Monografía Voladura de rocas

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MONOGRAFIA

VOLADURA DE ROCAS

FACULTAD ESCUELA CTEDRA CATEDRTICO ALUMNO

: INGENIERA Y ARQUITECTURA. : INGENIERA CIVIL. : CAMINOS II. : ING. ENRIQUE CAMAC OJEDA. : QUISPE SOSA, JORGE ANBAL.

HUANCAVELICA, NOVIEMBRE 2010

V

S T SC CIN

T

IN

a perforacin de las rocas dentro del campo de las voladuras es la primera operacin que se realiza y tiene como finalidad abrir unos huecos, con la distribucin y geometra adecuada dentro de los macizos, donde alojar a las cargas de explosivo y sus accesorios iniciadores.

pesar de la enorme variedad de sistemas posibles de penetracin de la roca, en minera y obra pblica la perforacin se realiza actualmente, de una forma casi general, utilizando la energa mecnica. Por este motivo, se tratarn exclusivamente los mtodos mecnicos, pasando revista a los fundamentos, tiles y equipos de perforacin de cada uno de ellos.

os componentes principales de un sistema de perforacin de este tipo son: la perforadora que es la fuente de energa mecnica, el varillaje que es el medio de transmisin de esa energa, la boca que es el til que ejerce sobre la roca dicha energa y el fluido de barrido que efecta la limpieza y evacuacin del detrito producido. 1 MTODOS DE PERFORACI N DE ROCAS

La perforacin de las rocas dentro del campo de las voladuras es la primera operacin que se realiza y tiene como finalidad abrir unos huecos, con la distribucin y geometra adecuada dentro de los macizos, donde alojar a las cargas de explosivo y sus accesorios iniciadores. A pesar de la enorme variedad de sistemas posibles de penetracin de la roca, en minera y obra pblica la perforacin se realiza actualmente, de una forma casi general, utilizando la energa mecnica. Por este motivo, se tratarn exclusivamente los mtodos mecnicos, pasando revista a los fundamentos, tiles y equipos de perforacin de cada uno de ellos. Los componentes principales de un sistema de perforacin de este tipo son: la perforadora que es la fuente de energa mecnica, el varillaje que es el medio de transmisin de esa energa, la boca que es el til que ejerce sobre la roca dicha energa y el fluido de barrido que efecta la limpieza y evacuacin del detrito producido.

1.1. T P L OGA DE LOS T A BAJOS DE PERFORACIN EN EL ARRANQUE CON EXPLOSIVOS

Dentro de la amplia variedad de los trabajos de excavacin con explosivos, se han desarrollado un gran nmero de mquinas que dan lugar a dos procedimientos de perforacin: A. Pertoracin manual. Se lleva a cabo con equipos ligeros manejados a mano por los perforistas. Se utiliza en trabajos de pequea envergadura donde por las dimensiones no es posible utilizar otras mquinas o no est justificado econmicamente su empleo. B. Perforacin mecanizada. Los equipos de perforacin van montados sobre unas estructuras, de tipo mecano, con las que el operador consigue controlar todos los parmetros de la perforacin desde unas posiciones cmodas. Estas estructuras o chasis pueden ir montadas sobre neumticos u orugas y ser automotrices o remolcables. 1.2. CAMPOS DE APLICACIN DE LOS DIFERENTES TI POS DE PERFORACIN

Los dos grandes mtodos mecnicos de perforacin de rocas son los rotopercutivos y los rotativos. - Mtodos rotopercutivos. Son los ms utilizados en casi todos los tipos de roca, tanto si el martillose sita en cabeza como en el fondo del barreno. - Mtodos rotativos. Se subdividen a su vez en dos grupos, segn que la penetracin se realice por trituracin, empleando triconos, o por corte utilizando bocas especiales. El primer sistema se aplica en rocas de dureza media a alta y el segundo en rocas blandas. Atendiendo a la Resistencia a Compresin de las rocas y al dimetro de perforacin, se pueden delimitar los campos de aplicacin de los diferentes mtodos tal como se refleja en la Fig1.1. Por otro lado, segn el tipo de trabajo que se realice en minera u obra pblica de superficie los equipos que ms se utilizan y dimetros ms comunes para las voladuras en banco se recogen en la Fig. 1.2.

1.3. CLASIFICACIN DE LAS ROCAS Y PROPIEDADES FSICAS PRINCIPALES

La perforacin de barrenos se realiza, casi en la totalidad de los casos, en masas rocosas, por lo que es interesante antes de iniciar una obra conocer los diferentes tipos de materiales que se presentan y sus propiedades bsicas. Estas caractersticas de las rocas dependen en gran medida de su origen, por lo que a continuacin se describen los tres grandes grupos que existen. 1.3.1. CLASIFICACIN DE LA S ROCAS POR SU ORI GEN

A.

Rocas gneas Las rocas gneas son las formadas por solidificacin de una masa fundida, mezcla de materiales ptreos y de gases disueltos, denominada magma. Si la roca se ha enfriado en contacto con el aire o el agua de la superficie terrestre, se la clasifica como roca gnea "extrusiva" o volcnica. Cuando el magma se enfra por debajo de la superficie terrestre se forma una roca gnea "intrusiva" o plutnica. La velocidad de enfriamiento del magma da lugar a que los minerales cristalizados tengan tamaos de grano grandes si es lenta y pequeos si es rpida. En el primer caso se forma una roca denominada pegmatita y en el segundo una aplita. Un caso intermedio lo constituye el prfido, en el que se observan grandes cristales dentro de una masa o matriz de grano fino. Los tres tipos se encuentran generalmente en forma de diques con potencias de uno a decenas de metros. El caso ms normal es el de una velocidad de enfriamiento moderada, que da lugar a una roca masiva con un tamao de grano medio, de 1 a 5 mm.

B.

Rocas metamrficas Las rocas metamrficas son las originadas por importantes transformaciones de los componentes mineralgicos de otras rocas preexistentes, endgenas o exgenas. Estos grandes cambios se producen por la necesidad de es tablizarse sus minerales en unas nuevas condiciones de temperatura, presin y quimismo. Estas rocas son intermedias en sus caractersticas fsicas y qumicas, entre las gneas y las sedimentarias, pues presentan asociaciones de minerales que pertenecen a los dos tipos. As se encuentran en ellas minerales, como el cuarzo, los feldespatos, las micas, los anfboles, los piroxenos y los olivinos, esenciales en las rocas gneas, pero no tienen feldespatoides. Como en las rocas

sedimentarias, pueden tener calcita, dolomita, slice y hematites; pero no tienen minerales evaporticos. Tambin, aparecen en ellas minerales comunes a los dos tipos, como son: la turmalina, el zircn, la magnetita, el topacio y el corindn; todos ellos son minerales muy estables en cualquier medio exgeno o endgeno. Existe una serie de minerales, que son muy especficos de las rocas metamrficas, pudiendo formar parte de los granos de las rocas detrticas, debido a su estabilidad en los ambientes exgenos y otros son a la vez productos de alteracin meterica de minerales de rocas endgenas. Realmente la meteorizacin es un proceso de transformacin mineralgica con carcter fsico y qumico, pero a temperatura y presin bajas. C. Rocas sedimentarias Las rocas sedimentarias se forman por la acumulacin de restos o detritus de otras rocas preexistentes, por la precipitacin qumica de minerales solubilizados o por la acumulacin de restos de animales o vegetales. En el primer caso se producen los sedimentos detrticos como son las gravas, conglomerados y arenas en cuya precipitacin interviene la gravedad. En el segundo se encuentran, por ejemplo, las evaporitas o rocas salinas precipitadas por la sobresaturacin de una salmuera sometida a una intensa evaporacin. Las terceras son las acumulaiones de conchas, esqueleto; de animales o restos de plantas, como son las calizas conchferas, los corales y el carbn. Este ltimo grupo se subdivide en bioqumicas organgenas y bioqumicas minerales, segn que sus componentes sean de la qumica orgnica o de la inorgnica. En el primer caso estn los carbones y el petrleo, y en el segundo las calizas, dolomas y rocas fosfticas. 1.3.2. PROPIEDADES DE LAS ROCAS QUE AFECTAN A LA PERFORACIN

Las principales propiedades fsicas de las rocas que influyen en los mecanismos de penetracin y consecuentemente en la eleccin del mtodo de perforacin son: Dureza. Resistencia. Elasticidad. Plasticidad. Abrasividad.

- Textura. - Estructura. - Caractersticas de rotura. A. Dureza Se entiende por dureza la resistencia de una capa superficial a la penetracin en ella de otro cuerpo ms duro. En una roca es funcin de la dureza y composicin de los granos minerales constituyentes, de la porosidad de la roca, del grado de humedad, etc. La dureza de las rocas es el principal tipo de resistencia a superar durante la perforacin, pues cuando se logra la penetracin del til el resto de las acciones se desarrollan ms fcilmente. B. Resistencia Se llama resistencia mecnica de una roca a la propiedad de oponerse a su destruccin bajo una carga exterior, esttica o dinmica. Las rocas oponen una resistencia mxima a la compresin; comnmente, la resistencia a la traccin no pasa de un 10 a un 15% de la resistencia a la compresin. Eso se debe a la fragilidad de las rocas, a la gran cantidad de defectos locales e irregularidades que presentan y a la pequea cohesin entre las partculas constituyentes. La resistencia de las rocas depende fundamentalmente de su composicin mineralgica. Entre los minerales integrantes de las rocas el cuarzo es el ms slido, su resistencia supera los 500 MPa, mientras que la de silicatos ferromagnsicos y los aluminosilicatos varan de 200 a 500 MPa, y la de la calcita de 10 a 20 MPa. Por eso, conforme es mayor el contenido de cuarzo, por lo general, la resistencia aumenta.

C.

Elasticidad La mayora de los minerales constituyentes de las rocas tienen un comportamiento elstico-frgil, que obedece a la Ley de Hooke, y se destruyen cuando las tensiones superan el lmite de elasticidad. Segn el carcter de deformacin, en funcin de las tensiones provocadas para cargas estticas, se consideran tres grupos de rocas 1) Las elastofrg