Cap.4 perforacion y voladura

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA
Facultad de INGENIERÍA
Escuela Académico Profesional de INGENIERÍA HIDRÁULICA
Curso: Geología aplicada
CAPITULO III: PERFORACIÓN Y VOLADURA
Docente: Ing. Wilver Morales Céspedes wmorales @unc.edu.pe

• Capítulo IV: PERFORACIÓN Y VOLADURA
– Tipos de perforación de acuerdo a la naturaleza de
las rocas.
– Técnicas de tabulación: taladro' Voladura'
Explosivos
– Clases de explosivos más usados.
• Cálculo del material. Técnicas de voladura

SECUENCIAS DE PERFORACIÓN Y VOLADURA
• 1- EXPLOSIVOS Y CLASIFICACIÓN DE EXPLOSIVOS
• 2- CARACTERÍSTICAS Y PROPIEDADES DE LOS EXPLOSIVOS
• 3- ROCAS
• 4- GEOLOGÍA Y SUS EFECTOS EN VOLADURAS
• 5- PERFORACIÓN Y TIPOS DE PERFORACIÓN
• 6- VOLADURA
• 7- SEGURIDAD EN EL USO DE EXPLOSIVOS
Docente: Ing. Wilver Morales Céspedes wmorales@unc.edu.pe

EXPLOSIVOS
Los materiales explosivos son compuestos o mezclas de sustancias en
estado solido, liquido o gaseoso, que por medio de reacciones químicas de
oxido reducción, son capaces de transformarse en un tiempo muy breve, del
orden de una fracción de microsegundo, en productos gaseosos y
condensados, cuyo volumen inicial se convierte en una masa gaseosa que
llega a alcanzar muy altas temperaturas y en consecuencia muy elevadas
presiones.
•estos fenómenos son
aprovechados para realizar
trabajo mecánico aplicado en el
rompimiento de materiales
pétreos en lo que constituye la “
técnica de voladura de rocas”

CLASIFICACIÓN DE EXPLOSIVOS
• En términos generales los explosivos por su forma de reacción
se clasifican en: explosivos químicos y explosivos nucleares.
• Los explosivos químicos actúan por procesos de reacción
química de detonación producidos por efecto de una onda de
choque. Están mayormente vinculados a compuestos nitrados
y son los de aplicación común en minería y construcción civil.
• Los nucleares están vinculados a la desintegración de
materiales como uranio 235 y plutonio, proceso que
desprende inmensas cantidades de energía.

LOS EXPLOSIVOS QUÍMICOS
Los explosivos químicos se clasifican en dos grandes grupos según la velocidad de su
onda de choque o velocidad de reacción:
A. Explosivos rápidos o altos explosivos:
de 2 500 a 7 000 m/s.
• 1- dinamitas (Gelatinas,
Semigelatinas, Pulverulentas y
Especiales
• 2- Explosivos permisibles o de
seguridad para minería de carbón
• 3 Explosivos acuosos, a) Explosivos
hidrogel (sensibles al fulminante) b)
Emulsiones explosivas (sensibles al
fulminante)
• 4- Explosivos especiales
B. Explosivos lentos o deflagrantes:
menos de 2 000 m/s
• 1. Hidrogeles o slurries
• 2. Emulsiones
• 3. Agentes mixtos (emulsión/ANFO o
ANFOs pesados)

CARACTERÍSTICAS Y PROPIEDADES DE LOS EXPLOSIVOS
• Son las propiedades físicas y químicas que tienen relación directa
con su condición de estado.
•Unas determinan su aspecto y
estado físico, otras su factibilidad de
empleo con seguridad en
determinadas condiciones de la roca
y del medio ambiente. Finalmente
otras determinan el rendimiento del
explosivo en su aplicación en
voladura; a estas últimas se las
conoce como “propiedades de tiro”.
ALGUNAS PROPIEDADES:
a- Plasticidad, b- Viscosidad, c- Fluidez, d- Flujo, e- Compactación, f- Friabilidad, g- Homogeneidad, h- Porosidad

CLASIFICACIÓN DE LAS ROCAS
• Dada la amplitud de los conceptos geológicos, sólo como
referencia se presenta una descripción elemental de los tres
grupos en los que se las ha clasificado, por su origen y
características:
– 1. Rocas ígneas.
– 2. Rocas sedimentarias.
– 3. Rocas metamórficas.

SELECCIÓN DE ROCAS PARA VOLADURA
Para propósitos de voladura las rocas suelen ser clasificadas en
dos grandes grupos:
1. Rocas ígneas y metamórficas
• Son usualmente las más duras de perforar y difíciles de volar.
• Por su origen plutónico o volcánico y también son abrasivos de
acuerdo al contenido de sílice.
2. Rocas sedimentarias
• Cuanto más masivas sean y cuanto más definido y amplio el
bandeamiento, más difíciles son de volar eficientemente.
Algunas areniscas y calizas pueden presentar problemas
difíciles de voladura.

CARACTERÍSTICAS DE LA ROCA
Las características geológicas y mecánicas, además de las condiciones
del estado de las rocas a dinamitar, determinarán realmente el tipo
de explosivo que deberá emplearse para fracturarlas eficiente y
económicamente. Algunos parámetros de la roca como:
a) Densidad o peso específico.
b) Compacidad y porosidad.
c) Humedad e inhibición.
d) Dureza y tenacidad.
e) Frecuencia sísmica.
f) Resistencia mecánica a la
compresión y tensión
g) Grado de fisuramiento.
h) Textura y estructura geológica.
Variabilidad.
i) Coeficiente de expansión o
esponjamiento.

GEOLOGÍA Y SUS EFECTOS EN VOLADURA
• ESTRUCTURA DE LAS ROCAS
Debido a su formación, edad y a los diversos eventos geológicos
que han sufrido, las rocas presentan diversas estructuras
secundarias que influyen en su fracturamiento con explosivos.
• Entre ellas tenemos:
A. Estratificación o bandeamiento (bending, layering)
B. Esquistocidad
C. Fractura (joints, fisuras o juntas)
D. Fallas (faults)
E. Contactos

INFLUENCIA DE ESTAS ESTRUCTURAS
• Las principales desventajas que presentan son la pérdida de
energía por fuga de gases y la perforación de pedrones
sobredimensionados.

Rumbo y buzamiento (strike and dip) de estratos y fallas
El rumbo indica la dirección de la estructura (con relación a los
puntos cardinales o norte geográfico) y el buzamiento el ángulo
de inclinación con respecto a la horizontal. Ambos indican
cuando o no los taladros atravesarán perpendicular o
transversalmente a las estructuras.

A. Rumbo en ángulo con la cara libre
Fracturas o fallas en ángulo con la cara libre
contribuyen a mejor fragmentación con aceptable
rotura final y rotura hacia atrás (back break). Buena
condición para voladura.
B. Rumbo perpendicular a la cara libre
Fractura o fallas perpendiculares a la cara libre (entre
los espaciamientos de taladros) tienden a contribuir
con rotura de bloques, poca rotura final y considerable
rotura hacia atrás. Mala condición para voladura.
C. Rumbo paralelo a la cara libre
Fallas y fracturas provocan fracturamiento
sobredimensionada, mala rotura final pero
generalmente una pared posterior estable. Mala
condición para fragmentación por voladura.

Efectos negativos en la performance de la voladura:

Estructuras inestables
En muchas canteras y tajos abiertos, por razones geológicas y de estabilidad
de taludes se presentan problemas de deslizamientos de diferentes tipos y
proporciones, que comprometen la seguridad de las operaciones. Estos
deslizamientos están vinculados a fallamiento, presencia de agua, roca
alterada o descompuesta, presencia de material arcilloso, taludes de banqueo
muy empinados que crean zonas críticas. En los gráficos siguientes se
muestran algunos ejemplos gráficos.

PERFORACIÓN Y TIPOS DE PERFORACIÓN
• La perforación es la primera operación en la preparación de
una voladura. Su propósito es el de abrir en la roca huecos
cilíndricos destinados a alojar al explosivo y sus accesorios
iniciadores, denominados taladros, barrenos, hoyos o blast
holes.
• Se basa en principios mecánicos de percusión y rotación,
cuyos efectos de golpe y fricción producen el astillamiento y
trituración de la roca en un área equivalente al diámetro de la
• broca y hasta una profundidad dada por la longitud del
barreno utilizado. La eficiencia en perforación consiste en
lograr la máxima penetración al menor costo.

La perforación se efectúa por los siguientes medios:
• 1. Percusión, con efecto de golpe y corte como el de un cincel y martillo.
Ejemplo, el proporcionado por los martillos neumáticos pequeños y
rompepavimentos.
• 2. Percusión/rotación, con efecto de golpe, corte y giro, como el producido
por las perforadoras neumáticas comunes, tracdrills, jumbos hidráulicos.
• 3. Rotación con efecto de corte por fricción y rayado con material muy duro
(desgaste de la roca, sin golpe), como el producido por las perforadoras
diamantinas para exploración.
• 4. Fusión (jet piercing) mediante un dardo de llama que funde roca y mineral
extremadamente duro como la taconita (hierro), método aplicado en
algunos yacimientos de hierro NA

• EQUIPOS DE PERFORACIÓN
Actualmente se emplean tres tipos de
máquinas perforadoras:
• 1. Manuales
De percusión con aire comprimido, para
huecos pequeños (25 a 50 mm de
diámetro), para trabajo horizontal o al
piso (pick hammer) o para huecos
verticales al techo (stopers). Emplean
barrenos de acero integrales terminados
en una broca fija tipo bisel, o barrenos
con broca acoplable.

2. Mecanizadas
De percusión y de rotopercusión, montadas en chasis
sobre ruedas u orugas. Para huecos hasta 150 mm (6”
de diámetro) y 20 m de profundidad. Ejemplo los
wagondrill, track drill y jumbos neumáticos o hidráulicos.
3. Mecanizadas rotatorias
Generalmente de grandes dimensiones para uso en tajos
abiertos, montadas sobre camión o sobre orugas con
traslación propia, con motor rotatorio independiente.
Un equipo normal de perforación está compuesto por:
• a. Perforadora o martillo.
• b. Soporte y carro portador.
• c. Compresora y bombas hidráulicas.
• d. Brocas y barrenos.
• e. Accesorios (mangueras, aceitadoras, etc.).

EN SÍNTESIS, LAS BROCAS SE CLASIFICAN EN TRES GRUPOS:
• - De corte.- Generalmente empleadas en perforación de
producción con máquinas chicas, entre 1” y 4” de diámetro,
(integrales, cruz, etc.) donde el inserto es el elemento que
trabaja y se gasta.
• - Rotatorias.- También llamadas “tricónicas” por estar
formadas por tres conos dentados acoplados a un cuerpo fijo
o carcasa. Estos conos giran libremente alrededor del eje de
la broca cuando ésta entra en movimiento triturando a la
roca.
• - Diamantinas.- Empleadas en prospección geológica y en
voladura con taladros largos (long holes), generalmente
huecas para permitir la extracción de una varilla de la roca o
mineral que va siendo perforado (testigo), tienen insertos
muy finos de diamante embebidos en una masa o matriz
fundida, dura, que conforme se gasta deja aparecer nuevos
diamantes.

VOLADURA DE ROCAS
• De acuerdo a los criterios de la mecánica de
rotura, la voladura es un proceso tridimensional,
en el cual las presiones generadas por explosivos
confinados dentro de taladros perforados en la
roca, originan una zona de alta concentración de
energía que produce dos efectos dinámicos:
• fragmentación y desplazamiento.
• El primero se refiere al tamaño de los fragmentos
producidos, a su distribución y porcentajes por
tamaños, mientras que el segundo se refiere al
movimiento de la masa de roca triturada.
• Una adecuada fragmentación es importante para
facilitar la remoción y transporte del material
volado y está en relación directa con el uso al que
se destinará este material, lo que calificará a la
“mejor” fragmentación.

Partes de un taladro
Espaciadores inertes
Taco inerte
Sección del taladro:
Cebo
Cordón detonante

EN OPEN PIT

CANTIDAD DE CARGA
• Depende de la tenacidad de la roca y de la dimensión del frente de voladura. Influyen:
el número, diámetro y profundidad de los taladros y el tipo de explosivo e iniciadores a
emplear.
• Se debe tener en cuenta que la cantidad de explosivo por metro cuadrado a volar
disminuye cuanto más grande sea la sección del túnel, y también que aumenta cuanto
más dura sea la roca.
• En términos generales puede considerarse los siguientes factores en kilogramo de
explosivos por metro cúbico de roca.
• En minería los consumos de dinamita varían generalmente entre 300 a 800 g/m3.
• Como generalidad, pueden considerar los siguientes factores para:

CLASIFICACIÓN DE EXPLOSIVOS
Explosivos de alto orden
 Se dividen básicamente en explosivos de alto orden (p. ej. TNT) y explosivos
de bajo orden (p. ej. pólvora).
 Los explosivos de alto orden tienen una velocidad de combustión elevada,
de varios km/s, alcanzando velocidades de detonación y por eso son aptos
para la demolición.
 Los explosivos de bajo orden queman a una velocidad de varios cientos
de metros por segundo, llegando incluso a velocidades de un par de km/s,
lo que se llama deflagración (los explosivos de bajo orden no detonan). Son
utilizados para la propulsión y para los fuegos artificiales.
 Se llama DDT (por su sigla en inglés, Deflagration-Detonation Transition) a
los explosivos que tienen un velocidad de quemado intermedia entre los
dos tipos de explosivos.

Explosivos de alto orden
* trinitrotolueno o TNT
* RDX o Ciclonita
(trinitrofenilmetilnitramina)
* PENT o Tetranitrato de pentaeritrita
* Nitrato de amonio
* ANFO
* Amonal
* Ácido pícrico o TNP (Trinitrofenol)
* Picrato amónico
* Tetranitrometano
* HMX (Ciclotetrametilentetranitramina)
* C-4

En donde podemos considerar:
• Rocas muy difíciles: granito, conglomerado,
arenisca.
• Rocas difíciles: arenisca sacaroide, arena
esquistosa.
• Rocas fáciles: esquisto, arcilla, esquistos
arcillosos, lutita.
• Rocas muy fáciles: arcilla esquistosa o rocas
muy suaves.
Valores estimados para galería con una sola cara
libre, para disparos con 2 caras libres se pueden
considerar valores de 0,4 a 0,6 kg/m3.

Ejemplo de cálculo para voladura de túnel
• Cálculo para excavación de un túnel de 1.400 m con 10,44 m2 de
sección, recta con perfil convencional sin recorte periférico, en
roca andesítica, a perforar con taladros de 1 1/4" (32 mm) y 2,40
m de longitud, corte cilíndrico con taladros paralelos.
• Explosivo, Semexsa 65 de 1 1/8" x 7", encendido con
detonadores no eléctricos de retardo corto para el arranque y de
medio segundo para el núcleo.
• Cálculo de carga
• Cantidad de explosivo
• 1. Volumen de material a mover por disparo
• V : S x p (área de la sección por profundidad de taladro)
• V = 10, 44 x 2,40 m = 25 m3 de roca por disparo.

2. Número de taladros por sección
• N°tal. : (R/C) + (K x S); Donde:
• R : circunferencia de la sección en metros
• S x 4 = 10,44 x 4 = 12,9
• C : distancia entre los taladros de circunferencia en metros
– 0,5 para roca dura
– 0,6 para roca intermedia (andesita por ejemplo)
– 0,7 para roca blanda
• S : dimensión de la sección en m2 (10,44 m2)
• K : coeficiente:
– 2 para roca dura
– 1,5 para roca intermedia
– 1 para roca blanda
• Luego N°tal. = 12,9/0,6 + 1,5 x 10,44 = 37,2 = 37 taladros
• máximo (cantidad que podrá ser disminuida si las condiciones del terreno lo
permiten)

3. Cantidad de carga (factor)
• De acuerdo a las secciones del túnel y dureza de la roca, se obtiene el
promedio en kg de explosivo utilizado por m3 de roca movida para cada
metro de avance, teniéndose los siguientes casos para roca intermedia:
– (a) 1 a 5 m2 : 2,2 a 1,8 kg/m3
– (b) 5 a 10 m2 : 1,8 a 1,4 kg/m3
– (c) 10 a 20 m2 : 1,4 a 1,0 kg/m3
– (d) 20 a 40m2 : 1,0 a 0,8 kg/m3
• De acuerdo a los valores en (b) podemos considerar un promedio de 1,6
kg/m3 para la sección prevista, lo que da un consumo estimado por
disparo de:
• 1,6 kg/m3 x 25 m3 = 40 kg/m3
• Siendo el factor de carga por taladro de:
• 40/37 = 1,08 kg/m3 por taladro.

• Según este factor el número promedio de cartuchos por taladros con
Semexsa 65 en 1 1/8 x 7" y con 116 gramos de peso, será de: 1 080 / 116=
9,3 cartucho por taladro y: 9,3 x 37 taladros = 344 cartuchos por disparo
teniendo la caja de
• Semexsa 65, 25 kg/m3, 215 cartuchos en promedio, el consumo de cajas
por disparo será de: 344/215 = 1,6 cajas.
• Por tanto, el consumo total para el túnel de 1 400 m solamente con
Semexsa será de:
– Longitud de taladro = 2,40 m
– Avance por disparo, considerando una eficiencia de 90% = 2,10m
– Número total de disparos: 1.400 / 42,10 m = 666
– Total de cajas a emplear: 1,60 x 666 = 1 065,5 =1 066 cajas

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