METODOS DE PERFORACION DE ROCAS

1. INTRODUCCION

La perforacin de las rocas dentro del campo de las voladuras es la primera operacin que se realiza y tiene como finalidad abrir unos huecos, con la distribucin y geometra adecuada dentro de los macizos, donde alojar a las cargas de explosivo y sus accesorios iniciadores.

Los sistemas de penetracin de la roca que han sido desarrollados y clasificados por orden de aplicacin son:

Mecnicos. Percusin Rotacin Roto percusin

Trmicos Soplete o lanza trmica Plasma Fluido caliente Congelacin

Hidrulicos. Chorro de agua Erosin Cavitacin

Snicos.Vibracin de alta frecuencia

Nucleares. Fusin Fisin

A pesar de la enorme variedad de sistemas posibles de penetracin de la roca, en minera y obra pblica la perforacin se realiza actualmente, de una forma casi general, utilizando la energa mecnica. Por este motivo, en el presente manual se tratarn exclusivamente los mtodos mecnicos, pasando revista a los fundamentos, tiles y equipos de perforacin de cada uno de ellos.

Los componentes principales de un sistema de perforacin de este tipo son: la perforadora que es la fuente de energa mecnica, el varillaje que es el medio de transmisin de esa energa, la boca que es el til que ejerce sobre la roca dicha energa y el fluido de barrido que efecta la limpieza y evacuacin del detrito producido.

2. TIPOLOGIA DE LOS TRABAJOS DE PERFORACION EN EL ARRANQUE CON EXPLOSIVOS

Dentro de la amplia variedad de los trabajos de excavacin con explosivos, se han desarrollado un gran nmero de mquinas que dan lugar a dos procedimientos de perforacin:

Pertoracin manual.

Se lleva a cabo con equipos ligeros manejados a mano por los perforistas. Se utiliza en trabajos de pequea envergadura donde por las dimensiones no es posible utilizar otras mquinas o no est justificado econmicamente su empleo.

Perforacin mecanizada.

Los equipos de perforacin van montados sobre unas estructuras, de tipomecano, con las que el operador consigue controlar todos los parmetros de la perforacin desde unas posiciones cmodas. Estas estructuras o chasis pueden ir montadas sobre neumticos u orugas y ser automotrices o remolcables.

Por otro lado, los tipos de trabajo, tanto en obras de superficie como subterrneas, pueden clasificarse en los siguientes grupos:

Perforacin de banqueo.

Es el mejor mtodo para la voladura de rocas ya que se dispone de un frente Iibrepara la salida y proyeccin del material y permite una sistematizacin de las labores.

Se utiliza tanto en proyectos de cielo abierto e interior con barrenos verticales, generalmente, y tambin horizontales, en algunos casos poco frecuentes.

Perforacin de avance de galeras y tneles.

Se necesita abrir un hueco inicial o cuele hacia el que sale el resto de la roca fragmentada por las dems cargas. La perforacin de los barrenos se puede llevar a cabo manualmente, pero la tendencia es hacia la mecanizacin total con el empleo de jumbos de uno o varios brazos.

Perforacin de produccin.

Este trmino se utiliza en las explotaciones mineras, fundamentalmente subterrneas, para aquellas labores de extraccin del mineral. Los equipos y los mtodos varan segn los sistemas de explotacin, siendo un factor comnel reducido espacio disponible en las galeras para efectuar los barrenos.

Perforacin de chimeneas.

En muchos proyectos subterrneos de minera y obra pblica es preciso abrir chimeneas. Aunque existe una tendencia hacia la aplicacin del mtodo Raise Boring, an hoy se utiliza el mtodo de barrenos largos y otros sistemas especiales de perforacin combinados con las voladuras.

Perforacin de rocas con recubrimiento.

La perforacin de macizos rocosos sobre los que yacen lechos de materiales sin consolidar obligan a utilizar mtodos especiales de perforacin con entubado.

Tambin se emplean en los trabajos de perforacin y voladuras submarinas.

Sostenimiento de rocas.En muchas obras subterrneas y algunas a cielo abierto es necesario realizar el sostenimiento de las rocas mediante el bulonado o cementado de cables, siendo la perforacin la fase previa en tales trabajos.

3. CAMPOS DE APLlCACION DE LOS DIFERENTES METODOS DE PERFORACION.

Los dos grandes mtodos mecnicos de perforacin de rocas son los rotopercutivos y los rotativos.

Mtodos rotopercutivos. Son los ms utilizados en casi todos los tipos de roca, tanto si el martillose sita en cabeza como en el fondo del barreno. .

Mtodos rotativos.

Se subdividen a su vez en dos grupos, segn que la penetracin se realice por trituracin, empleando triconos, o por corte utilizando bocas especiales. El primer sistema se aplica en rocas de dureza media a alta y el segundo en rocas blandas.

Atendiendo a la Resistencia a Compresin de las rocas y al dimetro de perforacin, se pueden delimitar los campos de aplicacin de los diferentes mtodos.

Por otro lado, segn el tipo de trabajo que se realice en minera u obra pblica de superficie los equipos que ms se utilizany dimetros ms comunes para las voladuras en banco.

Del mismo modo, se reflejan en la Fig. 1.3 los equiposms frecuentes en los distintos mtodos de minera subterrnea y datos caractersticos de la perforacin.

Otros criterios que intervienen en la seleccin de los 16 equipos de perforacin son: econmicos, de diseo mecnico, mantenimiento y servicio, capacidad operativa, adaptabilidad a los equipos de las explotaciones y a las condiciones del rea de trabajo, (accesibilidad, tipo de roca, fuentes de energa, etc.).

CLASIFICACIONDE LAS ROCAS Y PROPIEDADESFISICAS PRINCIPALES

La perforacin de barrenos se realiza, casi en la totalidad de los casos, en masas rocosas, por lo que es interesante antes de iniciar una obra conocer los diferentes tipos de materiales que se presentan y sus propiedades bsicas.

Estas caractersticas de las rocas dependen en gran medida de su origen, por lo que a continuacin se describen los tres grandes grupos que existen.

Clasificacin de las rocas por su origen

Rocas gneas

Las rocas gneas son las formadas por solidificacin de una masa fundida, mezcla de materiales ptreos y de gases disueltos, denominada magma. Si la roca se ha enfriado en contacto con el aire o el agua de la superficie terrestre, se la clasifica como roca gnea "extrusiva" o volcnica. Cuando el magma se enfra por debajo de la superficie terrestre se forma una roca gnea "intrusiva" o plutnica.

La velocidad de enfriamiento del magma da lugar a que los minerales cristalizados tengan tamaos de grano grandes si es lenta y pequeos si es rpida. En el primer caso se forma una roca denominada pegmatita y en el segundo una aplita. Un caso intermedio lo constituye el prfido, en el que se observan grandes cristales dentro de una masa o matriz de grano fino. Los tres tipos se encuentran generalmente en forma de diques con potencias de uno a decenas de metros. El caso ms normal es el de una velocidad de enfriamiento moderada, que da lugar a una roca masiva con un tamao de grano medio, de 1 a 5 mm.

Durante el proceso de enfriamiento de un magma su composicin vara, pues se produce una cristalizacin fraccionada, de acuerdo con la presin y temperatura de cada momento. Tambin, el lquido residual puede reaccionar con los minerales ya solidificados y cambiar su contenido qumico. Adems, la composicin qumica originalde los magmas puede haber sido muy distinta.

Las diferentes condiciones fsicas y qumicas que se dan durante la solidificacin de un magma hacen que exista una gran variedad de rocas gneas. Ellas estn formadas por diferentes minerales, de diversos tamaos y agrupados de distintas formas, dando por resultado que sus caractersticas fsicas y qumicas sean muy heterogneas.

Por lo tanto, su comportamiento ante la fragmentacin, corte, desgaste y meteorizacin puede ser variado; aunque las rocas gneas sin meteorizar, a efectos de su perforacin, son todas duras y compactas.

Si la roca tiene un contenido en SiO2superior al 62%, geoqumicamente se la denomina cida, entre ese valor y el 52% intermedia, entre 45 y 52% bsica, y finalmente con valores menores del 45% es ultrabsica. En el mismo sentido que las rocas gneas son ms pobres en slice, a la vez son ms ricas en silicatos ferromagnesianos.

Las cidas son ms abrasivas y duras que las bsicas; pero stas ltimas son ms densas y resistentes al impacto que las primeras.

Rocas metamrficas

Las rocas metamrficas son las originadas por importantes transformaciones de los componentes mineralgicos de otras rocas preexistentes, endgenas o exgenas.

Estos grandes cambios se producen por la necesidad de establizarse sus minerales en unas nuevas condiciones de temperatura, presin y quimismo.

Estas rocas son intermedias en sus caractersticas fsicas y qumicas, entre las gneas y las sedimentarias, pues presentan asociaciones de minerales que pertenecen a los dos tipos.

As se encuentran en ellas minerales, como el cuarzo, los feldespatos, las micas, los anfboles, los piroxenos y los olivinos, esenciales en las rocas gneas, pero no tienen feldespatoides. Como en las rocas sedimentarias, pueden tener calcita, dolomita, slicey hematites; pero no tienen minerales evaporticos.

Tambin, aparecen en ellas minerales comunes a los dos tipos, como son: la turmalina, el zircn, la magnetita, el topacio y el corindn; todos ellos son minerales . muy estables en cualquier medio exgeno o endgeno.

Existe una serie de minerales, que son muy especficos de las rocas metamrficas, pudiendo formar parte de los granos de las rocas detrticas, debido a su estabilidad en los ambientes exgenos y otros son a la vez productos de alteracin meterica de minerales de rocas endgenas. Realmente la meteorizacin es un proceso de transformacin mineralgica con carcter fsico y qumico, pero a temperatura y presin bajas.

Rocas sedimentarias

Las rocas sedimentarias se forman por la acumulacin de restos o detritus de otras rocas preexistentes, por la precipitacin qumica de minerales solubilizados o por la acumulacin de restos de animales o vegetales.

En el primer caso se producen los sedimentos detrticos como son las gravas, conglomerados y arenas en cuya precipitacin interviene la gravedad. En el segundose encuentran, por ejemplo, las evaporitas o rocas salinas precipitadas por la sobresaturacin de una salmuera sometida a una intensa evaporacin. Las terceras son las acumulaiones de conchas, esqueleto; de animales o restos de plantas, como son las calizas conchferas, los corales y el carbn. Este ltimo grupo se subdivide en bioqumicas organogenias y bioqumicas minerales, segn que sus componentes sean de la qumica orgnica o de la inorgnica. En el primer caso estn los carbones y el petrleo, y en el segundo las calizas, dolomas y rocas fosfticas.

En una primera clasificacin de las rocas sedimentarias se tiene en cuenta su proceso de formacin, despus se consideran los tamaos de los granos, las caractersticas de la unin de los mismos, adems de los tipos y cantidades de sus minerales componentes.

Propiedades de las rocas que afectan a la perforacin.

Las principales propiedades fsicas de las rocas que influyen en los mecanismos de penetracin y consecuentemente en la eleccin del mtodo de perforacin son:

1. Dureza.2. Resistencia.3. Elasticidad.4. Plasticidad.5. Abrasividad.6. Textura.7. Estructura8. Caractersticas de rotura.

Dureza

Se entiende por dureza la resistencia de una capa superficial a la penetracin en ella de otro cuerpo ms duro.

En una roca es funcin de la dureza y composicin de los granos minerales constituyentes, de la porosidad de la roca, del grado de humedad, etc.La dureza de las rocas es el principal tipo de resistencia a superar durante la perforacin, pues cuando se logra la penetracin del til el resto de las acciones se desarrollan ms fcilmente.

Las rocas se clasifican en cuanto a su dureza por medio de la "escala de Mohs", en la que se valora la posibilidad de que un mineral pueda rayar a todos los que tienen un nmero inferior al suyo. Tal como se refleja en la Tabla 1.1 existe una cierta correlacin entre la dureza y la resistencia a la compresin de las rocas.

Resistencia

Se llama resistencia mecnica de una roca a la propiedad de oponerse a su destruccin bajo una carga exterior, esttica o dinmica.Las rocas oponen una resistencia mxima a la compresin; comnmente, la resistencia a la traccin no pasa de un 10 a un 15% de la resistencia a la compresin. Eso se debe a la fragilidad de las rocas, a la gran cantidad de defectos locales e irregularidades que presentan y a la pequea cohesin entre las partculas constituyentes, La resistencia de las rocas depende fundamentalmente de su composicin mineralgica. Entre los minerales integrantes de las rocas el cuarzo es el ms slido, su resistencia supera los 500 MPa, mientras que la de silicatos ferromagnsicos y los aluminosilicatos varan de 200 a 500 MPa, y la de la calcita de 10 a 20 MPa. Por eso, conforme es mayor el contenido de cuarzo, por lo general, la resistencia aumenta.

La resistencia de los minerales depende del tamao de los cristales y disminuye con el aumento de stos.

Esta influencia es significativa cuando el tamao de los cristales es inferior a 0,5 mm.

En las rocas la influencia del factor tamao en la resistencia es menor, debido a que tambin intervienen las fuerzas de cohesin intercristalinas. Por ejemplo, la resistencia a la compresin de una arenisca arcosa de grano fino es casi el doble que la de granos gruesos; la del mrmol constituido por granos de 1 mm es igual a 100 MPa, mientras que una caliza de granos finos - 3 a 4 IJ.m- tiene una resistencia de 200 a 250 MPa.

Entre las rocas sedimentarias las ms resistentes son las que tienen cemento silceo. En presencia de cemento arcilloso la resistencia de las rocas disminuye de manera brusca.

La porosidad en rocas con una misma litologa confor- me aumenta hace disminuir la resistencia, puesto que simultneamente disminuye el nmero de contactos de las partculas minerales y las fuerzas de accin recprocas entre ellas.

En la resistencia de las rocas influye la profundidad a la que se formaron y el grado de metamorfismo. As; la resistencia de las arcillas yacentes cerca de la superficie terrestre puede ser de 2 a 10 MPa, mientras que las rocas arcillosas, que fueron sometidas a un cierto metamorfismo pueden alcanzar los 50 - 100 MPa.

Por otro lado, la resistencia de las rocas anisotrpicas depende del sentido de accin de la fuerza. La resistencia a compresin de las rocas en el sentido perpendicular a la estratificacin o esquistosidad es mayor que en un sentido paralelo a stas. El cociente que suele obtenerse entre ambos valores de resistencia vara entre 0,3 y 0,8, Y slo para rocas isotrpicas es igual a 1.

En la Fig. 1.5, se indican los intervalos frecuentes de resistencia a la compresin de los diversos tipos de rocas.

Elasticidad

La mayora de los minerales constituyentes de las rocas tienen un comportamiento elstico-frgil, que obedece a la Ley de Hooke, y se destruyen cuando las tensiones superan el lmite de elasticidad. Segn el carcter de deformacin, en funcin de las tensiones provocadas para cargas estticas, se consideran tres grupos de rocas 1) Las elasto-frgiles o que obedecen a la Ley de Hooke, 2) Las plstico-frgiles, a cuya destruccin precede la deformacin plstica; 3) Las altamente plsticas o muy porosas, cuya deformacin elstica es insignificante.

Las propiedades elsticas de las rocas se caracterizan por el mdulo de elasticidad "E" y el coeficiente de Poisson "y". El mdulo de elasticidad es el factor de proporcionalidad entre la tensin normal en la roca y la deformacin relativa correspondiente, su valor en la mayora de las rocas vara entre 0,03, 104 Y 1,7' 105MPa, de pendiendo fundamentalmente de la composicin mineralgica, porosidad, tipo de deformacin y magnitud de la carga aplicada.

Los valores de los mdulos de elasticidad en la mayora de las rocas sedimentarias son inferiores a los de los minerales correspondientes que los constituyen. Tambin influye en dicho parmetro la textura de la roca, ya que el mdulo de elasticidad en la direccin de la estratificacin o esquistosidad es generalmente mayor que en la direccin perpendicular a sta.

El coeficiente de Poisson es el factor de proporcionalidad entre las deformaciones longitudinales relativas y las deformaciones transversales. Para la mayora de las rocas y minerales est comprendido entre 0,2 y 0,4, Y slo el cuarzo lo tiene anormalmente bajo, alrededor de 0,07.

Plasticidad

Como se ha indicado anteriormente, en algunas rocas, a la destruccin le precede la deformacin plstica. Esta comienza en cuanto las tensiones en la roca superan el lmitede elasticidad. En el caso de un cuerpo idealmente plstico tal deformacin se desarrolla con una tensin invariable. Las rocas reales se deforman consolidndose al mismo tiempo: para el aumento de la deformacin plstica es necesario incrementar el esfuerzo.

La plasticidad depende de la composicin mineral de las rocas y disminuye con el aumento del contenido de cuarzo, feldespato y otros minerales duros. Las arcillas hmedas y algunas rocas homogneas poseen altas propiedades plsticas.

La plasticidad de las rocas ptreas (granitos, esquistos cristalinos y areniscas) se manifiesta sobre todo a altas temperaturas.

Abrasividad

La abrasividad es la capacidad de las rocas para desgastar la superficie de contacto de otro cuerpo ms duro, en el proceso de rozamiento durante el movimiento.

Los factores que elevan la capacidad abrasiva de las rocas son las siguientes:

La dureza de los granos constituyentes de la roca.Las rocas que contienen granos de cuarzo son sumamente abrasivas.La forma de los granos. Los ms angulosos son ms abrasivos que los redondeados.El tamao de los granos.

La porosidad de la roca. Da lugar a superficies de contacto rugosas con concentraciones de tensiones locales.

La heterogeneidad. Las rocas poliminerales, aunque stos tengan igual dureza, son ms abrasivas, pues van dejando superficies speras con presencia de granos duros, por ejemplo, los granos de cuarzo en un granito.

Esta propiedad influye mucho en la vida de los tiles de perforacin.

En la Tabla 1.2 se indican algunos contenidos medios de diferentes tipos de roca.

Textura

La textura de una roca se refiere a la estructura de los granos de minerales constituyentes de sta. Se manifiesta a travs del tamao de los granos, la forma, la porosidad, etc. Todos estos aspectos tienen una influencia significativa en el rendimiento de la perforacin.

Como los granos tienen forma lenticular, como en un esquisto, la perforacin es ms difcil que cuando son redondos, como en una arenisca.

Tambin influye de forma significativa el tipo de material que constituye la matriz de una roca y que une los granos de mineral.

En cuanto a la porosidad, aquellas rocas que presentan una baja densidad y son consecuentemente ms porosas tienen una menor resistencia a la trituracin y son ms fciles de perforar.

En la Tabla 1.3 se muestra la clasificacin de algunos tipos de rocas atendiendo al contenido en slice y tamao de los granos.

En la Tabla 1.4 se recogen algunas de las propiedades caractersticas de diferentes tipos de rocas, segn origen.

Estructura

Las propiedades estructurales de los macizos rocosos, tales como esquistosidad, planos de estratificacin, juntas, diaclasas y fallas, as como el rumbo y el buzamiento de stas afectan a la linealidad de los barrenos, a los rendimientos de perforacin y a la estabilidad de las paredes de los taladros.

En la Fig. 1.7 se clasifican los macizos rocosos a partir del espaciamiento entre juntas y la resistencia del material rocoso.

INTRODUCCION

Los explosivos convencionales y los agentes explosivos poseen propiedades diferenciadoras que los caracterizan y que se aprovechan para la correcta seleccin, atendiendo al tipo de voladura que se desea realizar y las condiciones en que se debe llevar a cabo.

Las propiedades de cada grupo de explosivos permiten adems predecir cules sern los resultados de fragmentacin, desplazamiento y vibraciones ms probables.

Las caractersticas ms importantes son: potencia y energa desarrollada, velocidad de detonacin, densidad, presin de detonacin, resistencia al agua y sensibilidad.

Otras propiedades que afectan al empleo de los explosivos y que es preciso tener en cuenta son: los humos, la resistencia a bajas y altas temperaturas, la de sensibilizacin por acciones externas, etc.

2. POTENCIA Y ENERGIA

La potencia es, desde el punto de vista de aplicacin industrial, una de las propiedades ms importantes, ya que define la energa disponible para producir efectos mecnicos.

Existen diferentes formas de expresar la potencia (Strength) de un explosivo. En las antiguas dinamitas (Straight dynamites) era el porcentaje de nitroglicerina el parmetro de medida de la potencia. Bosteriormente, con la sustitucin parcial de la nitroglicerina por otras sustancias, y la realizacin de ensayos comparativos de laboratorio, se pas a hablar de Potencia Relativa por Peso (Relative Weight Strength) y Potencia Relativa por Volumen (Relative Bulk Strength). As, es frecuente referir la potencia de un explosivo en tantos por ciento de otro que se toma como patrn, Goma pura, ANFO, etc., al cual sele asigna el valor 100.

Existen varios mtodos prcticos para medir la potencia o la energa disponible de un explosivo, todos ellos muy discutibles debido a las peculiaridades, que presentan y a su repercusin en los resultados cuando se comparan con los rendimientos obtenidos en las voladuras.

Mtodo Traulz

Determina la capacidad de expansin que produce la detonacin de 10 g de explosivo en el interior de un bloque cilndrico de plomo. Fig. 10.1. La diferencia entre el volumen total obtenido y el volumen inicial de 62 cm 3 da el valor Traulz real.

Cuando se compara el volumen con el producido con 7 g de cido pcrico se obtiene el denominado Indice Traulz. Si el explosivo de referencia es la Goma pura, la potencia se expresa en relacin a la misma como un porcentaje.

Como los explosivos ms potentes tienden a dar un incremento de volumen mayor que el que corresponde a su potencia real, el CERCHAR defini el Coeficiente ge Utilizacin Prctica C.U.P.que se basa en la comparacin de pesos de explosivos Cex" que producen volmenes iguales al de una carga patrn de 10 15 g de cido pcrico.

Mortero Balstico

Consiste en comparar la propulsin de un mortero de acero montado sobre un pndulo balstica por efecto de los gases cuando se hace detonar una carga de 10g de explosivo. El ndice T.M.B. se calcula a partir de la ecuacin:

donde y son los ngulos registrados en el retroceso del pndulo, correspondientes al explosivo a ensayar y al explosivo patrn.

Mtodo del Crter

Se basa en la determinacin de la Profundidad Crtica y la Profundidad Optima, que son aquellas para las que una carga de explosivo rompe la roca en superficie y produce el crter de mayor volumen respectivamente.

El principal inconveniente de este sistema se encuentra en la necesidad de realizar numerosos tiros y la dificultad de disponer de un banco de pruebas en roca homognea.

Mtodo del Aplastamiento de un Cilindro

Define el Poder Rompedor de un explosivo, que est relacionado con la capacidad de fragmentacin de la roca, por medio del aplastamiento que produce una carga sobre un molde cilndrico de metal. Existen varios mtodos, como son el de Kast y el de Hess, pero ste ltimo es el ms empleado.

Los dos procedimientos descritos dan buenos resultados con los explosivos tipo dinamita, pero no son aplicables a agentes explosivos, como el ANFO o los hidrogeles, debido a:

1. El pequeo dimetro utilizado en el pndulo (20 mm) y en el ensayo Traulz (25 mm), pues son inferiores al dimetro crtico de esos explosivos.

2. El retacado de 2 cm que se emplea en el ensayo Traulz es proyectado por los gases antes de que stos efecten un trabajo efectivo.

3. En el mortero la carga se encuentra desacoplada. y, sobre todo, esas pruebas slo son1adecuadas cuando los explosivos son sensibles a la iniciacin por detonadores y los tiempos de reaccin son pequeos.

Mtodo de la Potencia Ssmica

Consiste en hacer detnar una carga de explosivo en un medio rocoso istropo, y registrar la perturbacin ssmica producida a una distancia determinada.

Como explosivo patrn suele tomarse el ANFOy se supone que la variacin de las vibraciones es proporcional a la energa del explosivo elevada a 2/3. Este mtodo se considera poco adecuado para medir la energa disponible de un explosivo.

Mtodo del Crter

Se basa en la determinacin de la Profundidad Crtica y la Profundidad Optima, que son aquellas para las que una carga de explosivo rompe la roca en superficie y produce el crter de mayor volumen respectivamente.

El principal inconveniente de este sistema se encuentra en la necesidad de realizar numerosos tiros y la dificultad de disponer de un banco de pruebas en roca homognea.

Mtodo del Aplastamiento de un Cilindro

Define el Poder Rompedor de un explosivo, que est relacionado con la capacidad de fragmentacin de la roca, por medio del aplastamiento que produce una carga sobre un molde cilndrico de metal. Existen varios mtodos, como son el de Kast y el de Hess, pero ste ltimo es el ms empleado.

Este ensayo refleja bien la energa de la onda de tensin que est ligada a la presin de detonacin.

Mtodo de la placa

Sobre una placa de acero o aluminio se detona una carga cilndrica de explosivo. La deformacin que produce da una medida cuantitativa de la energa de la detonacin. Los resultados de esta prueba estn sometidos a amplias variaciones si no se mantiene la geometra de la carga de explosivo, el punto y el sistema de iniciacin, y adems estn sesgados favorablemente hacia los explosivos con una mayor energa de la onda de choque.

Mtodo D'Autriche

Se basa en comparar la "VD" del explosivo con la velocidad ya conocida de un cordn detonante. Se coge un cordn con una longitud determinada y se marca el punto medio del mismo, que se hace coincidir con una seal efectuada sobre una plancha de "- plomo en la cual se apoya, y a continuacin, se insertan los extremos del cordn dentro del explosivo a una distancia prefijada "d". La carga de explosivo, "- que puede estar alojada en un tubo metlico, se inicia en uno de los lados con un detonador. Como la onda de choque energ3tiza a su vez en instantes diferentes a los extremos del cordn, la colisin de las "- ondas 1 y 2 tiene lugar sobre la plancha a una distancia "a" del punto medio del cordn. As pues, la "VD.', del explosivo se determinar a partir de:

Medida de energa bajo el agua

Esta tcnica de cuantificacin de la energa desarrollada por el explosivo fue sugerida por Cole hace ms de 30 aos, y se caracteriza por ser una de las ms completas al permitir efectuar pruebas con unas geometras de las cargas semejantes a las introducidas en los barrenos y llegar a determinar por separado la energa vinculada a la onda de choque, que a partir de ahora llamaremos Energa de Tensin-ET, y la energa de los gases de detonacin, tambin llamada Energa de Burbuja-EB, as como la posibilidad de evaluar la influencia del sistema de iniciacin en la energa desarrollada por un explosivo.

Frmulas Empricas

1. La frmula sueca propuesta para determinar la Potencia Relativa en Peso "PRP" de un explosivo es:

donde:

Qo= Calor de explosin de 1 kg de explosivo LFB (5 MJ/kg) en condiciones normales de presin y temperatura.

Qe = Calor de explosin de 1 kg del explosivo a emplear.

VGo = Volumen de los gases liberados por 1 kg de explosivo LFB (0,85 m3/kg).

VGe = Volumen de los gases liberados por el explosivo a emplear.

Como en algunas ocasiones la potencia se refiere al ANFO, primero puede calcularse la potencia con respecto al explosivo patrn LFB y el valor obtenido dividirse por 0,84 que es la potencia relativa del ANFO con respecto a dicho explosivo. El ANFO tiene unos valores de O." y "VG" de 3,92 MJ/kg y 0,973 m3/kg respectivamente.

Paddock (1987) sugiere comparar los explosivos mediante el denominado Factor de Potencia, definido por:

donde:

PAP = Potencia Absoluta en Peso del (x) (cal/g).

VD = Velocidad de detonacin (m/s).

= Densidad de explosivo (g/cm3).

Otra expresin empleada para calcular la Potencia Relativa en Peso es:

donde:

Pe = Densidad del explosivo (g/cm 3).VD = Velocidad de detonacin (mis):Po Y VDo se refieren al explosivo patrn.

VELOCIDAD DE DETONACION

Es la velocidad a la que la onda de detonacin se propaga a travs del explosivo y, por lo tanto, es el parmetro que define el ritmo de liberacin de energa. Los factores que afectan a la "VD" son: la densidad de la carga, el dimetro, el confinamiento, la iniciacin y el envejecimiento del explosivo. Para los tres primeros, conforme aumentan dichos parmetros las "VD" resultantes crecen significativamente.

DENSIDADLa densidad de la mayora de los explosivos varia entre 0,8 y 1,6 g/cm3, y al igual que .con la velocidad de detonacin cuanto mayor es, ms intenso es el efecto rompedor que proporciona.

En los agentes explosivos la densidad puede ser un factor crtico, pues si es muy baja se vuelven sensibles al cordn detonante que los comienza a iniciar antes de la detonacin del multiplicador o cebo, o de lo contrario, si es muy alta, pueden hacerse insensibles y no detonar. Esa densidad lmite es la denominada Densidad de Muerte, que se definir ms adelante.

La densidad de un explosivo es un factor importante para el clculo de la cantidad de carga necesaria para una voladura. Por regla general, en el fondo de los barrenos, que es donde se necesita mayor concentracin de energa para el arranque de la roca, se utilizan explosivos ms densos, como son los gelatinosos e hidrogeles, mientras que en las cargas de columna se requieren explosivos menos densos; como son los pulverulentos y los de base ANFO.

La concentracin lineal de carga q en un barreno de dimetro "D y una densidad "P., se calcula a partir de:

PRESION DE DETONACIONLa presin de detonacin de un explosivo es funcinde la densidad y del cuadrado de la velocidad de deto-nacin. Se mide en el plano C-J de la onda de detonacincuando se propaga a travs de la columna deexplosivo, como ya se ha indicado.Aunque la presin de detonacin de un explosivodepende, adems de la densidad y de la "VD, de losingredientes de que est compuesto, una frmula quepermite estimar dicho parmetro es: !donde:VD2PD = 432 x 10-6 X P. xPD = Presin de detonacin (Mpa).P. = Densidad del explosivo (g/cm 3).VD = Velocidad de detonacin (m/s).1+ 0,8 x P.143Los explosivos comerciales tienen una PD quevara entre 500 y 1,500 MPa. Gneralmente, en rocasduras y competentes la fragmentacin seefecta msfcilmente con explosivos de alta presin de detonacin,debido a la directa relacin que existe entre estavariable y los mecanismos de rotura de la roca.6. ESTABILIDADLos explosivos deben ser qumicamente estables yno descomponerse en condiciones ambientales normales.Un mtodo de probar la estabilidad es mediantela prueba Abel, que consiste en el calentamiento deuna muestra durante un tiempo determinado y a unatemperatura especfica, observando el momento enque se inicia su descomposicin. Por ejemplo, la nitroglicerinaa80C tarda 20 minutos en descomponerse.La estabilidad de los explosivos es una de las propiedadesque est relacionada con el tiempo mximode almacenamiento de dichas sustancias para que s-tas no se vean mermadas en los efectos desarrollados