Manual de Voladura KONYA
Manual de Voladura KONYA
Manual de Voladura KONYA
KONYA
Temario
1. INGENIERÍA DE EXPLOSIVOS.................................................................................................. 10
1.1. INTRODUCCIÓN.........................................................................................................................10
1.1.1 FUENTES DE LA ENERGÍA DE LOS EXPLÓSIVOS..............................................................12
1.1.2 ENERGIA DE CHOOUE..............................................................................................................13
1.1.3 ENERGÍA DE GAS.......................................................................................................................15
1.1.4 EXPLOSIVOS QUIMICOS..........................................................................................................16
1.2 IDENTIFICACION DE PROBLEMAS CON LAS MEZCLAS................................................22
3 PRODUCTOS EXPLOSIVOS..........................................................................................................31
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 ENERGÍA 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
4.1 INTRODUCCION..........................................................................................................................64
4.2 FULMINANTES ELECTRICOS..................................................................................................64
4.2.1 ESTOPINES INSTANTÁNEOS...................................................................................................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 CARACTERÍSTICAS 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 RETÁRDO 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
3
5.3 EFECTOS DEL CORDÓN DETONANTE EN LA LIBERACIÓN DE ENERGÍA...............86
6 DISEÑO 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 DIÁMETRO 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 INICIACIÓN EN LOS BARRENOS.....................................110
6.6.1 TAMAÑO 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 VIBRACIÓN MÁXIMA.............................................................................................................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 DISEÑO DE PLANTILLAS...........................................................................................................120
4
7.8 DISEÑO 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
9.1 INTRODUCCION........................................................................................................................192
9.2 TIROS............................................................................................................................................192
9.2.1 DISEÑO 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 ÁNGULO DE AJUSTE..............................................................................................197
9.2.1.11 TIEMPO DE RETARDO...........................................................................................198
9.3 TUNELES......................................................................................................................................200
9.3.1 CUÑAS QUEMADAS O DE BARRENO PARALELO............................................................203
9.3.2 DISEÑO DE LOS BARRENOS DE CUÑA...............................................................................204
9.3.3 CALCULOS PARA LAS DIMENSIONES DE LA CUÑA 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 CUÑAS 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 CUÑA EN V................................................................................................................................215
9.3.5 DISEÑO DE UNA CUÑA EN V................................................................................................217
9.3.5.1 DETERMINACION DEL BORDO...............................................................................217
9.3.5.2 ESPACIAMIENTO ENTRE BARRENOS VERTICALMENTE...................................217
9.3.5.3 ÁNGULO DE LA V......................................................................................................218
9.3.5.4 PROFUNDIDAD DE LA CUÑA 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 ÁNGULO DE AJUSTE................................................................................................219
9.3.5.9 CARGADO DE LOS BARRENOS..............................................................................219
9.3.5.10 TIEMPO DE DISPARO.............................................................................................220
9.3.6 CUÑAS EN ABANICO..............................................................................................................222
9.3.7 METODO DE TUNEL Y BANCO.............................................................................................222
6
11.1.1 CRITERIO RECIENTE DE DAÑOS........................................................................................250
11.1.2 CRITERIO ALTERNO DE VOLADURA................................................................................252
11.1.3 NORMAS DE LA OFICINA DE MINERÍA DE SUPERFICIE..............................................253
11.1.4 FRECUENCIAS DE VIBRACION CARACTERÍSTICAS......................................................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 DAÑINOS.........................................................................................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 ACUÍFEROS.....................269
11.3.1 ACUÍFEROS.............................................................................................................................269
11.3.2 EFECTOS DE LA VIBRACION..............................................................................................269
11.3.3 CORTE ABIERTO....................................................................................................................271
7
PREFACIO
Este libro no tiene la intención de ser un manual o enciclopedia de voladuras, más bien
pretende enseñar un método de diseño racional que sigue principios científicos. Los métodos
de diseño paso por paso que se describen en este libro, llevarán al lector desde los
conocimientos básicos en explosivos hasta las consideraciones para un diseño de voladuras
apropiado. El libro se concentró en los fundamentos del diseño de voladuras más 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 básicas de amarres en los sistemas de iniciación
ni en información de este tipo, ya que ésta está disponible en otras fuentes. Este libro le
servirá tanto al principiante como al profesional, porque clasifica una vasta cantidad de
información disponible y propone un procedimiento de diseño lógico. El libro soporta el diseño
con algunos de los principios y teorías básicas que son necesarias para tener un
entendimiento del por qué los cosas funcionan como lo hacen.
La industria de las voladuras está cambiando rápidamente con nuevas teorías, productos y
técnicas. La meta de los autores es proveer al lector con un mejor entendimiento de la
tecnología actual y proponer un método para corregir los problemas más comunes en las
voladuras.
Las técnicas, fórmulas y opiniones expresadas en este libro se basan en la experiencia de los
autores. Estas deben ayudar al lector a evaluar los diseños de voladuras y determinar si son
razonables y si estos diseños funcionarán bajo condiciones normales.
Un área relacionada con las voladuras que se mantiene cómo un arte es la evaluación
adecuada de las condiciones geológicas con que se trabaja. La evaluación incorrecta puede
producir resultados pobres en la voladura. Una geología compleja y otros factores pueden
requerir de cambios en el diseño, diferentes a los mencionados en el libro. Sin embargo, los
métodos presentados serán el primer paso para calcular las dimensiones de diseño de la
voladura las cuales deberán ser modificadas para compensar por condiciones geol6gicas
poco usuales y locales.
Calvin J. Konya
Enrique Albarrán
N.
1. INGENIERÍA DE EXPLOSIVOS
1.1. INTRODUCCIÓN
La mayoría de las materias primas que utiliza la sociedad hoy en día, son producidas con
el uso de explosivos en las minas alrededor del mundo. La construcción de carreteras,
canales y edificios, se logra gracias a la ayuda de los explosivos. Inclusive la comida que
consumimos a diario, no existiría sin la ayuda de explosivas para producir fertilizantes y
metales con los cuales se fabrican tractores y otros equipos agrícolas.
A mitad de los años 50, apareció en el mercado un nuevo producto llamado ANFO
(Ammonium Nitrate - Fuel oil), nitrato de amonio y diesel. Este producto es mucho más
económico que la dinamita y hoy en día 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 décadas de 1960 y 1970,
llamados suspensiones o hidrogeles han reemplazado a la dinamita en casi todos los campos
de aplicación. A finales de los años 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 categorías: dinamitas, agentes explosivos y suspensiones (llamados hidrogeles o
emulsiones).
Los problemas en voladuras generalmente son el resultado de un diseño de voladura
deficiente, mala ejecución del barrenado, mal cargado según el diseño propuesto, o porque la
masa rocosa fue erróneamente evaluada.
Los parámetros de diseño tales cómo: bordo, taco, sub barrenación, espaciamiento y
tiempo de iniciación, deben ser calculados cuidadosamente para que una voladura funcione
de manera eficiente, segura y con niveles de vibración y golpe de aire razonables.
Este libro ha sido diseñado para dar un acercamiento sistemático al diseño de voladuras.
La información se presenta de manera práctica, y provee al lector con información que lo lleva
a un entendimiento de los fenómenos y a la anticipación de resultados. Las fórmulas pre-
sentadas son empíricas y deben dar valores razonables para condiciones de trabajo
generales. Sin embargo, condiciones geológicas poco comunes requerirán de ajustes a estos
valores calculados.
1.1.1 FUENTES DE LA ENERGÍA DE LOS EXPLÓSIVOS
Resumiendo: en los altos explosivos, el pico de presión viaja a través del explosivo
antes que la energía de gas sea liberada. Por lo tanto, hay dos presiones distintas y
separadas, resultado de la reacción de un alto explosivo y sólo una en el caso de un bajo
explosivo. La presión de choque es una presión transitoria que viaja a través del explosivo a la
velocidad de reacción y es seguida de la presión de gas.
6
e 10 V
2
d P 4.5
1 0.8 d
donde:
P = Presión de detonación
(KBar)
d = Densidad del explosivo
(g/cm3)
V = Velocidad de detonación (m/s)
e
Debe señalarse que esto es sólo una aproximación y que pueden existir condiciones
donde la presión de la explosión sobrepase a la presión de detonación. Esto explica el éxito
del ANFO, el cuál tiene una presión de detonación relativamente baja y una presión de
explosión relativamente alta. Las presiones de explosión son calculadas con modelos de
computadora o bien con pruebas subacuáticas. Las presiones de explosión pueden medirse
también directamente en los barrenos, sin embargo, pocos fabricantes de explosivos usan
esta nueva técnica para catalogar sus productos. Una revisión de la química básica de los
explosivos nos ayudará a comprender cómo los metales pulverizados y otras substancias
afectan a 1a presión de la explosión.
Los explosivos químicos son materiales que causan las reacciones químicas muy
rápidas para liberar productos gaseosos y energía. Estos gases bajo altas presiones liberan
fuerzas sobre las paredes del barreno, lo que provoca que la roca se fracture.
Los explosivos pueden contener otros ingredientes que en realidad no aportan nada a
la energía de los explosivos en sí. Estos ingredientes se les añaden a los explosivos para
bajar la sensitividad o incrementar el área de contacto. Ciertos ingredientes tales cómo el
carbonato de calcio o el oxido de zinc funcionan cómo antiácidos para incrementar la vida en
almacén del explosivo. La sal de mesa común, de hecho, hace que un explosivo sea menos
eficiente ya que actúa cómo un supresor de flama y esto enfría la reacción. Por otro lado el
añadir la sal permite usar el explosivo en ambientes saturados de metano, ya que una flama
menos caliente y de corta duración, hace menos probable que se provoque una explosión del
metano. Esta es la razón por lo que los explosivos permisibles se usan en minas de carbón o
en túneles en roca sedimentaria donde se puede encontrar metano.
Cuando el carbón reacciona con el oxígeno, puede formar ya sea, monóxido o bióxido
de carbono. Para poder obtener la máxima temperatura de una reacción, deseamos que los
elementos se oxiden completamente, en otras palabras, que se forme bióxido de carbono en
vez de monóxido de carbono. La tabla 1.2 muestra la diferencia en la temperatura generada
cuando un átomo de carbón forma monóxido de carbono, contra el caso donde un átomo de
carbono forma bióxido de carbono. Para poder liberar el máximo de energía de la reacción
explosiva, los elementos deben reaccionar y formar los siguientes productos:
Si sólo ocurren las reacciones ideales del carbón, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno, no
queda ningún átomo de oxigeno libre ni tampoco hace falta ninguno. El explosivo tiene
balance de oxígeno y produce la máxima cantidad de energía.
Estos signos visuales le pueden dar al responsable de las voladuras una indicación de si
los explosivos están funcionando de manera adecuada o no.
2 MECANISMOS DE FRAGMENTACION DE LA ROCA
Las cargas sin confinar colocadas sobre piedras grandes y que se detonan posteriormente
producen energía 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 está en contacto con la piedra, la
mayoría de la energía útil del explosivo se dispersa al aire y se desperdicia. Este desperdicio
de energía se manifiesta como un golpe de aire excesivo. La presión de gas no se puede
formar, ya que la carga está totalmente sin confinar, por lo tanto, la energía de gas hace poco
(o nada) trabajo. Sólo una pequeña cantidad de la energía útil del explosivo se aprovecha
cuándo 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 tapó 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 fragmentación que con la carga confinada dentro del barreno.
Hace muchos años se descubrió que una capa de lodo colocada sobre la piedra y con los
cartuchos de explosivo contenidos dentro de ésta, provoca que la carga de explosivo ejerza
una fuerza mayor hacia abajo sobre la piedra, lo cuál no sucede si no se utiliza la capa de
lodo. Se podría concluir que el confinamiento de los gases causado por unos cuantos puñados
de lodo ayudó en el proceso de fragmentación. El sentido común nos indicará que esto no es
lógico 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 energía de choque desperdiciada, que en condiciones
normales es disipada en el aire, es reflejada hacia la piedra (Figura 2.1).
Figura 2.1
Son tres los mecanismos básicos que contribuyen a la fragmentación de la roca cuándo las
cargas están confinadas en barrenos. El primero y menos importante de estos mecanismos de
fragmentación 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 presión transitorio se disipa rápidamente con la distancia desde el
barreno y ya que la velocidad de propagación del pulso es de aproximadamente 2,5 a 5 veces
la velocidad máxima de propagación de las grietas, el pulso sobrepasa rápidamente la
propagación de las grietas.
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 porción central de la cara se
está moviendo más rápido que la parte inferior o superior del bordo (Figura 2.5).
Este tipo de arqueo o acción 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).
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 más rápido 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 condición, la roca se fragmentará hacia atrás de la
cara hasta el barreno (Figura 2.5). Este modo de falla generalmente conlleva a una
fragmentación más deseable.
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. Cuándo 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, así como
problemas en la parte inferior del banco.
El mecanismo de doblamiento o falla por cortante se controla seleccionando los
espaciamientos adecuados y los tiempos de iniciación entre barrenos contiguos. Cuando el
tiempo entre barrenas resulta en cargas que están 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 simultáneamente. La selección 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 también el espaciamiento entre barrenos para
superar los problemas de la rigidez
La selección de un explosivo que se usará 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 más
económico para producir los resultados finales deseados. Antes de que el responsable de las
voladuras seleccione el explosivo que usará para un trabajo en particular debe determinar qué
explosivos son adecuados para las condiciones ambientales y las características de operación
que se adapten a la economía del proyecto. Se considerarán cinco característica en la
selección de un explosivo que tienen que ver con factores ambientales: sensibilidad,
resistencia al agua, vapores, flamabilidad y resistencia a la temperatura.
3.1.1 SENSIBILIDAD
La habilidad para permanecer sin cambios ante presiones estáticas altas se conoce
cómo: tolerancia a la presión del agua. Algunos compuestos explosivos se densifican y
desensibilizan debido a las presiones hidrostáticas que se dan en barrenos muy profundos.
Una combinación de otros factores como clima frío y cebos pequeños contribuirán al fracaso.
3.1.3 VAPORES
Hablando estrictamente, el bióxido de carbono no es, en sí, un gas tóxico. Sin embargo,
muchas muertes han ocurrido a lo largo de los años debido a la generación de grandes
cantidades de bióxido de carbono durante las voladuras en áreas confinadas. Aunque el
bióxido de carbono no es venenoso, se produce en grandes cantidades en la mayoría de las
voladuras y provoca que los músculos con movimiento involuntario del cuerpo dejen de
funcionar. En otras palabras, el corazón y los pulmones dejan de trabaja si se encuentran con
concentraciones altas de bióxido de carbono. Concentraciones del 18% o más en volumen,
pueden provocar la muerte por asfixia. Otro problema que presenta el bióxido de carbono es
que tiene una densidad de 1.53 si se compara con el aire, y tiende a estancarse en los sitios
más bajos de la excavación o donde hay poco movimiento. Una solución práctica al problema
es usar aire comprimido para diluir cualquier alta concentración posible en las depresiones de
las zanjas.
3.1.4 FLAMABILIDAD
Durante las últimas dos décadas, 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 sensación falsa de seguridad.
Algunos creen que todos los explosivos hoy en día 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 cómo altamente flamables. Debe prohibirse el fumar durante el
cargado de los barrenos y. Si los explosivos van a ser destruidos incinerándolos, deben
seguirse los procedimientos indicados por el IME (Instituto de Fabricantes de Explosivos), sin
importar el tipo de explosivo de que se trate.
La fórmula química del nitrato de amonio es NH 4NO3 o escrito de forma más simple
N2H403. Con relación a su peso, aporta más volumen de gas en la detonación que cualquier
otro explosivo. En estado puro, el nitrato de amonio (AN) es casi inerte y su composición por
peso es de 60% Oxígeno, 33% Nitrógeno y 7% Hidrógeno. Al agregar el diesel, la reacción
con balance de oxígeno ideal para NH4NO3 es:
Los hidrogeles y las emulsiones pueden tener problemas de detonación muy serios si
se almacenan bajo temperaturas muy frías y no se les permite calentarse antes de detonados.
Los hidrogeles y las emulsiones son productos muy diferentes a los mencionados anterior-
mente. El problema surge debido a que se ha acostumbrado al poblador a usar agentes
explosivos de cualquier fabricante sin tener problemas por el frío extremo. El poblador se ha
acostumbrado también a usar dinamitas de diferentes fabricantes con buenos resultados. Hoy
en día no todos los hidrogeles y emulsiones se desempeñan de forma idéntica. Algunos
pueden ser usados inmediatamente después de almacenados a temperaturas de –18° C,
mientras que otros no detonarán si se almacenan a temperaturas inferiores a los 4.5 0 C. La
sensibilidad del producto puede verse afectada. El procedimiento de cebado, que fue
empleado cuando el producto se almacenó a 2º C, puede no iniciar la detonación si el
producto fue almacenado a 6° C. Es una buena idea el consultar la hoja técnica del fabricante
siempre que se utilice un producto nuevo, pero es esencial consultar esa hoja técnica si
explosivos del tipo de los hidrogeles y las emulsiones se están usando por primera vez, ya
que sus propiedades y desempeño puede variar radicalmente con la temperatura (Figura 3.2).
3.2.1 SENSITIVIDAD
3.2.4 DENSIDAD
SG D 2
d e e
e
4000
donde:
de
1.2 76.22 Kg
5.47
m
4000
3.2.5 POTENCIA
El término potencia se refiere al contenido de energía 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
ha sido clasificada por varios fabricantes sobre la base de un peso o volumen igual, y común-
mente se les llama potencia en peso y potencia en volumen. Aunque no existe un método de
medición que se utilice para todos los fabricantes de explosivos, existen muchos métodos de
medición de la potencia tales cómo: la prueba balística de mortero, valores de ejecución
sísmica, medición del pulso de esfuerzo, craterización, cálculo de presiones de detonación,
cálculo de presión de barreno y la determinación de la temperatura de reacción. Sin embargo,
ninguno de estos métodos puede usarse satisfactoriamente para fines de diseño de voladuras.
La clasificación de potencia es engañosa y no compara, de manera certera, la efectividad de
fragmentar la roca con el tipo de explosivo. En general se puede decir que, la clasificación de
potencia, es sólo una herramienta para identificar los resultados finales y asociados con un
producto específico.
3.2.6 COHESIVIDAD
Los productos que se utilizan como carga principal de los barrenos pueden dividirse en
tres categorías genéricas: las dinamitas, las suspensiones y los agentes explosivos (Figura
3.3). Una cuarta categoría, de menor importancia, es la de los explosivos binarios o de dos
compo- nentes y también serán 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 categorías, merecen mencionarse por sus características únicas.
Todas las categorías genéricas discutidas en esta sección son altos explosivos desde
el punto de vista de que todos ellos detonan y generan onda de choque. Por otro lado,
comúnmente se nombra a algunos de estos explosivos por otros nombres tales como agentes
explosivos. El término agente explosivo no le resta al explosivo su capacidad de detonar o de
funcionar como un alto explosivo. Este término, agente explosivo, es una clasificación
considerada desde el punto de visto del almacenamiento y la transportación. Los agentes
explosivos son menos sensitivos a la iniciación y por lo tanto pueden almacenarse y
transportarse bajo normas diferentes a las que normalmente se usan por altos explosivos más
sensitivos. El término alto explosivo se refiere a cualquier producto, usado en voladuras, que
sea sensitivo al fulminante y que reaccione a una velocidad mayor o la velocidad que viaja el
sonido a través del explosivo. La reacción debe ir acompañada de una onda de choque para
que se pueda considerar como alto explosivo.
Los agentes explosivos, una subclase de los altos explosivos, son un material o mezcla que
consiste de un combustible y un oxidante. El producto terminado, ya mezclado y empacado
para transportarse, no puede ser detonado por un fulminante número 8 en una prueba
específica descrita por la Oficina de Minas de los EE.UU. Normalmente, los agentes
explosivos no contienen ingredientes que por si solos sean altos explosivos. Algunas
emulsiones que contienen TNT, pólvora sin humo u otros ingredientes de altos explosivos,
pueden ser clasificados cómo agentes explosivos si estos son insensitivos a la iniciación de un
fulminante número 8 (Figura 3.3).
3.3.1 DINAMITA
Dentro de la familia de las dinamitas, hay dos divisiones principales: dinamita granulada
y dinamita gelatina. La dinamito granulada es un compuesto que utiliza la nitroglicerina como
base explosiva. La dinamita gelatina es una mezcla de nitroglicerina y nitrocelulosa que
produce un compuesto resistente al agua de aspecto ahulado.
Dentro de las dinamitas granuladas hoy tres clasificaciones que son: dinamita pura,
dinamita extra de alta densidad y dinamita extra de baja densidad (Figura 3.4).
Este producto es el tipo de dinamita más utilizado. Es similar a la dinamita pura con la
excepción de que parte de la nitroglicerina y el nitrato de sodio se reemplazan con nitrato de
amonio. La dinamita de amonio o extra es menos sensitiva al choque y la fricción que la
dinamita pura. Se le ha utilizado en una amplia gama de aplicaciones en canteras, minas
subterráneas y construcción.
Las dinamitas de baja densidad son similares en su composición a las de alta densidad
excepto que una mayor cantidad de la nitroglicerina y el nitrato de sodio se substituyen por
nitrado de amonio: Debido a que el cartucho contiene gran parte de nitrato de amonio, su
potencia por volumen es relativamente baja. Este producto es muy útil en roca suave o donde
se pretende limitar deliberadamente la cantidad de energía dentro del barreno.
Los gelatinas puras básicamente son geles explosivos con nitrato de sodio,
combustibles y azufre adicionales. En potencia, es el equivalente gelatinoso de la dinamita
pura. La gelatina explosiva pura es el explosivo con base de nitroglicerina más poderoso. Una
gelatina pura debido a su composición es la dinamita más resistente al agua que existe.
Las dinamitas semigelatinas son similares a las gelatinas de amonio excepto que una
mayor cantidad de la mezcla de nitroglicerina, nitrocelulosa y nitrato de sodio se reemplaza
con nitrato de amonio. Las semigelatinas son menos resistentes al agua y más baratas
comparadas con las gelatinas de amonio. Debido a su naturaleza gelatinosa, tienen mayor
resistencia al agua que muchas de las dinamitas granuladas y frecuentemente se utilizan bajo
condiciones húmedas y algunas veces como iniciadores de agentes explosivos.
3.3.4 EXPLOSIVOS TIPO SUSPENSIÓN
Los agentes explosivos secos son los más utilizados de todos los explosivos hoy en día.
Aproximadamente el 80% de todos los explosivos que se utilizan en los EE.UU. son agentes
explosivos secos. El término agente explosivo seco se refiere a todo aquel material en el cual
no se utiliza agua en su formulación. Los primeros agentes explosivos empleaban
combustibles basándose en carbón sólido o carbón mineral y nitrato de amonio en varias
formas. A través de la experimentación se encontró que los combustibles sólidos tendían a
segregarse durante la transportación y los resultados de las voladuras no eran óptimos. Se
encontró que el diesel mezclado con perlas porosas de nitrato de amonio daban los mejores
resultados. El término ANFO (Ammonium Nitrate and Fuel Oil) se ha convertido en el sinónimo
de los agentes explosivos secos. Una mezcla de ANFO balanceada de oxígeno es la fuente
de energía explosiva más barata que se puede obtener hoy en día (Figura 3.10). El añadir
polvo de aluminio a los agentes explosivos secos aumenta la producción de energía pero
también aumenta el costo. Los agentes explosivos secos se pueden dividir en dos categorías:
encartuchados y a granel.
El nitrato de amonio que se utiliza para la carga a granel viene en forma de perlas. Las
perlas son partículas esféricas de nitrato de amonio que se fabrican en una torre con un
proceso similar al utilizado para fabricar perdigones para cartuchos de escopeta (Figura 3.14).
Las perlas de nitrato de amonio se utilizan también como fertilizante. Durante períodos de
escasez de explosivos, los responsables de voladuras con frecuencia han utilizado las perlas
de grado fertilizante. Existen diferencias entre las perlas de grado fertilizante y los de grado
explosivo. Las perlas de grado explosivo son porosas, esto distribuye el combustible mejor, lo
que resulta en un mejor desempeño en la voladura. La Tabla 3.9 indica las diferencias en las
propiedades de los dos tipos de perlas.
Algunas operaciones tratan de usar ANFO pesado en barrenos mojados, sin embargo,
utilizan mezclas que no contienen la suficiente cantidad de suspensión. Para proveer la
resistencia al agua adecuada, se recomienda que por lo menos se utilice el 50% de
suspensión en un ANFO pesado que se usará en barrenos mojados.
Figura 3.15 Camión Cargador de ANFO pesado a Granel
3.5 EXPLOSIVOS DE DOS COMPONENTES
A los explosivos de dos componentes con frecuencia se les llamó binarios ya que están
hechos de dos ingredientes separados. Ninguno de estos ingredientes es un explosivo en sí
hasta que se mezclan. Los explosivos binarios normalmente no están clasificados cómo
explosivos. Pueden ser embarcados y almacenados como materiales no explosivos. Los
explosivos de dos componentes disponibles comercialmente son una mezcla de nitrato de
amonio pulverizado y nitro metano que ha sido teñido de rojo o verde. Estos componentes se
llevan a la obra y se mezcla exclusivamente la cantidad necesaria. Al mezclar los materiales
se obtiene un producto sensitivo al fulminante listo para usarse. Estos explosivos binarios se
pueden utilizar en substitución de suspensiones sensitivas o dinamita, o como iniciadores de
agentes explosivos. En la mayoría de los EE.UU. no son considerados explosivos hasta que
se mezclan, por lo tanto ofrecen al pequeño operador mayor flexibilidad en el trabajo. Su costo
por unidad es considerablemente mayor al de la dinamita pero los ahorros en transportación y
almacenamiento equilibran la diferencia en el costo por unidad. Si se requieren grandes can-
tidades para un trabajo en particular, el costo por peso mayor y la molestia de mezclados en el
lugar acabarán con los ahorros derivados de los requerimientos más flexibles del transporte y
almacenamiento.
4 INICIADORES Y DISPOSITIVOS DE RETARDO
4.1 INTRODUCCION
Los estopines instantáneas están hechos paro detonar dentro de unos cuántos
milisegundos después de que se aplica la corriente eléctrica. Los estopines instantáneos no
contienen tubo de retardo o elemento de retardo alguno.
Los retardos de período largo tienen intervalos que van desde cien milisegundos hasta
más de medio segundo de retardo. Estos retardos proveen tiempo para que la roca se mueva
en voladuras estrechas. Generalmente se utilizan en excavación de túneles, tiros de minas y
voladuras subterráneas.
Al paso de los años, ha surgido la necesidad de tener retardos muy precisos. La tecnología
electrónica ha avanzado al punto de que existe la tecnología para fabricar retardos
electrónicos a un costo razonable. En algunos países ya se utilizan los retardos electrónicos.
En los E.UA. existe cierto desgano por parte de los fabricantes por introducir estos retardos al
mercado, sin embargo, tan pronto como un fabricante empiece a producir estos retardos, los
demás lo seguirán rápidamente. Un iniciador electrónico con tiempo de disparo muy preciso y
con la habilidad de tener períodos infinitos de retardo con cualquier intervalo, revolucionará la
industria. Este sistema de iniciación eliminará virtualmente los problemas causados por la
tolerancia en el tiempo de disparo, detonación imprecisa y disparos fuera de secuencia. Se
tendrá el control de la vibración del terreno, roca en vuelo, golpe de aire y fragmentación.
Debido a la sofisticación que se puede lograr en los componentes electrónicos, se puede dar
a los fulminantes un código específico bajo el cual la detonación accidental debido a la
corriente estática no será un peligro.
4.4 MAGNADET
Si se requiere más de un iniciador por barreno, como cuando se disparan cargas con
tacos intermedios, las unidades adicionales de iniciadores Magna pueden deslizarse por el
mismo cable del circuito primario hasta la profundidad deseada dentro del barreno (Figura
4.6).
Figura 4.6 Iniciador Deslizante Magna
Ofrece todas las ventajas de la iniciación eléctrica sin los riesgos de seguridad.
Existen explosores para estopines normales así como para el sistema Magnadet.
El cordón Detaline es un cordón detonante de baja energía que tiene una carga de
tetranitrato de pentaeritritol (PETN) de 0.5 gramos por metro. El núcleo explosivo se encuentra
dentro de fibras textiles y está recubierto de un forro plástico continuo. El cordón Detaline no
continuará su detonación a través de un empalme anudado. Para empalmar el cordón, se
requiere de un arrancador Detaline, el cual se requiere también para iniciar la línea troncal
Detaline.
Los retardos ms de superficie Detaline tienen la misma forma que los arrancadores y
contienen un explosivo que se quema a menor velocidad para proporcionar el tiempo de
retardo entre la activación y la iniciación del cordón detonante que está asegurado en el
extremo señalado con una flecha.
4.6.4 RETARDOS MS DE FONDO DETALINE
Los sistemas Detaline están conectados de manera similar a los sistemas convencionales
de cordón detonante, excepto que las conexiones se hacen más fácilmente y no se requieren
conexiones en ángulos rectos. La línea troncal Detaline se tiende sobre la longitud total de
cada hilera de barrenos. Luego se conecta el arrancador Detaline o los retardos de superficie
en la boca de cada barreno. La línea descendente de cordón detonante se dobla en forma de
U y el lazo se inserta dentro del extremo con la flecha y se asegura por medio de un perno
dentado. Finalmente el otro extremo de cada arrancador Detaline o retardo de superficie se
conecta de la misma manera a la línea troncal continua tendida en cada hilera de barrenos. El
sistema se conecta de tal manera que se crean dos caminos de iniciación redundantes.
Mecha y fulminante o un estopín eléctrico se insertan en un arrancador, para iniciar la línea
troncal.
Los cebos de retardo son unidades de alto explosivo sensitivo con un iniciador no eléctrico
individual que se inicia a través de una línea de cordón detonante. El cebo de retardo se utiliza
para detonar ANFO, agentes explosivos o cualquier explosivo no sensitivo al fulminante. Los
cebos de retardo son ideales para la iniciación desde el fondo del barreno; estos pueden ser
usados con columna completa de explosivos así como con tacos intermedios.
Un tubo corre a lo largo del cebo en el cual se entreteje una sola línea de cordón
detonante. Esto elimina la necesidad de separar la línea de cordón para cada carga
intermedia. Se pueden entrelazar cualquier número de cebos en esta línea sencilla de cordón
detonante.
La compañía Austin Powder fue la primera que fabricó los cebos de retardo. El detonador de
454 gr se utiliza para agentes explosivos a granel o empacados y emulsiones con diámetro de
100 mm o más (Figura 4.10)
Figura 4.10 Detonador de Retardo Austin (ADP)
Austin Powder recomienda que se utilice un cordón detonante de 5.3 gr/m como línea de
bajada con una resistencia a la tensión por arriba de 90 Kg.
Los sistemas de tubos de choque necesitan una cantidad precisa de energía para iniciar la
reacción dentro del tubo. Pueden ser iniciados con cordón detonante, estopín eléctrico, mecha
y fulminante o un arrancador de bajo costo cómo un fulminante de escopeta con un dispositivo
de percusión. Los aspectos únicos de estos sistemas son:
Los iniciadores de tubo de choque están hechos para usarse con dinamitas, hidrogeles
o emulsiones sensitivas disponibles comercialmente, ya que el explosivo dentro del tubo no
iniciará o afectará a este tipo de explosivos. Estos iniciadores pueden usarse para iniciar
explosivos no sensitivas en combinación con un detonador apropiado.
Los iniciadores LLH.D. (Long Length Heavy Duty) de milisegundos son similares a los
iniciadores LP con la excepción de que los intervalos de retardo son más cortos. Una unidad
LLH.D. tiene un tubo de choque con una longitud suficiente para alcanzar la boca del barreno.
Esta longitud elimina la necesidad del cordón detonante dentro del barreno lo que permite
utilizar explosivos sensitivos dentro de los barrenos.
Las líneas troncales con retardo se utilizan en lugar de las líneas de cordón detonante.
Estas unidades tienen retardos integrados para reemplazar a los conectores de retardo
convencionales utilizados con el cordón detonante. Las líneas troncales son armadas en la
fabrica con cinco componentes principales: el tubo de choque, la cápsula explosiva, el
conector, la etiqueta de retardo y una manga de plástico (Figura 4.11)
Un cebado inadecuado puede ser costoso para el operador. Si la carga principal del
barreno no se inicia apropiadamente, las plantillas de barrenación por necesidad serán mucho
más pequeñas de lo que normalmente serian. E' tamaño de la fragmentación será más
grande. Los procedimientos deficientes de cebado no sólo son costosos, sino que pueden
causar vibración excesiva del terreno, golpe de aire, roca en vuelo y un daño
considerablemente mayor detrás de la última hilera de barrenos de lo que ocurriría si se
utilizaran procedimientos de cebado adecuados.
Los dos criterios más críticos de selección de un cebo son: la composición y el tamaño.
La composición del cebo determina la presión de detonación que es la directamente
responsable de la iniciación de la carga principal. Investigaciones hechas por Norm Junk en la
compañía Atlas Powder han demostrado que la composición del cebo afecta
significativamente el desempeño de las cargas de ANFO. La figura 5.3 es una gráfica que
ilustra el efecto de la presión de detonación para una carga de ANFO de 76 mm de diámetro y
la respuesta del ANFO a diferentes distancias desde el cebo. Debe notarse que los cebos
térmicos de baja presión de detonación causaron de hecho una combustión en vez de iniciar
una detonación. Todos las cebos que produzcan velocidades de detonación por arriba de la
del estado estable son aceptables.
El tamaño del cebo también es importante para obtener una reacción apropiada. Cebos
con diámetros muy pequeños no son tan eficientes como los de diámetro mayor. La figura 5.4
demuestra el efecto del diámetro del cebo en la respuesta del ANFO en cargas de 76 mm de
diámetro a diferentes distancias desde el cebo. Estas investigaciones conducidas por la
compañía Atlas Powder indicaron que los cebos de diámetro pequeño resultan ineficientes sin
importar la composición del material utilizado.
o La presión de detonación de un cebo debe ser mayor al nivel necesario para provocar
que la carga principal detone a, o por encima de su velocidad normal de detonación. La
densidad y la velocidad de detonación en confinamiento pueden usarse como
indicadores de la presión de detonación, si los valores de ésta no están disponibles. Un
cebo que tenga una densidad aproximada de 12 gr/cm 3 con una velocidad de
detonación en confinamiento mayor a 4600 m/s normalmente será adecuado para
cebar explosivos no sensitivos, materiales tales como ANFO, agentes explosivos y la
mayoría de los hidrogeles. Esta combinación de densidad y velocidad produce una
presión de detonación de alrededor de 60 kilo bares. Para explosivos tales como
emulsiones, que detonan a velocidades mayores, cebos más energéticos producirán
mejores resultados. Un cebo con densidad de 1.3 gr/cm3 con una velocidad de
detonación en confinamiento mayor a 5200 m/s será adecuado para rápidamente
alcanzar la velocidad normal del explosivo. Esta combinación de densidad y velocidad
produce una presión de detonación de alrededor de 80 kilo bares.
o El diámetro del cebo debe ser mayor al diámetro crítico del explosivo usado como
carga principal de la columna.
o El cebo debe ser sensitivo al iniciador. Una gran variedad de productos son usados
como cebos. Estos cebos tienen diferentes sensitividades. Algunos pueden ser
iniciados por cordón detonante de baja energía, mientras que otros pueden ser
insensitivos a estos iniciadores. Es importante que el operador entienda la sensitividad
de un cebo para asegurar que la detonación ocurra en la carga principal de columna.
o El explosivo en el cebo debe alcanzar su velocidad nominal de detonación dentro de la
longitud del cartucho. Si esto se logra. entonces los cartuchos adicionales de explosivo
de cebado no tienen un propósito útil.
o Para la mayoría de las aplicaciones de voladura, no son necesarios más de dos cebos
por barreno. El segundo cebo, aunque técnicamente no se necesita, es comúnmente
usado como sistema de respaldo en caso de que el primero falle o no dispare la carga
completa.
5.2 REFORZADORES
En general, los reforzadores se utilizan para poner más energía dentro de una capa dura
en la columna de roca. Algunas veces se utilizan también para intensificar la reacción
alrededor del cebo lo que aportará más energía en el punto donde se localice el cebo. Esto es
usado comúnmente cuando los cebos se localizan cerca del fondo del barreno, ya que es en
este punto donde la roca es más difícil de romper. El usar un reforzador en el fondo del
barreno normalmente permite el incremento en las dimensiones del bordo y una mejor
fragmentación en la pata de la voladura. Los reforzadores pueden estar hechos de materiales
explosivos similares a los cebos. Su única función es la de aportar más energía en puntos
específicos dentro de la columna de explosivo.
Los explosivos sensitivos, tales cómo la dinamita, se inician con cordón detonante. Los
explosivos no sensitivos tales cómo el nitrato de amonio, emulsiones e hidrogeles pueden ser
afectados de muchas maneras por el cordón detonante que pasa a través de la columna de
explosivo. Si el cordón detonante tiene la suficiente energía, los explosivos pueden detonar o
quemarse. Una combustión, en lugar de una detonación, libera sólo una parte de la energía
disponible de los explosivos. La voladura está subcargada debido a la poca liberación de
energía. Los niveles de vibración del terreno aumentan mientras que los barrenos se
escopetean produciendo roca en vuelo.
Para prevenir que la carga principal de explosivo se queme o deflagre, uno debe estar
seguro que el cordón detonante no es demasiado grande para el diámetro del barreno. Las
cargas del cordón que no deben causar deflagración se encuentran en la tabla 5.1.
Si el cordón detonante no tiene la carga suficiente para causar la reacción del explosivo,
puede provocar que el explosivo se dañe. La localización del cordón puede ser al centro del
barreno o a un lado y esta localización controlará la severidad de los efectos. El daño resul-
tante es llamado presión muerta o precompresión. La precompresión incrementa la densidad
del explosivo y éste no detona. Esto ocurre cuándo el cordón detonante tiene suficiente
energía para quebrar los espacios de aire dentro del explosivo o romper las micro esferas
llenas de aire que se utilizan en algunos productos. Las bolsas de aire proveen lugares para la
formación de puntos calientes para la detonación. La compresión adiabática del aire es
necesaria para que la detonación prosiga a lo largo del explosivo.
Tabla 5.1 Carga Máxima del Cordón
Diámetro del Barreno Carga Máxima del Cordón
(mm) (g/m)
25-127 2.1
127-204 5.3
204-381 10.7
6.1 BORDO
La dimensión del bordo se define cómo la distancia más corta al punto de alivio al
momento que un barreno detona (Figura 6.1). El alivio se considera normalmente cómo la
cara original del banco o bien cómo una cara interna creada por una hilera de barrenos que
han sido disparados previamente con un retardo anterior. La selección del bordo apropiado es
una de las decisiones más importantes que hay que hacer en cualquier diseño de voladuras.
De todas las dimensiones de diseño en una voladura, el bordo es la más crítica. Si los bordos
son demasiado pequeños, la roca es lanzada a una distancia considerable de la cara. Los
niveles de golpe de aire son altos y la fragmentación puede resultar demasiado fina. Por el
otro lado, si los bordos son muy grandes, dará cómo resultado el rompimiento trasero y el
bronqueo de la cara final (lanzamiento de material hacia atrás). Los bordos excesivos también
pueden ocasionar que los barrenos se escopeteen lanzando piedra a distancias
considerables, los niveles de golpe de aire altos y la formación de cráteres ocurren cuando los
barrenos sólo tienen el alivio hacia arriba. Los bordos excesivos causan un exceso de
confinamiento en los barrenos, lo que da cómo resultado niveles de vibración
significativamente más altos por kilogramo de explosivo utilizado. La fragmentación de la roca
puede ser extremadamente gruesa y con frecuencia se tienen problemas en la parte baja o
pata del banco. Otras variables de diseño son más flexibles y no producirán diferencias tan
drásticas en los resultados cómo la misma proporción de error en la dimensión del bordo.
Figura 6.1 Símbolos para el diseño de
voladuras
donde:
B = Bordo
T = laco
J = Sub barrenación
L = Altura de banco
H = Profundidad del barreno
P = Longitud de la columna de explosivo
C
(6.1)
B2 B1 De2
De1
donde:
B1 : Bordo utilizado exitosamente en voladuras previas
De1 : Diámetro del explosivo para B1
B2 : Nuevo bordo
De2 :Diámetro nuevo del explosivo para B2
Ejemplo 6.1
Información dada:
B1 4.6 m
De1 152.0 mm
De2 102.0 mm
La ecuación 6.1 tiene severas limitaciones ya que sólo puede usarse si las
características de los explosivos y la roca se mantienen sin cambio.
Cuando un operador se está moviendo hacia una nueva área de trabajo donde no ha
tenido experiencia previa, sólo tendrá las características generales de la roca y el explosivo
para trabajar. En estos casos y sobre todo si existen asentamientos humanos cercanos, es
esencial que la primera voladura no sea un desastre. Para estimar el bordo bajo estas
situaciones, la siguiente fórmula empírica resulta de ayuda.
(6.2)
2 SGe
B 0.012 1.5 De
SG
r
donde:
B : Bordo (m)
Sge : Gravedad Especifica o Densidad del Explosivo (g/cm3)
SGr : Gravedad específica o Densidad de la Roca (g/cm3)
De : Diámetro del Explosivo (mm)
Ejemplo 6.2
Un operador ha diseñado un patrón de voladura en una formación de roca caliza
usando barrenos de 76 mm de diámetro. Estos barrenos se cargarán con dinamita
semigelatina con una densidad de 1.3 g/cm 3. La caliza tiene una densidad de 2.6 g/cm 3 y el
diámetro de los cartuchos es de 62 mm. Se puede usar la ecuación 6.2 para determinar el
bordo (las densidades de las rocas se dan en la tabla 6.1).
Las ecuaciones anteriormente propuestas para el cálculo del bordo usaban la densidad
de los explosivos cómo un indicador de la energía. La nueva generación de suspensiones
explosivas, llamadas emulsiones, de alguna manera tiene diferentes energías aunque tienen
casi la misma densidad. Las ecuaciones de bordo propuestas hasta ahora definirán un bordo
razonable pero no diferenciarán entre los niveles de energía de algunos explosivos cómo las
emulsiones. De manera de poder aproximar aún más el bordo para una voladura de prueba,
se puede utilizar una ecuación que considera la potencia relativa por volumen en lugar de la
densidad del explosivo. La potencia relativa por volumen es el nivel de energía a volumen
constante y comparado a un explosivo básico.
Stv
B 8x103 De 3
SGr
donde:
B : Bordo (m)
De : Diámetro del Explosivo (mm)
Stv : Potencia relativa por volumen (ANFO = 100)
SGr : Gravedad Específica de lo Roca (g/crn3)
Ningún valor será satisfactorio para la dimensión exacta del bordo en un tipo particular
de roca debido a la naturaleza variable de la geología. Aún cuándo las características de
resistencia se mantengan sin cambio, la forma del depósito y la estructura geológica deben
ser considerados en el diseño de una voladura. El ángulo de los estratos influye el diseño del
bordo dentro del patrón.
Para estimar la desviación de la fórmula normal del bordo para estructuras rocosas
poco usuales, se incorporan dos constantes a dicha fórmula. La constante Kd se utiliza para la
forma del depósito y la constante Ks es la correcci6n para la estructura geológica. Los valores
de Kd tienen un rango de 1.0 a 1.18 y describen el sentido de los estratos (Tabla 6.3). El
método de clasificación se divide en tres casos generales de depósito: estratos
sumergiéndose hacia el corte, estratos sumergiéndose hacia la cara y otros tipos de
depósitos.
Tabla 6.3 Correcciones por el tipo de Depósito
Orientación de los Kd
Estratos
Estratos hacia el corte 1.18
Estratos hacia la cara 0.95
Otros tipos de depósitos 1.00
Ejemplo 6.3
Primero se calcula el bordo promedio utilizando la ecuación 6.2 o 6.3. Con cartuchos de
127 mm. el bordo promedio es de 3.84 m. Cuando se aplican los factores de corrección el
bordo será de 4.99 m.
La distancia del taco se refiere a la porción superior del barreno que normalmente se
rellena con material inerte para confinar los gases de la explosión. Para que una carga de alto
explosivo funcione adecuadamente y libere el máximo de energía, la carga debe encontrarse
confinada dentro del barreno. E confinamiento adecuado también es necesario para controlar
la sobrepresión de aire y la roca en vuelo. La relación común para la determinación del taco
es:
(6.4
)
T 0.7 B
donde:
T : Taco (m)
B : Bordo (m)
En la mayoría de los casos, una distancia de taco de 0.7 B es adecuada para evitar que
salga material prematuramente del barreno. Debe recordarse que la distancia del taco es
proporcional al bordo y, por lo tanto, al diámetro de la carga, a la densidad del explosivo y a la
densidad de la roca, ya que todos éstos son necesarios para determinar el bordo. La distancia
del taco es también función de estas variables. Si la voladura tiene un diseño pobre una
distancia del taco de 0.7 B puede no ser adecuada para evitar que el material se escopetee.
De hecho, bajo condiciones de un diseño deficiente, el doblar; triplicar o cuadruplicar la
distancia del taco, no asegura que los barrenos funcionen correctamente, por lo tanto, la
distancia del taco promedio discutida arriba solamente es válido si la voladura está
funcionando adecuadamente.
Ejemplo 6.4
El material más común utilizado para taco son las astillas de barrenación ya que, se
localizan convenientemente en la boca de los barrenos. Sin embargo, las astillas muy finas
comúnmente llamada polvo es un material muy pobre para el taco. Si se utilizan astillas de
barrenación que contengan demasiado polvo, se tendrá que utilizar aproximadamente un 30%
ó 0.3 x B más (taco = bordo) que si se utiliza piedra triturada cómo material de taco. En casos
donde la roca sólida se localiza cerca de la superficie del banco, los operadores con
frecuencia suben la columna principal de explosivo lo más posible, para poder romper esta
roca masiva. Sin embargo, no quieren arriesgar la posibilidad de que los barrenos se
escopeteen, haya roca en vuelo y sobrepresión de aire.
En casos cómo éste, es una práctica común el traer piedra triturada al lugar de trabajo
para usarla cómo material de taco. En el ejemplo 6.4 donde la distancia del taco fue calculada,
si se utiliza polvo de barrenación en lugar de piedra triturada o astillas de barrenación, puede
ser necesario aumentar la profundidad del taco para que equivalga a la dimensión del bordo.
El polvo de barrenación es un material de taco muy pobre ya que no se traba contra las
paredes del barreno y es fácilmente expulsado.
Sí las distancias de los tacos son excesivas, se obtendrá una fracturación muy pobre en
la parte superior del banco y la cantidad de rompimiento trasero se incrementará. Cuando una
voladura funciona apropiadamente, la zona del taco se levantará suavemente y caerá en la
pila de roca después de que el bordo se ha movido hacia fuera. Esta acción se ilustra en la
figura 6.2
y donde:
Dh
Sr
20
La grava de río de este tamaño, que tiene cantos rodados, no funcionará tan bien cómo
la grava triturada. Cuándo ocurre la detonación en el barreno, las partículas del taco ubicadas
a una distancia corta por encima de la carga, serán comprimidos hasta tener una consistencia
de argamasa (Figura 6.3).
(6.6)
J 0.3 B
donde:
J : Sub-barrenación (m)
B : Bordo (m)
Figura 6-5 Problemas del Estrato Suave Encima del Nivel de Piso
Solución:
La selección del diámetro adecuado del barreno para cualquier trabajo requiere una
evaluación en dos partes. La primera parte considera el efecto del diámetro del barreno en la
fragmentación, soplo de aire, roca en vuelo y vibración del terreno. La segunda parte
considera la parte económica de la barrenación.
Con la ayuda de la Tabla 6.5. el operador puede determinar el Potencial de los efectos
indeseables que han sido discutidos previamente y determinar cuanto puede cambiar la
barrenación y el cargado sobre la base de estos factores. Mientras más masiva sea la roca en
una voladura de producción los resultados de la Tabla 6.5 serán más probables.
Ejemplo 6.6
Ya que la fragmentación debe ser buena, seleccione una relación de rigidez de 3. El explosivo
seleccionado sobre la base de la respuesta de la pregunta 1 tiene una densidad de 0.8 y la
densidad de la roca es de 2.6.
La ecuación 6.2 puede ser utilizada para resolver el diámetro de la carga (de). Si L/B = 3 y L =
6 m entonces:
(6.7)
donde:
LH = altura de Banco Mínima (m)
De = Diámetro del Explosivo (mm)
Todos los sistemas de Iniciación utilizados hoy en día tienen tolerancia en los tiempos
de disparo, lo que significa que los iniciadores no disparan exactamente en el retardo nominal.
En general, a menos que se especifique de otra forma por el fabricante, se puede
asumir que el periodo nominal de retardo tiene una tolerancia máxima aproximada de +/- 1%.
Esto es para indicar, por ejemplo, que un iniciador eléctrico o no eléctrico con un retardo
nominal de 200 milisegundos disparará entre 180 y 220 ms. En la Figura 6.8ª, si el barreno
subsiguiente debe disparar a los 210 milisegundos, la probabilidad de tener un retardo
verdadero de 10 milisegundos entre los dos barrenos es relativamente pequeña, si cada
barreno tiene un iniciador de 200 ms. Cada uno tiene una tolerancia potencial en el tiempo de
retardo de 200 más menos 20 milisegundos. En un caso (Figura 6.8ª), los retados en los
iniciadores podrían disparar con 40 milisegundos de diferencia más 10 ms adicionales entre
barrenos debido al explosor secuencial dando un total de 50 ms de diferencia. En el otro caso
(Figura 6.8B) si el barreno No. 1 dispara tarde, 220 ms, y el barreno No. 2 dispara 20 ms
antes a 180 ms, a pesar del retardo de 10 ms entre barrenos, podría ocurrir una secuencia de
disparo inversa.
La selección del tiempo de iniciación adecuado es tan importante en cada aspecto, cómo
la selección de las dimensiones físicas tales como bordo y espaciamiento. Las condiciones
generales de tiempo de iniciación serán discutidas. La primera es donde los barrenos dentro
de una hilera son disparados instantáneamente o simultáneamente. La iniciación simultánea a
lo largo de la hilera requiere de un espaciamiento mayor y por lo tanto, ya que los barrenos se
encuentran mas alejados, el costo por metro cúbico o por tonelada del material extraído se ve
reducido. Las desventajas de tener iniciación simultánea a lo largo de la hilera, son los
problemas que surgirán relacionadas con la vibración del terreno debido a que hay muchos
barrenos detonando al mismo tiempo. Aunque se producen más metros cúbicos con la
iniciación instantánea, la fragmentación será más gruesa que la obtenida con los retardos de
tiempo adecuados y espaciamientos más cortos. La iniciación retardada a lo largo de la hilera
reduce la vibración del terreno y produce una fragmentación más fina a un costo mayor. La
tabla 6.6 proporciona las constantes de tiempo para diferentes tipos de roca. La información
en esta Tabla puede usarse con la ecuación 6.8.
(6.8)
t H TH S
donde:
tH : Retardo barreno a barreno (ms)
TH :Constante de retardo barreno a barreno según Tabla 6.6
S : Espaciamiento (m)
o Los retardos cortos causan pila de roca más altas y pegadas a la cara.
o Los retardos cortos causan más rompimiento trasero.
o Los retardos cortos causan más violencia, sobrepresión de aire y vibración del terreno
o Los retardos cortos tienen más potencial para causar roca en vuelo.
o Los retardos largos reducen los niveles de vibración.
o Los retardos largos reducen el rompimiento trasero.
Para determinar el retardo que debe utilizarse entre hileras en voladuras de producción, la
Tabla 6.7 proporciona lineamientos generales.
Tabla 6-7 Retardo de tiempo Entre Hileras
Constante TH(ms/m) Resultado
6.5 Violencia1 sobrepresión de aire excesiva, rompimiento trasero.
etc.
8.0 Pila de material alta cercana a la cara, sobrepresión y
rompimiento
moderados
11.5 Altura de pila promedio, sobrepresión y rompimiento promedio
16.5 Pila de material disperso con rompimiento trasero mínimo
El tiempo de retardo no debe ser menor a 8.5 milisegundos por metro de bordo entre
hileras. Los tiempos de retardo normalmente no deben ser mayores a 16.5 milisegundos por
metro de bordo entre hileras. Cuando el control de la pared final es critico en voladuras
multilíneas (6 ó más hileras), los retardos pueden ampliarse tanto cómo 40 ms por metro de
bordo para obtener pilas de material bajas o lanzamiento de descapote (cast blasting). La
ecuación para el retardo entre hileras es la siguiente:
(6.9)
t r Tt B
donde:
tr : Retardo entre Hileras (ms)
TR : Factor de tiempo entre hileras (ms/m) (tabla
6.7) B : Bordo
Una parte significativa de los problemas, resultado de las voladuras y que causan
sobrepresión de aire, roca en vuelo, vibración excesiva y poca fragmentación, están
directamente relacionados con el tiempo de iniciación (Figura 6.9). Las tablas 6.6 y 6.7
expresan valores del tiempo de iniciación, que pueden ser utilizados para determinar las
características de desempeño del tiempo de iniciación. Sin embargo, el tiempo de iniciación
debe ser considerado debido al potencial que tiene de causar vibración del terreno.
Varias agencias reguladoras proponen que las cargas sean disparadas con un retardo de
8 ms o más si es que éstos han de considerase eventos independientes desde el punto de
vista de la vibración del terreno. Tanto la vibración cómo el desempeño del tiempo en la
voladura analizados previamente, debe mirase desde un punto de vista realista.
Tanto la sobrepresión de aire cómo la roca en vuelo son influenciados por el tiempo de
retardo. Una voladura bien diseñada puede salir mal con sólo cambiar los períodos de retardo
dentro de los barrenos. En general, un tiempo de retardo demasiado corto de hilera a hilera,
incrementará los problemas de sobrepresión de aire y roca en vuelo.
Cuando dos barrenos disparan en tiempos muy cercanos el uno al otro, se pueden
tener vibraciones que se suman, creando un nivel de vibración mucho más alto del que
resultaría de la detonación independiente de cada barreno. Las normas para la vibración del
terreno que se utilizan en las Estados Unidos, se basan en la velocidad pico de la partícula. La
velocidad pico de partícula, es el nivel máximo de vibración alcanzado en cualquier instante
durante uno voladura. Desde un punto de vista operacional esto significa que, no importando
el número de barrenos en una voladura, ya sean 5 ó 500, los barrenos que se traslapen
pueden crear un valor pico en la vibración, el cual puede exceder las normas y
especificaciones. Si no se es cuidadoso con la barrenación, diseño o ejecución de la voladura,
los niveles de vibración serán mucho más variables en esa operación que en una donde se
mantenga una supervisi6n más estrecha en la ejecución del diseño en todos y cada uno de los
barrenos de una voladura. En la mayoría de las operaciones es común encontrar barrenos
que están de un 30 a un 50% fuera de la localización deseada. Ya que se está examinando la
posibilidad de traslape de sólo dos cargas en toda la voladura, los efectos del tiempo de
iniciación proveen un grado mayor de variabilidad en las vibraciones que el terreno mismo.
Cuando una carga se dispara, se genera una onda que se expande de manera casi
circular. No es realmente un circulo, ya que existen diferencias en las velocidades de
propagación dependiendo de las condiciones del terreno. Para propósitos de esta discusión,
consideraremos que dicha onda se expande de manera circular. La onda tiene un nivel de
vibración pico pero no es un evento instantáneo. Cómo una analogía, observe una onda en el
agua y verá que después del pico de la onda existe un desplazamiento atrás de 10 onda por
un periodo de tiempo corto. De forma muy similar, en la vibración del terreno existe un pico y
vibraciones de magnitud menor a ambos lados del pico. Estas andas están dibujadas de
manera idealizada en la figura 6.10. En la figura 6.11. nótese que las dos ondas no están
separadas por suficiente tiempo y se traslapan; la línea punteada indica la velocidad pico de
partícula resultante que ocurre debida al traslape de dos ondas individuales. El pico de la
resultante es mucho mayor que el pico de cada una de las ondas individuales. Recuerde que
si dos cargas disparan al mismo tiempo, se permite que las ondas de vibración se traslapen y
se obtendrán niveles de vibración mayores que los obtenidos si cada cargo dispara
individualmente. En este caso idealizado, se está considerando el traslape de las ondas
generadas por solamente dos cargas. No es imposible tener traslapes de muchos barrenos en
una voladura real.
Para complicar aún más las cosas, se debe estar conciente que este traslape puede
ocurrir en una dirección desde la voladura y no en otras, por lo tanto, el traslape puede
ocasionar un efecto direccional. ¿ Qué tanta protección puede ofrecer el sismógrafo si se está
midiendo la vibración en una dirección y, sin embargo , en otra dirección desde la voladura el
nivel de vibración es significativamente más alto?. Para comprender el efecto direccional de la
vibración, observemos cuatro casos generales resultado de dos cargas que disparan dentro
de una voladura. En el primer caso, la onda casi ha alcanzado el segundo barreno en el
momento en que éste detona (Figura 6.12). Las ondas chocarán entre los barrenos, pero
debido a que los círculos de onda son de diámetro diferente, la resultante formará una curva
de niveles altos de vibración tal y cómo lo indica la dirección de las flechas a ambos lados de
la voladura (Figura 6.12). En otras direcciones diferentes a esta curva de niveles altos de
vibración, los niveles serán significativamente menores.
Figura 6-12 Direccionalidad de la Vibración, Caso General, Abarca todos los posibles Azimuts
En el segundo caso, notamos una línea de niveles altos que se mueve en forma
perpendicular a la hilera de barrenos. Este caso es válido solamente si ambos barrenos
detonan exactamente al mismo tiempo y las ondas generadas chocan a medio camino entre
los barrenos. En direcciones diferentes a las mostradas por las flechas, los niveles de
vibraci6n serán significativamente menores (Figura 6.13).
Figura 6-13 Direccionalidad de la Vibración Perpendicular a la de la Voladura.
En el tercer caso, la onda de vibración del barreno uno ha alcanzado al barreno dos al
tiempo que éste detona. Cuando esto sucede, la onda de vibración del barreno dos y la
energía del barreno uno se unirán para formar un nivel de vibración resultante de ambas
energías, pero sólo en la dirección que muestra la flecha, la cual resulta alineada con los
barrenos (Figura 6.1 4). En otras direcciones, existirán dos eventos de vibración separados
por suficiente tiempo donde los niveles de vibración no serán tan altos cómo lo serían en la
dirección de la flecha.
El caso cuatro representa los efectos ideales al utilizar retardos. Muestra la onda de
vibración del barreno uno, la cual ha pasado al barreno dos con suficiente tiempo antes de
que el barreno dos detone, de manera que se forma una sucesión de ondas de ambos
barrenos las cuales no se unen (Figura 6.15). Por lo tanto, en toda las direcciones alrededor
de la voladura, se generarán vibraciones similares donde no existirán sumas de vibraciones.
Figura 6.15 La Onda de vibración Pasa el Segundo Barreno - Antes que éste Dispare sin Tener Efectos
Direccionales
Las cuatro condiciones que pueden ocurrir son el resultado del tiempo de retardo entre
dos cargas que detonan. ¿Existe entonces un tiempo de retardo ideal que puedo utilizarse
para asegurar que resulte la condición óptima del caso cuatro?. La colisión de estas ondas es
dependiente del tiempo de retardo, pero también depende de la distancia entre las cargas y de
la velocidad de propagación del terreno.
Para las mismas condiciones del terreno, entre más grande sea la distancia entre
barrenos, mayor será el tiempo de retardo necesario para que estas condiciones de traslape
no sucedan. Por lo tanto, con barrenos de diámetro grande y espaciamientos grandes, para
obtener el tiempo de retardo apropiado, se deben tener intervalos de tiempo mayores que si
se están utilizando barrenos de diámetro menor, aún cuando se trate de la misma roca. No
existe un período de retardo óptimo para ser utilizado en cualquier tipo de roca o para
cualquier diámetro de barreno. Uno debe conocer aproximadamente el rango de transmisión
del terreno y también la distancia entre barrenos. Ya que no hay un tiempo de retardo que sea
óptimo para todas las situaciones, el efecto del traslape para una voladura dada puede ser de-
vastador, aunque en otro caso debido a distancias y rangos de transmisión diferentes, el
efecto del traslape no sea tan severo y no produzca problemas.
¿ Tuvo razón el operador en suponer que no tenía nada que hacer ante estos tipos de
variaciones en sus lecturas de vibración? ¿ Fueron éstas causadas exclusivamente por
condiciones del terreno sobre las cuales no se tiene control?. La respuesta a ambas preguntas
es absolutamente no. El operador no tiene razón, ya que normalmente los niveles altos de
vibración y golpe de aire son causados ya por un diseño de voladura pobre, mala ejecución
del diseño o cómo resultado de la tolerancia de los iniciadores.
El término tolerancia del iniciador puede ser nuevo para muchos. La tolerancia del
iniciador es la desviación del tiempo real de disparo con respecto al tiempo nominal de
disparo. Mucha gente, en el pasado, ha asumido que los iniciadores dispararán precisamente
en el tiempo nominal de disparo. De hecho, las normas indican que siempre y cuando haya
una diferencia de por lo menos 8 milisegundos entre períodos de iniciadores (esto es entre
tiempos nominales de disparo), se considera que los iniciadores disparan de manera
retardada uno del otro. Uno debe estar consciente que estos iniciadores, ya sean eléctricos o
no eléctricos, no dispararán precisamente en el tiempo nominal de disparo. En general, uno
puede asumir que dispararán con una distribución normal, donde la media estaría cercana al
tiempo nominal de disparo. La distribución normal es la curva con forma de campana que se
usa con frecuencia para definir la desviación acerca de un valor promedio. ¿Cuál es entonces
el efecto de la tolerancia del iniciador en el tiempo real de disparo de los iniciadores?. Los
iniciadores deben tener, bajo buenas condiciones, una desviación entre 1 y 15 por ciento del
tiempo nominal de disparo, dependiendo de qué períodos de retardo se esté considerando. Ya
que diferentes iniciadores tienen diferentes elementos pirotécnicos de retardo, la desviación
de entre 1 y 15 por ciento del período se mide en iniciadores nuevos al salir de la fábrica.
¿Qué sucede con iniciadores viejos que fueron fabricados uno, dos o hasta tres años antes de
que fueran utilizados?. Se sabe que el tiempo cambia el período de retardo y de hecho, la
mayoría de la gente probablemente ha sido testigo de iniciadores que disparan fuera de
secuencia. La tolerancia de los iniciadores puede provocar severos problemas en las
voladuras. Ambos iniciadores de milisegundos, de precisión regular y de alta precisión,
eléctricos o no-eléctricos pueden causar problemas.
EL rompimiento más allá de los límites de una excavación es común en muchos tipos de
voladura. El incremento en el sobre rompimiento trasero y lateral, en general, puede
controlarse con la selección apropiada del tiempo de retardo. Es común, en ciertas
operaciones, el dar a la última hilera y algunas veces a los últimos barrenos, más tiempo de
retardo para permitir que las hileras que disparan antes se muevan y dejen el camino libre.
Esto reduce la resistencia de los barrenos en la última hilera y reduce la presión en la pared
final, y por lo tanto, se obtendrán paredes con menor rompimiento lateral y trasero.
7 DISEÑO DE PLANTILLAS
Si los barrenos son iniciados simultáneamente, los espaciamientos deben ser mayores que
si los barrenos se disparan con retardos. Si los barrenos están espaciados muy cerca uno del
otro y se disparan simultáneamente, un número de efectos no deseados ocurrirán. Las grietas
de los barrenos muy cercanos se unirán prematuramente causando una zona quebrantada en
la pared entre los barrenos (Figura 7.1). La unión prematura de las grietas formará un plano
donde los gases escaparán prematuramente a la atmósfera provocando sobrepresión de aire
y roca en vuelo. El proceso de escape de los gases reducirá la cantidad de energía disponible
y de hecho los barrenos se volverán sobre confinados. La condición de sobre confinamiento
causará un aumento en los niveles de vibración del terreno. A pesar del espaciamiento
cerrado y de la gran cantidad de energía por unidad de volumen de roca, la fragmentación de
la roca del bordo será pobre. A la inversa, es obvio que si los barrenos se encuentran
demasiado separados tanto para iniciación retardada o instantánea, la fragmentación será
más gruesa y se obtendrán paredes ásperas (Figura 7.2).
El espaciamiento de los barrenos debe ser normalizado para superar los problemas
relacionados con la rigidez del banco. Por lo tanto, cuando los bancos son bajos comparados
con el bordo, la rigidez es un factor que debe ser considerado. Cuando los bancos son altos,
la rigidez deja-de ser de consideración.
Por lo tanto, hay dos factores que deben considerarse. El primero es determinar si los
barrenos se disparan ya sea instantáneamente o con retardo. El segundo es si los bancos se
consideran bajos o altos comparados con el bordo. La primera decisión respecto a si los
barrenos se disparan simultáneamente o retardados es obvio. La segunda decisión respecto a
la clasificación de los bancos debe estar ligada a las dimensiones físicas tales cómo la altura
del banco y el bordo. La relación de rigidez o L/B se utiliza para hacer esta determinación. Si
L/B es menor a cuatro y mayor a uno, los bancos se consideran bajos y la rigidez debe ser
considerada. Por otra parte, si L/B es mayor a cuatro, la rigidez deja de ser de consideración.
Existen, por lo tanto, cuatro condiciones que deben ser discutidas por separado, iniciación
instantánea y bancos bajos, iniciación instantánea y bancos altos, iniciaci6n retardada y
bancos bajos e iniciación retardada y bancos altos.
(7.1)
L2B
S 3
donde:
S : Espaciamiento (m)
L : Altura del Banco (m)
B : Bordo (m)
Ejemplo 7.1
L 4.5
1.8
B 2.5
Revisemos la iniciación: ¿ Instantánea o retardada?
El espaciamiento propuesto de 4 metros es mayor que 3.17 m +/- 15% (rango 2.69 -
3.64). El espaciamiento es muy grande.
Poro funcionar cómo un banco alto, la altura del banco dividida entre el bordo debe ser
de cuatro o más. Con la iniciación instantánea entre barrenos la siguiente relación puede ser
usada para verificar si el espaciamiento se encuentra dentro de límites razonables.
(7.2)
S2B
donde:
S = Espaciamiento (m)
B = Bordo (m)
Ejemplo7.2
La plantilla de 2.5 x 4 metros del Ejemplo 7.1, es considerada para una parte de la
excavación donde la altura del banco está planeada para tener 10 metros de profundidad.
¿ Es aceptable el espaciamiento propuesto?
Respuesta: Instantánea
Por lo tanto:
S = 2B = 2 x 2.5= 5 m
(7.3)
donde:
S = Espaciamiento (
m
L = Altura de Banco )
(
m
)
B = Bordo (m)
Cuando se usa esta ecuación y se substituyen los parámetros designados, si el espaciamiento
se encuentra dentro de un +/- 15% del espaciamiento real, entonces el espaciamiento se
encuentra dentro de límites razonables.
Ejemplo 7.3
Respuesta: retardada
Por lo tanto:
Cuando la relación de rigidez L/B es igual a 4 ó más y los barrenos de una misma hilera
están retardados, se utiliza la siguiente ecuación para verificar el espaciamiento:
(7.4)
S = 1.4 B
donde:
S = Espaciamiento (
m
)
B = Bordo (m)
Si el valor del espaciamiento calculado se encuentra dentro de un rango de +/- 15% del
espaciamiento real, el espaciamiento está dentro de límites razonables.
Ejemplo 7.4
La plantilla de 2.5 x 2.5 metros descrita en el Ejemplo 7.3 es propuesta para una
sección de la excavación donde la altura del banco es de 10 metros. ¿ Es aceptable el
espaciamiento propuesto?
Respuesta: retardada
Por lo tanto:
S = 1.4 B = 1.4 x 2.5 = 3.5 m
El espaciamiento propuesto de 2.5 metros está demasiado cerrado, ya que está fuera del
rango de 3.5 m +/- 15% (rango 2.98 - 4.03 m).
7.2 FRAGMENTACION MÁXIMA
Cuando se construye una plantilla de voladura, todos y cada uno de los barrenos debe ser
analizado para determinar si éste responderá adecuadamente. El analizar los bordos y
espaciamientos sin considerar el tiempo de iniciaci6n produce una idea equivocada de lo que
ocurrirá cuando cada barreno se dispara. Si una plantilla está diseñada correctamente, se
notará una secuencia repetitiva en la forma de los cráteres producidos por cada barreno. Por
ejemplo, dependiendo de la relación entre el barreno y la cara libre, se crearán diferentes
formas de cráteres debido a los barrenos que se disparan independientemente. Esto puede
verse en la figura 7.3. Para facilitar el análisis, se puede estimar que el ángulo de la línea de
ruptura formada por la línea del bordo y el borde del cráter es de 45°. Si un barreno tiene más
de una dirección de bordo al momento de su detonación, la distancia a la cara libre a lo largo
de ambos bordos deberá ser igual. La figura 7.3A ilustra el ángulo de rompimiento cuando una
cara libre vertical está presente. Para los propósitos de este análisis, la cara libre horizontal o
frente del banco no será considerada ya que de la discusión anterior es evidente que los
explosivos funcionan preferencialmente en forma radial hacia afuera de los barrenos. En la
Figura 7.3B están presentes dos caras libres que forman un ángulo de 90°, los patrones de
ruptura serán diferentes que en la Figuro 7.3A En la figura 7.3F un corte en esquina ilustra un
área diferente de ruptura debido a la orientación de la cara. Si el barreno está en una esquina
con dos caras libres, el área de ruptura es equivalente a dos cráteres del área mostrada en la
Figura 7.3A. En la Figura 7.3E, el cráter será considerablemente mayor que aquellos de las
Figuras 7.3A a la Figura 7.3D.
Figura 7-3 Formas de Cráteres Típicas (vista en Planta)
Es aparente que para la mismo cantidad de explosivo utilizada en cada barreno en los
ejemplos anteriores, se fragmenta deferentes cantidades de roca dependiendo de la
orientación hacia la cara libre. Este sencillo ejemplo muestra que el factor de carga o sea la
cantidad de explosivo utilizada por volumen de roca explotada no es un número constante
dentro de una misma voladura, aún cuando el tipo de roca y el explosivo sean idénticos.
La distribución de la energía dentro del manto rocoso es dividida en dos áreas distintas.
Primero se debe tener suficiente energía, utilizando la cantidad adecuada de explosivos. Para
romper el manto rocoso, el explosivo debe ser colocado en una configuración geométrica
donde la energía se aproveche al máximo para la fragmentación. Esta configuración
geométrica es llamada comúnmente la plantilla de voladura.
La liberación de la energía en el tiempo erróneo puede cambiar el resultado final, aunque
la cantidad correcta de energía sea colocada estratégicamente a lo largo del manto rocoso en
la plantilla apropiada. Si el tiempo de iniciación no es el correcto, pueden ocurrir diferencias en
la fragmentación, vibración, golpe de aire, roca en vuelo y sobre-rompimiento trasero. Esta
discusión no considera el tiempo de retardo en la liberación de la energía. La colocación
estratégica de la cantidad adecuada de energía en una plantilla de voladura correcta será lo
única consideración de esta sección.
El estudio de los aspectos de la fragmentación se remonta a los primeros días del uso de
explosivos. Los usuarios de explosivos se han dado cuenta que, en algunas voladuras, la
energía fue utilizada muy eficientemente en el proceso de fragmentación. En otras ocasiones,
se utilizó muy poca energía de manera eficiente y en su lugar resultaron una gran cantidad de
ruido, vibración del terreno, golpe de aire y roca en vuelo con poca fragmentación. Han
existido muchos métodos empíricos que han aparecido durante décadas, métodos de diseño
que proponen cómo utilizar esta energía más eficientemente. Estos métodos de diseño
también le daban al responsable de las voladuras una forma de obtener consistencia en los
resultados, al aplicar técnicas similares bajo diferentes circunstancias y en diferentes tipos de
roca.
7.3.1 FRAGMENTACION
(7.5)
0.8
X A Vo 0.157
Q Q
donde:
(7.6)
donde:
R = Proporción del material retenido en la
malla
x = Tamaño de la malla
xc = Constante empírica
n = Índice de uniformidad
Para obtener este valor, Cunningham utilizó datos de campo y un análisis de regresión
de los parámetros del campo que fueron estudiados previamente y así obtuvo “n" en términos
de:
o Precisión de la barrenación
o Relación del bordo con el diámetro del barreno
o Planilla de barrenación cuadrada o alternada
o Relación espaciamiento(bordo
o Relación del largo de la carga con la altura del banco
donde:
n = índice de uniformidad
B = Bordo (m)
d = Diámetro del barreno (m
m)
= Desviación estándar de la precisión (m
)
w
de la barrenación
A = Relación espaciamiento / bordo
L = Longitud de la carga por encima (m
del )
nivel de piso
H = Altura del banco (m)
Un desarrollo posterior que permitía el uso de otros explosivos diferentes al TNT, fue
incorporado por Cunningham a la ecuación de Kuznetsov. La ecuación final para determinar el
tamaño promedio de la fragmentación se muestra a continuación:
(7.8)
La "E" es un término de potencia relativa por peso del explosivo utilizada (donde el
ANFO = 100) mientras que la potencia relativa por peso del TNT es de 115. Los valores de las
potencias están disponibles con los fabricantes de explosivos, y normalmente se encuentran
en las hojas técnicas de los productos
7.3.4 RESULTADOS DE CAMPO
Un modelo simple cómo éste, requiere de precaución en su uso y deben entenderse los
siguientes factores:
La fuerza del explosivo se determina por su densidad así cómo por su potencia. Al
incrementar la densidad, se aumenta el total de kilos que se colocan en una voladura. De la
misma manera, explosivos con mayor potencia producen una reducción en el material de
sobre tamaño en una plantilla de barrenación estándar.
El modelo de fragmentación puede, por lo tanto, ser usado para dos propósitos: para
determinar el tamaño de roca que resulta de una voladura y para comparar los efectos de una
plantilla contra otra respecto a los problemas potenciales con el control de la pared.
Los ejemplos de las Figuras 7.4 - 7.8 ilustran los efectos al cambiar la altura de banco
de 18 m a 3 m. Los datos de ingreso de las dos plantillas se dan en las Figuras 7.5 y 7.6. Las
Figuras 7.7 y 7.8 muestran los cambios resultantes en el tamaño de la fragmentación. La
altura de banco de 3 metros da cómo resultado un tamaño promedio mayor.
El índice de fragmentación también cae por debajo de 1 para los 3 metros de altura de
banco y por ello, produce un valor inaceptable y una condición que muy probablemente
resultará en un daño severo a la pared.
Las figuras 7.10 a 7.15 ilustran el efecto del tiempo de retardo y el espaciamiento en el
diseño de las plantillas.
*Rompedor es un paquete de software protegido por las leyes de copyright producido por
Precision Blasting Services. PO Box 189, Montvílle, Ohio 44064. USA.
Figura 7-5 Datos para la Plantilla Número 1
7.4 PRODUCCION DE RIP-RAP
El rip-rap es roca con una diámetro mayor que se utiliza normalmente para recubrir orillas
de canales o laderas para protegerlas de los efectos del agua y la erosión. El rip-rap puede
pesar unos cuántos kilo-gramos o unas cuantas toneladas dependiendo del uso final que se le
dé al producto. El rip-rap chico puede ser generado en voladuras de producción
incrementando la distancia del bordo y reduciendo la distancia del espaciamiento. El rip- rap
grande, por otro lado, que pesa miles de kilogramos debe ser producido utilizando una técnica
diferente. Las piedras grandes que se utilizan en escolleras o rompeolas deben estar intactas
de manera que la acción de las olas y las temperaturas congelantes no deterioren la roca
prematuramente. Deben extremarse los cuidados para producir rocas sin fracturas. Esto se
puede lograr con los principios de las voladuras controladas combinadas con las voladuras de
producción. Cómo ejemplo, los barrenos pueden hacerse con bordos excesivos y
espaciamientos mínimos. Los barrenos se cargan ligeramente para prevenir un daño mayor al
que ocurre alrededor del barreno. Cuándo se dispara la voladura, se producen grandes
pedazos de roca sin fracturar (Figura 7.25). No todas las rocas se pueden usar para la
producción de rip-rap. Geológicamente hablando, la roca debe ser o masiva, o bien con
estratos internos que tengan una cohesión considerable a lo largo de los planos de los
estratos.
Siempre que se comienza un nuevo banco es necesario un corte en caja para abrir el
nuevo banco. Los cortes en caja comienzan con sólo una cara vertical para el alivio. Por esta
razón es más probable que, con frecuencia, los resultados sean violentos, especialmente en
los barrenos de las esquinas marcados con el número 6 en la Figura 7.16. Con frecuencia se
escuchan en el campo reglas de dedo que indican que el escopeteo de los barrenos de las
esquinas puede controlarse saltándose un periodo de retardo o doblando el tiempo de retardo
en los barrenos de las esquinas. Esto puede o no ser efectivo dependiendo de que período de
retardo (en milisegundos) se esté utilizando en los barrenos de las esquinas. Una solución
más efectiva al problema es diseñar la voladura cómo se indica en la Figura 7.17 donde los
barrenos de las esquinas son eliminados totalmente.
Una desventaja mayor de este tipo de plantillas es que muchos barrenos disparan en un
mismo periodo, creando con ello niveles de vibración más altos. La mayor ventaja de estas
plantillas es que reducen el costo de barrenación y del explosivo ya que los barrenos se hacen
en espaciamientos equivalentes a dos bordos.
En situaciones donde se requieren niveles de vibración balos, a donde se desea romper la
roca más finamente, la plantilla en la Figura 7.18 puede utilizarse. El costo par volumen se
incrementará con el uso de esta plantilla. Esta es una plantilla retardada donde ningún
barreno está reforzando al barreno vecino. Podrían considerarse períodos de retardo
diferentes que los señalados en la Figura 7.18. Si la vibración es una preocupación, cada
barreno dentro de la plantilla podría dispararse independientemente. Un ejemplo de una
secuencia de retardos diferente, que tendría por resultado un cambio en la distribución de los
tamaños, se muestra en la Figura 7.19.
Si el corte en caja mostrado en la Figura 7.16 se utiliza para abrir un banco, el corte en
esquina de la Figura 720 puede utilizarse para continuar la producción a lo largo del banco. Si
el corte en caja mostrado en la figura 7.17 fue usado, podría continuarse la producción con el
corte en esquina mostrado en la Figura 721.
Cuando se usan cortes en caja similares a los discutidos en la Figura 7.18, seguirían los
cortes en esquina cómo los indicados en la Figura 7.22. Tal y cómo en los cortes en caja,
cada barreno podría ser disparado con un retardo diferente para reducir la vibración.
En bancos bajos donde la relación L/B es cercana a uno, plantillas triangulares equiláteras,
cómo las indicadas en las Figuras 7.24 y 7.25 son utilizadas comúnmente. El espaciamiento
real de los barrenos en este tipo de plantillas es 1.15 B. Este espaciamiento cerrado ayuda a
compensar por la rigidez añadida del bordo que resulta de estas bancos bajos. Sin importar
que plantilla se elija, la fragmentación obtenida de voladuras en bancos bajos en rocas
masivas normalmente es menor a lo óptimo y la probabilidad de que haya violencia es grande.
Si el operador desea producir rip-rap, podría emplear una plantilla semejante a la mostrada
en la Figura 7.26. Una plantilla cómo esta incrementará la posibilidad de que haya violencia e
incrementará el nivel de vibración por kilo de explosivo usado.
Los métodos de construcción de plantillas discutidos previamente han indicado una
secuencia general en el tiempo de disparo o en la secuenciación de los barrenos. El tiempo
real en milisegundos que se utilice en estas plantillas controlará también la diseminación o
apilamiento así cómo el golpe de aire, roca en vuelo y vibración del terreno. Los principios
generales para obtener el tiempo de retado apropiado se dieron en el capitulo 6. Estos deben
considerarse en la selección del tiempo de retardo real en milisegundos, tanto para el retardo
de barreno a barreno cómo para el retardo de hilera a hilera, en las voladuras descritas en la
sección previa. La combinación de la secuencia de una plantilla de voladura con el tiempo real
de retardo, controla aún más la diseminación o el amontonamiento de la pila de material
Cuando se comienza a excavar en una superficie de roca plano y se baja a un nivel más
bajo, tal y cómo en la construcción de una carretera, la excavación para una cimentación o
cuando se hacen voladuras para un una pila de un puente, se utilizará una plantilla llamada
cuña de apertura o voladura de apertura. Esta voladura es diferente a las plantillas de las
voladuras de producción discutidas previamente ya que sólo existe una sola cara libre, la
superficie horizontal de la roca, al momento en que se inicia la voladura.
Los primeros barrenos en disparar en este tipo de voladura funcionan totalmente diferente
a los discutidos previamente. Estos barrenos de apertura deben crear la segunda cara libre
hacia donde la roca se pueda empujar, doblar o mover. El tiempo de retardo de estos
barrenos es crítico ya que si el retardo es demasiado corto entre la iniciación de los primeros
barrenos o barrenos centrales y los barrenos subsecuentes, resultará en una fragmentación
pobre acompañada de violencia extrema. La Figura 7.27A muestra una secuencia de hilera a
hilera con solamente un período de retardo entre cada barreno. La plantilla de la Figura 7.27B
muestra una secuencia de disparo totalmente diferente, lo que permite que exista movimiento
adicional antes de que cada barreno subsiguiente dispare. La plantilla 7.27A también tiene
muchos barrenos disparando en el mismo período de retardo, lo que incrementa el nivel de
vibración. La vibración producida en este tipo de voladuras será más alta que una voladura de
producción ya que los primeros barrenos que disparan están altamente confinados en el
momento de la detonación.
Para comprender mejor el funcionamiento de una cuña de apertura, la plantilla 7.27B será
discutida en detalle. En el análisis de la plantilla 7.27B, es evidente que sólo existen cuatro
barrenos disparando por período de retardo. Esto es importante, especialmente cerca del cen-
tro de la voladura, ya que si se mueve demasiada roca hacia el centro de la voladura en un
mismo tiempo, el centro de la plantilla puede atascarse y no moverse. Si esto ocurre, el resto
de los barrenos en la plantilla se escopetearán provocando fragmentad6n pobre, roca en vuelo
excesiva y problemas con la sobrepresión de aire.
Los primeros barrenos que disparan en la plantilla están funcionando diferente al resto
de los barrenos. Cómo ejemplo, los barrenos número uno están trabajando sobre el área A 1
cómo se indica en el diagrama, con una tremenda concentraci6n de energía dentro de dicha
zona. Los barrenos número dos y los subsecuentes, utilizan la mitad de barrenos y
aproximadamente la mitad de explosivo para romper un volumen similar de roca. Los barrenos
marcados cómo número uno fracturan la roca radialmente, pero no la pueden doblar o
desplazar ya que no hay espacio para que este tipo de movimiento ocurra. En vez de eso, las
fracturas radiales se presurizan con los gases y comienzan a levantarse c6mo cuando se
forma un cráter. Los barrenos número dos funcionan diferente. Los barrenos número uno se
levantan y los barrenos número dos funcionan hacia la cara libre determinada por las líneas
de rompimiento de los barrenos número uno. Los número dos, por lo tanto, fracturan
radialmente la roca y la desplazan hacia el cráter producido por los barrenos número uno.
Todos los barrenos subsecuentes dentro de la voladura tienen una cara libre vertical hacia
donde trabajar cómo los barrenos número dos. La plantilla 7.27B es de alguna manera
diferente de otras plantillas discutidas previamente porque la dirección física del bordo cambia
con cada barreno que dispara. Si la plantilla se hace con una dirección norte - sur cómo se
indica, los barrenos número dos reaccionan a un bordo en una dirección este - oeste mientras
que los barrenos número tres reaccionan a un bordo en dirección norte - sur. El bordo es la
dimensión más importante en una voladura. Para garantizar que todos los barrenos tienen la
misma distancia máxima cómo el bordo la plantilla debe barrenarse cuadrada con el bordo y el
espaciamiento iguales.
Los barrenos número uno deben romper hasta el nivel de piso para garantizar que los
barrenos subsecuentes puedan romper al mismo nivel. Si los barrenos número uno rompen
parcialmente a la línea de nivel, todo el fondo de la voladura quedará alto y por encima del
nivel de piso. Para garantizar que los barrenos número uno rompan adecuadamente, éstos
deben perforarse más profundos que los restantes de la voladura. Los barrenos número uno
deben ser sub - barrenados aproximadamente dos veces más profundos que los barrenos
restantes en la voladura o a una profundidad de 0.5 x el bordo.
Los barrenos número uno funcionan diferente al resto de los barrenos de la voladura y
se diseñan para que formen cráteres. Para controlar la roca en vuelo de la voladura, los
barrenos número uno deben tener un taco igual a la distancia del bordo. El resto de los
barrenos deben tener un taco de una profundidad igual a 0.7 del bordo.
Hay dos regias de dedo que se consideran cuándo se diseñan cuñas de apertura. La
primera establece que la profundidad de los barrenos no debe ser mayor a la mitad de la
dimensión de la plantilla. Esto quiere decir que la profundidad obtenida será la mitad de la
distancia obtenida si se suman los espaciamientos entre barrenos de una misma hilera. Cómo
ejemplo, si el ancho de la plantilla es de 18 metros, la profundidad de la cuña no debe ser
mayor que la mitad de esto, o sea, 9 metros. La segunda regla de dedo establece que la
relación L/B máxima, para que una cuña de apertura funcione adecuadamente, no debe ser
mayor a 4. Por ejemplo, si el bordo entre barrenos en una plantilla es de 1.5 metros, una
profundidad de 6 metros sería realista. Por otro lado, si se están utilizando barrenos de 165
mm de diámetro para una cuña de apertura con bordos de 4 metros, la profundidad práctica
de la cuña podría ser de hasta 18 metros. Debe recordarse que mientras más profunda sea
una cuña de apertura, mayor es la probabilidad que la cuña no funcione apropiadamente y no
rompa totalmente a nivel del piso. Una roca laminada con estratos muy cercanos permite más
errores de juicio que una roca masiva. En la situación de la roca masiva, estas relaciones
deben seguirse estrictamente, mientras que en la roca laminada con frecuencia se obtiene
profundidad adicional.
Los cortes en balcón o en laderas pueden ser difíciles de controlar, ya que en la mayoría
de los casos la roca no puede ser derramada por la ladera. Si el propósito de la voladura es el
dispersar la roca hacia abajo de la ladera, no existe problema al diseñar la voladura. Cuándo
la intención del responsable en voladuras es la de conservar la mayor parte de la roca dentro
del área de la voladura misma, se pueden utilizar procedimientos que son similares ya sea a
una cuña de apertura modificada o a un corte en V modificado. El método de retardo de los
barrenos asegurará que el movimiento de la roca sea de manera tal que la roca se mantenga
empujando hacia el banco en lugar de desplazarse hacia la ladera. Un ejemplo de este tipo de
corte se ilustra en la Figura 7.28.
Figura 7-28 Corte en Balcón o Ladera, S = 1.4B
En laderas con pendiente muy pronunciada, la hilera externa de barrenos tiene muy poca
profundidad. Para obtener la fragmentación óptima, desplazamiento y apilado sobre todo en
roca masiva, el operador debe considerar los principios generales de la fragmentación de la
roca descritas en el Capitulo 1. La relación L/B nunca debe ser mayor a 1. Si se utilizan
barrenos de diámetro grande donde se dispone de profanidad considerable el tamaño de los
barrenos y los bordos y espaciamientos relacionados a éstos deben ser reducidos en los
bordes internos de la ladera. La barrenación con perforadoras neumáticas y barrenas más
chicas pueden ser necesarios para producir los resultados adecuados.
En voladuras de zanjeo, las técnicas que se utilizan en roca altamente agrietada pueden
no funcionar en material sólido y masivo. Los planos de los estratos pueden permitir la
migración de los gases dentro del manto rocoso produciendo mayor craterización. Por otro
Lado, técnicas similares utilizada en roca masiva pueden no causar craterización. Por el
contrario, los barrenos pueden escopetearse con poco, o quizá nada, fragmentación.
o La distancia del bordo debe ser calculada de acuerdo a la ecuación 6.2 y ese bordo se
coloca de acuerdo a lo indicado en la figura 7.29. Hay que notar que este no es el
bordo verdadero. La distancia perpendicular desde el barreno a la cara libre al
momento de la detonación es menor.
o El ancho de la zanja debe ser entre 0.75B y 1.25B. Si el ancho de la zanja debe ser
menor a 0.75B, entonces se deberán utilizar barrenos de menor diámetro con carga de
explosivo menores y con los bordos apropiados para estas cargas. Por otra parte, si el
ancho de la zanja debe ser mayor a 1.25B, se necesitará o un barreno de mayor
diámetro con su bordo correspondiente o, se puede utilizar un zanjeo de tres hileras
cómo lo indica la Figura 7.30.
o La relación LIB debe ser mayor a 1.
Figura 7-29 Diseño de Zanja de dos Hileras
7.9.1 PLASTEO
Se llama voladura amortiguada a una técnica similar al moneo la cual provee algún
control sobre el número de fragmentos y la dirección en la cual éstos vuelan. La voladura
amortiguada trabaja cómo lo indica la Figura 7.31. Se perfora un barreno entre 2/3 y 3/4 de la
distancia a través de la piedra. Una carga que equivale a aproximadamente 75 gramos por
metro cúbico se utiliza para la voladura de prueba. El taco para estos barrenos debe ser cómo
mínimo 1/3 de la profundidad del barreno. Es común utilizar barro cómo material de taco en
vez de grava. La razón por la cual se usa el barro en lugar de la grava es que la grava
necesita distancia para moverse y trabajar contra las paredes del barreno para funcionar
adecuadamente. Por lo general en las voladuras amortiguadas, la longitud de la zona del taco
no es suficiente para permitir que el material se trabe en su lugar; por lo tanto, se utiliza barro,
el cual no se trabará contra el barreno pero proporcionará un espacio de tiempo entre que el
barreno es presurizado y el barro es arrojado. La profundidad mínima del taco en este tipo de
voladuras debe ser aproximadamente de 30 cm. Si estas profundidades son mayores, los
barrenos pueden escopetearse y se obtendrán muy pocos resultados en la fragmentación.
Técnicas de voladura han sido desarrolladas para controlar el sobre rompimiento en los
límites de la excavación. El operador debe decidir el propósito de la técnica de control antes
de que ésta sea seleccionada. Algunas técnicas se utilizan para producir una pared de
apariencia atractiva con poca o nada de preocupación por la estabilidad del manto rocoso.
Otras técnicas se utilizan para proveer esta estabilidad al formar un plano de falla antes de
comenzar las voladuras de producción. Esta segunda técnica puede o no ser cosméticamente
atractiva, pero desde el punto de vista de la estabilidad, realiza su función. Los métodos de
control de sobre-rompimiento se pueden dividir en tres tipos: precorte, voladura de recorte
(amortiguada) y barrenación lineal.
La voladura de recorte es una técnica de control que se utiliza paro limpiar o afinar una
pared final después de la voladura de producción. Las voladuras de producción pueden
haberse efectuado muchos años antes o pueden efectuarse con un retardo más corto dentro
de la misma voladura. Ya que la hilera de barrenos de recorte alrededor del perímetro es la
última en dispararse en una voladura de producción, no realiza ninguna función para proteger
la estabilidad de la pared final. Las grietas radiales de la voladura de producción pueden viajar
dentro de la pared final. Las capas de lodo y otras discontinuidades pueden canalizar los
gases del área de la voladura de producción hacia adentro de la pared final. El único propósito
de una voladura de recorte es el crear un perímetro cosméticamente atractivo y estable. Este
tipo de voladura no ofrece protección a la pared final de la voladura de producción.
La barrenación lineal es una técnica cara, que bajo las condiciones geológicas adecuadas,
puede utilizarse para producir una pared final segura y cosméticamente atractiva. Puede, bajo
los circunstancias adecuadas, ayudar a proteger al contorno final de las grietas radiales al
actuar cómo concentradores de esfuerzos causando que la fractura se forme entre los hoyos
de la barrenación lineal durante el ciclo de voladuras de producción. Si por otro lado, el
contorno de la pared es extremadamente importante, no se puede depender de la barrenación
lineal para proteger efectivamente la pared final. La barrenación lineal es utilizada más
frecuentemente en combinación con el precorte o con el recorte que por sí sola. Aunque el
uso de voladuras controladas es más común en las excavaciones de superficie, se ha utilizado
con éxito en voladuras subterráneas, cuando las condiciones lo permiten.
Figura 8-2 Viejos Conceptos del Rompimiento por Ondas de Esfuerzo (después de DuPont)
Figura 8-5 Formación de la Fractura de Precorte en Modelos de Plexiglás
El precorte se utilizó cómo una técnica de fracturación de roca antes de que los
explosivos se usaran para voladuras. Las pirámides del antiguo Egipto fueron construidas por
obreros que utilizaban el precorte. La técnica utilizada fue el colocar cuñas de madera dentro
de las grietas naturales o en barrenos perforados en la roca. Las cuñas de madera eran
entonces mojadas y la expansión de la madera provocaba que se formaran fracturas entre las
cuñas. Hecho esto, se podían remover los bloques.
En lugares más al norte, el hombre encontró que podía utilizar el hielo para provocar
que la roca se fracturara al perforar barrenos en el manto rocoso, llenarlos con agua y dejar
que ésta se congelara durante el invierno. La roca se agrietaría entre los barrenos dejando
libres los bloques. Tanto las cuñas de madera cómo el hielo ejercían presión estática sobre el
manto rocoso similar a la que ocurre par la presión de los gases del explosivo.
Las técnicas de control tales cómo el precorte, recorte y el barrenado lineal trabajan
mejor en roca masiva. En roca masiva, se pueden observar las medios cañas o mitades de
cada barreno en la pared final. En roca masiva, el 100% de los barrenos producen medias
cañas. Algunos operadores tratan de calificar el éxito o fracaso de una voladura de precorte o
amortiguada por lo que se llama el factor de media caña. Los factores de media caña son los
porcentajes del total de medias cañas que son visibles después de que la roca ha sido
excavada. Si sólo el 40 % de los barrenos permanecen visibles en la pared final cómo medias
cañas, entonces el factor de media caña será 40%. Esta técnica puede tener algún mérito
cuando se hacen precortes en material masivo y homogéneo. Sin embargo, las medias cañas
pueden desaparecer totalmente en roca con una geología complicada. No se puede asumir
que la falta de medias cañas indica un trabajo de voladura pobre. En material geológicamente
complicado no se forma una grieta simple. Existe una zona altamente fragmentada que se for-
ma a lo largo del perímetro, dicha zona sirve cómo protección para la pared final de los
efectos de las grietas radiales que emanan de la voladura de producción. Los factores de
medias caña sólo tienen validez si se considera en la evaluación el tipo de roca en el que se
están contando las medias cañas.
Cuando la roca tiene numerosos estratos entre los barrenos y esos estratos intersectan
la cara del banco en un ángulo menor a 15°, será imposible formar una buena cara final con
técnicas de voladura controlada. De hecho, para que la pared sea medianamente agradable,
cosméticamente hablando, los estratos deben intersectar la cara del banco a un ángulo mayor
a 30°. Cualquier ángulo menor provocará que las fracturas intersecten los planos de
estratificación dando cómo resultado que grandes pedazos de material se desprendan de la
cara durante el proceso de excavación.
8.1.3 PRECORTE
Para poder evaluar un plan de voladura de precorte, se pueden utilizar las ecuaciones
que se muestran abajo.
Para determinar la carga aproximada de explosivo por metro lo cual no dañe la pared
pero que produzca la suficiente presión para causar que la acción de corte suceda, se puede
usar la siguiente fórmula:
(81)
donde:
(8.2)
S 10 Dh
donde:
S : Espaciamiento (mm)
Dh : Diámetro del barreno (mm)
Una voladura de precorte tiene la intención de provocar que se forme una fractura y
viaje hacia la superficie del terreno. Si esto sucede, ninguna cantidad de material de taco será
suficiente y éste será expulsado. Por lo tanto, el polvo de barrenación puede ser utilizado con
seguridad ya que su función es la de confinar los gases momentáneamente y reducir algo del
ruido. Normalmente, el taco se coloca de 0.5 a 1.5 metros en la parte superior del barreno
dependiendo de su diámetro. Por lo general, entre mayor sea el diámetro de los barrenos,
mayor será la cantidad de taco utilizada.
Ejemplo 8.1
Revise el espaciamiento:
Carga de fondo:
(8.3)
dcb 1.6* dcc 1.6* 478 688g
(8.4)
S = l6 Dh
donde:
S = Espaciamiento (mm)
Dh = Diámetro del barreno (mm)
Con las voladuras de recorte, las condiciones de confinamiento son diferentes a las del
precorte. Durante el precorte, la voladura de producción aún no ha detonado y para fines
prácticos, el bordo se considera infinito. En las voladuras de recorte, el bordo sí existe ya que
la voladura de producción ya ha sido detonada. El bordo debe considerarse en el diseño de
una voladura de recorte. Para estar seguro que las fracturas se unan apropiadamente entre
los barrenos en vez de ir prematuramente hacia el bordo, se debe diseñar la voladura de ma-
nera que el bordo sea mayor al espaciamiento. La siguiente ecuación se utiliza con
frecuencia:
(8.5)
B 1.3 S
donde:
B = Bordo (mm)
S = Espaciamiento (m
m)
Las consideraciones para el taco tanto en la boca del barreno cómo alrededor de las
cargas para la voladura de recorte serán las mismas que aquellas del precorte. En la
aplicación de la voladura de recorte, la sub-barrenación normalmente no es necesaria. Sin
embargo, normalmente se utilizan cargas de fondo para provocar fracturas que lleguen al nivel
de piso. Estas cargas de fondo pueden ser determinadas de la misma manera que fue
descrita en el precorte. El ejemplo 8.2 muestra cómo se puede evaluar un diseño de voladura
de recorte.
Ejemplo 8.2
S= 16Dh = 16 x 64=1024 mm
donde:
Ejemplo 8.3
El barrenado lineal es una técnica donde los barrenos normalmente se perforan de dos
a cuatro diámetros uno de otro. Estos barrenos, descargados y muy cercanos uno de otro,
bajo las condiciones geológicas adecuadas, pueden actuar cómo concentradores de
esfuerzos o guías para que las grietas se formen entre ellos. Las líneas de barrenos vacíos se
utilizan en algunas ocasiones en las esquinas para guiar las grietas en un ángulo específico.
La barrenación lineal se emplea también entre barrenos de precorte y de recorte para
ayudar a guiar las grietas.
Las fórmulas arriba descritas son directrices que se utilizan para aproximar las cargas
de explosivo y los espaciamientos, para las técnicas de voladura controlada. Después de que
se efectúen las voladuras de prueba, el operador puede evaluar los resultados y determinar si
se necesitan cambios en el plan de voladura.
Si las juntas se aproximan a la cara del banco en un ángulo menor a 15°, la cara
producida por la técnica de control puede no mostrar ninguna media caña y aparecer cómo
áspera y rota. Poco se puede hacer en una situación cómo esta. Aunque no sea
cosméticamente agradable, la cara deberá ser estable. Este tipo de estructura geológica
puede promover el desgarramiento de la cara, aunque el movimiento de la masa rocosa,
debido a la inestabilidad, no debe ocurrir cómo resultado de las voladuras.
Se pueden utilizar barrenos satélites en medio de los barrenos de producción por medio
de los cuales se puede colocar explosivo dentro de la roca superior en la zona del taco, estos
barrenos pueden ser cargados ligeramente y disparados en un retardo posterior. Los
operadores con frecuencia perforan estos barrenos satélite (Figura 8.16), éstos ayudan a
reducir problemas con la roca de la parte superior del banco y a reducir el sobre-rompimiento
trasero. Si se utilizan cargas satélite dentro de la zona del taco cómo se indica en la Figura
8.16, esas cargas se deben disparar en un retardo posterior al retardo de la carga principal.
No es deseable el perder prematuramente el confinamiento de la carga principal dentro del
barreno, esto puede suceder si la carga satélite detonó primera y hace volar el material de
taco.
Otra técnica similar al uso de las cargas satélite es la de continuar la carga principal
dentro de la zona del taco. Sin embargo, la carga principal se reduce significativamente en su
diámetro. Esta carga de diámetro pequeño dentro de un barreno de diámetro mayor produce
suficiente presión para causar algún agrietamiento similar a la del precorte en la zona de la
boca del barreno (Figura 8.17).
El sobre rompimiento lateral al extremo de una voladura, usualmente resulta por una de
dos razones (Figura 8.18). La estructura geológica local puede promover la extensión de las
grietas a los extremos de la voladura. Esto puede corregirse al acortar el espaciamiento en los
extremos de los barrenos de producción, causando con esto que los barrenos funcionen y
respondan de forma diferente.
El sobre rompimiento lateral puede ser causado también al tener tiempos de retardo
inadecuados en los barrenos del perímetro. Si el retardo es muy corto, los barrenos tienden a
sentir un bordo mucho mayor al normal y por ello se escopetean y provocan levantamiento, o
agrietan hacia atrás dentro de la formación rocosa. El problema del tiempo de retardo puede
ser corregido de la misma manera que se describió en el sobre-rompimiento trasero. Retardos
de tiempo más largo, tales cómo aquellos que se discutieron en el Capítulo 6, pueden
utilizarse en los barrenos de los extremos, permitiendo más tiempo para que la porción central
de la voladura se mueva hacia afuera. Esto produce alivio adicional antes que los barrenos de
los extremos detonen.
9.1 INTRODUCCION
9.2 TIROS
donde:
B : Bordo (m)
SGe : Gravedad Específica o Densidad del explosivo (g/cm3)
SGr : Gravedad Específica o Densidad de la roca (g/cm3)
De : Diámetro del Explosivo (mm)
donde:
NR : Número de Anillos
RSH : Radio del tiro (m)
B : Bordo (m)
9.2.1.3 BORDO REAL
(9.2)
(9.4)
donde:
NH : Número de Barrenos por Anillo
RR : Radio del Anillo (m)
s : Espaciamiento (m)
9.2.1.6 ESPACIAMIENTO REAL POR ANILLO
(9.5)
L = 2B
donde:
L : Avance (m)
B : Bordo (m)
9.2.1.8 SUB-BARRENACION
(9.7)
J = 0.3B
9.2.1.9 TACO
(9.8)
T = 0.5 B
Mínimo 100 - 150 ms o retardos LP por anillo o retardos en espiral hacia afuera.
Ejemplo 9.1
Información daño:
1 .) Bordo (Ideal):
2.) Número de Anillos:
9.3 TUNELES
Las voladuras en túneles son diferentes a las voladuras en bancos debido a que se hacen
hacia una superficie libre mientras que las voladuras en banco se hacen hacia dos o más
caras libres. En las voladuras de bancos, hay gran cantidad de alivio natural dentro de la
plantilla el cual resulta de las caras libres adicionales. En los túneles, sin embargo, la roca
está más confinada y una segunda cara libre debe ser creada paralela al eje de los barrenos.
La segunda cara libre se produce por un corte en la frente del túnel que puede ser ya sea
un barreno perforado paralelamente, una cuña en V o una cuña en abanico. Después de que
se hace la cuña, los barrenos auxiliares empujan la roca hacia el alivio creado por la cuña. Los
barrenos auxiliares se pueden comparar en algunos aspectos con los utilizados en voladuras
de bancos. En general, las voladuras de túneles son de alguna manera sobrecargados para
producir una fragmentación más fina ya que los efectos desastrosos del sobrecargado de los
barrenos son disminuidos por el confinamiento dado en el túnel.
La cuña más utilizada hoy en día es la cuña quemada con barreno grande. El término
"cuña quemada” se origina de un tipo de voladura donde los barrenos son perforados
paralelos uno al otro. Uno o más barrenos en la cuña se dejan vacíos para que actúen cómo
la cara de alivio hacia la cual los otros barrenos pueden romper.
Tradicionalmente, la cuña quemada se perforaba donde los barrenos llenos y los vacíos
fueran del mismo diámetro. Más tarde se descubrió que al utilizar barrenos vacíos de diámetro
mayor que los cargados proveía alivio adicional en la plantilla y reducía la cantidad de
barrenos perforados que se necesitaban. Los barrenos grandes y vacíos también permitían un
avance adicional por voladura. La Figura 9.8 muestra la relación entre el avance por voladura
y los diámetros de los barrenos vacíos. Toda una variedad de nombres resultó del híbrido de
la cuña quemada la cual utilizaba barrenos grandes y vacíos. Para propósitos de claridad, este
tipo de voladura será llamado cuña quemada.
Los barrenos de la cuña pueden ser colocados en cualquier lugar en la cara del túnel.
Sin embargo, la posición de la cuña influencia la cantidad de lanzamiento, el número de
barrenos perforados y el costo total por metro cúbico. Por ejemplo, si los barrenos de la cuña
se colocan cerca de la pared cómo lo muestra la Figura 9.9A. La plantilla requerirá menos
barrenos perforados aunque, la roca fragmentada no será desplazada tan lejos dentro del
túnel. La cuña se alterna del lado derecho al izquierdo del túnel para asegurar que no se
perforarán las cañas de las voladuras previas en voladuras subsecuentes.
Para poder obtener un buen movimiento hacia adelante de la pila de material, la cuña
puede ser colocada en la mitad de la frente hacia la parte interior del corte. En esta posición,
el lanzamiento será minimizado (Figura 9.9c). Si se requiere de mayor lanzamiento, los
barrenos de la cuña pueden colocarse más alto en el centro de la frente como se muestra en
la Figura 9.9D
Si los barrenos de una cuña rompen un volumen mayor del que puede caber dentro del
volumen del cráter creado previamente, la cuña se "congela" lo que significa que se bloquea
por la roca que no puede ser expulsada. Si esto ocurre, el alivio paralelo al eje de los barrenos
se pierde y los barrenos no podrán romper adecuadamente. De hecho, éstos empezarán a
escopetearse fisurando la roca adyacente pero sin permitir que el mecanismo de falla por
cortante cause la fragmentación en la tercera dimensión. Por lo tanto, en la cuña misma, las
distancias deben ser diseñadas y barrenadas con precisión. El tempo de retardo debe ser
suficientemente lento para permitir que la roca empiece a ser expulsado de la frente antes de
que disparen barrenos subsecuentes.
9.3.3 CALCULOS PARA LAS DIMENSIONES DE LA CUÑA QUEMADA
Un diseño típico de una cuña quemada se da en la Figura 9.10. El diámetro del barreno
vacío de alivio se designa cómo DH.Si se utiliza más de un barreno vacío, se debe calcular el
diámetro equivalente de un sólo barreno vacío el cual contenga el volumen de todos los
barrenos vacíos. Esto se puede hacer utilizando lo siguiente ecuación (Figura 9.11).
(9.10)
donde:
DH :Diámetro equivalente de un sólo barreno vado
(mm) dH :Diámetro de los barrenos vacíos(mm)
N : Número de barrenos vacíos
Ejemplo 9.2
El primer cuadro de barrenos se localiza a una distancia B 1 del centro (Figura 9.12)
(9.11)
B1 = 1.5 DH
(9.14)
donde:
H - Profundidad (m)
DH - Diámetro del Barreno (mm)
(9.15)
L = 0.95H
Revise si la carga puede romper los bordos de cada cuadrado. Utilice la fórmula del bordo
(6.2).
(9.16)
S = 1.1 B
(9.17)
T = 0.5 B
donde:
S = Espaciamiento (m)
B = Bordo (m)
T = Taco (m)
(9.18)
S = 1.1 B
(9.19)
T = 0.2 B
Comúnmente detonados con voladura de recorte con barrenos de 0.45 m a 0.6 m entre
centros, de otra manera:
(9.20)
S = 1.1 B
(9.21)
T=B
Los barrenos de la cuña se disparan con por lo menos 50 ms entre períodos. Los
barrenos auxiliares se retardan con por lo menos 100 ms o con retardos LP. Los barrenos del
contorno (con voladura de recorte) se disparan con el mismo retardo. Los barrenos de piso
detonan al último.
9.3.3.10 INICIADOR
Ejemplo 9.3
S = 1.183 m = 1.2rn
T=0.215 m
Barrenos de piso:
T = 0.215 m
1. Barrenos de piso:
10 10
Si 1.25m o 1.11m utilice 9 espacios o 10 barrenos
S S
8 9
2. Ángulo de ajuste:
3. Barrenos:
De piso = 10 Voladura controlada
Auxiliares = 46 Costillas 26
Cuña = 16 Techo 15
68 41
9.3.4 CUÑA EN V
En la Figura 9.15 se muestran dos bordos, el bordo al fondo de los barrenos y el bordo
entre las V's. La distancia indicada cómo B-1 (Figura 9.15) la cual se localiza entre los V's, es
equivalente a dos veces un bordo normal si se utiliza un ángulo de 60° en el vértice de la V.
En algunos casos, se perfora un barreno adicional perpendicular a la frente siguiendo la línea
de B-1 el cual se denomina "barreno rompedor". Este se usa si la fragmentación obtenida con
la cuña en V es demasiado grande.
EI bordo se puede determinar usando la misma ecuación que se ha usado con anterioridad
La distancia entre las V's se muestra en la Figura 9.15 cómo B 1 y se calcula de la siguiente
manera:
(9.22)
B1 =2B
donde:
B = Bordo (m)
B1 = Bordo (m)
9.3.5.3 ÁNGULO DE LA V
En general, la profundidad de la cuña variará de 28 a un máximo del 50% del ancho del
túnel. Los barrenos normalmente no romperán hasta el fondo y se puede asegurar un avance
de entre 90 al 95% de la profundidad total de los barrenos.
El tiempo de disparo en una cuña en V debe ser por lo menos de 50 ms entre cada V,
cuando éstas disparan una detrás de la otra.
El tiempo de disparo debe diseñarse de tal manera que permita que la roca comience a
moverse antes de que disparen los barrenos subsecuentes. Es por esta razón que los
retardos mínimos deben de ser de 75 a 100 ms como lo muestra la Figura 9.16.
Ejemplo 9.4
El túnel se excavará en roca caliza con una densidad de 2.6 g/cm 3, tendrá una sección
de 6 metros de ancho por 4 metros de alto. La carga de explosivo será de una dinamita
semigelatina, con una densidad de 1.3 g/cm3 en cartuchos de 32 mm. Diseñe la cuña en V.
T = 0.5 B = 0.4
9.3.6 CUÑAS EN ABANICO
Las cuñas en abanico son similares en su diseño y método de operación a las cuñas en
V. Ambos deben de crear el alivio al tiempo que los barrenos detonan hacia la cara libre. No
existe alivio adicional creado por barrenos vacíos cómo en el caso de las cuñas quemada.
Una cuña en abanico clásica se muestra en la Figura 9.18. Las dimensiones se determinan
utilizando los mismos métodos y fórmulas de la cuña en v.
El banco se diseña usando los mismos principios que previamente se han discutido
para las voladuras a cielo abierto en los Capítulos 6 y 7,
Figura 9-1, Método de Túnel y Banco
Ejemplo 9.5
Se diseñará la voladura de banco para el túnel mostrado en la Figura 9.19. Los barrenos
serán cargados con cartuchos de 32mm de dinamita semigelatina con una densidad de 1.3
g/cm3. La roca será una caliza con una densidad de 2.6 g/cm3.
1.) Bordo:
2.) Taco:
T = 0.7 B = 0.7 x 0.96= 0.67 m
3.) Sub-barrenación:
6.) Espaciamiento:
Si se retarda la voladura, entonces revise:
S = 1.4 B = 1.34 m
Número de hileras:
Las ondas sísmicas son ondas que viajan a través de la tierra. Estas ondas representan la
transmisión de la energía a través de la capa sólida de la tierra. Otros tipos de transmisión de
energía son las ondas sonoras, las ondas de luz y las ondas de radio. Los terremotos generan
ondas sísmicas. La ciencia que estudia los terremotos es la sismología; el nombre se deriva
de la palabra griega seísmos que significa agitar. Además de las ondas sísmicas generadas
naturalmente, existen muchas fuentes de ondas sísmicas usadas por el hombre. Cuando
estas ondas sísmicas creadas por el hombre son sensibles, esto es, que se pueden sentir, se
les nombra "vibración".
y = Asen(wt)
donde:
y = Desplazamiento en cualquier tiempo t, medido desde la línea cero o eje del
tiempo
t = tiempo
A = Amplitud o valor máximo de y
w = 2f
T = Periodo o tiempo para una oscilación completa o
ciclo
f = Frecuencia, el número de vibraciones u oscilaciones
que ocurren en un segundo, conocido cómo Hertz
(Hz)
Figura 10-1 Movimiento de las ondas y sus parámetros
(10.11)
Ya se han discutido los parámetros de las ondas. Los parámetros de la vibración son
las propiedades fundamentales del movimiento que se utilizan para describir el carácter del
movimiento del suelo. Estos son: desplazamiento, velocidad, aceleración y frecuencia. Al
tiempo que una onda sísmica pasa a través de la roca, las partículas de la roca vibran, o se
mueven de su punto de reposo. Esto es desplazamiento. Cuando la partícula es desplazada y
se mueve, tiene entonces una velocidad y puede ejercer una fuerza, que es proporcional a la
aceleración de la partícula. Estos parámetros fundamentales de la vibración se definen a
continuación:
Desplazamiento: Es la distancia que una partícula del terreno se mueve desde su punto de
reposo. Se mide en milímetros. (Desplazamiento = V / 2f)
Velocidad: La rapidez con la que una partícula se mueve cuando deja su punto de reposo.
Empieza en cero, se eleva a un máximo y regresa a cero. La velocidad de la partícula se mide
en milímetros por segundo.
Los sismógrafos para vibración normalmente miden la velocidad de partícula ya que las
normas para determinar daños se basan en la velocidad de partícula. Existen, sin embargo,
sismógrafos de desplazamiento y sismógrafos de aceleración. Los sismógrafos de velocidad
pueden ser equipados también para integrar o diferenciar electrónicamente las señales de
velocidad y producir un registro de desplazamiento o de aceleración.
Sismógrafo de cinta: es igual al sismógrafo análogo excepto que sus registros se hacen en
una cinta magnética en lugar de producir un registro gráfico. El registro del movimiento del
terreno se obtiene al utilizar sistemas de reproducción y una grabadora de gráficas.
La mayoría de los sismógrafos están equipados con medidores que registran o, con
pantallas de cristal líquido que guardan el valor máximo de los componentes de la vibración y
los niveles de sonido. Otros sismógrafos están equipados para producir un reporte impreso
que contiene gran variedad de información tales cómo los valores máximos para cada
componente de la vibración, la frecuencia de la vibración para el valor máximo, la suma de los
vectores y el nivel del sonido. La información de la voladura cómo: la fecha, número de
voladura, hora del día, ubicación del sismógrafo, el tipo de trabajo y otra información
pertinente puede añadirse también al reporte impreso.
Cuatro líneas o trazos que corren paralelos a la longitud del registro. Tres de estos trazos son
los trazos de la vibración, mientras que el cuarto es el trazo acústico o trazo del sonido.
(Puede no existir un trazo acústico.)
Cada uno de los cuatro trazos tendrá una señal de calibración parA indicar que el instrumento
está funcionando apropiadamente.
La línea del Tiempo aparecerá cómo líneas verticales que cruzan el registro completo o
pueden aparecer solamente en la parte superior, la parte inferior o en ambos.
Transversal = movimiento en ángulos rectos a una línea que une la fuente y el punto de
registro, se designa cómo T
Normalmente, el sensor tiene una flecha inscrita en la parte superior. Al apuntar esta flecha
hacia la fuente de la vibración los trazos de la vibración siempre ocurrirán en la misma
secuencia, con la flecha indicando la componente L, también la dirección del movimiento será
consistente de voladura a voladura. El fabricante del instrumento indicará las secuencias
apropiadas.
El no observar estas precauciones puede tener cómo resultado lecturas distorsionadas que
no son representativas de la vibración del terreno verdadera.
Nivele el sensor; algunos sensores tienen burbujas de nivel en la parte superior para este
propósito. Otros pueden ser nivelados a ojo.
Asegúrese que el sensor está sólidamente plantado. En algunos casos de gran movimiento
del terreno puede ser necesario el cubrir el sensor con una bolsa de arena, clavarlo al terreno
(con patas de punta) o excavar un hoyo colocar el sensor dentro y cubrirlo con tierra, de otra
manera el sensor puede desacoplarse del terreno y por lo tanto, el registro de vibración no
representará la vibración del terreno verdadera. Recuerde que el desplazamiento del terreno
es, usualmente, sólo unos cuantos centésimos de milímetro así que no espere ver el desaco-
ple de un sensor.
El registro del sismógrafo puede ser usado para mucho más que el obtener la velocidad
pico de partícula. Puede ser de mucha ayuda al diseñar la voladura y proveer información al
operador de cómo lograr un mejor control de la vibración así cómo para optimizar el uso de la
energía de los explosivos para romper la roca. Supongamos que se tiene un registro de
sismógrafo que muestra un gran pico en el centro del trazo de la onda. Ese gran pico tiene
una velocidad de partícula de 2 pulgadas por segundo (in/s) o 50.8 mm/s. También
supongamos que ningún otro pico en el trazo es mayor a 1.0 in/s ó 25.4 mm/s. Ese gran pico
50.8 mm/s está controlando cómo diseñaremos y ejecutaremos nuestras voladuras en el
futuro. Lo que cuenta en las voladuras, no es el valor promedio de la vibración, sino el
máximo. Por lo tanto, el sentido común nos dirá que: si se puede reducir ese pico de 20 in/s ó
50.8 mm/s a 1.0 in/s o 25.4 mm/s, no sólo será mejor para los residentes del área sino que
será más económico para el operador.
¿Qué significa este gran pico desde un punto de vista practico? Si éste ocurre en el centro del
registro, es una indicación de que algo sucedió, aproximadamente a la mitad de la voladura,
que es de una naturaleza inusual. Estos picos en los registros de vibración indican la
liberación de energía a lo largo del tiempo. El registro indica que por alguna razón significativa
se obtuvo más energía sísmica aproximadamente a la mitad de la voladura. Ahora
regresemos a la plantilla de la voladura y determinemos aproximadamente de donde resultó el
problema. Quizá podamos encontrar y resolver el problema. Un problema frecuente que
ocurre es que si los barrenos están mojados, los operadores no colocan tanta energía en la
parte mojada del barreno cómo en un barreno totalmente seco. Esto se debe a que se utiliza
producto encartuchado en lugar de, por ejemplo, ANFO a granel. El producto encartuchado de
diámetro más pequeño puede no tener tanta energía cómo la carga de ANFO con diámetro
mayor y, por lo tanto, el nivel de vibración se incrementará. El cómo se manejen las
situaciones con los barrenos mojados puede afectar en gran medida la vibración generada por
una voladura.
De manera ideal, si se ven registros de vibración y se asume que los picos indican la
liberación de energía a lo largo del tiempo, el sentido común nos indicará que todos los picos
deberán ser casi iguales a lo largo de todo el registro. Si esto ocurre, la energía de los
explosivos se está utilizando eficientemente y se está reduciendo la vibración al mínimo.
En el pasado, el esperar que un registro de vibración tuviera picos cosí idénticos habría
sido considerado como una solución académica la cual no era práctica en el campo, sin
embargo, hoy en día este tipo de registros de vibración se pueden obtener con el uso de
tecnología avanzada en voladuras que están bien diseñadas.
10.4 FACTORES QUE AFECTAN A LA VIBRACION
Existen dos factores principales que afectan el nivel de vibración resultante de una
detonación de una carga explosiva. Estos son: la distancia y el tamaño de la carga. El sentido
común nos indica que es más seguro estar lejos de una voladura que cerca a ella. El sentido
común también nos indica que una carga grande de explosivos será más peligrosa que una
carga pequeña.
Esta relación se conoce cómo la Ley de Propagación ya que muestra cómo cambia la
velocidad de partícula con la distancia y el peso de la carga de explosivos. Los valores
numéricos de H y de b son ligeramente diferentes para cada una de las componentes. Para
las componentes longitudinal y radial, la ley se expresa numéricamente cómo:
(10.5)
1.63
D
Vr 0.052 0.512
W
a = 0.512 a 0.5
b = 1.63 a –1.6
Expresar D en pies en lugar de cientos de pies produce una aproximación simplificada de esta
relación:
(10.6)
D 1.6
V 100
W
donde:
El Manual para el uso Explosivos Dupont (E.I. Dupont de Nemours & Co.. 1977) da la
siguiente relación:
(l0.7)
V 160 D
W
1.6
Si se utilizan unidades del sistema métrico (SI), la ecuación de la Agencia de Minas de EU. se
expresa cómo sigue:
1.6
V 714.4
D
donde: W
La ecuación de Dupont expresada en unidades del sistema métrico (SI) es cómo sigue:
1.6
V 1143 D
W
donde:
PV = Velocidad de la partícula en milímetros / segundo
D = Distancia en metros
W = Peso de la carga por retado en kilogramos
Los valores de a, b y H los determinan las condiciones de las áreas, el tipo de roca, la
geología local, el grosor del descapote y otros factores. Los valores de a = 0.5 y b = 1.6 son
aceptablemente cercanos. E valor de H es altamente variable y está influenciados por muchos
factores.
10.4.4 CONTROL DE VIBRACIONES
Antes de discutir esas técnicas, debemos de considerar las voladuras retardadas. Con
el desarrollo del iniciador de retardo, particularmente los retardos de milisegundos, se
desarrolló un método por el cual una carga grande de explosivo puede ser detonada en una
serie de cargas pequeñas, en lugar de una sola carga grande. Obviamente, la reducción en el
tamaño de la carga se puede obtener con el uso de retardos múltiples. Por ejemplo, el uso de
diez retardos reducirá la carga que genera la vibración, a un décimo de la carga original.
Considere el siguiente ejemplo:
Ejemplo 10.1
Una voladura consta de: 40 barrenos, 120 Kg de explosivo por barreno con una carga
total de 4.800 Kg y que se dispara instantáneamente. Se puede calcular nivel de vibración
probable a una distancia de 300 metros.
V 714.4 300 1.6
4800 68.47mm / s
Existe una velocidad de partícula peligrosamente alta, se utilizaron dos retardos para
reducir el nivel de vibración. Esto dividió la voladura en dos series o partes de 20 barrenos
cada una, con 2,400 Kg por retardo.
Si se utilizan dos retardos más MS3 y MS4, reduciendo el número de barrenos por retardo a
10 y la carga por retardo a 1,200 Kg, se puede calcular la velocidad de partícula probable:
De esta manera se puede lograr una reducción significativa en el nivel de vibración con el uso
de retardos ¿ Por qué las voladuras retardadas reducen la vibración? La respuesta es
bastante sencilla, pero para comprenderla se debe entender la diferencia entre velocidad de
partícula y velocidad de propagación¶
Las voladuras retardadas trabajan o reducen la vibración del terreno porque la onda
sísmica generada por un retardo ya ha viajado una distancia considerable, debido a su
velocidad de propagación, antes de que detone el siguiente retardo. La segunda onda sísmica
viaja a la misma velocidad de propagación que la primera y, por lo tanto, nunca puede
alcanzarla. De esta manera las ondas sísmicas o vibraciones se separan. La Figura 10.5
ilustra el proceso.
La distancia escalada es similar a la distancia normal en que: entre más alto sea el
valor, es más segura. Los valores altos (DS > 22.7) indican condiciones de vibración seguras
con poca probabilidad de daño, mientras que los valores bajos (DS < 11) indican un peligro
mayor con altas probabilidades de daño. La Agencia de Minas de los E.U. propuso una
distancia escalada de 22.7 cómo un límite seguro para las vibraciones por voladura. Este es
un límite conservador, pero muchas agencias reguladoras están usando una distancia
escalada de 27.5 para mayor seguridad.
Ejemplo 10.2
Normalmente, una cantera utiliza una carga de 200 Kg por retardo. Está comenzando un
nuevo desarrollo habitacional a una distancia de 360 metros ¿ Cumple la cantera con la
norma?
Cualquier carga por retardo con un peso de 171 Kg o menos cumplirá con la norma.
La cantera está considerando el pedir un cambio en la norma ya que no puede disparar de
manera efectiva con menos de 200 Kg por retardo. ¿ Cuál será la distancia que cumpla con la
norma?
Entonces la cantera pide que los edificios del desarrollo habitacional se construyan 29 metros
más atrás.
Una norma de distancia escalada puede representar condiciones bajo las cuales no se
pueda realizar un proyecto donde haya voladuras. Si esto sucede, existen varios métodos
para ajustar la distancia escalada a niveles que sean seguros. Esto debe verificarse con
mediciones hechas con un sismógrafo.
Este método involucra las mediciones sísmicas sumadas a los cálculos de los valores
de la distancia escalada obtenidos de los datos de la voladura.
Los datos se trazan en una gráfica logarítmica con la velocidad de la partícula en el eje
vertical y la distancia escalada en el eje horizontal. Para que sea efectiva, debe haber una
variedad de datos con valores altos y bajos. Esto se puede lograr de manera sencilla al colo-
car el sismógrafo a distancias cada ver mayores en voladuras sucesivas.
Se trazan los datos en la gráfica, un punto para cada par de velocidad de partícula y
distancia escalada. Cuando todos los puntos se han trazado, se dibuja una línea recta o
envolvente en la gráfica de manera que todos los puntos se encuentren por debajo de la línea.
No es necesario mucha exactitud (Figura 10.6).
Una vez que se han ubicado los puntos y se ha trazado la envolvente, se puede leer un
valor de trabajo de la distancia escalada en la gráfica utilizando este procedimiento: comience
con la escala de la velocidad de partícula en la velocidad que especifica la norma, por
ejemplo: 25.4 mm/s; dibuje una línea horizontal cruzando la gráfica hasta que intersecte la
línea envolvente; en el punto de la intersección, dibuje una línea vertical hacia abajo hasta el
eje de la distancia escalada; el punto en el cual toque el eje de la distancia escalada, será el
valor de trabajo para la distancia escalada. Este valor asegurará que las velocidades de
partícula generadas por las voladuras serán menores a 25.4 mm/s.
Por ejemplo, para una velocidad de partícula de 25 mm/s el valor de trabajo para la
distancia escalada que se lee en la gráfica es Ds = 9. Este valor puede usarse ahora para
calcular el peso de la carga y las distancias a las cuales se producirán vibraciones menores a
25 mm/s.
Tanto cómo para el promedio cómo para el método de velocidad distancia escalada, se
deben seguir añadiendo los datos nuevos que se van obteniendo con el paso del tiempo. Se
debe añadir un factor de seguridad al valor ajustado de Ds. Si el valor ajustado es 9, el uso de
un valor de 10 es un factor de seguridad.
Figura 10-6 Velocidad de Partícula vs. Distancia Escalada
La calibración del terreno debe hacerse siempre que se entre en un área nueva o que
se comience un proyecto nuevo.. Los dos factores principales que afectan el nivel de vibración
son el peso de la carga y la distancia. Además, el tipo de roca, la densidad de la roca, la
presencia o ausencia de estratos en la roca, la pendiente de los estratos, la naturaleza del
terreno, las condiciones de los barrenos, la presencia o ausencia de agua, todos se combinan
para influenciar la transmisión de la vibración. El modo más simple de evaluar estos factores
es por la observación de los niveles de vibración generados. Esto se llama calibración del
terreno o del área.
La calibración del terreno puede ser complementada con una gráfica logarítmica de
distancia escalada - velocidad de partícula utilizando los datos de una serie de voladuras
cómo ya se ha explicado. Un mínimo de cinco voladuras servirá cómo comienzo, con la
adición de más datos, a medida que se efectúan y registran más voladuras. El método
sintetiza los muchos factores que afectan a la transmisión de la vibración y le permite al
operador determinar un valor de trabajo seguro para la distancia escalada. Una ver que se ha
determinado adecuadamente la distancia escalada, todas las voladuras deberán generar
niveles de vibración menores que la velocidad de partícula correspondiente.
Thoenen y Windes, Seismic Effects of Quarry Blasting, USBM, Boletín 442, 1942.
Índice de
Aceleración
Crandell, FJ. Ground Vibration Due to Blasting and its Effect Upon Structures. Revista de la
Sociedad de Ingenieros Civiles de Boston, 1949.
(11.1)
donde:
a - Aceleración
(ft/s2)
f = Frecuencia (Hz)
Índice de Velocidad
Sin daño menos de 2.8 in/s ó 7l.l2
mm/s Fisuras capilares 4.3 in/s ó l09.22 mm/s.
Agrietamiento 6.3 in/s ó 160.02
mm/s Agrietamiento severo 9.l in/s ó 23l.l4
mm/s
Índice de Velocidad
Zona segura - Menos de 2.0 in/s ó 50.8 mm/s
Zona de daño - 4.0 a 5.0 in/s ó 101.a 127 mm/s
Nichols, Johnson y Duvall, Blasting Vibration and Their efects on Slructures. USBM. Boletín
6561 1971
Índice de Velocidad
Además del propio trabajo de la USBM, el Boletín 656 es también una síntesis del trabajo de
otros muchos investigadores. La velocidad de la partícula se considera la mejor medida del
potencial de daño. El criterio de la vibración segura se especificó en el Boletín 656 de la si-
guiente manera:
El criterio de la vibración segura se basa en la medición de componentes individuales, y
si la velocidad de partícula de cualquier componente excede 2 in/s ó 50.8 mm/s, es muy
probable que ocurran daños.
En 1980, la USBM reportó su investigación más reciente sobre minería de superficie en el RI.
8507 (Siskind, et al), se encontró que: la resonancia estructural en respuesta a la vibración de
baja frecuencia del terreno, que resultaba en un incremento en el desplazamiento y los
esfuerzos es un serio problema.
El nivel de vibración seguro se definió cómo el nivel con poca probabilidad de producir
agrietamientos interiores u otros daños en residencias.
Los niveles de vibración seguros cómo los especifico el RI 8507 se dan en la Tabla
11.1. Estos criterios se basan en un nivel de confianza de 95% o comúnmente referido cómo
5% de probabilidad de daño.
Estos niveles de vibración seguros representan un enfoque conservador del daño y han
sido objetos de una intensa crítica por parte de la industria de las voladuras.
Figura 11-1 Niveles de Vibración Seguros (RI 8507)
Este criterio que utiliza ambos, desplazamiento y velocidad, sobre los rangos de
frecuencia respectivos no han sido aceptados por todos los afectados. La instrumentación
requerirá la capacidad de leer tanto el desplazamiento cómo la velocidad de modo que
puedan cubrir todos los rangos. Esto indica el torrente de preguntas que existían acerca de las
normas de vibración segura y que aún hoy en día existen.
Una consideración importante que hay que notar es que probablemente no hay un
límite menor más allá del cual no ocurrirá el daño, ya que siempre habrá estructuras cercanas
al punto de fatiga debido a los esfuerzos ambientales normales. No es inusual leer acerca de
una estructura que se colapsó sin razón aparente.
En el RI 8896, 1984. "Efectos de Voladuras Repetidas sobre una Casa con Marcos de
Madera". USBM, se indica que las fisuras cosméticas ocurrieron durante la construcción de
una casa de prueba y también durante períodos cuando no se detonaron voladuras. Después
se notó que la actividad humana, la temperatura y los cambios de la humedad causaron
esfuerzos equivalentes a una velocidad de partícula del suelo de 30.5 mm/s a 76.2 mm/s.
La Oficina de Minería de Superficie (OSM), cuando preparaba sus normas, modificó los
criterios propuestos por la USBM basados en contrapropuestas que recibieron y que
contenían estándares menos rigurosos, similares al criterio alterno de voladuras de la USBM.
Reconociendo una dependencia de la frecuencia para la vibración asociada con la distancia,
la Oficina de Minería de Superficie presentó su norma de la siguiente manera:
Los valores del desplazamiento y la velocidad y los rangos de frecuencia sobre las
cuales se aplica cada uno, tal y cómo los especifica la Oficina de Minería de Superficie, se
muestran en la Figura 11.3 La figura 11.3 también compara la misma vibración con los
estándares inglés, alemán y francés
Figura 11 -3a Comparación ente las Estándares Británicos y de EUA
Figura 11 -3b Estándares Alemán y Francés
La USBM en el RI 8507 hacía una distinción de las frecuencias asociadas con las
voladuras en las minas de carbón, las voladuras de canteras y las voladuras de construcción.
Las voladuras de las minas de carbón producían las frecuencias más bajas, seguían las
voladuras de las canteras y por último las voladuras de construcción las cuales producían las
frecuencias más altas. Esto se muestra gráficamente en la figura 11.5
Figura 11-4 Criterio Alterno de Niveles de Voladura de la OSM (modificado de la figura 11.2, RI 8507, de la
USBM)
Figura 11-5 Frecuencias de Voladuras de una Mina de Carbón, Cantera y Construcción (RI 8507)
Una investigación hecha por Walter en 1961 utilizó vibración continua generada por
impacto en una estructura por veinticuatro horas al día, durante un período de trece meses
aproximadamente. La estructura era una habitación ordinaria de 8 x 8 x 8 pies y con muros de
tablarroca. El vibrador estaba montado en el techo, generando movimiento el cual era
transmitido a toda la estructura y el área circundante.
La frecuencia natural de los paneles de la pared era de 12.5 Hz y el del panel del techo
era de 60 Hz. Las frecuencias de la vibración que se midieron en los paneles de las paredes
estuvieron en el rango de 10 a 18 Hz. Con una velocidad de partícula en el rango de 1.27 a
4.06 mm/s.
El tiempo total de vibración fue del orden de treinta millones de segundos. No resultaron
efectos notorios debido a esta vibración extendida. Se concluyó que la vibración de bajo nivel
aún cuando se encontrara en el rango de respuesta de frecuencia natural de la estructura,
tiene un potencial para causar daños prácticamente nulo.
11.1.7.2 PRUEBAS CERL
Los niveles de la prueba de vibración eran: 2.54, 12.7, 25.4, 50.8, 101.6, 203.2 y 406.4
mm/s. Cada uno de estos niveles se corrió en series varias veces empezando con 1 corrida,
después 5 corridas, 10, 50, 100 y 500 corridas, inspeccionando la estructura después de cada
serie. Ningún daño ocurrió hasta la sexta corrida a 101.6 mm/s. Esta sexta corrida fue
precedida por 2669 corridas anteriores sin ningún daño. De hecho, hubo 666 corridas a 50.8
mm/s y 5 a 101.6 mm/s sin daño alguno. Es significativo notar que cuando ocurrió el daño éste
ocurrió a una velocidad que excede los 50.8 mm/s.
Koerner probó bloques de paredes de mampostería a una escala 1/10 con frecuencias
resonantes. La tabla del material se observó después de aproximadamente 10.000 ciclos con
velocidades de partícula de 30.5 a 50.8 mm/s. Pruebas posteriores en bloques de parea con
escala de 1/4 mostraron agrietamientos después de 60.000 a 400.000 ciclos a una velocidad
de partícula de 43 a 49.5 mm/s.
Estos estudios muestran que los efectos de fatiga tales cómo el agrietamiento pueden
ocurrir a niveles de vibración que son relativamente altos.
11.1.8 EFECTOS DE LA VIBRACION
Las grietas producidas en las estructuras por terremotos naturales, que son efectos de
baja intensidad, tienen una forma característica llamada la grieta en X o grieta de vibración.
Estas grietas resultan del hecho de que la parte superior de una estructura, debido a su
inercia, se queda rezagada. La estructura se deforma de un rectángulo regular a un
paralelogramo, con una de sus diagonales alargada y la otra comprimida. Si el alargamiento
excede la resistencia del material, éste fallará produciendo una grieta por tensión. Al tiempo
que la vibración del terreno regresa, sucederá la misma deformación a la inversa, con las
diagonales opuestas alargadas y comprimidas con la posible formación de otra grieta por
tensión. Cuando ambas grietas ocurren forman una grieta en forma de X. La Figura 11.6
ilustra el proceso. Si éste ocurre, la grieta en X seguramente será asociada a las voladuras.
La energía que viaja hacia afuera de la fuente en una voladura, medida en términos de
vibración del terreno y velocidad de partícula, se mueve en todas direcciones alegándose de
la fuente. Si la tierra transmitiera la vibración de la misma manera en todas direcciones y si
todos los otros factores permanecieran constantes, entonces, teóricamente, los niveles de
vibración serían iguales a la misma distancia y en cualquier dirección desde una voladura.
Desgraciadamente, en condiciones de trabajo reales, la transmisión de la vibración no es ideal
debido a los cambios en la estructura de la tierra. La vibración se transfiere en forma diferente
en direcciones diferentes. La estructura geológica, las juntas y fallas, cambiarán los niveles de
vibración y la frecuencia en las diferentes direcciones desde la fuente. Otros factores que
tienen que ver con el diseño del patrón de tiempos de la voladura contribuyen también a estos
efectos direccionales de la vibración.
En el pasado, era una práctica común hacer el registro en un punto atrás de las
voladuras en la estructura más cercana ya que se asumía que el nivel más alto de la vibración
sería en esta dirección. Las recomendaciones para hacer los registros han cambiado y las
investigaciones muestran que los niveles de vibración más altos son, comúnmente, no detrás
de las voladuras, sino a los lados. En particular, los niveles de vibración comúnmente son más
altos en la dirección en la cual están disparando los retardos. Por ejemplo, a una voladura se
dispara con el primer barreno del lado izquierdo de la plantilla y los retardos van disparando
hacia el lado derecho, entonces en dirección hacia el lado derecho de la plantilla es donde
será más factible encontrar los niveles de vibración más altos.
La vibración que produce daños ocurre esporádicamente, pero otros muchos efectos
ocurren, los cuales resultan desconcertantes y alarmantes para los personas que sienten y
oyen la vibración. Algunos de estos efectos son:
El agrietamiento es un suceso normal que ocurre en las paredes y los techos de las
estructuras, sus causas son múltiples, varían de una mala construcción a los esfuerzos
ambientales normales tales cómo los esfuerzos por temperatura, viento etc. Ya en 1927 la
revista The Small Home, publicada por Architects' Small House Servíce Bureau de los
Estados Unidos, dio una lista de razones para el desarrollo de grietas, en dicha lista se
incluían las siguientes causas:
La respuesta humana ha sido estudiada por muchos investigadores. Una de las primeras
investigaciones fue hecha por Reiher y Meister, en Berlín en 1931. Otras investigaciones
fueron realizadas por Goldman, 1948. y Wiss y Parmelee en 1974. Una combinación de los
resultados de estos investigadores se presentó gráficamente en el RI 8507 de la Oficina de
Minas de EU, Siskind, et al, 1980. Esta combinación se representa en la Figura 11.7.
Las curvas de respuesta humana son todas similares y altamente subjetivas en el sentido
de que la respuesta es una mezcla de factores fisiológicos y psicológicos individuales a cada
persona. Basado en estas curvas, se puede diseñar un conjunto muy sencillo y práctico de
respuestas humanas, de la siguiente manera.
Otra vibración que contrasta bruscamente, ya que no es parte de la vida diaria sino inusual, se
ha designado cómo acultural. Sorprende a la persona, es molesta y causa una conciencia
aguda.
Tabla 11.3 Respuesta Humana
Respues Velocidad De Desplazamiento a 10 Desplazamiento a 40
ta Partícula HZ
Hz
Notable 0.508 mm/s 0.008 mm 0.002 mm
Molesta 5.08 mm/s 0.08 mm 0.02 mm
Severa 17.8 mm/s 0.28 mm 0.07 mm
Automóvil
Tren ligero
Casa familiar
Planta industrial u oficina
Aeroplanos
Denominador común
No hay reacción
VIBRACION ACULTURAL
Voladuras
Hincado de pilotes
Maquinaria de impacto
Martillo hidráulico
Planta de fundición
Denominador común:
Las personas reaccionan porque estas vibraciones son desconocidas y
perturbadoras
268
11.3 EFECTOS DE LAS VOLADURAS EN POZOS DE AGUA Y ACUÍFEROS
11.3.1 ACUÍFEROS
El golpe de aire se genera por los gases del explosivo que se escapan a la
atmósfera, por la roca que se desgaja, por el taco que se escopetea, por un
desplazamiento de la cara, por desplazamientos alrededor del barreno y por la
vibración del terreno. Varias combinaciones de estas causas se pueden dar en
cualquier voladura dada.
El análisis espectral de los sonidos de una voladura fue realizado por Siskind y
Summers en 1974, el cual mostraba claramente las frecuencias inaudibles muy
bajas.
El boletín 656 proponía una sobrepresión de 3.45 KPa (164 dB) cómo el limite
seguro para la prevención de la ruptura del vidrio e indicaba que las voladuras que
generaban una vibración del terreno de 50.8 mm/s automáticamente limitaban la
sobrepresión de aire a niveles seguros, esto es, menos de 3.45 KPa (164 dB).
El golpe de aire se escala de acuerdo a la raíz cúbica del peso de la carga, esto
es:
(12.2)
donde:
d = Distancia (m)
w = Peso Máximo de la carga por retardo (Kg)
k = Valor de la distancia escalada para la
sobrepresión
- del aire
Existen dos regiones distintivas de daño potencial por golpe de aire, las cuales
son bastante diferentes. Se les conoce cómo el Campo Cercano y el Campo
Lejano.
Esta es la región que rodea a la voladura hacia la cual hay una transmisión
directa del pulso de presión. El potencial de daños en el campo cercano es
pequeño y fácilmente minimizado con un diseño apropiado. Esto requiere la
atención en los detalles cómo el bordo, espaciamiento, taco, carga de explosivo,
retardos, el tapado de las líneas de cordón detonante y el uso de cordones de
carga de explosivo mínima. La ejecución apropiada de estas tareas asegura una
probabilidad muy baja de ruptura de vidrio.
21 - 1,2(6.4) = 13.30 C
Figura 12.6 Enfoque del Golpe de Aire más el Efecto del viento
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