PROYECTO FIN DE CARRERA Javier Bonilla sin …es capaz de arrancar el carbón de forma satisfactoria en las condiciones de disparo habituales y establecer la equivalencia práctica

ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS DE MINAS

PROYECTO FIN DE CARRERA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA Y COMBUSTIBLES

ESTUDIO DE LA CAPACIDAD DE ARRANQUE DE UNA DINAMITA

GELATINOSA FRENTE A UNA DINAMITA DE SEGURIDAD

FCO. JAVIER BONILLA RUIZ DE VALDIVIA ENERO 2013

TITULACIÓN: INGENIERO DE MINAS PLAN: 1996

Autorizo la presentación del proyecto:

Estudio de la capacidad de arranque de una dinamita gelatinosa frente a una dinamita de seguridad

Realizado por:

Fco. Javier Bonilla Ruiz de Valdivia

Dirigido por:

Lina María López Sánchez

Firmado: Lina María López Sánchez

Fecha: Enero 2013

I

Índice

DOCUMENTO 1: MEMORIA……………………………………………………………….IX1

1. OBJETIVOS Y ALCANCE ....................................................................................... 2

1.1 Objeto ............................................................................................................... 2

1.2 Metodología ...................................................................................................... 2

1.3 Características de los explosivos ..................................................................... 3

1.4 Modelo de fragmentación empleado ................................................................ 5

1.4.1 Proceso de fragmentación ........................................................................ 5

1.4.2 Modelo de fragmentación .......................................................................... 7

2. ENSAYOS ............................................................................................................. 14

2.1 Descripción general ............................................................................................ 14

2.2 Voladuras con una fila de barrenos .................................................................... 17

2.2.1 Voladura nº1: Goma2-ECO .......................................................................... 18

2.2.2 Voladura nº 2: Goma2-ECO ......................................................................... 23

2.2.3 Voladuras 3,4 y 5: Goma2-ECO ................................................................... 28

2.3 Voladuras con dos filas de barrenos ................................................................... 31

2.3.1 Voladura nº6: Explosivo 20SR ..................................................................... 35



2.3.5 Voladura nº 10: Explosivo 20SR .................................................................. 56

2.3.6 Voladura nº11: Goma 2-ECO ....................................................................... 61

2.3.7 Voladura nº12: Explosivo 20SR ................................................................... 66

3. ANALISIS DE RESULTADOS ............................................................................... 72

3.1 Fragmentación .................................................................................................... 72

3.2 Vibraciones ......................................................................................................... 77

3.3 Velocidad de detonación ..................................................................................... 79

3.4 Ensayos de compresión simple de la roca .......................................................... 81

3.5 Modelo de fragmentación obtenido ..................................................................... 82

3.6 Comparación energía especifica y X50/X80 .......................................................... 91

3.7 Comparación velocidad de partículas y energía del explosivo ........................... 94

4. CONCLUSIONES .................................................................................................. 96

5. BIBLIOGRAFÍA/REFERENCIAS ........................................................................... 98

II

DOCUMENTO 2: ESTUDIO ECONOMICO .................................................................. 99

1. GASTOS DE PERSONAL Y DESPLAZAMIENTO ................................................. 100

2. EQUIPOS ............................................................................................................... 100

3. FUNGIGLES ........................................................................................................... 101

4. RESUMEN .............................................................................................................. 101

III

Índice de Tablas

Tabla 1-1: Valores del factor de roca ............................................................................ 10 Tabla 2-1: Parámetros de las voladuras con Goma2-ECO .......................................... 17 Tabla 2-2: Distribución granulométrica de V1 ............................................................... 21 Tabla 2-3: Resultados vibraciones V1 .......................................................................... 22 Tabla 2-4: Resultados fragmentación V2 ..................................................................... 26 Tabla 2-5: Vibraciones V2 ............................................................................................ 27 Tabla 2-6: Vibraciones V3 ............................................................................................ 30 Tabla 2-7: Parámetros de las voladuras con explosivo de seguridad 20SR ................ 33 Tabla 2-8: Resultados fragmentación V6 ..................................................................... 38 Tabla 2-9: Resultados vibraciones V6 .......................................................................... 39 Tabla 2-10: Resultados análisis de fragmentación V7 ................................................. 42 Tabla 2-11: Resultados vibraciones V7 ........................................................................ 43 Tabla 2-12: Resultados fragmentación V8 ................................................................... 47 Tabla 2-13: Resultados de vibraciones V8 ................................................................... 49 Tabla 2-14: Resultados fragmentación V9 ................................................................... 53 Tabla 2-15: Resultados vibraciones V9 ........................................................................ 54 Tabla 2-16: Resultados de fragmentación V10 ............................................................ 58 Tabla 2-17: Resultados vibraciones V10 ...................................................................... 59 Tabla 2-18: Resultados análisis de fragmentación V11 ............................................... 63 Tabla 2-19: Resultados vibraciones V11 ...................................................................... 64 Tabla 2-20: Resultados análisis de fragmentación V12 ............................................... 68 Tabla 2-21: Resultados vibraciones V12 ...................................................................... 69 Tabla 3-1: Resultados de fragmentación ...................................................................... 72 Tabla 3-2: Resultados vibraciones ............................................................................... 78 Tabla 3-3: Parámetros relevantes para la velocidad de detonación. Voladuras con explosivos 20SR ........................................................................................................... 80 Tabla 3-4: Parámetros relevantes para la velocidad de detonación. Voladuras con explosivo 20SR ............................................................................................................. 80 Tabla 3-5: Resultados ensayos compresión simple ..................................................... 82 Tabla 3-6: Valores índice de uniformidad ..................................................................... 84 Tabla 3-7: Valores X50 de las voladuras ....................................................................... 85 Tabla 3-8: Curva granulométrica del modelo ................................................................ 87 Tabla 3-9: Valores factor de roca A .............................................................................. 89 Tabla 3-10: Energía específica ..................................................................................... 91 Tabla 3-11: Energía explosivo y velocidades ............................................................... 94

IV

Índice de Figuras

Figura 2-1: Esquema de la voladura nº1 .............................................................................. 19 Figura 2-2: Análisis fragmentación V1 .................................................................................. 20 Figura 2-3: Curva granulométrica del escombro de la voladura V1 ................................. 21 Figura 2-4: Registro de vibraciones voladura 1 (velocidad de partículas) ...................... 23 Figura 2-5: Registro de vibraciones V1. T. de Fourier: Frecuencias dominantes .......... 23 Figura 2-6: Análisis de fragmentación V2 ............................................................................. 25 Figura 2-7: Curva granulométrica del escombro de V2 ...................................................... 27 Figura 2-8: Registro de vibraciones V2. Velocidad de partículas ..................................... 28 Figura 2-9: Registro de vibraciones V2. Transformada de Fourier: Frecuencias dominantes ................................................................................................................................ 28 Figura 2-10: Esquema de las voladuras 3, 4 y 5 ................................................................. 29 Figura 2-11: Velocidades de partícula registradas en la voladura nº3 ............................ 31 Figura 2-12: Registro de vibraciones voladura 3. Transformada de Fourier: Frecuencias dominantes. ........................................................................................................ 31 Figura 2-13: Esquema voladuras con 20SR ........................................................................ 34 Figura 2-14: Esquema V6, situación del sismógrafo .......................................................... 35 Figura 2-15: Imagen para fragmentación de V6 .................................................................. 37 Figura 2-16: Curva granulométrica del escombro de V6 ................................................... 37 Figura 2-17: Registros de vibraciones V6. Velocidad de partículas ................................. 39 Figura 2-18: Vibraciones V6. Transformada de Fourier: Frecuencias dominantes ....... 40 Figura 2-19: Esquema V7 y situación del sismógrafo y velocidad de detonación ......... 41 Figura 2-20: Análisis digital voladura 7 ................................................................................. 42 Figura 2-21: Curva granulométrica de la pila (voladura V7) .............................................. 43 Figura 2-22: Velocidades de partícula registradas en la voladura nº7 ............................ 44 Figura 2-23: Registro de vibraciones voladura 7. Transformada de Fourier: Frecuencias dominantes ......................................................................................................... 44 Figura 2-24: Esquema V8 y situación sismógrafo ............................................................... 45 Figura 2-25: Curva granulométrica de la pila (voladura 8) ................................................. 48 Figura 2-26: Velocidades de partículas y onda aérea registradas en la voladura nº8 .. 49 Figura 2-27: Registro de vibraciones voladura 7. Transformada de Fourier: Frecuencias dominantes ......................................................................................................... 50 Figura 2-28: Velocidad de detonación de cinco cartuchos 20 SR sin cordón detonante al aire .......................................................................................................................................... 50 Figura 2-29: Esquema y sismógrafo ...................................................................................... 51 Figura 2-30: Análisis digital voladura nº 9 ............................................................................ 53 Figura 2-31: Curva granulométrica de la pila (voladura nº 9) ............................................ 54 Figura 2-32: Velocidades de partícula registradas en la voladura nº9 ............................ 55 Figura 2-33: Registro de vibraciones voladura nº 9. Transformada de Fourier: Frecuencias dominantes ......................................................................................................... 55 Figura 2-34: Velocidad de detonación en un barreno (20SR con cordón detonante) ... 55 Figura 2-35: Esquema V9 y sismógrafo ................................................................................ 56 Figura 2-36: Curva granulométrica de la pila (voladura 10) .............................................. 59

V

Figura 2-37: Velocidades de partícula registradas en la voladura nº10 .......................... 60 Figura 2-38: Registro de vibraciones voladura nº 10. Transformada de Fourier: Frecuencias dominantes ......................................................................................................... 60 Figura 2-39: Esquema y situación del sismógrafo .............................................................. 61 Figura 2-40: Análisis digital V11 ............................................................................................. 62 Figura 2-41: Curva granulométrica de la pila (voladura nº 11) .......................................... 63 Figura 2-42: Velocidades de partícula registradas en la voladura 11 .............................. 65 Figura 2-43: Registro de vibraciones voladura 11. Transformada de Fourier: Frecuencias dominantes ......................................................................................................... 65 Figura 2-44: Esquema y sismógrafo ...................................................................................... 66 Figura 2-45: Análisis digital V12 ............................................................................................. 67 Figura 2-46: Curva granulométrica de la pila (voladura 12) .............................................. 68 Figura 2-47: Velocidades de partículas registradas en la voladura nº12 ........................ 70 Figura 2-48: Registro de vibraciones voladura 12. Transformada de Fourier: Frecuencias dominantes ......................................................................................................... 70 Figura 2-49: Velocidad de detonación de 20SR, cinco cartuchos en tuvo omega al aire ..................................................................................................................................................... 71 Figura 3-1: Curvas granulométricas de las diferentes voladuras ..................................... 74 Figura 3-2: Curvas de fragmentación de las voladuras en arenisca ................................ 74 Figura 3-3: Curvas de fragmentación de las voladuras en zonas mixtas de arenisca y carbonero ................................................................................................................................... 75 Figura 3-4: Curva de fragmentación de la voladura en carbonero ................................... 75 Figura 3-5: Tamaño medio frente a consumo específico ................................................... 76 Figura 3-6: Velocidad suma máxima frente distancia escalada ........................................ 78 Figura 3-7: Comparación curvas granulométricas .............................................................. 88 Figura 3-8: Curvas granulométricas ajustadas .................................................................... 90 Figura 3-9: Energía específica vs. X50 y X80 ...................................................................... 92 Figura 3-10: Energía específica por explosivo .................................................................... 92 Figura 3-11: Energía específica. Modelo sin ajustar ........................................................... 93 Figura 3-12: Energía específica. Fotografías ....................................................................... 93 Figura 3-13: Gráfico energía vs. velocidad partículas ........................................................ 95

VI

Índice de Fotos Foto 2-1: Vista general de la corta ......................................................................................... 15 Foto 2-2: Perforación ............................................................................................................... 16 Foto 2-3: Frente de la voladura V1 ............................................................................... 18 Foto 2-4: Rotura hacia atrás. V1 ………………………..………………….…………………………………19 Foto 2-5: Vista banco tras la voladura v1 ..................................................................... 19 Foto 2-6: Foto análisis fragmentación V1 ……………………………………………………………..………….20 Foto 2-7: Frente de la voladura nº2 ....................................................................................... 24 Foto 2-8: Pila de escombro tras V2………………………………………………….………………………..24 Foto 2-9: Rotura en cuña tras la V 2 ..................................................................................... 24 Foto 2-10: Caña barreno visible tras V2 ………………………………………………………24 Foto 2-11: Foto análisis fragmentación en V2 ..................................................................... 25 Foto 2-12: Frente de la voladura V3……………………………….………………………………………….28 Foto 2‐13: Frente de la voladura V4 ...................................................................................... 29 Foto 2-14: Perforación con 20SR .......................................................................................... 34

Foto 2-15: Preparación sarta………………………………………………………………………………..34 Foto 2-16: Conexión con cordón detonante V6 ................................................................... 35 Foto 2-17: Frente voladura V6................................................................................................ 35 Foto 2-18: Rotura hacia atrás V 6………………………………………………………………………………35 Foto 2-19: Proyecciones banco inferior ................................................................................ 36 Foto 2-20: Escombro V6 ......................................................................................................... 37 Foto 2-21: Frente de la voladura 7 ........................................................................................ 41 Foto 2-22: Pila extendida tras V7………………………………………………………………………………40 Foto 2-23: Pila tras V7. Foto análisis digital ......................................................................... 41 Foto 2-24: Frente V8 ................................................................................................................ 45 Foto 2-25: Pila extendida V8……………………………………………………………….……………………..45 Foto 2-26: Forma banco tras V8 ........................................................................................... 46 Foto 2-27: Proyecciones banco inferior V 8 ……………………………………………………………..45 Foto 2-28: Pila tras V8. Análisis digital .................................................................................. 46 Foto 2-29: Análisis digital voladura 8 .................................................................................... 46 Foto 2-30: Frente de la voladura nº 9 .................................................................................... 51 Foto 2-31: Esquema perforación V9 ...................................................................................... 52 Foto 2-32: Pila banco superior tras V9………………………………………………….……………………51 Foto 2-33: Foto para análisis digital ...................................................................................... 52 Foto 2-34: Frente de la voladura 10 ...................................................................................... 56 Foto 2-35: Esquema de perforación V10………………………………………….………………………..56 Foto 2-36: Situación del sismógrafo ...................................................................................... 57 Foto 2-37: Vista el banco superior tras V10……………………………….……………………………..56 Foto 2-38: Pila banco inferior.................................................................................................. 57 Foto 2-39: Foto para análisis digital …………………………………………..………………………………57 Foto 2-40: Análisis digital voladura nº 10 ............................................................................. 58 Foto 2-41: Frente voladura V11 ............................................................................................. 61 Foto 2-42: Pila extendida V11…………………………………………………………………………………....61 Foto 2-43: Rotura producida por V11 .................................................................................... 62

VII

Foto 2-44: Foto para análisis digital ...................................................................................... 62 Foto 2-45: Frente de V12 ........................................................................................................ 66 Foto 2-46: Esquema marcado en el suelo……………………………..…………………………………..66 Foto 2-47: Vista banco tras V12 ............................................................................................. 67 Foto 2-48: Foto para análisis digital ...................................................................................... 67 Foto 3-1: Sismógrafo clavado en la V6…………………………………………….…………………………78 Foto 3-2: Sismógrafo semienterrado en V10 ....................................................................... 79 Foto 3-3: Muestras para ensayo de comprensión simple .................................................. 82

VIII

DEPARTAMENTO DE INGENIERIA QUIMICA Y COMBUSTIBLES

ESTUDIO DE LA CAPACIDAD DE ARRANQUE DE UNA DINAMITA GELATINOSA FRENTE A UNA DINAMITA DE SEGURIDAD

Profesor tutor: Lina María López Sánchez

Autor: Fco. Javier Bonilla Ruiz de Valdivia ENERO 2013

RESUMEN

El presente proyecto pretende demostrar que el explosivo de seguridad 20 SR es capaz de arrancar el carbón de forma satisfactoria en las condiciones de disparo habituales y establecer la equivalencia práctica de dicho explosivo con una dinamita gelatinosa (Goma 2ECO). Para conseguir este objetivo se realizaron una serie de voladuras, variando las condiciones de disparo y los consumos específicos de la dinamita de seguridad. Se utilizó un software de análisis fotográfico para el estudio de la fragmentación en la pila y también se compararon los resultados obtenidos con el modelo teórico de fragmentación de Kuz – Ram. Los resultados demostraron la capacidad de arranque de la dinamita de seguridad, para diferentes composiciones de carbón. Del estudio parece deducirse que la dinamita de seguridad 20 SR es capaz de arrancar el carbón en condiciones de disparo habituales utilizando un consumo específico proporcional a la relación de la potencia del péndulo balístico de ambos explosivos.

ABSTRACT

The objective of this project is to show that the permissible explosive called 20 SR is able to pull out the coal in the normal conditions of blasting in a satisfactory way and to set up the equivalence between the 20 SR and gelatin dynamite (Goma 2 ECO). To achieve this goal some blasting were done, changing the conditions of the blasting and the powder factor for the 20 SR. To analyze the fragmentation base on the analysis of the images of the rock blasted, a commercial software was used. The results from this analysis were compared with the results from the theoretical model for fragmentation created by Kuz – Ram. After all, it was showed that the 20 SR explosive is able to pull out the coal for different coal rock compositions. As the result of this project we can conclude that the 20 SR seems to be able to pull out the coal in normal blasting conditions, using the powder factor as a proportion of the “ballistic mortar” between the two explosives.

ESTUDIO DE LA CAPACIDAD DE ARRANQUE DE UNA DINAMITA GELATINOSA FRENTE A UNA

DINAMITA DE SEGURIDAD

DOCUMENTO 1: MEMORIA

2

1. OBJETIVOS Y ALCANCE

1.1 Objeto

En este proyecto fin de carrera se pretende comparar la capacidad de arranque

de forma práctica dos explosivos, una dinamita gelatinosa (Goma 2 ECO) y una

dinamita de seguridad (20 SR).

Existe aparentemente cierta controversia sobre la capacidad de arranque de

los explosivos de seguridad ya que es indudable que su característica de

seguridad ante el grisú se obtiene en cierto modo a expensas de su potencia.

El presente trabajo busca establecer de forma experimental y objetiva la

capacidad de arranque de los explosivos de seguridad.

Con el presente estudio se pretende demostrar que el explosivo de seguridad

20 SR es capaz de arrancar el carbón en las condiciones de disparo habituales

y establecer la equivalencia práctica con la Goma 2ECO.

1.2 Metodología

Para cumplir con el objetivo del proyecto se han realizado diversas voladuras

en una explotación a cielo abierto en las que se determinan la fragmentación y

el comportamiento del explosivo. La fragmentación de la roca volada es

determinada con la obtención de la curva granulométrica de la pila de

escombro mediante análisis digital de imágenes. El control del comportamiento

del explosivo implica la medición de la velocidad de detonación, las vibraciones

inducidas en el terreno y la onda aérea, así como el registro en cámara de

vídeo de cada voladura.

3

Para el análisis de fragmentación se ha empleado el software de análisis de

imágenes Split Desktop (Split Engineering, 2001). Kemeny et al (1999) y

Higgins et al (1999) son ejemplos de las múltiples publicaciones internacionales

que avalan la bondad del código y sus aplicaciones en minas y canteras.

Tras la obtención de las curvas granulométricas reales se ha utilizado un

modelo de fragmentación, Kuz Ram, y se ha ajustado el modelo teórico

utilizando las curvas reales.

Finalmente, se han comparado las diferentes medidas de vibración con la

energía de los explosivos y la X50 y X80 de cada voladura con la energía

específica.

1.3 Características de los explosivos

A continuación se detallan las características de los dos explosivos utilizados.

Goma 2 ECO:

Es una dinamita gelatinosa, caracterizada por una alta densidad, elevada

potencia y gran velocidad de detonación. Es resistente al agua, por lo que es

un explosivo idóneo para todo tipo de voladuras en canteras, minas y obras

públicas, tanto para rocas cuya dureza sea del tipo medio, como para aquellas

duras o muy duras. La calidad de los homos de voladuras es una de sus

características principales, por lo que es especialmente indicado en todo tipo

de trabajos de excavación de túneles y galerías subterráneas. Su elevada

densidad desplaza rápidamente el agua en barrenos inundados. Esto, junto a

su alta resistencia a la misma, lo hace un explosivo muy indicado para

cualquiera trabajo bajo el agua.

Características técnicas:

• Densidad: 1,45 gr/cm3

• Velocidad de detonación: 5 300 m/s

• Calor de la explosión: 4,71 MJ/kg

4

• RWS: 120

• RBS: 220

• Presión de detonación: 20,4 GPa

• Volumen de gases: 891 l/kg

• Humos de voladura: Muy buenos

• Resistencia al agua: Excelente

• Iniciación recomendada: Riodet, Riocord, Primadet

• Clasificación:

o Explosivo para voladuras Tipo A o División: 1.1 D o UN Nº: 0081 o Nº catalogación MINER: 1.1.001.92.010

Explosivo de seguridad 20 SR

Es un explosivo de seguridad reforzada para minas de carbón. Está clasificado

como Tipo III de acuerdo con el Reglamento General de Normas Básicas de

Seguridad Minera. Tiene consistencia pulverulenta y sus características

(densidad, potencia y velocidad de detonación) están en consonancia con sus

altas prestaciones en atmósferas potencialmente explosivas. Su alto grado de

seguridad frente al grisú y al polvo de carbón se consigue aplicando en su

formulación la tecnología de intercambio iónico. Su extrema seguridad frente al

grisú y al polvo de carbón permite utilizarlo en todo tipo de labores. No debe

usarse cuando hay presencia de agua en los barrenos. Es un explosivo apto

para todas las labores en minas de carbón y tiene limitadas características

prácticas explosivas.

Características técnicas:

• Densidad: 1,2 gr/cm3

• Velocidad de detonación: 2 000 m/s

• Potencia: 1,872 MJ/kg

• RWS: 48

• RBS: 72

5

• Presión de detonación: 7,6 GPa

• Volumen de gases: 580 l/kg

• Humos de voladura: Muy buenos

• Resistencia al agua: Mala

• Iniciación recomendada: Riodet de seguridad o Riocord anti grisú

• Clasificación:

o Explosivo para voladuras Tipo A

o División: 1.1 D

o UN Nº: 0081

o Nº catalogación MINER: 1.1.001.93.008

1.4 Modelo de fragmentación empleado

1.4.1 Proceso de fragmentación

La fragmentación de la roca por el explosivo está gobernada por tres factores:

− La cantidad de explosivo.

− La distribución del explosivo en la roca.

− La estructura de la roca y, especialmente, sus discontinuidades y caras

libres.

En las inmediaciones del barreno, la roca se ve sometida a tensiones de una

gran magnitud debido a la elevada presión de los productos de detonación, que

da lugar a la propagación de una onda de choque en la roca. La velocidad de

aplicación de la carga es muy alta, y el tiempo que dura muy breve, por lo que

las propiedades resistentes de las rocas son bastante diferentes de las que se

tienen bajo cargas aplicadas a pequeña velocidad.

El fallo y rotura de la roca se produce siempre por rotura microscópica a

cizalladura en los planos de debilidad. El confinamiento hace que la cizalladura

sea más difícil al limitarse el movimiento lateral; además, aumenta la fricción

debido a la componente normal a las fisuras de las fuerzas laterales. El

confinamiento, en definitiva, hace aumentar la resistencia.

6

Cuando la compresión se produce por una onda de choque (plana) la

deformación de la roca es unidimensional, semejante al ensayo de compresión

con confinamiento. Si el choque es de pequeña magnitud, la roca se

comportará elásticamente; si la presión es suficientemente elevada, se

producirá el fallo en la roca por rotura microscópica a cizalladura; la presión a la

cual tiene lugar el fallo de la roca es aproximadamente el doble de la

resistencia con confinamiento. Dicha presión se llama límite elástico sobre

la hugoniot (LEH).

La velocidad de detonación de los explosivos utilizados en voladuras está

normalmente entre unos 2000 m/s y 6000 m/s. La presión de detonación, es

decir, la presión en el frente de la onda de choque en el explosivo, está

normalmente entre 1 y 15 GPa para estos explosivos, dependiendo del tipo.

En cualquier caso, el rápido aumento de presión en el interior de la roca da

lugar a una onda de choque que se propaga radialmente desde el barreno. El

frente de esta onda es de forma cónica con un ángulo que depende

directamente de la relación entre la velocidad de la onda de choque y la

velocidad de detonación; este ángulo disminuye al alejarse del barreno, pues la

velocidad del choque también disminuye.

La presión de la onda de choque disminuye al avanzar ésta en la roca, debido

a la energía disipada y a la creciente superficie del frente, por la divergencia

cilíndrica del mismo. A la vez, su velocidad también disminuye.

Cuando una onda de tensión encuentra una frontera entre dos materiales de

diferentes propiedades físicas se producen reflexiones y refracciones de la

misma, es decir, parte de la energía de la onda se refleja y parte se transmite al

nuevo material. En general, cuando una onda de tensión plana alcanza una

interfase entre dos materiales se producen cuatro ondas. Dos de ellas son

longitudinales (de compresión o tracción) y dos son transversales (de

cizalladura).

7

Cuando una onda de compresión alcanza una cara libre, se refleja totalmente

como onda de tracción. El resultado es que la cara libre permanece en todo

momento libre de tensión (de hecho, la cara libre no puede soportar tensión);

su velocidad de partículas, será el doble de la velocidad de partículas de la

onda incidente.

Mientras esto tiene lugar, las grietas radiales se han propagado hacia el

barreno, y la presión de los gases actúa en las paredes de la grieta, ejerciendo

un efecto de cuña que aumentará la tensión en la punta de aquéllas; este

efecto será mayor para las grietas más largas.

Las grietas radiales se propagan hacia afuera y hacia el barreno, debido a que

la tensión tangencial es negativa (tracción) en la zona en que éstas se sitúan.

Por todo ello, las grietas más favorecidas por la interacción con la onda de

tracción reflejada crecerán hasta alcanzar la cara libre, habiéndose así

“arrancado” una porción de roca en forma de cuña; el ángulo de dicha cuña se

denomina ángulo de rotura. Este ángulo es mayor cuanto mayor es la distancia

del barreno a la cara libre y suele estar entre 80º y 120º.

1.4.2 Modelo de fragmentación

El modelo de fragmentación empleado para modelizar y predecir la

fragmentación ha sido el método de Kuz – Ram. Con este modelo conseguimos

estimar la curva granulométrica que resulta de un esquema específico de

voladura en un tipo concreto de macizo rocoso. Se trata de ser capaces de

relacionar los parámetros que definen la curva granulométrica con las distintas

variables de voladura.

Este modelo se basa en unas expresiones empíricas cuyos parámetros se han

obtenido en unas voladuras concretas, por lo cual puede no ser válido para

cualquier situación. Es por ello, que aprovechando los datos reales de las

voladuras realizadas se tratara de ajustar los parámetros del modelo.

Para describir analíticamente la fragmentación se requiere el uso de funciones

de densidad de probabilidad o probabilidad acumulada. De esta forma

8

expresamos la probabilidad de que exista un cierto tamaño de fragmento; las

funciones de probabilidad acumulada representan la fracción de material que

tiene un tamaño inferior a uno dado.

El modelo K-R utiliza la siguiente distribución (Rosin-Rammler):

(Fórmula 1-1) Donde:

P(x): probabilidad acumulada

Xc: valor central de la distribución

para describir la fragmentación de la roca volada. En su momento dicha

fragmentación fue evaluada mediante una colección de fotografías de pilas

artificiales de roca volada, cuyos X50 y n eran conocidos. Estas fotografías se

comparaban con las correspondientes a la fragmentación real con objeto de

encontrar la correspondiente fotografía en la que tanto el tamaño como la

textura fueran similares. Cunningham (1987) afirma que “el rango real de n en

la fragmentación por voladura en terrenos razonablemente competentes varía

entre 0,75 y 1,5,[…] rocas más competentes tienen valores más altos”. Además

añade que “valores de n por debajo de 0,75 representan una situación de polvo

y bolos que si ocurre en la práctica a gran escala indica que las condiciones de

la roca no permiten el control de la fragmentación a través de cambios en la

voladura”, lo que ocurre típicamente cuando la cobertera es desmontada en

suelos erosionados.

El tamaño medio en centímetros se obtiene de variaciones en la fórmula de

Kuznetsov:


A: factor de roca

9

Qe: masa de explosivo por barreno, en kg

q: consumo específico, en kg/m3

Ee: potencia relativa en peso del explosivo

El factor de roca, puede ser entendido como un factor de ajuste del X50 real. En

un principio, el valor de A era 13 para rocas duras y poco fisuradas, 10 para

rocas duras y muy fisuradas y 7 para rocas de dureza intermedia; la Tabla 1-1

muestra los factores de roca dados por AECI (1986) para distintos tipos de

rocas. Cunningham (1987) incluye en la revisión de su modelo una ecuación

obtenida de Lilly (1986) para calcular el factor de roca a partir de las

características geotécnicas y mecánicas de la roca:


RMD: descripción del macizo (Rock mass description) [=10 (roca pulverulenta o

friable); =JF (presencia de grietas verticales); =50 (roca masiva)].

- JF - Factor de juntas (Joint factor) [=JPS+JPA].

- JPS - Espaciado entre planos de juntas (Joint plane spacing) [=10

(espaciado medio <0,1 m); =20 (espaciado medio entre 0,1 y el

sobretamaño); =50 (espaciado entre el sobretamaño y el espaciado

entre barrenos). Se entiende por sobretamaño aquel que la trituradora

primaria no puede procesar o en su caso que no puede cargarse en los

camiones. Cunningham (1983) advierte que el esquema de perforación

debe adaptarse a la separación entre grietas.

- JPA - Angulo del plano de juntas (Joint plane angle) [=20 (buzamiento

hacia atrás); =30 (dirección perpendicular a la cara libre); = 40

(buzamiento hacia delante)].

RDI: influencia de la densidad de la roca (Rock density influence); RDI=0,025 ⋅

ρ (kg / m3 ) − 50 .

10

HF: Factor de dureza (Hardness factor); relacionado con el módulo de Young,

E (GPa) y la resistencia a compresión simple, σ c (MPa). HF = E/3 si E<50 y

σc /5 si E>50.

El valor de A dado por la fórmula (1-3) varía entre 0,8 y 21, en contraste con el

rango 6- 14 dado en la Tabla 1-1 Tabla 1-1: Valores del factor de roca

Comportamiento

voladura

Tipo de roca Consumo específico

encima del piso

(kg/m3)

Constante

de roca

(kg/m3)

Factor

de

roca

Malo Andesita, Dolerita,

Granito,

Hematites, Silcreta

0,7 0,62 12-14

Regular Dolomía, Cuarcita,

Serpentina,

Esquisto

0,45 0,4 10-11

Bueno Arenisca,

Calcreta, Caliza,

Pizarra arcillosa

0,3 0,27 8-9

Muy bueno Carbón 0,15-0,25 0,14-0,22 6

Obsérvese que el factor JF sólo se considera cuando hay juntas verticales y

subverticales, aunque en la fórmula original de Lilly (1986) está incluido,

asignando a JPA el valor 10 para juntas horizontales.

La evaluación de A con la fórmula (1-3) puede llegar a ser sumamente

laboriosa. En esta línea, Raina et al. (2002) sugieren una fórmula basada en el

índice de perforación [Drilling Index, DI =Vp d2/ ENr , donde Vp es la velocidad

de perforación en m/h; d es el diámetro de perforación en pulgadas; E es

presión de empuje en la boca de perforación (klb) y Nr las revoluciones por

minuto en el tallante de perforación]:

11

(fórmula 1-4)

Donde:

DI: Drilling index

La fórmula (1-4) permite evaluar los cambios en la masa rocosa mientras se

está perforando la voladura. No obstante, su aplicación está restringida a

factores de roca entre 3 y 9.

Qe, es la masa de explosivo por barreno, en kg. Según Cunningham (1983)

“normalmente se excluye el explosivo en la zona del barreno sobreperforada,

ya que rara vez contribuye a la fragmentación encima del piso”. Esta afirmación

coincide con el análisis realizado por Daniel (1996).

q es el consumo específico, en kg/m3. Según Cunningham (1983),

normalmente se utiliza el consumo específico encima del piso, de forma

análoga al caso de la carga por barreno.

Ee, es la potencia relativa en peso del explosivo, basada en el calor de

explosión a volumen constante (anfo=100). En la práctica, la energía entregada

por el explosivo a la roca debe parecerse a su potencia relativa en peso, PRP,

lo que para Cunningham (1987) es más probable si:

i) La composición del explosivo es homogénea.

ii) El diámetro del barreno es al menos tres veces mayor que el diámetro crítico.

iii) El confinamiento es elevado (módulo elástico de la roca mayor que 50 GPa).

iv) Si la iniciación es adecuada y puntual, es decir iniciando en fondo o cabeza,

prescindiendo del cordón detonante.

v) El explosivo tiene una adecuada resistencia al agua.

Las emulsiones están próximas a un comportamiento ideal en diámetros

grandes, lo que no sucede con explosivos heterogéneos como el anfo. K-R

predice para el anfo una fragmentación más fina que la real ya que la energía

12

realmente entregada por el explosivo sería menor que lo que su PRP puede

indicar. La fórmula inicialmente propuesta para el índice de uniformidad es:

(Fórmula 1-5)

Donde:

B: es la piedra

W: es la desviación típica de los errores de perforación

S/B: es el cociente entre el espaciado y la piedra

L: es la longitud de la carga encima del piso

H: es la altura del banco

Todas las unidades son en metros o en unidades consistentes. La relación S/B

se refiere al esquema de perforación y no al que resulta del esquema de

iniciación utilizado; de acuerdo con Cunningham (1983), S/B no debe ser mayor

que dos.

Todos los parámetros que intervienen en el consumo específico, a excepción

de la densidad del explosivo, están incluidos en la ecuación (1-5).

Probablemente, el término que afecta a B/d se obtiene a partir de un ajuste

lineal en un gráfico n-B/d. Si se utiliza un esquema de perforación al tresbolillo,

el valor de n dado por la ecuación (1-5) se debe aumentar en un 10 %

(Cunningham, 1983). Según la ecuación (1-5), se obtiene una distribución

granulométrica más uniforme reduciendo B/d y/o las desviaciones en la

perforación y/o aumentando L/H y ES/B.

En la revisión del modelo, Cunningham (1987) limitó la influencia de S/B

respecto al modelo original elevando a 0.5 el término que lo contiene. Además,

incorporó un nuevo término a la ecuación (1-5) para considerar el uso de

distintos explosivos como carga de fondo y de columna, de longitudes

respectivas, LB (encima del piso) y LC. No obstante, este término es rechazado

13

por Thornton et al. (2001a) al estar elevado a 0,1. El índice de uniformidad

queda finalmente como:

(Fórmula 1-6)

Donde:

LB: carga de fondo

LC: carga de columna

El tamaño medio para una cantera o mina específica depende del esquema de

perforación (piedra y espaciado) y de la altura del banco por medio del

consumo específico. Por ello, variaciones en el consumo específico a partir de

cambios en la malla de perforación afectan al tamaño medio y al coeficiente de

uniformidad. No obstante, si S/B y la piedra se modifican convenientemente

para que el consumo específico sea constante, la distribución pivota sobre el

tamaño medio y se vuelve menos tendida al aumentar S/B.

La masa de explosivo por barreno es directamente proporcional a la densidad

del explosivo, al cuadrado del diámetro del barreno y a la longitud de la carga.

Los últimos dos parámetros también afectan al índice de uniformidad, que

aumenta al aumentar el diámetro del barreno y la longitud de la carga

(variaciones que conducen a una mayor masa por barreno). No obstante, el

efecto del diámetro del barreno es menor que el de la longitud de la carga. Por

tanto, para modificar el tamaño medio sin afectar al índice de uniformidad se

deberá actuar sobre las propiedades del explosivo (densidad y energía).

Si bien la secuencia de la voladura afecta a la fragmentación, no está incluida

en el modelo K-R, aunque se asume que aquélla es correcta y está dentro de

los límites normales en milisegundos (Cunningham, 1987).

14

2. ENSAYOS

2.1 Descripción general

Todos los ensayos se han realizado en la corta de carbón de la Escuela

Laboral del Bierzo (Folgoso de la ribera, León). Se precisaba una zona amplia

de ensayos con posibilidad de realizar diversos tiros en carbón. Se buscaba

realizar las voladuras tratando de simular las condiciones de disparo de carbón,

esto es, tiros ascendentes como los disparados en sutiraje. Estas condiciones

no se daban en las galerías disponibles de modo que se decidió realizar las

voladuras a cielo abierto. Los disparos en banco no reproducen exactamente

las condiciones de los tiros de sutiraje, pero se asemejan más a éstos que las

voladuras de avance en galería, salvo en el hecho de que en sutiraje los tiros

son ascendentes y el arranque se ve favorecido por la acción de la gravedad.

Los disparos con explosivo de seguridad se realizaron siguiendo la mayoría de

las prácticas recomendadas (González Eguren, 1996 y Rodríguez Auñón,

1996) en minería de carbón, tales como disparo en tubo omega con cordón

detonante a lo largo de toda la carga y pega instantánea.

La geología de la corta consiste en una alternancia de arenisca y pizarra

carbonosa (“carbonero”). A pesar de tener una resistencia a compresión simple

similar, en torno a los 25 MPa, el comportamiento de ambas rocas ante la

voladura en diferente. La influencia del tipo de roca en los resultados de las

voladuras es muy importante, siendo necesario realizar voladuras en diferentes

zonas para poder comparar resultados con los diferentes explosivos. En la

Foto 2-1 se muestra una vista general de la corta donde se han realizado los

ensayos y se indica mediante un cuadro discontinuo la zona empleada en los

ensayos.

15

Los bancos tienen una altura media de 5 m, no obstante las voladuras se

realizaron perforando hasta 3,1 m de forma manual tal y como aparece en la

Foto 2-2. El diámetro nominal de perforación era 31 mm siendo el diámetro

práctico 34 mm. El diámetro de todo el explosivo empleado en los ensayos ha

sido 26 mm y como retacado se utilizaron tacos de arcilla.

Foto 2-1: Vista general de la corta

Previo a cada disparo era necesario retirar el escombro situado en el pie del

banco a volar para no inducir a error en las posteriores medidas de

fragmentación. Tras cada voladura se tomaron fotos de la pila situando dos

objetos esféricos a distinta altura a modo de referencia para su posterior

análisis mediante en el software Split.

Bancos empleados en los ensayos

16

Foto 2-2: Perforación

Se han realizado un total de doce voladuras: seis con el explosivo de referencia

Goma2ECO y seis con explosivo de seguridad 20SR.

Las dos primeras voladuras fueron disparadas en una fila de seis barrenos.

Las voladuras 3, 4 y 5 siguieron un esquema similar pero con tan solo dos

barrenos. Tras los resultados obtenidos se consideró más adecuada una

configuración de dos filas de tres barrenos cada una, empleando cordón

detonante a lo largo de toda la carga. Esta fue la configuración seguida en las

siete voladuras restantes.

17

2.2 Voladuras con una fila de barrenos

La primera fase de ensayos consistió en cinco voladuras con goma 2ECO. Los

parámetros de diseño de éstas se muestran en la Tabla 2-1.

En las voladuras 1 y 2 se dispararon seis barrenos en una fila mientras que las

voladuras 3,4 y 5 solo tenían dos barrenos cada una. En las cinco voladuras se

mantuvo una carga específica de 0,47 kg/m3.

Tabla 2-1: Parámetros de las voladuras con Goma2-ECO

Voladura nº1 nº2 nº3 nº4 nº5

Explosivo Goma 2-ECO Goma 2-ECO Goma 2-ECO Goma 2-ECO Goma 2-ECO

Diámetro (mm) 26 26 26 26 26

Altura banco [H] (m) 3,1 3,1 3,1 3,1 3,1

Piedra (en pie) (m) 1,45 1,30 1,45 1,45 1,45

Piedra (en superf.) (m) 0,55 0,7 0,55 0,55 0,55

Piedra [B] (m) 1,0 1,0 1.0 1,0 1,0

Espaciado [S] (m) 1,13 1,13 1,13 1,13 1,13

nº barrenos 6 6 2 2 2

nº filas 1 1 1 1 1

Longitud voladura (m) 5,7 5,7 1,1 1,1 1,1

Diámetro cartucho (mm) 26 26 26 26 26

Longitud retacado [T] (m) 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9

Volumen (m3) 21 21 7 7 7

masa 1 cartucho (kg) 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15

Longitud cartucho (m) 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2

nº de cart/barreno 11,0 11,0 11,0 11,0 11,0

Carga /barreno (kg) 1,7 1,7 1,7 1,7 1,7

Carga total (kg) 9,9 9,9 3,3 3,3 3,3

Consumo específico (kg/m3) 0,47 0,47 0,47 0,47 0,47

Roca (1) A 50A/50C A C A

(1) A: Arenisca; C: Carbonero; 50A/50C: 50%Arenisca, 50%Carbonero.

18

2.2.1 Voladura nº1: Goma2-ECO

La voladura nº 1 se realizó en su mayor parte en una zona de arenisca, en la

Foto 2-3 aparece delimitado el frente a volar en V1. En la foto se indica

mediante un cuadro discontinuo la parte de roca a volar, observándose que

incluye en el cuadrante inferior derecho una parte de la zona de carbonero.

Foto 2-3: Frente de la voladura V1

Se perforaron seis barrenos verticales de 3,1 m con 1 m de piedra media y

1,13 m de espaciado. Los parámetros de la voladura aparecen reflejados en la

Tabla 2-1. La pega fue instantánea con iniciación en fondo. En cada barreno se

cargaron once cartuchos (1,65 kg) de Goma 2ECO de 26 mm embutidos en

tubo omega.

Se situó un sismógrafo perpendicular a la línea de barrenos, a 10 m del centro

de gravedad de la voladura y se registró la velocidad de detonación en el

barreno nº 3. En la Figura 2-1 se muestra el esquema de la voladura así como

los lugares de registro de velocidad de detonación y vibraciones.

19

La roca fue arrancada y fragmentada sin problemas a pesar de darse un

régimen bajo de detonación ya que la velocidad de detonación registrada en el

barreno tres fue 2 450 m/s. En la Foto 2-4 se muestra la rotura hacia atrás

producida en el banco. En la Foto 2-5 aparece el banco tras la voladura; en ella

se observa la forma y extensión de la pila.

Figura 2-1: Esquema de la voladura nº1

Foto 2-4: Rotura hacia atrás. V1 Foto 2-5: Vista banco tras la voladura v1

3,1

m

2,2

mT

(0,9

m)

B(1 m)

Retacadode arcilla

Carga

S (1.13 m)

B (

1 m

)

16 2345

Velocidaddetonación

. . . . . .6 5 4 3 2 1

Sismógrafo

10 m

(Corte transversal)

(Planta)

(Planta)

20

Para el análisis de la fragmentación se empleó la Foto 2-6. Se emplearon dos

pelotas de plástico situadas a diferentes alturas de la pila con el fin de escalar

la imagen. Al emplear dos objetos, el programa de análisis gráfico puede

calcular la pendiente y tener en cuenta la diferencia de tamaños según la

perspectiva. La Figura 2-2 es la imagen binaria empleada para obtener la curva

granulométrica resultado del análisis. En ella, las zonas grises corresponden a

partes de la imagen que no se tienen en cuenta en el análisis tales como los

objetos empleados para escalar y la parte del frente visible. Las zonas en negro

son los intersticios y paquetes de finos que no son posibles delinear, estos se

tienen en cuenta en los resultados. En la Figura 2-3: Curva granulométrica del

escombro de la voladura V1

Tabla 2-2 se muestra la distribución granulométrica (representada en la

Figura 2-3) junto con el tamaño con 50% de paso (“X50”).

Foto 2‐6: Foto análisis fragmentación V1 Figura 2-2: Análisis fragmentación V1

21

Figura 2-3: Curva granulométrica del escombro de la voladura V1

Tabla 2-2: Distribución granulométrica de V1

Tamaño (mm) % Paso

2000 100

1000 89,6

750 79,2

500 61,0

250 38,4

125 24,1

88 18,6

63 15,1

44 118

31 9,3

22 7,4

16 5,9

11 4,7

7,8 3,7

5,5 3,0

4 2,3

X50 (mm) 373

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1 10 100 1000 10000Tamaño (mm)

% p

aso

22

En la Tabla 2-3 aparecen los datos más relevantes respecto a las vibraciones

tales como la velocidad máxima de partículas en las tres componentes

(longitudinal, vertical y transversal) y el vector suma máximo en mm/s. En la

Figura 2-4 se muestran los registros de velocidad de partículas versus tiempo.

Las frecuencias dominantes que figuran en la Tabla 2-3 se obtienen tras un

análisis de Fourier en el que se determinan los rangos de frecuencias

principales para cada componente (Figura 2-4).

Tabla 2-3: Resultados vibraciones V1

nº voladura: V1

Explosivo Goma2ECO

Tipo de Roca Arenisca

Velocidad máxima de partículas:

ppv (L) mm/s 97,9

ppv (V) mm/s 86,6

ppv (T) mm/s 63,1

v suma mm/s 128

Frecuencias dominantes:

f (L) Hz 18,4

f(V) Hz 10,2

f(T) Hz 14,2

Carga kg 9,9

Distancia m 10

23

Figura 2-4: Registro de vibraciones voladura 1 (velocidad de partículas)

Figura 2-5: Registro de vibraciones V1. T. de Fourier: Frecuencias dominantes

2.2.2 Voladura nº 2: Goma2-ECO

Los parámetros empleados en la voladura nº2 (V2) fueron idénticos a los de la

voladura nº 1 tal y como se puede apreciar en la Tabla 2-1. El esquema de V1

representado en la Figura 2-1 reproduce igualmente la voladura nº 2 a

excepción del barreno en que se mide la velocidad de detonación, que es B2

en este caso.

El frente de la voladura nº 2 incluye aproximadamente un 50% de arenisca y un

50% de carbonero tal y como se aprecia en la Foto 2-7.

24

Foto 2-7: Frente de la voladura nº2

La pila resultó algo más extendida que en caso anterior (Foto 2-8). Situado a la

derecha del barreno nº1 se observó una rotura en cuña (Foto 2-9) y el barreno

uno dejó una caña tal y como muestra la Foto 2-10. La velocidad de detonación

registrada en el barreno nº2 fue 2 518 m/s.

La foto empleada en el análisis de fragmentación aparece en la Foto 2-11 y la

Figura 2-6 muestra la imagen binaria obtenida por Split. Los resultados de

fragmentación (Tabla 2-4 y Figura 2-7) muestran un tamaño medio de 344 mm,

valor ligeramente inferior al obtenido en V1.

Foto 2-8: Pila de escombro tras V2 Foto 2-9: Rotura en cuña tras la V2

25

Foto 2-10: Caña barreno visible tras V2 Foto 2-11: Foto análisis fragmentación en V2

Figura 2-6: Análisis de fragmentación V2

26

Tabla 2-4: Resultados fragmentación V2

Tamaño (mm) % Paso

2000 100

1000 87,4

750 76,4

500 61,2

250 41,9

125 28,4

88 23,2

63 19,2

44 15,7

31 12,9

22 10,6

16 8.9

11 7,3

7,8 6,0

5,5 5,1

4 3,9

X50 (mm) 344

En la Tabla 2-5 aparecen los datos más relevantes respecto a las vibraciones.

En la Figura 2-8 se muestran los registros de velocidad de partículas versus

tiempo. Las frecuencias dominantes que figuran en la Tabla 2-5 se obtienen

tras un análisis de Fourier en el que se determinan los rangos de frecuencias

principales para cada componente (Figura 2-9).

27

Figura 2-7: Curva granulométrica del escombro de V2

Tabla 2-5: Vibraciones V2

nº voladura: V2

Explosivo Goma2ECO

Tipo de Roca 50A/50C


ppv (L) mm/s 57,9

ppv (V) mm/s 37,5

ppv (T) mm/s 75,4

v suma mm/s 96,3


f (L) Hz 8,12

f(V) Hz 33,6

f(T) Hz 29,3

Carga kg 9,9

Distancia m 10

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1 10 100 1000 10000Tamaño (mm)

% p

aso

28

Figura 2-8: Registro de vibraciones V2. Velocidad de partículas

Figura 2-9: Registro de vibraciones V2. Transformada de Fourier: Frecuencias dominantes

2.2.3 Voladuras 3,4 y 5: Goma2-ECO

Las voladuras nº 3, nº 4 y nº 5 siguen un esquema diferente a las dos primeras.

Constan de dos barrenos cada una (Figura 2-10), manteniendo el consumo

específico de las anteriores. Con ellas se pretendía cubrir las diferentes

posibilidades de frente, esto es, carbonero, arenisca y una combinación de

29

ambos. En las Foto 2-12 y Foto 2-13 se muestran respectivamente los frentes

en las voladuras nº 3 y nº 4.

Los resultados de estos tiros no han podido ser estudiados como el resto, ya

que la reducida pila de escombro resultante no ha podido analizarse

correctamente mediante el análisis digital de imágenes.

Figura 2-10: Esquema de las voladuras 3, 4 y 5

Foto 2-12: Frente de la voladura V3 Foto 2-13: Frente de la voladura V4

3,1

m

2,2

mT

(0,9

m)

B(1 m)

Retacadode arcilla

Carga

S (1.13 m)

B (

1 m

)2 121

(Corte transversal)

(Planta)V3 V4

S (1.13 m)

12

V5

S (1.13 m)

30

Los datos obtenidos del registro de vibraciones en V3 (Tabla 2-6, Figura 2-11 y

Figura 2-12) resultan interesantes para el estudio global de vibraciones ya que

al tener menos carga proporciona resultados a una distancia escalada

diferente.

Tabla 2-6: Vibraciones V3

nº voladura: V3

Explosivo Goma2ECO

Tipo de Roca A


ppv (L) mm/s 70,6

ppv (V) mm/s 43,2

ppv (T) mm/s 29,1

v suma mm/s 82,1


f (L) Hz 11,9

f(V) Hz 11,9

f(T) Hz 26

Carga kg 3,3

Distancia M 10

31

Figura 2-11: Velocidades de partícula registradas en la voladura nº3

Figura 2-12: Registro de vibraciones voladura 3. Transformada de Fourier: Frecuencias dominantes.

2.3 Voladuras con dos filas de barrenos

En vista de la dispersión obtenida en los resultados con una fila de barrenos se

decidió cambiar el esquema de las voladuras, disparando dos filas de tres

barrenos cada una. De modo que la pila de escombro quedara más localizada

para su posterior análisis y la longitud del frente en cada tiro no abarcara zonas

de litología dispar. Se realizaron seis voladuras (nº6, nº7, nº8, nº9, nº10 y nº12)

con explosivo de seguridad y una con Goma 2ECO (nº11). Los parámetros de

diseño de éstas se resumen en la Tabla 2-7.

32

La goma 2ECO tiene una potencia del péndulo balístico de 87% mientras que

el explosivo de seguridad reforzada (ES20SR) tiene un 37 %. La relación entre

ambos valores resulta:

323785

20

2 ,%%

PP

SRES

Goma ==

Por tanto para obtener unos resultados similares, teóricamente el consumo

específico debería aumentarse 2,3 veces. Teniendo en cuenta que para las

voladuras con Goma 2ECO se emplearon 0,47 kg por m3 de roca, el consumo

específico equivalente con 20SR debería ser:

1,13,247,03,2220 =×=×= ECOGomaSRES cc kg/m3

Se han ensayado valores por encima y por debajo de dicho valor, en un rango

comprendido entre 0,71 kg/m3 y 1,87 kg/m3.

33

Tabla 2-7: Parámetros de las voladuras con explosivo de seguridad 20SR

Voladura nº6 nº7 nº8 nº9 nº10 nº11 nº12

Explosivo 20SR 20SR 20SR 20SR 20SR Goma2 20SR

Diámetro (mm) 26 26 26 26 26 26 26

Altura banco [L] (m) 3,1 3,1 3,1 3,1 3,1 3,1 3,1

Piedra [B] (m) 0,5 0,6 0,7 0,8 0,7 1,0 0,8

Espaciado [S] (m) 0,6 0,7 0,8 0,9 0,8 1,1 0,9

nº barrenos por fila 3 3 3 3 3 3 3

nº filas 2 2 2 2 2 2 2

Inclinación de los barrenos 14º 14º 14º 14º 11º 11º 11º

Longitud voladura (m) 1,2 1,4 1,6 1,8 1,6 2,3 1,8

Diámetro cartucho (mm) 26 26 26 27 26 26 27

Longitud retacado

[T]

(m) 0,35 0,6 0,7 0,5 0,70 0,90 0,70

Volumen (m3) 5,58 7,81 10,42 13,39 10,42 21,02 13,39

masa 1 cartucho (kg) 0,13 0,13 0,13 0,13 0,13 0,15 0,13

Longitud cartucho (m) 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2

nº de cart/barreno 13 12 12 12 12 11 12

Carga /barreno (kg) 1,7 1,6 1,6 1,6 1,6 1,7 1,6

Carga total (kg) 10,1 9,4 9,4 9,4 9,4 9,9 9,4

Consumo

específico

(kg/m3) 1,87 1,24 0,93 0,72 0,92 0,48 0,71

Roca (1) A 50A/50C C 30A/70C A 50A/50

C

30A/70

C

(1) A: Arenisca; C: Carbonero; 50A/50C: 50%Arenisca, 50%Carbonero.

34

La perforación de los barrenos se hizo de forma manual con una inclinación 1 a

4 que corresponde aproximadamente a 14º (Foto 2-14). En el croquis de la

Figura 2-13 se muestra el esquema general seguido en las seis voladuras

realizadas con dos filas.

Foto 2-14: Perforación con 20SR Figura 2-13: Esquema voladuras con 20SR

Los cartuchos se cargaron con tubo omega y fueron iniciados mediante cordón

detonante de 6 g/m a lo largo de toda la carga. La Foto 2-15 refleja un

momento de la preparación de la carga. Las pegas fueron instantáneas

iniciadas mediante una línea maestra de cordón tal y como se observa en la

Foto 2-16.

B

S

L =

3,1

m

Lc

T

B

Retacadode arcilla

Carga

(Corte transversal)

(Planta)

35

Foto 2-15: Preparación sarta Foto 2-16: Conexión con cordón detonante V6

2.3.1 Voladura nº6: Explosivo 20SR

La voladura nº 6 se realizó en una zona de arenisca; en la Foto 2-14 aparece

delimitado el frente a volar en V6. Se observa que incluye una pequeña parte

de pizarras. En la Figura 2-14 se muestra el esquema de la voladura así como

los lugares de registro de las vibraciones.

Foto 2-17: Frente voladura V6 Figura 2-14: Esquema V6, situación del sismógrafo

La piedra en superficie era aproximadamente de 0,5 m y el espaciado 0,6 m.

Se cargaron trece cartuchos con cordón detonante de 6 g/m a lo largo de toda

. . .

Sismógrafo

(Planta). . .

10 m

34º

36

la carga en cada barreno y se puso un retacado de 0,35 m de arcilla. El

consumo específico resultante era 1,89 kg/m3. Todos los parámetros de la

voladura se resumen en la Tabla 2-7. Llovía durante la perforación, carga y

disparo, por lo que se tomaron precauciones tales como tapar los barrenos ya

perforados para que no entrara agua. El tiempo de preparación de la carga no

sobrepasó los 30 minutos de modo que el explosivo no estuvo muy expuesto.

El agua no afectó al comportamiento del explosivo ya que fragmentó

perfectamente la roca y se observaron gran cantidad de proyecciones. En la

Foto 2-18 se muestra la rotura posterior producida en el banco y en la

Foto 2-19 se observan las proyecciones en el banco inferior tras la voladura.

Foto 2-18: Rotura hacia atrás V 6 Foto 2-19: Proyecciones banco inferior

La imagen empleada en análisis de fragmentación es la Foto 2-20 y la imagen

analizada correspondiente aparece en la Figura 2-15. Los resultados del

análisis de fragmentación ponen de manifiesto el alto consumo específico ya

que el P50 resulta menor que el obtenido con Goma 2ECO. En la Tabla 2-8 se

muestra la distribución de tamaños y en la Figura 2-16 se ha representado la

curva de fragmentación.

37

Foto 2-20: Escombro V6 Figura 2-15: Imagen para fragmentación de V6

Figura 2-16: Curva granulométrica del escombro de V6

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1 10 100 1000 10000Tamaño (mm)

% p

aso

38


Tamaño (mm) % Paso

2000 100

1000 99,7

750 88,3

500 67,5

250 46,0

125 32,9

88 27,5

63 23,1

44 19,2

31 15,9

22 13,3

16 11,3

11 9,3

7,8 7,8

5,5 6,6

4 5,6

X50 (mm) 297

En la Tabla 2-9 aparecen resumidos los resultados del sismógrafo situado a

10 m del centro de la voladura. En el registro de velocidad de partículas

(Figura 2-17) se observa una segunda perturbación tras 1,1 s debida

seguramente a la proyección e impacto de uno de los múltiples fragmentos que

salieron despedidos. El análisis de Fourier (Figura 2-18) señala la misma

frecuencia dominante en las tres componentes: 27,75 Hz.

39


nº voladura: V6

Explosivo 20SR

Tipo de Roca A


ppv (L) mm/s 27,7

ppv (V) mm/s 15,2

ppv (T) mm/s 39,2

v suma mm/s 48,8


f (L) Hz 27,8

f(V) Hz 27,8

f(T) Hz 27,8

Carga kg 10,1

Distancia m 10

Figura 2-17: Registros de vibraciones V6. Velocidad de partículas

40

Figura 2-18: Vibraciones V6. Transformada de Fourier: Frecuencias dominantes


La voladura nº 7 se realizó en una zona mixta de arenisca y carbonero tal y

como se observa en la Figura 2-21. En la Figura 2-19 se muestra el esquema

de la voladura así como los lugares de registro de velocidad de detonación y

vibraciones. En V7 se aumentó la piedra a 0,6 m y el espaciado a 0,7 m,

también se redujo la carga por barreno a doce cartuchos, dando lugar a un

consumo específico de 1,24 kg/m3 (ver Tabla 2-7 con parámetros de voladura).

Durante la perforación y carga de la voladura nº 7 llovió y al igual que en V6 se

disparó sin agua en los barrenos ya que fueron protegidos. Tras la voladura se

observó una ligera rotura posterior así como múltiples proyecciones. La pila

quedó bastante extendida tal y como se aprecia en la Foto 2-22. La

Foto 2-23 fue empleada para el análisis de fragmentación y la Figura 2-20

representa la imagen binaria de éste.

41

Figura 2-19: Esquema V7 y situación del sismógrafo y velocidad de detonación

Foto 2-21: Frente de la voladura 7

Foto 2-22: Pila extendida tras V7 Foto 2-23: Pila tras V7. Foto análisis digital

. . .

Sismógrafo

(Planta). . .

10 m

40º

.


42

Figura 2-20: Análisis digital voladura 7

Los resultados de la fragmentación se resumen en la Tabla 2-10. En la

siguiente Figura 2-21 se ha representado la curva granulométrica del

escombro.

Tabla 2-10: Resultados análisis de fragmentación V7

Tamaño (mm)

% Paso

2000 100

1000 100

750 98,3

500 83,0

250 59,1

125 37,5

88 30,0

44 18,9

31 15,0

22 11,9

16 9,6

11 7,5

7,8 6,0

5,5 4,8

X50 (mm) 192

43

Figura 2-21: Curva granulométrica de la pila (voladura V7)

Los registros de velocidad de partículas (Figura 2-22) así como las frecuencias

dominantes (Figura 2-23) se muestran en la Tabla 2-11.


nº voladura V7

Explosivo 20SR



ppv (L) mm/s 49,81

ppv (V) mm/s 34,51

ppv (T) mm/s 34,32

v suma mm/s 57,92


f (L) Hz 9,25

f(V) Hz 9,55

f(T) Hz 25,5

Carga kg 10,92

Distancia m 10,13

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1 10 100 1000 10000Tamaño (mm)

% p

aso

44


Figura 2-23: Registro de vibraciones voladura 7. Transformada de Fourier: Frecuencias dominantes

Se perforó un barreno adicional a unos 5 m de la voladura con el fin de

determinar la velocidad de detonación del explosivo 20SR confinado y sin

cordón detonante observándose una propagación perfecta. La pendiente media

obtenida es de 1568 m/s.

45


La voladura nº 8 se realizó en una zona de carbón, en la Foto 2-24 aparece

delimitado el frente a volar. En V8 se aumentó de nuevo la piedra (0,7 m) y el

espaciado (0,8 m) y se mantuvieron los doce cartuchos por barreno (1,6 kg)

dando lugar a un consumo específico de 0,93 kg/m3 (ver Tabla 2-7 con

parámetros de voladura). En la Figura 2-24 se muestra el esquema de la

voladura así como los lugares de registro de velocidad de detonación y

vibraciones. Se registró la velocidad de detonación en una sarta de cinco

cartuchos en tubo omega al aire tal y como se indica en el croquis de la

Figura 2-24.

Figura 2-24: Esquema V8 y situación sismógrafo Foto 2-24: Frente V8

La voladura nº 8 produjo muy buena fragmentación, observándose una pila de

escombro (Foto 2-25) adecuada (ni muy levantada ni muy tendida). A pesar de

observarse menos proyecciones que en las dos voladuras anteriores, el banco

inferior apareció lleno de fragmentos (Foto 2-27). No se produjo rotura posterior

marcada apreciándose la forma cuadrada del banco en la

Foto 2-26. La Foto 2-28 fue la empleada en el análisis de fragmentación dando

lugar a la imagen de la Foto 2-29.

. . .

Sismógrafo

(Planta). . .

1 0 m

48º


20 m

.

Foto 2

Foto 2

2-25: Pila ext

2-27: Proyec

tendida V8

cciones banc

Foto

co inferior V

o 2-29: Análi

Foto 2-

8 Foto 2-2

isis digital vo

-26: Forma

28: Pila tras

oladura 8

banco tras V

V8. Análisis

46

V8

s digital

47

A pesar de bajar el consumo específico, la fragmentación ha aumentado

considerablemente respecto a las dos voladuras anteriores debido a que el

carbón en visiblemente más blando que la arenisca. Se ha pasado de tener

297 mm como X50 en el caso de arenisca (V6), a tener 99 mm en el caso de

voladura en carbonero (ver Tabla 2-12). La curva granulométrica de V8 se

muestra en la Figura 2-25.


Tamaño (mm)

% Paso

2000 100

1000 100

750 100

500 100

250 89,8

125 61,7

88 44,5

63 32.4

44 23,0

31 16,4

22 11,8

16 8,7

11 6,1

7,8 4,4

5,5 3,2

4 2,3

X50 (mm) 99

48

Figura 2-25: Curva granulométrica de la pila (voladura 8)


dominantes (Figura 2-27) se muestran en la Tabla 2-13. Nótese que la señal de

onda aérea se saturó debido a los cinco cartuchos al aire detonados a 20 m del

equipo de registro (Figura 2-28).

La velocidad de detonación (Figura 2-28) medida en cinco cartuchos en tubo

omega al aire fue 1581 m/s. Se observa en el registro que hubo buena

propagación.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1 10 100 1000 10000Tamaño (mm)

% p

aso

49

Tabla 2-13: Resultados de vibraciones V8

nº voladura: V8

Explosivo 20SR

Tipo de Roca C


ppv (L) mm/s 60,8

ppv (V) mm/s 60,7

ppv (T) mm/s 15,2

v suma mm/s 84,9


f (L) Hz 21

f(V) Hz 36,25

f(T) Hz 36,75

Carga kg 9,36

Distancia m 10

Figura 2-26: Velocidades de partículas y onda aérea registradas en la voladura nº8

50


Figura 2-28: Velocidad de detonación de cinco cartuchos 20 SR sin cordón detonante al aire

51


La voladura nº 9 se realizó en una zona mixta de carbonero y arenisca. En la

Foto 2-30 se muestra una vista algo lateral del frente a volar en la que se

aprecia un saliente de arenisca. La proporción carbonero/arenisca que se

estimó in situ es aproximadamente 70/30. En V9 se aumentó de nuevo la

piedra (0,8 m) y el espaciado (0,9 m) y se mantuvieron los doce cartuchos por

barreno (1,6 kg) dando lugar a un consumo específico de 0,72 kg/m3 (ver Tabla

2-7 con parámetros de voladura). En la Figura 2-29 se muestra el esquema de

la voladura así como los lugares de registro de velocidad de detonación y

vibraciones. Se registró la velocidad de detonación en un barreno de la fila dos

(lateral derecho según sale) que fue iniciado en fondo para tal efecto. El resto

de barrenos fueron iniciados en cabeza de igual modo que en las tres

voladuras anteriores mediante una línea maestra de cordón detonante.

Figura 2-29: Esquema y sismógrafo Foto 2-30: Frente de la voladura nº 9

En la Foto 2-31 se muestra un detalle del esquema de perforación en el que se

aprecian los límites de lo considerado como piedra, se excluyeron 25 cm ya

que esa zona de la cresta se trataba de un saliente de material suelto.

. . .

Sismógrafo

(Planta)

. . .

10 m

48º


52

Foto 2-31: Esquema perforación V9

La Foto 2-32 muestra una vista de la pila desde el banco superior. Se

produjeron bloques bastante grandes dando lugar a una pila un muy poco

tendida y casi sin desplazar. La Foto 2-33 fue la empleada en el análisis de

fragmentación dando lugar a la imagen de la Figura 2-30. En la Tabla 2-14

aparece la distribución de tamaños junto con el X50, cuyo valor ha aumentado

considerablemente respecto a la voladura anterior ya que se ha reducido la

carga y se ha volado una zona más dura (con más arenisca).

Foto 2-32: Pila banco superior tras V9 Foto 2-33: Foto para análisis digital

80 cm

25 cm

53

Figura 2-30: Análisis digital voladura nº 9


Tamaño (mm) % Paso

2000 100

1000 100

750 95,6

500 68,3

250 31,0

125 20,9

88 17,8

63 13,7

44 10,4

31 7,9

22 6,0

16 4,7

11 3,5

7.8 2,7

5.5 2,1

4 1,6

X50 (mm) 391

54

Figura 2-31: Curva granulométrica de la pila (voladura nº 9)




nº voladura V9

Explosivo 20SR



ppv (L) mm/s 79,1

ppv (V) mm/s 41,1

ppv (T) mm/s 47,2

v suma mm/s 94,4


f (L) Hz 15,1

f(V) Hz 43,3

f(T) Hz 23,0

Carga kg 9,36

Distancia m 10

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1 10 100 1000 10000Tamaño (mm)

% p

aso

55


Figura 2-33: Registro de vibraciones voladura nº 9. Transformada de Fourier: Frecuencias dominantes

Figura 2-34: Velocidad de detonación en un barreno (20SR con cordón detonante)

56

La velocidad de detonación medida en un barreno de la fila dos se muestra en

la Figura 2-34. Como cabía esperar, se registró la velocidad del cordón

detonante (6806 m/s).

2.3.5 Voladura nº 10: Explosivo 20SR

La voladura nº 10 se realizó en una zona de arenisca tal y como se aprecia en

la Foto 2-34. Se empleó una piedra de 0,7 m y un espaciado de 0,8 m y se

mantuvieron los doce cartuchos por barreno (1,6 kg) dando lugar a un consumo

específico de 0,92 kg/m3 (ver Tabla 2-7 con parámetros de voladura). En la

Figura 2-35 se muestra el esquema de la voladura así como los lugares de

registro de las vibraciones.

Figura 2-35: Esquema V9 y sismógrafo Foto 2-34: Frente de la voladura 10

Durante la perforación y carga de la voladura nº 10 llovió; no obstante se

disparó sin agua en los barrenos ya que fueron protegidos. En la Foto 2-35 se

muestra la voladura perforada, en ella se observan los accesorios de plástico

colocados en cada barreno para evitar la entrada de agua en los mismos. El

sismógrafo se situó semi-enterrado tal y como aparece en la Foto 2-36

. . .

Sismógrafo

(Planta). . .

1 0 m

29,5º

57

Foto 2-35: Esquema de perforación V10 Foto 2-36: Situación del sismógrafo

La Foto 2-37 muestra una vista de la pila desde el banco superior. Se

produjeron bloques bastante grandes dando lugar a una pila (Foto 2-38) poco

tendida y casi sin desplazar. La Foto 2-39 fue la empleada en el análisis de

fragmentación dando lugar a la imagen de la Foto 2-40. En la Tabla 2-16

aparece la distribución de tamaños junto con el X50, representados en el gráfico

de la Figura 2-36.

Foto 2-37: Vista el banco superior tras V10 Foto 2-38: Pila banco inferior

58

Foto 2-39: Foto para análisis digital Foto 2-40: Análisis digital voladura nº 10

Tabla 2-16: Resultados de fragmentación V10

Tamaño (mm) % Paso

2000 100

1000 100

750 96,7

500 84,9

250 61,9

125 44,0

88 37,1

63 31,4

44 26,3

31 22,1

22 18,7

16 16,0

11 13,3

7,8 11,2

5,5 9,4

4 8,1

X50 (mm) 164

59





nº voladura V10

Explosivo 20SR

Tipo de Roca A


ppv (L) mm/s 119

ppv (V) mm/s 81

ppv (T) mm/s 41

v suma mm/s 142


f (L) Hz 5

f(V) Hz 5

f(T) Hz 10

Carga kg 9,4

Distancia m 10

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1 10 100 1000 10000Tamaño (mm)

% p

aso

60


Figura 2-38: Registro de vibraciones voladura nº 10. Transformada de Fourier: Frecuencias dominantes

61

2.3.6 Voladura nº11: Goma 2-ECO

Con el fin de poder comparar los resultados con dos filas de barrenos en esta

voladura se empleó Goma 2ECO iniciando de igual modo que en las voladuras

anteriores de 20SR, es decir, con cordón detonante de 6 g/m a lo largo de toda

la carga. La voladura nº11 se realizó en una zona mixta de arenisca y

carbonero tal y como se observa en la Foto 2-41. Se midió la velocidad de

detonación en un barreno situado a unos 10 m de distancia de la voladura, en

el cual se dispuso una carga compuesta por diez cartuchos de Goma 2ECO en

tubo omega. La piedra y espaciado (1 m y 1,1 m respectivamente) se fijaron de

modo que el consumo específico fuera similar al empleado en la primera serie

de ensayos realizados con Goma con una fila, esto es 0,48 kg/m3 (ver

Tabla 2-7 con parámetros de voladura).

Figura 2-39: Esquema y situación del sismógrafo Foto 2-41: Frente voladura V11

Tras la voladura se observó una gran rotura posterior (Foto 2-43) así como

múltiples proyecciones. La pila quedó bastante extendida tal y como se aprecia

en la Foto 2-42. La Foto 2-44 fue empleada para el análisis de fragmentación y

la Figura 2-40 representa la imagen binaria de éste.

. . .

Sismógrafo

(Planta). . .

10 m

.


62

Foto 2-42: Pila extendida V11 Foto 2-43: Rotura producida por V11

Los resultados de la fragmentación se resumen en la Tabla 2-18. En la

Figura 2-41 se ha representado la curva granulométrica del escombro.

Foto 2-44: Foto para análisis digital Figura 2-40: Análisis digital V11

63


Tamaño (mm) % Paso

2000 100

1000 100

750 95,3

500 77,9

250 55,9

125 41,7

88 34,8

63 30,1

44 25,7

31 21,9

22 18,8

16 16,3

11 13,7

7,8 11,8

5,5 10,2

4 8,9

X50 (mm) 183

Figura 2-41: Curva granulométrica de la pila (voladura nº 11)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1 10 100 1000 10000Tamaño (mm)

% p

aso

64


dominantes (Figura 2-43) se muestran en la Tabla 2-19. En la Figura 2-43 se

aprecia como una proyección incidió sobre el sismógrafo a 2,5 s de la

iniciación. La señal del micrófono se saturó.


nº voladura V11

Explosivo Goma2ECO



ppv (L) mm/s 142

ppv (V) mm/s 121

ppv (T) mm/s 52

v suma mm/s 162


f (L) Hz 8

f(V) Hz 8

f(T) Hz 8 – 30

Carga kg 9,9

Distancia m 10

Se midió la velocidad de detonación en un barreno situado a unos 10 m de

distancia de la voladura, en el cual se dispuso una carga compuesta por diez

cartuchos de 26 mm de Goma 2ECO en tubo omega. La velocidad registrada

fue 1 990 m/s.

65

Figura 2-42: Velocidades de partícula registradas en la voladura 11


66


La voladura nº12 se ubicó buscando la máxima franja de carbonero disponible,

llegando a una proporción 70% carbonero frente a un 30% de arenisca. En la

Foto 2-45 se muestra el frente de la voladura. El sismógrafo se situó a 10 m del

centro del tiro y se midió velocidad de detonación en una sarta al aire de cinco

cartuchos en tubo omega. En la Figura 2-44 se muestra el esquema de la

voladura así como los lugares de registro de velocidad de detonación y

vibraciones. La piedra era 0,8 m y el espaciado 0,9 m, se cargaron doce

cartuchos por barreno, siendo la inclinación de estos 10º aproximadamente, de

modo que el consumo específico resulta 0,71 kg/m3 (ver Tabla 2-7 con

parámetros de voladura).

Figura 2-44: Esquema y sismógrafo Foto 2-45: Frente de V12

Durante la perforación y carga de la voladura nº 12 llovió y al igual que en

voladuras anteriores se disparó sin agua en los barrenos ya que fueron

protegidos. En la Foto 2-46 se muestra el esquema de la voladura marcado en

el suelo. El explosivo fragmentó bien aunque se observaron menos

proyecciones que en voladuras anteriores. La pila resultante fue muy poco

tendida, quedando parte del escombro en el escalón formado por la voladura.

Nótese que solo se perforan tres metros de los seis metros del banco. La

Foto 2-47 es una vista superior del banco volado, en ella se aprecia la parte de

. . . (Planta)

. . .

Velocidaddetonación Sismógrafo

10 m

67

la pila que quedó en el “escalón” formado por la voladura. La Foto 2-48 fue

empleada para el análisis de fragmentación y la Figura 2-45 representa la

imagen binaria de éste.

Foto 2-46: Esquema marcado en el suelo Foto 2-47: Vista banco tras V12

Los resultados de la fragmentación se resumen en la Tabla 2-20. Se ha

obtenido un tamaño medio de 95 mm. Este es un valor muy bajo teniendo en

cuenta los valores obtenidos en voladuras previas ya que al tener menos

lanzamientos, la pila analizable incluía todos los tamaños dando lugar a una

fragmentación más fina. En la Figura 2-47 se ha representado la curva

granulométrica del escombro.

Foto 2-48: Foto para análisis digital Figura 2-45: Análisis digital V12

68


Tamaño (mm) % Paso

2000 100

1000 100

750 100

500 100

250 87,5

125 58,7

88 47,7

63 39,2

44 32,4

31 26,9

22 22,2

16 18,7

11 15,2

7,8 12,6

5,5 10,4

4 8,8

X50 (mm) 95


0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1 10 100 1000 10000Tamaño (mm)

% p

aso

69




nº voladura: V12

Explosivo 20SR



ppv (L) mm/s 126

ppv (V) mm/s 65

ppv (T) mm/s 72

v suma mm/s 140


f (L) Hz 17

f(V) Hz 7

f(T) Hz 7

Carga kg 9,4

Distancia m 10

70

Figura 2-47: Velocidades de partículas registradas en la voladura nº12


Se midió velocidad de detonación en una sarta situada sobre el banco de cinco

cartuchos en tubo omega. En la Figura 2-47 se muestra el registro continuo

medido, observándose una propagación perfecta. La pendiente media obtenida

es 1 502 m/s.

71

Figura 2-49: Velocidad de detonación de 20SR, cinco cartuchos en tuvo omega al aire

72

3. ANALISIS DE RESULTADOS

3.1 Fragmentación

El nivel de fragmentación obtenido da una idea clara de la capacidad de

arranque del explosivo y por tanto de la potencia práctica. En la Tabla 3-1 se

resumen los datos más relevantes respecto a la fragmentación de cada

voladura. No se incluyen datos de las voladuras 3, 4 y 5 ya que al tratarse de

voladuras con solo dos barrenos y una pila de escombro muy reducida no

pudieron analizarse correctamente. Nótese que el tipo de roca en la voladura 9

que se muestra en la Tabla 3-1 es arenisca mientras que en la descripción del

frente V9 en el apartado 2.2.4 se apunta como un 70% carbonero y 30%

arenisca. Este cambio es debido a que en el escombro analizado se hallaban

bloques de arenisca mayoritariamente, por lo que a efectos de análisis de

fragmentación se enmarca mejor en el grupo A (Arenisca).

Tabla 3-1: Resultados de fragmentación

Voladura 1 2 6 7 8 9 10 11 12

Explosivo Goma2(*) Goma2(*) 20SR 20SR 20SR 20SR 20SR Goma2 20SR

Roca (1) A 50A/50C A 50A/50C C A A 50A/50C 30A/70C

(kg/m3) 0,47 0,47 1,89 1,24 0,93 0,72 0,92 0,48 0,71

X50 (mm) 373 344 297 192 99 391 164 183 95

Tamaño (mm) % Paso % Paso % Paso % Paso % Paso % Paso % Paso % Paso % Paso

4 2,28 3,92 5,61 3,88 2,31 1,63 8,1 8,88 8,75

5,5 3 5,1 6,56 4,77 3,15 2,08 9,44 10,17 10,39

7,8 3,71 6,03 7,81 5,99 4,38 2,72 11,19 11,83 12,57

11 4,65 7,26 9,3 7,51 6,09 3,54 13,25 13,74 15,18

22 7,38 10,61 13,33 11,92 11,82 6,07 18,68 18,77 22,23

31 9,32 12,87 15,94 14,99 16,43 7,92 22,14 21,92 26,85

44 11,83 15,69 19,15 18,94 22,98 10,4 26,33 25,68 32,37

63 15,1 19,23 23,09 24,06 32,4 13,73 31,44 30,07 39,16

88 18,96 23,24 27,48 30,04 44,5 17,78 37,07 34,81 47,65

125 24,06 28,35 32,98 37,47 61,67 20,89 44,04 41,67 58,65

250 38,47 41,91 46,02 59,12 89,8 30,97 61,94 55,9 87,51

500 61,03 61,22 67,53 82,99 100 68,25 84,89 77,86 100

750 79,2 76,37 88,29 98,31 100 95,59 96,67 95,29 100

1000 89,67 87,35 99,72 100 100 100 100 100 100

2000 100 100 100 100 100 100 100 100 100

73

Siendo: A, Arenisca; C,Carbonero; 50A/50C, 50%Arenisca, 50%Carbonero;

En la Figura 3-1 se recogen las curvas granulométricas de las nueve voladuras

que resultaron analizables. En la leyenda se indica el nº de voladura seguido

de una letra que se refiere al tipo de roca volada: arenisca (“A”), carbonero

(“C”) o zona mixta de ambas (“AC”). Finalmente, entre paréntesis, se indica el

explosivo empleado (Goma 2ECO “G” o explosivo de seguridad 20SR “SR”)

junto con el consumo específico en kg/m3. Para su mejor análisis se han

separado las curvas de fragmentación según litología en los tres grupos (A, C ó

AC).

En la Figura 3-2 se muestran las curvas correspondientes a las voladuras

realizadas en arenisca. La curva de la voladura seis en la que se empleó

explosivo 20SR con un consumo de 1,89 kg/m3, debería situarse a la izquierda

de la de V10 ya que el consumo en ésta última es 0,92. Esta anomalía en la

fragmentación es debida a la sobrecarga de la voladura seis, dando lugar a

gran cantidad de proyecciones de modo que la pila analizable, es decir, la parte

agrupada del escombro, no incluía los fragmentos más pequeños que eran

lanzados y esparcidos por todo el banco. Esta misma situación se da en las

curvas de fragmentación de las zonas mixtas de arenisca y carbonero (“AC”)

representadas en la Figura 3-2, ya que la curva de V7 con un consumo de 1,24

debería encontrarse a la izquierda de la de V12 cuyo consumo es 0,71. De

nuevo la gran cantidad de proyecciones es la causa de que la voladura

sobrecargada ofrezca una curva de fragmentos mayores.

En el grupo de voladuras en arenisca (Figura 3-2) solo se encuentra una curva

(V1) con Goma 2 resultando difícil comparar con las curvas de 20SR ya que el

esquema seguido en V1 era diferente (una fila de seis barrenos sin cordón

detonante). La diferencia entre los dos esquemas diferentes seguidos se pone

de manifiesto analizando la Figura 3-3 en la que aparecen V2 y V11. En la

voladura V2 se empleó el esquema de una fila sin cordón detonante mientras

que en V11 se siguió el esquema de dos filas con cordón. Como cabría esperar

74

el cordón contribuye al mejor comportamiento del explosivo obligándole a

detonar a unos 7 000 m/s; de este modo la fragmentación es más fina

situándose la curva de V11 a la izquierda de V2.

En la Figura 3-3 aparece solamente la voladura V8 ya que es la única que pudo

realizarse en una zona de carbonero.

Figura 3-1: Curvas granulométricas de las diferentes voladuras

Figura 3-2: Curvas de fragmentación de las voladuras en arenisca

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1 10 100 1000 10000

Tamaño (mm)

% p

aso

V1-A(G-0.47)V2-AC(G-0.47)V6-A(SR-1.89)V7-AC(SR-1.24)V8-C(SR-0.93)V9-A(SR-0.72)V10-A(SR-0.92)V11-AC(G-0.48)V12-AC(SR-0.71)

A

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1 10 100 1000 10000

Tamaño (mm)

% p

aso

V6-A(SR-1.89)V9-A(SR-0.72)V10-A(SR-0.92)V1-A(G-0.47)

75

Figura 3-3: Curvas de fragmentación de las voladuras en zonas mixtas de arenisca y

carbonero

Figura 3-4: Curva de fragmentación de la voladura en carbonero

En la Figura 3-5 se ha representado el tamaño medio o X50 frente al consumo

específico. Nótese que se han representado conjuntamente puntos

A/C

0102030405060708090

100

1 10 100 1000 10000

Tamaño (mm)

% p

aso

V7-AC(SR-1.24)V11-AC(G-0.48)V2-AC(G-0.47)V12-AC(SR-0.71)

C

0

10

2030

40

50

60

7080

90

100

1 10 100 1000 10000

Tamaño (mm)

% p

aso

V8-C(SR-0.93)

76

correspondientes a voladuras con distinto explosivo y diferente litología. La

finalidad de este gráfico es ver la tendencia global de los datos, no siendo

esperable una alta correlación ya que se mezclan datos procedentes de

condiciones diferentes, si bien debería observarse una marcada tendencia

decreciente del X50 al aumentar el consumo específico. Los puntos

correspondientes a las voladuras más sobrecargadas, V6 y V7, no siguen la

tendencia decreciente. Se ha realizado una regresión potencial a todos los

puntos y otra excluyendo V6 y V7, pasando de un coeficiente de correlación de

0,03 a 0,35. Parece claro que los resultados de fragmentación obtenidos en las

voladuras sobrecargadas no son fiables, ya que queda sin analizar parte de la

pila dispersada por las proyecciones, que contiene una gran cantidad de

material fino.

Figura 3-5: Tamaño medio frente a consumo específico

V9 V1

V2

V11

V6

V7 V10

V8 V12

(Todos los

(Excluyendo V6 y

R2 = 0.03

R2 = 0.35

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0Consumo específ ico (kg/m3)

X50

(mm

)

77

3.2 Vibraciones

En la Tabla 3-2 se resumen los datos más relevantes respecto a las

vibraciones de cada voladura. Se incluyen las velocidades de partículas

máximas según las tres componentes: longitudinal, vertical y transversal, así

como el vector suma máximo. También se muestran las frecuencias

dominantes obtenidas mediante análisis de Fourier en cada componente. La

distancia del sismógrafo al centro de gravedad de la voladura se mantuvo

constante para todas las voladuras, variando ligeramente en V7 y V11 ya que

en ambas se empleó un barreno aparte para registrar velocidad de detonación.

En la Figura 3-6 se han representado las velocidades máximas (vector suma)

frente a la distancia escalada. En el caso de las voladuras con Goma2 se ha

representado la ley de propagación ya que existe un dato con diferente

distancia escalada (V3). No es posible determinar la ley de amortiguación en el

caso de las voladuras con 20 SR ya que todos los puntos tienen una distancia

escalada similar. No obstante, éste no era el objetivo de medir las vibraciones,

sino que se trataba de comprobar si las voladuras con Goma2 producen más

vibraciones que las voladuras con explosivo 20SR. Los puntos se hallan

bastante mezclados, no pudiéndose concluir nada al respecto. Existen muchos

factores que influyen en las vibraciones tales como variaciones del terreno y

fijación del sismógrafo, que no pudieron controlarse. Las condiciones

meteorológicas condicionaron el modo de clavar las picas al terreno

pudiéndose en algún caso semienterrar el equipo. Posiblemente los valores

registrados en las voladuras V6 y V7 son los más bajos, debido a que no

pudieron fijarse bien en el suelo. En la Figura 3-1 se muestra las condiciones

en que se encontraba el sismógrafo momentos antes de la voladura V6. En la

voladura V11 el sismógrafo se situó semienterrado tal y como muestra la

Foto 3-2, registrándose en él una velocidad de partículas notablemente más

alta.

78

Tabla 3-2: Resultados vibraciones

nº V V1 V2 V3 V6 V7 V8 V9 V10 V11 V12Explosivo Goma2 Goma2 Goma2 20SR 20SR 20SR 20SR 20SR Goma2 20SR

Tipo Roca (1) A 50A/50C A A 50A/50C C 30A/70C A 50A/50C 30A/70C

ppv (L), mm/s 97,9 57,9 70,6 27,7 49,8 60,8 79,4 119 142 126

ppv (V), mm/s 86,6 37,5 43,2 15,2 34,5 60,7 41 81 121 65

ppv (T), mm/s 63 75,4 29,1 39,2 34,3 15,2 47 41,8 52,3 72,4

v suma, mm/s 128 96,3 82,1 48,8 57,9 84,9 94,4 142 162 140

f (L), Hz 18,4 8,1 11,9 27,8 9,3 21,0 15,1 5,0 8,0 17,0f(V), Hz 10,1 33,6 11,9 27,8 9,5 36,3 43,3 5,0 8,0 7,0f(T), Hz 14,1 29,3 26,0 27,8 25,5 36,8 23,0 10,0 30,0 7,0Carga, kg 9,9 9,9 3,3 10,1 10,9 9,4 9,4 9,4 11,4 9,4Distancia, m 10,0 10,0 10,0 10,0 10,1 10,0 10,0 10,0 10,1 10,0



Figura 3-6: Velocidad suma máxima frente distancia escalada

V7

V6

V8

V9

V1

V2 V3

V10 V12

V11

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

2 3 4 5 6d/Q0.5 (m/kg0.5)

v (m

m/s

)

20SR

goma2

79

Foto 3-1: Sismógrafo clavado en la V6 Foto 3-2: Sismógrafo semienterrado en V10

3.3 Velocidad de detonación

En las Tabla 3-3 y Tabla 3-4 y se resumen los datos más relevantes respecto a

las velocidades de detonación registradas en las voladuras, tales como

diámetro, fecha de fabricación, confinamiento de la carga.

Los resultados de las voladuras con explosivo de seguridad 20SR se muestran

en la Tabla 3-3. En la voladura nº7 se midió en un barreno situado a unos 10 m

de la voladura, mientras que en las voladuras V8 y V12 se registró la velocidad

de una sarta de cinco cartuchos situada sobre el banco. El confinamiento

proporcionado por la roca no parece influir en este diámetro ya que no se

aprecia diferencia en los resultados obtenidos.

En la voladura nº9 se midió la velocidad en un barreno de la misma que fue

iniciado en fondo para ello. La velocidad registrada fue 6800 m/s

correspondiente a la velocidad del cordón situado a lo largo de toda la carga

80

Tabla 3-3: Parámetros relevantes para la velocidad de detonación. Voladuras con

explosivos 20SR

Tabla 3-4: Parámetros relevantes para la velocidad de detonación. Voladuras con

explosivo Goma2ECO

La dinamita puede detonar en régimen de baja velocidad de detonación

(Johansson & Persson, 1970) si la iniciación no es lo suficientemente intensa.

Para que esto ocurra es necesario que existan burbujas (centros de fácil

Voladura nº7 nº8 nº9 nº12Explosivo 20SR 20SR 20SR+cordón 6g 20SR

Diámetro cartucho (mm)

26 26 26 26

Fecha voladura 19/11/02 20/11/02 20/11/02 12/11/2002

Velocidad Detonación, (m/s)

1568 1581 6806 1502

nº cartuchos 12 5 12 5Longitud retacado, (m) 0,7 - 0,7 -

Situación Barreno aparte Al aire En barreno Al aire

Fecha fabricación 04/08/2002 04/08/2002 22/05/02 22/05/02

Meses desde fabricación

7,5 7,5 6,1 6,8

Voladura nº1 nº2 nº11Explosivo Goma2ECO Goma2ECO Goma2ECO

Diámetro cartucho (mm)

26 26 26

Fecha voladura 18/06/02 18/06/02 12/11/2002

Velocidad Detonación, (m/s)

2450 2518 1990

nº cartuchos 11 11 10Longitud retacado, (m)

0,9 0,9 1,1

Situación En barreno,B3 En barreno,B2

Barreno aparte

Fecha fabricación - - -Meses desde fabricación

menos de 12 menos de 12 menos de 12

81

iniciación o puntos calientes) de modo que sea posible iniciar el explosivo

incluso con un choque de poca intensidad. La velocidad de detonación medida

en un cartucho de Goma 2-ECO de 26 mm x 200 mm iniciado con detonador

en estudios previos (LOM 2001) fue 2 415 m/s; mientras que la velocidad de

detonación obtenida en un cartucho de igual dimensión pero iniciado con un

multiplicador (comprimido de PETN de 15 g) fue 5 670 m/s. Para que se de uno

u otro régimen de detonación, además del modo de iniciación, influyen otros

factores tales como el diámetro de la carga o el confinamiento. Existe un

diámetro crítico a partir del cual siempre se da el régimen de velocidad de

detonación alto.

3.4 Ensayos de compresión simple de la roca

Con el fin de caracterizar la roca se tomaron muestras de diferentes litologías

para su posterior análisis en laboratorio mediante ensayo de compresión

simple. En Foto 3-3 aparecen las muestras numeradas. La A indica arenisca y

la C carbonero. Nótese que no hay ninguna muestra de carbón ya que no se

halló ninguna con el tamaño requerido para el ensayo. Los resultados del

ensayos se resumen en la Tabla 3-5. No aparecen los resultados de las

muestras A-3, A-4, C-1, C-3 y C-4 porque sufrieron daños durante el proceso

de extracción de la probeta. Se han obtenido valores muy homogéneos para

ambos tipo de roca. A pesar de tener una resistencia a compresión simple

similar, el comportamiento de ambas rocas ante la voladura en diferente ya que

influyen otros factores como esquistosidad ó dirección de familias de juntas.

82

Foto 3-3: Muestras para ensayo de comprensión simple

Tabla 3-5: Resultados ensayos compresión simple

Probeta Diámetro (mm) Altura (mm) Resistencia (Mpa)A1 48,27 142,25 21,32A2 48,85 149,37 23,55C5 48,95 129,59 30,85C2 41,23 120,59 28,66A5 47,60 103,22 23,35

3.5 Modelo de fragmentación obtenido

El modelo de fragmentación utilizado ha sido el de Kuz-Ram. Para calcular los

parámetros del modelo se han utilizado los datos descriptivos de las voladuras

y los resultados de estas, tal como se describen en el apartado anterior.

En primer lugar se han calculado el índice de uniformidad. Para ello se utilizado

la fórmula 1-5:

C-1C-2C-3C-4C-5

A-1A-2

A-3A-4

A-5

83

(fórmula 1-5)

Siendo:

A: factor de roca

Qe: masa del explosivo por barreno en kg

Ee: Potencia relativa del explosivo (120% para goma2 y 48% para SR20)

Q: consumo especifico en kg/m3

S: espaciado en m

B: piedra en m

W: desviación típica errores de perforación

L: longitud carga encima del piso en m

H: Altura de banco en m

Lb: Carga de columna en m

Lc: carga de fondo en m

D: diámetro de perforación en m

En la Tabla 3-6 se pueden ver lo datos de entrada así como el valor del índice

de uniformidad obtenido para cada voladura:

84

Tabla 3-6: Valores índice de uniformidad

n A Qe (kg) Ee q B (m) d (m) W S (m) L (m) Lb (m) Lc (m) H (m)V1 1,1258 8,5 1,65 120 0,47 1,0 0,34 0,31 1,13 2,2 2,2 0 3,1V2 1,1258 7,25 1,65 120 0,47 1,0 0,34 0,31 1,13 2,2 2,2 0 3,1V3 1,1258 8,5 1,65 120 0,47 1,0 0,34 0,31 1,13 2,2 2,2 0 3,1V4 1,1258 6 1,65 120 0,47 1,0 0,34 0,31 1,13 2,2 2,2 0 3,1V5 1,1258 8,5 1,65 120 0,47 1,0 0,34 0,31 1,13 2,2 2,2 0 3,1V6 0,7641 8,5 1,69 48 1,87 0,5 0,34 0,31 0,6 2,6 2,6 0 3,1V7 0,8818 7,25 1,56 48 1,24 0,6 0,34 0,31 0,7 2,4 2,4 0 3,1V8 1,0034 6 1,56 48 0,93 0,7 0,34 0,31 0,8 2,4 2,4 0 3,1V9 1,0918 6,75 1,56 48 0,72 0,8 0,34 0,31 0,9 2,4 2,4 0 3,1V10 1,0034 8,5 1,56 48 0,92 0,7 0,34 0,31 0,8 2,4 2,4 0 3,1V11 1,1100 7,25 1,65 120 0,48 1,0 0,34 0,31 1,1 2,2 2,2 0 3,1V12 1,0918 6,75 1,56 48 0,71 0,8 0,34 0,31 0,9 2,4 2,4 0 3,1

85

El factor de roca se ha estimado utilizando la Tabla 1-1, utilizando la media

ponderada para partes del macizo con distinta composición.

Este parámetro A, ha sido posteriormente ajustado por el método de mínimos

cuadrados.

Una vez obtenido el parámetro n, se ha utilizado la fórmula 1-2 para calcular

X50 para cada voladura:

Obteniendo los siguientes resultados (cm) de la Tabla 3-7:

Tabla 3-7: Valores X50 de las voladuras

Para obtener la distribución de tamaños que predice el modelo es necesario

utilizar la distribución de Rosin-Rammler, en la forma de probabilidad

acumulada, la cual sigue la siguiente fórmula 1-1:

Si hacemos aparecer X50 en la ecuación en vez de Xc, tenemos lo siguiente:

(fórmula 3-1)

Voladura V1 V2 V3 V4 V5 V6 V7 V8 V9 V10 V11 V12

X50 (cm) 16,454 14,035 16,454 11,615 16,454 9,778 11,432 11,909 16,442 17,018 13,800 16,627

86

De esta forma podemos proceder a calcular la probabilidad acumulada, esto

es, la curva granulométrica que predice el modelo para cada voladura.

En la Tabla 3-8 se muestran los datos obtenidos:

87

Tabla 3-8: Curva granulométrica del modelo

Tipo roca A 50A/50C A C A A 50A/50C C 30A/70C A 50A/50C 30A/70C

Voladura V1 V2 V3 V4 V5 V6 V7 V8 V9 V10 V11 V12

X (cm) P(x) P(x) P(x) P(x) P(x) P(x) P(x) P(x) P(x) P(x) P(x) P(x)0,44 1% 1% 1% 2% 1% 6% 4% 3% 1% 2% 2% 1%0,55 1% 2% 1% 2% 1% 7% 5% 3% 2% 2% 2% 2%0,78 2% 3% 2% 3% 2% 10% 6% 4% 2% 3% 3% 2%1,1 3% 4% 3% 5% 3% 12% 8% 6% 4% 4% 4% 4%1,6 5% 6% 5% 7% 5% 16% 12% 9% 5% 6% 6% 5%2,2 7% 8% 7% 10% 7% 20% 15% 12% 7% 9% 9% 7%3,1 10% 12% 10% 15% 10% 25% 20% 16% 11% 12% 12% 10%4,4 15% 17% 15% 21% 15% 31% 26% 23% 15% 16% 18% 15%6,3 21% 25% 21% 29% 21% 39% 34% 31% 22% 23% 25% 21%8,8 29% 34% 29% 40% 29% 47% 42% 40% 30% 30% 34% 29%12,5 40% 46% 40% 53% 40% 57% 53% 52% 40% 40% 46% 40%25 67% 73% 67% 81% 67% 76% 75% 77% 67% 64% 74% 66%50 91% 94% 91% 97% 91% 91% 92% 95% 90% 87% 94% 90%75 98% 99% 98% 100% 98% 96% 97% 99% 97% 95% 99% 97%100 99% 100% 99% 100% 99% 98% 99% 100% 99% 98% 100% 99%200 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100%

88

A continuación, Figura 3-7 se han representado las curvas granulométricas obtenidas mediante el modelo de Kuz-Ram (azul) y las obtenidas de la pila de cada voladura (rojo).

Como se puede apreciar, en varias voladuras existe una gran diferencia entre

la curva real y la que predice el modelo.

Figura 3-7: Comparación curvas granulométricas

0 500 1000 1500 2000 2500

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

0.0%

20.0%

40.0%

60.0%

80.0%

100.0%

120.0%

0 500 1000 1500 2000 2500

1R

V1

0 500 1000 1500 2000 2500

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

0.0%

20.0%

40.0%

60.0%

80.0%

100.0%

120.0%

0 500 1000 1500 2000 2500

2R

V2

0 500 1000 1500 2000 2500

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

0.0%

20.0%

40.0%

60.0%

80.0%

100.0%

120.0%

0 500 1000 1500 2000 2500

6R

V6

0 500 1000 1500 2000 2500

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

0.0%

20.0%

40.0%

60.0%

80.0%

100.0%

120.0%

0 500 1000 1500 2000 2500

7R

V7

0 500 1000 1500 2000 2500

0.0%

20.0%

40.0%

60.0%

80.0%

100.0%

120.0%

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

0 500 1000 1500 2000 2500

V8

8R

0 500 1000 1500 2000 2500

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

0.0%

20.0%

40.0%

60.0%

80.0%

100.0%

120.0%

0 500 1000 1500 2000 2500

9R

V9

0 500 1000 1500 2000 2500

0.0%

20.0%

40.0%

60.0%

80.0%

100.0%

120.0%

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

0 500 1000 1500 2000 2500

V10

10R

0 500 1000 1500 2000 2500

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

0.0%

20.0%

40.0%

60.0%

80.0%

100.0%

120.0%

0 500 1000 1500 2000 2500

11R

V11

0 500 1000 1500 2000 2500

0.0%

20.0%

40.0%

60.0%

80.0%

100.0%

120.0%

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

0 500 1000 1500 2000 2500

V12

12R

89

Se puede observar como el modelo obtenido difiere bastante de las curvas

obtenidas mediante fotografía para las voladuras V1, V2, V6 y V9. Para hacer

un ajuste más fino del modelo se va a ajustar el parámetro A con el método de

mínimos cuadrados. En la Tabla 3-9 se muestra la diferencia entre los valores

de A utilizando la Tabla 1-1 recomendado por Ruz-Kam y los obtenidos por el

método de mínimos cuadrados.

Tabla 3-9: Valores factor de roca A

Con estos nuevos valores del parámetro A se han obtenido una nueva familia

de curvas, Figura 3-8, manteniendo el mismo código de colores, rojo para la de

la pila de la voladura y azul para la del modelo.

Voladura Kuz-RamMinimos

cuadradosV1 8,5 17,4V2 7,25 17V3 8,5 8,5V4 6 6V5 8,5 8,5V6 8,5 19,2V7 7,25 11V8 6 5V9 6,75 12,3

V10 8,5 6,9V11 7,25 8,3V12 6,75 3,4

Factor de roca A

90

Figura 3-8: Curvas granulométricas ajustadas

0 500 1000 1500 2000 2500

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

0.0%

20.0%

40.0%

60.0%

80.0%

100.0%

120.0%

0 500 1000 1500 2000 2500

1R

V1

0 500 1000 1500 2000 2500

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

0.0%

20.0%

40.0%

60.0%

80.0%

100.0%

120.0%

0 500 1000 1500 2000 2500

2R

V2

0 500 1000 1500 2000 2500

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

0.0%

20.0%

40.0%

60.0%

80.0%

100.0%

120.0%

0 500 1000 1500 2000 2500

6R

V6

0 500 1000 1500 2000 2500

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

0.0%

20.0%

40.0%

60.0%

80.0%

100.0%

120.0%

0 500 1000 1500 2000 2500

7R

V7

0 500 1000 1500 2000 2500

0.0%

20.0%

40.0%

60.0%

80.0%

100.0%

120.0%

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

0 500 1000 1500 2000 2500

V8

8R

0 500 1000 1500 2000 2500

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

0.0%

20.0%

40.0%

60.0%

80.0%

100.0%

120.0%

0 500 1000 1500 2000 2500

9R

V9

0 500 1000 1500 2000 2500

0.0%

20.0%

40.0%

60.0%

80.0%

100.0%

120.0%

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

0 500 1000 1500 2000 2500

V10

10R

0 500 1000 1500 2000 2500

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

0.0%

20.0%

40.0%

60.0%

80.0%

100.0%

120.0%

0 500 1000 1500 2000 2500

11R

V11

0 500 1000 1500 2000 2500

0.0%

20.0%

40.0%

60.0%

80.0%

100.0%

120.0%

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

0 500 1000 1500 2000 2500

V12

12R

91

Se puede comprobar cómo el modelo se ajusta mejor a las curvas reales

(curvas de la pila obtenidas por fotografía) después de ajustar el parámetro A

por el método de mínimos cuadrados.

3.6 Comparación energía especifica y X50/X80

En el siguiente apartado se va a realizar una comparación entre la energía

específica y los valores de X50 y X80 que predice el modelo.

Para el cálculo de la energía específica se ha calculado primero el consumo

específico de cada voladura (kg/m3) y la potencia (kJ/kg) del explosivo. Del

producto de estos dos valores se ha obtenido la energía especifica (kJ/m3). El

consumo específico se ha mantenido prácticamente constante para las

voladuras de Goma2, mientras que para las del explosivo de seguridad se ha

ido variando.

Para variar el consumo especifico de las voladuras se ha tenido en cuenta la

relación de potencia del péndulo balístico entre la Goma 2ECO y el 20SR, que

es de 2,3. Por tanto, se ha utilizado un consumo específico para el 20SR de

unas 2,3 veces el de la Goma2, variando desde 0,71 hasta 1,87.

En la Tabla 3-10: Energía específica se muestran los resultados.

Tabla 3-10: Energía específica

Si hacemos una representación grafica de estos valores podemos observar

como existe una tendencia de aumentar el X50 y X80 (valores del modelo

Tipo roca A 50A/50C A C A A 50A/50C C 30A/70C A 50A/50C 30A/70CVoladura nº1 nº2 nº3 nº4 nº5 nº6 nº7 nº8 nº9 nº10 nº11 nº12Explosivo Goma 2-

ECOGoma 2-

ECOGoma 2-

ECOGoma 2-

ECOGoma 2-

ECO20SR 20SR 20SR 20SR 20SR Goma2 20SR

X50 (mm) 336,8 329,1 164,5 116,1 164,5 220,9 173,4 99,2 299,6 138,1 158 83,7

X80 (mm) 711,3 694,9 347,5 245,3 347,5 664,5 450,4 229,6 647,6 319,6 337,2 181

Consumo especifico

(kg/m3)

0,47 0,47 0,47 0,47 0,47 1,87 1,24 0,93 0,72 0,92 0,48 0,71

Energia especifica (KJ/m3)

2213,7 2213,7 2213,7 2213,7 2213,7 3500,64 2321,28 1740,96 1347,84 1722,24 2260,8 1329,12

92

aproximado por mínimos cuadrados) cuando se incrementa la energía

especifica, tal como se indica en la Figura 3-9

Figura 3-9: Energía específica vs. X50 y X80

Esta no es la tendencia esperada, ya que si se mantienen las mismas

condiciones en las voladuras, la X50 y X80 tendrían que disminuir.

En la Figura 3-10 vamos a comprobar si esta tendencia depende del explosivo

utilizado.

Figura 3-10: Energía específica por explosivo

R² = 0.0366

R² = 0.1557

0.0

100.0

200.0

300.0

400.0

500.0

600.0

700.0

800.0

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

X50, X80

(mm)

Energia especifica (kJ/m3)

X50 and X80 vs Energia especifica

X80

X50

X80

X50

336.8

329.1

164.5

116.1

164.5 158.0

R² = 0.0749

60.0

110.0

160.0

210.0

260.0

310.0

360.0

2210 2220 2230 2240 2250 2260 2270

X50 (m

m)


X50 vs Energia especifica (Goma 2)

220.9

173.4

99.2

299.6

138.1

83.7

R² = 0.145

60.0

110.0

160.0

210.0

260.0

310.0

360.0

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

X50


X50 vs Energia especifica (20SR)

93

Podemos ver como esta tendencia irregular se produce tan solo cuando se

utiliza el explosivo 20SR. Sin embargo, si hacemos la comparación con el

modelo sin ajustar por mínimos cuadrados obtenemos la tendencia esperada,

como se puede apreciar en la Figura 3-11

Figura 3-11: Energía específica. Modelo sin ajustar

Si ahora realizamos la misma comparación, pero con los datos reales de las

voladuras, esto es, con los datos obtenidos con las fotografías de las pilas

obtenemos los resultados de la Figura 3-12

Figura 3-12: Energía específica. Fotografías

97.8

114.3119.1

164.4

170.2166.3

R² = 0.145

60.0

80.0

100.0

120.0

140.0

160.0

180.0

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

X50 (m

m)


X50 vs Energia especifica (20SR)

R² = 0.9799

0

50

100

150

200

250

300

350

400

2210 2220 2230 2240 2250 2260 2270

X50(m

m)


X50R vs Energia especifica (Goma2)

297

192

99

391

164

95

R² = 0.145

60

110

160

210

260

310

360

410

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

X50 (mm)


X50R vs Energia especifica (20SR)

94

Con todo esto podemos concluir que los datos obtenidos de las fotografías para

las voladuras con 20SR no son muy fiables, ya que al aumentar la energía

específica aumenta también el X50. Sin embargo, cuando comparamos estos

dos parámetros basados en el modelo sin ajustar, esto es, usando los valores

de A dados en la Tabla 1-1, se obtiene la tendencia esperada.

Por tanto el modelo obtenido, permite, al menos, predecir las tendencias que se

van a producir en las voladuras.

3.7 Comparación velocidad de partículas y energía del explosivo

En las voladuras realizadas se han realizado medidas de velocidad de

partículas, con lo cual podemos comparar los valores obtenidos en cada

voladura con la energía del explosivo. En la Tabla 3-11 se muestran los

resultados.

Tabla 3-11: Energía explosivo y velocidades

En la Figura 3-13 se muestra la representación grafica de estos valores.

Tipo roca A 50A/50C A C A A 50A/50C C 30A/70C A 50A/50C 30A/70CVoladura nº1 nº2 nº3 nº4 nº5 nº6 nº7 nº8 nº9 nº10 nº11 nº12Explosivo Goma 2-

ECOGoma 2-

ECOGoma 2-

ECOGoma 2-

ECOGoma 2-

ECO20SR 20SR 20SR 20SR 20SR Goma2 20SR

Potencia (KJ/Kg) 4710 4710 4710 4710 4710 1872 1872 1872 1872 1872 4710 1872Carga

total (Kg) 9,9 9,9 3,3 3,3 3,3 10,1 9,4 9,4 9,4 9,4 9,9 9,4Energia (KJ) 46629 46629 15543 15543 15543 18907,2 17596,8 17596,8 17596,8 17596,8 46629 17596,8

ppv (L), mm/s 97,9 57,9 70,6 27,7 49,8 60,8 79,4 119 142 126

ppv (V), mm/s 86,6 37,5 43,2 15,2 34,5 60,7 41 81 121 65

ppv (T), mm/s 63 75,4 29,1 39,2 34,3 15,2 47 41,8 52,3 72,4

v suma, mm/s 128 96,3 82,1 48,8 57,9 84,9 94,4 142 162 140

95

Figura 3-13: Gráfico energía vs. velocidad partículas

Se puede apreciar como no es posible obtener ninguna tendencia para los

valores medidos velocidades de partículas, ya que los consumos específicos

utilizados entre Goma2 y 20SR son equivalentes en cuanto a la potencia del

péndulo balístico.

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000 45000 50000

Velocidad

(mm/s)

Energia (kJ)

Energia vs. velocidad de particulas

VL

VV

Vt

Vsuma

20SR Goma2

96

4. CONCLUSIONES

El objetivo de este trabajo era verificar el comportamiento en arranque del

explosivo de seguridad 20SR. Para ello se ha empleado a modo de patrón la

Goma 2ECO, por ser esta la dinamita de más amplio uso en España. Los

parámetros medidos indican que el explosivo 20SR se ha comportado de forma

correcta y fiable en su detonación con una notable capacidad de arranque.

Utilizando un consumo específico del explosivo 20SR equivalente al de la

Goma 2ECO, mediante la relación de la potencia del péndulo balístico de

ambos explosivos, se pueden hacer voladuras con características de arranque

similares.

Los resultados de fragmentación obtenidos muestran una gran dispersión,

debido al difícil control estricto de los siguientes parámetros:

- Piedra; al no disponer de perfil del banco y realizarse perforación manual,

con difícil control de la inclinación.

- Litología muy variable de unas voladuras a otras.

- Difícil análisis de pilas de escombro, de reducido tamaño, en ocasiones con

material fino proyectado lejos, sin posibilidad de incluirse en las curvas

granulométricas.

Pese a ello, se ha determinado una banda de variación del tamaño medio del

escombro entre 99 mm y 297 mm, con el consumo específico comprendido

entre 0,71 kg/m3 y 1,89 kg/m3 para el explosivo 20SR. Solo se dispone de un

ensayo con Goma 2 con las mismas condiciones de disparo que el explosivo

de seguridad, obteniéndose un tamaño medio de 183 mm con un consumo de

0,47 kg/m3.

Una comparación cuantitativa más precisa con Goma 2ECO, requeriría más

disparos con dicho explosivo en condiciones homólogas a los disparos con

20SR. Igualmente la comparación podría extenderse al explosivo nº9.

97

Se ha podido comprobar que el modelo de Kuz – Ram se puede ajustar con

gran precisión a las curvas granulométricas reales (obtenidas mediante

fotografías) utilizando el método de mínimos cuadrados para ajustar el

parámetro A.

Al comparar la energía específica de cada voladura con el X50 obtenido, se ha

podido comprobar cómo al aumentar la energía específica disminuye el X50, tal

como predice el modelo de Kuz – Ram obtenido. La excepción se ha producido

en las voladuras realizadas con el explosivo 20SR, siendo esta irregularidad

achacable al difícil control de la piedra, la litología y al difícil análisis de las pilas

con el método de las fotografías.

Utilizando consumos específicos equivalentes (con una banda de variación) a

la relación de ambos explosivos en cuanto a la potencia del ensayo del péndulo

balístico se obtienen velocidades de partículas similares.

98

5. BIBLIOGRAFÍA / REFERENCIAS

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“Integrated Software Tools and Methodology for Optimization of Blast

Fragmentation”, Proceedings of the 25th Annual Conference on

Explosives and Blasting Technique, February 7-10, 1999, Nashville.

• Johansson, C. H. & Persson, P.A., (1970). Detonics of High Explosives,

Academic Press Inc. London.

• Kemeny J., Girdner K., Bobo T. & Norton B. (1999). “Improvements for

Fragmentation Measurement by Digital Imaging: Accurate Estimation of

Fines”, Fragblast 6. Sixth International Symposium for Rock

Fragmentation by Blasting, 8-12 August, 1999. Johannesburg. The South

African Institute of Mining and Metalurgy, Camera Press. Johannesburg

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Jornadas Mineras sobre explotaciones por sutiraje, 27-28 de Noviembre

de 1996, Oviedo.

• LOM, (2001). Estudio sobre la cantidad máxima de explosivo en

polvorines subterráneos Informe. Laboratorio Oficial Madariaga y

Ministerio de Economía, abril 2001, Madrid.

• Rodríguez Auñón, R. (1996). “Ensayos de explosivos para sutiraje”, II

Jornadas Mineras sobre explotaciones por sutiraje, 27-28 de Noviembre

de 1996. Oviedo

• Split Engineering, (2001). Split-Desktop Software Manual, Split

Engineering LLC, Tucson, Arizona.

• Sanchidrián José Ángel, Segarra Pablo, López Lina Ma. (2004).

Fragmentación de rocas por voladura, Fundación Gómez Pardo, Madrid

ESTUDIO DE LA CAPACIDAD DE ARRANQUE DE UNA DINAMITA GELATINOSA FRENTE A UNA

DINAMITA DE SEGURIDAD

DOCUMENTO 2: ESTUDIO ECONOMICO

100

1. GASTOS DE PERSONAL Y DESPLAZAMIENTO

Total parcial…………………………………23 891€

2. EQUIPOS

Total parcial………………………………….1 650 €

Personal Horas EUR/h Coste (EUR)Catedrático 100 46,1 4 610Profesor Titular 500 33,6 16 800

Personal permanente: 21 410

Dietas y desplazamiento ud km Coste Unitario Coste (EUR)Desplazamientos 60 70 0,19 798Dietas 90 0,5 18,7 1 683

Total dietas y desplazamiento 2 481

Equipos (amortizaciones) Número ensayos EUR/ensayo Coste (EUR)Sismógrafo 30 20 600

Medidor velocidad de detonació 30 35 1 050Total equipos 1 650

101

3. FUNGIGLES

Total parcial……………………………………1 670 €

4. RESUMEN

Gastos de personal y desplazamiento………………………………..……23 891 €

Equipos………………………………………………………………………….1 650 €

Fungibles………………………………………………………………… …….1 670 €

Total neto……………………………………………………………………...27 211 €

Total (16% IVA)………………………………………………………….……31 564 €

EL COSTE TOTAL DE ESTE ESTUDIO ASCIENDE A LA CANTIDAD DE TREINTA Y UN MIL QUINIENTOS SESENTA Y CUATRO EUROS (31 564 €)

Explosivos Número Coste Unitario (EUR) Coste (EUR)Booster 450 g 30 5 150Dinamita gelatinosa (kg) 100 4 400Anfo 100 1 100detonadores 30 4 120

Cable VOD Metros Coste Unitario (EUR) Coste (EUR)Cable coaxial calibrado 600 1 600

Varios, pequeño material Ud Coste unitario (EUR) Coste (EUR)Ferretería n/a n/a 300

Total fungibles 1 670

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PROYECTO FIN DE CARRERA Javier Bonilla sin …es capaz de arrancar el carbón de forma satisfactoria en las condiciones de disparo habituales y establecer la equivalencia práctica