En un artículo anterior, presentamos el método de Langefors y Kihlström para voladuras en banco de pequeño diámetro. En él se incluía una fórmula para calcular el valor de la piedra, también conocido como valor de mínima resistencia o burden. Sin embargo, existen otros métodos para calcular este valor. En otro artículo también resolvimos este problema, incluyendo cinco métodos y dos nomogramas originales para su cálculo.
Aquí vamos a presentar un nuevo nomograma basado en la metodología de Ash (1963) y la resolución de un problema. Esta metodología es popular debido a su simplicidad, pero solo es apropiada para el diseño de voladuras al aire libre.
Agradezco sinceramente la colaboración de los profesores Pedro Martínez Pagán, Daniel Boulet, y Leif Roschier en la elaboración de este nomograma. A continuación, comparto el nomograma junto con la solución correspondiente del problema. Espero que esta información sea de utilidad e interés para mis lectores.
DIRECCIÓN GENERAL DE CARRETERAS (1998). Manual para el control y diseño de voladuras en obras de carreteras. Ministerio de Fomento, Madrid, 390 pp.
INSTITUTO TECNOLÓGICO GEOMINERO DE ESPAÑA (1994). Manual de perforación y voladura de rocas. Serie Tecnológica y Seguridad Minera, 2ª Edición, Madrid, 541 pp.
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.
Figura 1. Esquema de la piedra V efectiva, también llamada burden o valor de mínima resistencia
En un artículo anterior, presentamos el método de Langefors y Kihlström para voladuras en banco de pequeño diámetro. En él se incluía una fórmula para calcular el valor de la piedra, también conocido como valor de mínima resistencia o burden. Sin embargo, existen otros métodos para calcular este valor.
El problema que se presenta a continuación incluye cinco métodos y dos nomogramas originales para su cálculo. Al comparar los resultados, es evidente que son bastante similares. No obstante, es posible que la piedra calculada tenga un margen de error que puede corregirse en las siguientes voladuras.
Agradezco sinceramente la colaboración de los profesores Pedro Martínez Pagán y Trevor Blight en la elaboración de los nomogramas. A continuación, comparto estos nomogramas junto con la solución correspondiente del problema. Espero que esta información sea de utilidad e interés para mis lectores.
LANGEFORS, U.; KIHLSTRÖM, B. (1963). Técnica moderna de voladuras de rocas. Editorial URMO, Bilbao, 425 pp.
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.
Las voladuras en banco de pequeño calibre son aquellas cuyo diámetro de barreno se encuentra entre 65 y 165 mm. Las cargas son cilíndricas alargadas, con una relación de longitud de carga mayor a 100 veces el diámetro. Suelen disponer de un tipo de explosivo en fondo y otro en columna y sus consumos específicos son relativamente bajos, con inclinaciones de barrenos de 1:2 a 1:3. Para este tipo de voladuras, se suele aplicar la técnica sueca de diseño y cálculo de voladuras, o teoría de Langefors y Kihlström (1963).
Según estos autores, la disposición de los barrenos, la cantidad de carga y la secuencia de rotura constituyen los principales problemas que deben determinarse en una voladura. Cuando la altura del banco supera dos veces el valor de la piedra (línea de mínima resistencia, también llamada burden), se usan cargas selectivas. En el fondo del barreno se requiere una cantidad de energía por unidad de longitud superior a unas 2,5 veces la energía necesaria para la rotura de la columna.
Figura 2. Voladura en banco. https://eadic.com/blog/entrada/voladuras-parametros-de-diseno/
La teoría de la escuela sueca se ha desarrollado para tipos de roca más o menos homogéneos, es decir, rocas duras y compactas. Además, trabaja con alturas de banco relativamente altas, típicas de la explotación de canteras, grandes excavaciones de obras públicas y minería a cielo abierto de pequeña escala. La teoría se desarrolló principalmente para rocas duras y diámetros pequeños.
La formulación que calcula la piedra se basa, en una primera aproximación, en que la piedra máxima es igual a 30 veces el diámetro del barreno, afectado por un coeficiente de corrección. Este coeficiente depende de la densidad y potencia relativa en peso del explosivo, de la relación entre el espaciamiento y la piedra, de la inclinación de los barrenos y de un factor de roca. El factor de roca sería la cantidad de explosivos, en kg, necesaria para arrancar un metro cúbico de roca. El factor de roca c = 0,4, se corresponde a un granito; en el caso de una caliza estará algo sobredimensionado, pero del lado de la seguridad. En cualquier caso, la piedra calculada tendrá un error de un 10%, por arriba o por abajo, que puede subsanarse en las siguientes voladuras.
Para aclarar cómo se realiza el diseño aplicando la técnica sueca, os dejo un problema resuelto que, espero, os sea de interés. También os dejo un nomograma original para el cálculo de la piedra teórica de una voladura según la formulación de Langefors y Kihlström (1963), elaborado en colaboración con el profesor Pedro Martínez Pagán.
LANGEFORS, U.; KIHLSTRÖM, B. (1963). Técnica moderna de voladuras de rocas. Editorial URMO, Bilbao, 425 pp.
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.
A continuación os dejo un vídeo de Georock S.L. donde se explica la voladura en una cantera de áridos en San Fulgencio (Alicante). Una vez visionado, será fácil responder a las siguientes preguntas:
¿Qué tipo de material se extrae en esta cantera?
¿Qué altura de banco tiene esta cantera?
¿Qué dos tipos de explosivo se usan?
¿Qué separación existe entre los taladros?, ¿qué diámetro tienen?
¿Qué consumo de explosivo se necesita?
¿Cuál es la velocidad de detonación en este caso?
En este otro vídeo podéis ver el efecto de los microrretardos:
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.
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 explosivosson 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.
Una chimenea es una excavación de dimensión reducida y una inclinación superior a los 45º. Son típicas en minería y su longitud pueden superar los 100 m. Normalmente, se utilizan para unir galerías de distinto nivel cerrando los circuitos de ventilación para el paso de mineral y estériles.
Un método para la excavación de chimeneas es el denominado “Jaula Jora”, que consiste en una máquina construida por Atlas Copco específicamente para este fin. Sus principales componentes son la plataforma de trabajo, la jaula de transporte, el mecanismo de elevación y en chimeneas inclinadas el carril guía.
El procedimiento constructivo consta de varias fases. En la primera se perfora un barreno piloto (75-100 mm de diámetro) y en la segunda se montan los equipos y herramientas. Posteriormente, en la tercera fase, tiene lugar la perforación y la voladura.
El campo propicio para este método está entre los 30 y 100 m. El problema que podemos tener es la desviación del barreno piloto. Además, en cada pega debe desengancharse la jaula. El barreno central tiene la ventaja de que permite la entrada de aire fresco y de que sirve de hueco de expansión en los cueles paralelos, con los que se consiguen avances de entre 3 y 4 m por disparo.
La plataforma trepadora ALIMAK se emplea, desde 1957, en la perforación de chimeneas donde no es posible el acceso superior (frente al Jaula Jora o Raise Boring), necesitando un nivel de trabajo en el subsuelo. Es un método flexible y económico. Consta de los siguientes elementos: jaula, plataforma de trabajo, motores de accionamiento, carril guía y elementos auxiliares. La elevación de la plataforma se realiza a través, de un carril guía curvado empleando motores de aire comprimido, eléctricos o diésel. La fijación del carril a la roca se lleva a cabo con pernos de anclaje, y tanto las tuberías de aire como de agua necesaria para la perforación, ventilación y el riego se sitúan en el lado interno del carril guía para su protección.
Las fases en la construcción de la chimenea son las siguientes:
perforación y carga de los barrenos (operación realizada con martillo perforador)
descenso de la plataforma y voladura (cada vez que hay una voladura, hay que retirar la plataforma)
ventilación y riego
elevación de la plataforma y saneo del techo.
Entre las ventajas de estos equipos se encuentran las siguientes: se pueden usar en chimeneas de pequeña o gran longitud y en cualquier inclinación (la chimenea más larga efectuada hasta ahora tiene 1.040 m y una inclinación de 45º; es posible cambiar la sección y geometría de la chimenea cambiando la plataforma; se pueden excavar secciones desde 3 a 30 m²; es posible cambiar la dirección e inclinación de las chimeneas mediante el uso de carriles curvos y, además, es fácil extraer los detritus.
Os dejo un pequeño vídeo donde se puede ver este procedimiento constructivo.
Referencias:
López Jimeno, C. (1994). Manual de perforación y voladura de rocas. 2ª edición. Instituto Tecnológico Geominero de España, IGME. Madrid.
Yepes, V. (2014). Maquinaria para sondeos y perforaciones. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, Ref. 209. Valencia.
A continuación os paso, en varias partes, un documental de National Geographic, sobre los explosivos. Tras visionarlos, podrás contestar a las siguientes cuestiones:
Define brevemente qué es una explosión
¿Qué elementos son necesarios para toda explosión?
¿Cuál es el primer explosivo del que se tiene constancia?
¿De qué está compuesta la pólvora?
¿Por qué se dice que la pólvora es sucia?
¿Cuál fue el primer explosivo militar moderno?
¿Qué se necesita para explosionar el trinitrotolueno?
¿Qué es el “efecto negativo” de la onda expansiva?
¿Cuál es el efecto más pernicioso para un edificio si recibe una explosión?
¿Cómo se puede proteger una estructura del impacto de un explosivo?
¿Cuántas veces es más potente un explosivo actual que la pólvora?
¿Qué significa que un explosivo sea estable?
¿En qué condiciones se da la “química extrema”, propia de una detonación?
¿Cuándo y dónde se hizo la primera prueba nuclear?, ¿a cuántas toneladas de TNT equivaldría?
¿Cuántas veces fue más potente la primera bomba H que la bomba de Hiroshima?
¿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.
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.
