Métodos de excavación de túneles mediante perforación y voladura

5/16/2018 Mtodos de excavacin de tneles mediante perforacin y voladura

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Metodos de excavacion de tuneles mediante perforacion y voladuraPu b1 ic ad o e l0 4 Jan, 2010 por Julio Gonz al ez e n Co ns tr uc ci On

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L os m eto do s d e e xe av ac io n d e tu ne les m ed ia nte p erfo ra cien y v olad ura d epend en fu nd am en talm en te en prim er lu gar, d el tip o de terreno aatravesar. D e e ste rmdo c ab e d es ta ca r p or se pa ra do la e xc av ac iO n d e nmeles en roca y l a e xc av ac iOn d e nmeles en s uel os 0 t e rr enos b landos . En estearticulo nos een trarem os siem pre a la exeavaclen en roea, qu e es 10 mi s h ab it ua l e n l os t Un el es d e c ar re te ra .L a s pa rt es 0 t ra ba jo s e lem en ta le s d e q u e c on st a e l c ic io d e tr ab aj o c ar ac te ri st ic o d e la s e xc av ac io ne s media nt e p er fo ra ci on y v ola du ra s on la s s ig u ie nt es :

R ep lan te o en e l:fre nte d el e sq ue ma d e tiro. P erfb ra cio n d e lo s ta la dro s. C arg a d e lo s ta la dra s c on e xp lo siv o (b arre no s). V ola du ra y v en tila ciO n R etira da d el e sc om b ra y s an eo d el: fre nte , b 6v ed a y h astia le s.

E l e sq ue ma d e tiro e s la d isp os ic iO n e n e l f re nte d el n m el d e lo s ta la dro s q ue se v an a p erfo ra r, la c arg a d e e xp lo siv o q ue se v a a in tro du cir e n c ad a lIDO yelorden en qu e se va a h ac er d eto na r c ad a b arre no , d ise fu in do se a l p rin cip ia d e la o bra e n b as e a la e xp erle nc ia y a un a s e ri e d e r eg la s empf ri ca s r ec og id as e nl os m a nu al es s ob re e xp lo si vo s. P os te rio rm e nt e, a 10 largo de la excavacion d el t un el, s e va a ju st an do e n fu n ciOn de l os r es ul ta do s o bt en id os e n c ad a v ol ad u ra .

La voladura de la destroza co n barrenos horizon tales, tie ne la v en ta ja d e q ue se utiliza e l m i srro s is te m a d e tra ba jo y maquinaria q ue la fu se d e a va nc e,p ud ie nd o re co rta rse c on la v ola du ra la fu rm a te 6ric a d el nmel P or o tro la do , la v ola du ra e n b an co e s m is rap id a d e lle varse a ca bo , co n u n c on su mo m en ord e e xp lo siv o, y n o n ec esita se r re tira do e l e sc om b ro e n c ad a v ola du ra , p ero re qu ie re d e u n re co rte p oste rio r p ara c on se gu ir e l p erfil d el tu ne l e n lo s hastiales.L os ta la dra s d eb en d e te ne r una I ongi tud de un 5 a 10 % s up er io r a l a d is ta nc ia q u e s e q u ie ra avanzar c on la pega, l lam ad a I on gi tu d d e a va nc e, y a q u es iempr e s e p ro du ce n p er did as q u e impid en a pr ov ec ha r a ll Ill ix imo l a lo ng it ud d e l os ta la dr as . L as l on git ud es d e a va nc e t fp ic as e st an c omp re nd id as e nt re 1 y 4m etro s y se fijan e n fim ci6 n d e la c alid ad d e la roca, c ua nt o me jo r e s la c al id ad d el t er re no , m a yo re s seran l os a va nc es p os ib le s. C o n u n a r oc a de ca li dadm ed ia -a de cu ad a e s h ab itu al p erfo ra r ta la dra s d e 3 a 3 ,5 0 m e tro s p ara a va nz ar e ntre 2 ,8 0 y 3 ,2 0 m etro s e n c ad a v ola du ra .P ara la p erfu ra ci6 n y v ola du ra , la s ec ci6 n te 6ric a d el n me l se d iv id e e n z on as , e n la s q ue la s e xig en cia s, ta nto d e d en sid ad d e p erfo ra cio n, c orm d e c arg ae sp ec f: fi ca d e e xp lo si vo y s ec u en ci a d e e nc en di do s on d is tin ta s. E sta s z on as s on :

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28/11/11 Metodos de excavaci6n de tuneles mediante perforaci6n y voladura I Fier ...una superficie Iibre hacia la que puede escapar la roca con 10 c ual se posibilita y fucilita su arranque. EI cuele es sin duda la m as im portante de todas las fusesde la voladura de un nm el en relaciO n con el avance de la voladura.E xisten distintos tipos de cu ele, los cu eles en V y en abanico, q ue fu cilitan la salida de la roca h acia el exterior, pero tienen el inconveniente de q ue los taladrosform an u n angulo con respecto al eje del nm el, por 10 q ue su correcta perfu raciO n tiene u na m ay or dificu ltad y exige variar el esq uem a de perfu raci6n paracada Iongi tud d e a va nc e. En tU neles de secciones de excavacion redu cidas estos cu eles no perm iten grandes avances por voladu ra.

lC ue le p a ra le lo

EI cuele m as usado por su sim plicidad es el cuele paralelo. C onsiste en un taladro vacio (barreno de expansion), sin explosivos, de m ayor diarretro que elresto (de 75 a 102 mm) y , a su alrededor, tres 0 c ua tro se cc io ne s d e ta la dro s c arga do s q ue e xp lo ta n su ce siv am en te sig uie nd o u na se cu en cia p re esta ble cid a.La m isiO n del barreno de expansion es la de ofrecer una superficie Iibre que evite el confinam iento de la roca de m odo que fucilite su a rra nq ue . S u d iam etrov aria e ntre 1 00 Y 3 0 0 m ilfm etro s. En ocasiones puede sustitu irse por dos taladros vacios de diarretro m enor (2 x 75 m m).Destroza. La destroza es la parte central y m as amplia de la voladu ra, cu ya eficacia depende fim dam entah nente del exito de la zona del cu ele y contracu ele,q ue es la zona critica de la voladu ra.Zapateras, La zapatera es la zona de la voladura situada en la base del frente, a ras del su elo. L os taladros extrem os su elen ir u n poco abiertos "pinch ados"h acia fu era con objeto de dejar sitio su ficiente para la perfu raciO n del sigu iente avance. L os barrenos de las zapateras son los q ue m as carga explosivacontienen ya que, aparte de rom per la roca han de levantar esta h acia arriba. P ara evitar repies, van ligeram ente "pinch ados" h acia abajo y son disparados enUIt imo lugar.Contomo. Lo s t al ad ro s p er im e tr al es 0 de contorno son im portantes pu es de ellos dependera la fu rm a perirretral de la excavaciO n resu 1tante. L o ideal es q uela fu rm a real del perim etro del nm el sea 10 r ras parecida posible a la teorica, au nq ue las irregu laridades y discontinu idades de la roca dificu ltan dich o objetivo.E xisten dos tecnieas de efectu ar los tiros perim etrales: el recorte y el precorte. E I r ecorte, q ue es la tecnica m as em pleada, consiste en perfu rar u n m irreroim portante de taladros paralelos al eje del tunel en el contorno, a la distancia conveniente (entre 45 cm y 100 cm ) y con una concentraciO n de explosivopequefia 0 incIuso nula. En la secuencia de encendido son los U Itim os barrenos en detonar. Por otro lado, la tecnica del precorte se perfu ra un m ayor nU merode taladros perrretrales y paralelos entre sf unas distancias entre 25 em y 50 cm , con una concentraciOn de carga explosiva entre 0, I Y 0 ,3 kg/m, Esta tecncaexige una perforacion m uy precisa que asegure un buen paralelism o y una borm genea separaciO n entre los taladros. En la secuencia de encendido, son losprim eros en detonar, con 10 q ue se crea una fisu ra perim etral que afsla y protege la roca de las vibraciones del resto de la voladura. La t ec ni ea d el p re co rt e,por su esm erada ejecuciO n y costo elevado, es de uso poco frecuente en tU neles, excepto en casos nm y especiales.Maquinaria de perl'oraci6nLa perfu raciO n de los taladros se pu ede h acer por dos procedim ientos: el prim ero es m ediante el u so de m artillos m anu ales accionados por aire com prim ido,y el segu ndo es m ediante m artillos h idrau licos m ontados sobre u na m aq uina au tom 6vil denom inada ju mbo.MartiIlos manuales. L os m artillos m anuales de aire com prim ido fim cionan a percu sion, es decir, la barrena golpea contra la roca y gira d e f urma d is co nt in u aentre cada percu si6n, separandose del fu ndo del taladro. E I d etritu s es arrastrado h asta el exterior del taladro m ediante agu a, q ue tiene tam bien la finalidad derefrigerar la barrena. L os m artillos m anu ales son actu ah nente de u so poco frecu ente, solo se u san, obviam ente, en nm eles nm y peq uefios 0 d e fu rm aaccidental, pu es tienen rendim ientos nm y infu riores a los ju mbos y req uieren nru ch a m ano de obra.


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Jumbos. La miquina habitual de perfu raciO n es eljum bo, com o se m uestra en la im agen que inclu irm s m as abajo. C onsta de una carroceria de au tom 6vi1dotada de dos 0 tr es b ra zo s a rtic ula do s, s eg U n lo s m o de lo s. En c ad a b ra zo p ue de m on ta rse u n m artillo d e p erfu ra ci6 n (p erfu ra do ra ) 0 u na cesta dondepu eden alojarse u no 0 dos operarios y que perm ite el acceso a cualqu ier parte del frente. E l funcionam iento de los jum bos es electrico cuando estanestacionados en situ aciO n de trabajo y pu eden disponer tam bien de u n m otor D iesel para el desplazam iento. L os m arti110s fu ncionan a rotopercu si6n, es decir,l a b a rr ena gira continu am ente ejerciendo sim ultaneru rente u n im pacto sobre el rondo del ta1adro. E l a cc io na mie nto e s h id ra ulie o, c on 1 0 q ue se c on sig ue npotencias m uch o m as elevadas q ue con el sistem a nelllIllitico. E l arrastre del detritu s y la refrigeraciO n se consigu en igu ah nente con agu a.Los rendim ientos de perforacsm que se consiguen en los jum bos hidrau lieos m odernos, pueden superar los 3,5 mlmin de velocidad instantinea deperforacion, L os ju mbos actu ales tienen sistem as electr6nicos para controlar la direcci6n de los taladros, el im pacto y la velocidad de rotaciO n de los m artillose inclu so pu eden m em orizar el esq uem a de tiro y perfu rar todos los taladros automaticamente, En este caso u n U nico m aq uinista pu ede perfu rar una pegacom pleta en u nas pocas h oras.

Accesorios de perforaeien, Los accesorios de perforacion corminrrente u sa do s so n la s v arilla s 0 barrenas y las bocas de perforacion, Ademas s e empl ea nm anguitos y otros adaptadores para el ensam blaje de las piezas. Las barrenas de perfu raci6n son sim plem ente barras de acero con un conducto interior parael paso del agua de refrigeraciO n y unas roscas en los extrem os donde se acoplan las bocas 0 los m angu itos. L a boca de perfu raciO n es la h erram ienta decorte, q ue generah nente es de rretal endu recido (carburo de tu ngsteno) 0w idia, dispu esto en forrras diversas: en cru z, en X 0 b oto ne s, c on u no s d iR m etro sh ab itu ah ne nte c om pre nd id os e ntre 4 5 y 1 02 m ilim etro s.La eleccion de un tipo Uotro de boca, as! com o de sus diam etros, depende del tipo de m aquinaria de perforacion, de las caracteristicas de la roca y deldiam etro de los cartu ch os del explosivo a introdu cir. G enerah nente las bocas de botones son las q ue proporcionan u n m ay or rendim iento, al golpear la rocade form a m as horrogenea y ser m as facil la evacu aci6n del detritu s de roca. P ara tal fin se pu eden disponer varias entradas de agu a frontales y tam bienlaterales. P ara la elecciO n del m aterial de perforacion y su s accesorios se recom ienda el u so de los m anu ales especializados fu cilitados por los fabricantes,


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28/11/11 Metodos de excavaci6n de tuneles mediante perforaci6n y voladura I Fier ...ve locid ad de propag aciO n sonica de la roca. A de mas los ex plosivos, d uran te la detonac ion, deb en gen erar ga ses no tO xicos, 1 0 qu e limita e l tip o d e e xp lo siv osen in terior. E l t ipo de explosivo tam bien depende del grade de h um edad existente en la roca.

E l explosivo m as u tilizado para el cuele y contracuele, destroza y zapateras, es la G OM A-2 E-C 0 RIOMEX E20/40. E l diam etro de los cartu ch os deb eraser 10 m as pro xim o al dia metro de p erfu raciO n d e los taladro s, c om patible con su introdu cciO n de ntro de l ba rreno . L a inicia ciO n de la exp losio n en cadabarreno se realiza en el cartucho cebo insta lado en el fondo del barreno y que contiene un detonador.L a a ctiva ciO n de los detonad ores pu ede ser electriea 0 por im pacto; en el p rim er caso se utiIizan d eto na do re s e le ctric os, P or ra zo ne s d e se gu rid ad , c on trac or rie nt es p ar as ite s, s e utiIizan e xc lu siv am e nte d eto na do re s d e a lta in se ns ib ili da d (AI). U na m ay or se gu rid ad o fre ce n lo s d eto na do re s d e in ic ia ciO n n o e le ctric a,tip o N o nel, cu yo u so seria esp ecia hnen te aco nse jable . A te ndie ndo a lo s tiem pos de re tardo , lo s d eton adores p ued en ser: insta ntan eos, de m ic rore tardo(retardo de 25 0 30 m seg), 0 de retardo (re tardo de 0,5 seg ).E l resto de los elem en tos qu e se utiIizan p ara la v ola du ra s on lo s sig uie nte s:Canas. S on tu bos de P VC (tu bos o meg a) abie rtos Ion gitu dina hnen te en cu yo interior se co loca n los ex plosivos, co rdon d eton ante , e tc. P enn iten intro du cirm cih ne nte to do s lo s e le me nto s e n su d isp osic iO n c or re cta d en tro d el ta la dro .Retacador. E l r etac ado r e s el m ate rial q ue cie rra 0 tapona el talad ro y de este m odo im pide que la energia debida a la explosion se escape por la boca delm ism o. N on nah nente se u san u nos cartu ch os de arciIla n my ph istica.Explosor. Es el m ecan ism o qu e produ ce la corriente elec trica qu e da lugar a la explosion, Suelen estar basados en un condensador qu e se va cargando conu n a man iv el a 0 u na bateria y q ue cie rra el circu ito m anu al 0 autorrat icamenteCables. L os cab les electricos q ue tran sm iten la corriente desd e el ex plosor h asta los de tona dore s son los u sa dos h abitu ah nente en trab ajos electricos,Control de la vibracionesL as vibraciones pro du cidas po r las vo ladu ras se tra nsm iten po r el terre no y pu eden llegar a p ro du cir d afio s e n e dific io s y e str uc tu ra s p r6 xim as al n me l a sicom o a la roca c ircu ndan te y al revestim iento . Por este m otivo tiene interes el estudio de la ley que rige la propag aciO n de las o ndas sism icas y los va loresm ix im os d e v ib ra ciO n a dm is ib le s e n c ad a p ro ye cto .E l fac tor princip al q ue provoc a lo s d aiios e s la V elo cida d P ic o de P articu la, q ue se defin e com o la v elocidad maxima q ue alcanz an las particu las de l terreno alvibrar por acc ion de la on da sism ica.Referencias bibliogrdficas:

Sinha RS.,' "Underground Structures. Design and Construction ", Elsevier. Cornejo, L., ' "Excavacion Mecdnica de Tuneles ", Ed. Rueda. Edwards J.T.,' "Civil Engineering for Underground Rail Transport ", Butterworths. IT. G.E.,' "Manual de perforacion y voladura de rocas ", Instituto Tecnologico Geominero de Espana.


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9 comentarios

M e to do s d e e xc av ac i6 n d e tU ne le s m ed ia nte p erfu ra ci6 n y voladura04 Jan, 2010

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M e to do s d e e xc av ac i6 n d e tU ne le s m ed ia nte p erfu ra ci6 n y v ola du ra - a pe zz .c om04 Jan, 2010

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maik2 3 A u g, 2 01 0

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Edwin2 6 J an , 2 01 1

F elicitarlo prim eram ente y al m ism o tiem po su plic arles a yu darm e y rec om end arm e p ara la ejec uc io n d e u n t un el de 240 ml d e se cc io n 4x 3.S roc as aren isc as,qu e m etodos de perfu rac ion es la ma s r ec omen d ab le

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John1 2 A p r, 2 01 1

E l m a nu al de lIT GE (1 98 8) e sta escrito p or J.M .P ern ia , Emilio L Op ez Jim en o y F erna nd o P Ja , cre o re co rd ar.P or de fe re nc ia (en ellos se ba sa n c asi to do los lib ro s escrito s en ca ste lla no so bre la m ate ria ), h abria q ue c ita r ta moien e sto s d os:- "A pun tes de Exp losivos". 198 6. ET SIM M . E ugenio M ufiiz.y , sob re to do :- "T ecn iea m oderna en vo ladu ras de rocas". 198 7. Ed. U r m o. L a ng ef ur s, U. y Kih lstr Om , B .C om o M anual esta rruy b ien e1 "M anu al de em p1eo de explosivos" de la antigua V EE (h oy M axa m).

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