tipo de explosivo. En general se puede decir que, la clasificacin de potencia, es slo una herramienta para identificar los resultados finales y asociados con un producto especfico.

Una prueba de clasificacin de potencia, la prueba subacutica de energa de choque y burbuja, que se usa para determinar la energa de choque y la energa de los gases en expansin1 es utilizada por algunos con propsitos de diseo. En resumen, la prueba de la burbuja produce resultados confiables, los cules pueden ser usados para aproximar los parmetros de diseo de una voladura.

3.2.6 COHESIVIDADLa cohesividad se define cmo la habilidad de un explosivo de mantener su forma original, Hay ocasiones en que el explosivo debe mantener su forma original y otras en que debe fluir libremente. Como ejemplo, cuando se hacen voladuras en roca muy fragmentada y agrietada, definitivamente se debe utilizar un explosivo que no fluye hacia las grietas causando con esto que el barreno quede sobrecargado. Por el contrario, en otras aplicaciones, tales cmo el cargado a granel, los explosivos deben fluir fcilmente y no atascarse en el barreno ni formar huecos en la columna de explosivo.

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3.3

EXPLOSIVOS COMERCIALES Los productos que se utilizan como carga principal de los barrenos pueden dividirse en tres

categoras genricas: las dinamitas, las suspensiones y los agentes explosivos (Figura 3.3). Una cuarta categora, de menor importancia, es la de los explosivos binarios o de dos componentes y tambin sern discutidos. Aunque el volumen de explosivos de dos componentes que se vende anualmente en los EEUA, es insignificante si se le compara con las otras tres categoras, merecen mencionarse por sus caractersticas nicas.

Figura 3.3 Tipos de Explosivos.

Todas las categoras genricas discutidas en esta seccin son altos explosivos desde el punto de vista de que todos ellos detonan y generan onda de choque. Por otro l