Manual

Manual de Perf oracin y Voladura de R ocas 2 de 404

Ing. Miguel A. Gil +58 416 6860099 [email protected] 2012

CONTENIDO

CAPITULO 1: HISTORIA DE LOS EXPLOSIVOS ............................................................................................................... 11

COMIENZOS ................................................................................................................................................................... 11 APARICIN DE LA PLVORA E INVENCIN DE LOS PRIMEROS EXPLOSIVOS .................................................................. 11 APARICIN DE LA DINAMITA ......................................................................................................................................... 12 DESARROLLOS MODERNOS ........................................................................................................................................... 13

CAPITULO 2: TERMODINMICA DE LAS REACCIONES EXPLOSIVAS ............................................................................. 15

PROCESOS DE REACCIN ............................................................................................................................................... 15 Combustin ............................................................................................................................................................... 15 Deflagracin .............................................................................................................................................................. 15 Detonacin ................................................................................................................................................................ 15 Explosin ................................................................................................................................................................... 16

PROCESO DE LA DETONACIN DE UN EXPLOSIVO ......................................................................................................... 16 TERMOQUMICA DE LOS EXPLOSIVOS ........................................................................................................................... 17

Presin de detonacin ............................................................................................................................................... 17 Presin de explosin .................................................................................................................................................. 18 Presin en el barreno o Presin de Trabajo (PT)........................................................................................................ 18 Calor de Explosin ..................................................................................................................................................... 19 Volumen de Gases ..................................................................................................................................................... 20 Balance de Oxgeno ................................................................................................................................................... 20 Energa Mnima Disponible ....................................................................................................................................... 21 Temperatura de Explosin ......................................................................................................................................... 21

CAPITULO 3: PROPIEDADES DE LOS EXPLOSIVOS ........................................................................................................ 22

VELOCIDAD DE DETONACIN ........................................................................................................................................ 22 DENSIDAD ...................................................................................................................................................................... 24 POTENCIA Y ENERGA ..................................................................................................................................................... 24 RESISTENCIA AL AGUA ................................................................................................................................................... 27 SENSIBILIDAD ................................................................................................................................................................. 27 DESENSIBILIZACIN ....................................................................................................................................................... 28 TRANSMISIN DE LA DETONACIN ............................................................................................................................... 28 EMANACIN DE GASES (HUMOS) .................................................................................................................................. 29 INFLAMABILIDAD ........................................................................................................................................................... 30 ESTABILIDAD .................................................................................................................................................................. 30

CAPITULO 4: CLASIFICACIN DE LOS EXPLOSIVOS ...................................................................................................... 32

CLASIFICACIN GENERAL DE LOS EXPLOSIVOS .............................................................................................................. 32 Explosivos Mecnicos ................................................................................................................................................ 32 Explosivos Nucleares ................................................................................................................................................. 33 Explosivos Qumicos .................................................................................................................................................. 33 Deflagrantes .............................................................................................................................................................. 37

CLASIFICACIN POR CARACTERSTICAS ......................................................................................................................... 38 CLASIFICACIN POR TIPOLOGA ..................................................................................................................................... 38

CAPITULO 5: EXPLOSIVOS INDUSTRIALES ................................................................................................................... 40

EXPLOSIVOS NO SENSIBLES AL DETONADOR (AGENTES DE VOLADURA) ....................................................................... 40 Nitrato de Amonio ..................................................................................................................................................... 40 ANFO ......................................................................................................................................................................... 41 ANFOAL ..................................................................................................................................................................... 43 Hidrogeles (slurries) ................................................................................................................................................... 43 Emulsiones ................................................................................................................................................................. 44



ANFO Pesado ............................................................................................................................................................. 45 EXPLOSIVOS SENSIBLES AL DETONADOR ....................................................................................................................... 46

Dinamitas .................................................................................................................................................................. 46 Hidrogeles sensibilizados (sensibles al detonador).................................................................................................... 49 Emulsiones sensibilizadas (sensibles al detonador) ................................................................................................... 49 Explosivos de seguridad ............................................................................................................................................. 50 Explosivos especiales ................................................................................................................................................. 50

CAPITULO 6: SELECCIN DE EXPLOSIVOS.................................................................................................................... 52

USO DE LOS EXPLOSIVOS INDUSTRIALES ........................................................................................................................ 52 CRITERIOS DE SELECCIN ............................................................................................................................................... 52

Precio del explosivo ................................................................................................................................................... 52 Dimetro del barreno ................................................................................................................................................ 53 Caractersticas de la roca .......................................................................................................................................... 54 Presencia de agua ..................................................................................................................................................... 55 Atmosfera de trabajo ................................................................................................................................................ 55

CAPITULO 7: ACCESORIOS DE VOLADURA .................................................................................................................. 57

DISPOSITIVOS NO ELCTRICOS PARA LA INICIACIN ..................................................................................................... 57 Detonador corriente (o fulminante) .......................................................................................................................... 57 Mecha de Seguridad .................................................................................................................................................. 58 Cordn de ignicin y conector ................................................................................................................................... 59 Cordn Detonante ..................................................................................................................................................... 60 Conectores de Retardo para cordn detonante ........................................................................................................ 61 Reforzadores (Boosters) ............................................................................................................................................ 62 Detonador no elctrico (Nonel) ................................................................................................................................. 63

DISPOSITIVOS ELCTRICOS PARA LA INICIACIN ........................................................................................................... 64 Detonadores elctricos .............................................................................................................................................. 64

OTROS ACCESORIOS ....................................................................................................................................................... 66

CAPITULO 8: TCNICAS DE CEBADO Y CARGA ............................................................................................................. 69

PROPIEDADES DEL CEBADO ........................................................................................................................................... 69 ENSAMBLADO DEL CEBO ............................................................................................................................................... 70 UBICACIN DEL CEBO .................................................................................................................................................... 72 RECOMENDACIONES SOBRE EL CEBADO ....................................................................................................................... 74 TCNICAS DE CARGA DE BARRENOS............................................................................................................................... 76

CAPITULO 9: SISTEMAS DE INICIACIN ....................................................................................................................... 82

APLICACIN DE LOS SISTEMAS DE INICIACIN .............................................................................................................. 83 INICIACIN CON MECHA DE SEGURIDAD Y DETONADOR CORRIENTE ........................................................................... 84

Fundamento .............................................................................................................................................................. 84 Ensamblaje ................................................................................................................................................................ 84 Cebado del cartucho .................................................................................................................................................. 85 Encendido (chispeo) ................................................................................................................................................... 86 Almacenamiento, manejo y transporte ..................................................................................................................... 88

SISTEMA DE INICIACIN CON CORDN DE IGNICIN .................................................................................................... 88 Ensamblaje ................................................................................................................................................................ 88 Normas para el uso ................................................................................................................................................... 89

SISTEMA DE INICIACIN ELCTRICO .............................................................................................................................. 89 Fundamento .............................................................................................................................................................. 89 Componentes del sistema .......................................................................................................................................... 91 Principios bsicos de la voladura elctrica ................................................................................................................ 97 Revisin de los circuitos ........................................................................................................................................... 101

SISTEMA DE INICIACIN CON CORDN DETONANTE .................................................................................................. 102 Fundamento ............................................................................................................................................................ 102



Cebado y carga ........................................................................................................................................................ 103 Uso de retardos ....................................................................................................................................................... 104 Efectos del cordn detonante sobre la columna explosiva ...................................................................................... 105 Conexiones .............................................................................................................................................................. 105

SISTEMA DE INICIACIN NO ELCTRICO CON TUBO DE CHOQUE ................................................................................ 107 Fundamento ............................................................................................................................................................ 107 Componentes del sistema ........................................................................................................................................ 107 Accesorios de conexin e iniciacin ......................................................................................................................... 109 Iniciacin del sistema .............................................................................................................................................. 111 Utilizacin del sistema ............................................................................................................................................. 111 Ventajas de la utilizacin del sistema ...................................................................................................................... 112 Desventajas de la utilizacin del sistema ................................................................................................................ 112

CONSIDERACIONES FINALES SOBRE LOS SISTEMAS DE INICIACIN ............................................................................. 112

CAPITULO 10: SEGURIDAD EN EL USO DE EXPLOSIVOS ............................................................................................. 116

NORMAS Y ASPECTOS GENERALES ............................................................................................................................... 116 ALMACENAMIENTO DE EXPLOSIVOS ........................................................................................................................... 117 TRANSPORTE DE EXPLOSIVOS ...................................................................................................................................... 119 USO DE LOS EXPLOSIVOS ............................................................................................................................................. 120 DESTRUCCIN DE EXPLOSIVOS .................................................................................................................................... 122 TRATAMIENTO DE FALLAS............................................................................................................................................ 123

CAPITULO 11: EFECTOS DE LAS ROCAS Y LA GEOLOGA EN LAS VOLADURAS ............................................................ 124

TIPOLOGA DE LAS ROCAS PARA VOLADURAS .............................................................................................................. 124 PROPIEDADES Y CARACTERSTICAS DE LA ROCA .......................................................................................................... 124

Densidad o peso especfico ...................................................................................................................................... 125 Porosidad ................................................................................................................................................................. 125 Esponjamiento ......................................................................................................................................................... 126 Humedad ................................................................................................................................................................. 126 Dureza ..................................................................................................................................................................... 126 Resistencia mecnica a la compresin y tensin. .................................................................................................... 126 Frecuencia ssmica de la roca .................................................................................................................................. 127 Variabilidad ............................................................................................................................................................. 127 Friccin interna ........................................................................................................................................................ 127

ESTRUCTURAS PRESENTES EN LAS ROCAS ................................................................................................................... 128 Estratificacin o bandeamiento .............................................................................................................................. 128 Esquistosidad ........................................................................................................................................................... 128 Fracturas ................................................................................................................................................................. 128 Fallas ....................................................................................................................................................................... 128 Contactos ................................................................................................................................................................. 128

INFLUENCIA DE LAS ESTRUCTURAS EN LAS VOLADURAS ............................................................................................. 129 Litologa ................................................................................................................................................................... 129 Estructuras preexistentes ........................................................................................................................................ 129

CONTROL GEOESTRUCTURAL DEL MACIZO ROCOSO ................................................................................................... 131 Influencia del rumbo en las voladuras ..................................................................................................................... 131 Influencia del buzamiento en las voladuras ............................................................................................................ 132

ESTRUCTURAS EN TRABAJOS SUBTERRNEOS ............................................................................................................. 133

CAPITULO 12: PRINCIPIOS GENERALES DE LA VOLADURA ........................................................................................ 135

MECANISMOS DE ROTURA .......................................................................................................................................... 135 Descripcin del proceso ........................................................................................................................................... 135 Voladuras con retardo entre hileras de barrenos .................................................................................................... 136 Condiciones para la rotura ...................................................................................................................................... 137 Rendimiento energtico de las voladuras ............................................................................................................... 139

NOMENCLATURA ......................................................................................................................................................... 139



VARIABLES CONTROLABLES ......................................................................................................................................... 140 Variables geomtricas ............................................................................................................................................. 140

Dimetro del hueco ............................................................................................................................................................... 140 Altura del banco ..................................................................................................................................................................... 142 Inclinacin de los barrenos .................................................................................................................................................... 143 Atacadura .............................................................................................................................................................................. 144 Sobreperforacin ................................................................................................................................................................... 145 Retiro y espaciamiento .......................................................................................................................................................... 146 Patrones de voladura ............................................................................................................................................................. 146 Caractersticas del frente de la voladura (cara libre) ............................................................................................................. 148 Tamao y forma de las voladuras .......................................................................................................................................... 149 Volumen de expansin disponible ......................................................................................................................................... 150

Variables operativas ................................................................................................................................................ 151 Influencia del equipo de carga ............................................................................................................................................... 151 Fragmentacin ....................................................................................................................................................................... 151 Calidad de la perforacin ....................................................................................................................................................... 152

Variables fisicoqumicas .......................................................................................................................................... 153 Explosivos .............................................................................................................................................................................. 153 Configuracin de las cargas ................................................................................................................................................... 153 Distribucin de los explosivos en el barreno ......................................................................................................................... 154 Desacoplamiento de las cargas .............................................................................................................................................. 154 Consumo especifico de explosivos ......................................................................................................................................... 155 Iniciacin y cebado ................................................................................................................................................................ 155

Variables de tiempo ................................................................................................................................................. 155 Diseo de la secuencia de encendido .................................................................................................................................... 155

CONDICIONES PARA EL TRABAJO EFICIENTE DE LOS EXPLOSIVOS ............................................................................... 160 EVALUACIN DE RESULTADOS DE LA VOLADURA ........................................................................................................ 160

CAPITULO 13: VOLADURA DE BANCOS ..................................................................................................................... 162

VOLADURAS DE PEQUEO DIMETRO CON K 2 V ..................................................................................................... 163 Retiro terico (Vt) .................................................................................................................................................... 163 Sobreperforacin (U) ............................................................................................................................................... 164 Profundidad del hueco (H) ....................................................................................................................................... 164 Retiro prctico o real (V) ......................................................................................................................................... 165 Espaciamiento (E) .................................................................................................................................................... 165 Atacadura (H0) ......................................................................................................................................................... 165 Calculo de las cargas ............................................................................................................................................... 165

VOLADURAS DE PEQUEO DIMETRO CON K < 2V ...................................................................................................... 167 VOLADURAS DE GRAN DIMETRO ............................................................................................................................... 167

Dimetro de perforacin (D) ................................................................................................................................... 167 Altura de banco (K) .................................................................................................................................................. 167 Atacadura o Retacado (H0) ...................................................................................................................................... 168 Sobreperforacin (U) ............................................................................................................................................... 168 Inclinacin ............................................................................................................................................................... 168 Esquemas de perforacin ........................................................................................................................................ 168 Distribucin de carga ............................................................................................................................................... 168

VOLADURAS EN BANCO CON BARRENOS HORIZONTALES ........................................................................................... 169 VOLADURAS PARA PRODUCCIN DE ESCOLLERA ........................................................................................................ 170

CAPITULO 14: VOLADURA SUBTERRNEA ................................................................................................................ 172

VOLADURA DE TNELES .............................................................................................................................................. 172 Sistemas de avance ................................................................................................................................................. 173 Diseo del cuele o cua ........................................................................................................................................... 175 Diseo del patrn de voladura y clculo de las cargas ............................................................................................ 179

VOLADURA DE POZOS .................................................................................................................................................. 183 Mtodo de banqueo ................................................................................................................................................ 183 Mtodo de espiral.................................................................................................................................................... 184



Mtodo de seccin completa................................................................................................................................... 184 VOLADURA DE CHIMENEAS ......................................................................................................................................... 185

Mtodos con perforacin ascendente ..................................................................................................................... 185 Mtodos con perforacin descendente ................................................................................................................... 187 Comentarios finales ................................................................................................................................................. 189

CAPITULO 15: APLICACIONES ESPECIALES ................................................................................................................ 191

VOLADURAS CONTROLADAS O DE CONTORNO ........................................................................................................... 191 Teora del mtodo ................................................................................................................................................... 192 Aspectos generales de las voladuras controladas ................................................................................................... 193 Ventajas de la voladura controlada ........................................................................................................................ 193 Desventajas de la voladura controlada ................................................................................................................... 193 Aspectos prcticos a considerar .............................................................................................................................. 194 Voladura de precorte ............................................................................................................................................... 195

Aplicacin .............................................................................................................................................................................. 195 Ventajas ................................................................................................................................................................................. 197 Limitaciones ........................................................................................................................................................................... 197 Evaluacin de resultados ....................................................................................................................................................... 197

Voladuras suaves o de recorte ................................................................................................................................ 198 Principio ................................................................................................................................................................................. 199 Aplicacin .............................................................................................................................................................................. 199 Ventajas ................................................................................................................................................................................. 201 Limitaciones ........................................................................................................................................................................... 202

Barrenacin en lnea ................................................................................................................................................ 202 Principio ................................................................................................................................................................................. 202 Aplicacin .............................................................................................................................................................................. 202 Ventajas ................................................................................................................................................................................. 202 Desventajas ............................................................................................................................................................................ 203

Voladuras amortiguadas ......................................................................................................................................... 203 Principio ................................................................................................................................................................................. 203 Aplicacin .............................................................................................................................................................................. 203

Voladura adp (air deck presplitting o air shock blasting) ........................................................................................ 204 Principio ................................................................................................................................................................................. 204

VOLADURAS SECUNDARIAS ......................................................................................................................................... 205 Voladura de bloques con perforacin de barrenos.................................................................................................. 205

Parmetros para el clculo .................................................................................................................................................... 206 Ventajas ................................................................................................................................................................................. 207 Desventajas ............................................................................................................................................................................ 207

Voladura de bloques con cargas superficiales ......................................................................................................... 207 Mecnica de trabajo .............................................................................................................................................................. 208 Ventajas ................................................................................................................................................................................. 209 Desventajas ............................................................................................................................................................................ 209

Voladura de bloques con cargas dirigidas ............................................................................................................... 209 CORTES A MEDIA LADERA Y TRINCHERAS VIALES ......................................................................................................... 210

Cortes a media ladera ............................................................................................................................................. 212 Excavaciones en trinchera ....................................................................................................................................... 213

VOLADURA DE ZANJAS Y CANALES ............................................................................................................................... 214 VOLADURA DE RAMPAS ............................................................................................................................................... 217 VOLADURA DE NIVELACIN DE PISOS .......................................................................................................................... 218 COSTO DE LAS OPERACIONES DE VOLADURA .............................................................................................................. 220

Costo de materiales ................................................................................................................................................. 220 Explosivos y accesorios de voladura explosivos ..................................................................................................................... 220 Accesorios de voladura no explosivos ................................................................................................................................... 221 Materiales consumibles varios .............................................................................................................................................. 221 Materiales y herramientas no consumibles ........................................................................................................................... 221

Costo de equipos ..................................................................................................................................................... 221 Labor........................................................................................................................................................................ 221



Costo total ............................................................................................................................................................... 222

CAPITULO 17: EFECTOS DE LAS VOLADURAS EN EL ENTORNO .................................................................................. 223

VIBRACIONES INDUCIDAS A LA MASA ROCOSA............................................................................................................ 223 Variables que afectan las caractersticas de las vibraciones ................................................................................... 223 Caractersticas de las vibraciones terrestres ........................................................................................................... 226

ONDAS DE CHOQUE AREAS Y RUIDO GENERADOS POR LA VOLADURA...................................................................... 230 Criterios para controlar los efectos de las ondas de choque areas ....................................................................... 233

PROYECCIONES DE ROCA ............................................................................................................................................. 233 Factores que favorecen las proyecciones ................................................................................................................ 233 Causas directas de las proyecciones ........................................................................................................................ 234 Proyecciones debido al movimiento de la masa rocosa .......................................................................................... 236 Proyecciones debido a la rotura de barrenos por carga inadecuada ...................................................................... 237 Proyecciones de la superficie del banco por presin de gases................................................................................. 237 Medidas a tomar para controlar las proyecciones de roca ..................................................................................... 238 Elementos de proteccin ......................................................................................................................................... 238

CAPITULO 18: PRINCIPIOS GENERALES DE LA PERFORACIN .................................................................................... 240

MTODOS DE PENETRACIN EN LA ROCA ................................................................................................................... 240 COMPONENTES DEL SISTEMA ...................................................................................................................................... 241 TIPOLOGA DE LAS OPERACIONES DE PERFORACIN ................................................................................................... 242 FACTORES QUE AFECTAN A LA PERFORACIN ............................................................................................................. 242

Caractersticas de las rocas ..................................................................................................................................... 243 Propiedades que afectan la perforacin ................................................................................................................................ 245 Perforabilidad ........................................................................................................................................................................ 248 Estabilidad ............................................................................................................................................................................. 249

Diseo de la voladura .............................................................................................................................................. 250 Dimetro de la perforacin .................................................................................................................................................... 250 Altura del banco ..................................................................................................................................................................... 251 Profundidad del hueco .......................................................................................................................................................... 251 Inclinacin de la perforacin ................................................................................................................................................. 251 Calidad de la perforacin ....................................................................................................................................................... 252

Variables de operacin ............................................................................................................................................ 254 Perforadora ............................................................................................................................................................................ 254 Empuje ................................................................................................................................................................................... 254 Movimiento de rotacin ........................................................................................................................................................ 254 Fluido de circulacin .............................................................................................................................................................. 255 Barras de transmisin ............................................................................................................................................................ 255 Brocas .................................................................................................................................................................................... 256

Caractersticas del entorno ...................................................................................................................................... 256 Condiciones del terreno ......................................................................................................................................................... 256 Condiciones climatolgicas .................................................................................................................................................... 257 Restricciones ambientales ..................................................................................................................................................... 257

Factores de servicio ................................................................................................................................................. 258 Montaje y tamao de la mquina .......................................................................................................................................... 258 Energa disponible ................................................................................................................................................................. 258 Supervisin ............................................................................................................................................................................ 258 Entrenamiento del personal .................................................................................................................................................. 258 Organizacin del trabajo ........................................................................................................................................................ 259 Mantenimiento y conservacin del equipo ........................................................................................................................... 259

CAPITULO 19: APLICACIN DE LOS MTODOS DE PERFORACIN ............................................................................. 260

MTODOS .................................................................................................................................................................... 260 Perforacin rotopercutiva ....................................................................................................................................... 260 Perforacin rotativa con triconos ............................................................................................................................ 262

CRITERIOS PARA LA SELECCIN DEL MTODO DE PERFORACIN ................................................................................ 263 Equipos de perforacin para trabajos a cielo abierto ............................................................................................. 263



Equipos de perforacin para trabajos subterrneos ............................................................................................... 265

CAPITULO 20: PERFORACIN POR ROTOPERCUSIN................................................................................................ 266

ELEMENTOS BSICOS DE LA PERFORACIN A ROTOPERCUSIN ................................................................................. 267 Percusin ................................................................................................................................................................. 268 Rotacin .................................................................................................................................................................. 270 Fuerza de empuje .................................................................................................................................................... 271 Barrido del hueco .................................................................................................................................................... 272

PERFORACIN CON MARTILLO EN CABEZA .................................................................................................................. 274 Martillos en cabeza neumticos .............................................................................................................................. 274 Principio operativo de un martillo neumtico ......................................................................................................... 275 Martillos en cabeza hidrulicos ............................................................................................................................... 278 Principio operativo de un martillo hidrulico .......................................................................................................... 279 Comparacin entre los sistemas de perforacin hidrulico y neumtico ................................................................ 281

PERFORACIN CON MARTILLO DE FONDO .................................................................................................................. 283 Principio operativo del martillo de fondo ................................................................................................................ 285 Ventajas y desventajas de la perforacin con martillo de fondo ............................................................................ 286

CAPITULO 21: EQUIPOS DE PERFORACIN A ROTOPERCUSIN ................................................................................ 288

SISTEMAS DE AVANCE .................................................................................................................................................. 288 Empuj .............................................................................................................................................. 288 Deslizaderas de cadena ........................................................................................................................................... 288 Deslizaderas de tornillo ........................................................................................................................................... 289 Deslizaderas de cable .............................................................................................................................................. 289 Deslizaderas hidrulicas .......................................................................................................................................... 289

SISTEMAS DE MONTAJE PARA OPERACIONES A CIELO ABIERTO .................................................................................. 290 Equipos con martillo en cabeza ............................................................................................................................... 291

Vagones perforadores sobre cauchos (Wagoon Drills) .......................................................................................................... 291 Carros perforadores sobre orugas (Crawler Drills) ................................................................................................................ 291 Equipos con martillo de fondo ............................................................................................................................................... 295

Perforadoras manuales (plogas) ............................................................................................................................. 298 SISTEMAS DE MONTAJE PARA OPERACIONES SUBTERRNEAS ................................................................................... 299

Jumbos para la perforacin mecanizada de galeras .............................................................................................. 299 Perforadoras de barrenos largos en abanico .......................................................................................................... 302 Perforacin de barrenos largos de gran dimetro .................................................................................................. 303 Perforadoras manuales ........................................................................................................................................... 304 Captadores de polvo ................................................................................................................................................ 305

PARMETROS OPERATIVOS ......................................................................................................................................... 306 Rendimiento de la operacin de perforacin .......................................................................................................... 307

Velocidad media de perforacin (Vp) ..................................................................................................................................... 307 Rendimiento del turno de trabajo (Rt) ................................................................................................................................... 310 Disponibilidad del equipo (De) ............................................................................................................................................... 312 Rendimiento de la perforacin (Rp) ....................................................................................................................................... 313

CONSUMO DE FILTROS, LUBRICANTES Y COMBUSTIBLE .............................................................................................. 314

CAPITULO 22: HERRAMIENTAS DE PERFORACIN ROTOPERCUTIVA ........................................................................ 316

BARRAS DE PERFORACIN (BARRENAS, BARRENOS, VARILLAS) ............................................................................................ 317 Barras Integrales ..................................................................................................................................................... 317 Barras de Extensin (barras roscadas) .................................................................................................................... 318 Tubos ....................................................................................................................................................................... 321

TIPOS DE ROSCAS ......................................................................................................................................................... 321 ADAPTADORES DE CULATA (SHANK) .............................................................................................................................. 323 ACOPLADORES (MANGUITOS DE ACOPLAMIENTO) ............................................................................................................... 323 BROCAS ........................................................................................................................................................................ 324 INSERTOS ..................................................................................................................................................................... 328

Insertos de Plaquitas ............................................................................................................................................... 328



Insertos de Botones ................................................................................................................................................. 328 CUIDADO Y MANTENIMIENTO DE LOS ACEROS DE PERFORACIN .............................................................................. 328

Cuidado y mantenimiento de brocas ....................................................................................................................... 329 Brocas de botones ................................................................................................................................................................. 329 Brocas de plaquitas ................................................................................................................................................................ 330 Barras integrales .................................................................................................................................................................... 331

Cuidado y mantenimiento de las barras .................................................................................................................. 331 Barras de extensin ............................................................................................................................................................... 331

CONSUMO DE ACEROS DE PERFORACIN ................................................................................................................... 331 Consumo de barras de perforacin (Cba) ................................................................................................................ 332 Consumo de acoples o Manguitos (Ca) .................................................................................................................... 333 Consumo de brocas (Cb) ........................................................................................................................................... 334 Consumo de shank (Cs) ............................................................................................................................................ 334

CAPITULO 23: COSTO DE LAS OPERACIONES DE PERFORACIN ROTOPERCUTIVA .................................................... 335

COSTOS DE POSESIN (CP) .......................................................................................................................................... 335 Depreciacin (D) ...................................................................................................................................................... 336 Costo de Seguro (S) .................................................................................................................................................. 337 Costo de Impuestos (I) ............................................................................................................................................. 337

COSTOS DE MANTENIMIENTO Y REPARACIONES (CM) ................................................................................................ 337 COSTOS DE CONSUMIBLES (CC) ................................................................................................................................... 338

Costos de combustible o energa (CE) ...................................................................................................................... 338 Costo de aceites, grasas y filtros (CL) ....................................................................................................................... 339 Costo de aceros de perforacin (CAP) ....................................................................................................................... 339

COSTO DE LABOR (CL) .................................................................................................................................................. 339 Salario (SJ) .............................................................................................................................................................................. 340 Costos Asociados al Salario (CAS) .......................................................................................................................................... 340

COSTO TOTAL DE PERFORACIN.................................................................................................................................. 340

CAPITULO 24: PERFORACIN ROTATIVA CON TRICONOS ......................................................................................... 341

PRINCIPIOS DE LA PERFORACIN POR ROTACIN ....................................................................................................... 341 ELEMENTOS ESTRUCTURALES DE LA PERFORACIN A ROTACIN ............................................................................... 342

Fuentes de energa .................................................................................................................................................. 342 Montaje del equipo ................................................................................................................................................. 343 Mstil o torre de perforacin .................................................................................................................................. 345 Cabina de mandos ................................................................................................................................................... 346

ACCESORIOS DE PERFORACIN ................................................................................................................................... 347 Barras ...................................................................................................................................................................... 347 Estabilizador ............................................................................................................................................................ 348 Amortiguador de impactos ...................................................................................................................................... 349 Brocas tricnicas...................................................................................................................................................... 350

VARIABLES OPERATIVAS DE LA PERFORACIN A ROTACIN ....................................................................................... 351 Fuerza de empuje .................................................................................................................................................... 351 Velocidad de rotacin .............................................................................................................................................. 354 Fluido de circulacin ................................................................................................................................................ 356 Generacin de polvo ................................................................................................................................................ 359 Nivelacin del equipo .............................................................................................................................................. 360 Estabilidad ............................................................................................................................................................... 360 Capacidad de remontar pendientes ........................................................................................................................ 360 Inyeccin de aceite y grasa ...................................................................................................................................... 360

RENDIMIENTO DE LA PERFORACIN A ROTACIN....................................................................................................... 360 Velocidad de Penetracin ........................................................................................................................................ 360 Velocidad media de perforacin .............................................................................................................................. 361

COSTOS DE LA PERFORACIN A ROTACIN ................................................................................................................. 362

CAPITULO 25: TRICONOS PARA PERFORACIN A ROTACIN .................................................................................... 363



COMPONENTES DE UNA BROCA TRICNICA Y ELEMENTOS DE DISEO ...................................................................... 364 Conos ....................................................................................................................................................................... 364 Cojinetes .................................................................................................................................................................. 366 Cuerpo de la broca................................................................................................................................................... 366

METALURGIA DE LOS MATERIALES DEL TRICONO ........................................................................................................ 367 TIPOS DE TRICONOS Y CRITERIOS DE SELECCIN ......................................................................................................... 368

Triconos de dientes .................................................................................................................................................. 369 Triconos de insertos ................................................................................................................................................. 369

EFECTOS DE LOS PARMETROS OPERATIVOS SOBRE LOS TRICONOS .......................................................................... 371 Efecto del Empuje .................................................................................................................................................... 371 Efecto de la velocidad de rotacin ........................................................................................................................... 371 Efecto del aire de barrido ........................................................................................................................................ 372

SELECCIN DE TOBERAS .............................................................................................................................................. 372 EVALUACIN DEL DESGASTE DEL TRICONO ................................................................................................................. 372

Fallos en los conos ................................................................................................................................................... 373 Fallos de los cojinetes .............................................................................................................................................. 373 Fallos del cuerpo de la broca (faldones) .................................................................................................................. 374

CAPITULO 26: MTODOS DE PERFORACIN ESPECIALES .......................................................................................... 375

PERFORACIN A TRAVS DE RECUBRIMIENTO ............................................................................................................ 375 Mtodo ODEX .......................................................................................................................................................... 376 Mtodo OD .............................................................................................................................................................. 377 Perforacin submarina ............................................................................................................................................ 379

PERFORACIN TRMICA (JET PIERCING) ...................................................................................................................... 380 PERFORACIN CON CHORRO DE AGUA ....................................................................................................................... 382 PERFORACIN DE ROCAS ORNAMENTALES ................................................................................................................. 383

CAPITULO 27: COMPRESORES .................................................................................................................................. 386

TIPOS DE COMPRESORES ............................................................................................................................................. 387 Compresores de pistn ............................................................................................................................................ 387 Compresores de paletas .......................................................................................................................................... 387 Compresores de tornillo .......................................................................................................................................... 387

INSTALACIN DE SISTEMAS DE AIRE COMPRIMIDO..................................................................................................... 388 ELEMENTOS AUXILIARES .............................................................................................................................................. 390

Filtros de aspiracin ................................................................................................................................................ 391 Depsito de aire ...................................................................................................................................................... 391 Elevadores de presin .............................................................................................................................................. 391

BIBLIOGRAFA .......................................................................................................................................................... 392

APNDICES ............................................................................................................................................................... 395

A.- TABLAS, DATOS Y MEDIDAS .................................................................................................................................... 395 B.- TRMINOS INGLS - ESPAOL ................................................................................................................................. 400



CAPITULO 1: HISTORIA DE LOS EXPLOSIVOS

COMIENZOS En los albores de la historia de la raza humana, el hombre se estableci en cavernas naturales para protegerse de los elementos. Posteriormente, aprendi que realizando trabajos de ampliacin y remodelacin, poda mejorar la comodidad de su caverna, surgiendo as los precursores de la Ingeniera de excavacin.

A medida que fue descubriendo la utilidad del pedernal, de los metales para fabricacin de herramientas, de los xidos minerales para colorear, etc., surgi la necesidad de excavar en la tierra para obtenerlos, surgiendo as los primeros trabajos de minera. Ms adelante se hizo necesario realizar excavaciones para otros fines, tales como pozos de agua, cementerios, tneles para escape o pasadizos de comunicacin, etc.

Todos estos trabajos de excavacin y minera se ejecutaron con herramientas manuales como picos, martillos y cinceles, combinndose con un mtodo denominado ataque trmico, que consista en calentar la roca con fuego, resquebrajndola luego con agua fra.

APARICIN DE LA PLVORA E INVENCIN DE LOS PRIMEROS EXPLOSIVOS Muchos autores equiparan la invencin de la plvora, con la de la rueda o la palanca, como de importancia trascendental para el desarrollo de la humanidad, ya que ellas contribuyeron a que el hombre pudiese aplicar fuerzas muy superiores a su propia capacidad fsica. La plvora capacit al hombre para emplear enormes cantidades de energa que anteriormente parecan inalcanzables. Su aparicin marca el inicio de la era de los explosivos.

El hecho que el hombre pudiera obtener energa con solo combinar ciertos ingredientes, cambi la mentalidad de la poca. Que una sustancia, aparentemente inofensiva, por efecto de una chispa o una ligera percusin hiciera explosin con terrible fuerza destructora, pareca algo disparatado o inconcebible, considerado por la Iglesia como magia o hechicera, como obra de Satans, cuyo uso se difunda en Europa con mayor intensidad mientras mayor era el celo religioso que lo combata.

Las primeras referencias documentadas sobre la plvora, se remontan al siglo XIII, escritas por el autor rabe Abd Allah. Sin embargo, se tienen evidencias de que los chinos, rabes e hindes la utilizaron, algunos siglos Antes de Cristo (1.230 - 1.250 a. c.), debido a la presencia en su territorio de grandes depsitos de salitre (nitrato de potasio natural), el cual mezclado con carbn y azufre, constituan sus ingredientes bsicos. El uso dado se limitaba a fuegos artificiales y cohetes.

La plvora se dio a conocer en Occidente entre los aos 1.200 y 1.300, existiendo varias versiones al respecto, una, se le atribuye a los rabes su trada a Europa, otra, que fue trada de China por Marco Polo, y por otro lado se dice que fue inventada en Inglaterra por Roger Bacon, quien public su frmula en 1.242. Su primera aplicacin en armas de fuego, la realiz el franciscano alemn Berthold Schwartz en 1.380 y la primera documentacin sobre su uso en voladura de rocas data del ao 1.627, en la Royal Mines of Schemnitz, en Hungra. El uso de la plvora negra en las operaciones mineras comenz a popularizarse a raz de su uso en las minas de estao de Cornwall, Inglaterra, en 1.670. La fabricacin de la plvora se mantuvo durante largo tiempo como secreto profesional de los Maestros Armeros, utilizndose solamente para la guerra. Luego de su primera aplicacin en minera, el uso de la plvora se hizo indispensable para los trabajos de voladura de rocas y demoliciones, generalizndose el trabajo con barrenos en la construccin de caminos, tneles y galeras. En 1696 se utiliz por primera vez en construccin de caminos en Suiza.

La utilizacin de la plvora negra en el continente Americano fue como propelente de las armas de fuego, indispensable para la obtencin de alimentos mediante la cacera. La fabricacin de la plvora negra en Amrica comenz en 1.675 cuando se instal la primera fbrica en Milton,



Massachusetts. En 1.750 Benjamn Franklin la coloca en cartuchos, comprimida. La primera referencia de su uso en minera data de 1.773 las minas de cobre de Simsbury en la colonia de Connecticut. Entre 1.818 y 1.821 se utiliz por primera vez en la construccin de tneles para carreteras en Pennsylvania.

El nico riesgo para la utilizacin de la plvora lo constitua la ineficiencia de los mtodos de iniciacin, hasta que en 1.831, William Bickford inventa, en Inglaterra, la mecha de seguridad.

Luego de cinco siglos durante los cuales la plvora no tuvo competidores, en 1.788 el francs Berthollet sustituye el salitre por el ms potente y recin descubierto clorato de potasio, presentando, en el mismo ao un invento an ms sorprendente, como lo es el de la plata negra o plata fulminante, una sustancia muy peligrosa, con propiedades poco conocidas e incontrolables. En 1799 el ingls Howard obtiene el fulminato de mercurio.

En 1.830 empiezan los ensayos de fijacin de cido ntrico, obtenindose el nitrobenzol en 1.834, la nitro naftalina en 1.835 y el cido pcrico en 1.837. En 1.846 Ascanio Sobrero, profesor de la Universidad de Turn, Italia, descubre la nitroglicerina, que aunque en aquel entonces no se le encontr aplicacin prctica por lo difcil de manipular y controlar, constituira el invento que posteriormente revolucionara la industria de los explosivos; casi simultneamente, el profesor de la Universidad de Basle en Suiza, Christian Frederick Shoenbein, produce un algodn nitrado al que le da el nombre de algodn plvora, como se le conoci en aquel entonces a la nitrocelulosa, un propelente ms potente que la plvora, menos corrosivo y seguro, originndose la industria de las plvoras sin humo. En 1.863, Wilbrandt inventa el Trinitrotolueno (TNT).

APARICIN DE LA DINAMITA El poder liberado por la nitroglicerina al reaccionar impresion a los inventores suecos Inmanuel Nobel y su hijo Alfred, quienes en 1.861 instalaron una fbrica de nitroglicerina en Heleneborg, Suecia. La nitroglicerina (lquida) era utilizada vacindola en los huecos e iniciada con plvora negra. Su transporte y manipulacin acarreaba grandes riesgos. En el ao 1.864, Alfred Nobel, cuyo nombre perdura a travs de los Premios Nobel, descubri una manera prctica de iniciar la nitroglicerina, mediante el invento de la cpsula detonante o cebo de fulminato de mercurio, inicindose mediante la utilizacin de mecha de seguridad (plvora negra), producindose el primer detonador comercial. En 1870 Julius Smith introduce el uso de un puente de alambre en el detonador, para su iniciacin con energa elctrica, naciendo as el primer detonador elctrico.

El uso de la nitroglicerina se generaliz rpidamente, a pesar de la peligrosidad de su manipulacin y dificultad de control de ese lquido, sensible e inestable. Aunque ocurrieron muchos accidentes, la necesidad de un explosivo ms potente que la plvora era tan grande que vala la pena correr los riesgos.

Mientras buscaba un mtodo seguro para transportar la nitroglicerina, en 1.866, Nobel descubre la forma de controlar la nitroglicerina, absorbindola en tierra de diatomeas o Kieselghr, reduciendo a un mnimo su peligrosidad y conservando toda su potencia explosiva. Surgi as el ms grande invento de la p Ese mismo ao, se instala la primera fbrica de nitroglicerina en continente americano (Little Ferry, New Yersey, EEUU) y para 1.870 en San Francisco, California, la primera planta fabricante de dinamita.

El primer trabajo de grandes dimensiones donde se utiliz por primera vez la dinamita en Amrica fue la excavacin del Tnel de Musconnectcong a unos 24 kilmetros de Easton, Pensilvania, en la construccin del ferrocarril Easton Amboy. Este tnel de 1.600 metros se comenz en otoo de 1872.

El 10 de diciembre de 1896, a la edad de 63 aos, Alfredo Nobel muri en su residencia de invierno de San Remo. El 31 de diciembre se abri su testamento. En l estableca que, con su fortuna, la ms grande que un sueco reuniera individualmente, se premiase cada ao, sin distincin de nacionalidad, credo, raza o color, el mejor descubrimiento en el campo de la fsica, la



qumica, la medicina y la fisiologa, la obra literaria animada del mejor ideal y el trabajo ms eficaz para el acercamiento y el desarme de los pueblos (obra en pro de la paz universal), para este propsito, se crea la Fundacin Nobel, el ao 1.900, con el encargo de otorgar una serie de premios anuales a las personas que ms hubieran hecho en beneficio de la Humanidad en los terrenos de la fsica, qumica, medicina o fisiologa, literatura y la paz mundial, y a partir del ao 1969 tambin en la economa (que entrega el Banco Central de Suecia).

En 1867 los suecos Ohlson y Norbin patentaron el uso de nitrato de amonio mezclado con nitroglicerina, desarrollando las dinamitas amoniacales, ms seguras y econmicas que las dinamitas basadas exclusivamente en nitroglicerina. En 1.875, Nobel mezcla la nitroglicerina con nitrocelulosa, obteniendo la gelatina explosiva o nitroglicerina gelatinizada, la cual se constituye como la materia prima bsica para la fabricacin de la dinamita que conocemos hoy. Luego de estos inventos, en 1.884, se logr la gelatina Amoniacal a partir del amasado de la nitroglicerina gelatinizada con nitrato de amonio.

En 1.881 el francs Turpin inventa la panclasita, pasando esta invencin desapercibida hasta que fuera utilizada en la II Guerra Mundial como carga de bombas. Cuatro aos ms tarde, Turpin comprob el poder detonador del cido pcrico (trinitrofenol), utilizando, ante el asombro general, este inofensivo colorante amarillo como una potente carga para granadas.

En 1.891 los alemanes Tollens y Wigand, logran sintetizar el alcohol de pentaeritrita, que dara como resultado al altamente detonante tetranitrato de pentaeritrita, tambin conocido como PETN o pentrita. En 1.899 se fabrica el RDX

En 1902 , en forma de un tubo de plomo relleno de Trinitrotolueno. En 1938, el TNT es reemplazado por el PETN y el tubo de plomo por materiales trenzados, dando como resultado el cordn detonante que conocemos hoy.

DESARROLLOS MODERNOS Con la introduccin de la dinamita en el mercado, se aceler el desarrollo industrial en el mundo. En los Estados Unidos se us para la construccin de la casi totalidad de las vas frreas, red de carreteras, tneles y obtencin de piedra picada para la construccin. En 1.914 se utilizaron alrededor de 30.000 toneladas de dinamita en la construccin del ms grande proyecto de ingeniera de la poca, el Canal de Panam. Aunque el nitrato de amonio haba sido utilizado desde haca algn tiempo en la confeccin de explosivos, no fue sino hasta 1.947 en la investigacin que se llevo a cabo por la explosin de los buques Grand Camp y High Flyen en Galveston, Texas, cuando se descubri que al mezclarlo con un combustible se constitua en un poderoso explosivo. As, de manera fortuita, surge el ANFO (Amonium Nitrate + Fuel Oil) dando un gran impulso al desarrollo de la industria de los explosivos a partir de 1955 cuando H. B. Lee y R. L. Ackre patentaron su uso. Durante los aos 60 el ANFO reemplaz a la dinamita en las voladuras con hu

Manual

Documents

Transcript of Manual