tesis perforacion y voladura.pdf

8/13/2019 tesis perforacion y voladura.pdf

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UNIVERSIDAD DE CUENCA

FACULTAD DE INGENIERA

ESCUELA DE INGENIERA CIVIL

OPTIMIZACIN DE LOS PARMETROS

DE PERFORACIN Y VOLADURA EN LACANTERA

LAS VICTORIAS

AUTORES:

ANDRS FERNANDO CAGUANA GUTIRREZ

MANUEL PATRICIO TENORIO TUPACYUPANQUI

TESINA QUE PRESENTAN:

PREVIO A LA OBTENCIN DEL TTULO DE INGENIERO CIVIL

TUTORES:

Ing. JOSE OTAO NOGUEL Phd.Ing. ROBERTO BLANCO TORRENS Phd.

CUENCA ECUADOR OCTUBRE de 2013


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Universidad de Cuenca_______________________________________________________________

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Andrs Fernando Caguana GutirrezManuel Patricio Tenorio Tupacyupanqui

RESUMEN

La voladura hoy en da es un tema que se ha estudiado a profundidad, siendoutilizada para diferentes fines. La presente monografa expone unaoptimizacin de los parmetros de perforacin y voladura que se estnempleando actualmente en la cantera Las Victorias, con el objeto defragmentar la roca para su posterior comercializacin. Los parmetrospropuestos parten del anlisis de diferentes mtodos de clculo, siendo estos;El mtodo de proporcionalidad, el mtodo propuesto por Lpez-Jimeno, elmtodo de Langefords, el mtodo Sueco y el mtodo de Konya, a demsutilizando el modelo Kuz-Ram para estimar el tamao de la fragmentacinproducto de la voladura. En tal caso, se dedujo que el mtodo propuesto porLpez-Jimeno es el ms idneo para el clculo de un adecuado patrn devoladura.

Palabras clave: Voladura, optimizacin, parmetros, perforacin, fragmentar,mtodos de clculo.


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ABSTRACT

The rock blasting nowadays is a topic that has been studied in depth, been atechnique very used because these have a big range of applications. This workpresents an optimization of the parameters of drilling and blasting that arecurrently being employed in the mine Las Victorias, with the purpose offragment the rock for further marketing. The parameters proposed are based onthe analysis of different methods of calculation, and these, the Proportional

method, the method proposed by Lpez-Jimeno, the Langefords method, theSwedish method and the method of Konya, besides using the Kuz-Ram modelto estimate the size of the fragmentation product of the blasting. In this case,product of the analysis it was concluded that the method proposed by Lpez-Jimeno is the best method for calculating adequate blasting pattern.

Keywords: Blasting, optimization, parameters, drilling, fragment, calculationmethods.


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INDICE GENERAL

INDICEGENERAL...........................................................................................................................3NDICEDEFIGURAS.....................................................................................................................9NDICEDETABLAS.....................................................................................................................10INTRODUCCIN...........................................................................................................................12

CAPTULO1.ESTADOACTUALDELATEMTICA.............................................................................151.1 SituacinActualdelatemticaenelMundoyenel Ecuador...........................151.2 Perforacindelasrocas................................................................................................161.3 Teoradelaexplosinylassustanciasexplosivas...............................................20

CAPTULO2.CARACTERIZACINDELAZONADEESTUDIO.........................................................292.1Ubicacinyaccesos.............................................................................................................292.2Caractersticasgeolgicas................................................................................................302.3Clima........................................................................................................................................322.4Hidrogeologa.......................................................................................................................322.5Propiedadesdelasrocasydelmacizorocoso...........................................................33

CAPITULO3.DESCRIPCINDELOSACTUALESTRABAJOSDEVOLADURA..............................383.1readeexplotacin............................................................................................................383.2Pasaportedevoladurautilizadoenlacantera..........................................................393.3Equiposutilizadosparalaperforacin........................................................................403.4 Sartadeperforacin..........................................................................................................413.5Trabajosrealizadosenelmesdemayo.......................................................................42

CAPTULO4.PARMETROSPROPUESTOS.........................................................................................444.1Anlisisdeclculoparaeldiseodelpasaportedevoladura..............................444.2MtodosdeClculoqueseanalizan..............................................................................474.3ModeloKuzRam..................................................................................................................53


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4.4Valoracindelasvibracionesylongituddeafectacinporonda.......................534.5RelacinEmulsinAnfo.................................................................................................54

CAPTULO5.RESULTADOSOBTENIDOSYPATRONESDEVOLADURAPROPUESTOS...........555.1ResultadosObtenidos........................................................................................................55


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NDICE DE FIGURAS

2.1 Ubicacin regional de la zona de estudio. . . . . . . . . . . . . . ... . . . . 302.2 Mapa geolgico del Ecuador-Azogues. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312.3 Carta topogrfica Azogues. . . . . . . . . . . . . . . .... . . . . . . . . . . 323.1 rea de explotacin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . ... . . . . . . . . . . 393.2 Pasaporte de voladura empleado actualmente en la cantera Las Victorias".. 403.3 Compresor de aire SULLAIR 185. . . . . . . . . . . . . . . ... . . . . . . . 403.4 Especificaciones, Pesos y Dimensiones del compresor utilizado. . . . . . . 413.5 Sarta de Perforacin (Otao C., 2013). . . . . ... . . . . . . . . . . . . . . . 413.6 Sarta de perforacin empleada en los trabajos de voladura. . . . . . . . . 42

4.1 Disposicin tpica de una malla de perforacin (Otao. C., 2013). . . .. ... 465.1 Mtodo de proporcionalidad . . . . . . . . . . . ... . . . . . . . . . . . . . 595.2 Mtodo de Lpez Jimeno . . . . . . . . . . ... . . . . . . . . . . . . . . . . 595.3 Mtodo Sueco . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 605.4 Mtodo Konya . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 605.5 Comparacin de los mtodos analizados para D=36mm. . . . . .... . . . . 615.6 Comparacin de los mtodos analizados para D=65mm. . . . .... . . . . . 615.7 Datos recolectados de los diferentes mtodos de diseo de voladura. ... 625.8 Tamao de fragmentaciones esperado de acuerdo a la separacin. . .. ..... 625.9 Patrn de voladura por el mtodo de Lpez-Jimeno, para un D=36mm. .635.10 Patrn de voladura por el mtodo de Lpez-Jimeno, para un D=65mm.. 63


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NDICE DE TABLAS

1.1 Dimetros de perforacin ms comunes en milmetros (Otao, C., 2013) .. 192.1 Resultados de los ensayos a compresin simple . . . . . . ... . . . . . . . 342.2 Clasificacin Geomecnica de Protodyakonov . . . . . . ..... . . . . . . . . 352.3 Caractersticas de las discontinuidades . . . . . . . . ... .. . . . . . . . . . 353.1 Trabajos del mes de mayo . . . . . . . . . . . . . . . . . ... . . . . . . . . 434.1 Parmetros para la eleccin del dimetro del barreno (Otao. C., 2013) . . 454.2 Gasto Especfico en dependencia del coeficiente de fortaleza de la roca(Otao. C., 2013) . . . . . . . . . . ... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 484.3 Patrones de voladura expresados en funcin del dimetro de los barrenos(Otao. C., 2013) . . . . . . . . . . . . . . . ... . . . . . . . . . . . . . . . 494.4 Valores de kd. . . . . . . . . . . . . . . ... . . . . . . . . . . . . . . . . . 524.5 Valores de ks. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 534.6 Valores de A en funcin de la calidad de la roca . .. . . . . . . . . . . . . . 534.7 Relacin Emulsin-Anfo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ... . . . . . . 545.1 Patrn de Voladura con D=36 mm. Mtodo Sueco y Konya . . . . . . . . 555.2 Patrn de Voladura con D=65 mm. Mtodo Sueco y Konya . . . . . . . . 565.3 Patrn de Voladura con D=36 mm. Mtodo de Proporcionalidad, Lpez-Jimeno y Langefors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 575.4 Patrn de Voladura con D=65 mm. Mtodo de Proporcionalidad, Lpez-Jimeno y Langefors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57


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AGRADECIMIENTOS

Para poder realizar sta tesina de la mejor manera posible fue necesario delapoyo de muchas personas a las cuales se quiere agradecer.

En primer lugar a nuestros familiares por ser la fuente de apoyo e inspiracinde nuestros trabajos y estudios as como tambin de nuestra realizacin

acadmica y personal.

A la Universidad de Cuenca y a la Facultad de Ingeniera por habernos dado laoportunidad de desarrollarnos como futuros profesionales, a travs de losconocimientos entregados por todos sus profesionales.

A los profesionales que dictaron el curso de Diseo y Construccin de Obrasde Minera por haber compartido sus experiencias laborales y su amplioconocimiento en la materia.

Andrs Caguana Gutirrez

Manuel Tenorio Tupacyupanqui


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INTRODUCCIN

Es impresionante como ha ido evolucionando la voladura en el mundo entero,desde la voladura que se realizaba con fines blicos, en voladura de puentes,carreteras, vas frreas y otras acciones para detener al enemigo empleando laplvora negra como material explosivo hasta el empleo de la voladura con el finde fracturar o fragmentar la roca, el suelo, el hormign o de desprender algnelemento metlico, mediante el empleo de materiales explosivos que se han

ido desarrollando a travs de los anos y de un sin nmero de pruebas como elanfo, hidrogeles, gomas y otros tipos de explosivos qumicos.

En la actualidad existen diferentes mtodos y maquinarias empleadas en elarranque de las rocas, los mtodos que se emplean en excavacionessubterrneas y los que se aplican a cielo abierto, sus diferencias radican en eltamao de la maquinaria utilizada y de las propiedades del macizo rocososujeto al arranque, puesto que el macizo se comportar\'a de diferente maneraen la superficie que a una profundidad considerable dentro de la cortezaterrestre.

El mtodo que se utiliza tanto en excavaciones subterrneas como a cieloabierto es la voladura, siendo el uso de la voladura actualmente uno de losmtodos ms utilizados en el mundo, en el Ecuador y en la provincia, pordiferentes razones que justifican su uso, como son: Menor mantenimiento de lamaquinaria utilizada, menor tiempo en lograr su propsito, etc.

En nuestro pas, existe un sin nmero de canteras que utilizan la voladuracomo principal mtodo de arranque de las rocas, pero desgraciadamente elclculo y las consideraciones en cuanto a las propiedades de la roca y elmacizo se refiere son muy pobres y se basan principalmente en aplicar un

patrn de voladura obtenido experimentalmente y obtener un tamao defragmentacin adecuado a los requerimiento que se requieren en la cantera.

La primera fase de la optimizacin del patrn de perforacin y voladuraconsiste en comprender los mecanismos de fragmentacin de la roca ms


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adecuados para el macizo rocoso sujeto al estudio. Con ello, es de vitalimportancia conocer cul es el objeto que se pretende con la voladura,

existiendo varias aplicaciones y en la que se centrar en esta monografa, lavoladura con el objeto de obtener una granulometra de un material de aristamenor de 60 centmetros.

La presente monografa se trata mediante un anlisis entre diferentes mtodosde clculo, obtener un patrn de perforacin y voladura que sea losuficientemente eficiente para reemplazar al patrn de voladura que se estaaplicando actualmente en la cantera, cumpliendo con las condicionespropuestas por la cantera y as obtener un aumento en la produccin de laempresa.

Objeto de estudio.

El macizo rocoso en el que se halla ejecutado un patrn de perforacin yvoladura en base a la experiencia o habilidad de sus trabajadores, sin ningunaclase de clculo o anlisis previo.

Planteamiento del problema.

Parte de la necesidad de optimizar los parmetros de perforacin y voladura

que se est realizando en la cantera Las Victorias y reducir la voladurasecundaria producto del actual patrn de perforacin.

Hiptesis.

Empleando el mtodo de clculo correcto y conociendo las propiedades ycaractersticas del macizo rocoso, se pueda obtener un correcto patrn deperforacin y voladura.

Objetivo general.

Optimizacin de los parmetros de perforacin y voladura que se estnempleando en la cantera Las Victorias.


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Objetivos especficos.

Analizar el actual patrn de perforacin y voladura que se ha venidoaplicando en la cantera Las Victorias.

Realizar una optimizacin del patrn para el aprovechamiento de losrecursos propios de la cantera, mediante la utilizacin de diferentesmtodos de clculo.

Realizar un anlisis comparativo del patrn actual y el patrn propuesto.

Determinar el tipo de granulometra que se obtendr de la voladuramediante un anlisis cualitativo.

Resultados esperados.

Obtener una optimizacin del patrn de perforacin y voladura que seesta empleando actualmente en la cantera.

Reducir la voladura secundaria, reemplazando el patrn de voladuraactual.

Obtener un material producto de la voladura de una arista menor de 60centmetros.


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CAPTULO 1.

ESTADO ACTUAL DE LA TEMTICA

La voladura de rocas, es un tema muy amplio que ha sido sujeta a varioscambios a travs de los aos, tanto en la utilizacin de diferentes tipos demaquinarias empleadas en la perforacin de las rocas hasta el uso de nuevassustancias explosivas; mucho ms seguras y confiables, por tal razn a sido

uno de los mtodos de arranque de las rocas ms utilizados, pero tambin unode los mtodos que en la explotacin informal puede ser lo bastante peligrosopor la incertidumbre de los clculos que son necesarios he indispensables paraaplicar de una forma adecuada el mtodo.

En el presente captulo se detalla de una manera general las consideraciones yconceptos que se deben tener claros al momento de practicar una voladura acielo abierto, con el objeto de fragmentar la roca de un macizo rocoso yaprovechar los materiales ptreos para su posterior produccin.

1.1 Situacin Actual de la temtica en el Mundo y en el Ecuador

Situacin actual del mundo

La industria de los explosivos comerciales ha evolucionado desde un inicioextremadamente rudimentario hasta llegar a ser sofisticada, ya sea basada enla investigacin tcnica de los pases desarrollados los mismos que por losadelantos tecnolgicos han logrado fabricar explosivos de alta generacinmejorando en si la utilizacin de voladuras y optimizando los recursos en elingenieril.

Los pases de Sudamrica especialmente como Brasil, Argentina, Chile, Per yEcuador, fabrican explosivos de acuerdo a la mejor tecnologa, los cualesutilizan explosivos de ltima generacin, en vista que tienen alianzasestratgicas con varias empresas de pases desarrollados, siendo muy alta lacompetitividad y precios asequibles.


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Situacin actual del Ecuador

En el Ecuador, la empresa EXPLOCEN C.A. fabricante de explosivos de igualmanera ha ido tecnificando sus productos, debido a la alianza que mantienecon AUSTIN POWDER INC., mantenindose al nivel de los fabricantesinternacionales, ofreciendo 14 productos de calidad entre los que se destacanlas dinamitas, pentolitas, cordn detonante, anfos, y mecha de seguridad.

Los encargados de obras de voladura en nuestro medio continan utilizandoproductos tradicionales de segunda y tercera generacin pese a existirproductos de cuarta generacin, sin un procedimiento tcnico que permita seruna gua para realizar los diferentes procesos en la manipulacin, operacin ytransporte para el uso de las voladuras en los trabajos de voladura.

Los tcnicos encargados en los trabajos de perforacin y voladura han

ejecutado trabajos a cielo abierto, muchas veces de forma emprica, en vistaque no ha existido un manual que rija un conocimiento profundo de losdiferentes elementos que constituyen la prctica de voladuras; de igual manerase han creado productos nuevos como las emulsiones dejando atrs ladinamita, que al ser ms econmicos, pueden simplificar las tcnicas devoladuras, con menos material explosivo, mejorando y optimizando losrecursos.

1.2 Perforacin de las rocas.

Para todo tipo de construccin civil y minera es evidente que es necesario

mover parte de la corteza terrestre, arrancar las rocas que son parte de ella,esto para acentuar dichas construcciones. En algunos casos por laspropiedades de resistencia que poseen las rocas es imposible arrancarla pormedios mecnicos, en estos casos se utiliza la voladura.

La roca arrancada por voladura, debe poseer una forma especfica, para ello esde vital importancia conocer cmo acta el explosivo dentro del macizo rocoso,adems de conocer los diferentes tipos de maquinarias perforadoras con susdiferentes accesorios y los tipos de explosivos con sus medios iniciadores.

La perforacin de las rocas es la primera operacin que se realiza dentro delcampo de la voladura, siendo el objetivo principal construir un agujero ycargarlos con explosivos y sus accesorios iniciadores (Manual de perforacin yvoladura de rocas, 1994). Se la conoce tambin como perforacin deproduccin, a diferencia de la perforacin de exploracin que su finalidad es


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analizar el material obtenido de la perforacin y poder determinar: tipos,calidades y cantidades de mineral para la eventual explotacin del yacimiento.

En perforacin tienen gran importancia la resistencia al corte o dureza de laroca (que influye en la facilidad y velocidad de penetracin) y la abrasividad.Esta ltima influye en el desgaste de la broca y por ende en el dimetro final delos agujeros cuando sta se adelgaza. (Osorio. A., 2001)

El proceso de perforacin requiere de una fuente de energa, y de acuerdo conel tipo de energa que se utilice, se definen diferentes mtodos de perforacin.De acuerdo al (Manual de perforacin y voladura de rocas, 1994), los mtodosde perforacin de las rocas son variados, entre los cuales se puedenmencionar los: Mecnicos, Trmicos, Hidrulicos, Snicos, Qumicos,

Elctricos, Ssmicos y Nucleares.

De entro ellos los nicos industrialmente utilizados, son los trmicos cuando seutilizan en rocas con alto contenido de slice y los mecnicos que se utilizan ennuestro medio. Los componentes principales de ste mtodo de perforacinson: La perforadora que es la fuente de energa mecnica, el varillaje que es elmedio de transmisin de la energa, la boca que es el til que ejerce la energasobre la roca y el fluido de barrido que efecta la limpieza y evacuacin deldetrito del fondo de la perforacin. (Otao. C., 2013)

Mtodos mecnicos de perforacin.

En el campo de la voladura es lo primero que se debe analizar, con la finalidadde realizar agujeros dentro del macizo con las dimensiones adecuadas para enel alojar los explosivos y medios iniciadores. Dentro de este campo existen dosmtodos mecnicos de perforacin: Los mtodos rotativos y los rotopercutivos.

Perforacin por Rotacin

Se subdividen a su vez en dos grupos segn la perforacin que se realice, portrituracin empleando triconos o por corte empleando bocas especiales, el

primer grupo es utilizado para una gran gama de rocas, desde las muy blandashasta las muy duras mediana y alta, mientras que el segundo grupo es utilizadoen rocas blandas. (Osorio. A., 2001)

La perforacin por rotacin se basa en dos acciones bsicas por medio de labroca a la roca, estas son: empuje axial y torque. La energa se transmite a la


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boca a travs de un tubo de perforacin que gira y presiona las brocas contrala roca. Los elementos cortantes de las brocas, generan entonces una presinsobre la roca que llega a producir la rotura de la misma. (Otao. C., 2013)

Perforacin Rotopercutiva

Segn (Osorio. A., 2001) la perforacin rotopercutiva es la que ms se utilizaen casi todos los tipos de roca, desde dbiles hasta fuertes. A dems constande una gran gama de dimetros de perforacin, son equipos de fcil movilidady son empleados en operaciones tanto en cielo abierto como en excavacionessubterrneas.

La perforacin por rotopercusin se basa en la combinacin de las siguientesacciones: Percusin y Rotacin. La percusin se basa en los impactos

producidos por el golpeteo del pistn, estos originan unas ondas de choqueque se transmiten a la boca a travs del varillaje (en el martillo en cabeza) odirectamente sobre ella (en el martillo de fondo), se sabe que la percusinconsume de un 80 a un 85 % de la potencia total del equipo. Mientras que larotacin consiste en hacer girar la broca para que los impactos se produzcansobre la roca en distintas posiciones, la rotacin no influye mucho en cuanto ala perforacin se refiere, siendo lo ms importante le percusin. A dems sedebe tomar en cuenta el barrido, este puede ser mediante agua, aire, y a vecesespuma. Cuando se necesita realizar una perforacin profunda se utilizanvarillas de acople (para profundizar el agujero de perforacin), mientras menos

se utilicen es mejor, puesto que disminuyendo los acoples las perdidas deenerga sern menores.

Los equipos rotopercutivos se clasifican en dos grandes grupos, segn dondese encuentre el martillo:

Martillo en cabeza.En este tipo de perforacin rotopercutiva, dos de lasacciones bsicas, rotacin y percusin, se producen fuera del barreno,transmitindose a travs de una espiga y del varillaje hasta la boca deperforacin. Los martillos pueden ser de accionamiento neumtico o

hidrulico.

Martillo en fondo. La percusin se realiza directamente sobre la boca deperforacin, mientras que la rotacin se efecta en el exterior delbarreno. El accionamiento del pistn se lleva a cabo neumticamente,mientras que la rotacin puede ser neumtica o hidrulica.


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Andrs Fernando Ca uana Gutirrez

Tabla 1.1 Dimetros de perforacin ms comunes en milmetros (Otao. C.,

2013).

Las ventajas de la perforacin con martillo en fondo, frente a otros sistemas,

son: (Otao. C., 2013).

La velocidad de penetracin se mantiene prcticamente constante a medidaque aumenta la profundidad de los barrenos.

Los desgastes de las bocas son menores que con martillo en cabeza. Vida ms larga de los tubos que de las varillas y manguitos.

Desviacin de los barrenos muy pequeas, por lo que son apropiadas parabarrenos de gran longitud.

La menor energa por golpe y la alta frecuencia de golpeo favorecen suempleo en formaciones descompuestas o con estratificacin desfavorable.

Se precisa un par y una velocidad de rotacin menores que en otrosmtodos de perforacin.

El costo por metro lineal, en dimetros grandes y rocas fuertes, es menorque con perforacin rotativa.

El consumo de aire es ms bajo que con martillo en cabeza neumtico.

El nivel de ruido en la zona de trabajo es inferior al estar el martillo dentrodel barreno

Los inconvenientes que presenta son los siguientes:

Velocidades de penetracin bajas.

Cada martillo est diseado para una gama de dimetros muy estrecha queoscila en unos 12 mm.

El dimetro ms pequeo est limitado por las dimensiones del martillo conun rendimiento aceptable, que en la actualidad es de unos 76 mm.

Existe un riesgo de prdida del martillo dentro de los barrenos por

atranques y desprendimiento de ste. Se precisan compresores de alta presin con elevados consumos

energticos.


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1.3 Teora de la explosin y las sustancias explos ivas.

Explosin.

Se define como explosin o la liberacin brusca de energa cintica productode la transformacin de la energa potencial inicial contenida en una sustanciapor un agente iniciador, dicha energa cintica es apreciable de forma lumnica,calrica y sonora. Las sustancias que sufren dichos cambios se denominanexplosivos, y el carcter brusco de la liberacin se refiere a que este fenmenoes lo suficientemente rpido para que la liberacin de energa (especialmentede los gases a altas presiones) se disipe mediante una onda de choque.

Segn (Osorio. A., 2001) la explosiones dependiendo de su origen pueden ser:Fsicas, Qumicas y Nucleares.

Fsicas: En determinados casos el gas a alta presin producido en laexplosin se genera por medios mecnicos o por fenmenos sinpresencia de un cambio fundamental en la sustancia qumica. Es decir,alcanza presin mecnicamente, por aporte de calor a gases, lquidos,ninguno de estos fenmenos significa cambio en la sustancia qumica delas sustancias involucradas. Todo el proceso de generacin de altapresin, descarga y efectos de la explosin puede entenderse deacuerdo a las leyes fundamentales de la fsica.

Qumicas: Son las de mayor aplicacin en el campo de fragmentacin yvoladura en rocas, siendo los ms empleados en el medio y losutilizados en la cantera la Victoria II. La generacin del gas a altapresin resulta de la reaccin qumica de un producto donde lanaturaleza del mismo difiere de la inicial (reactivo), las explosionesresultan de la descomposicin de sustancias puras. Cualquier reaccinqumica puede provocar una explosin si se emiten productos gaseosos,si se evaporizan sustancias ajenas por el calor liberado en la reaccin osi se eleva la temperatura de gases presentes, por la energa liberada.

Nucleares: Se producen por la divisin del tomo, a lo largo de la historiahan demostrado ser las ms poderosas de las explosiones, pero debidoa la radiacin producida en la explosin y la dificultad de manejo de losdeshechos que produce no son de utilidad en los trabajos de voladurade rocas y su fin se ha manifestado con grandes consecuencias en elmbito militar.


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Sustancias Explos ivas

Segn (Manual de perforacin y voladura de rocas, 1994), las sustancias

explosivas son compuestos o mezclas de sustancias en estado slido, lquido ogaseoso, que mediante reacciones qumicas especialmente de xidoreduccin, son capaces de producir en tiempos de fracciones de microsegundos productos gaseosos que alcanzan altas temperaturas y a elevadaspresiones.

Los explosivos comerciales son una mezcla de sustancias combustibles yoxidantes, que al contacto con un medio iniciador, dan lugar a una reaccinexotrmica muy rpida, que producen gases a alta presin que ocupan unvolumen de 1000 a 10000 veces mayor al volumen inicial donde se aloj el

explosivo. En este principio se basa la utilizacin de este tipo de sustancias enlos trabajos de voladura.

Los procesos de reaccin segn su carcter fsico qumico.

Combustin: Puede definirse como toda reaccin qumica capaz dedesprender calor, pudiendo ser o no percibido por nuestros sentidos.

Deflagracin: Es un proceso exotrmico en el que la transmisin de lareaccin de descomposicin se basa principalmente en la conductividad

trmica. Es un fenmeno superficial en el que el frente de deflagracinse propaga por el explosivo en capas paralelas a una velocidad bajaque, generalmente, no supera los 1.000 m/s.

Detonacin: Es un proceso fsico qumico caracterizado por su granvelocidad de reaccin y formacin de gran cantidad de productosgaseosos a elevada temperatura, que adquieren una gran fuerzaexpansiva. En los explosivos detonantes la velocidad de las primerasmolculas gasificadas es tan grande que no ceden su calor porconductividad a la zona inalterada de la carga, sino que lo transmiten

por choque deformndola y produciendo su calentamiento.

Proceso de detonacin de un explosivo.De acuerdo a (Osorio. A., 2001) en los explosivos detonantes la velocidad delas primeras molculas gasificadas es tan grande que transmiten su calor porchoque, deformndola y produciendo calentamiento y explosin adiabtica con


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generacin de nuevos gases. El proceso se repite con un movimientoondulatorio que afecta a toda la masa explosiva y que se denomina onda dechoque, la que se desplaza a velocidades entre 1500 a 7000 m/s segn la

composicin del explosivo y sus condiciones de iniciacin.

Un carcter determinante de la onda de choque en la detonacin, es que unavez que alcanza su nivel de equilibrio (temperatura, velocidad y presin) estese mantiene durante todo el proceso, por lo que se dice que es autosostenida,mientras que la onda deflagrante tiende a amortiguarse hasta prcticamenteextinguirse, de acuerdo al factor tiempo entre distancia (t/d) a recorrer. Tantoen la deflagracin como en la detonacin la turbulencia de los productosgaseosos da lugar a la formacin de la onda de choque. La regin de estaonda donde la presin se eleva rpidamente se llama frente de choque. Eneste frente ocurren las reacciones qumicas que transforman progresivamentea la materia explosiva en sus productos finales. Por detrs del frente dechoque, que avanza a lo largo de la masa de explosivo, se forma una zona dereaccin, que en su ltimo tramo queda limitada por un plano idea, en el cual lareaccin alcanza su nivel de equilibrio en cuanto a velocidad, temperatura,presin de gases, composicin y densidad, lo que se conoce como condicionesdel estado de detonacin

Propiedades de los explosivos.

Las propiedades de los explosivos de acuerdo a (Romero. F., 2000) son: Fuerza o Potencia, Velocidad de Detonacin, Densidad y GravedadEspecfica, Presin de Detonacin, Sensibilidad, Resistencia al Agua yEmanaciones.

Fuerza o Potencia:La fuerza en un trmino tradicionalmente usado paradescribir varios grados de explosivos, aunque no es una medida real dela capacidad de estos de realizar trabajo, en ocasiones se le llamapotencia y se origina de los primeros mtodos para clasificar dinamitas.La fuerza es generalmente expresada como un porcentaje que relacionael explosivo estudiado con un explosivo patrn (nitroglicerina).

Usualmente en las dinamitas se trabaja con la fuerza por peso,mientras que las gelatinas con la fuerza por cartucho. La fuerza no esuna buena base para comparar explosivos, un mejor indicador quepermite comparar explosivos es la presin de detonacin.


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Velocidad de Detonacin: Es la velocidad con la cual la onda dedetonacin viaja por el explosivo, puede ser expresada para el caso deexplosivos confinados como no confinados; es la propiedad ms

importante cuando se desea clasificar un explosivo. Como en la mayorade casos el explosivo est confinado en un barreno, el valor develocidad de detonacin confinada es el ms importante. Al disminuir eltamao de las partculas dentro del explosivo, incrementar el dimetrode la carga o incrementar el confinamiento aumentan las velocidades dedetonacin.

Densidad y Gravedad Especfica: La densidad del explosivo esusualmente indicada en trminos de gravedad especfica, la gravedadespecifica varia de 0.6 a 1.7. Los explosivos densos usualmente

generan mayores velocidades de detonacin y mayor presin; estossuelen ser utilizados cuando es necesaria una fina fragmentacin de laroca. Los explosivos de baja densidad producen una fragmentacin notan fina y son usados cuando la roca esta diaclasada o en canteras enlas que se extrae material grueso. La densidad de los explosivos esimportante en condiciones de alta humedad, ya que una densidad altahace que el explosivo sea poco permeable. Un explosivo con gravedadespecfica menor a 1.0 no se entrapa en agua.

Presin de Detonacin: La presin de detonacin, depende de lavelocidad de detonacin y de la densidad del explosivo, y es lasobrepresin del explosivo al paso de las ondas de detonacin;generalmente es una de las variables utilizadas en la seleccin del tipode explosivo. Existe una relacin directa entre la velocidad dedetonacin y la presin de detonacin; esto es, cuando aumenta lavelocidad aumenta la presin. Una alta presin de detonacin (altavelocidad de detonacin) es utilizada para fragmentar rocas muy durascomo el granito (7 en la escala de Mohs y una densidad aproximada de2.5), mientras que en rocas suaves como los esquistos (rocassedimentarias y metamrficas con menos de 4 en la escala de Mohs)puede ser necesaria una baja presin de detonacin (baja velocidad de

detonacin) para su fragmentacin.

Sensibilidad:Es la medida de la facilidad de iniciacin de los explosivos,es decir, el mnimo de energa, presin o potencia necesaria para queocurra la iniciacin. Lo ideal de un explosivo es que sea sensible a lainiciacin mediante cebos (estopines) para asegurar la detonacin de


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toda la columna de explosivo, e insensible a la iniciacin accidentaldurante su transporte y manejo.

Resistencia al Agua:Es el nmero de horas en que un explosivo puedeser cargado en agua y an detonar en forma segura, confiable y precisa.La resistencia al agua de un explosivo depende de la condicin delcartucho (empaque y habilidad inherente de resistir al agua), edad delexplosivo y las condiciones del agua como son la presin hidrosttica(profundidad), temperatura y naturaleza (esttica o en movimiento).

Emanaciones: La detonacin de explosivos comerciales produce vaporde agua, dixido de carbono y nitrgeno, los cuales, aunque no sontxicos, forman gases asfixiantes como monxido de carbono y xidos

de nitrgeno.

Criterio de seleccin del explosivo a uti lizar.

Es de vital importancia escoger de una manera adecuada el tipo de explosivo autilizar, para cumplir con lo descrito es necesario conocer los diferentes tiposde explosivos en el mercado y sus propiedades.

Tipos de explosivos industriales.

Para la eleccin de un tipo de explosivo es necesario conocer los existentes ysus caractersticas. Como se describi en la seccin 1.2.1 las explosiones deorigen qumico son los de mayor aplicacin y los utilizados en la cantera deestudio, por tal razn se ve necesario estudiar los explosivos qumicosnicamente que segn la velocidad de su onda de choque pueden ser: a)Explosivos rpidos y detonantes y b) Explosivos lentos y deflagrantes, siendolos primeros los ms empleados.

La velocidad de onda de choque de los explosivos detonantes oscila entre2000 m/s y 7000 m/s, estos se dividen en primarios y secundarios segn suaplicacin. Los Primarios por su alta energa y sensibilidad se emplean comoiniciadores para detonar a los Secundarios. En tanto que los secundarios sonlos que se aplican al arranque de rocas y aunque son menos sensibles que losprimarios desarrollan mayor trabajo til y son de menor precio de fabricacin.


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Los explosivos de mayor consumo en la actualidad son: anfo, alanfo,hidrogeles, emulsiones, anfo pesado, gelatinosos, pulverulentos y deseguridad. (Manual de perforacin y voladura de rocas, 1994).

La utilizacin de cada uno de ellos depender de diversos factores segn(Manual de perforacin y voladura) estos son:

El precio: El precio del explosivo es evidentemente un criterio deseleccin muy importante. En principio, hay que elegir el explosivo msbarato con el que se es capaz de realizar un trabajo determinado, peroel ms barato no siempre resulta el ms econmico. Segn (Manual deperforacin y voladura) el explosivo ms barato es el anfo, que llega asuponer un consumo total entre el 50 y el 80%, segn los pases. Otraspropiedades importantes de este agente explosivo son la seguridad, la

facilidad de almacenamiento, transporte y manipulacin. A pesar delbajo precio, el anfo presenta algunos inconvenientes como son su malaresistencia al agua y su baja densidad. Por otro lado no se debe deolvidar que uno de los objetos de la voladura es realizar el arranque delas rocas con el mnimo costo y que en rocas duras que es unaoperacin de costo significativo se puede llegar a compensar lautilizacin de explosivos de mayor costo, con una mayor potencia ydensidad en el fondo y otro de energa media y menos denso en lacolumna.

Dimetro de la carga: Cuando se utilizan explosivos cuya velocidad dedetonacin vara fuertemente con el dimetro, como es en el caso delanfo, se deben tomar las siguientes consideraciones:

o Con barrenos de dimetro menores a 50 mm. es preferible utilizarhidrogeles o dinamitas encartuchadas.

Para dimetros de entre 50 a 100 mm. emplear el anfo comocarga de columna es lo ms recomendable.

Por encima de los 100 mm. emplear el anfo no genera ningninconveniente, aunque en rocas duras es preferible disear lacolumna con un buen sistema de inclinacin.

Caractersticas de la roca: Las propiedades geomecnicas del macizorocoso a valorar conforman el grupo de variables ms importantes, nosolo por su influencia directa en los resultados de las voladuras, sino adems por su interrelacin con otras variables de diseo. Se clasificanlas rocas en cuatro tipos, los criterios de seleccin recomendados son:


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Rocas masivas resistentes: En estas formaciones las fracturas yplanos de debilidad existentes son muy escasos, los explosivosidneos son los que poseen una alta densidad y velocidad de

detonacin como: los hidrogeles, emulsiones y explosivosgelatinosos.

Rocas muy fisuradas: En estas formaciones se emplean explosivosque posean una elevada energa de los gases, como es el caso delanfo.

Rocas conformadas en bloques: Corresponden a macizos conespaciamientos grandes entre sus discontinuidades, que conformanbloques voluminosos in-situ y en los terrenos donde existen grandesbolos dentro de matrices plsticas. En estos casos se aconsejanexplosivos con una relacin de energa de tensin y energa de los

gases equilibrada, como es el caso del alanfo y el anfo pesado. Rocas porosas: En este tipo de formaciones todo el trabajo se debe

realizar por la energa de los gases, utilizando explosivos de bajadensidad y velocidad de detonacin como el anfo.

Volumen de roca a volar: Especialmente en obras de gran envergadura,se aconseja utilizar explosivos a granel, ya que posibilitan la cargamecanizada desde las propias unidades de transporte, mejorandotiempos de trabajo y bajando costos por mano de obra.

Condiciones atmosfricas: Para la utilizacin de explosivos a bajastemperaturas se recomienda emplear sustancias como el nitroglicol. Conel fro los explosivos encartuchados se hacen ms insensibles y seprecisa una mayor energa de iniciacin. El anfo, no se ve afectado porlas bajas temperaturas, pero en ambientes calurosos es precisocontrolar la evaporacin del combustible lquido.

Presencia de agua: Cuando se utiliza el anfo como sustancia explosiva,se debe tener en cuenta que en un ambiente que le aporte unahumedad superior al 10% se produce su alteracin impidiendo sedetonacin. En el caso de que los barrenos contengan agua seproceder de la siguiente manera: Si la presencia de agua es pequea, el anfo triturado se encartuchar

dentro de fundas de plstico, alcanzndose densidades prximas a1.1 gr/cm3. El cebado deber ser axial, teniendo cuidado de daar loscartuchos.


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Si la cantidad de agua alojada es mayor, se debe proceder aldesage de los barrenos mediante una bomba.

Si no es posible efectuar el desage, se puede emplear explosivoscomo los hidrogeles y emulsiones a granel, bombendolos o

vertindolos, o explosivos gelatinosos e hidrogeles encartuchados.

Problemas de entorno: Las principales perturbaciones que incidensobre el rea prxima a las voladuras son las vibraciones y onda area.Desde el punto de vista de los explosivos, aquellos que presentan unalevada energa de tensin, son los que dan lugar a mayores niveles devibraciones, por tal razn es aconsejable utilizar el anfo que hidrogeles.

Condiciones de seguridad: Se debe tener cuidado especialmente con losexplosivos gelatinosos, puesto que ello tienen una alta sensibilidad, este

tipo de explosivo puede detonarse nicamente por las vibraciones quegeneran los tractores de orugas o excavadoras empleadas en la mismacantera. Es por ello que se emplean los hidrogeles y emulsiones que soninsensibles a los golpes, fricciones y estmulos subsnicos.

Consideraciones a tener en cuenta en la manipulacin y puesta en obrade los explosivos en los trabajos de campo

Las emulsiones explosivas, no contienen componentes explosivos.Debido al retardo de la reaccin de gasificacin qumica, el producto

final slo se convierte en explosivo despus de haber sido bombeado albarreno, es decir despus de la etapa final de su manipulacin.

Con la tecnologa mecanizada para las emulsiones a granel, no existeninguna manipulacin de explosivos y como el producto no se convierteen explosivo hasta despus de haber sido cargado al barreno, el riesgode cualquier incidente es prcticamente nulo.

El uso de micro retardos mantienen la roca agrupada, de tal forma que laroca volada por el frente, forma una proyeccin natural contra lasiguiente hilera; (retardos no mayores a 100 milisegundos).

El taco mnimo debe ser igual o mayor al espaciamiento entre loshuecos; pues sino las rocas pueden ser lanzadas hacia la superficie (porpresin de los gases), al tratar de buscar la zona de menor resistencia.

El tipo de explosivo a usar deber ser aquel que tenga un menor costopor m3 de roca volada. Ya elegido el explosivo, se procurar usar elmnimo de explosivos en la carga de los barrenos que produzca los


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resultados requeridos, esto redundar en el aspecto econmico de lavoladura.

Se debe perseguir hacer una distribucin adecuada de los barrenosprocurando tener una longitud de barrenacin mnima, lo que conducira ahorrar tiempo y recursos influyendo tambin en la economa de lavoladura.

Es conveniente que las proyecciones (lanzamientos de fragmentos deroca al aire) de roca sean mnimas, pues son producto de un uso intilde la energa del explosivo y adems pueden ocasionar daos.

Los explosivos densos generan mayores velocidades de detonacin ymayor presin; estos son utilizados cuando es necesaria una finafragmentacin de la roca. Los explosivos de baja densidad producen

una fragmentacin no tan fina y son usados cuando la roca estadiaclasada o en canteras en las que se extrae material grueso.


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CAPTULO 2.

CARACTERIZACIN DE LA ZONA DE ESTUDIO

El sector el Descanso en la provincia del Azuay se ha convertido en los ltimosaos en una de las principales zonas de desarrollo econmico, estecrecimiento econmico que genera empleo y recursos es principalmente

producto de la explotacin de material ptreo de las diferentes canteraslocalizadas en la zona, pertenecientes a diferentes empresas con un mismoobjetivo.

La cantera Las Victorias perteneciente a la empresa Hormicreto, es una delas canteras con mayor rea de explotacin de la zona; con un material porexplotar durante aproximadamente 10 aos ms. En el presente captulo sedescribe de una forma resumida y lo ms clara posible las diferentescaractersticas y propiedades de la zona en la que se encuentra la cantera, ascomo tambin del material ptreo que es aprovechado.

2.1 Ubicacin y accesos.

La cantera Las Victorias se encuentra ubicada al Sur-Este del Ecuador,Provincia del Azuay, Cantn Paute, Parroquia San Cristbal, Sector elDescanso-Tahual. ver Figura 2.1 En las coordenadas WGS84 736578m E9686350m S. La cantera se encuentra aproximadamente a unos 12 km de laciudad de Cuenca en direccin Nor-Este. El rea del proyecto, cubre unasuperficie de 10 hectreas aproximadamente, estando cerca de las mrgenesdel ro Paute.

La principal va de acceso a la zona de estudio es la Panamericana Norte, queinicia en la interseccin de la va a Ricaurte y la Av. Espaa al Nor-Este de la

ciudad.


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Figura 2.1. Ubicacin de la zona de estudio.

2.2 Caractersticas geolgicas.

2.2.1 Geologa Regional.

La zona de estudio se encuentra situada en la parte meridional de los andes

ecuatorianos, la altura vara de 2000 a 3900 m.s.n.m., dentro de la geologa

encontramos rocas sedimentarias y volcnicas de grandes espesores, del

Terciario Superior y Cuaternario, ocupan la Cuenca de Cuenca; descansan

sobre las rocas volcnicas continentales y sedimentarias marinas cretcicas. Al

Este en la Cordillera Oriental afloran rocas metamrficas de edad paleozoica o

mesozoica.

Las formaciones o grupos principales son:

Grupo Paute:

Formacin Celica, Formacin Yunguilla, Formacin Biblin.

Grupo Azogues:Formacin Loyola, Formacin Azogues, Formacin Guapn.

Grupo Ayancay:

Formacin Mangn, Formacin Santa Rosa, Formacin Turi, Formacin Tarqui.

Tilita

Arcillas


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Varvadas

Volcnicos de Llacao

Terrazas

Depsitos ColuvialesDepsitos Aluviales

Derrumbes Intrusivos

2.2.2 Geologa local.

El rea minera La Victoria se encuentra ubicada dentro de dos formaciones

geolgicas: Yunguilla y Biblin, cuyo contacto es apreciable en la zona de

estudio, ver Figura 2.2.2. A continuacin se presenta una descripcin geolgica

de estas formaciones:

Formacin Biblin, Mb. (Mioceno Inf. )

La Formacin Biblin descansa en discordancia sobre la formacin Yunguilla.

El cerro Tahual perteneciente a esta Formacin, est conformado por tobas

Andesticas, los colores claros y obscuros de la misma depende de su grado de

meteorizacin. En superficie el macizo rocoso se encuentra muy fracturado,

aprecindose disyunciones laminares y columnares. La potencia de la

formacin alcanza los 200 m.

Formacin Yunguilla, K7. (Cretcico Sup.)

Litolgicamente hay predominancia de argilita negra meteorizada pasando aarcillas cafs obscuras a negras. La silicificacin es comn en algunos niveles

encontrndose lminas carbonatadas y concreciones en toda la secuencia. En

general esta formacin se inclina hacia el occidente, con un espesor estimado

de afloramiento de 150 m en el sector del Tahual.

Figura 2.2: Mapa geolgico del Ecuador-Azogues.


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2.3 Clima

Como es conocido, en las latitudes ecuatoriales la temperatura depende

directamente de la elevacin, mientras aumenta la elevacin le temperatura

disminuye. El clima en la provincia del Azuay est definido por zonas de

pramos localizadas en las altas mesetas y por clima meso trmico hmedo y

semihmedo en el resto de la provincia. La temperatura promedio oscila entre

los 12oC y 20oC. Las precipitaciones promedio varan entre los 750 y 800

milmetros anuales, aunque esta ser variable dependiendo de varios factores

como: La velocidad y direccin del viento, la cantidad de radiacin solar que

incide sobre la superficie terrestre, entre otras.

2.4 Hidrogeologa.

En la zona de estudio se encuentran los ros Paute y Tomebamba, por su

margen izquierdo se encuentran dos quebradas que se unen para desembocar

en el ro Paute, estn quebradas son: La Quebrada Huachn y la Quebrada

Tabaul, que nacen en el sector La Ramada, a una altura aproximada de 2600

m.s.n.m., ver Figura 2.4. La presencia de agua en el macizo es producto de la

precipitacin que se presenta con frecuencia entre los meses de febrero y

octubre, es notable observar la meteorizacin en el macizo producto de dicha

precipitacin, pudindose encontrar una roca fresca a pocos centmetros deprofundidad.

Figura 2.3: Carta topogrfica Azogues.


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2.5 Propiedades de las rocas y del macizo rocoso.

Las propiedades de los macizos rocosos que influyen ms directamente en eldiseo de las voladuras segn (Osorio. A., 2001) son:

Resistencias dinmicas de las rocas. Espaciamiento y orientacin de las discontinuidades. Litologas y potencias de los estratos en formaciones sedimentarias. Velocidades de propagacin de ondas. Propiedades elsticas de las rocas. Tipos de relleno y apertura de las discontinuidades. ndices de anisotropa y heterogeneidad de los macizos, etc.

Sin duda, la obtencin de todas estas propiedades por mtodos directos, o delaboratorio, resultara muy difcil y costoso, por la dificultad y el tiempo que setiene que invertir en obtener todas estas propiedades en la presentemonografa nicamente se utilizarn las propiedades de la roca y del macizorocoso que parten de un estudio realizado por parte de compaeros, quienesobtuvieron dichas propiedades. Por tal razn y dado el caso que laspropiedades de la roca y del macizo rocoso es un tema muy amplio; no siendoparte de la presente monografa, se procedi a optar por utilizar las medicionesen campo y los resultados de laboratorio ya realizados y analizados en latesina: EVALUACIN GEOMECNICA DEL MACIZO ROCOSO EN LA

CANTERA DE MATERIALES DE CONSTRUCCIN LAS VICTORIAS, siendoestos resultados los siguientes:.

Resistencia a compresin de las rocas

La resistencia a la compresin uniaxial se realiz sobre tres muestras cbicasde roca de 5 centmetros de arista, sin duda este ensayo de laboratorio es unode los mas confiables que existen, obteniendo la Resistencia a CompresinUniaxial de la roca mediante la ecuacin 2.1

Donde:

Rc : Resistencia a compresin uniaxial de la roca (kgf/cm2)


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PR : Fuerza de ruptura de la muestra de roca (kgf)

F : Superficie de la seccin transversal (cm2)

Los resultados de laboratorio obtenidos se muestran en la tabla 2.1

Tabla 2.1: Resultados de los ensayos a compresin simple

De acuerdo a los resultados obtenidos, se puede obtener la fortaleza de la rocamediante la ecuacin 2.2

100

Donde:

f : Coeficiente de fortaleza de la roca.

Rc : Resistencia a compresin uniaxial de la roca (kgf/cm2)

La ecuacin 2.2 es muy utilizada para obtener de una manera aproximada elcoeficiente de fortaleza de la roca y la recomendada por (Otao. C., 2013)aunque existen otras ecuaciones, se utiliz la descrita anteriormente por susimplicidad y confiabilidad. En tal caso, el coeficiente de fortaleza de la rocaobtenido es de: 13, con dicho valor y segn la tabla 2.2 se puede caracterizar ala roca.


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Tabla 2.2: Clasificacin Geomecnica de Protodyakonov

De acuerdo a la tabla 2.2 y al coeficiente de fortaleza de la roca obtenido, sepuede decir que las rocas que conforman el macizo rocoso de la zona deestudio tienen una ALTA RESISTENCIA.

Evaluacin de las discontinuidades

Elementos de yacencia

Se midieron tres sistemas de discontinuidades. El buzamiento y la direccin debuza- miento de las discontinuidades se resumen en la tabla 2.3

Tabla 2.3: Caractersticas de las discontinuidades


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Rugosidad

Se ha medido en campo por comparacin visual de las discontinuidades conlos perfiles estndar de rugosidad colocando una regla sobre las rugosidades.La rugosidad se ha clasificado como PLANA- LISA para todas lasdiscontinuidades.

Continuidad

La continuidad en las familias se la realiz con cinta mtrica. Su valor esta en el

rango de 10 - 20 metros, las tres familias presentan una CONTINUIDAD ALTA .

Abertura

Las aberturas de las discontinuidades se midieron directamente con elcalibrador pie de rey. stas se encuentran en el rango de 0.1 - 1 milmetrostratndose de una abertura que vara de PARCIALMENTE ABIERTA aABIERTA.

Espaciamiento

La medida del espaciado se realiz con una cinta mtrica y con la ayuda de unestadia. El espaciado medio de cada familia se muestra en la tablas 2.3.

Relleno

El relleno proviene de la alteracin del material en las paredes de lasdiscontinuidades, debido a la friccin que existe entre ellas y al arrastre definos por el agua que se filtra por las mismas, encontrndose rellenas deARCILLA SECA, con tamao menor a 0,06 milmetros de grano en promedio.


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Alteracin

Se observo que en las paredes de las discontinuidades hay cambios en el colororiginal de la matriz rocosa debido a la oxidacin de los minerales quecomponen la roca producto de agentes atmosfricos, el color observado es:Crema rojizo claro. Al presentar dichos cambios se ha clasificado comoLEVEMENTE METEORIZADA de GRADO II.


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CAPITULO 3.

DESCRIPCIN DE LOS ACTUALES TRABAJOS DEVOLADURA

La cantera Las Victoria", no siempre fue llamada por su actual nombre, antesla cantera no perteneca a la empresa Hormicreto, estaba en manos de la

explotacin informal, quienes sin ningn conocimiento alguno de cmoproceder a una correcta explotacin del material ptreo, ocasionaron seriosdaos al rea minera, impidiendo la explotacin y el acceso al material porencima de los taludes conformados por dicha explotacin, en esta etapaintervino la empresa Hormicreto, encargndose de la cantera ya explotada enun inicio, siendo el objeto de ella iniciar con la rehabilitacin y la futuraexplotacin formal de la mismaEn el presente captulo se realizar una breve descripcin del lugar en el quese estn realizando los trabajos de voladura, siendo importante conocer losparmetros, maquinaria y sustancia explosiva utilizada, as como tambin elpasaporte de voladura empleado.

3.1 rea de explotacin

Los trabajos que se estn realizando actualmente en la cantera Las Victorias"en cuanto a la fragmentacin de rocas mediante voladura se refiere, no sonrealizados por la empresa Hormigreto por el trabajo laborioso de obtener lospermisos que se requieren, por tal razn se vieron obligados a tercerizar dichoservicio. La malla de voladura utilizada por la empresa actualmente genera unaproduccin diaria de 300 m3/da a 500 m3/da con una produccin de 7000m3/mes, conjuntamente con los trabajos de voladura secundaria, cabe recalcar

que stos valores de produccin diaria y mensual dependern exclusivamentede las condiciones climticas del lugar de trabajo, dado que sera imposibletrabajar en presencia de lluvia; disminuyendo la produccin.

El lugar de trabajo se puede ver en la figura 3.1, como se puede observar; lostrabajos de voladura actualmente realizados inciden en su totalidad en la


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formacin Biblin compuesta de rocas Andesitas de color caf en su parteexterior debido a la meteorizacin producto del desprendimiento del hierro poraccin del agua, pudindose encontrar roca de color azul a pocos centmetrosde profundidad. Todo lo que produce la cantera se convierte en un beneficio

econmico para la misma, las rocas Andesitas que se extraen soncomercialmente utilizados como: Lastre, mejoramiento y como agregado. Adems en la formacin Yunguilla que se encuentra al lado de la formacinBiblin como se puede observar en la figura 3.1 se encuentran las rocasArgilitas que son muy cotizadas en la zona para emplearla como lastre en lostrabajos viales.

En vista que la roca Andesita cercana a la superficie fue afectada por lameteorizacin, esta no se la comercializa y es utilizada para el propioabastecimiento de la empresa Hormigreto, sta es trasladada hacia la

hormigonera para obtener hormign pre mezclado. En tanto que las rocas decolor azul son comercializadas en la provincia.

Figura 3.1 rea de explotacin.

3.2 Pasaporte de voladura utili zado en la cantera

La empresa encargada de realizar la perforacin y voladura de los barrenos enla cantera realiza dichas actividades en base a los siguientes parmetros:

Perforaciones con barrenos de hasta 3 metros, con recuperacin

efectiva de 2.3 metros. Malla de 3 x 3, en superficie Utilizacin de micro retardos, de 50 milisegundos, entre cada fila de

voladura Carga total por perforacin: 1kg (ANFO+Explogel III) Carga de fondo: dinamita Explogel III Carga de columna: ANFO Retacado: 50 60 cm, con arcilla de la zona


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Barrenos volados por disparo: 30, en filas dependiendo de lascondiciones de trabajo

El pasaporte de voladura empleado se muestra en la Figura 3.2:

Figura 3.2 Pasaporte de voladura empleado actualmente en la cantera LasVictorias

3.3 Equipos u tilizados para la perforacin

Para los trabajos que se realizan actualmente en la mina la Victoria se utilizanlos siguientes equipos:

Compresor de aireUn compresor de aire de marca Sullair ver figura 3.3, sus especificaciones sepueden observar en la figura 3.4

Figura 3.3: Compresor de aire SULLAIR 185 utilizado en los trabajos deperforacin.


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Especificaciones:

Figura 3.4: Especificaciones, Pesos y Dimensiones del Compresor PorttilSULLAIR 185

3.4 Sarta de perforacin

En perforacin rotopercutiva, la sarta de perforacin est constituidageneralmente por los siguientes elementos: adaptadores de culata (1),manguitos (2), varillas de extensin (3) y brocas (4) como se puede observaren la figura 3.5 (Otao C., 2013)

Figura 3.5: Sarta de Perforacin (Otao C., 2013).

Para realizar un trabajo de perforacin especfico pueden elegirse diversascombinaciones de accesorios. Los factores que hay que considerar en laseleccin de sus componentes son:

Dimetro de los barrenos y longitudes. Estructura, resistencia y abrasividad de las rocas. Tamao y potencia de la perforadora. Facilidades de suministro.

Los aceros empleados en la fabricacin de estas herramientas deben serresistentes a la fatiga, a la flexin, a los impactos y al desgaste en las roscas yculatas. Lo ideal es usar aceros con un ncleo no muy duro y una superficieendurecida y resistente al desgaste. El metal duro de los botones e insertos delas brocas, se fabrica a partir de carburo de tungsteno y cobalto. Este materialse caracteriza por su alta resistencia al desgaste y tenacidad y pueden


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conseguirse diferentes combinaciones variando el contenido en cobalto, entreun 6 y un 12%, y el tamao de los granos del carburo de tungsteno.

Para realizar un trabajo de perforacin especfico pueden elegirse diversascombinaciones de accesorios, en el caso de los trabajos que actualmente seestn realizando en

la zona de estudio la sarta de perforacin est constituida por barrenoshexagonales de acero de aproximadamente 1.5 metros de largo, que se unenpara formar un solo cuerpo. Los barrenos utilizados tienen un dimetro de 36milmetros que se pueden observar en la figura 3.6.

Figura 3.6: Sarta de Perforacin empleada en los trabajos de voladura.

3.5 Trabajos realizados en el mes de mayo

Los trabajos realizados por la empresa encargada de la voladura en el mes demayo se muestran en la tabla 3.1 en la cual se puede observar que con lacantidad de 995 perforaciones que equivalen a 995 kg de sustancia explosiva(ANFO + Explogel III) la empresa genera aproximadamente 7000 m3/mesconjuntamente con los trabajos de voladura secundaria. En los das del mes demayo que no se muestran en la tabla anteriormente mencionada no seefectuaron trabajos de voladura por las condiciones climticas del lugar del

trabajo.


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Tabla 3.1: Trabajos del mes de mayo.


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CAPTULO 4.

PARMETROS PROPUESTOS

A lo largo de los aos las teoras para el clculo de un correcto patrn devoladura con el objeto de fragmentar las rocas ha ido evolucionando. Gracias a

las distintas teoras y ecuaciones hoy en da es posible aplicar diferentesmtodos de clculo con el objeto de analizarlos y escoger el que mejor seajuste a los requerimientos del lugar de trabajo.

En el presente captulo se describen los distintos mtodos de clculo y lasecuaciones que en ellos intervienen para el clculo del pasaporte de voladura.Si un correcto pasaporte de voladura es de vital importancia para la ejecucinde un trabajo efectivo, tambin es de suma importancia estimar el tamao de lafragmentacin resultado de la ejecucin del pasaporte, as como tambindeterminar si las ondas producto de la explosin no afectan a lasconstrucciones aledaas.

4.1 Anlisis de clcu lo para el diseo del pasaporte de voladura

Para iniciar el diseo del pasaporte de voladura en trabajos a cielo abierto senecesitan los datos de suma importancia, siendo stos: El coeficiente defortaleza de la roca y la produccin horaria que necesite la cantera o del medioa fragmentar, estos datos son necesarios para la eleccin adecuada deldimetro del barreno a emplear en la perforacin.

Partiendo de la eleccin del dimetro del barreno, se procede a elegir el tipo desustancia explosiva que se va a utilizar en funcin de diferentes factores que yafueron descritos en la seccin 1.3. Las sustancias explosivas ms empleadasen los trabajos a cielo abierto en nuestro medio son: el ANFO como carga decolumna y las sustancias en forma de gel como carga de fondo.

Despus de obtener estos parmetros se procede a utilizar mtodospropuestos de diseo de voladura, entre los cuales sobresalen el mtodo deproporcionalidad, el de Lpez- Jimeno, Langefors, el mtodo Sueco y elmtodo de Konya; al tener varios mtodos de diseo se obtienen varios


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pasaportes de voladura los cuales dan un mayor espectro de anlisis y decomparacin entre ellos permitiendo tener ms de un criterio a utilizar, a msde utilizar el modelo de Kuz-Ram utilizado para la prediccin de tamao mediode fragmentacin, el cual es de mucha utilidad en los trabajos defragmentacin de roca cuando se esperan granulometras de trabajo.

Eleccin del dimetro del barreno para la perforacin

Como primer paso para el diseo del pasaporte se parte de dos parmetros: elcoeficiente de fortaleza de la roca y la produccin horaria de material ptreo.Por dichas razones el coeficiente de fortaleza de la roca es de: 13, obtenido enla seccin 2.5 categorizndola como una roca de ALTA RESISTENCIA y laproduccin parte de la necesidad de la cantera, en tal caso la produccinhoraria que necesita la cantera es de aproximadamente 60 m3/h.

Tabla 4.1: Parmetros para la eleccin del dimetro del barreno (Otao. C.,2013)

Debido a que la roca en estudio es de ALTA RESISTENCIA y la produccin de

60 m3/h. se puede obtener el dimetro del barreno a utilizar en la perforacinde acuerdo a la tabla 4.1 para trabajos a cielo abierto.(Otao. C., 2013)

De acuerdo a los resultados obtenidos y segn la tabla 4.1 el dimetro ptimode perforacin para los trabajos de voladura que se realizan en la cantera LasVictorias" es de: 65mm., siendo considerablemente mayor al dimetro de36mm. utilizado actualmente en la cantera.

Despus de elegir el dimetro de barreno, se procede a calcular los parmetrosde la voladura a partir de diferentes mtodos, los cuales parten principalmentede la eleccin de la sustancia explosiva, volumen de roca a fragmentar y losms completos mediante el uso de los parmetros geo mecnicos del macizorocoso.

Eleccin de la sustancia explosiva a utilizar

Existen diferentes criterios y anlisis que pueden validar la utilizacin de una uotra sustancia explosiva. En nuestro caso y sin duda el principal criterio en elque se basan la mayora de los profesionales al momento de escoger unasustancia explosiva es: el precio, sin quitar importancia a otros criterios que


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tambin son indispensables analizar.

En vista que el precio, es uno de los principales factores que influyen paraescoger un tipo de sustancia explosiva, se recomienda la utilizacin del ANFOcomo carga de columna, por diferentes razones que justifican su uso como son:su bajo costo, es de fcil adquisicin en el medio, por su seguridad, fcilalmacenamiento y manipulacin, excelente para las condiciones de trabajoactuales en la cantera dado que el macizo rocoso no presenta agua, a ms dela que por precipitacin se genera. Sin embargo el ANFO, es utilizado comocarga de columna por su baja densidad, de ah que es necesario utilizar unasustancia explosiva con una densidad mucho mayor a la del ANFO parautilizarla como carga de fondo, siendo las Emulsiones perfectas para este tipode trabajo.

Por al anlisis realizado, se considera conveniente y acertado utilizar lasmismas sustancias explosivas actualmente empleadas en la cantera, utilizandoANFO como carga de columna y una Emulsin tipo Explogel III para la cargade fondo. La concentracin de cada una de las sustancias explosivasdepender de diversos factores que se describen en la seccin 4.5.

Cargas en barrenos

Las cargas en barrenos en el arranque a cielo abierto se usan cuando la alturade la terraza no excede de cinco metros en el laboreo de capas de pocapotencia; en el laboreo de materiales de construccin valiosos cuando esnecesario conservar la estructura de las menas o no se puede permitir la salidade finos y en la extraccin selectiva. Los barrenos se perforan con dimetroshasta 75 mm y sobre todo entre 30 y 50 mm, dependiendo de la dureza de laroca, y se ubican en una o varias filas. ver figura 4.1

Figura 4.1: Disposicin tpica de una malla de perforacin (Otao. C., 2013).


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4.2 Mtodos de Clculo que se analizan.

En el clculo de los parmetros de las cargas en el arranque a cielo abierto sepueden utilizar varios principios de clculo de las cargas, en la presentemonografa se analizarn los siguientes mtodos de clculo, a dems dedeterminar las vibraciones y longitud de afectacin de la onda producto de lavoladura y la prediccin del tamao medio de fragmentacin segn el modeloKuz-Ram.

El mtodo del principio de proporcionalidad. El mtodo de Lpez y Jimeno. El mtodo de Langefors. El mtodo Sueco.

El mtodo Konya.

El principio de proporcionalidad

Segn el principio de proporcionalidad, para las cargas en barrenos, el clculode los parmetros se realizan en el siguiente orden:

La lnea de menor resistencia

La lnea de menor resistencia o piedra segn (Langefors. U., y Kihlstrom. B.,1976) se entiende como la distancia del barreno a la cara libre del frente,medida normalmente a sta. La lnea de menor resistencia de acuerdo alprincipio de proporcionalidad se obtiene mediante la ecuacin 4.1

mqdW

2,8

, m

Donde:d: dimetro del barreno (dcm) : densidad de carga (kg/dcm3)m: coeficiente de aproximacin de las cargas, se toma entre 1,1 y 1,5.

El gasto especfico de la Sustancia Explosiva se la puede tomar de la tabla 4.2para cargas de fragmentacin en el laboreo a cielo abierto.


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Tabla 4.2: Gasto Especfico en dependencia del coeficiente de fortaleza de la

roca (Otao. C., 2013)

A partir de los resultados obtenidos, se procede a calcular los siguientesparmetros:

a = m W, m

b = Wp(1- 0,1 H), m

ls= 0,3 W , m

L = H + 0,3 W, m

Q = 0,7 q a WpH, kg.

Donde:a : Distancia entre cargas en la fila (m)

m : Coeficiente de aproximacin de las cargas, este valor vara entre 1.1 a 1.5.

b : Distancia entre filas (m)

Wp : (m)

H : Altura del banco (m)

ls : longitud de sobre perforacin (m)

L : Longitud de los barrenos (m)

Q : Magnitud de la carga por barreno (kg)

Mtodo de Lpez-Jimeno Este mtodo propuesto en 1994, se basa en disear el patrn de voladura en

funcin del dimetro seleccionado para la perforacin de los barrenos y en la

resistencia a compresin simple expresada en Mpa, la tabla 4.3 muestra

valores rpidos de los parmetros necesarios, tales como:


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W : Lnea de menor resistencia (m)

a : Distancia entre cargas en la fila (m)

Lr : Longitud de relleno (m)

Ls : Longitud de sobre perforacin (m)

Tabla 4.3: Patrones de voladura expresados en funcin del dimetro de los

barrenos (Otao. C., 2013)

Mtodo de Langefors

Langefors y Kihlstrom proponen la siguiente expresin para calcular el valor de

la piedra Mxima Bmax o tambin llamada lnea de menor resistencia W.

B max = (D/ 35.6)* ( ( P * S) / ( C * F * EV) )1/2

Donde :

D: dimetro de perforacin en mm

P: grado de retardo, que es la cantidad de carga en Kg/dm3 del volumen

nominal del tiro.

S: Potencia relativa en Peso del explosivo y est entre 1 1.4

F: grado de fijacin de los tiros. Depende de la inclinacin de los tiros.

C : constante especfica de la roca. C = 0.4 para voladura a cielo abierto y

rocas duras.

Grado de fijacin de los tiros


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El valor del grado de fijacin de los tiros depender de la inclinacin de lostiros, estos son: F = 1 cuando el tiro es vertical, F = 0.9 para tiros de 70 gradosy F = 0.85 para tiros de 63 grados.

Burden Prctico

Para tronaduras con filas mltiples se utiliza la ecuacin 4.8 y para una fila seutiliza 4.9

B1 = B * ( 1 - 0.03 * L)B1 = B - 0.5 * L

A partir de los resultados obtenidos, se procede a calcular los siguientes

parmetros:Qbk = P * ( D / 36)2

S = EV * B

Hb = 1.3 * B

T = B1

Qpk = 0.5 * Qbk

Qb = Hb * Qbk

Qp = Hp * Qpk

Donde:

H : Profundidad del hoyo (m): Inclinacin del hoyo respecto a la horizontal (grados)Qbk : Concentracin de carga de fondo (kg/m)S : Espaciamiento (m)Hb : Largo carga de fondo (m)T : Taco (m)Qpk : Concentracin carga columna (kg/m)Qb : Carga de fondo (kg)Qp : Carga de columna (kg)

Mtodo Sueco

Para la perforacin de barrenos, el mtodo sueco propuesto por Gustafson en1973 y modificado posteriormente propone que la lnea de menor resistencia sepuede calcular mediante la ecuacin 4.18


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B = (0.041 De) (0.05 + (0.03 (H/Cos)))

Donde:

B : lnea de menor resistencia (m)De : Dimetro del cartucho (mm)H : Altura del banco a explotar: Inclinacin de los barrenos con respecto a la horizontal

A partir del clculo de la lnea de menor resistencia mediante la ecuacin 4.18,se calculan los dems parmetros necesarios para el diseo de la malla devoladura, estos parmetros se calculan mediante las siguientes expresiones:

T=0.7*B

J = 0.3 * BL = (H/Cos) + J

SR = H/B

Lc= L-T

Ld = e * * (De/2)2

Q = Ld * Lc

Donde:

T : Longitud de corte (m)B : Lnea de menor resistencia (m)J : Sobre perforacin (m)L : Longitud total del barreno (m)SR : Radio de RigidezLc : Longitud lineal de carga (m)Ld : Densidad de carga lineal (kg/m)e : Densidad del explosivoQ : Cantidad de explosivo por barreno (kg)

Para explosin con retardo:Si 1


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S= (H + 2B)/3

Si SR4

S=2*B

Mtodo Konya

Este mtodo es propuesto por Konya y Walter en 1990, ellos proponen una

ecuacin para hallar la lnea de menor resistencia (B W) que da valores

bastantes similares al valor calculado por el mtodo Sueco, esta ecuacin no

contiene potencias y es ms usado en campo, se diferencia de los anteriores

mtodos al tomar en consideracin los parmetros estructurales y de

depositacin de la roca en el macizo, la ecuacin 4.30 es la utilizada por el

mtodo y la ecuacin 4.31 es la corregida:

1.5 2

Dnde:

Bc : lnea de menor resistencia calculado (m)

e : densidad del explosivo (Kg/cm3)

r : densidad de la roca (Kg/cm3)

De : dimetro del cartucho

B : lnea de menor resistencia corregida (m)

Kd : parmetro de depositacin de la roca en el macizo (ver tabla 4.4)

Ks : parmetro estructural del macizo (ver tabla 4.5)

Tabla 4.4: Valores de kd.


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Tabla 4.4: Valores de ks.

4.3 Modelo Kuz Ram

Uno de los parmetros ms importantes de conocer y quizs el ms

cuestionado en lo referente a las variables para obtener una buena estimacin

de la fragmentacin, es el tamao medio de fragmentacin X50. La ecuacinpropuesta por Kuznetsov, es quizs la ms conocida por pertenecer al modelo

predictivo ms utilizado (modelo de KuzRam), la ecuacin 4.32 es la utilizada

por el modelo y se describe a continuacin:

X50 = A * q(-0.8) * Q(0.167) * (Rws / 115)(-0.633)

Dnde:

q : Gasto especfico de se (kg/m3)

Q : Cantidad de se por barreno (Kg)

RWS : Potencia Relativa en Peso de se

A : Categora de la roca, donde A se puede escoger de la tabla 4.6:

Tabla 4.1.8 valores de A en funcin de calidad de la roca

4.4 Valoracin de las vibraciones y longitud de afectacin por onda.

Con el objetivo de conocer el alcance de las vibraciones se aplic la norma

internacional UNE22-381-93, para determinar las distancias en las que las


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construcciones vecinas pudieran afectarse. Los clculos se realizaron mediante

la ecuacin 4.33.

Datos empleados:

Tipo de roca: andesita

Clase de formacin: media.

Velocidad ssmica: 2000 4000 m/s.

Tipo de estructuras cercanas: Tipo II, (Viviendas, edificios, oficinas, etc.).

Carga total de sustancia explosiva utilizada en cada voladura: QT=Q*nmero

de barrenos

Factor de macizo rocoso Fr: 1.0

Factor de la estructura cercana Fe: 1.0

Clculo de la carga mxima operante:

Qc = Fr * Fe * QT

4.5 Relacin Emulsin Anfo

En la tabla 4.7 se puede apreciar la relacin de cantidad de sustancia explosivaen la emulsin y el anfo, cabe recalcar que la emulsin cumple como carga defondo y el anfo como carga de columna.

Tabla 4.7: Relacin Emulsin-Anfo


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CAPTULO 5.

RESULTADOS OBTENIDOS Y PATRONES DEVOLADURA PROPUESTOS

En el presente captulo se analizan los resultados obtenidos por los distintosmtodos de clculo propuestos, a partir de los cuales se proponen los patronesde voladura a emplear me

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