Introducción a los explosivos

Símbolo eurocomunitario de explosivo según la Directiva 67/548/EEC

Las voladuras y demoliciones constituyen temas clásicos explicados en la asignatura de Procedimientos de Construcción en el ámbito de la ingeniería civil. A continuación se da una pincelada sobre aspectos básicos de los explosivos.

Los explosivos son sustancias químicas (sólidas o líquidas) que por efecto de un estímulo térmico o mecánico se transforman por reacción química exotérmica en gas. Lo característico de esta transformación es que puede producirse en un tiempo brevísimo (fracciones de milésimas de segundo),  con fuertes aumentos de temperatura (hasta 4.500 ºC), de volumen (»10.000 veces el inicial) y de presión (hasta 200.000 atmósferas), pudiendo provocar la rotura violenta del medio que rodea al explosivo, efecto que es ampliamente aprovechado en minería y obra civil para la voladura de rocas o para la demolición de estructuras.

Conviene aclarar que aunque durante la explosión tenga lugar un importante aumento de temperatura, la energía calorífica liberada no es de gran magnitud. Productos combustibles como el carbón o la gasolina desarrollan, a igualdad de peso durante su combustión, una energía mayor que la que se libera en la detonación  de un producto explosivo. La razón por la que la potencia del explosivo resulta millones de veces superior a la de aquellos, se debe simplemente al brevísimo tiempo en el que se desarrolla esa energía

Esto explica la fuerte influencia que la velocidad de detonación de un explosivo, tiene sobre su potencia o “poder rompedor”. En función de esta velocidad de detonación, el conjunto de productos explosivos puede dividirse en dos grupos:

(1)    Deflagrantes: cuya velocidad de detonación se mide en m/s.

(2)    Detonantes: en los que esta velocidad es del orden de Km/s.

La velocidad de detonación junto con las restantes propiedades que se enumeran más adelante, caracterizan un producto explosivo, pero su comportamiento en la práctica dependerá además de las condiciones del medio en que tenga lugar la explosión, especialmente del grado de confinamiento y de la posible existencia de agua o humedad en el barreno en que se coloque el explosivo.

Os dejo el siguiente vídeo explicativo realizada por un estudiante donde se recoge una introducción a este tema. Espero que os sea útil.

Referencias:

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F.; ALCALÁ, J. (2012). Técnicas de voladuras y excavación en túneles. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 530, 165 pp.

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Nagolitas o anfos

Figura 1. Sacos de 25 kilogramos conteniendo ANFO. Wikipedia.

Las nagolitas o ANFOS (del inglés: Ammonium Nitrate – Fuel Oil) son explosivos de tipo pulverulento compuestos por nitrato amónico en forma granular, al que se le ha añadido un combustible líquido. Se caracterizan por tener una baja potencia y velocidad de detonación debido a la inexistencia de nitroglicerina en su composición y por presentar, debido a su consistencia pulverulenta, una mala resistencia al agua. Debido a esta insensibilidad, generalmente deben ser iniciados con un explosivo multiplicador. Es necesario cebar fuertemente el barreno con detonador y cartucho de goma en fondo para producir su correcto funcionamiento, además su uso está contraindicado en barrenos con presencia de agua, a no ser que se use encartuchado. Sin embargo, presentan la importante ventaja de poder efectuar su carga de forma  mecanizada con bastante seguridad durante su manipulación. 

Debido a su consistencia pulvurulenta, su aplicación en barrenos que la contengan está totalmente desaconsejada. Se utiliza bien sea introduciendo en los barrenos el granulado mediante aire comprimido o bien en su otra forma de presentación que es encartuchado. Por ello, se comercializan encartuchados o en sacos a granel de 25 Kg. Su aplicación más frecuente es como carga de columna en la voladura de rocas no demasiado duras y sólo a cielo abierto; en labores subterráneas su uso está desaconsejado debido a la alta toxicidad de sus humos residuales.

Figura 2. Carga del ANFO en el barreno para la voladura de roca. Wikipedia

A partir de la nagolita, se han desarrollado otros explosivos como el  alnafo o la naurita que son explosivos adecuados para la voladura de rocas semiduras y para la carga de barrenos con temperaturas elevadas en su interior. El ANFO también se suele mezclar con otros explosivos tales como hidrogeles o emulsiones para formar, en función del porcentaje de ANFO o ANFO Pesado (aproximadamente un 70% emulsión o hidrogel y 30% ANFO).

En la Tabla se resumen las características de los explosivos de este tipo.

Nombre comercial

(UEE)

Potencia relativa

(%)

Densidad encartuchado

(g/cm3)

Velocidad detonación

(m/s)

Energía específica

(Kgm/Kg)

Resistencia

al agua

 

Toxicidad

 

Aplicaciones

Nagolita

65

0’80

2.000

96.400

Mala

Muy alta

Voladuras de rocas Blandas y como carga de columna de los barrenos.

Alnafo

75

0’80

3.000

96.100

Mala

Alta

Voladuras de rocas semiduras y blandas.

Naurita

65

0’80

2.000

94.320

Mala

Alta

Diseñada para barrenos con temperaturas elevadas.

 Tabla.- Características de las nagolitas o anfos

Referencias:

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F.; ALCALÁ, J. (2012). Técnicas de voladuras y excavación en túneles. Apuntes de la Universitat Politècnica de València. Ref. 530, 165 pp.

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Explosivos, según National Geographic

A continuación os paso, en varias partes, un documental de National Geographic, sobre los explosivos. Tras visionarlos, podrás contestar a las siguientes cuestiones:

  1. Define brevemente qué es una explosión
  2. ¿Qué elementos son necesarios para toda explosión?
  3. ¿Cuál es el primer explosivo del que se tiene constancia?
  4. ¿De qué está compuesta la pólvora?
  5. ¿Por qué se dice que la pólvora es sucia?
  6. ¿Cuál fue el primer explosivo militar moderno?
  7. ¿Qué se necesita para explosionar el trinitrotolueno?
  8. ¿Qué es el “efecto negativo” de la onda expansiva?
  9. ¿Cuál es el efecto más pernicioso para un edificio si recibe una explosión?
  10. ¿Cómo se puede proteger una estructura del impacto de un explosivo?
  11. ¿Cuántas veces es más potente un explosivo actual que la pólvora?
  12. ¿Qué significa que un explosivo sea estable?
  13. ¿En qué condiciones se da la “química extrema”, propia de una detonación?
  14. ¿Cuándo y dónde se hizo la primera prueba nuclear?, ¿a cuántas toneladas de TNT equivaldría?
  15. ¿Cuántas veces fue más potente la primera bomba H que la bomba de Hiroshima?
  16. ¿Cuál es la mayor bomba explosionada nunca?, ¿quién la explotó y cuándo?, ¿a cuántas bombas de Hiroshima equivalían?

Referencias:

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F.; ALCALÁ, J. (2012). Técnicas de voladuras y excavación en túneles. Apuntes de la Universitat Politècnica de València. Ref. 530, 165 pp.

 

 

 

 

 

Seguridad en las voladuras

Voladura de una vieja chimenea. Wikipedia.

Las obras subterráneas están aún expuestas hoy día, a pesar de las muchas perfecciones técnicas, a numerosos riesgos. Se debe insistir mucho sobre la observación rigurosa de las disposiciones de seguridad que son prácticamente las mismas en los distintos países, sobre todo teniendo en cuenta que a causa de la escasez de mano de obra, actualmente se encuentran trabajando en obras subterráneas muchos obreros sin calificación y enseñanza profesional que desconocen los peligros latentes. Por ello el primer mandamiento para la dirección de obras es la vigilancia, enseñanza y educación de este personal.

Mencionamos a continuación algunas observaciones a considerar. Existen numerosos manuales y normas legales al respecto. Aquí sólo mencionaremos algunos aspectos que consideramos de interés, aunque no son exhaustivos. Os recomiendo también este post de la revista Seguridad Minera.

Los trabajos de voladura deben ser solamente efectuados por personal especializado y aun ello bajo la vigilancia de la dirección de obras. Aquí también se actúa hoy día a menudo imprudentemente, a veces por ignorancia, a veces por negligencia.

Muy a menudo se almacenan y transportan juntos los explosivos y los detonadores, los obreros llevan cápsulas de fulminantes sueltas en los bolsillos y se pierden detonadores en cualquier sitio.

Al proceder al revestimiento de impermeabilización con material sintético aplicado en dos componentes “in situ” pueden nacer vapores disolventes venenosos y explosivos (estirol) en concentraciones peligrosas.

Cuando se usen hojas de material sintético como impermeabilización se debe prestar atención a la peligrosidad del fuego (ninguna llama abierta, ningún soplete); las vías de escape se deben mantener siempre libres.

Cortesía: Revista Seguridad Minera

Los diferentes trabajos en las obras subterráneas como perforación, voladuras, retirada del material excavado y la maquinaria, producen polvo y gases que impurifican el aire en la obra subterránea y que en determinadas concentraciones pueden ser peligrosos para el personal. De éstos, los principales son el fino polvo cuarcífero. El óxido y el monóxido de carbono, vapores nitrosos y aldehídos así como el dióxido de azufre. En parte, bastan cantidades ínfimas para causar daños en el cuerpo humano que permanezca ocho horas en esta atmósfera impura.

Estos datos recalcan la importancia de una aireación eficaz correctamente calculada.   Entre los sistemas de aireación se distinguen la ventilación por impulsión, por aspiración y la combinación de éstas. Para la ventilación por impulsión se insufla aire fresco hacia el frente de trabajo mientras que el aire viciado es expulsado, a través del túnel, afuera.  El frente de trabajo se ventila eficazmente y deprisa siempre que se conduzca suficiente aire fresco y el extremo del tubo de ventilación sea colocado lo bastante cerca del mismo. El efecto de esta ventilación se ve fuertemente influenciado por la velocidad del aire insuflado a través del tubo, por distancia entre el extremo del tubo y el frente de trabajo, por la sección del túnel y por el emplazamiento del tubo de ventilación en la sección.

La ventilación por impulsión tiene, sin embargo, la desventaja que el aire viciado es empujado a lo largo de toda la galería o túnel y molesta a otros grupos de trabajo. Para la ventilación  por aspiración, el  aire viciado es aspirado en el frente de trabajo y el aire fresco viene desde la boca a través del túnel.

A pesar de que la idea de aspirar los gases tóxicos en el lugar de su nacimiento es correcta, la ventilación por aspiración tiene la grave desventaja que el efecto de la aspiración solamente alcanza a algunos metros más a la del extremo del tubo aun en caso de aspiración continua. Pero precisamente en el frente de trabajo, donde el ensuciamiento del aire es más pronunciado y donde se efectúa el trabajo más duro, queda siempre una zona local con aire muy viciado.

Entre las ventilaciones por impulsión y por aspiración hay una serie de posibilidades de combinación, por ejemplo la ventilación reversible, aspiración con aireación, y otras distintas combinaciones.

Os dejo un pequeño vídeo sobre este tema. Está en inglés, pero podéis activar la opción del subtitulado. Espero que os guste.

Referencias:

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F.; ALCALÁ, J. (2012). Técnicas de voladuras y excavación en túneles. Apuntes de la Universitat Politècnica de València. Ref. 530, 165 pp.

 

Precedentes de los explosivos actuales: el fuego griego

Uso del fuego griego, según un manuscrito bizantino.

Un explosivo es una sustancia o mezcla de sustancias que, mediante un estímulo externo, pueden transformarse repentinamente en un gran volumen de gases y sustancias volátiles a gran temperatura. Pueden considerarse como sistemas químicos en equilibrio inestable, de forma que un impulso de energía inicial debidamente suministrada da lugar a la explosión.

Pero, ¿quién inventó los explosivos? Parece ser que los chinos ya utilizaron desde el siglo I d. de J.C. la pólvora negra o pírica, una primera sustancia con combustión lo suficientemente rápida para constituir una explosión, y que era utilizada probablemente con fines pirotécnicos. Fue a partir del siglo XII cuando los árabes empezaron a usarla como explosivo propulsor de los fusibles, si bien los bizantinos ya la habían utilizado antes en el llamado “fuego griego“.

El “fuego griego”, tambien conocido como “fuego marino”, era el nombre por el que se conocía en la antigüedad a una mezcla muy combustible e incendiaria compuesta, parece ser, de petróleo, azufre, carbón, salitre pez y quizá también fósforo y otros elementos, aunque sus ingredientes son motivo de gran debate. La mezcla fue inventada supuestamente por un refugiado cristiano sirio llamado Calínico, originario de Heliópolis. Algunos autores piensan que Calínico recibió el secreto del fuego griego de los alquimistas de Alejandría. Lanzaba un chorro de fluido ardiente y podía emplearse tanto en tierra como en el mar, aunque preferentemente en el mar. Su nombre proviede del uso que dieron los griegos del Bajo Imperio siguiendo una fórmula procedente de los pueblos orientales.

 

Un dromón bizantino utiliza el fuego griego en plena batalla. / J. A. Peñas

Su composición se consideró un secreto militar, y gracias a su utilización, consiguieron grandes victorias, tanto en tierra como en mar. El poder del arma venía no sólo del hecho de que ardía en contacto con el agua, sino de que incluso ardía debajo de ella. En las batallas navales era por ello un arma de gran eficacia, causando grandes destrozos materiales y personales, y extendiendo, además, el pánico entre el enemigo: al miedo a morir ardiendo se unía, además, el temor supersticioso que esta arma infundía a muchos soldados, ya que creían que una llama que se volvía aún más intensa en el agua tenía que ser producto de la brujería.

Fue creada en el siglo VI, aunque su mayor uso y difusión se daría tras las primeras cruzadas (siglo XIII). Representaba una ventaja tecnológica, y fue responsable de varias importantes victorias militares bizantinas, especialmente la salvación de Bizancio en dos asedios árabes, con lo que aseguró la continuidad del Imperio, constituyendo así un freno a las intenciones expansionistas del Islam, y evitando la posible conquista de la Europa Occidental desde el Este. La impresión que el fuego griego produjo en los cruzados fue de tal magnitud que el nombre pasó a ser utilizado para todo tipo de arma incendiaria,incluidas las usadas por los árabes, chinos y mongoles.  Lo que distinguió a los bizantinos en el uso de mezclas incendiarias fue la utilización de sifones presurizados para lanzar el líquido al enemigo. La mezcla incendiaria se empleó con éxito contra los cruzados en San Juan de Arce (año 1.101) y en Damieta (año 1.281). Más tarde pasó a Europa, pero pronto se abandonó ante la aparición de la pólvora. El fuego griego, que ardía sobre el agua gracias al petróleo, se lanzaba por medio de unos aparatos de proyección, contenido en unos tubos que al romperse sobre el blanco vertían líquido inflamable.

Os paso algunos vídeos y post radiofónicos donde se explica el origen y composición de este producto inflamable. Espero que os gusten.

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