EXPLOSIVOS

DEFINICION

CLASIFICACIN

Y

TIPOS DE EXPLOSIVOS

INTRODUCCIN

La evolucin de los explosivos, est ntimamente ligada a las industrias de:

minera, canteras y construccin; su desarrollo est basado en la observacin de

los resultados y mtodos especficos aplicados a las condiciones geolgicas del

subsuelo.

La plvora negra se utiliz en la explotacin de minerales; tiempo despus, est

fue desplazada por la dinamita; hoy en da y despus de una serie de

perfeccionamientos, los explosivos del tipo hidrogel y los granulados de nitrato

de amonio, tienen mltiples aplicaciones; recientemente, las innovaciones

tecnolgicas han permitido el desarrollo de un nuevo tipo de explosivo

"Explosivos Emulsificados".

Las aplicaciones de la plvora en la minera, se iniciaron a partir de 1613 en

Europa, en tajos abiertos y entre 1627 a 1665 en minas subterrneas. En la

Nueva Espaa, se uso en labores externas desde 1676.

En 1846 fue descubierta la nitroglicerina, conocida como Piroglicerina, por algn tiempo no

fue de gran importancia como explosivo.

En 1866 Alfredo Nobel invent la dinamita y en 1875 la gelatina explosiva, estos productos

tuvieron gran auge de 1867 hasta mediados de 1950.

A mediados de la dcada de los 1950's se invento el ANFO (Amonium Nitrate and Fuel Oil).

Este explosivo result mucho ms econmico que el uso de la dinamita por lo que

revolucion a la industria de los explosivos. Su uso se generaliz y lleg a ser el principal

producto de la industria de los explosivos durante las dcadas de los 70's y los 80's.

Entre las dcadas de los 60's y 70's aparecieron los Hidrogeles y a finales de los 70's se

realizo una modificacin en los hidrogeles para obtener la Emulsin.

En general todos los explosivos industriales se dividen en dos grupos: Agente Explosivo y

Alto Explosivo.

Es importante mencionar que el uso y aplicacin de los explosivos deber realizarlo

personal altamente competente, capacitado y entrenado en el manejo de los explosivos.

QU ES UN EXPLOSIVO?

Es toda sustancia o mezcla capaz de reaccionar en un tiempo muy corto, en rgimen

exotrmico, produciendo gran cantidad de calor, cuyos productos finales en su totalidad, o

al menos en gran parte, son vapor de gas, de modo que el calor se acumula sobre el gas

al estado de energa cintica molecular, capaz de transformarse en trabajo mecnico.

Explosin:Reaccin qumica o cambio de estado efectuado en un perodo de tiempo extremadamente

corto con generacin de altas temperaturas y grandes cantidades de gases, producindose

una onda de choque.

Deflagracin:Es definido como la temperatura a la cual una materia explosiva empieza la reaccin.

Detonacin:Es una forma de reaccin dada por una sustancia explosiva en que se produce una onda

de choque. Las velocidades de detonacin varan de 1,500 a 9,000 m/s. Altas

temperaturas y presiones son generadas al frente de la onda as que la reaccin qumica

es iniciada instantneamente.

Iniciacin:Es la puesta en marcha de la detonacin de un explosivo o agente

explosivo. La descomposicin de un explosivo puede tener lugar en

forma de deflagracin (velocidad de propagacin subsnica) o

detonacin (velocidad de propagacin supersnica.

Calor de explosin:El calor de explosin de un material explosivo es el calor liberado durante

su descomposicin explosiva. Su valor calculado es la diferencia entre

las energas de formacin de los componentes del explosivo y la energa

de formacin de los productos de la explosin.

Temperatura de explosin:Es la temperatura de los gases producidos durante la detonacin de un

material explosivo.

CARACTERSTICAS Y PROPIEDADES DE LOS EXPLOSIVOS

DENSIDAD

Es el peso por unidad de volumen expresado generalmente en gramos por

centmetro cbico.

La densidad es un factor muy importante, primero por que influye de manera

significativa en otras caractersticas tales como la presin de detonacin y

velocidad de detonacin.

Es importante conocer su densidad del explosivo para determinar s es posible

utilizarlo en barrenos con agua, ya que el agua tiene una densidad de 1.0

g/cc, por lo tanto se requiere que el explosivo sea de mayor densidad que el

agua para lograr que este se pueda confinar y acomodar dentro del barreno.

Tambin conociendo la densidad, podemos calcular exactamente la cantidad

de explosivo en kilogramos por metro lineal de barreno dependiendo de su

dimetro,

VELOCIDAD DE DETONACIN (V.O.D.)

Es la velocidad a la que la onda de detonacin viaja a travs de una columna de

explosivo, ya sea en un cartucho, en un tubo o en el barreno, y se expresa en m/seg., O

en km/seg.

La velocidad de detonacin de un explosivo es un indicador muy importante de que tan

eficiente es un explosivo, y est relacionado totalmente con la presin de detonacin de

los productos explosivos.

Existen factores que afectan a esta caracterstica tan importante como son: La superficie

de contacto entre el combustible y el oxidante, elementos indispensables en la

formulacin de cualquier explosivo, el grado de confinamiento, la temperatura, la densidad

y dimetro del producto as como el balance de oxgeno de su propia formulacin.

A continuacin se mencionan algunos mtodos que se utilizan para medir la velocidad de

detonacin de los explosivos y estos son: Cmara de alta velocidad, sondas electrnicas,

sonda de fibra ptica, sonda continua y algunos mtodos ms sencillos pero menos

exactos como lo es la placa de plomo donde las variaciones pueden ser del orden de +-

20%.

PRESIN DE DETONACIN

Se considera como la presin en la zona de choque adelante de la zona de

reaccin. El concepto bsico de esta definicin es de que una presin

repentina producto de la detonacin de un explosivo, fragmentar en lugar

de desplazar.

La presin de detonacin de un explosivo se da en funcin de su propia

densidad y velocidad de detonacin y se mide comnmente en libras por

pulgadas cuadrada o en kilobars.

Existen diferentes formulas para determinar la presin de detonacin de un

explosivo, sin embargo todas ellas consideran la velocidad de detonacin y

la densidad del explosivo en estudios, la formula ms comn es la

siguiente:

P=2.5 D X V2 X 10-6=Kbars

Donde:

P= Presin de detonacin en Kilobars

D= Densidad del producto en (g/cc)

V= Velocidad de detonacin en (m/seg.)

La presin de detonacin es critica para obtener un buen cebado del

explosivo o agente explosivo que se est iniciando y tiene influencia

directa con los resultados de una voladura.

La presin de detonacin es una informacin que junto con otras

caractersticas debe ser proporcionada por los fabricantes de

explosivos y que comnmente vienen en los folletos tcnicos que

los mismos distribuyen.

PRESIN DE EXPLOSIN (Presin en el barreno)

Esta no debe ser confundida con la presin de detonacin. La presin de explosin

es la presin que ejercen en el barreno los gases, producto de la explosin inicial,

estos gases pasan a travs de las grietas previamente formadas impulsado la roca

hacia la cara libre.

La presin de explosin es de un valor que va entre un 30% y un 70% del valor de la

presin de detonacin

BALANCE DE OXGENO

De una mezcla de oxidantes y combustibles, es la suma que resulta de los

valores de oxgeno de los ingredientes que componen dicha muestra. Por

ejemplo, si una mezcla tiene un exceso de ingredientes contribuyentes de

oxgeno, se le conoce como oxgeno positivo. De otra manera si la suma es

deficiente en oxgeno, la mezcla que resulte se le refiere como oxgeno

negativo.

ENERGA Y POTENCIA

Energa es la particularidad del potencial de un explosivo para

realizar un trabajo en funcin de la energa liberada por el

mismo cuando la reaccin de calor termodinmica se lleva a

cabo despus de iniciar a un explosivo.

La energa de un producto puede ser calculada de acuerdo a su

composicin qumica, pero tambin puede ser medida.

La fuerza del explosivo puede ser expresada en unidades

absolutas o comparndolo con la energa del ANFO, el cual es

el explosivo ms utilizado en cualquier parte del mundo, razn

por la cual se utiliza como parmetro de comparacin.

SENSIBILIDAD

Es la propiedad de la onda explosiva de propagarse de cartucho a cartucho

o de continuarse a travs de una columna.

Existen dos tipos de pruebas para medir la capacidad de detonacin de un

explosivo:

PRUEBA DEL "GAP" (Separacin)

Es la sensibilidad de un explosivo a la separacin, se mide en centmetros

(o pulgadas). Es la mayor distancia entre dos cartuchos alineados a travs

del cual un cartucho donante despus de ser iniciado con una cpsula No. 6

detonar al cartucho receptor.

La prueba estndar de la sensibilidad a la separacin requiere de un

cartucho de explosivo, que deber ser cortado en dos partes iguales. Las

dos mitades con el corte final, uno frente a otro, se enrollan en papel y

quedarn sujetados a una distancia igual al dimetro del cartucho. El tubo

de papel se hace con una hoja de papel kraft.

PRUEBA DE PROPAGACIN

La prueba de propagacin es con el objeto de asegurar la

continuidad de la detonacin entre cartucho y cartucho

dentro de un barreno.

En la prueba estndar de propagacin se requiere de 7

cartuchos a una temperatura de 25 grados centgrados,

una mecha y una cpsula del nmero 6. Los cartuchos

se colocan en serie, al primero de ellos (cartucho donante)

se le introduce la cpsula nmero 6 que previamente fue

engargolado a una mecha. Los 6 cartuchos restantes

(receptores) deben detonar para considerar la prueba

positiva a esa temperatura.

DIMETRO CRITICO

Se define como el dimetro mnimo al cual un explosivo detona. El dimetro

de un producto explosivo corresponde a la medida externa, incluyendo el

material de envoltura.

La formulacin de un explosivo toma en consideracin en que dimetro, el

producto ser obligado a detonar. Como regla general, un producto se debe

usar como mnimo en un tamao igual al doble de su dimetro crtico.

SENSITIVIDAD

Se considera como la propiedad que tienen los explosivos para ser detonados por

los iniciadores convencionales (cordn detonante, estopn elctrico, nonel o

fulminante).

Cuando se obtiene la carga mnima requerida para iniciar una columna explosiva,

el booster o primer se refiere a la iniciacin de explosivo que tiene un dimetro

ms grande. La cpsula mnima se refiere al cebo para los explosivos, de

dimetro ms pequeos sensible a la cpsula (comnmente nmero 6).

Un explosivo se caracteriza por ser sensitivo al cordn detonante.

CLASIFICACIN DE GASES

Cuando un explosivo es detonado, la mayora de los productos

resultantes son vapor o gases. Los principales elementos liberados

son vapores o gases y estos son los ms importantes: xido de

carbono, monxido de carbono, oxgeno, xidos de nitrgeno e

hidrgenos sulfurados.

Un explosivo con balance de oxgeno adecuado, producir una

cantidad mnima de gases nocivos y generar una liberacin mxima

de energa. El valor de oxgeno de un ingrediente es el peso (en

gramos) de oxgeno que contribuye o exige por 100 gr de explosivo

detonado.

La clasificacin de gases es la siguiente:

CLASE GASES TXICOS

por 200 gr de explosivo*

Pies cbicos

1 0.16

2 0.16-0.33

3 0.33-0.67

ESTABILIDAD

Es considerada dentro de los explosivos como la conservacin de

sus caractersticas fsico-qumicas de diseo en condiciones

normales de almacenamiento en un perodo de tiempo

determinado.

La estabilidad del explosivo bsicamente se refiere al tiempo

requerido para que la degradacin del producto tome lugar.

Para estimar la estabilidad de los productos explosivos, son

llevadas a cabo pruebas al aire libre. Estas pruebas requieren

llevar al producto entre dos extremos de temperatura, y entonces

detonar el producto. El nmero de pruebas que se realizan hasta

que el producto no detone, es un indicativo de la estabilidad del

producto.

RESISTENCIA AL AGUA

La resistencia de un explosivo al agua, se refiere a la habilidad de

detonar despus de haber estado sumergido en agua

manteniendo sus caractersticas fsico-qumicas. Las pruebas

diseadas para medir esta propiedad varan con las condiciones

de uso prometidas y la SENSITIVIDAD del producto.

La clasificacin de resistencia al agua es como sigue:

Resistencia Clasificacin

en horas

72 Excelente

24 Buena

7 Regular

1 Pobre

Existen varios factores que afectan la resistencia de los productos explosivos al agua

y estos son los siguientes: Tiempo de exposicin, presin hidrosttica, composicin

qumica y el empaque.

FLAMABILIDAD

Propiedad de los explosivos a la facilidad de incendiarse por temperatura,

friccin, golpe, contacto directo con flama, reaccin, qumica, etc.

EFICIENCIA

Se considera el porcentaje real de energa que genera un explosivo en el

momento de su detonacin. Es comn que a mayor velocidad de detonacin la

eficiencia de un explosivo tambin es mayor.

COMPRESIN

Es conocida como la capacidad que tiene un explosivo que al detonar generar

una fuerza que afectar a los materiales con los cuales se encuentre en

contacto.

DIVISIN Y CLASIFICACIN DE LOS EXPLOSIVOS

Los explosivos se han clasificado de muchas maneras de acuerdo

a diferentes criterios, sin embargo los ms comunes son:

POR SU USO:

Industriales

Militares

Improvisados

POR SU VELOCIDAD DE DETONACIN:

Alto Explosivo

Agente Explosivo

POR SU FUNCIN EN LA DETONACIN:

Primarios

Secundarios

POR SU ESTRUCTURA QUMICA:

Compuestos orgnicos, contienen el grupo NO2

Nitro compuestos, grupo C-NO2Nitroesteres. Grupo: C - O - NO2Nitra minas. Grupo: C - N - NO2

EXPLOSIVOS INDUSTRIALES

Los explosivos Industriales, son aquellos que como su nombre lo

indica son utilizados en las diferentes industrias tales como la

minera, la construccin, canteras o en cualquier operacin donde

se requiera remover o romper roca, existen otras aplicaciones

donde se utilizan los explosivos como son el endurecimiento de

algunos metales o para soldar algunas tuberas de grandes

dimensiones y cables de alta tensin, tambin existen productos

explosivos para ser utilizados bajo el agua, sin embargo la

aplicacin ms comn es en las Industrias Mineras y de la

Construccin adems de manejarse en grandes volmenes.

CLASIFICACION DE LOS EXPLOSIVOS INDUSTRIALES

Los Explosivos Industriales son clasificados en dos grupos:

AGENTE EXPLOSIVO

* Anfos * Anfo pesado

ALTO EXPLOSIVO

* Dinamitas

* Hidrogeles y Slurries

* Emulsin

En Mxico los nicos productos de Alto Explosivo que se fabrican y utilizan son los

Hidrogeles y las Emulsiones, ya que las dinamitas por su alto riesgo de detonacin, La

Secretaria de la Defensa Nacional, a travs de la ley de Armas de Fuego y Explosivos de la

Direccin General de Armas de Fuego y Explosivos, prohbe su fabricacin y uso.

ANFO (Agente Explosivo), es la abreviacin de la mezcla explosivo de nitrato

de amonio y aceite diesel, en la cual el porcentaje de nitrato de amonio es

94.3% y diesel 5.7%. El ANFO es el agente explosivo ms utilizado en el

mundo debido principalmente a su precio y a la facilidad de su manejo, sin

embargo tiene la desventaja de no ser resistente al agua.

Un balance negativo de oxgeno o exceso de diesel incrementa la formacin

de monxido de carbono, puesto que los xidos de nitrgeno son ms

nocivos que el monxido de carbono. El ANFO deber tener un ligero

exceso de diesel

La aparicin de una gran cantidad de humos color caf-naranja-amarillos despus de

un disparo con ANFO, es usualmente el resultado de absorcin de agua. Sin

embargo esto puede ser causado por un contenido de diesel, insuficiente agregado

en forma incorrecta durante su fabricacin o por la evaporacin de diesel durante el

almacenamiento especialmente en polvorines localizados en regiones de altas

temperaturas.

Por esta razn los polvorines y las tolvas de almacenamientos son pintados de color

claro lo cual refleja el calor. En una prueba una tolva fue muestreada regularmente

durante los meses de verano, los datos mostraron que el ANFO puede perder 3% de

diesel en solamente una semana.

ALTOS EXPLOSIVOS

SLURRIES E HIDROGELES

Los slurries e hidrogeles son trminos de intercambio para explosivos

"gelatinizados" a base de agua como la mayora de los explosivos

industriales, los slurries son una mezcla de combustibles y oxidantes y

difieren de los otros explosivos, ya que su fase continua de sales oxidantes

disueltas en agua con ingredientes slidos es suspendida por agente

gelatinizante

Los slurries sensibilizados por pequeas burbujas de gas y un

ingrediente explosivo soluble en agua, tal como mononitrato de

etilen-glicol (EGMN), nitrato methylamino o nitrato ethanolamino.

Puede ser formulado como composicin de detonador sensitivo de

dimetro pequeo o productos sensitivos de dimetro medio a

grande y pueden ser desensibilizados por altas presiones.

EMULSIONES

Este es el nuevo concepto en la fabricacin de los productos explosivos. Es l ms

reciente producto desarrollado en la tecnologa de los explosivos comerciales.

En la introduccin de las emulsiones en la minera, sucedi lo contrario a lo acontecido

en la introduccin de otros productos explosivos, ya que aquellas fueron adoptadas

rpidamente, su aceptacin mundial se debe a sus caractersticas y su eficiente

desempeo en el campo.

Las emulsiones tienen numerosas caractersticas poco usuales. La interaccin ntima de

los combustibles-oxidantes produce detonaciones de muy alta velocidad. El medio de

reduccin de densidad va Microesferas de vidrio han demostrado que los criterios de

liberacin de energa y rendimiento de las emulsiones son optimizadas.

Las emulsiones sensitivas se preparan en forma de mezcla de agua en aceite en las que

existen 2 fases presente, una fase externa y otra fase interna. Esto es anlogo a la

mezcla de agua y aceite.

Ambas fases estn separadas. Pero con una agitacin apropiada y un emulsificante, un

lquido puede ser disperso en otro, formando una emulsin.

INICIADOR DE ALTA PRESIN DE DETONACIN

Un iniciador de alta presin de detonacin (Booster), es una carga

explosiva, usualmente como su nombre lo indica, es un producto de

alta velocidad y presin de detonacin, usado para mejorar la

iniciacin de materiales explosivos de menor SENSITIVIDAD.

Un iniciador de alta presin puede ser un simple cartucho de

explosivo comercial o un iniciador de alta presin fabricado tal como

un iniciador de pentolita

27

SISTEMAS DE INICIACIONSISTEMAS DE INICIACION

Es una combinacin de dispositivos explosivos y componentes accesorios diseados para transmitir una seal e iniciar una carga explosiva desde una distancia segura y cuando es deseado.

Clasificacin de los Sistemas de Iniciacin

28

Clasificacin de los Sistemas de Iniciacin

Elctricos No Elctricos Elctrnicos

SISTEMAS DE INICIACION

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SISTEMAS NO ELECTRICOS

Ignitacord

Tipo "A"

Conector Th

Fulminantes

No. 6, 8 y 12

Mecha de Seguridad

Detacord

E-Cord

Reforzado

Cordn Detonante

EZDet

EZTL

Conector MS

Tipos

MS y LP

Iniciador No Elctrico

de Retardo

Sistemas No Elctricos

30

Mecha de Seguridad

30

Su velocidad de combustin es de 135 segundos por metro, con una variacin de ms o menos un 10 %.

MECHA DE SEGURIDAD

30

Los conectores Th aseguran la transmisin de la flama del Ignitacord a la mecha de seguridad. Es un casquillo de aleacin de cobre que contiene en su base una mezcla de ignicin.

CONECTOR TH

IGNITACORD

El Ignitacord es a la vez un mecanismo de ignicin y retardo; permite

encender las mechas en un orden determinado, controlado por la longitud del

Ignitacord entre cada conexin a un conector. Requiere iniciar en un solo punto

para retirase a un lugar seguro

CORDON IGNITACORD (THERMALITA)

VELOCIDAD: 43 seg/m + - 10 %

32

Nombre Ncleo Granos/pie Gramos/mt Resistencia

a la Tensin

Reforzado

E-Cord

Detacord

PETN

PETN

PETN

50

25

18

10.6

5.3

3.8

90 Kgs

68 Kgs

63 Kgs

Tipos y Caractersticas

CORDON DETONANTE

32

33

INICIADORES NO ELECTRICOS DE RETARDO

TIPOS

LP: CON RETARDOS EN FRACCIONES DE SEGUNDO, SE APLICAN EN DONDE EXISTE UNA CARA LIBRE. LA POTENCIA DEL FULMINANTE ES 12 (CUELES)

MS: RETARDOS EN FRACCIONES DE MILISEGUNDOS, GENERALMENTE SE APLICAN DONDE EXISTEN DOS CARAS LIBRES. LA POTENCIA DEL FULMINANTE ES No 8 (REBAJES)

34

Tiempos de los LP y MS

Perodo Tiempo

1 25 ms

2 50

3 75

4 100

5 125

6 150

7 175

8 200

9 250

10 300

11 350

12 400

13 450

14 500

15 600

MS

Perodo Tiempo

1 0.20 seg

2 0.40

3 0.60

4 1.00

5 1.40

6 1.80

7 2.40

8 3.00

9 3.80

10 4.60

11 5.50

12 6.40

13 7.40

14 8.50

15 9.60

LP

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INICIADORES NO ELECTRICO DE RETARDO

EZDET: es una unidad con retardos de fondo y superficie, constantes en milisegundos. Permite una configuracin o reconfiguracin de voladura simple y rpida EZTL: es una lnea de retardos de superficie, en milisegundos, que no requieren el empleo de cordn detonante.

36

INICIADORES NO ELECTRICOS DE RETARDO

CONECTORES MS, bidireccionales, proporcionan

tiempos de retardo en milisegundos entre barrenos

conectados con cordn detonante.

37

Formar Cuadro con Cordn Detonante

38

Conectando

39

Sistemas Electrnicos

SISTEMAS DE INICIACION

ELECTRONICOS

DIGIDET

IKON

EZ-TRONIC

UNITRONIC

40

APLICACIN ACTUAL

Control de Vibraciones

(frecuencias)

Fragmentacin