Clase 5

5. TÉCNICAS DE VOLADURA CONTROLADA Y ROCAS VOLANTES

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TÍPICO ESQUEMA DE VOLADURA DE CONTROL

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TECNICAS DE VOLADURAS CONTROLADAS• Para controlar los efectos de una voladura y minimizar los daños en la paredes finales,

conservando la calidad de la estructura rocosa.

• Se basa en el principio de producir una falla de tensión a lo largo de la fila de taladros decontorno, tratando de evitar que la roca se rompa por compresión.

• Es decir la presión generada por la expansión de gases dentro del taladro no debesobrepasar la resistencia a la compresión de la roca.

Las técnicas mas conocidas son:

Perforación en línea (line drilling).

Precorte (presplitting)

Recorte o voladura suave (smooth/cushion blasting)

Voladuras amortiguadas ( buffer blasting).

Columna de aire (air deck blasting)

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PERFORACION EN LINEA (LINE DRILLING)

• Es el mas antiguo y no es estrictamente una técnica de voladura, consiste en la

perforación de taladros a lo largo del contorno final.

• No son en general cargados con explosivos, pero si se cargan, solo se coloca

cordón detonante. La fractura en la fila de taladros se genera por el frente de

compresión causado por la voladura principal, generalmente se utilizan diámetros

no mayores a 76 mm (3”), con espaciamientos entre 1 a 4 veces el diámetro del

taladro.

• El espaciamiento depende del grado de fracturamiento existente en la roca. Se

acostumbra reducir el burden, espaciamiento entre un 25 a 50 % y el factor carga

de la fila de taladros de producción más cercana a la línea de control en un 50%.

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DISEÑO TIPICO DE LINE DRILLING

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PRECORTE (PRESPLITTING) (I)

• Consiste en generar una fractura en el contorno de la voladura, aislando así la rocaa fragmentar del resto del macizo rocoso.

• Los taladros se perforan con espaciamiento reducido, con su carga de explosivoprecalculado y se les detona simultáneamente antes que los taladros de producción.

• La fractura generada permitirá la disipación de la onda de compresión y de losgases provenientes de los taladros de producción.

• Según la teoría de la elasticidad, asumiendo que la roca se comporta como unsólido elástico y homogéneo, se pueden deducir las formulas que permiten el calculodel espaciamiento entre taladros de precorte, de forma que crean una fractura detensión a lo largo de la fila de contorno.

• Las tensiones originadas por la detonación de un taladro pueden ser aproximadas alcaso de un tubo cilíndrico de espesor infinito.

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PRECORTE (PRESPLITTING) (II)• Es posible demostrar que las tensiones radiales y tangenciales a una determinada

distancia del centro del tubo están dadas por:

Donde:σr y σt = Tensión radial y tangencial respectivamente.Pt = Presión de explosión dentro del taladro.rt = Radio del taladror = Distancia del centro del taladro al punto de medición.

2

rrP t

tr

2

rrP t

tt

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PRECORTE (PRESPLITTING) (II)

• La tensión tangencial, será la más importante, ya que será responsable de

generar la fractura radial de tracción a lo largo del contorno de la voladura de

control. Integrando la ecuación que define la tensión tangencial, se puede

determinar la tensión tangencial total (σT) a lo largo de una línea radial, dada por:

ttT rP 2

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PRECORTE (PRESPLITTING) (III)• La fuerza (F) que resista la tensión tangencial total será el producto de la resistencia a

la tracción de la roca multiplicada por el área de aplicación de dicha tensión, expresadapor unidad de longitud:

• T es la resistencia a la tracción y S es el espaciamiento. Para que se genere unafractura de tracción debe cumplir

Esto expresado en función del diámetro del taladro (Dt) será:

TrSF t )2(

TrSrP ttt )2(2

TTPDS t

t)(

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PRECORTE (PRESPLITTING) (III)

• Esta ultima formula es mas efectiva en macizos rocosos homogéneos, para

calcular el espaciamiento optimo entre dos taladros de precorte una vez

conocido el diámetro del taladro.

• En precorte, es común utilizar taladros de pequeño diámetro que pueden

variar entre 50 a 100 mm, con espaciamientos entre 0.6 a 1.2 m y una

profundidad máxima de ~18m (60’).

• La tendencia actual es de utilizar el mismo diámetro de taladro que el

utilizado para la voladura de producción. Ello permite reducir costos, ya que

se puede utilizar un mayor espaciamiento.

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RECORTE (TRIM/CUSHION BLASTING)

• Consiste en hacer una sola fila de taladros y detonar después de la voladura deproducción y tiene como objetivo cortar el material excedente en la pared delbanco, hasta la línea final de excavación para mejorar su estabilidad.

• Se cargan con explosivos desacoplados y se llena con atacado el resto del taladro.El atacado atenúa la onda de compresión transmitida a la roca, minimizando asílos cráteres y sobre roturas.

• Se detonan simultáneamente o con retardos de ms entre ellos, generalmente elespaciamiento es de 12 a 15 veces el diámetro del taladro y de 0.6 a 0.8 veces elburden.

• El smooth blasting, es muy similar a la de recorte, con la diferencia de que elsmooth blasting se dispara inmediatamente después de los taladros de producciónutilizando los mismos parámetros.

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VOLADURA AMORTIGUADA (BUFFER BLASTING) (I)

• Consiste en modificar la ultima fila de la voladura de producción reduciendo elburden, espaciamiento y concentración de carga explosiva, para amortiguar laacción de la onda de compresión proveniente de los taladros de producción enla pared del banco..

• El burden es de 0.5 a 0.7 veces el burden de producción y el espaciamiento 1.0a 1.25 veces del burden amortiguado.

• El factor de carga es 0.5 a 0.8 veces que el de la producción.

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VOLADURA AMORTIGUADA (BUFFER BLASTING) (II)

• La carga explosiva puede ser estimada utilizando la formula de distancia escalada.

Donde:

d = Distancia del fondo del taladro hasta el centro de gravedad de los primeros 8diámetros de la carga en pies (m).

K = Distancia escalada, cuyo valor varia entre 3.5 a 4.5 pie/lb1/3.(1.39 a 1.78 m/kg1/3), generalmente 4 pie/lb1/3.

W = Carga explosiva en lb (kg)

3/1WKd

• Esta técnica de todas maneras usa atacado.

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COLUMNA DE AIRE (AIR DECK BLASTING) (I)

Fue enunciada por Melnikov y Marenko, académicos rusos, hace variasdécadas, pero su experimentación y su aceptación es relativamente reciente.La diferencia fundamental a las otras técnicas es que una cantidad específicade explosivos es cargado solo en el fondo del taladro y la mayor parte deltaladro queda vacío, pero sellado con un tapón de aire cerca al collar y conatacado.

Según Bussey, uno de los que iniciaron su aplicación “La onda de choque vahacia arriba y se refleja del taco y produce esfuerzos en el área circundante altaladro de 3 a 5 veces mas grande que donde hay carga”.

Estos esfuerzos aumentan por la presión de los gases de espacio entre cargay carga, puede quedar ocupado por aire, o rellenado por el detritus de laperforación o en su defecto por tierra suelta.

La decisión por cualquiera de las opciones anteriores, es función también delos resultados observados en el terreno.

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COLUMNA DE AIRE (AIR DECK BLASTING) (II)

• CARGAS DE BAJA DENSIDAD ESPACIADASGeneralmente se usa ANFO de baja densidad, que son espaciados por tacosintermedios de aire, detritus y/o tierra suelta, se diferencia del caso anterior por dosrazones: Utiliza iniciación múltiple y sirve para diámetros de taladros medianos agrandes por razones de diámetro crítico de este ANFO.

• CARGA DE FONDO CON COLUMNA DE AIRESu uso es mas recomendable en terrenos competentes, ya que en terrenosfisurados, los gases que deben hacer el trabajo de corte, escapan prematuramentepor las fisuras que se traducen en perdida de energía y dan pobres resultados. Lacarga de fondo generalmente es un agente de voladura tipo ANFO o hidrogel

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DISEÑOS DE CARGA EN TALADROS DE VOLADURA CONTROLADA EN FUNCIÓN AL DIÁMETRO

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METODO DE CARGUÍO DE EXPLOSIVOS EN VOLADURA CONTROLADA LINEAS DESCENDENTES PUEDEN SER CORDON DETONANTE, NONEL, FULMINANTE

ELÉCTRICO O ELECTRÓNICO

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DISEÑO DE CARGA UTILIZADOS EN TALADROS DE PRODUCCIÓN

(64 mm Ø con presencia de agua dinámica)

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DISEÑO DE CARGA UTILIZADOS EN TALADROS DE PRECORTE

(64 mm Ø con presencia de agua)

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EJEMPLO DE VOLADURA CONTROLADA CON COLUMBA DE AIRE (DIÁMETRO DE TALADRO:250 mm)

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PROPIEDADES DE LOS MACIZOS ROCOSOS

• Tienen bastante influencia tanto en el diseño como en los resultados de la voladuras de contorno. Las propiedades más importantes son:

– Las resistencias dinámicas a la tracción y compresión.– Nivel de alteración de la roca.– Grado de fracturamiento, espaciamiento de discontinuidades, orientación de la

fracturas y relleno de las mismas.– Tensiones residuales del macizo rocoso.– Grado de homogeneidad de la formación rocosa.

PARAMETROS QUE INTERVIENEN EN UNA VOLADURA CONTROLADA

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PROPIEDADES DEL EXPLOSIVO

• La presión del taladro que es la presión ejercida por la expansión de los gases de detonación, cuanto menor será el daño a la pared final de la voladura. Esta presión es aproximadamente la mitad de la presión de detonación del explosivo.

Donde:Pt = Presión del explosivo generado por lo gases dentro del taladro.ρe = Densidad del explosivo.VOD= Velocidad de detonación del explosivo.

8)( 2VODePt

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Para reducir la presión dentro del taladro, se debe desacoplar y espaciar las cargas dentro del taladro, el grado de acople de una carga explosiva esta dada por:

Donde:CR= Relación de acoplamiento.De= diámetro de explosivo.Dt = diámetro del taladro.C= % del taladro cargado con explosivo.

t

eR D

DCC 2/1)(

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• La expresión matemática que determina la presión dentro del taladro de una cargadesacoplada esta basada asumiendo que la expulsión de los gases desde elvolumen inicial del explosivo hasta el volumen final del taladro es adiabática, por lotanto:

Donde:

Es la relación entre los calores específicos a volumen y a presión constanterespectivamente (Cv/Cp), asignándoles un valor típico de La relación entreambos resulta.

Constante)()( te PVPV

2.14.22

t

et

t

et D

DPDDPPtd

323

•Ptd, es la presión dentro del taladro desacoplado, entonces para una

carga explosiva desacoplada y espaciada, la expresión matemática

será:


4.22/14.2)(

t

etRt D

DCPCPPtd

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PRECISION EN LA PERFORACION

• La precisión en la perforación es mucho más importante que para cualquier otro

tipo de voladura.

• Los taladros deben encontrarse en el plano o superficie que se desea conseguir y

mantenerse paralelos en la distancia que ha sido fijada en los cálculos.

• Existen varias causas de desviaciones de los taladros y sus correctivos

correspondientes.

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GEOMETRIA DE LA VOLADURA Y SECUENCIA DE INICIACION

Lo que se expone a continuación se refiere a las voladuras de precorte y recorte.

DIAMETRO DE PERFORACION

En los trabajos de banqueo, los diámetros de perforación más utilizados varíanentre 50 a 203 mm. Se ha comprobado que el radio del cilindro de la roca querodea al taladro que es afectado por la voladura es directamente proporcional aldiámetro del mismo, siempre se mantenga una relación constante entre su longitudy diámetro.

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ESPACIAMIENTO Y PROFUNDIDAD

El espaciamiento entre los taladros de una voladura de contorno, depende del tipo de roca y del diámetro de perforación, y aumenta conforme también aumenta el diámetro.

En voladuras de precorte la relación “S/Dt” puede estar entre 8 y 12, con un valor medio de 10. En voladuras de recorte, la relación “S/Dt” están entre 13 y 16, con un valor medio de 15.

GEOMETRIA DE LA VOLADURA Y SECUENCIA DE INICIACION

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Una aproximación empírica que relaciona la dimensión de espaciamiento con lascaracterísticas del explosivo con o sin desacoplamiento y las propiedadesdinámicas de las rocas en las voladuras de precorte, es la expresión que iguala laresistencia a la tracción de la roca a través del plano de corte con la presiónejercida por lo gases en las cañas de los taladros, suponiendo que estos actúan enun área equivalente al diámetro de dichos taladros.

Donde:S = Espaciamiento entre taladros.Dt = diámetro del taladro.Ptd = Presión dentro del taladro desacoplado.T = Resistencia a la tracción de la roca.

TDSDPtd tt )(

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Si las tensiones in-situ son altas, la ecuación anterior puede modificarse añadiendo las tensiones normales que actúan sobre el plano de precorte:

NN

TTPtdS

)(

TTPtdDS t

)(

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DENSIDAD LINEAL DE CARGA

• La densidad lineal de carga de explosivo, debe realizarse teniendo en cuentalas siguientes premisas:

• Producir una presión de taladro inferior a la resistencia dinámica a lacompresión de la roca.

• Controlar el nivel de vibración generado en la voladura que induce unastensiones en la roca susceptibles de producir roturas en la misma.

• Para el cálculo aproximado y rápido de la cantidad de explosivo necesario paradiseñar una voladura de contorno, pueden emplearse las siguientesexpresiones:

• Las ecuaciones anteriores son deducidas como valores promedios paraexplosivos con una densidad de 1.2 g/cc y una roca con características tambiénmedias.

251 )(105.8)/( mmDmkgq t

130)()/( 2 mmDmKgq t

N

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TIEMPOS DE RETARDO Y SECUENCIAS DE INICIACION

• Como ya se ha indicado, la aparición de una grieta a lo largo de una fila detaladros, esta basada en el efecto casi simultaneo de la respectivas ondas dechoque, por ello los mejores resultados se obtendrán cuando los taladros esténconectados a la misma línea de cordón detonante o iniciados con detonadoresdel mismo numero ó periodo.

• Cuando por problemas de vibraciones, debe reducirse la cantidad de explosivodetonado por unidad de tiempo, se puede intercalar retardos de ms entredistintos grupos de taladros o iniciar cada grupo con un detonador demicroretardo de distinto numero ó periodo.

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EVALUACION DE RESULTADOS

• La evaluación de los resultados obtenidos en una voladura de contorno, puedehacerse de forma cuantitativa y cualitativa.

• La evaluación cuantitativa se basa en calculo del factor de cañas visibles “FCV”,que es el cociente entre la longitud de la cañas variables y la longitud perforada.

• pero para optimizar resultados es mas importante un análisis conjunto de lasuperficie obtenida para cada tipo de daño, que aparece y su posible origen yluego corregirlo con las soluciones existentes.

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VOLADURA DE PRECORTE EN MINA A TAJO ABIERTO

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CLASE DE ROCAFACTOR DE CARGA

RECOMENDADO POR DISPARO (lb/yd3)

MÁXIMO AVANCE PERMITIDO DE TÚNELES

POR DISPARO (pie)

MÁXIMO AVANCE PERMITIDO EN BANQUEO

(pie)

1 3.7 12 No Max

2 3.5 7 – 9 14 – 18

3 3.0 6 – 7 12 – 14

4 1.7 4 – 5 8 – 10

5 1.3 4 8

ESPECIFICACIONES GENERALES PARA TÚNELES

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Formación de una cara libre a una distancia Bc del perímetro resultante de los taladros deproducción

Rocas de mayor tamaño en la región del perímetro respecto a los taladros de producción

FORMACION DEL PERIMETRO CON PRECORTE EN SUBTERRANEO

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