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VOLADURAS CON EXPLOSIVOS. VOLADURAS EN TIERRA Y
ROCAS. REGLAS DE SEGURIDAD QUE HAY QUE OBSERVAR
EN LOS TRABAJOS DE VOLADURAS.
Ing. Agustín Alfonso Posada1
1. Universidad de Matanzas Camilo Cienfuegos, Autopista Matanzas-Varadero km 3 y 1/2, Matanzas,
Cuba.
CD de Monografías 2010-11-22
(c) 2010, Universidad de Matanzas “Camilo Cienfuegos”
RESUMEN.
El artículo Voladuras con Explosivos está formado por varias partes, en los artículos
anteriores se trataron las maquinarias que se utilizan para demoler rocas, sea con equipos
en pequeñas cantidades o con equipos barrenadores para su voladura con explosivos,
además se dieron a conocer los principales tipos de explosivos que se utilizan en las
voladuras, desde el punto de vista de su empleo, las cargas explosivas y los métodos y medios
de explosión. En esta monografía se tratan los temas: voladuras en tierra y rocas y las reglas
de seguridad que hay que observar en los trabajos de voladuras. De esta forma se finaliza
la integración de los contenidos referentes a esta materia, que generalmente se
encuentran dispersos en distintas fuentes, enriquecidos por la experiencia del autor.
Palabras claves: Rocas , voladuras; explosivos; maquinarias.
INTRODUCCIÓN.
Luego de trabajar por más de 37 años la ingeniería civil y tener la oportunidad de hacerlo en
obras relevantes, entre las que podemos mencionar la remodelación del Ferrocarril Central
La Habana-Santiago de Cuba, en los tramos Matanzas-Limonar y Mocha-Aguacate; la
construcción del Aeropuerto Internacional de Point Salines en la Isla de Granada y el
Viaducto de la Bahía de Matanzas, donde se realizaron en total mas de 2 millones de m3 de
excavación en roca con explosivos, hemos podido percibir que no contamos con una
documentación que recoja todo lo referente a la voladura con explosivos, por lo que
reestudiamos la bibliografía existente, que unida a la experiencia adquirida en años de
trabajo, permite elaborar varios artículos a razón de lograr un compendio sobre esta
temática, recurso tan necesitado por los ingenieros en las obras y los estudiantes de la
carrera de Ingeniería Civil, que aún estando lejos de recopilar toda la documentación
existente, mejora el compendio con que contamos.
A este respecto es entonces el objetivo de esta monografía “barrenar el cerebro” de los
ingenieros y estudiantes de 4to año de Ingeniería Civil, introducir en ellos el “explosivo” de
los conocimientos y lograr la “explosión” que les permita aplicarlos en las obras y contar
con una documentación que les permita aclarar sus dudas cuando lo necesiten al afrontar los
casos que se les presenten al respecto.
El tema general a tratar es: VOLADURAS CON EXPLOSIVOS. Antes de hablar de las
voladuras en tierra y rocas y las reglas de seguridad que hay que observar en los trabajos
de voladuras, para su correcta comprensión, debemos estudiar primero los equipos
rompedores y barrenadores, (donde se introducen los explosivos), los explosivos, las cargas
explosivas, los métodos y medios de explosión y las técnicas de voladuras, para su correcta
comprensión.
DESARROLLO.
VOLADURAS EN TIERRA Y ROCA.
Desde el punto de vista del movimiento de tierras en la construcción, las
voladuras de tierra y rocas, se realizan con el fin de:
Abrir zanjas para la colocación de conductoras o drenajes.
Construir caminos, diques de tierra y otras obras de ingeniería.
Abrir pozos, galerías y otras obras subterráneas.
Extraer materiales de construcción (piedra, grava, etc.).
En todos los casos citados los trabajos de destrucción se realizan por medio
de:
 La destrucción y proyección exterior de tierras o rocas.
 El mullido de tierras y rocas sin proyección exterior.
 La formación de espacios vacios en el interior de los macizos de
tierra y rocas.
DE acuerdo con los medios que se han expuesto para la ejecución de
voladuras en tierra y rocas, las cargas de explosivos que se emplean con este
fin se clasifican en los siguientes tipos:
 Cargas con proyección exterior.
 Cargas para el mullido de rocas o tierras.
 Camouflet o humazos (Cargas explosivas que no producen efectos de
proyección al exterior y que sirven para abrir huecos en el interior de la
tierra o de las rocas.
Los tipos de cargas antes citadas pueden ser por su forma concentradas o
alargadas. Las cargas que se emplean para los trabajos de tierra o rocas se
consideran alargadas solo en el caso de que su longitud exceda 30 veces a su
menor dimensión transversal. Las cargas alargadas pueden situarse
paralelamente o formando un ángulo con la superficie del macizo de roca o
tierra que se va a volar.
La elección del explosivo esta condicionada por:
a) La naturaleza de los materiales a extraer y la estructura del macizo
rocoso.
b) El estado de fragmentación deseado.
c) El grado de humedad de la roca.
d) Las condiciones de seguridad.
Cálculo de las cargas.
Una vez elegido el explosivo conveniente, se calcula la carga a utilizar teniendo
en cuenta los siguientes aspectos:
La carga de explosivo colocada en tierra o en roca ejerce el efecto más
destructivo y de mayor proyección en la dirección de la superficie libre más
cercana a la carga. En esta dirección la tierra o roca ejerce una resistencia
menor a la acción explosiva.
La distancia desde el centro de la carga hasta la superficie libre mas cercana
que limita el macizo de tierra o de roca se llama línea de mínima resistencia
(l.m.r.). Cuando la carga explosiva se introduce por el lado mas cercano de la
superficie libre, la línea de mínima resistencia es a la vez la profundidad de
colocación de la carga.
El efecto destructor de la explosión de la carga colocada en la tierra o en la
roca se caracteriza por lo que llamamos índice de hornillo (n), que es la
relación entre el radio (r) (la mitad de la anchura) del embudo y la línea de
mínima resistencia (h).
N = r/h
(2)
Fig. 54. Esquema de lo embudos de proyección exterior para distintos valores del índice
de hornillo. 1) Situación de la carga
Para las cargas con efectos de proyección exterior n > 1; para las cargas de
removido n < 1; para las cargas que producen Camouflet (humazos) son de
peso igual o inferior al que corresponde a un índice de hornillo (n=0).
Con el fin de economizar explosivo, al calcular las cargas con efecto de
proyección exterior, es conveniente tomar como valor de n:
1. Para cargas concentradas de 1.5 a 3.0 (el valor mas conveniente es n =
2.0).
2. Para cargas alargadas de 2.0 a 3.5 (el valor mas conveniente es n = 2.7)
Las cargas concentradas que se utilizan para la construcción de embudos en
tierra y roca se determinan por la formula.
C = AMh3
(3)
Y las alargadas, para abrir zanjas y trincheras por la formula.
Ca = C/lo = AMah2
(4)
En la que C equivale al peso de la carga concentrada o al peso completo de la
carga alargada, en kg.
Ca el peso de un metro lineal de carga alargada, en kg.
lo la longitud total de la carga alargada, en m.
A un coeficiente que depende de la naturaleza del terreno y del explosivo que
se emplee según la tabla No 7. (Los valores que se dan en la tabla deben
comprobarse de ser posible mediante explosiones de prueba). Este valor se
aumenta en un 20% cuando se empleen explosivos de baja potencia.
M y Ma son coeficientes que dependen del índice de hornillo según la tabla No
8.
h línea de mínima resistencia, en m.
Los valores de los coeficientes M y Ma se pueden también determinar por las
formulas simplificadas:
M + 0.31 (n2 + 1.3)2
(5)
Ma = (n + 0.2)2
(6)
La primera de las cuales se puede emplear cuando el valor de n oscila entre
0.5 y 3.5 y la segunda entre 1.1 y 4.5.
Ejercicio>
Determinar el peso de la carga concentrada necesaria para crear un embudo
de un radio r = 3.5 m en tierra arcillosa colocando la carga a una profundidad
de h = 1.75 m.
Por la tabla 7 hallamos el valor del coeficiente A para la tierra arcillosa A= 0.68
– 0.83 y tomamos su valor medio A = 0.75
Para calcular el índice de hornillo, utilizamos la formula:
N = r/h = 3.5/1.7 = 2.0
Por la tabla No 8 buscamos el valor del coeficiente M correspondiente a n = 2.0
y hallamos M = 8.81.
C = AMh3 = 0.75*8.81*1.753 = 6.6*5.4 = 35.5 kg.
Para calcular el radio r del embudo, de acuerdo con el peso de la carga
concentrada dada C y con la línea de mínima resistencia conocida h hay que
proceder del siguiente modo:
1. Por la tabla 7 se haya el valor de A.
2. Por la formula M = C/Ah3, con los valores de C, A y h se calcula el
coeficiente.
3. Por la tabla 8 se haya el valor del índice de hornillo n que corresponde al
valor del coeficiente calculado M.
4. Por la formula n = r/h, sustituyendo en ella el valor hallado de n y la
magnitud conocida de h, se determina el radio del embudo.
r = n * h.
Para determinar la anchura de la zanja por el peso dado del metro lineal de
carga alargada Ca y por la conocida magnitud de la línea de mínima resistencia
h se procede de forma análoga, pero para el calculo del coeficiente Ma se
realiza por la formula Ca = AMah2. La anchura (por arriba) de la zanja a que da
lugar la explosión de la carga alargada se determina por la formula:
L = lo + B/2
(7)
En la que lo es la longitud de la carga; B = 2r la anchura de la zanja.
Al proyectarse la tierra o la roca hacia arriba, una parte cae de nuevo en el
embudo, pero la masa mas importante se esparce más o menos regularmente
en todas las direcciones.
Fig. 55. Esquema de la proyección de las tierras o rocas. 1) Situación de la carga .
Más allá de los bordes o labios del embudo caen solo fragmentos de tierra o
roca sueltos. La distancia a que se dispersan depende de la magnitud del
índice de hornillo y de la estructura del terreno. La distancia máxima de
dispersión de fragmentos sueltos se determina por la formula:
L = 40 n2h.
(8)
Cuando la tierra contenga piedras, la distancia a que se dispersan los
fragmentos aislados pueden aumentar en un 50 %.
Cuando hay viento fuerte la distancia de dispersión de fragmentos grandes de
tierra aumenta en la dirección del viento en un 25 – 50 %.
Cuando se explotan cargas situadas en la superficie del terreno también se
forman hoyos: con una carga concentrada se forma un embudo semejante a un
paraboloide; con una carga alargada, una zanja de perfil triangular.
El peso de las cargas exteriores necesarias para formar un embudo (zanjas) en
la tierra y en la roca se determina por las formulas:
C = 35 Ar3
Y
Ca = 12 A r2
(9)
(10)
En las que C, Ca y A significan lo mismo que en las formulas (3 y (4).
r el radio del embudo o la mitad de la anchura de la zanja en metros.
La profundidad aparente del embudo (zanja) p se determina por la formula:
P = Knh = Kr.
(11)
En la que K es un coeficiente que depende de la naturaleza del terreno y que
equivale: para la arena seca entre 0.40-0.45; para la arena húmeda, tierra
arcillosa y arenosa entre 0.45-0.55; para la arcilla entre 0.50-0.60.
Y la longitud de la zanja que se forma por la explosión de una carga alargada
se calcula por la formula:
L = lo + B/2,
(12) .
En la que lo es la longitud de la carga; B = 2r la anchura de la carga.
VOLADURA DE TIERRAS Y ROCAS CON PROYECCIÓN EXTERIOR.
La empleamos para la excavación de tierras y rocas en las obras y canteras
para la producción de áridos triturados para la construcción o para rocas en
pedraplenes.
En dependencia de las dimensiones y configuración (en planta) de las
excavaciones proyectadas, los trabajos de proyección exterior de las tierras o
rocas pueden realizarse mediante:
La explosión de cargas concentradas o alargadas aisladas.
La explosión simultanea de varias cargas concentradas ubicadas en una
o más hileras paralelas.
La explosión simultanea
paralelamente entre si.
de
varias
cargas
alargadas
ubicadas
Las voladuras de cargas concentradas aisladas se emplean en la construcción
de embudos y zanjas para pequeñas obras.
La explosión simultanea de varias cargas concentradas o de varias cargas
alargadas paralelas entre si se emplea para practicar excavaciones de sección
trapezoidal cuya anchura en el fondo no deberá ser inferior a su profundidad.
Si necesitamos que la explosión lance las tierras o las rocas en una dirección
determinada, emplearemos el método de la proyección dirigida que se puede
llevar a cabo de una de las formas siguientes:
1. Con la explosión simultanea de cargas dispuestas en 2 o 3 hileras
perpendiculares a la dirección de la proyección. Para eso es necesario
que el índice de hornillo n para las cargas de la hilera siguiente, a contar
del lado opuesto de la proyección exceda en 0.5 al índice de las cargas
de la hilera anterior.
2. Con la explosión sucesiva de cargas calculadas con un mismo
coeficiente n y dispuestas en algunas hileras como en el caso anterior;
la explosión de la hilera de cargas siguiente debe realizarse con un
retardo de 2 a 4 segundos con relación a la explosión de las cargas de la
hilera anterior.
El peso de las cargas se determina por la formula (3) tomando como
valor de la línea de mínima resistencia, para calcular las cargas que se
han de volar con retardo, la distancia desde su centro hasta la superficie
que se forma al explotar las cargas de la hilera anterior. Esta línea de
mínima resistencia no deberá ser mayor que la profundidad de las
cargas. Esta condición necesaria se comprueba mediante la
construcción grafica de los embudos por las explosiones sucesivas.
Para nuestro caso, en el movimiento de tierras o rocas para construcciones, se
utilizara generalmente el tercer caso cargas alargadas ubicadas paralelamente
entre si con microretardos entre hileras.
Movido de tierras y rocas con explosivos.
Uno de los métodos mas extendidos para el removido de tierras y rocas es el
de los barrenos que se practican en el macizo de tierra o de roca y la utilización
de cargas alargadas. Con este fin se emplean cargas cilíndricas que se
introducen en los barrenos. El método de los barrenos se emplea tanto en las
excavaciones a cielo abierto como en los trabajos subterráneos.
Este método se emplea en las canteras para extraer materiales de construcción
en capas de un espesor máximo de 4-5 m., para el removido de rocas en la
construcción de zanjas o trincheras, para romper grandes piedras y cuando la
organización del trabajo no permita el empleo de grandes cargas.
En los trabajos subterráneos, el método de los barrenos es fundamental y se
emplea tanto para abrir en la roca las galerías de avance como las galerías
fundamentales.
El removido de rocas en las canteras. Se realiza escalonadamente; los
barrenos se disponen paralelamente al tajo en una o varias hileras. En este
último caso se sitúan en tresbolillo.
Generalmente se toma una longitud de barreno l igual a la altura del escalón H,
sin embargo, para rocas blandas puede ser de un 5 a 10 % menor y para rocas
muy duras de un 10 a un 15 % mayor. En este último caso se utiliza también lo
conocido por sub barrenado, que es una profundidad mayor de barrenacion de
la necesaria, para lograr que la profundidad de excavación quede
completamente mullida. Esta profundidad se calcula teniendo en cuenta que la
explosión de las cargas hace que las rocas rompan a 45 0, por lo que la
profundidad de sub barrenado será igual a la mitad de la separación entre
barrenos, lográndose de esta forma que no queden picos en la base de la
excavación necesaria sin mullir.
La distancia entre el eje del barreno y el tajo constituye la línea de mínima
resistencia h para las cargas de la primera hilera. Para escalones cuya altura H
sea menor o igual a 3 m., la l.m.r., se calcula por la formula.
h = (1.125 – 0.225H)*H
(13)
Y para escalones cuya altura es de 3.0 a 5.0 m., por la formula
h = 0.45 H
(14)
Cuando los barrenos se disponen en varias hileras se toma como distancia
entre estas el valor de h (figura 65).
Como distancia a entre los barrenos, en las hileras, a lo largo del escalón se
toma entre los límites:
a = (1.4 a 2.0) h
Tomando el valor mínimo para las rocas duras y en aquellos casos en que sea
necesaria una trituración menuda de las mismas; cuando sea necesario triturar
las rocas al máximo, la distancia entre los barrenos se disminuye hasta 0.8h.
Las cargas de los barrenos se determinan de acuerdo con la formula (4) y en el
caso de que se trate de desprender la roca puede disminuirse las cargas en un
25 %.
Antes de cargar los barrenos se comprueba su longitud y diámetro y después
se limpian con una cucharilla. Los barrenos húmedos y mojados se cargan con
cartuchos de explosivos en bloques cilíndricos; los barrenos secos se pueden
cargar vertiendo en ellos el explosivo en polvo. Los explosivos en polvo se
vierten en los barrenos en porciones de 150 a 200 gr., por medio de una paleta
y un embudo de acero recubierto de zinc. Después de verter cada porción de
explosivo se comprime este en el barreno con un atacador.
Cuando para cargar los barrenos se empleen cartuchos, se acaban de
introducir estos hasta el fondo por medio de atacadores. Si el barreno esta
seco y su diámetro es mucho mayor que el diámetro del cartucho se corta su
envoltura por unas generatriz o en espirar; después de introducido el cartucho
así cortado se comprime en el barreno con suaves golpes del atacador para
que el explosivo se extienda por toda la sección del barreno.
Los barrenos húmedos y mojados conviene cargarlos con bloques cilíndricos
de TNT. Cuando para cargar los barrenos se empleen cartuchos de explosivos
higroscópicos se aíslan estos recubriéndolos con una envoltura de masilla o
brea.
La carga del explosivo debe ocupar como mínimo en el cilindro los 2/3 de su
longitud, la tercera parte superior se debe dejar libre para el atraque aunque lo
normal es que tenga el retaqueo de 0.50 a 1.0 metro de longitud;. Antes de
atracar el barreno se introduce con cuidado el cartucho con la capsula
detonante. Cuando se carga con explosivo en polvo se introduce el cebo con la
capsula detonante después de haber vertido del 80 al 85 % de la carga.
El atraque de los barrenos Se debe realizar con partículas finas, que no
contengan piedras mayores que las partículas que contiene la arena, o sea,
utilizar arcilla, arena o polvo extraído del propio barreno. Los barrenos
húmedos cargados con explosivos no higroscópicos se pueden rellenar con
agua en lugar de atracarlos.
Las voladuras simultáneas de cada hilera de barrenos se realizan por el
método eléctrico o por medio del cordón detonante; en primer término se
explota la hilera más cercana al tajo, después la siguiente y así sucesivamente.
Cuando se disponga de detonadores eléctricos de acción retardada esta
consecutividad se logra con mayor o menor retardo en cada una de las
hileras.
Voladuras con microrretardos.
Ya hemos dicho que se fabrican detonadores eléctricos que permiten desfasar
los encendidos en milisegundos.
Mediante el encendido de detonadores eléctricos con microrretardos se
obtienen efectos absolutamente diferentes que con el encendido instantáneo o
con retardo ordinario. Se obtiene mejor rendimiento del explosivo y por
consiguiente, una economía de este (en ciertos casos del orden del 20%). Las
vibraciones producidas en el macizo rocoso se atenúan considerablemente.
Puede lograrse una división muy acentuada de los productos evitando
fraccionamientos secundarios.
Las voladuras con detonadores de microrretardos permiten la explosión de
cada barreno en una roca puesta en tensión por la explosión inmediatamente
precedente (desfasada solamente de 25 a 50 milisegundos según los
detonadores empleados). En otros términos, la explosión con retardo cero
produce una onda de presión en la roca de tal forma que al producirse la
explosión con retardo 1 encuentra una onda afectada por esta onda de presión,
de forma que ambas explosiones acumulan sus efectos, fenómeno que se
reproduce con los retardos 2, 3, etc. En total todo el macizo es afectado, con un
rendimiento muy elevado.
La disminución de las vibraciones, muy grande respecto a los encendidos
instantáneos o con retardos ordinarios, se debe, según ciertos autores, a la
interferencia de los trenes de ondas emitidos por las voladuras sucesivas, y
según otros, a la mejor fragmentación de la roca.
El orden de encendido debe adaptarse, siempre después de ensayo, a
objetivos principales que son, independientemente a la economía
explosivos, una fragmentación muy completa o la disminución de
vibraciones cuando se opera en la proximidad de viviendas, líneas
transporte eléctricas, vías férreas, etc.
los
de
las
de
El esquema más sencillo es el método del alternado, de esquema rectilíneo.
Los barrenos marcados con cero corresponden a un retardo cero y los
marcados con 1 corresponden a un retardo, por ejemplo, de 25 milisegundos.
En el cuadro adjunto damos una serie de 17 detonadores
microrretardos que se escalona de 0 a 550 ms.
Detonador No
Retardo medio
Detonador No
Sobre el tiempo cero
eléctricos con
Retardo medio
sobre el tiempo cero
0
0
9
200
1
8
10
250
2
25
11
300
3
50
12
350
4
75
13
400
5
100
14
450
6
125
15
500
7
150
16
550
8
175
La roca salta en dos fases, y cuando una esta sacudida por las voladuras cero
sufre efecto de las de uno, que además la explosión del microrretardo 1
encuentra una cara libre de menos resistencia que si no fuera sometida a la
explosión del microrretardo cero.
Cuando se actúa en varias líneas para una misma voladura, el esquema mas
sencillo es utilizar en la primera línea retardos cero; en la segunda, retardos 1;
en la tercera, retardos 2, y así sucesivamente.
Con esta disposición, la roca en lugar de ser sacudida interiormente, esta
sometida a fuerzas sucesivas, y la dispersión es, en general, excelente. El
número de variantes es muy grande, lo que se ve en la figura anterior.
Es de máximo interés que se adopte este tipo de voladuras. La resistencia del
personal que no esta familiarizado con el debe vencerse. Es recomendable
solicitar los planes de encendido a los técnicos de la obra o suministradores.
Cuando no se disponga de detonadores eléctricos con acción retardada y sea
necesario explotar simultáneamente dos hileras de barrenos, la distancia entre
estas se disminuye de un 25 a un 50% con relación a las distancias calculadas.
De todo esto hay que deducir que aun queda mucho por hacer en el campo del
empleo de los explosivos. La elección de la naturaleza del explosivo es sin
duda importante pero el de los artificios de encendido y el estudio del plan de
encendido no lo son menos.
CONSIDERACIONES GENERALES
CARGAS ALARGADAS.
SOBRE
LOS
BARRENOS
CON
Modo de obrar de los barrenos. Cualquiera que sea el procedimiento empleado
para construir el barreno, hay que observar que sus efectos sobre la roca
quedan reducidos, si esta es ilimitada, a producir un esbozo de elipsoide hueco
y a presiones que se trasmiten a la masa con gran rapidez, debido a la
incompresibilidad de aquella. El efecto del explosivo, y especialmente el de los
rompedores, es análogo a la aplicación de una fuerte cuña interior que obra en
un instante, y cuya fuerza ha de ser proporcionar a la l.m.r., sin lo cual no hay
efecto exterior, o sea proyección y desprendimiento de parte de la roca, que es
lo que se va buscando. Si la carga es pequeña, el elipsoide, debido a la rigidez
de la roca, originara rajas o fisuras en esta, siendo preciso después
disgregarlas con los rooter del Buldózer para completar el trabajo dejado de
hacer por los explosivos.
Se comprende, pues, cuan interesante será el calcular la carga con relación a
la l.m.r., y la estructura especial de la roca, a fin de conseguir en cada caso un
desprendimiento o disgregación de esta suficiente para su fácil extracción, sin
llegar tampoco a violentos efectos de proyección, peligrosos siempre y
representativos de una gran energía perdida.
Hemos dicho que era preciso tener en cuenta la estructura de las rocas, y esta
circunstancia es fácil de comprender, pues no siempre se presentan
homogéneas en todos sentidos, sino por el contrario, en gran numero de casos
háyanse constituidas por capas, en el sentido de las cuales la resistencia es
mucho menor que la normal. También existen masas de rocas que no son
homogéneas ya que presentan incrustaciones de arcilla u otro material menos
duro, por lo que la energía de la explosión se ira por esos lugares, lo que
conlleva a que la roca no se rompa según la necesidad. Este fenómeno se
observa en el lugar de la voladura como un humazo, o sea un embudo con las
mismas dimensiones del material menos duro que la roca.
Como regla general debe procurarse que los barrenos sigan una dirección que
forme el mayor ángulo posible con los presuntos planos de ruptura, o lo que es
lo mismo, a las capas o estratos de rocas. Como se comprende fácilmente, no
siempre será posible el conseguir trabajar en las condiciones más favorables,
pues la dirección de las capas de estratificación, si existen, se presentara en
muy variadas condiciones en relación con la general en que haya que avanzar
los trabajos.
Barrenos fallidos. Cuando las fallas o mechazos tengan lugar, no debe nadie
acercarse al barreno en un largo rato.
Los barrenos fallidos no deben descargarse y hay que limitarse a construir
otros en las inmediaciones. En algunos casos, por falta de atraque, los
barrenos se disparan por la boca a manera de arma de fuego, dando lugar a lo
que se llama bocazo. Los barrenos en que tal cosa suceda, pueden utilizarse
nuevamente después de limpios.
Ejemplo de cálculo.
Se dispone de un banco en una cantera en explotación, del cual se quiere
extraer 10 m de largo, 20 m de ancho y 5 m de profundidad. Este banco tiene
libre la cara frontal y el material es roca caliza dura (calcárea dura). El
equipamiento disponible lo componen carretillas barrenadoras BBAS con
barrenas de 12 cm de diámetro. El explosivo a utilizar será dinamita, de
cartuchos de 227 g; 3.2 cm de diámetro y 20.3 cm de largo.
Determinar la carga total que se necesita, la carga por barreno y por metro
lineal de barreno. La distribución grafica de los detonadores eléctricos con
microrretardos del No 0 al No 8, la cantidad total de detonadores y por No, la
longitud total de cables secundarios y además determine el retaqueado más
recomendable.
Desarrollo.
Banco de 20*10*5 (libre la cara frontal).
Material: Roca caliza dura (calcárea dura).
Calcular:
C y Ca, distribución y cantidad de detonadores eléctricos, cantidad de cables
secundarios, longitud de retaqueo y de sub barrenado.
Para roca calcárea dura, entrando en la tabla No 7, obtenemos que A estará
entre 0.90 y 1.40, por lo que elegimos el valor medio de 1.15, por lo que
A=1.15.
La altura del banco es de 5 metros, por lo que esa será la longitud de barreno
para los cálculos iniciales. Lo = H = 5 m.
Como el banco a excavar es de H mayor de 3 m, entonces:
H = 0.45 H = 0.45*5 = 2.22 m, por lo que redondeamos a h = 2.0 m
Como es roca calcárea dura, escogemos:
A = 1.4 h = 1.4*2 = 2.8, por lo que redondeamos a = 3.0 m
N = r/h, entonces r será la mitad de el valor mayor entre h y a, o sea 3/2 = 1.5
r = 1.5, por lo que n = r/h = 1.5/2 = 0.75
n = 0.75
Para n = 0.75, entrando en la tabla No 8, determinamos Ma = 1.17
Aplicando la formula (4) para cargas alargadas por metro lineal de barreno, ya
podemos calcular el valor de Ca = A*Ma*h2
Ca = 1.15*1.17*22 = 5.38 kg
Ca = 5.38 kg.
C = Ca*lo = 5.38*5 = 26.9 kg
C = 26.9 kg.
Calculo del sub barrenado.
Como a=3 y h=2, tomamos el mayor de los dos y como el explosivo rompe a 45
grados, entonces la profundidad de sub barrenado será la mitad de a
Sub barr. = 3/2=1.5
Por lo que la profundidad de sub barrenado será 1.5 m.
Entonces la profundidad total del barreno será 5+1.5=6.5 m.
Debemos ahora comprobar si la carga puede colocarse dentro del barreno,
para lo que debemos primero calcular la longitud de atraque, que como
sabemos, puede tener un valor máximo de 1/3 de la profundidad total del
barreno por lo que será 1/3 de 6.5, que es 2.17 m. como máximo.
6.50 – 2.17 = 4.33 m, que es la longitud del barreno ocupado por la carga.
Cantidad de cartuchos = 26.9 kg*1000/227 g= 118.5, por lo que aproximamos a
119. Entonces conocemos ya que en cada barreno se colocaran 119 cartuchos.
Si colocamos 6 cartuchos por camada, que es posible debido a que el diámetro
del barreno es de 12 cm, entonces:
119/6 =19.8camadas, o lo que es lo mismo 20 camadas.
Como cada camada, tendrá una altura igual a la longitud de un cartucho de
dinamita, entonces las 20 camadas ocuparán una longitud del barreno de 4.06
m., por lo que quedarían 4.33 – 4.06 = 0.27 m que habría que rellenar con
material fino del atraque.
También podemos calcular para 5 cartuchos por camada, que sería 119/5 =
23.8 que aproximando serían 24 camadas.
24*0.203 = 4.87 m. (longitud del barreno con carga)
6.5 – 4.87 = 1.63 m de atraque para 24 camadas de 5 cartuchos por camada,
que es también menor que el atraque máximo y no hay que verter en el barreno
material fino de atraque para completar la longitud y a su vez, es también
mayor que 1.0 m que sería la longitud mínima de atraque para barrenos de
más de 5 metros.
Calculo de la distribución de los barrenos y del total de los explosivos,
detonadores con micro retardos y cables eléctricos secundarios a utilizar:
Ya determinamos que h = 2 m y a = 3 m, por lo que procedemos a
gráficamente, distribuir la cantidad máxima de barrenos en el paño de 20 por
10 m. aunque tengamos que aumentarlo ligeramente para lograr que el mismo
quede disgregado completamente.
Como vemos la colocación de los microretardos es en forma de U invertida,
otra forma de colocarlos es en forma de triángulo.
A su vez, también realizamos la distribución de los detonadores con
microrretardo por sus números, para lograr la voladura mas adecuada, que
pueden ser varias variantes, una de las cuales mostramos en el grafico.
Como son 5 hileras de barrenos, entonces se utilizaran 3 líneas de cables
secundarios, que tendrán una longitud de 30 m cada una (los 20 m del banco,
más 10 m, para la unión entre ellos, a partir del cual van colocados los dos
cables eléctricos primarios para la voladura, que van al explosor. Por lo que en
total se necesitan 2*30*3 = 180 m de cables secundarios, más 12 m para unir
los circuitos a la izquierda (medida de seguridad cerrando el circuito), lo que
hace un total de 192 m de cable secundario.
En total serán 37 barrenos de 6.5 m de profundidad, por lo que serán 37
detonadores eléctricos con microrretardo.
Detonador eléctrico con retardo No 0 = 5
No 2 = 8
No 4 = 9
No 6 = 6
No 8 = 9
Total = 37
Como son 37 barrenos, entonces la carga total a partir de los 26.9 kg por
barreno, será:
37 * 26.9= 995.3 kg, o sea 1.0 tonelada de dinamita de 227g por cartucho.
Ejercicio para la colocación de detonadores eléctricos con microrretardos.
En el grafico que se muestra a continuación, haga la
detonadores eléctricos con microretardos del No 0 al No 8
distribución de los
REGLAS DE SEGURIDAD QUE HAY QUE OBSERVAR EN LOS TRABAJOS
DE VOLADURAS.
Son todas y cada una de aquellas medidas que hemos de observar para el
correcto desarrollo de los trabajos de voladuras, por ejemplo:
 La manipulación de explosivos ha de ser efectuada por el artillero, el
cual debe poseer la cuartilla correspondiente, debidamente actualizada
por el organismo competente (en Cuba, el MININT).
 Programar una hora fija para la voladura.
 Separar en tiempo y espacio la perforación, de la voladura.
 Transportar los explosivos por separado de los medios explosivos.
 No producir llamas o fumar en un área inferior a 50 metros de cualquier
sustancia explosiva.
 No utilizar elementos metálicos para retaquear o introducir explosivos.
 Comprobar un dia antes de la voladura, el estado de los barrenos en
cuanto a profundidad, agua y limpieza.
 Quemar todas las maderas, sacos plásticos, envolturas, papeles que
hayan contenido explosivos después de realizada la voladura y procurar
mantener el área despejada de los mismos a una distancia de 50 m.
 Planificar correctamente las conexiones evitando totalmente el cruce
entre líneas y circuitos, procurar que el hombre que haga las conexiones
sea el que comprueba y dispare.
 No abandonar la voladura hasta el momento de iniciarla.
 Establecer un sistema de alarma y señales que sean perfectamente
conocido por todo el personal.
 Comprobar semanalmente el explosor y efectuar muestras sistemáticas
de detonadores y cordón detonante.
 El transporte de explosivo y medios desde el polvorín hasta el lugar de
empleo ha de ser por persona autorizada (artillero).
 Después de la voladura el artillero debe realizar un chequeo para
comprobar que no quedan cargas sin detonar.
 Enfriar línea eléctrica de alto voltaje cercana al área de voladura.
 No emplear equipos de radio en zona muy próxima al área de voladura.
LA SEGURIDAD DEL AREA DE VOLADURA. COMPETENCIA DEL
PERSONAL.
Con relación a la seguridad, es sumamente importante que el personal
empleado posea la experiencia práctica necesaria y una buena suma de
conocimientos, sobre el trabajo de voladura.
El especialista debe comprobar de una u otra forma que el personal empleado
en los trabajos de voladura posee los conocimientos necesarios para realizar
su trabajo con seguridad, remediando cualquier defecto en este sentido por
medio del correspondiente adiestramiento. A la hora de elegir los diversos
métodos de voladuras, el especialista debe tomar en consideración la
competencia del personal de que dispone en relación a cada uno de ellos.
Para trabajar en condiciones de seguridad es importante que el especialista
tenga la competencia necesaria para la dirección de las operaciones y el
artillero debe, así mismo, ser lo suficientemente competente para dirigir los
trabajos sobre el terreno.
PLANIFICACION DE LAS OPERACIONES DE VOLADURAS.
Cuando se efectúan voladuras junto a edificios, vías de tráfico, instalaciones u
otros servicios, de forma que pueda existir algún riesgo de daños, el trabajo ha
de ser dirigido por una persona competente de acuerdo a un plan de voladura
predeterminado.
Este plan ha de incluir la información necesaria sobre las operaciones de
barrenacion, carga, protección y encendido proyectados, así como las medidas
relativas a la evaluación y vigilancia del escenario de la voladura. El plan de
voladura ha de conservarse en este lugar y sus especificaciones han de ser
trasmitidas a las personas empleadas en el trabajo en cuestión. Cuando sea
necesario, han de tomarse las medidas oportunas para evitar las vibraciones
del terreno.
EVALUACION Y VIGILANCIA DEL LUGAR DE LA VOLADURA.
Cuando se efectúan las voladuras en la proximidad de edificios, carreteras
publicas, líneas de energía y otras instalaciones o servicios en los que existan
riesgos de daños materiales o personales, la roca ha de ser saneada con la
suficiente extensión y las cargas han de ser cubiertas con materiales de
protección de modo que en el curso de las voladuras no sean proyectadas
piedras, tierras, etc., sobre los alrededores.
Dentro de un cierto radio a partir del lugar de la voladura existe riesgo de daños
personales y materiales que pueden ser causados por las piedras proyectadas
al aire y las ondas de choques aéreas; para evitar estos daños, la zona de
peligro ha de ser evacuada y vigilada.
El artillero es responsable de garantizar que la zona de peligro ha sido
evacuada y esta guardada por un número suficiente de personas con banderas
rojas desplegadas cuando vaya a hacerse la voladura. Estas personas están
autorizadas para detener a cualquiera que vaya a entrar en la zona de peligro
de la voladura y deben detener, así mismo, todo el trafico que penetre en dicha
zona. No pueden abandonar sus puestos hasta recibir la señal
correspondiente.
Se hace necesario comprobar que los custodios están bien instruidos sobre sus
obligaciones y asegurarse de que la zona de peligra ha sido evacuada y dichos
custodios están en sus puestos antes de la voladura.
Debe prestarse la debida atención a las personas que vivan en las cercanías,
publicando un aviso con la antelación suficiente para que puedan prepararse
para la explosión, proporcionando una información clara e inequívoca sobre las
señales y gritos que se usaran en cuestión de la voladura.
RETORNAR AL LUGAR DE LA VOLADURA.
Nadie, con la única excepción del artillero, puede volver al lugar de la voladura
antes de que se de la señal de retorno.
Cuando la voladura ha tenido lugar y no exista ya mas peligro, se deberá dar
una señal de retorno por parte del artillero.
Antes de dar la señal de retorno, el artillero debe examinar rigurosamente el
lugar y comprobar si existen algunas cargas residuales que sean visibles. Los
detonadores que no han hecho explosión pueden ser detectados observando si
hay cables aparentemente intactos.
Bibliografía utilizada:
A. Voladuras. Instrucción para las tropas de ingenieros. Estado Mayor de
las Fuerzas Armadas Revolucionarias. Segunda edición, corregida y
aumentada. La Habana, Cuba.
B. Maquinaria General de Obras y Movimiento de Tierra. Ing. Paul Galabru.
Edición Revolucionaria. Instituto del Libro. La Habana, Cuba.
C. Técnicas de voladuras y Voladuras especiales. Carlos Nodal Ariosa e
Ing. Mirtha Stephenson Noa. Departamento de Voladuras Especiales
ENIA. MICONS. La Habana, Cuba.