Manual Practico de Voladura - EXSA.

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    26-May-2015

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Como el empleo de explosivos requiere tcnicas especializadas para cada condicin de trabajo y tipo de roca, es necesario contar con personal idneo, responsable y bien preparado para utilizarlos. Esta cuarta edicin del Manual de Voladura EXSA comprende principios fundamentales de voladura y tcnicas de aplicacin de uso general, a fin de que sirva como gua para los operadores, y puedan aplicar los procedimientos ms adecuados y seguros para el trabajo que realizan, poniendo nfasis en la optimizacin de costos. Como toda gua, el propio usuario deber ajustar valores y criterios a su propia realidad, para un mejor resultado.

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2. PRESENTACIN EXSA S.A. en sus 46 aos de vida institucional viene proporcionando a las industrias minera y de construccin civil, una completa gama de productos explosivos de reconocida calidad, fabricada en sus plantas industriales de Lurn, Tacna y Trujillo con la ms avanzada tecnologa y bajo estrictas normas de seguridad. Asimismo, cuenta con accesorios de voladura para las diversas aplicaciones, lo cual permite a EXSA S.A. ofrecer a sus clientes un paquete completo de para todo tipo de voladura; actividades complementadas con el servicio integral de voladura y el asesoramiento permanente de personal t 0cnico especializado. La preservacin del medio ambiente es una de las principales metas y preocupaciones de EXSA S.A. por lo que viene desarrollando un sistema de gestin ambiental basado en la norma ISO 14 000, lo cual ratifica su compromiso con el respeto del enterno. Como el empleo de explosivos requiere tcnicas especializadas para cada condicin de trabajo y tipo de roca, es necesario contar con personal idneo, responsable y bien preparado para utilizarlos. Es en este aspecto que EXSA S.A. colabora decididamente con los usuarios mediante capacitacin a sus operadores, en la mina u obra y en sus Centros Tecnolgicos de Voladura EXSA, ubicados en las ciudades de Lima, Arequipa y Trujillo. Esta cuarta edicin del Manual de Voladura EXSA comprende principios fundamentales de voladura y tcnicas de aplicacin de uso general, a fin de que sirva como gua para los operadores, y puedan aplicar los procedimientos ms adecuados y seguros para el trabajo que realizan, poniendo nfasis en la optimizacin de costos. Como toda gua, el propio usuario deber ajustar valores y criterios a su propia realidad, para un mejor resultado. Por otro lado, EXSA S.A. no puede asumir responsabilidad por el uso inadecuado de sus productos ni por la informacin proporcionada en este manual, ya que cada caso de voladura es especfico y requiere un diseo y mtodo de ejecucin adecuados, siempre dentro de las normas de seguridad.3 3. 4 4. INDICE CAPTULO 1 pg.7Explosivos a) Generalidades b) Mecnica de roturaCAPTULO 2 Clasificacin de los explosivos23 33 53CAPTULO 3 Caractersticas y propiedades de los explosivosCAPTULO 4 Rocas a ) Clasificacin (Resumen) b) Caractersticas c) Propiedades mecnicasCAPTULO 5 Geologa y sus efectos en voladura69 77 89 109CAPTULO 6 Perforacin a ) GeneralidadesCAPTULO 7 Cebado o primado de explosivos a ) Carga de taladros en superficie y subsuelo b) Carguo mecanizado en superficieCAPTULO 8 Mtodos de iniciacin a ) Iniciacin con mecha de seguridad b) Iniciacin con cordn detonante c) Iniciacin con sistema elctrico (convencional y secuencial) d) Iniciacin con detonadores no elctricos de retardo e) Comentarios prcticos sobre los sistemas iniciadoresCAPTULO 9 Voladura de rocas159a) b) c) d) e)Voladura de bancos en superficie. Fundamentos Voladura convencional, mtodo prctico, canteras y tajos. Trazos y salidas Voladura de crter. Generalidades Voladura de gran proyeccin: Cast Blasting. Generalidades 5 5. f) g) h) i) j)Voladura de subsuelo. Fundamentos Tneles, galeras, chimeneas y piques. Diseo bsico Mtodos de minado subterrneo. Generalidades Voladura con taladros largos. Generalidades Voladuras especiales: Voladura de tapn223CAPTULO 10239CAPTULO 11265CAPTULO 12Rotura secundaria a ) Voladura secundaria. Plastas y cachorros b) Cargas conformadasVoladura controlada y amortiguada a) b) c) d)Voladura controlada en superficie Voladura controlada en trabajos subterrneos Voladura amortiguada: Air Deck Voladuras controladas especiales: EscollerasVoladuras en obras viales a ) Cortes a media ladera y trincheras b) Voladura de gran volumen por gravedad281 301CAPTULO 14315CAPTULO 153376CAPTULO 13CAPTULO 16Voladuras en agricultura y habilitacin de suelos a ) Irrigaciones, zanjas y canales b) Explotacin forestal y aurfera. Eliminacin de tocones c) Hoyos para postes, pilotaje y plantonesVoladura bajo recubrimiento y voladura bajo agua a ) Voladura de material detrtico. Desbroces b) Voladura bajo aguaExplosivos en la industria petrolera a ) Prospeccin sismogrfica. Mtodos b) Explosivos para ssmica y usos especiales c) Excavacin de zanjas para oleoductosSeguridad en el uso de explosivos en voladura a) b) c) d) e) f) g)Normas y aspectos generales Transporte de explosivos Riesgos en aplicacin de explosivos. Tiros fallados Destruccin de explosivos Gases y polvo Proyeccin de rocas Vibraciones en voladura 6. 7CAPTULO 1 7. 8 8. CAPITULO 1 EXPLOSIVOSos materiales explosivos son compuestos o mezclas de sustancias en estado slido, lquido o gaseoso, que por medio de reacciones qumicas de xido-reduccin, son capaces de transformarse en un tiempo muy breve, del orden de una fraccin de microsegundo, en productos gaseosos y condensados, cuyo volumen inicial se convierte en una masa gaseosa que llega a alcanzar muy altas temperaturas y en consecuencia muy elevadas presiones.En los explosivos detonantes la velocidad de las primeras molculas gasificadas es tan grande que no ceden su calor por conductividad a la zona inalterada de la carga, sino que los transmiten por choque, deformndola y produciendo calentamiento y explosin adiabtica con generacin de nuevos gases. El proceso se repite con un movimiento ondulatorio que afecta a toda la masa explosiva y que se denomina onda de choque, la que se desplaza a velocidades entre 1 500 a 7 000 m/s segn la composicin del explosivo y sus condiciones de iniciacin.As, los explosivos comerciales son una mezcla de sustancias, combustibles y oxidantes, que incentivadas debidamente, dan lugar a una reaccin exotrmica muy rpida, que genera una serie de productos gaseosos a alta temperatura y presin, qumicamente ms estables, y que ocupan un mayor volumen, aproximadamente 1 000 a 10 000 veces mayor que el volumen original del espacio donde se aloj el explosivo.Un carcter determinante de la onda de choque en la detonacin es que una vez que alcanza su nivel de equilibrio (temperatura, velocidad y presin) este se mantiene durante todo el proceso, por lo que se dice que es autosostenida, mientras que la onda deflagrante tiende a amortiguarse hasta prcticamente extinguirse, de acuerdo al factor tiempo/distancia a recorrer.LEstos fenmenos son aprovechados para realizar trabajo mecnico aplicado para el rompimiento de materiales ptreos, en lo que constituye la tcnica de voladura de rocas. Los explosivos constituyen una herramienta bsica para la explotacin minera y para obras de ingeniera civil. Los procesos de reaccin segn su carcter fsicoqumico y el tiempo en que se realizan se catalogan como: A. Combustin Puede definirse como tal a toda reaccin qumica capaz de desprender calor pudiendo o no, ser percibida por nuestros sentidos, y que presenta un tiempo de reaccin bastante lento. B. Deflagracin Es un proceso exotrmico en el que la transmisin de la reaccin de descomposicin se basa principalmente en la conductividad trmica. Es un fenmeno superficial en el que el frente de deflagracin se propaga por el explosivo en capas paralelas, a una velocidad baja, que generalmente no supera los 1 000 m/s. La deflagracin es sinnimo de una combustin rpida. Los explosivos ms lentos al ser activados dan lugar a una deflagracin en la que las reacciones se propagan por conduccin trmica y radiacin.Tanto en la deflagracin como en la detonacin la turbulencia de los productos gaseosos da lugar a la formacin de la onda de choque. La regin de esta onda donde la presin se eleva rpidamente se llama frente de choque. En este frente ocurren las reacciones qumicas que transforman progresivamente a la materia explosiva en sus productos finales. Por detrs del frente de choque, que avanza a lo largo de la masa de explosivo, se forma una zona de reaccin, que en su ltimo tramo queda limitada por un plano ideal, que se denomina Plano de Chapman-Jouguet (CJ), en el cual la reaccin alcanza su nivel de equilibrio en cuanto a velocidad, temperatura, presin de gases, composicin y densidad, lo que se conoce como condiciones del estado de detonacin. En el plano CJ los gases se encuentran en estado de hipercompresin. La zona de reaccin en los altos explosivos es muy estrecha, slo de algunos milmetros en los ms violentos como TNT y dinamita gelatinosa y, por el contrario, es de mayor amplitud en los explosivos lentos o deflagrantes como el ANFO. Otra diferencia es que en el caso de una combustin o deflagracin, los productos de la reaccin de xidoreduccin se mueven en el sentido contrario al sentido de avance de la combustin, mientras que en el caso de una detonacin, los productos se desplazan en el mismo sentido de avance de la detonacin. Esto se evidencia por medio de la ecuacin fundamental conocida como la Condicin de Chapman-Jouguet: VOD = S + WC. Detonacin Es un proceso fsico-qumico caracterizado por su gran velocidad de reaccin y por la formacin de gran cantidad de productos gaseosos a elevada temperatura, que adquieren una gran fuerza expansiva (que se traduce en presin sobre el rea circundante).donde: VOD S W: : :velocidad de detonacin. velocidad de sonido. velocidad de partculas (productos). EXPLOSIVOS 9 9. CAPTULO 1mientras que la detonacin es de carcter supersnico, pues las ondas de compresin se propagan a velocidad mayor que la del sonido con respecto al medio gaseoso resultante. En ambos casos la turbulencia de los productos gaseosos dar lugar a la formacin de la onda de choque y la regin de esta onda donde la presin aumenta rpidamente se denomina frente de choque, que es precisa-mente donde transcurren las reacciones fsico-qumicas que transforman progresivamente a la materia explosiva en sus productos finales. En general, respecto a la velocidad, los explosivos son considerados como:Donde se deduce que cuando W tiene un valor negativo, es decir cuando las partculas se mueven en el sentido contrario al avance de la reaccin de xido-reduccin, se tendr que VOD < S, lo que significa que la velocidad de avance de la reaccin es menor que la velocidad del sonido. En este caso se tiene un fenmeno de simple combustin o deflagracin subsnica. En resumen, deflagracin y detonacin son fenmenos de xido-reduccin, siendo la deflagracin de carcter subsnico, pues las ondas de compresin o dilatacin de baja densidad se propagan con una velocidad menor o igual que la del sonido dentro de los gases resultantes como producto de la combustin rpida,10a. Deflagrantes: cuando la velocidad est por debajo de los 1 000 m/s. b. Detonantes de bajo rgimen: de 1 000 a 1 800 m/s (transicin entre deflagracin y detonacin). c. Detonantes de rgimen normal; con velocidades entre 1 800 y 5 000 m/s (categora a la que pertenecen casi todos los explosivos de uso industrial). d. Detonantes de alto rgimen: cuando la velocidad est por encima de los 5 000 m/s (es el caso de los altos explosivos de uso militar). Desde el punto de vista de aplicacin en la voladura de rocas, la reaccin de detonacin se traduce en un fuerte efecto de impacto triturador, mientras que en una deflagracin este efecto es muy limitado. 10. CAPTULO 1EXPLOSINE. Ignicin espontneaLa explosin, por su parte, es un fenmeno de naturaleza fsica, resultado de una liberacin de energa tan rpida que se considera instantnea. La explosin es un efecto y no una causa.La ignicin espontnea puede producirse cuando tiene lugar un proceso de oxidacin lento de la materia sin una fuente externa de calor; comienza lentamente pero va hacindose ms rpido hasta que el producto se inflama por s solo (carbn mineral acumulado, nitrato de amonio apilado sin ventilacin).En la prctica se consideran varios tipos de explosin que se definen con base en su origen, a la proporcin de energa liberada y al hecho que desencadenan fuerzas capaces de causar daos materiales: La liberacin instantnea de energa generada por una descomposicin muy rpida de materias inestables requiere una materia inestable (explosivo) y un procedimiento de detonacin.Para el caso de los explosivos, a consecuencia de la fase de detonacin y ms all del plano CJ, ocurrir una descompresin y baja de temperatura de los gases hasta que alcancen una condicin de densidad y presin que se conoce como condiciones del estado de explosin.B. Explosin por oxidacin muy rpida del aireTERMOQUMICA DE LOS EXPLOSIVOSLa liberacin de energa generada por oxidacin muy rpida de un vapor, gas o polvo inflamable (gasolina, gris en las minas de carbn).Se refiere a los cambios de energa interna, principalmente en forma de calor.A. Explosin por descomposicin muy rpidaC. Explosin nuclear Este tipo implica la liberacin instantnea de energa creada por fusin nuclear, tal como su-cede en una bomba de hidrgeno o por fisin nuclear, tal como sucede en la bomba atmica (uranio). D. Explosin por exceso de presin Este tipo de explosin es el resultado de la liberacin instantnea de la energa generada por un exceso de presin en recipientes, calderos o envases y puede deberse a diversos factores como calentamiento, mal funcionamiento de vlvulas u otros motivos.La energa almacenada en un explosivo se encuentra en forma de energa potencial, latente o esttica. La energa potencial liberada a travs del pro-ceso de detonacin se transforma en energa cintica o mecnica. La Ley de Conservacin de la Energa establece que en cualquier sistema aislado la cantidad de energa es constante, aunque la forma puede cambiar, as: Energa potencial + Energa cintica = cte. Pero no toda la energa suministrada por un explosivo se transforma en trabajo til, ya que tienen lugar algunas prdidas, como vemos en el siguiente cuadro.11 11. CAPITULO 1Los explosivos comerciales deben proporcionar suficiente energa remanente despus de la detonacin como para poder fracturar la roca, desmenuzarla, desplazar los fragmentos y apilarlos adecuadamente.En donde se considera la relacin constante W = (VOD/4), pero en realidad, el divisor considerado constante flucta entre 3,4 y 5,8 con valores frecuentes entre 4,2 y 4,5 lo que debe tenerse presente.Los parmetros termoqumicos ms importantes de un proceso de reaccin son: presin, calor de explosin, balance de oxgeno, volumen de gases, temperaturas de explosin y energa disponible que en forma simple se definen como:Esta frmula, muy cercana al valor terico, se aprovecha para clculos prcticos con datos de fcil alcance, principalmente para explosivos de mediana o alta densidad. Ejemplos:A. Presin Efecto de la accin expansiva de los gases calientes de una explosin.-PD = 1,3 x (4 500)2 x 10-5 = 66 kbar 4a. Presin de detonacin Es la presin que existe en el plano CJ detrs del frente de detonacin, en el recorrido de la onda de detonacin. Es funcin de la densidad y del cuadrado de velocidad y su valor se expresa en kilobares (kbar) o en megapascales (MPa). As, en los explosivos comerciales vara entre 500 y 1 500 MPa. Es un indicador significativo de la capacidad de fragmentacin que posee un explosivo. Existen varias formas para estimarla por clculo y pruebas fsicas complicadas como la del acuario para determinarla bajo agua, pero dentro de la teora hidro...