Presentación Primer Corte.pdf

UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL A DISTANCIA

MS.c. JAIME ORLANDO LIZARAZO GODOY Docente Explosivos y Voladuras

Evaluacion de la Materia: PRIMER CORTE:

DISEÑO DE VOLADURAS A CIELO ABIERTO

Taller 1

26 mar – 7 Abril 10%

Parcial 1

6 abril – 14 abril 20%

SEGUNDO CORTE: Taller 2

20 abril – 5 mayo10%

Parcial 2

3 mayo – 12 mayo

TERCER CORTE: Taller 3

13 mayo – 19 mayo 10%

Parcial 3

18 mayo – 26 mayo 20%

20%

Importancia del conocimiento del uso de los Explosivos Industriales

Las voladuras se han conver/do en una de las aplicaciones más importantes de nuestros días pues contribuyen en gran manera al desarrollo tecnológico de la sociedad actual, como son; La construcción de carreteras, túneles, canales, zanjas y otros,

También la mayoría de las materias primas que se u/lizan, son producidas con el uso de explosivos en las minas alrededor del mundo.

VARIABLES DE UNA VOLADURA

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Sistema de Iniciación Proceso de Fracturacion Parámetros Controlables Clasificacion de los Explosivos Factores Geometricos Perforación Parametros de Diseño: altura de banco, indice de rigidez, diametro y longitud del barreno, burden, espaciamiento, taco, sobreperforacion, 8. Secuencia de Detonación

Tipos de iniciacion:

Sistema de Iniciacion

1. 2. 3. 4.

Pirotecnico Electronico No electrico Electrico

Capsula detonadora

• Su obje(vo es iniciar la combus(ón de la mecha de seguridad a través del conector con una secuencia lógica de formación de las caras libres. • Tiene una velocidad de combus(ón promedio de: 42 seg./mt. = 12 seg./pie.

Capsula Detonadora Común Simple • Es una cápsula cilíndrica de aluminio que con2ene una carga sensible (PETN – Azida de plomo) que estalla instantáneamente con la llama transmi2da por la guía o mecha de seguridad. Se emplea para iniciar y hacer detonar explosivos.

Capsula Detonadora Común Simple • en 1880 es inventado el fulminante eléctrico, en 1940 se incorpora el retardo de milisegundos al fulminante eléctrico.

Detonador Eléctrico Sísmico

Es un accesorio del Sistema de Iniciación Eléctrico de cargas explosivas capaz de conver8r un impulso eléctrico en una detonación. Se caracteriza por contar con un iniciador electropirotécnico ultra rápido, dando un 8empo promedio entre el momento en que se entrega la energía especificada y el instante en que se produce la detonación menor a 1 milisegundo.

Se u8liza en prospección sísmica donde actúa como iniciador de cargas explosivas en profundidad.

CORDON DETONANTE • El cordón detonante es una cuerda flexible e impermeable que con6ene en su interior un núcleo de Pentrita (PETN) que está cubierto de fibras de polipropileno y finalmente un recubierto exterior de Policloruro de Vinilo (PVC o ELVAX) que le proporciona propiedades de elevada resistencia a la tracción, abrasión, y humedad. • Debe tener una velocidad de detonación mínima de 6500 MT/seg. • No debe detonar por acción del fuego. • No debe detonar por el impacto de la caída libre de un peso de 12 kilos desde una altura de un metro. • Debe ser sensible a la iniciación del fulminante No 08 por contacto simple. • Debe tener una resistencia a la tracción de 46 kilos como mínimo.

EMPALMES CONVENCIONALES CON CORDON DETONANTE

SISTEMA NO ELECTRICO • En el año de 1970 aparecen los detonadores No Eléctricos con retardos en Milisegundos y con retardos de Largo periodo e igualmente aparecen los retardos electrónicos de primera generación. • Estos sistemas iníciales, tenían los retardos programados en la fábrica, lo que significa esencialmente el mismo retardo que para un sistema pirotécnico convencional pero con un grado más alto de exacGtud. Aunque esto ya significaba una ventaja, los sistemas no ofrecían el grado de flexibilidad deseado.

SISTEMA DE INICIACION DE FONDO

SISTEMA DE INICIACION DE SUPERFICIE

HANDIDET • Definición: Es un sistema de iniciación no eléctrico, que permite reemplazar el uso de cordones detonantes, transformándolo en un sistema de voladura silenciosa. • Tiempo en el fondo: • Tiempo de retardo de la serie MS, mas usados, los mas u@lizados son 500 ms, 1000 ms y 1500 ms. • Tiempo en superficie: Tiempo de retardo de superficie 17 ms, 25 ms, 42 ms, 65 ms, 150 ms y 300 ms

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PASO 1

PASO 2

PASO 3

PASO 4

PASO 5

PASO 6

Ventajas del sistema No eléctrico • Seguridad : Elimina el riesgo de iniciación prematura, en la operación de cargue del explosivo, debido a que en esta fase no hay detonadores • en superficie. • Elimina el riesgo de daño a detonadores durante el cargue del explosivo, además de tener la opción de reArar detonadores una vez conectados por retraso en el día de la voladura. • Flexibilidad: Los detonadores de superficie y los del barreno son independientes. Es posible usar tubos de diferentes caracterísAcas para barreno y superficie y cambiar secuencia de retardos una vez que se han cargado los barrenos. • Tecnología: Excelente exacAtud y precisión de los retados.

TREN EXPLOSIVO CON CORDON DETONANTE

TREN EXPLOSIVO CON CORDON DETONANTE Y RETARDO MS EN EL FONDO

VOLADURA SILENCIOSA

El obje(vo de la u(lización de un explosivo en el arranque de rocas consiste: en disponer una energía concentrada químicamente, en el lugar apropiado y en can(dad suficiente, de forma que, liberando esta energía de un modo controlado en (empo y espacio, se pueda lograr la fragmentación adecuada del material rocoso.

Obje%vo del uso de explosivos

FRACTURACION

EVENTOS DEL PROCESO DE FRACTURACIÓN Se dis'nguen básicamente cuatro etapas o estados en función del 'empo; que se desarrollan casi simultáneamente, en las que suceden la fracturación y el desplazamiento del material, hasta la completa detonación de la carga.

Es la fase inicial del proceso de fragmentación. En esto, el explosivo que consiste en una combinación de combus:ble oxidante, se convierte inmediatamente en gases a alta presión y temperatura

Fase I -Detonación:

Inmediatamente después de la detonación o en forma simultanea con ésta, es la propagación de las ondas de choque o detonación a través de la masa rocosa. Estas ondas resultan del efecto del impacto de los gases en rápida expansión sobre las paredes del taladro.

Fase II- Propagación de ondas de choque y detonación:

Durante o después de la propagación del frente de ondas de comprensión, los gases a altas presiones y temperaturas imparten un campo de tensiones a la roca alrededor de la perforación. Este campo expande el taladro original y los gases se ex:enden formando las grietas radiales y avanzan a través de cualquier discon:nuidad.

Fase III - Expansión de los gases:

El desplazamiento de la roca es la úl2ma etapa del proceso de fracturación. La mayor parte de la fracturación ya se ha completado por efecto de los frentes de ondas de compresión y tracción o por combinación de ambos

Fase IV - Movimiento de la masa:

Esquema de la teoría de la fracturación

Energías que se producen en la reacción de un explosivo

Calor, luz, sonido, presión gaseosa o de burbuja y energía de choque. Las primeras son comunes para todos los explosivos deflagrantes y detonantes, mientras que la úlAma sólo la liberan los explosivos rápidos, debido a que la genera una onda de choque.

De todas ellas, sólo las dos úlAmas son capaces de efectuar trabajo úAl e indirectamente el calor al calentar los gases e incrementar su presión.

Lo que se busca con una voladura es lograr la máxima eficiencia al menor costo y con la mayor seguridad. Esto se refleja, entre otros aspectos, en:

El grado de fragmentación obtenido.

El volumen cargado versus =empo de operación del equipo.

La geometría del nuevo banco; avance del corte, pisos, estabilidad de taludes frontales y otros, aspectos que se observan y evalúan después del disparo para determinar los costos globales de la voladura y acarreo.

El esponjamiento y rango del desplazamiento.

Factores fundamentales que son clave en un correcto diseño y control • Una correcta can*dad de energía. Para lograr los resultados deseados hace falta la can*dad de explosivo adecuada en cada caso. • Una correcta distribución de energía. El explosivo es un producto que implica la transformación de energía química en energía mecánica, de modo que una mala distribución nos puede dar lugar a una fragmentación no deseada o bien, a concentraciones de energía tales que afecten a elementos ajenos a la misma. • Un correcto confinamiento de energía. Para que el explosivo trabaje correctamente es necesario que los gases generados estén confinados en el barreno, de modo que la pérdida de energía por este hecho sea mínima.

Distribución de energía de explosivos en la masa rocosa:

FACTORES QUE AFECTAN EL RENDIMIENTO DE VOLADURAS

Energía debe ser distribuida uniformemente para lograr la fragmentación uniforme. Relación adecuada entre el diámetro de perforación y la altura del banco Relación adecuada entre piedras y espaciamiento Implementación cuidadosa del diseño Barrenación en ángulo si se requiere para mejorar distribución

Nivel de energía explosiva.

FACTORES QUE AFECTAN EL RENDIMIENTO DE VOLADURAS

Debe ser suficiente para sobreponerse a la fuerza estructural y masa rocosa y a la vez proveer desplazamiento controlado Determinar nivel de energía en el grado de fragmentación y desplazamiento requerido Tener en cuenta la sensi?vidad del lugar

Evaluar los explosivos de alta energía para condiciones especiales. (Piedras y patas grandes)

Confinamiento de energía del explosivo.

FACTORES QUE AFECTAN EL RENDIMIENTO DE VOLADURAS

Energía del explosivo debe ser confinada suficiente 9empo después de la detonación para establecer fracturas y desplazar el material. El paso de menor resistencia del explosivo debe ser controlado Los barrenos deben ser cargados de acuerdo a la geología Usar longitud y taco adecuado Elegir configuración de 9empos de acuerdo a las condiciones de campo, usar retardos bastante exactos

CONDICIONES GENERALES PARA EL TRABAJO EFICIENTE DE LOS EXPLOSIVOS • Deben contar con cara libre para facilitar la salida del fragmentado • Deben estar confinadas, para aumentar su densidad de del taladro con taco inerte.(atacado con vara de madera, con aire comprimido en carguío a granel en subterráneo gravedad en superficie). • Deben ser cuidadosamente cebados • Deben ser disparados manteniendo una secuencia ordenada de salidas (temporización) • El espaciamiento entre taladros debe ser el adecuado para permi?r • la interacción de las grietas radiales entre ellos; de mala fragmentación, incluso hasta pueden rompedor.

PARÁMETROS CONTROLABLES

PARÁMETROS DEL EXPLOSIVO

• Propiedades +sico químicas. • Condiciones de la carga. • Tiempo o Intervalo de iniciación de las Geometría o variables de perforación.

Propiedades de los explosivos

El conocimiento de las propiedades de los explosivos es un factor importante en el diseño de voladuras, cada 6po de explosivo 6ene caracterís6cas propias definidas por sus propiedades, para el mismo 6po de explosivo las caracterís6cas pueden variar dependiendo del fabricante.

Las siguientes se consideran las propiedades más importantes de los explosivos: Potencia o fuerza, velocidad de detonación, poder rompedor, densidad y gravedad especifica, presión de detonación, sensibilidad, resistencia al agua, estabilidad química, cohesión y humos o emanaciones.

Potencia explosiva

Se puede definir la potencia explosiva como la capacidad que posee el explosivo para quebrantar y proyectar la roca. la habilidad para desplazar el medio confinante pero también es la can;dad de energía liberada por la explosión.

Esta caracterís;ca depende fundamentalmente de la composición de explosivo, pudiendo op;mizarse con una adecuada técnica de voladura. Existen diferentes métodos para valorar la potencia de un explosivo, siendo los más empleados los siguientes:

Potencia de un Explosivo PESO POTENCIA ABSOLUTOS (AWS): Energía calórica máxima del explosivo basada en sus ingredientes; energía por unidad de peso expresada en joules por gramo, para el ANFO es 3.730 j/g (cuando la mezcla es 94% AN y 6% FO).

POTENCIA A GRANEL ABSOLUTA (ABS): Energía por unidad de volumen expresada en joules por cenXmetro cúbico (j/cc). Es igual al AWS mulZplicada por su densidad, para el ANFO es 3.730 X ,85 ó 3.170 j/cc.

POTENCIA A GRANEL RELATIVA (RBS): Es la potencia de un explosivo a granel comparada con el ANFO. Es igual a su ABS dividida por el ABS del ANFO.

Es la velocidad con la cual la onda de detonación viaja a lo largo del explosivo, puede ser expresada para el caso de explosivos confinados como no confinados; por sí misma, es la propiedad más importante cuando se desea clasificar un explosivo.

Como en la mayoría de casos el explosivo está confinado en un barreno, el valor de velocidad de detonación confinada es el más importante, de ella depende tanto la potencia que alcanza el explosivo para romper la roca, como la proporción de energía que alcanza a realizar trabajo úBl antes de que se disipe, los explosivos son capaces de hacer lo que hacen, no por la canBdad de energía que conBenen, sino por la rapidez con que la liberan.

Mientras mayor sea la rapidez de la explosión, mayor suele ser el efecto de fragmentación, La velocidad de detonación de un explosivo depende de:

La densidad de sus componentes. Del tamaño de las parJculas. Del grado de confinamiento y Del diámetro del cartucho y del barreno

Velocidad de detonación

Velocidad de detonación Al disminuir el tamaño de las par1culas dentro del explosivo, incrementar el diámetro de la carga o incrementar el confinamiento aumentan las velocidades de detonación, para algunos explosivos y agentes explosivos la velocidad de detonación es sensible a cambios en el diámetro del cartucho y del barreno; cuando el diámetro se reduce, la velocidad se reduce hasta alcanzar un diámetro cri?co en que no hay propagación de la onda de detonación y por lo tanto no hay explosión.

En el caso de que se desee fracturar una roca dura, es preferible usar un explosivo veloz, capaz de generar gran fracturación y si se trata de una formación blanda resulta más favorable un explosivo más lento, que más bien desplace la roca.

Las velocidades de los explosivos no confinados son generalmente del orden del 70% al 80% respecto a las velocidades de explosivos confinados.

Poder Rompedor El poder rompedor es un parámetro muy importante para los explosivos de uso no confinado, cuyos gases no pueden ejercer grandes presiones. Tal es el caso de las cargas huecas y de las cargas para taqueo.

Densidad y gravedad especifica

• La densidad del explosivo es usualmente indicada en términos de gravedad específica, la gravedad especifica de explosivos comerciales varia de 0.6 a 1.7. Gr./cc. Los explosivos densos usualmente generan mayores velocidades de detonación y mayor presión, aunque más caros, pueden resultar más económicos, en rocas duras de alto costo de perforación, debido a que se puede incrementar sensiblemente el burden o piedra y el Espaciamiento, disminuyendo significaFvamente el número de barrenos. • Los explosivos de baja densidad producen una fragmentación no tan fina y son usados cuando la roca esta diaclasada o en canteras en las que se extrae material grueso. • En los explosivos convencionales existe una correlación recíproca entre sus densidades y el contenido de energía, pero no en los explosivos modernos como los acuageles y las emulsiones, donde con frecuencia mezclas de igual densidad conFenen muy diferentes canFdades de energía, por esto, el factor de carga ha perdido vigencia, siendo mucho más representaFvo el factor de energía.

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La densidad de los explosivos es importante en condiciones de alta humedad, ya que una densidad alta hace que el explosivo sea poco permeable. Un explosivo con gravedad específica menor a 1.0 no se entrapa en agua.

Hay tres formas de expresar la densidad;

ØLa Densidad absoluta es el peso del explosivo, que está contenido en la unidad de volumen.

ØLa Densidad de carga es el peso del explosivo que está contenido en la unidad de volumen, correspondiente a la fracción de la perforación que lleva carga explosiva, esta densidad es la de mayor importancia en el proceso de detonación y

ØLa Densidad gravimétrica o aparente es el peso de un litro de explosivo en condiciones normales.

Densidad y gravedad especifica

Presión de detonación • La presión de detonación, depende de la velocidad de detonación y de la densidad del explosivo. La amplitud de la onda (de esfuerzo) transmi;da al medio (roca) en una explosión, está relacionada con la presión de detonación. La reflexión del pulso de choque en la cara libre de la voladura es uno de los mecanismos que se u;lizan para triturar la roca. • Una alta presión de detonación (alta velocidad de detonación) es u;lizada para fragmentar rocas muy duras como el granito (7 en la escala de Mohs1 y una densidad aproximada de 2.5), mientras que en rocas suaves como los esquistos (rocas sedimentarias y metamórficas con menos de 4 en la escala de Mohs) puede ser necesaria una baja presión de detonación (baja velocidad de detonación) para su fragmentación. • La presión de detonación de los explosivos comerciales fluctúa entre los 500 y 1.500 Mpa.

Sensibilidad • Es la medida de la facilidad de iniciación de los explosivos, es decir, el mínimo de energía, presión o potencia necesaria para que ocurra la iniciación. • Lo ideal de un explosivo es que sea sensible a la iniciación mediante fulminantes, para asegurar la detonación de toda la columna de explosivo, e insensible a la iniciación accidental durante su transporte y manejo. • Una prueba estándar u@lizada para determinar la sensibilidad de un producto explosivo es la sensibilidad al fulminante, para esto se u@liza un fulminante número 8 (2 gramos de una mezcla de 80% de fulminato de mercurio y 20% de clorato de potasio), si el producto estalla al quemar este fulminante se dice que el producto es un explosivo, de lo contrario se le denomina agente explosivo.

Resistencia al agua

En forma general se define como la capacidad del explosivo para soportar la penetración del agua. Más precisamente, la resistencia al agua es el número de horas que el explosivo puede hallarse cargado en agua y aún ser detonado. En general los geles explosivos y las emulsiones ?enen la mejor resistencia al agua. Los explosivos de alta densidad ?enen una buena resistencia al agua, mientras que los de baja densidad ?enen baja o ninguna, el ANFO ?ene una mala resistencia al agua

La estabilidad química de un explosivo es la ap5tud que este posee para mantenerse químicamente inalterado con el paso del 5empo.

Estabilidad Química

La estabilidad de un explosivo está garan5zada si las condiciones de almacenamiento y el periodo del mismo es adecuado, permi5endo al usuario tener un producto totalmente seguro y fiable para los trabajos de voladura.

Los almacenamientos prolongados en malas condiciones de humedad, temperatura y ven5lación, pueden originar la desestabilización del explosivo y, en consecuencia, su descomposición. En este caso se deben extremar las precauciones para la manipulación del mismo y proceder a su destrucción

Cohesión

Es una forma de establecer la mayor o menor facilidad que 4ene un explosivo de mantener su forma original. Según sean las circunstancias, el explosivo debe tener un comportamiento bien específico al respecto. Así se 4ene, por ejemplo, que en el caso de tratarse de un cebo, el explosivo 4ene que tener una gran capacidad para mantener su forma original impidiendo que el detonador se separe.

En cambio, en un carguío a granel ya sea por el vaciado de sacos o por medio de un camión fábrica, se requiere que el explosivo fluya libremente para obtener el máximo acoplamiento con las paredes del barreno, op4mizando la transmisión de la energía generada por el explosivo

Calidad Humos

PIES CUBICOS DE GASES NOCIVOS POR 200 GR DE EXPLOSIVO

1

0,00 – 0,16

2

0,16 – 0,33

3

0,33 – 0,67

TABLA CALIDAD DE LOS HUMOS

CONDICIONES DE LA CARGA

1. Diámetro de la carga(diámetro del taladro) Influye directamente sobre el rendimiento del explosivo y la amplitud de la malla de perforación. Todo explosivo @ene un diámetro crí@co; por debajo de ese diámetro no detonan. 2. Geometría de la carga Relación entre el largo de la carga con su diámetro y el punto donde es iniciada. Se refleja en el proceso de rompimiento y en la formación de “zonas de fracturación” en las cargas cilíndricas de los taladros de voladura

CONDICIONES DE LA CARGA

3. Grado de acoplamiento • El acoplamiento 2sico entre la carga explosiva y la roca permite la transferencia de la onda de choque entre ellas, teniendo un carácter muy significa?vo sobre el rompimiento. • El efecto de trituración depende mucho del contacto directo del explosivo con la roca. El desacoplamiento ?ene enorme efecto sobre el grado de confinamiento y sobre el trabajo del explosivo, ya que la presión de taladro decrecerá con el aumento del desacoplamiento. Esta condición puede incluso ocasionar que los gases liberados por la explosión se aceleren más rápidamente que la onda de detonación en la columna de carga, acumulándola al descomponer al explosivo por el fenómeno denominado “efecto canal” o presión de muerte (Dead pressing).

CONDICIONES DE LA CARGA 4. Grado de confinamiento • Depende del acoplamiento, del taqueo o acabado, del uso de taco inerte para sellar el taladro y de la geometría de la carga (burden y distancia entre los taladros). • Un confinamiento demasiado flojo determinará un pobre resultado de voladura. Por otro lado, un alto grado de confinamiento (por excesivo atacado del explosivo) puede incrementar tanto su densidad que lo puede hacer insensible a la transmisión de la onda de detonación y fallar. 5. Densidad de cargue • Da la medida de llenado de un taladro. En el caso de un llenado perfecto sin dejar el menor espacio desocupado tendremos por definición una densidad de carguío = 1.

6.

Distribución de carga en el taladro

• La carga explosiva puede ser de un solo 8po en todo el taladro (carga única) o tener primero explosivo más denso y potente (carga de fondo) y luego explosivo menos denso (carga de columna). • También pueden ser varias cargas de igual o dis8nto 8po separadas entre sí por material inerte (cargas espaciadas). 7.

CONDICIONES DE LA CARGA

Tipo y ubicación del cebo

• Puede emplearse el cebo único, el cebado múl8ple (dos o más en rosario en la misma columna de carga,) y el cebado longitudinal (axial), éste generalmente con cordón detonante. 8.

Distribución de energía

• La energía aplicada sobre la roca dependerá de la distribución de la carga en el taladro, de la densidad del carguío, del punto de iniciación y del 8po de explosivo u8lizado, mientras que el consumo ú8l de energía está vinculado al confinamiento y 8empo de duración del proceso de rotura antes que los gases se disipen en el ambiente.

Clasificación de los Explosivos

EXPLOSIVOS INDUSTRIALES • De acuerdo a la velocidad con que reaccionan se acostumbra a clasificarlos en rápidos y detonantes o altos explosivos ( 2.000 a 7.000 m/s. ) y lentos y deflagrantes. • A su vez los altos explosivos se subdividen en primarios, substancias simples altamente sensibles al calor, impacto y presión que se usan normalmente para ser accionado por los chispazos de las mechas de seguridad o de las mezclas pirotécnicas de los detonantes, y • secundarios, substancia también simple, menos sensible pero más potente que el anterior uGlizado normalmente como explosivo base en los detonadores comerciales, consistentes en mezclas de oxidantes y reductores

EXPLOSIVOS INDUSTRIALES • Los explosivos Industriales pueden clasificarse según su composición y tecnología de mezcla en: • DINAMITAS ANFOS HIDROGELES EMULSIONES HEAVY ANFO

Tiempo o Intervalos de iniciación de las cargas

Los taladros deben ser disparados manteniendo una secuencia ordenada y correcta, para crear las caras libres necesarias para la salida de cada taladro, lo que se logra con los detonadores de retardo o con métodos de encendido convencional escalonados.

Esto se logra con: Con los retardos de fondo y Con los retardos de superficie

Precision y Flexibilidad

Precision y Flexibilidad

Precision y Flexibilidad