Voladuras._precorte(Completo)

8/3/2019 Voladuras._precorte(Completo)

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CONSIDERACIONES ACERCA DE LA TECNICA DE PRECORTE

Juan J. Montoro. Ingeniero de MinasJos A. Lampaya. Ingeniero de Minas

ResumenDurante los ltimos aos las tcnicas de voladura controlada se hangeneralizado tanto en minera como en trabajos de obras pblicas.Entre estas tcnicas la ms utilizada es la conocida como tcnica deprecorte. La finalidad del precorte es en general una minimizacintanto de la sobreexcavacin inherente a cualquier voladura como de lafracturacin y el dao provocado por la accin del explosivo en elmacizo rocoso remanente mas all del perfil de diseo del mismo. Eneste artculo se presentan unas consideraciones generales sobre elprecorte. Se profundiza en la influencia que el explosivo tiene sobre elmecanismo actuante as como en la determinacin terico-prctica de

los parmetros necesarios para su realizacin efectiva. Se hacetambin mencin a las particularidades que supone el uso deexplosivos en esta tcnica, junto con un ejercicio genrico deaplicacin para ilustrar su aplicacin prctica.

GENERALIDADES. NECESARIO?. UTIL?.CONVENIENTE?. SUPERFLUO?

La tcnica deprecorte es la ms generalizada entre las diversas que constituyen lo que se

ha venido a denominar voladuras controladas o de contorno. Como su propio nombreindica, se trata de provocar una superficie de discontinuidad en el terreno, de acuerdo a unperfil predefinido, previamente a la voladura del mismo. Con el precorte se pretendereducir severamente el nivel de fracturacin en el macizo rocoso remanente asi comoaumentar la estabilidad mecnica del mismo.

El precorte se usa principalmente en minera a cielo abierto y obras pblicas. En minerade interior su aplicacin es muy rara, prcticamente limitada a la perforacin de pozosverticales.

Como resultado de un precorte cabe esperar:

a)Frentes mecnicamente mucho mas estables.Consecuencia directa de esta estabilidad:

- Menos necesidad de refuerzo mecnico (bulones, etc).- Permite mayores ngulos en el talud y por lo tanto un menor volumen de excavacin.- Reduccin en la necesidad de sanear los frentes finales.- Mejora de la seguridad en la explotacin por la disminucin del riesgo de cada de

bloques sueltos, desprendimientos, etc.- Disminuye notablemente la probabilidad de deslizamiento y rotura catastrfica del talud

final.

b)Menor agrietamiento y fracturacin del macizo rocoso. En caso de presencia de acufero

F[1]. Taludes finales precortados. CortesaKCGM, Superpit, Kalgoorlie, WesternAustralia.


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se disminuye notablemente el flujo a travs del talud. Aumento de la resistencia del taludfrente a las inclemencias del tiempo, factor que puede resultar crtico en ciertos lugares.

c) Reduccin del nivel de vibracin producido por voladuras de produccin cercanas,debido al apantallamiento que supone la discontinuidad formada por el precorte.

d)Mejora de la esttica general del talud mediante unos frentes mucho ms lisos yuniformes donde se han reducido las fracturas, rugosidades y asperezas. Este hecho,que puede resultar secundario o incluso ridculo para ciertas explotaciones mineraspuede ser de vital importancia en trabajos especiales de ingeniera civil.

e)Menor o nula sobreexcavacin ms all del perfil de diseo de la explotacin.Disminucin de la cantidad de material a mover por este concepto.

f) Disminucin de los costes finales en la explotacin, tanto para la propiedad como para elcontratista. Consecuencia inmediata de las ventajas enumeradas anteriormente

En la mayora de las ocasiones en que el uso de las tcnicas de contorno (y en particular elprecorte) est ms que justificado, no se le presta la suficiente atencin ante la extendidacreencia de que es una opcin considerada cara para el usuario. El ingenuo razonamientode que es un lujo gastar dinero extra simplemente por el hecho de mostrar unos frentes otaludes finales limpios y atractivos ha obscurecido las ventajas y el beneficio econmicoque se derivan de la aplicacin de esta tcnica. Sin embargo es necesario insistir en elahorro econmico que resulta del uso del precorte cuando se considera la operacin en suconjunto, especialmente en explotaciones con problemas de control de taludes.

Como tcnica preventiva que afecta a toda la operacin, el establecimiento de una rutina

de precorte as como las directrices a seguir normalmente es responsabilidad que competeal equipo de planificacin en la explotacin, aunque el encargado de realizar la labor sealgicamente el equipo de perforacin y voladura. En la actualidad la tcnica de precorte seha convertido en una prctica habitual, como una herramienta ms para la optimizacin decostes en cualquier gran compaa minera.

La experiencia demuestra que la tcnica no es susceptible de una gran estandarizacin. Lagran cantidad de variables que se ven envueltas hace aconsejable no practicar un usoindiscriminado de la misma. Es pues necesario cierto grado de estudio preliminar en ellugar en el que va a realizarse, teniendo en cuenta toda la informacin geolgica disponibleas como la suficiente experimentacin y ajuste hasta lograr los resultados deseados.

MECANISMO DE PRECORTE

Efecto de una explosin en un barreno

Inmediatamente tras la detonacin del explosivo en un barreno se genera una masa degases a una presin del orden de 1000 MPa, a una temperatura en torno a los 3000 K ytodo esto en un tiempo de 10 a 50 s a travs de una rpida reaccin exotrmica que sepropaga en la masa del explosivo como una onda de choque. Esta onda alcanza lasparedes del barreno y se transmite dinmicamente a la roca circundante como onda detensin. Tras el paso de la cola de rarefaccin, la roca se ve sometida a la presin cuasi-

esttica del gas confinado en el barreno. La figura 2 ilustra esquemticamente ladistribucin energtica del fenmeno. El grfico de presin en el barreno presenta cuatro


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zonas tpicas:a)energa necesaria para conducir la onda de detonacin a travs del explosivo.

b) energa cintica y de deformacincorrespondiente a la onda de choque.c) energa que se utiliza durante la

propagacin de grietas.d) cola final: ruido, calor y energa

desaprovechada.

Simtricamente respecto al centro del barreno se producen tres zonas bien diferenciadas:

a) Formacin del anillo triturado:

La presin de detonacin genera una tensin radial de compresin que supera concreces la resistencia a compresin de la roca. Se forma como consecuencia un delgadoanillo donde la roca se ha fracturado y machacado por diferentes procesos de fractura

granular, microfractura, compresin diferencial partcula-matriz rocosa y otras formas dedeformacin plstica. Este anillo es de poco o nulo uso prctico y produce unasobrerotura y un dao innecesario a la superficie de la excavacin que afecta suresistencia y estabilidad. El anillo triturado supone adems una barrera que de algunaforma dificulta la actuacin del gas y su flujo a travs de las grietas formadas, actuandocomo una barrera plstico-fluida para su pronta actuacin. Dado que tambin afecta a laprdida de energa til del explosivo e influye directamente en la atenuacin del pico de laonda de tensin, resulta inmediato que para los fines del precorte es necesario tratar deevitar o al menos minimizar la formacin de este anillo. La variable que controla este anilloes el tiempo hasta que se alcanza el valor pico de presin en el barreno. La razn deutilizar cargas desacopladas en el precorte es precisamente porque ello permite

incrementar este tiempo.

b) Formacin de la zona de fractura

El campo elstico de ondas generado a partir de la zona externa del anillo se propaga avelocidad snica y consiste en una serie de tensiones radiales de compresin ytangenciales de traccin. Las tensiones tangenciales generadas, junto con la existenciaen el material rocoso de defectos y microfracturas, provocan la iniciacin y crecimiento degrietas radiales. Estas grietas se ven temporalmente sobretensionadas cuando la onda detensin pasa por ellas, aunque inmediatamente se descargan y se frena su crecimientopues la velocidad de propagacin de la grieta es mucho menor que la de la onda.

c) Formacin de la zona de fragmentacin

La presin del gas en el barreno se mantiene lo suficientemente alta durante un periodode tiempo considerablemente mayor que el periodo de detonacin. Esto produce uncampo cuasi-esttico de tensiones en la roca, que sigue al campo dinmico de ondas detensin. Este campo cuasi-esttico es el responsable de la activacin, crecimiento ycoalescencia de las fracturas desactivadas tras el paso de la onda de tensin. As mismo,el gas penetra en las grietas y mediante un efecto de cua acelera la propagacin de lasmismas

La propagacin de grietas debido a la presin cuasi-esttica requiere la suficiente energade deformacin como para contrarestar las energas de superficie resistentes. La extensin

F[3]. Evolucin de la presin en unbarreno tras la detonacin de la carga

explosiva.


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de una grieta radial provoca la descarga de la roca adyacente a ambos lados de ladiscontinuidad. Esto explica el que no se desarrollen grietas inmediatamente cercanaspuesto que la energa de deformacin almacenada se hace insuficiente. Sin embargo,grietas que estn lo suficientemente alejadas pueden desarrollarse independientementedado que la propagacin de la primera grieta no afecta a la energa de deformacin

acumulada en la zona de la grieta lejana.

Para severas condiciones de deformacin, el nmero de grietas radiales dominantes queemanan de la pared de un barreno (Grady) puede estimarse aproximadamente mediante:

Como aproximacin cuasi-esttica(Garnsworthy):Lo que resulta:As pues dado que con el precorte se pretendereducir el dao a la roca remanente y elnmero de grietas que se propagan esaconsejable utilizar el menor dimetro posible

compatible con la aplicacin as como reducirla presin que acta en el barreno mediantecargas desacopladas.

Explosion simultnea en dos barrenos cercanos

La fracturacin comienza en los defectos o microfracturas que se encuentran presentes enel material. Estas microfracturas se activan por la onda de choque en forma de elementosde fractura pseudo circulares producindose la coalescencia de los mismos si seencuentran lo suficientemente cercanos. Esta coalescencia se produce hasta tanto la ondade choque no resulta amortiguada por debajo de la resistencia dinmica a la traccin delmaterial rocoso. El mecanismo por el cual las grietas progresan tras la amortiguacin de la

onda de choque es mediante un frente defractura sostenido por la presin del gas, amanera de cua. Este proceso esesencialmente discontinuo mediante la

nucleacin, agregacin y crecimiento demicrofracturas por delante del frente de fractura,produciendo en la matriz rocosa unas marcasparablicas tpicas

Las diferentes condiciones del material encuanto a estos defectos y las diferencias encuanto al tiempo de activacin de las mismasson las variables que controlan el proceso.Segn este modelo de fracturacin solo unaspocas fracturas radiales inicialmente formadas

crecen por la accin de cua de los gases enexpansin.

6K

dt

d

cr2=n e

3

2

b

(1)

( )

+1

E

p=

dt

d

tmax

max

(2)

EK6

)+(1pcdENT=n

t

e3

2

b

max

max

(3)

F[4]. Progresin de grietas tras ladetonacin simultnea de dos barrenos.


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5

Las grietas que se producen alrededor de un barreno se propagan uniformementealrededor del mismo. Si en vez de un nico barreno es una fila de taladros la que se hacedetonar, el nmero de grietas y su extensin alrededor del barreno se reduceconsiderablemente (5). Las grietas ms grandes tienden a seguir la direccin del plano de

corte y eventualmente se unen para formar la superficie de fractura. Estas grietas crecen yse desarrollan simultneamente formando un patrn regular en el plano que une losbarrenos. Cuando las fracturas no son coplanares todava puede conseguirse continuidaden la fractura mediante solapamiento de grietas a manera de escalones.

El efecto de desacoplamiento tal como queda ilustrado en la 6 es fundamental en elprecorte. La densidad, rugosidad, forma y tamao de las grietas radiales se ven afectadaspor el grado de desacoplamiento. Un alto grado de desacoplamiento proporciona engeneral una mnima cantidad de grandes grietas radiales y una notable reduccin delnmero y extensin de las pequeas grietas.

El parmetro crtico del que depende la fractura

entre dos barrenos cercanos es elespaciamiento. La 9 ilustra la tres situaciones tpicas pueden presentarse

a) Espaciamiento subcrtico. 10.a

La superficie de fractura no presenta marcas de escalones ni es concoidea. La estructura

tpica es en forma de panal, a base de pequeas e irregulares fracturas cuasi-circulares.La rotura se produce exclusivamente por la interaccin de las ondas de choque detensin. La secuencia de eventos comienza con la propagacin de una onda de tensindesde cada uno de los barrenos a la vez que se producen una densa serie de grietasconcurrentes en cada uno de ellos. Las ondas procedentes de cada taladro sesuperponen provocando sobretensiones dinmicas en el material. Estas tensionesproducen un movimiento de partcula radialmente divergente que supera la resistenciadinmica a traccin del material. Estas tensiones son suficientes como para activarmicrofracturas o micro-defectos en la matriz rocosa dentro de una relativamente estrechabanda entre los barrenos. La repentina rotura de la roca no da tiempo a los gases aactuar. As pues la accin de cua de los gases y las grietas radiales tienen una

importancia que puede considerarse marginal en la formacin de la fractura.

b) Espaciamiento crtico. 11.b

La rpida atenuacin que sufren las ondas de choque con la distancia no permite que elefecto de rotura subcrtica se produzca a partir de cierto espaciamiento. La secuencia deeventos en este caso es diferente e independiente de la interaccin de las ondas dechoque. El mecanismo dominante es el de los gases actuando en conjuncin con lasgrietas radiales segn el modelo quasi-esttico. En este caso se puede apreciar un mayornmero de grietas radiales abiertas, que representan el estado necesario para que losgases en expansin acten. La superficie presenta fracturas concoideas suaves

delimitadas por marcas parablicas bien delineadas envolviendo otras marcas menoresconcntricas. Estas marcas resultan tpicas de la extensin debida a la accin de cua de

F[7]. Situacin ideal de desacoplamiento.

F[8]. Barreno de precorte desacoplado.Cortesa BHP Iron Ore, Mt Newman,Western Australia.


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los gases en las fracturas radiales previamente generadas por las ondas de choque.Estas formas concoideas se desarrollan independientemente y eventualmente se unenpara formar la superficie final de fractura.

c) Espaciamiento excesivo. 12.c

Superficie formada a base de bastas e irregulares formas concoideas con saltos enescaln que se han propagado irregularmente a partir de las grietas generadas por laonda de choque y la posterior accin de los gases hasta solaparse y formar la fracturaentre barrenos. La superposicin de ondas no es suficiente para provocar la iniciacin defracturas en la zona central entre taladros. Las fracturas en este caso se inician cerca decada barreno y se propagan en el plano de los mismos hasta que se encuentran,resultando un perfil ms o menos irregular.

DETERMINACION DE LOSPARAMETROS DE PRECORTE

La voladura con explosivos es un complejo proceso tridimensional que comprende lasinteracciones entre lo que se podra considerar un cierto nmero de explosiones, una rocaen general anistropa, efectos de cara libre, etc. Es pues conveniente simplificar elproblema y considerarlo como un fenmeno que se desarrolla en el plano normal al eje delbarreno. Se asume que el barreno tiene un dimetro mucho ms pequeo que su longitudy que est lo suficientemente lejos de caras libres. Se considera adicionalmente que la

detonacin se produce simultneamente a lo largo del barreno.

Mtodo terico

Presin en el barreno

La presin generada en un barreno por la detonacin de un explosivo no es un valoresttico ni invariable en el tiempo. La presin sigue una cierta curva en funcin del tiempoque presenta un valor pico muy acusado seguido de la actuacin de una relativamentesostenida accin cuasi - esttica, para despus finalizar siendo nula (14). Es clsica ladeterminacin de la presin de detonacin a partir de las caractersticas del explosivo

conocida como teora hidrodinmica: Para explosivos slidos la velocidad departcula u puede considerarse

aproximadamente igual a Vd/4. Si la presin inicial en el barreno es despreciable, laecuacin 5 resulta:

Por otra parte, si se considera Pa la presinadiabtica que hipotticamente se desarrollarapor la explosin a volumen constante y sin

prdidas de energa puede establecerse (Cook) como buena aproximacin:Esta presin adiabtica, as definida, puedeconsiderarse razonablemente la presin en el

barreno, Pb segn:La frmula 9 puede considerarse aceptable

F[13]. Efecto del espaciamiento sobre la

discontinuidad entre barrenos.

P+uV10=P ide-3

d (4)

4

V10=P

d

2

e3-

d (6)

2

P=P

da (7)

V101.25=8

V10=P

2de

4-2d

e

3-b (8)


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para el caso de un explosivo completamente acoplado con el taladro ocupando todo elespacio disponible.

Sin embargo, la presin generada cuando existe acoplamiento entre explosivo y roca esexcesiva para los fines que se persiguen con el precorte. Es pues necesario disminuir esta

presin en el barreno hasta un lmite adecuado, desacoplando el binomio explosivo-roca.

La expansin de gases de explosin cuando la carga est desacoplada puedeconsiderarse sigue la ley adiabtica para gases ideales. El estado adiabtico de un gasobedece:

La equivalencia entre el estado del gasinmediatamente despus de la detonacin y el

estado de presin en el barreno puede expresarse mediante una expansin adiabticadesde el volumen ocupado por el explosivo hasta el volumen que comprende el barreno.Considerando un cilindro de altura unidad:

Dado que la relacin entre volmenes

cilndricos es proporcional al cuadrado de losdimetros:El parmetro para condiciones explosivasnormales puede considerarse 1.20. La presinen la pared de un barreno desacoplado concarga continua se obtiene a partir de 13 y 14,

segn:Para cargas desacopladas y discontinuas seobtiene igualmente:

Efecto cuasi-esttico de la presin de los gases

El modelo que se usa para determinar el estado de tensin en los alrededores del barrenoagrietado radialmente es el de un cilindro de espesor infinito con la condicin de presinexterna nula. La Fig. 15 ilustra la distribucin de estas tensiones, que vienen dadas por:

F[16]. Modelo cuasi-esttico de tensiones en los alrededores de un barreno.

La tensin cortante r, segn el modelo es:Las ecuaciones 18 y 19 resultan:

Generalmente, cualquier material rocosopresenta altos valores de resistencia acompresin, moderada resistencia a esfuerzos

cortantes y una muy baja resistencia a traccin. Aspues la situacin ideal para la fractura de precorte

se presenta cuando las tensiones de traccin semaximizan en la direccin adecuada en la rocaa la vez que se minimizan los efectos decompresin y cortantes en las zonas nodeseadas.

La 17 ilustra la distribucin de tensiones tangenciales para el caso de un barreno nico ypara el caso de dos barrenos adyacentes en un precorte espaciados una distancia E.

CONSTANTE=VP. (10)

VP=VP edbb (11)

d

dP=P

b

c

2

db

(12)

d

dV101.25x=P

b

c

2.4

2de

4-b (15)

d

DdV101.25x=P

b

c

2.4

2de

4-b (16)

( )

( ) rr-r

rrP-P-

r-r

Pr-Pr=

22

b

2

e

2

e

2

bbe

2

b

2

e

b

2

be

2

e

rr

(17)

r

rP+= 2

2b

brr (22)

r

rP-=

2

2b

btr (23)

0=r (21)

( )

( ) rr-rrrP-P

+

r-r

Pr-Pr=

22

b

2

e

2

e

2

bbe

2

b

2

e

b

2

be

2

e

tr

(20)


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La fuerza que acta en la fractura por unidad delongitud puede obtenerse mediante integracinde la tensin tangencial entre los limites de lapared del barreno rb y cierta distancia r:

Cuyo resultado es:

Asumiendo que la detonacin entre barrenosse produce simultneamente, la fuerza queacta en la fractura se dobla, es decir:

En la prctica el trmino (rb/r) representamenos del 10% de la fuerza actuante, con lo que puede despreciarse. La fuerza que tiendea producir la grieta en el precorte como consecuencia de la accin cuasi esttica de losgases:

A esta accin rompedora del explosivo seopone la resistencia a la traccin de la roca.

Esta fuerza resistente puede expresarse por unidad de longitud de barreno como:La situacin crtica de fractura se produce si:

Segn esto, el espaciamiento crtico entrebarrenos para que se produzca la rotura viene dado por:

As pues, cualquiera que sea el espaciamientoptimo, ste ha de cumplir:

Dado que la carga en la roca por la accindel explosivo es dinmica, el valor que debera utilizarse para tr es el de resistenciadinmica a traccin. Sin embargo este valor es difcil de determinar tanto en teora como

en la prctica pues depende de la velocidad de carga, de la duracin e incluso de su valorpico. La prctica demuestra que se consiguen buenos resultados si se utiliza para tr elresultado del conocido mtodo brasileo.

Mtodo prctico

Es posible realizar un clculo aproximado de los parmetros de precorte basndose en losresultados de la experiencia prctica acumulada durante los aos que se lleva utilizando.Como todas las consideraciones que se derivan de la prctica habitual de cualquiertcnica, estas no son ms que una simplificacin de los mltiples factores que se veninvolucrados en el fenmeno. La principal ventaja de estas reglas prcticas es su sencillez

y facilidad de aplicacin.

F[18]. Distribucin tangencial de tensionespara detonacin aislada y detonacionessimultneas.

d)r

rP( -=d r=F

2

2b

b

r

rt r

r

rt l bb (24)

r

1-rP-=drrrP-=F

r

r

2

bb

2-r

r

2

bbtl

b

b

(25)

1-r

rrP=F

bbbtl (26)

1-r

rrP2=F

b

bbTl (27)

rP2-=F bbp (28)

)r2-(r=F btrrl (29)0=F+F Tlrl (30)

0=)r2-E(+rP2- bctrbb (31)

tr

trbb

3-c

+Pr210=E (32)

tr

trb

b

3-

o

+Pd10E (33)


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En lo que a precorte se refiere, dos reglas sepueden admitir como bsicas, suponiendocondiciones medias de roca, explosivo, etc.Estas son:

Las figuras 21 y 22 ilustran estas reglasprcticas junto con los lmites de aplicacin paralas mismas. Para cargas continuas puedeestimarse el dimetro de carga adecuadosegn:

De la misma forma, puede determinarse igualmente el grado de discontinuidad paracargas espaciadas:

PARTICULARIDAES DE LA UTILIZACION

DE EXPLOSIVOS EN PRECORTES

Seleccin

Sin lugar a dudas el precorte puede considerarse como una tcnica en la cual sonfundamentales la geometra y la simetra en todo el proceso. El explosivo, parte crucial delxito en el mismo, debe seleccionarse en consonancia. Dado que la discontinuidad deprecorte se produce en la prctica con espaciamientos supercrticos en los que elmecanismo actuante es fundamentalmente la accin cuasi-esttica de los gases, esrecomendable la utilizacin de un explosivo con baja velocidad de detonacin (reduccindel dao dinmico a la roca) a la vez que con un alto volumen de gases.

Estas caractersticas descartan la utilizacin de explosivos gelatinosos con base NG(gomas, etc). Tambin resultan inadecuadas las emulsiones explosivas por su altavelocidad de detonacin. Entre la gama de explosivos disponibles en el mercado el tipoque mejor se adapta a la tcnica es el tipo Hidrogel con un balance adecuado entrevelocidad de detonacin y produccin de gases.

El efecto de desacoplamiento en el barreno estanto mejor cuanto ms prximo a la situacinideal de la figura 24. Dado lo crtico de esteefecto, es pues desaconsejable el uso de

cargas espaciadas ya sean acopladas odesacopladas dentro del barreno, tanto por razones tericas de un pobre efecto de

F[19]. Espaciamiento recomendable paralabores de precorte.

F[20]. Carga recomendable para laboresde precorte.

d125

1=c bs (34)

d100

5=E)3

2(bo (35)

d5

8=d

)6

5(b

e

cc

(36)

d

d101.6=D

cdc

2

b3

5

3-

(37)

F[23]. Carga de un barreno de precortecon sarta contnua de cartuchos de 32mm.Cortesa BHP Iron Ore, Mt Newman,

Western Australia.


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desacoplamiento como por razones prcticas de facilidad de carga. As pues esrecomendable el uso de explosivo continuo a lo largo de la caa del barreno. Elrequerimiento de simetra tambin implica la iniciacin simultnea de la carga a lo largo delbarreno, a la vez que entre barrenos. Estas consideraciones han conducido al desarrollode productos explosivos especiales para precorte entre los cuales el producto estrella

puede considerarse la sarta continua de cartuchos de Hidrogel. La continuidad se obtienemediante cordn detonante de 6g/m a lo largo de todo el cartucho, en el centro de simetradel mismo (25). La insercin de este cordn detonante durante el proceso de encartuchadoproporciona un producto manejable y con resistencia a la traccin que permite su usocolgado desde la boca del barreno. Con este producto se consiguen las prestaciones mscercanas a la situacin terica ideal, as como una facilidad de manejo y operacin que nose consiguen con ningn otro tipo de explosivo para precorte de los disponibles en elmercado.

Tcnica de uso

Casi todas las tcnicas de voladura controlada, y en particular la de precorte consisten enperforar una lnea de barrenos que coincida con el plano final deseado como final en laexcavacin, con el ngulo deseado. Siempre que sea posible, es aconsejable realizar elprecorte con cierta inclinacin puesto que la superficie ligeramente inclinada es mucho

ms estable. La caracterstica peculiar del precorte es que este plano de barrenos sedispara previamente a la voladura del macizo contiguo. Este tipo de voladura implica unconfinamiento extremo del explosivo, pues por definicin no existen caras libres.Los dimetros de perforacin que se utilizan normalmente varan en el rango 50mm -

150mm. La carga de la lnea de barrenos, serealiza con algn explosivo adecuado y biendistribuida a lo largo del barreno. A veces, ysobre todo con los dimetros ms grandes, se

utilizan barrenos gua sin carga para dirigir la formacin de la discontinuidad segn el perfildeseado. Es tambin recomendable y usual colocar en el fondo del taladro cierta cargaconcentrada ms potente para lograr una buena accin de corte en fondo, donde el

confinamiento es mximo y la simetra de la perforacin es ms pobre. En el precorte, seha comprobado que no se forman grietas perpendiculares al barreno, en el fondo delmismo. Este hecho es consecuencia de la no existencia de cara libre, lo que hacenecesaria esta carga concentrada y el que se necesiten ms barrenos (menoresespaciamientos) que en su homlogo recorte. Para barrenos de una longitud media,digamos 10m, la carga de fondo puede estimarse en torno a los 400g de explosivo. Amedida que el dimetro de perforacin aumenta, la carga de fondo debe aumentarse en lamisma proporcin llegando hasta los 2 Kg. para barrenos de 150 mm.Como en cualquier voladura de contorno, la alineacin de los barrenos es crucial para un

buen resultado. Digamos que el mximo que sepuede conseguir con el precorte es lo bien que

se haya dispuesto la perforacin. Esto limita enla prctica la profundidad del precorte hasta la

F[26]. Sarta continua de explosivo para

precorte con alma de cordn detonante.

F[27]. Barrenos de 89mm espaciados1.5m. Cortesa BHP Iron Ore, Mt Newman,Western Australia.

F[28]. Un buen precorte supone una

cuidadosa perforacin. Cortesa KCGM,Superpit, Kalgoorlie, Western Australia.


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profundidad a la que puede llegarse con la perforadora sin excesiva desviacin. Comolmite prctico puede admitirse 10m. La situacin ideal para precorte es una disposicinrectilnea de barrenos. No obstante es posible obtener resultados aceptables condisposicin curvilnea siempre que el radio de curvatura sea lo suficientemente grande,superior a los 50 dimetros. Pueden realizarse tambin precortes en esquina con barrenos

gua, disparando independientemente ambas secciones.Para conseguir una mnima sobreexcavacin, la carga debe llegar hasta la boca del

barreno para que el efecto de corte sea francoen la zona ms susceptible a lasobreexcavacin, como es la parte superior delbanco. Esta mayor susceptibilidad de la zona

superior del banco es debida a la sobreexcavacin y quebrantamiento provocado por lavoladura de bancos superiores y a la mayor incidencia de las condiciones atmosfricas.Deben adoptarse las precauciones adecuadas para que esta carga tan superficial noprovoque efectos indesados (pequeas rocas volante, etc.), para lo cual se puede cubrir lazona con mallas u otro material similar. Para desacoplamientos de carga superiores al 50%

es recomendable retacar el barreno al menos en una longitud del orden de 10 dimetrospara lograr la efectividad requerida de los gases de explosin. Para desacoplamientosmenores del 50% es incluso conveniente evitar el retacado pues de esta manera no sefuerza a los gases a travs de las fracturas preexistentes en el terreno. Este efecto esparticularmente importante en rocas dbiles y/o altamente fracturadas. En general, si seobtiene una excesiva sobreexcavacin hay que disminuir la carga lineal. Si lo que seobtiene es un contorno irregular se debe reducir el espaciamiento.

Como regla general, la fila de precorte ha de separase de la voladura principal una ciertadistancia que debe estar comprendida entre E/2 y E. Como consecuencia de esta menordistancia, la fila de barrenos de la voladura principal ms cercana a la lnea de precorte ha

de cargarse con una cantidad de explosivo ligeramente menor a la usual para barrenos deproduccin si se quiere evitar el agrietamiento y dao a la roca remanente. Tambin esrecomendable no sobreperforar en esta fila para no daar la zona de asiento del banco. Aveces se le suele dar a esta fila un doble retardo para provocar una liberacin efectiva dela piedra correspondiente. 30 muestra un esquema genrico de precorte con losparmetros que resultan relevantes.Esta fila de amortiguacin debe ser suficiente para la voladura del propio macizo mediante

el mecanismo de voladura en crter. Ladeterminacin de la carga en esta fila puedecalcularse iterativamente a partir de la frmula38, en la cual se ha considerado el c.d.g de la

carga a tres dimetros de la parte superior de lacolumna explosiva:

La separacin de esta fila cercana puedeestimarse mediante la adopcin de un criterioconservador para el dao que se induce en laroca, mantenindose por debajo de ciertoumbral de deformacin. Considerando rotura

esttica (nuevamente, conservador), ladeformacin crtica para una roca de tipo medio

F[29]. El efecto del precorte es crtico en laparte superior del banco. Cortesa KCGM,Superpit, Kalgoorlie, Western Australia.

F[31]. Esquema de un precorte con fila deamortiguacin.

L4

)Lc1.6-10d3+A(d10=c

c

3ca

-3bbe

2b

-3

a

(39)


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(hormign) puede admitirse en torno a:Esta deformacin mxima admisible para noproducir dao a la roca proporciona lavelocidad de vibracin crtica, supuestaconocida la velocidad snica en el macizo:

Una vez obtenido el valor crtico de velocidadde vibracin, la distancia umbral de dao a la

roca producido por el propio precorte puede estimarse aproximadamente segn:La figura 32 ilustra la relacin entre la cargalineal y la distancia a la que se producen losniveles de vibracin que resultan prcticos

para esta determinacin.

La fila de amortiguacin inmediatamente cercana al precorte no debe producir un daomayor que el del propio precorte. Puesto que la energa producida por un explosivo esproporcional al cuadrado del dimetro, se considera la relacin adimensional de distancia

escalar para simetra plana. La distancia a la que hay que situar esta fila se obtiene:

Siempre que se pretenda hacer precortesobre una base regular en el tiempo, dentrode una misma formacin resultaparticularmente aconsejable realizar unprecorte de prueba de una longitud reducida. El mnimo necesario para poder advertir unprecorte claro es del orden de 6m o 7m. Tras este precorte de prueba pueden ajustarse losparmetros del mismo hasta conseguir el efecto deseado.

En general, la realizacin del precorte independientemente de la voladura principalproporciona resultados netamente superiores en comparacin a los que resultan cuandose hace conjuntamente, adelantndolo a la misma. Hay que tener en cuenta que elprecorte puede provocar la liberacin de masas rocosas inestables, corrimientos deestratos, etc., por lo que no resulta conveniente perforar los barrenos de la voladuraprincipal previamente. Cuando esta posibilidad existe, es recomendable realizar el precorteconjuntamente con la voladura principal. Tambin es recomendable hacerlo conjuntamenteen caso de perforaciones inclinadas donde se complicara notablemente la perforacin yvoladura posterior. Como regla general, no debera hacerse ningn precorte con piedrainferior a los 200 dimetros, puesto que podra interferir con la voladura principal.

Iniciacin

Los barrenos de contorno deben dispararsesimultneamente para conseguir un claro efecto

cortante, o bien como tarea independiente antes de la perforacin de la voladura principalo bien conjuntamente con ella, retrasndola para que siga a la de precorte.

Siempre que no haya impedimento en cuanto a efectos de vibracin en reas cercanas, lainiciacin de la fila de precorte debe hacerse instantneamente. Si por alguna razn estono es posible y es necesario utilizar secuenciacin esta ha de ser la mnima posible (20-30ms). La formacin de la grieta de separacin es mucho ms basta en este caso puesto queel mecanismo actuante no es el ptimo. En cualquier caso se debe detonarinstantneamente la mxima carga posible que no interfiera con los requerimientos

140=c

dt

du

=

(40)

c0.14=v (41)

3 2l

3

cv

10l (42)

c

a+l=

c

l

ap

(36)

F[33]. Distancia a la que se producendistintos niveles de vibracin de partculaen funcin de la carga.

F[34]. Precorte independiente de lavoladura principal. Cortesa BHP Iron Ore,Mt Newman, Western Australia.


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medioambientales en cuanto a nivel de vibracin.

Caso de usar detonadores, se debe usar el nmero ms bajo posible habida cuenta quecuanto mas bajo es el nmero de la serie del detonador es tambin menor la desviacinaleatoria respecto al tiempo nominal del mismo. No obstante, siempre que sea posible, es

aconsejable el uso de cordn detonante en vez de detonadores para lograr simultaneidaden la iniciacin.

Efecto del precorte sobre vibraciones

Puede considerarse al respecto que una voladura de precorte tiene una piedra infinita y porlo tanto un confinamiento superior en gran medida a cualquier voladura de produccin. Engeneral y a la misma distancia reducida, la velocidad de partcula como consecuencia delprecorte es mucho mayor que la producida por la voladura normal. 35 muestra laatenuacin que sufre el pico de velocidad de partcula en funcin de la distancia reducidapara una voladura de tipo medio y para el caso de un confinamiento extremo tal como en el

precorte.

Tambin resulta de general aceptacin que lafractura de precorte supone un apantallamientodel macizo rocoso frente a la transmisin devibraciones y ondas de tensin. Sin que quepala posibilidad de excluir este efecto, hay que

resaltar que no es tan espectacular como generalmente se supone. La morfologa de lagrieta, con un contacto mutuo e interpenetracin entre sus paredes provoca nicamenteuna ligera atenuacin del efecto de transmisin de ondas a travs de la discontinuidad

formada.

CASO PRCTICO. METODOLOGIA

En cierta explotacin se decide iniciar una rutina de precorte en todos los frentes finales.La voladura de produccin se lleva a cabo con perforacin de 165mm en bancos de 10m.El patrn de voladura es de 5m x 6m con sobreperforacin de 1.5m y retacado de 4m conuna carga por barreno de 130 Kg de ANFO. Se dispone de una perforadora de 89mm quese estima adecuada para las labores de precorte. Las caractersticas medias del macizorocoso pueden admitirse:

-resistencia a compresin: 240 MPa-resistencia a la traccin: 15 MPa-velocidad snica en el macizo: 3800 m/s

Dadas las ventajas, se pretende utilizar preferentemente un explosivo continuo, cuyasespecificaciones resultan:

-velocidad de detonacin: 4500 m/s-densidad: 1.2g/cm3

Como limitacin medioambiental de nivel de vibraciones, la mxima carga por microretardo

es de 500 Kg de explosivo.

F[36]. Amortiguacin del nivel de vibracincon la distancia reducida.


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Se trata de determinar todos lo parmetros necesarios para precortar con perforaciones de89mm y qu dimetro de carga entre la gama comercial disponible en el mercado (22mm,26mm, 32mm y 40mm) es conveniente utilizar.

Para resolver el ejercicio se seguir el esquema segn la figura 37:

En estas condiciones y directamente de (30) se obtiene una buena aproximacin deldimetro a utilizar:

El dimetro comercial disponible ms cercanoa este valor resulta dcc=26mm.

La presin que cabe esperar en el barreno resulta de 45:Netamente menor que la resistencia acompresin de la roca. No obstante hay quetratar de conseguir la mxima carga posible delbarreno sin que se alcance este lmite de

resistencia a compresin, pues de esta manerapuede abaratarse el precorte con espaciamientos mayores.

El siguiente dimetro a ensayar es el de 32mm. De nuevo 47 proporciona la presin en elbarreno con este nuevo dimetro:

Presin excesiva que excede con creces laresistencia a compresin de la roca. As puesse descarta este dimetro en favor del de26mm. La carga lineal para este dimetro:

El espaciamiento recomendable para este

trinomio explosivo-perforacin-roca se obtiene de 50:Tambin resulta conveniente amortiguar lacarga de la fila de barrenos de produccin mscercana a la fila de precorte. Esta fila debehacerse sin sobreperforacin y situarse a unadistancia tal que no produzca dao al macizoprecortado.

La carga por barreno en esta fila de amortiguacin se obtiene iterativamente a partir de lafrmula de voladura en crter 52. Como valor inicial puede considerarse un valor prximoal de la voladura normal, por ejemplo 15 Kg/m. El valor puede considerarse aceptable

cuando dos iteraciones consecutivas coinciden en la primera cifra decimal:Que tras varias iteraciones con un valor inicialde ca0=15 Kg/m, proporciona:

El problema ahora es situar esta fila a ladistancia adecuada de la fila de precorte. La velocidad de partcula por encima de la cualse produce dao a la roca se obtiene de 55:

La extensin del dao como consecuencia delpropio precorte se extiende hasta una distancia

que viene dada por 57:

La distancia a de amortiguacin entre elprecorte y la fila con carga reducida se obtiene

mm27.44=891.25

8=d

)6

5(

cc

(44)

158.46=89

2645001.2101.25x=P

2.4

24-b

(46)

260.81=89

3245001.2101.25x=P

2.4

24-b

(48)mKg0.965=c

-1p

=15

15+158.4689=

+Pd10=E

t

tbb

3-o

(51)

L4

LC1.6-d0.003+A(d10=C

c

3cabb

2be

-3

a

(53) Kgm11.6=c

-1a (54)

532mm/s=38000.14=v (56)

m1.83=9650.532

1000=c

v

10=l 3 23 2p

3

(58)


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de 59:La carga total en esta fila de amortiguacin se obtiene:


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Teniendo en cuenta la limitacin de 500 Kg. de explosivo por micorretardo, el mximo

nmero de barrenos de precorte por disparo resulta:Supuesto precorte independiente de lavoladura principal. La longitud mxima aprecortar por disparo resulta inmediata:

LISTA DE VARIABLES

rb : radio del barreno (mm)r : densidad de la roca (gcm

-3)c : velocidad unidimensional de la onda de tensin en la roca (ms-1) : deformacin volumtricaK : mdulo de resistencia a la fracturapmax : presin pico en el barrenotmax : tiempo correspondiente a pmaxEtmax : mdulo de Young correspondiente a tmax

v : ratio de Poissont : tiempoPd : presin de detonacine : densidad del explosivoVd : velocidad de detonacin del explosivo (ms

-1)u : velocidad de partcula debida a la reaccin explosivaPi : presin inicialPa : presin adiabtica a volumen constantePb : presin en el barrenoP : presin del gasV : volumen del gas

Vb : volumen del barreno por unidad de longitudVe : volumen del explosivo por unidad de longitud : cociente de calores especficos a presin y volumen constantes (cp/cv )dc : dimetro de la carga (mm)db : dimetro del barrenoVe : volumen del explosivo al detonarD : discontinuidad de la carga expresada en tanto por uno.rr : tensin radial a una distancia rtr : tensin tangencial a una distancia rre : radio externo, distancia a la que se considera aplicada una presin PePe : presin externa

r : tensin cortante a una distancia rFtl : fuerza tangencial total por unidad de longitud debida a un nico barrenoFTl : fuerza total en la superficie de fractura entre dos barrenos por unidad de longitud de

barreno

[20]. Procedimiento para el clculo de los parmetros de precorte.

5=100.965

500ENT=

ABc

MCMENT=N

p

(60)

52.47m=1.02951=EN=LMP o

(61)


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Fp : fuerza que tiende a producir el precorteFrl : fuerza resistente a la traccin de la roca por unidad de longitud de barrenot : tensin de la roca resistente a la traccinV : piedra (m)Ec : espaciamiento crtico para precorte entre barrenos

Eo : espaciamiento ptimo entre barrenos de precorte (m)AB : altura de banco (m)cs : carga de explosivo por unidad de superficie a precortar (Kgm-2)dcc : dimetro del cartucho con carga continuadcd : dimetro del cartucho con carga discontinuac : deformacin crtica de rotura estticav : velocidad de vibracin de partcula (mms-1)Ca : carga lineal mxima en la fila de barrenos ms cercana a la superficie de precorte

(kgm-1)a : distancia entre la fila de barrenos ms cercana y la cara de precorte (m)l : distancia a la que se extiende el dao producido por el precorte (m)

n : nmero de grietas predominantes que emanan de la pared de un barrenoCB : carga por barreno (Kg)cp : carga lineal en el barreno de precorte (Kgm-1)MCM: mxima carga por microrretardo (Kg)LMP : longitud mxima de prcorte por disparo (m)N : mximo nmero de barrenos de precorte por disparo

REFERENCIAS

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2. Dowding C.H.. Blast Vibration Monitoring and Control. Pags. 28, 260-263,268. PrenticeHall 1985.

3. Gustafsson R. Blasting Technique. Dynamite Nobel Wein. Viena 1981.4. Hutchings J.. Blasthole Diameter and Its Effect on Explosive Distribution. FRAGBLAST,

Brisbane 1990.5. I.G.M.E.. Manual de Perforacin y Voladura de Rocas. Pags. 291-308. Madrid 1987.6. Konya C.J. et al. Removing Some of the Mystery of Presplit Blasting. Society of

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1990.9. UEE. Jornadas Tcnicas. Voladuras de Contorno Usando Cordn Detonante o Riogur.10.U.S Department of Commerce, Bureau of Public Roads. Presplitting. A Controlled

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11.Whittaker B.N., Singh R.N. & Sun G.. Rock Fracture Mechanics. Principles, Design andApplications. Pags. 443-480. Elsevier, New York 1992.

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