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CONSIDERACIONES ACERCA DE LA TECNICA DE PRECORTE
Juan J. Montoro. Ingeniero de Minas
José A. Lampaya. Ingeniero de Minas
Resumen
Durante los ultimos años las técnicas de voladura controlada se han
generalizado tanto en minería como en trabajos de obras públicas. Entre estas
técnicas la más utilizada es la conocida como técnica de precorte. La finalidad
del precorte es en general una minimización tanto de la sobreexcavación
inherente a cualquier voladura como de la fracturación y el daño provocado por
la acción del explosivo en el macizo rocoso remanente mas allá del perfil de
diseño del mismo. En este artículo se presentan unas consideraciones generales
sobre el precorte. Se profundiza en la influencia que el explosivo tiene sobre el
mecanismo actuante así como en la determinación teórico-práctica de los
parámetros necesarios para su realización efectiva. Se hace también mención a
las particularidades que supone el uso de explosivos en esta técnica, junto con
un ejercicio genérico de aplicación para ilustrar su aplicación práctica.
GENERALIDADES. ¿NECESARIO?. ¿UTIL?.
¿CONVENIENTE?. ¿SUPERFLUO?
- Mejora de la seguridad en la explotación por la
disminución del riesgo de caida de bloques sueltos,
despredimientos, etc.
- Disminuye notablemente la probabilidad de
deslizamiento y rotura catastrófica del talud final.
La técnica de precorte es la más generalizada entre las
diversas que constituyen lo que se ha venido a denominar
voladuras controladas o de contorno. Como su propio
nombre indica, se trata de provocar una superficie de
discontinuidad en el terreno, de acuerdo a un perfil
predefinido, previamente a la voladura del mismo. Con el
precorte se pretende reducir severamente el nivel de
fracturación en el macizo rocoso remanente asi como
aumentar la estabilidad mecánica del mismo.
b) Menor agrietamiento y fracturación del macizo rocoso.
En caso de presencia de acuífero se disminuye
notablemente el flujo a través del talud. Aumento de la
resistencia del talud frente a las inclemencias del
tiempo, factor que puede resultar crítico en ciertos
lugares.
El precorte se usa principalmente en minería a cielo
abierto y obras públicas. En minería de interior su
aplicación es muy rara, prácticamente limitada a la
perforación de pozos verticales.
c) Reducción del nivel de vibración producido por
voladuras de producción cercanas, debido al
apantallamiento que supone la discontinuidad formada
por el precorte.
F[1]. Taludes finales precortados. Cortesía KCGM, Superpit,
Kalgoorlie, Western Australia.
Como resultado de un precorte cabe esperar:
a) Frentes mecánicamente mucho mas
Consecuencia directa de esta estabilidad:
estables.
- Menos necesidad de refuerzo mecánico (bulones,
etc).
- Permite mayores ángulos en el talud y por lo tanto un
menor volumen de excavación.
- Reducción en la necesidad de sanear los frentes
finales.
d) Mejora de la estética general del talud mediante unos
frentes mucho más lisos y uniformes donde se han
reducido las fracturas, rugosidades y asperezas. Este
hecho, que puede resultar secundario o incluso ridículo
para ciertas explotaciones mineras puede ser de vital
importancia en trabajos especiales de ingeniería civil.
e) Menor o nula sobreexcavación más allá del perfil de
diseño de la explotación. Disminución de la cantidad
de material a mover por este concepto.
f) Disminución de los costes finales en la explotación,
tanto para la propiedad como para el contratista.
Consecuencia inmediata de las ventajas enumeradas
anteriormente
1
a) energía necesaria para conducir la onda de
En la mayoría de las ocasiones en que el uso de las
técnicas de contorno (y en particular el precorte) está más
que justificado, no se le presta la suficiente atención ante
la extendida creencia de que es una opción considerada
cara para el usuario. El ingenuo razonamiento de que es
un lujo gastar dinero extra simplemente por el hecho de
mostrar unos frentes o taludes finales limpios y atractivos
ha obscurecido las ventajas y el beneficio económico que
se derivan de la aplicación de esta técnica. Sin embargo es
necesario insistir en el ahorro económico que resulta del
uso del precorte cuando se considera la operación en su
conjunto, especialmente en explotaciones con problemas
de control de taludes.
Como técnica preventiva que afecta a toda la operación, el
establecimiento de una rutina de precorte así como las
directrices a seguir normalmente es responsabilidad que
compete al equipo de planificación en la explotación,
aunque el encargado de realizar la labor sea lógicamente
el equipo de perforación y voladura. En la actualidad la
técnica de precorte se ha convertido en una práctica
habitual, como una herramienta más para la optimización
de costes en cualquier gran compañía minera.
La experiencia demuestra que la técnica no es susceptible
de una gran estandarización. La gran cantidad de variables
que se ven envueltas hace aconsejable no practicar un uso
indiscriminado de la misma. Es pues necesario cierto
grado de estudio preliminar en el lugar en el que va a
realizarse, teniendo en cuenta toda la información
geológica disponible así como la suficiente
experimentación y ajuste hasta lograr los resultados
deseados.
MECANISMO DE PRECORTE
Efecto de una explosión en un barreno
Inmediatamente tras la detonación del explosivo en un
barreno se genera una masa de gases a una presión del
orden de 1000 MPa, a una temperatura en torno a los
3000 K y todo esto en un tiempo de 10 a 50 μs a través
de una rapida reacción exotérmica que se propaga en la
masa del explosivo como una onda de choque. Esta onda
alcanza las paredes del barreno y se transmite
dinámicamente a la roca circundante como onda de
tensión. Tras el paso de la cola de rarefacción, la roca se
ve sometida a la presión cuasi-estática del gas confinado
en el barreno. La figura 1 ilustra esquemáticamente la
distribución energética del fenómeno. El gráfico de
presión en el barreno presenta cuatro zonas típicas:
F[2]. Evolución de la presión en un barreno tras la detonación de la
carga explosiva.
detonación a traves del explosivo.
b) energia cinética y de deformación correspondiente a
la onda de choque.
c) energía que se utiliza durante la propagación de
grietas.
d) cola final: ruido, calor y energía desaprovechada.
Simétricamente respecto al centro del barreno se producen
tres zonas bien diferenciadas:
a) Formación del anillo triturado:
La presión de detonación genera una tensión radial de
compresión que supera con creces la resistencia a
compresión de la roca. Se forma como consecuencia un
delgado anillo donde la roca se ha fracturado y
machacado por diferentes procesos de fractura granular,
microfractura, compresión diferencial particula-matriz
rocosa y otras formas de deformación plástica. Este
anillo es de poco o nulo uso práctico y produce una
sobrerotura y un daño innecesario a la superficie de la
excavación que afecta su resistencia y estabilidad. El
anillo triturado supone además una barrera que de
alguna forma dificulta la actuación del gas y su flujo a
través de las grietas formadas, actuando como una
barrera plástico-fluida para su pronta actuación. Dado
que también afecta a la pérdida de energía util del
explosivo e influye directamente en la atenuación del
pico de la onda de tensión, resulta inmediato que para
los fines del precorte es necesario tratar de evitar o al
menos minimizar la formación de este anillo. La variable
que controla este anillo es el tiempo hasta que se alcanza
el valor pico de presión en el barreno. La razón de
utilizar cargas desacopladas en el precorte es
precisamente porque ello permite incrementar este
tiempo.
b) Formación de la zona de fractura
2
El campo elástico de ondas generado a partir de la zona
externa del anillo se propaga a velocidad sónica y
consiste en una serie de tensiones radiales de
compresión y tangenciales de tracción. Las tensiones
tangenciales generadas, junto con la existencia en el
material rocoso de defectos y microfracturas, provocan
la iniciación y crecimiento de grietas radiales. Estas
grietas se ven temporalmente sobretensionadas cuando
la onda de tensión pasa por ellas, aunque
inmediatamente se descargan y se frena su crecimiento
pues la velocidad de propagación de la grieta es mucho
menor que la de la onda.
c) Formación de la zona de fragmentación
La presión del gas en el barreno se mantiene lo
suficientemente alta durante un periodo de tiempo
considerablemente mayor que el periodo de detonación.
Esto produce un campo cuasi-estático de tensiones en la
roca, que sigue al campo dinámico de ondas de tensión.
Este campo cuasi-estático es el responsable de la
activación, crecimiento y coalescencia de las fracturas
desactivadas tras el paso de la onda de tensión. Así
mismo, el gas penetra en las grietas y mediante un efecto
de cuña acelera la propagación de las mismas
La propagación de grietas debido a la presión cuasiestática requiere la suficiente energía de deformación
como para contrarestar las energias de superficie
resistentes. La extensión de una grieta radial provoca la
descarga de la roca adyacente a ambos lados de la
discontinuidad. Esto explica el que no se desarrollen
grietas inmediatamente cercanas puesto que la energía de
deformación almacenada se hace insuficiente. Sin
embargo, grietas que estén lo suficientemente alejadas
pueden desarrollarse independientemente dado que la
propagación de la primera grieta no afecta a la energía de
deformación acumulada en la zona de la grieta lejana.


  c p max (1 +
n = ENT   d b  e
6 K E t max




) 
 

 

2
3
(3)
Así pues dado que con el precorte se pretende reducir el
daño a la roca remanente y el número de grietas que se
propagan es aconsejable utilizar el menor diámetro
posible compatible con la aplicación así como reducir la
presión que actúa en el barreno mediante cargas
desacopladas.
Explosion simultánea en dos barrenos cercanos
La fracturación comienza en los defectos o microfracturas
que se encuentran presentes en el material. Estas
microfracturas se activan por la onda de choque en forma
de elementos de fractura pseudo circulares produciendose
la coalescencia de los mismos si se encuentran lo
suficientemente cercanos. Esta coalescencia se produce
hasta tanto la onda de choque no resulta amortiguada por
debajo de la resistencia dinamica a la tracción del material
rocoso. El mecanismo por el cual las grietas progresan
tras la amortiguación de la onda de choque es mediante un
frente de fractura sostenido por la presión del gas, a
manera de cuña. Este proceso es esencialmente
discontínuo mediante la nucleación, agregación y
crecimiento de microfracturas por delante del frente de
fractura, produciendo en la matriz rocosa unas marcas
parabólicas típicas
Para severas condiciones de deformación, el número de
grietas radiales dominantes que emanan de la pared de un
barreno (Grady) puede estimarse aproximadamente
mediante:
2
d  3



dt


n = 2  rb  e c
6K 





(1)
Como aproximación cuasi-estática (Garnsworthy):
d p max
1+ 
=
dt E t max
Lo que resulta:
(2)
F[3]. Progresión de grietas tras la detonación simultánea de dos
barrenos.
Las diferentes condiciones del material en cuanto a estos
defectos y las diferencias en cuanto al tiempo de
3
activación de los mismas son las variables que controlan
el proceso. Según este modelo de fracturación solo unas
pocas fracturas radiales inicialmente formadas crecen por
la acción de cuña de los gases en expansión.
barrenos cercanos es el espaciamiento. La 6 ilustra la tres
situaciones típicas pueden presentarse
Las grietas que se producen alrededor de un barreno se
propagan uniformemente alrededor del mismo. Si en vez
de un único barreno es una fila de taladros la que se hace
detonar, el numero de grietas y su extensión alrededor del
barreno se reduce considerablemente (3). Las grietas más
grandes tienden a seguir la dirección del plano de corte y
eventualmente se unen para formar la superficie de
fractura. Estas grietas crecen y se desarrollan
simultáneamente formando un patrón regular en el plano
que une los barrenos. Cuando las fracturas no son
coplanares todavía puede conseguirse continuidad en la
fractura mediante solapamiento de grietas a manera de
escalones.
La superficie de fractura no presenta marcas de
escalones ni es concoidea. La estructura típica es en
forma de panal, a base de pequeñas e irregulares
fracturas cuasi-circulares. La rotura se produce
exclusivamente por la interacción de las ondas de
choque de tensión. La secuencia de eventos comienza
con la propagación de una onda de tensión desde cada
uno de los barrenos a la vez que se producen una densa
serie de grietas concurrentes en cada uno de ellos. Las
ondas procedentes de cada taladro se superponen
provocando sobretensiones dinámicas en el material.
Estas tensiones producen un movimiento de partícula
radialmente divergente que supera la resistencia
dinámica a tracción del material. Estas tensiones son
suficientes como para activar microfracturas o microdefectos en la matriz rocosa dentro de una relativamente
estrecha banda entre los barrenos. La repentina rotura de
la roca no da tiempo a los gases a actuar. Así pues la
acción de cuña de los gases y las grietas radiales tienen
una importancia que puede considerarse marginal en la
formación de la fractura.
El efecto de desacoplamiento tal como queda ilustrado en
la 4 es fundamental en el precorte. La densidad,
rugosidad, forma y tamaño de las grietas radiales se ven
afectadas por el grado de desacoplamiento. Un alto grado
de desacoplamiento proporciona en general una minima
cantidad de grandes grietas radiales y una notable
reducción del número y extensión de las pequeñas grietas.
a) Espaciamiento subcrítico. 6.a
b) Espaciamiento crítico. 6.b
F[4]. Situación ideal de desacoplamiento.
El parámetro crítico del que depende la fractura entre dos
F[5]. Barreno de precorte desacoplado. Cortesía BHP Iron Ore, Mt
Newman, Western Australia.
La rápida atenuación que sufren las ondas de choque con
la distancia no permite que el efecto de rotura subcrítica
se produzca a partir de cierto espaciamiento. La
secuencia de eventos en este caso es diferente e
independiente de la interacción de la ondas de choque.
El mecanismo dominante es el de los gases actuando en
conjunción con las grietas radiales según el modelo
quasi-estático. En este caso se puede apreciar un mayor
número de grietas radiales abiertas, que representan el
estado necesario para que los gases en expansion actuen.
La superficie presenta fracturas concoideas suaves
delimitadas por marcas parabólicas bien delineadas
envolviendo otras marcas menores concéntricas. Estas
marcas resultan típicas de la extensión debida a la acción
de cuña de los gases en las fracturas radiales
previamente generadas por la ondas de choque. Estas
formas concoideas se desarrollan independientemente y
eventualmente se unen para formar la superficie final de
fractura.
c) Espaciamiento excesivo. 6.c
Superficie formada a base de bastas e irregulares formas
concoideas con saltos en escalón que se han propagado
irregularmente a partir de las grietas generadas por la
onda de choque y la posterior acción de los gases hasta
solaparse y formar la fractura entre barrenos. La
superposición de ondas no es suficiente para provocar la
iniciación de fracturas en la zona central entre taladros.
4
Las fracturas en este caso se inician cerca de cada
barreno y se propagan en el plano de los mismos hasta
que se encuentran, resultando un perfil más o menos
irregular.
F[6]. Efecto del espaciamiento sobre la discontinuidad entre barrenos.
Vd
Pd = 10  e
4
2
-3
(5)
Por otra parte, si se considera Pa la presión adiabática que
hipotéticamente se desarrollaría por la explosión a
volumen constante y sin pérdidas de energía puede
establecerse (Cook) como buena aproximación:
Pa =
Pd
2
(6)
Esta presión adiabática, así definida, puede considerarse
razonablemente la presión en el barreno, Pb según:
-3
Pb = 10  e
2
Vd
= 1.25  10-4  e V 2d
8
(7)
La fórmula 7 puede considerarse aceptable para el caso de
un explosivo completamente acoplado con el taladro
ocupando todo el espacio disponible.
Sin embargo, la presión generada cuando existe
acoplamiento entre explosivo y roca es excesiva para los
fines que se persiguen con el precorte. Es pues necesario
disminuir esta presión en el barreno hasta un límite
adecuado, desacoplando el binomio explosivo-roca.
DETERMINACION DE LOS
PARAMETROS DE PRECORTE
La voladura con explosivos es un complejo proceso
tridimensional que comprende las interacciones entre lo
que se podría considerar un cierto número de explosiones,
una roca en general anisótropa, efectos de cara libre, etc.
Es pues conveniente simplificar el problema y
considerarlo como un fenómeno que se desarrolla en el
plano normal al eje del barreno. Se asume que el barreno
tiene un diámetro mucho más pequeño que su longitud y
que está lo suficientemente lejos de caras libres. Se
considera adicionalmente que la detonación se produce
simultáneamente a lo largo del barreno.
Método teórico
La expansión de gases de explosión cuando la carga está
desacoplada puede considerarse sigue la ley adiabática
para gases ideales. El estado adiabático de un gas
obedece:

.
P V = CONSTANTE
(8)
La equivalencia entre el estado del gas inmediatamente
despues de la detonación y el estado de presión en el
barreno puede expresarse mediante una expansión
adiabática desde el volumen ocupado por el explosivo
hasta el volumen que comprende el barreno.
Considerando un cilindro de altura unidad:


Pb V b = P d V e
(9)
Dado que la relación entre volúmenes cilíndricos es
proporcional al cuadrado de los diámetros:
Presión en el barreno
La presión generada en un barreno por la detonación de
un explosivo no es un valor estático ni invariable en el
tiempo. La presión sigue una cierta curva en función del
tiempo que presenta un valor pico muy acusado seguido
de la actuación de una relativamente sostenida acción
cuasi - estática, para despues finalizar siendo nula (1). Es
clásica la determinación de la presión de detonación a
partir de las características del explosivo conocida como
teoría hidrodinámica:
-3
P d = 10  e V d u + Pi
(4)
Para explosivos sólidos la velocidad de partícula u puede
considerarse aproximadamente igual a Vd/4. Si la presión
inicial en el barreno es despreciable, la ecuación 4 resulta:
 dc 
Pb = P d  
 db 
2
(10)
El parámetro γ para condiciones explosivas normales
puede considerarse 1.20. La presión en la pared de un
barreno desacoplado con carga continua se obtiene a
partir de 7 y 10, según:
 dc 
Pb = 1.25x 10  e V  
 db 
-4
2
d
2.4
(11)
Para cargas desacopladas y discontinuas se obtiene
igualmente:
5
 dc D 

Pb = 1.25x 10  e V 

d
b


-4
2.4
2
d
(12)
Efecto cuasi-estático de la presión de los gases
El modelo que se usa para determinar el estado de tensión
en los alrededores del barreno agrietado radialmente es el
de un cilindro de espesor infinito con la condición de
presión externa nula. La Fig. 6 ilustra la distribución de
estas tensiones, que vienen dadas por:
2
2 2
r P e - r b Pb - P e - Pb  r b r e
=
 rr
2
2
r e2 - r b2  r 2
re - rb
2
e
(13)
La tensión cortante τr, según el modelo es:
0 P - P  r r
r P - r P=+
 =
2
2 2
(15)
e
b r b
e
b
b e
(14)
tr
2
2
2
2
2
e
b
e
b
F[7]. Modelo cuasi-estático de tensiones en los alrededores de un
2
e
r -r
r
- r r
barreno.
La fuerza que actúa en la fractura por unidad de longitud
puede obtenerse mediante integración de la tensión
tangencial entre los limites de la pared del barreno rb y
cierta distancia r:
2
rb
F tl =  rb  tr dr =  rb (- Pb 2 ) dr
r
r
r
(18)
Cuyo resultado es:
Asumiendo que la detonación entre barrenos se produce
simultáneamente, la fuerza que actúa en la fractura se
dobla, es decir:
 rb 
F Tl = 2 Pb r b  - 1
r 
(21)
En la práctica el término (rb/r) representa menos del 10%
de la fuerza actuante, con lo que puede despreciarse. La
fuerza que tiende a producir la grieta en el precorte como
consecuencia de la acción cuasi estática de los gases:
F p = - 2 Pb rb
(22)
A esta acción rompedora del explosivo se opone la
resistencia a la tracción de la roca. Esta fuerza resistente
puede expresarse por unidad de longitud de barreno
como:
F rl =  tr (r - 2 r b )
Las ecuaciones 13 y 13 resultan:
La situación crítica de fractura se produce si:
2
rb
 rr = + Pb 2
r
2
rb
 tr = - Pb 2
r
(23)
(16)
(17)
Generalmente, cualquier material rocoso presenta altos
valores de resistencia a compresión, moderada resistencia
a esfuerzos cortantes y una muy baja resistencia a
tracción. Así pues la situción ideal para la fractura de
precorte se presenta cuando las tensiones de tracción se
maximizan en la dirección adecuada en la roca a la vez
que se minimizan los efectos de compresión y cortantes en
las zonas no deseadas.
La 8 ilustra la distribución de tensiones tangenciales para
el caso de un barreno único y para el caso de dos barrenos
adyacentes en un precorte espaciados una distancia E.
F rl + F Tl = 0
- 2 Pb r b +  tr ( E c - 2 r b ) = 0
(24)
(25)
Según esto, el espaciamiento crítico entre barrenos para
que se produczca la rotura viene dado por:
 Pb +  tr 
-3

E c = 10 2 r b 
  tr 
(26)
Así pues, cualquiera que sea el espaciamiento óptimo, éste
ha de cumplir:
 Pb +  tr 
-3

E o  10 d b 
  tr 
(27)
Dado que la carga en la roca por la acción del explosivo
es dinámica, el valor que debería utilizarse para σtr es el
de resistencia dinámica a tracción. Sin embargo este valor
es dificl de determinar tanto en teoría como en la práctica
pues depende de la velocidad de carga, de la duración e
incluso de su valor pico. La práctica demuestra que se
consiguen buenos resultados si se utiliza para σtr el
resultado del conocido método brasileño.
Método práctico
Es posible realizar un cálculo aproximado de los
6
F[8]
deton
parámetros de precorte basándose en los resultados de la
experiencia práctica acumulada durante los años que se
lleva utilizando. Como todas las consideraciones que se
derivan de la práctica habitual de cualquier técnica, estas
no son más que una simplificación de los múltiples
factores que se ven involucrados en el fenómeno. La
principal ventaja de estas reglas prácticas es su sencillez y
facilidad de aplicación.
F[9]. Espaciamiento recomendable para labores de precorte.
explosivo con baja velocidad de detonación (reducción
del daño dinámico a la roca) a la vez que con un alto
volumen de gases.
Estas características descartan la utilización de explosivos
gelatinosos con base NG (gomas, etc). También resultan
inadecuadas las emulsiones explosivas por su alta
velocidad de detonación. Entre la gama de explosivos
disponibles en el mercado el tipo que mejor se adapta a la
técnica es el tipo Hidrogel con un balance adecuado entre
velocidad de detonación y producción de gases.
F[10]. Carga recomendable para labores de precorte.
F[11]. Carga de un barreno de precorte con sarta contínua de cartuchos
de 32mm. Cortesía BHP Iron Ore, Mt Newman, Western Australia.
En lo que a precorte se refiere, dos reglas se pueden
admitir como básicas, suponiendo condiciones medias de
roca, explosivo, etc. Estas son:
Las figuras 8 y 10 ilustran estas reglas prácticas junto con
los límites de aplicación para las mismas. Para cargas
continuas puede estimarse el diámetro de carga adecuado
según:
d cc =
8
5  e
(
5
d b6
)
(30)
De la misma forma, puede determinarse igualmente el
grado de discontinuidad para cargas espaciadas:
5


d


b3
D = 1.6  10
  d 2 
c cd


-3
(31)
PARTICULARIDAES DE LA UTILIZACION
DE EXPLOSIVOS EN PRECORTES
El efecto de desacoplamiento en el barreno es tanto mejor
cuanto más próximo a la situción ideal de la figura 4.
Dado lo crítico de este efecto, es pues desaconsejable el
uso de cargas espaciadas ya sean acopladas o
desacopladas dentro del barreno, tanto por razones
teóricas de un pobre efecto de desacoplamiento como por
razones prácticas de facilidad de carga. Así pues es
recomendable el uso de explosivo contínuo a lo largo de
la caña del barreno. El requerimiento de simetría también
implica la iniciación simultanea de la carga a lo largo del
barreno, a la vez que entre barrenos. Estas
consideraciones han conducido al desarrollo de productos
explosivos especiales para precorte entre los cuales el
Ecos==
51 ( 2 )
ddbb3
100
125
(28)
(29)
producto estrella puede considerarse la sarta continua de
cartuchos de Hidrogel. La continuidad se obtiene
mediante cordón detonante de 6g/m a lo largo de todo el
cartucho, en el centro de simetría del mismo (11). La
inserción de este cordón detonante durante el proceso de
encartuchado proporciona un producto manejable y con
resistencia a la tracción que permite su uso colgado desde
la boca del barreno. Con este producto se consiguen las
prestaciones más cercanas a la situación teórica ideal, así
como una facilidad de manejo y operación que no se
consiguen con ningún otro tipo de explosivo para precorte
de los disponibles en el mercado.
Selección
Sin lugar a dudas el precorte puede considerarse como
una técnica en la cual son fundamentales la geometría y la
simetría en todo el proceso. El explosivo, parte crucial del
éxito en el mismo, debe seleccionarse en consonancia.
Dado que la discontinuidad de precorte se produce en la
práctica con espaciamientos supercríticos en los que el
mecanismo actuante es fundamentalmente la acción cuasiestática de los gases, es recomendable la utilización de un
7
barrenos de 150 mm.
Como en cualquier voladura de contorno, la alineación de
F[12]. Sarta continua de explosivo para precorte con alma de cordón
detonante.
F[14]. Un buen precorte supone una cuidadosa perforación. Cortesía
KCGM, Superpit, Kalgoorlie, Western Australia.
Técnica de uso
Casi todas las técnicas de voladura controlada, y en
particular la de precorte consisten en perforar una linea de
barrenos que coincida con el plano final deseado como
final en la excavación, con el ángulo deseado. Siempre
que sea posible, es aconsejable realizar el precorte con
cierta inclinación puesto que la superficie ligeramente
inclinada es mucho más estable. La característica peculiar
del precorte es que este plano de barrenos se dispara
previamente a la voladura del macizo contiguo. Este tipo
de voladura implica un confinamiento extremo del
explosivo, pues por definición no existen caras libres.
Los diametros de perforacion que se utilizan normalmente
F[13]. Barrenos de 89mm espaciados 1.5m. Cortesía BHP Iron Ore, Mt
Newman, Western Australia.
varian en el rango 50mm - 150mm. La carga de la linea de
barrenos, se realiza con algún explosivo adecuado y bien
distribuida a lo largo del barreno. A veces, y sobre todo
con los diámetros más grandes, se utilizan barrenos guía
sin carga para dirigir la formación de la discontinuidad
según el perfil deseado. Es también recomendable y usual
colocar en el fondo del taladro cierta carga concentrada
más potente para lograr una buena acción de corte en
fondo, donde el confinamiento es máximo y la simetría de
la perforación es más pobre. En el precorte, se ha
comprobado que no se forman grietas perpendiculares al
barreno, en el fondo del mismo. Este hecho es
consecuencia de la no existencia de cara libre, lo que hace
necesaria esta carga concentrada y el que se necesiten más
barrenos (menores espaciamientos) que en su homólogo
recorte. Para barrenos de una longitud media, digamos
10m, la carga de fondo puede estimarse en torno a los
400g de explosivo. A medida que el diámetro de
perforación aumenta, la carga de fondo debe aumentarse
en la misma proporción llegando hasta los 2 Kg para
los barrenos es crucial para un buen resultado. Digamos
que el máximo que se puede conseguir con el precorte es
lo bien que se haya dispuesto la perforación. Esto limita
en la práctica la profundidad del precorte hasta la
profundiad a la que puede llegarse con la perforadora sin
excesiva desviación. Como límite práctico puede
admitirse 10m. La situación ideal para precorte es una
disposición rectilinea de barrenos. No obstante es posible
obtener resultados aceptables con disposición curvilinea
siempre que el radio de curvatura sea lo suficientemente
grande, superior a los 50 diámetros. Pueden realizarse
también precortes en esquina con barrenos guía,
disparando independientemente ambas secciones.
Para conseguir una mínima sobreexcavación, la carga
F[15]. El efecto del precorte es crítico en la parte superior del banco.
Cortesía KCGM, Superpit , Kalgoorlie, Western Australia.
debe llegar hasta la boca del barreno para que el efecto de
corte sea franco en la zona más susceptible a la
sobreexcavación, como es la parte superior del banco.
Esta mayor susceptibilidad de la zona superior del banco
es debida a la sobreexcavación y quebrantamiento
provocado por la voladura de bancos superiores y a la
mayor incidencia de las condiciones atmosféricas. Deben
adoptarse las precauciones adecuadas para que esta carga
tan superficial no provoque efectos indesados (pequeñas
rocas volante , etc), para lo cual se puede cubrir la zona
con mallas u otro material similar. Para desacoplamientos
de carga superiores al 50% es recomendable retacar el
barreno al menos en una longitud del orden de 10
diámetros para lograr la efectividad requerida de los gases
de explosión. Para desacoplamientos menores del 50% es
incluso conveniente evitar el retacado pues de esta manera
no se fuerza a los gases a través de las fracturas
preexistentes en el terreno. Este efecto es particularmente
importante en rocas débiles y/o altamente fracturadas. En
general, si se obtiene una excesiva sobreexcavación hay
que disminuir la carga lineal. Si lo que se obtiene es un
contorno irregular se debe reducir el espaciamiento.
Como regla general, la fila de precorte ha de separase de
la voladura principal una cierta distancia que debe estar
comprendida entre E/2 y E. Como consecuencia de esta
menor distancia, la fila de barrenos de la voladura
principal más cercana a la línea de precorte ha de cargarse
con una cantidad de explosivo ligeramente menor a la
usual para barrenos de producción si se quiere evitar el
agrietamiento y daño a la roca remanente. También es
recomendable no sobreperforar en esta fila para no dañar
la zona de asiento del banco. A veces se le suele dar a esta
8
fila un doble retardo para provocar una liberación efectiva
de la piedra correspondiente. 15 muestra un esquema
genérico de precorte con los parámetros que resultan
relevantes.
Esta fila de amortiguación debe ser suficiente para la
F[16]. Esquema de un precorte con fila de amortiguación.
resultan prácticos para esta determinación.
La fila de amortiguación inmediatamente cercana al
precorte no debe producir un daño mayor que el del
propio precorte. Puesto que la energía producida por un
explosivo es proporcional al cuadrado del diámetro, se
considera la relación adimensional de distancia escalar
para simetría plana. La distancia a la que hay que situar
esta fila se obtiene :
l
cp
=
l+a
(36)
ca
F[17]. Distancia a la que se producen distintos niveles de vibración de
partícula en función de la carga.
voladura del propio macizo mediante el mecanismo de
voladura en cráter. La determinación de la carga en esta
fila puede calcularse iterativamente a partir de la fórmula
32, en la cual se ha considerado el c.d.g de la carga a tres
diámetros de la parte superior de la columna explosiva:
ca =
-3
2
-3
10  d b  e ( Ab + 3 d b 10 - 1.6 3 ca Lc )
(32)
4 Lc
La separación de esta fila cercana puede estimarse
mediante la adopción de un criterio conservador para el
daño que se induce en la roca , manteniendose por debajo
de cierto umbral de deformación. Considerando rotura
estática (nuevamente, conservador), la deformación crítica
para una roca de tipo medio (hormigón) puede admitirse
en torno a:
 du 
 
dt
 =   = 140 
c
(33)
Esta deformación máxima admisible para no producir
daño a la roca proporciona la velocidad de vibración
crítica , supuesta conocida la velocidad sónica en el
macizo:
v = 0.14 c
(34)
Una vez obtenido el valor crítico de velocidad de
vibración, la distancia umbral de daño a la roca producido
por el propio precorte puede estimarse aproximadamente
según:
l
10
v
3
3
2
cl
(35)
La figura 16 ilustra la relación entre la carga lineal y la
distancia a la que se producen los niveles de vibración que
Siempre que se pretenda hacer precorte sobre una base
regular en el tiempo, dentro de una misma formación
resulta particularmente aconsejable realizar un precorte de
prueba de una longitud reducida. El mínimo necesario
para poder advertir un precorte claro es del orden de 6m o
7m. Tras este precorte de prueba pueden ajustarse los
parámetros del mismo hasta conseguir el efecto deseado.
En
general,
la
realización
del
precorte
independientemente de la voladura principal proporciona
resultados netamente superiores en comparación a los que
resultan cuando se hace conjuntamente, adelantándolo a la
misma. Hay que tener en cuenta que el precorte puede
provocar la liberación de masas rocosas inestables,
corrimientos de estratos, etc, por lo que no resulta
conveniente perforar los barrenos de la voladura principal
previamente. Cuando esta posibilidad existe , es
recomendable realizar el precorte conjuntamente con la
voladura principal. También es recomendable hacerlo
conjuntamente en caso de perforaciones inclinadas donde
se complicaría notablemente la perforación y voladura
posterior. Como regla general, no debería hacerse ningún
precorte con piedra inferior a los 200 diámetros, puesto
que podría interferir con la voladura principal.
9
F[18]. Precorte independiente de la voladura principal. Cortesía BHP
F[19]. Amortiguación del nivel de vibración con la distancia reducida.
Iron Ore, Mt Newman, Western Australia.
Iniciación
Los barrenos de contorno deben dispararse
simultáneamente para conseguir un claro efecto cortante,o
bien como tarea independiente antes de la perforación de
la voladura principal o bien conjuntamente con ella,
retrasándola para que siga a la de precorte.
Siempre que no haya impedimento en cuanto a efectos de
vibración en areas cercanas, la iniciación de la fila de
precorte debe hacerse instantáneamente. Si por alguna
razón esto no es posible y es necesario utilizar
secuenciación esta ha de ser la mínima posible (20-30
ms). La formación de la grieta de separación es mucho
más basta en este caso puesto que el mecanismo actuante
no es el óptimo. En cualquier caso se debe detonar
instantáneamente la máxima carga posible que no
interfiera con los requerimientos medioambientales en
cuanto a nivel de vibración.
Caso de usar detonadores, se debe usar el número más
bajo posible habida cuenta que cuanto mas bajo es el
número de la serie del detonador es también menor la
desviación aleatoria respecto al tiempo nominal del
mismo. No obstante, siempre que sea posible, es
aconsejable el uso de cordón detonante en vez de
detonadores para lograr simultaneidad en la iniciación.
Efecto del precorte sobre vibraciones
Puede considerarse al respecto que una voladura de
precorte tiene una piedra infinita y por lo tanto un
confinamiento superior en gran medida a cualquier
voladura de producción. En general y a la misma distancia
reducida, la velocidad de particula como consecuencia del
precorte es mucho mayor que la producida por la voladura
normal. 19 muestra la atenuación que sufre el pico de
velocidad de partícula en función de la distancia reducida
para una voladura de tipo medio y para el caso de un
confinamiento extremo tal como en el precorte.
También resulta de general aceptación que la fractura de
precorte supone un apantallamiento del macizo rocoso
frente a la transmisión de vibraciones y ondas de tension.
Sin que quepa la posibilidad de excluir este efecto, hay
que resaltar que no es tan espectacular como generalmente
se supone. La morfología de la grieta, con un contacto
mútuo e interpenetración entre sus paredes provoca
únicamente una ligera atenuación del efecto de
transmisión de ondas a través de la discontinuidad
formada.
CASO PRACTICO. METODOLOGIA
En cierta explotación se decide iniciar una rutina de
precorte en todos los frentes finales. La voladura de
producción se lleva a cabo con perforación de 165mm en
bancos de 10m. El patrón de voladura es de 5m x 6m con
sobreperforación de 1.5m y retacado de 4m con una carga
por barreno de 130 Kg de ANFO. Se dispone de una
perforadora de 89mm que se estima adecuada para las
labores de precorte. Las características medias del macizo
rocoso pueden admitirse:
-resistencia a compresión:240 MPa
-resistencia a la tracción:15 MPa
-velocidad sónica en el macizo:3800 m/s
10
Dadas las ventajas, se pretende utilizar preferentemente
un explosivo continuo, cuyas especificaciones resultan:
-velocidad de detonación:4500 m/s
-densidad:1.2g/cm3
(41)
Como limitación medioambiental de nivel de vibraciones,
la máxima carga por microretardo es de 500 Kg de
explosivo.
Se trata de determinar todos lo parámetros necesarios para
precortar con perforaciones de 89mm y qué diámetro de
carga entre la gama comercial disponible en el mercado
(22mm, 26mm, 32mm y 40mm) es conveniente utilizar.
Para resolver el ejercicio se seguirá el esquema según la
figura 20:
En estas condiciones y directamente de (30) se obtiene
una buena aproximación del diámetro a utilizar:
d cc =
 Pb +  t 
 158.46 + 15 
-3
 = 89 
 = 1.029 m
E o = 10 d b 
15


 t 
5
8
( )
89 6 = 27.44 mm
5  1.2
(37)
El diámetro comercial disponible más cercano a este valor
resulta dcc=26mm.
La presión que cabe esperar en el barreno resulta de 11:
2.4
-4
2  26 
Pb = 1.25x 10 1.2 4500   = 158.46 MPa
 89 
(38)
Netamente menor que la resistencia a compresión de la
roca. No obstante hay que tratar de conseguir la máxima
carga posible del barreno sin que se alcance este límite de
resistencia a compresión, pues de esta manera puede
abaratarse el precorte con espaciamientos mayores.
El siguiente diámetro a ensayar es el de 32mm. De nuevo
11 proporciona la presión en el barreno con este nuevo
diámetro:
También resulta conveniente amortiguar la carga de la fila
de barrenos de producción más cercana a la fila de
precorte. Esta fila debe hacerse sin sobreperforación y
situarse a una distancia tal que no produzca daño al
macizo precortado.
La carga por barreno en esta fila de amortiguación se
obtiene iterativamente a partir de la fórmula de voladura
en cráter 32. Como valor inicial puede considerarse un
valor próximo al de la voladura normal, por ejemplo 15
Kg/m. El valor puede considerarse aceptable cuando dos
iteraciones consecutivas coinciden en la primera cifra
decimal:
Ca =
-3
2
10   e d b ( Ab + 0.003 d b - 1.6 3 C a Lc
4 Lc
(42)
Que tras varias iteraciones con un valor inicial de ca0=15
Kg/m, proporciona:
-1
c a = 11.6 Kgm
(43)
El problema ahora es situar esta fila a la distancia
adecuada de la fila de precorte. La velocidad de particula
por encima de la cual se produce daño a la roca se obtiene
de 34:
v = 0.14 3800 = 532mm/s
(44)
La extensión del daño como consecuencia del propio
precorte se extiende hasta una distancia que viene dada
por 35:
3
10
l=

v
3
2
cp =
1000 3
 0.9652 = 1.83 m (45)
532
La distancia a de amortiguación entre el precorte y la fila
con carga reducida se obtiene de 36:
1.83
1.83 + a
=
; a = 4.52m
0.965
11.6
(46)
La carga total en esta fila de amortiguación se obtiene:
2.4
-4
2  32 
Pb = 1.25x 10 1.2 4500   = 260.81 MPa
 89 
CB = ( Ab - R)  ca = (10 - 4)  11.6 _ 70Kg (47)
(39)
Presión excesiva que excede con creces la resistencia a
compresión de la roca. Así pues se descarta este diámetro
en favor del de 26mm. La carga lineal para este diámetro:
c p = 0.965 Kg m
-1
El espaciamiento recomendable para este trinomio
explosivo-perforación-roca se obtiene de 27:
11
[20]. Procedimiento para el cálculo de los parámetros de precorte.
12
Teniendo en cuenta la limitación de 500 Kg de explosivo
por micorretardo, el máximo número de barrenos de
precorte por disparo resulta:
 MCM 
500

 = ENT 
N = ENT 
 = 51

 0.965  10 
 c p  AB 
(48)
Supuesto precorte independiente de la voladura principal.
La longitud máxima a precortar por disparo resulta
inmediata:
LMP = N  E o = 51  1.029 = 52.47m
(49)
LISTA DE VARIABLES
rb
ρr
c
: radio del barreno (mm)
: densidad de la roca (gcm-3)
: velocidad unidimensional de la onda de tensión en
la roca (ms-1)
ε
: deformación volumétrica
K
: módulo de resistencia a la fractura
pmax : presión pico en el barreno
tmax : tiempo correspondiente a pmax
Etmax : módulo de Young correspondiente a tmax
v
: ratio de Poisson
t
: tiempo
Pd
: presión de detonación
ρe : densidad del explosivo
Vd : velocidad de detonación del explosivo (ms-1)
u : velocidad de partícula debida a la reacción
explosiva
Pi
: presión inicial
Pa
: presión adiabática a volumen constante
Pb
: presión en el barreno
P : presión del gas
V
: volumen del gas
Vb : volumen del barreno por unidad de longitud
Ve : volumen del explosivo por unidad de longitud
γ
: cociente de calores específicos a presión y
volumen constantes (cp/cv )
dc
: diámetro de la carga (mm)
db
: diámetro del barreno
Ve : volumen del explosivo al detonar
D
: discontinuidad de la carga expresada en tanto por
uno.
σrr : tensión radial a una distancia r
σtr : tensión tangencial a una distancia r
re
: radio externo, distancia a la que se considera
aplicada una presión Pe
Pe
: presión externa
τr : tensión cortante a una distancia r
Ftl : fuerza tangencial total por unidad de longitud
debida a un único barreno
FTl : fuerza total en la superficie de fractura entre dos
barrenos por unidad de longitud de barreno
Fp
: fuerza que tiende a producir el precorte
Frl : fuerza resistente a la tracción de la roca por unidad
de longitud de barreno
σt : tensión de la roca resistente a la tracción
V
: piedra (m)
Ec : espaciamiento crítico para precorte entre barrenos
Eo : espaciamiento óptimo entre barrenos de precorte
(m)
AB : altura de banco (m)
cs
: carga de explosivo por unidad de superficie a
precortar (Kgm-2)
dcc : diámetro del cartucho con carga continua
dcd : diámetro del cartucho con carga discontinua
εc : deformación crítica de rotura estática
v : velocidad de vibración de partícula (mms-1)
Ca : carga lineal máxima en la fila de barrenos más
cercana a la superficie de precorte (kgm-1)
a : distancia entre la fila de barrenos más cercana y la
cara de precorte (m)
l
: distancia a la que se extiende el daño producido por
el precorte (m)
n : número de grietas predominantes que emanan de la
pared de un barreno
CB : carga por barreno (Kg)
cp
: carga lineal en el barreno de precorte (Kgm-1)
MCM: máxima carga por microrretardo (Kg)
LMP : longitud máxima de prcorte por disparo (m)
N
: máximo número de barrenos de precorte por
disparo
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