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VOLADURA CONTROLADA
MÉTODO APLICADO PARA CONTROLAR LA
SOBREROTURA/
EFECTO DE SOBRECARGA EXPLOSIVA
EJEMPLO DE LEVANTAMIENTO TOPOGRÁFICO EJEMPLO DE LEVANTAMIENTO TOPOGRÁFICO EN UN TRAMO DE TÚNEL CON SOBRE EXCAVACIÓNEN UN TRAMO DE TÚNEL CON SOBRE EXCAVACIÓN
PERFILADO POR SECCIONES
DELIMITACIÓN DE LA EXCAVACIÓN REAL
DISCO EXSA: INSTRUMENTO PARA MEDIR LOS PERFILES PERIMÉTRICOS EN CADA SECCIÓN, SIGUIENDO EL EJE DEL TÚNEL PARA
APLICAR EN AUTOCAD.
Excavación con sobrerotura(18%)(18%)
Excavación de prueba con voladura controlada
FIGURA TRIDIMENSIONAL EN AUTOCADFIGURA TRIDIMENSIONAL EN AUTOCAD
Sección Usual sin voladura controlada
Sección de Diseño
Mediciones en UP CabanaGalería 9680-S Nv 3580
Malla de Perforacion en UP CabanaGal 9680 S Nv 3125
Voladura en la corona Tipo Recorte
1 ms1 ms
1 ms1 ms
1 ms 1 ms1 ms
VOLADURA CONVENCIONAL EN LA CORONA
VOLADURA CONTROLADA EN LA CORONA
TRAZOS DE VOLADURA EMPLEADOSTRAZOS DE VOLADURA EMPLEADOS
EXCAVACIÓN ORIGINAL
EXCAVACIÓNCONTROLADA
EJEMPLO:
RESULTADOS DE LA EXCAVACIÓN CON VOLADURA CONTROLADA
Por grado de fisuramiento
Apretado
Abierto
Inestabilidad con caída de cuñas o bancos
Estabilidad por mayor amarre
Efectos del diaclasamiento de la roca en la voladura convencional de túneles y galerías de minas
Por estratificación o bandeamiento
INF
LU
EN
CIA
DE
LA
ES
TR
UC
TU
RA
DE
LA
RO
CA
INF
LU
EN
CIA
DE
LA
ES
TR
UC
TU
RA
DE
LA
RO
CA
Inclinado
Horizontal
Inestabilidad por presión lateral
Inestabilidad por tensión: Desplome de planchones
Además de la influencia de la estructura geológica sobre el perfil final de las
excavaciones, existen factores que provocan sobreexcavación y caída de rocas
Mal dimensionado de las áreas a excavar.
Voladura sobrecargada.
Diseño de malla inapropiada a la condición de la roca.
Inapropiada selección del explosivo, según el tipo y condición de la roca.
Resultado con Voladura Convencional
Aproximadamente 1,5 m de influencia de deterioro
Área de dañodespués deldisparo
Consecuencias de la voladura irregular
Fragmentación irregular : Excavabilidad y acarreo lentos (ciclo de carga
deficiente).
Bolonería excesiva : Voladura secundaria (riesgo y costo negativo).
Dilución del mineral : Pérdida de valor económico.
Sobre excavación : Sostenimiento adicional (elementos e instalación).
Empleo de Voladura Controlada o Amortiguada:
Principio: Reducción del factor de acoplamiento perimetral para limitar la sobrerotura y costos de sostenimiento posterior al disparo.
Medidas de solución
Empleo de cargas explosivas lineares de baja energía.
Taladros muy cercanos entre sí, de acuerdo a la condición del terreno y al perfil que se desea obtener.
Disparo simultáneo de todos los taladros para crear una grieta o plano de rotura continuo.
Condiciones:
Influencia de deterioro entre 0,20 y 0,50 m
Resultados con Voladura Controlada
Estabilidaddespués deldisparo
Teoría del métodoEn voladura convencional el taladro rompe por impacto y fisuramiento radial.
Por lo contrario, en voladura controlada se debe eliminar la rotura radial, a favor de una rotura planar.
Para ello, dos o más cargas cercanas se disparan simultáneamente, produciendo una grieta de tensión que determina un plano de corte.
En este plano se infiltran los gases de explosión con efecto de cuña, expandiendo la ruptura de taladro a taladro hasta provocar el corte planar periférico. La gravedad desprende el material.
C a r a L i b r e
Zona de tensión
Zona de tensión
Taladro Taladro
E x c a v a c i ó n
R o c a e s t a b i l i z a d a
Diferencias entre Voladura Convencional y Voladura Controlada
Espaciamiento - Burden: E = (1,3 a 1,5) B.
Taco inerte compactado.
Máximo acoplamientodel explosivo (taqueo).
Columna explosiva: 2/3 del taladro.
Taco inerte sin compactar.
Espaciamiento menor que burden: E = (0,5 a 0,8) B.
Explosivo desacoplado(sin taquear).
Columna explosiva lineal distribuida a todo el largo.
Explosivo de baja velocidad y brisance.
Disparo secuencial de todos los taladros.
Disparo simultáneo de todos los taladros.
Explosivo de alta velocidad y brisance.
Ventajas
Produce superficies de roca lisas y estables, reduce la vibración y disminuye el agrietamiento en la roca remanente.
Es una alternativa para la explotación de estructuras débiles e inestables.
Desventajas
Costo relativamente mayor que la voladura convencional por el mayor tiempo de preparación en perforación y carguío.
En material detrítico incompetente o deleznable puede no llegar a dar buen resultado.
Consideraciones Importantes
La precisión de la perforación es fundamental, tanto por el alineamiento como por el paralelismo de los taladros.
Se requiere un cebo al fondo para asegurar la iniciación de la columna desacoplada.
El espaciamiento entre taladros en una voladura controlada depende del tipo de roca y diámetro de la perforación.
Por lo general es la mitad del espaciamiento convencional o menos.
Ejemplo: para taladros de contorno con diámetros de perforación entre 32 y 51 mm se recomienda la siguiente tabla práctica:
Diámetro detaladro(mm)
Diámetro detaladro(mm)
Diámetro deexplosivo
(mm)
Diámetro deexplosivo
(mm)
Carga lineal(kg/m)
Carga lineal(kg/m)
Espaciamiento
(m)
Espaciamiento
(m)
Burden
(m)
Burden
(m)
3232 1717 0,2200,220 0,40 a 0,600,40 a 0,60 0,55 a 0,750,55 a 0,75
5151 2525 0,5000,500 0,65 a 0,900,65 a 0,90 0,80 a 1,200,80 a 1,20
Control de Carga Lineal
Cartuchos de Exadit
Sección del taladro: Cebo
Esquema de carga para Voladura Controlada
1. Explosivo de baja potencia (Exadit) de pequeño diámetro en columna continua, sin atacar.
Sección del taladro:
Espaciadores inertesTaco inerte
Cordón detonante
Cebo
Cartuchos de dinamita espaciada con material inerte o aire libre y con cordón detonante opcional para asegurar la iniciación.
Esquema de carga para Voladura Controlada
Sección del taladro:
Espacios vacíosTaco inerte
Media caña o Carrizo cortado
Cebo
3. Cartuchos espaciados a distancias variables con cordón detonante sobre una media caña para facilitar el carguío.
Esquema de carga para Voladura Controlada
Sección del taladro:
Taco inerte
Cebo
Exsacorte
4. Taladro con Exsacorte en tubos rígidos acoplables, centrados en el taladro de mayor diámetro mediante plumas o rosetas.
Esquema de carga para Voladura Controlada
Taco inerte
Anfo
Cebo
Sección del taladro:
Taladro con EXAMON, EXEL cebado con dinamita, el Anfo es regado a lo largo del taladro.
Esquema de carga para Voladura Controlada
DISTRIBUCIÓN DE LOS TALADROS EN LA CORONADISTRIBUCIÓN DE LOS TALADROS EN LA CORONA
1.1. Taladros continuosTaladros continuos : : E = 0.5 B ó menos.2.2. Taladros alternados con y sin carga.Taladros alternados con y sin carga.3.3. Taladros continuos sin cargaTaladros continuos sin carga :: Emáx = 3 taladro.
EVALUACIÓN DEEVALUACIÓN DERESULTADOS EN LA RESULTADOS EN LA
VOLADURA CONTROLADAVOLADURA CONTROLADA
Perfil de excavación
FallaFalla
• Ninguna.• Ninguna.
MotivoMotivo
• Ninguna.• Ninguna.
SoluciónSolución
• Ninguna.• Ninguna.
Perfil de excavación
Falla
• Sobre- excavación general.
Motivo
• Sobrecarga.• Fila anterior de taladros sobrecargados.
Solución• Disminuir carga.• Aumentar el espaciado.• Distanciar fila anterior.• Aumentar tiempo de retardo entre filas de voladura primaria.
Perfil De excavación
Falla
• Sobre- excavación alrededor de los taladros.
Motivo
• La presión de tala-dro es superior a la resistencia diná-mica a compresión de la roca.
Solución
• Disminuir la densidad lineal de carga y aumentar el desacoplado.
Vista que muestra el daño que sufren las paredes de los taladros y el efecto de perturbación del entorno.
Sobre excavación alrededor del taladro.
Perfil De excavación
Falla
• Roca sobre- saliente entre los taladros.
Motivo
• Espaciado excesivo entre taladros.
Solución
• Reducir el espaciado entre taladros.• Aumentar ligera- mente la carga.
Carguío de frente con el uso de explosivos muy potentes con espaciadores
Taco Inerte
Espaciador Cebo
Acercamiento del carguío de las alzas
Alternativa de Carguío
3,35 m
0,70 m 2,60 m
Tacoinerte
Cartuchos de Exadit Espaciador Cebo
Esquema de Carguío
3,35 m
2,35 m 1,00 m
Cebo Carga
de columnaCuello
sin cargar
Carga sólo al fondo
Vista que muestra el daño en la roca ocasionado por la concentración de la masa explosiva en el fondo del taladro.
Alternativas de carguío para solución de problemas
Tacoinerte
Cartuchos de dinamita Exadit cargados en forma continua
Cebo
Tacoinerte
Cartuchos de Exadit Espaciador Cebo
Vista que muestra la caña del taladro, producto de una voladura donde la masa explosiva fue bien distribuida.
RESULTADOSRESULTADOSEN REALCESEN REALCES
Cebo
Columna explosiva
Taco
1. Taladros verticales
Cebo
Columna explosiva
Taco
2. Resultado del disparo
1. Solución: Inclinación de taladros a 65°
2. Resultado: Superficies más lisas y estables
Zona de fragmentaciónmenuda por la concentración
de la masa explosiva por cargas muy al fondo
Zona de bancospor la falta de
masa explosiva
EJEMPLO CON CARGA REDUCIDA
Energía
Complementariamente se usa el factor de energía para indicar la fuerza aplicada a la roca.
Para utilizar eficientemente los explosivos, la energía contenida en cada uno de los taladros deberá ser cuantificada y distribuida adecuadamente. Esto en especial para Voladura Controlada.
El factor de potencia indica solo la cantidad de explosivo por m3 ó tonelada de roca.
Esta energía se calcula mediante las leyes de termodinámica y en el caso de los explosivos se orienta hacia los efectos de expansión de los gases. Generalmente, para cada explosivo se expresa en cal/g o cal/cm3; en base a un patrón.
Energía
En voladura convencional se emplea una pequeña carga explosiva en relación al peso o volumen de la roca que será volada. El explosivo puede superar esta diferencia al transformarme en un gran volumen de gases a alta temperatura y presión en una fracción de segundo.
La violenta expansión de estos gases produce, además, una onda compresiva que se refracta en la cara libre retornado hacia el taladro como ondas de tensión que fracturan la roca a su paso. Esto se define como impacto de la presión de detonación.
Estos gases también producen el desmembramiento y desplazamiento de la roca con la presión de expansión.
Influencia del entorno de la roca para un taladro de = 45 mm
ANFO ( = 45 mm)
Emulsión ( = 22 mm)
Semexsa ( = 22 mm)
Exadit ( = 22 mm)
1 m
DETERMINACIÓN DE ENERGÍA DE EXPLOSIVOS
Alcance de deterioro por la onda compresiva
EJEMPLO EJEMPLO DE SELECCIÓN DE SELECCIÓN
DE EXPLOSIVO PARADE EXPLOSIVO PARAVOLADURA CONTROLADAVOLADURA CONTROLADA
Se sabe que la presión del taladro es la que actúa directamente en las paredes de ésta y por ello la selección del explosivo adecuado está directamente relacionada a dicha presión.
Según estudios realizados esta presión la podemos hallar con la siguiente fórmula:
Presión del Taladro
Pt = ρE x (VOD)2 x 10-3
8
Pt : presión de taladro, en MPaρE : densidad del explosivo, en g/cm3
VOD : velocidad de detonación, en m/s
Presión del Taladro
Desacoplando el taladro esta presión disminuye en relación a los radios de taladro y explosivo y la podemos obtener de:
Pt = ρE x (VOD)2 x 10-3 x (re/rt)2,6
8
Pt : presión de taladro, en MPaρE : densidad del explosivo, en g/cm3
VOD : velocidad de detonación, en m/sre : radio del cartucho explosivo, en cmrt : radio del taladro, en cm
Presión del Taladro
Si al taladro desacoplado le colocamos espaciadores de la misma longitud de los cartuchos y cordón detonante en forma axial al taladro, esta presión disminuye aún más:
Pt = ρE x (VOD)2 x 10-3 x [(re/rt) x (C)]2,6
8
Pt : presión de taladro, en MPaρE : densidad del explosivo, en g/cm3
VOD : velocidad de detonación, en m/sre : radio del cartucho explosivo, en cmrt : radio del taladro, en cmC : proporción longitudinal de la masa
explosiva en el taladro (siendo 1,0 la longitud total del taladro)
Presión del Taladro de Algunos Explosivos
Para hallar las siguientes presiones tomaremos como referencia un diámetro de taladro de 45 mm, espaciadores de igual longitud que los cartuchos (por lo tanto C = 0,5) y los siguientes productos explosivos:
Gelatina Especial 90 y 75
Semexsa 80, 65 y 45
Exadit 65 y 45
Examon – P
Solanfo
Energía de los Explosivos en MPa
Tipo de
explosivo
Dimensión del
explosivo
Carga continua
Carga desacoplada
Carga desacoplada y espaciada
Gelatina Especial 90
1 1/2” x 8” 6 390,00 4 117,05 1 672,04
Gelatina Especial 90
7/8” x 8” 6 390,00 994,14 403,75
Gelatina Especial 75
1 1/2” x 8” 5 218,13 3 362,01 1 365,40
Gelatina Especial 75
7/8” x 8” 5 218,13 811,82 329,79
Energía de los Explosivos en MPa
Tipo de
explosivo
Dimensión del
explosivo
Carga continua
Carga desacoplada
Carga desacoplada y espaciada
Semexsa 80 1 1/2” x 8” 2 986,88 1 924,43 781,56
Semexsa 80 7/8” x 8” 2 986,88 464,69 188,72
Semexsa 65 1 1/2” x 8” 2 469,60 1 591,15 646,21
Semexsa 65 7/8” x 8” 2 469,60 384,21 156,04
Energía de los Explosivos en MPa
Tipo de
explosivo
Dimensión del
explosivo
Carga continua
Carga desacoplada
Carga desacoplada y espaciada
Semexsa 45 1 1/2” x 8” 1 949,40 1 255,99 510,09
Semexsa 45 7/8” x 8” 1 949,40 303,28 123,17
Exadit 65 1 1/2” x 8” 1 701,00 1 095,55 445,09
Exadit 65 7/8” x 8” 1 701,00 646,64 107,48
Energía de los Explosivos en MPa
Tipo de
explosivo
Dimensión del
explosivo
Carga continua
Carga desacoplada
Carga desacoplada y espaciada
Exadit 45 1 1/2” x 8” 1 445,00 931,01 378,11
Exadit 45 7/8” x 8” 1 445,00 224,81 91,30
Examon – P ----- 1 226,00 200,57 -----
Solanfo ----- 1 068,65 176,28 -----
Espaciamiento entre Taladros de Contorno
Una forma sencilla de hallar el espaciamiento entre taladro para realizar una Voladura Controlada es:
E ≤ 16 x rt x (Pt + T) x 10-2
T
E : espaciamiento entre taladros, en cmrt : radio del taladro, en mmPt : Presión del taladro, en MPaT : Resistencia a la tensión, en MPa
Ejemplos PrácticosEjemplos Prácticos
Ejemplo 1
Datos de la roca:
Esfuerzo a la Compresión: 300 MPa
Esfuerzo a la Tensión: 30 MPa
Tipo de explosivo: Semexsa 45 (1 1/2 ” x 8”)
Densidad: 1,08 g/cm3
Datos del explosivo:
Velocidad de detonación: 3 800 m/s
Diámetro de taladro: 45 mm
Cálculo de la Presión del Taladro
Presión del taladro: 1 255 MPa
1 255 MPa > 300 MPa
Disminuyendo el diámetro del cartucho a 1” x 8”.
422,86 MPa > 300 MPa
Disminuyendo aún más el diámetro del cartucho a 7/8” x 8”. La presión del taladro disminuye a:
303,28 MPa > 300 MPa
La presión del taladro disminuye a: 422,86 MPa
Cálculo del Espaciamiento entre Taladros
El espaciamiento obtenido sería de:
E ≤ 40 cm
Conclusión:
Para una roca con 300 MPa de esfuerzo a la compresión, 30 MPa de esfuerzo a la tracción necesitamos:
Semexsa 45 de dimensión 7/8” x 8” con espaciadores de igual longitud que los cartuchos y el espaciamiento entre taladros de 40 cm en todo el contorno.
Ejemplo 2
Datos de la roca:
Esfuerzo a la Compresión: 150 MPa
Esfuerzo a la Tensión: 15 MPa
Tipo de explosivo: Exadit 65 (1” x 8”)
Densidad: 1,05 g/cm3
Datos del explosivo:
Velocidad de detonación: 3 600 m/s
Diámetro de taladro: 38 mm
Cálculo de la Presión del Taladro
Presión del taladro: 572,68 MPa
572,68 MPa > 150 MPa
Desacoplando más el taladro, con un diámetro de cartucho de 7/8” x 8”.
410,74 MPa > 150 MPa
Espaciando los cartuchos, obtenemos:
La presión del taladro disminuye a: 410,74 MPa
Cálculo de la Presión del Taladro
Presión del taladro: 166,81 MPa
166,81 MPa > 150 MPa
Conclusión 1:
Para una roca con 150 MPa de esfuerzo a la compresión, 15 MPa de esfuerzo a la tracción necesitamos:
Exadit 65 de dimensión 7/8” x 8” con espaciadores de igual longitud que los cartuchos y el espaciamiento entre taladros de 37 cm en todo el contorno.
Cálculo del Espaciamiento entre Taladros
El espaciamiento obtenido sería de:
E ≤ 37 cm
Alternativa 1
Cálculo de la Presión del Taladro
Tipo de explosivo: Exadit 45 (1” x 8”)
Densidad: 1,00 g/cm3
Datos del explosivo:
Velocidad de detonación: 3 400 m/s
Presión del taladro: 486,49 MPa
486,49 MPa > 150 MPa
Alternativa 2
Cálculo de la Presión del Taladro
348,92 MPa > 150 MPa
Disminuyendo el diámetro del cartucho a 7/8” x 8”.
Espaciando los cartuchos, obtenemos: 141,71 MPa
141,71 MPa < 150 MPa
La presión del taladro disminuye a: 348,92 MPa
Cálculo del Espaciamiento entre Taladros
El espaciamiento obtenido sería de:
E ≤ 32 cm
Conclusión 2:
Para una roca con 150 MPa de esfuerzo a la compresión, 15 MPa de esfuerzo a la tracción necesitamos:
Exadit 45 de dimensión 7/8” x 8” con espaciadores de igual longitud que los cartuchos y el espaciamiento entre taladros de 32 cm en todo el contorno.
Monitoreo de Vibraciones
Producido por Voladura de Rocas
Malla de Perforación
1 3
3 1
1
1
1 1
3 3
3 3
5 5
5
5
7
7
7
7 7
7
7
7
11
11
11
11
11 11 11
11
11
11
11
13 13 13 13
15 15 15 15 15 15
Monitoreo 1
Análisis de Onda Longitudinal
Energía
Energía
Detonación de los taladros de contorno
Monitoreo 2
Análisis de Onda Transversal
Monitoreo 3
Análisis de Onda Transversal
Monitoreo 4
Análisis de Onda Vertical
Energía
Energía
CTVE AGRADECE SU VISITA