21_Otros Trabajos Open Pit

J

~ Capítulo 21J

J

JVOLADURAS EN OTROS TRABAJOS A CIELO ABIERTO

J

J 1. INTRODUCCION

Dentro de este capítulo, se estudian brevementeotros tipos de excavaciones a cielo abierto que re-quieren el uso de explosivos.

Existe un conjunto de obras que se caracterizan porJ una gran longitudypor lascondicionescambiantes en

cuanto a geometría y propiedades de los materiales aarrancar, que imponen el trazado de los proyectos y el

J perfil del terreno. Tal es el caso de las excavacionespara carreteras y autopistas, así como para zanjas.

Por último, se exponen las voladuras para la apertura----' de rampas, para nivelaciones y cimentaciones, y para

el esponjamiento de las rocas o prevoladuras.

J

../

2. EXCAVACION DE CARRETERAS Y AUTO-PISTAS

..-/

Los desmontes que son necesarios efectuar con vo-../ laduras en las construcciones de carreteras y autopis-

tas son de dos tipos: en trinchera (1) y a media ladera(2). Fig. 21.1.

..-/

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TERRENO ORIGINAL

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, PERFIL0."-

',5CAVAC'ON',,--- "---"~I""",!I""""".,,p.':I,",I"""

(2) 'l.(1)

.../ Figura 21.1. Excavaciones en trinchera (1) Y a medialadera (2).

J

./

En ambos casos las voladuras tienden a realizarse deuna sola vez, pero en ocasiones cuando las alturas decorte son grandes (>15 m) se recomienda efectuar laexcavación por fases. Otros factores que pueden in-fluir en la forma de ejecución de la obra son:

.../- Seguridad en la operación.

./

- Limitación de perturbaciones, onda aérea y vibra-ciones.

- Velocidad de avance.

- Dimensiones del equipo de carga, etc.

Dada la importancia del estado de la roca en lostaludes residuales, especialmente en los de altura ele-vada, es normal terminar las excavaciones con vola-duras de contorno, lo cual constituye otra razón paralimitar la altura de corte a 10-12 m por la necesidad demantener la precisión de la perforación.

2.1. Diámetros de perforación

Normalmente, se utilizan barrenos de pequeño diá-metro, debido a las siguientes ventajas:

- Mejor adaptación de los esquemas a los perfilesirregulares del t:;)~rer.o.

- Buena fragmentación de la roca al estar mejor dis-tribuido el explosivo. Se facilitará así la carga delescombro con equipos pequeños.

- Menor nivel de vibraciones y onda aérea.- Posibilidad de contratar los trabajos de perforación

y voladura, y- Menores daños producidos en la roca remanente y

por consiguiente costes de saneo y sostenimientoinferiores.

~

Los diámetros más utilizados oscilan entre los 65 y125 mm. Es habitual realizar las voladuras de destrozacon calibres entre 89 y 125 mm y las de contorno entre65 y 75 mm.

Salvo pequeñas secciones que pueden perforarsecon martillos de mano, y que sirven de plataforma detrabajo en las siguientes fases, los equipos de perfora-ción son normalmente carros de orugas con martilloen cabeza.

Como el diámetro de perforación se ve influenciadopor la altura del banco, en las excavaciones en trin-chera los barrenos pueden ser más grandes que en lasejecutadas a media ladera. De forma general debecumplirse la siguiente relación:

D = H/60

283

"-siendo: 2.3. Distribución de carga y reta cado

D = Diámetro del barrenoH = Profundidad de excavación.

En este tipo de voladuras, se emplean columnas deexplosivo selectivas con cargas de fondo de explosivos "-gelatinosos o hidrogeles y cargas de columna deANFO.

En la Tabla 21.2 se indican las longitudes recomen- "-dadas de las cargas de fondo y retacado para diferen-tes tipos de roca. Las alturas de las cargas de columnase calculan por diferencia entre las longitudes de los "-barrenos y la suma de las cargas de fondo y los retaca-dos.

2.2. Longitudes de perforación.

Las longitudes de los barrenos dependen de la alturade banco, de la inclinación, que suele ser de 15 a 20°, yde la sobreperfora-ción que se necesita según la resis-tencia de la roca:

L= ~+ [1 -~J

x Jcos ~ 100

"-

2.4. Esquemas de perforación

A. Excavaciones en trinchera '--

donde:Siempre se realizan con barrenos verticales, y según

sea la relación «H/D» se distinguen dos casos."-~ -= Angula con respecto a la vertical en grados.

H = Altura de banco (m).J = Sobre perforación, estimada a partir de la

Tabla 21.1.

a) SiH > 100 D. Es el más habitual para bancosde 10 a 12 m de altura. Los valores de la piedra y elespaciamiento se calculan a partir de la Tabla 21.3. .'--

TABLA 21.1'--

"-

"-

"-

TABLA 21.2

'--

'--

'--

'--

TABLA 21.3'--

'-..

'-

'-

284 '-

RESISTENCIA A COMPRESION SIMPLE (MPa)

VARIABLE DE Blanda Media Dura Muy DuraDISEÑO

< 70 70-120 120-180 > 180

SOBREPERFORACION - J 10 D 11 D 12 D 12 D

RESISTENCIA A COMPRESION SIMPLE (MPa)VARIABLE DE

DISEÑO Blanda Media Dura Muy dura

< 70 70 - 120 120 - 180 > 180

LONGITUD CARGA DE FONDO - Ir 30 D 35 D 40 D 46 DRETACADO - T j' 35 D 34 D 32 D 30 D



<70 70-120 120-180 >180

PIEDRA - B 39 D 37 D 35 D 33 DESPACIAMIENTO - S 51 D 47 D 43 D 38 D

~

b) Si H < 100 D. En estos casos la piedra se calculaa partir de la expresión:

1

1 [Q

]0,5

B = b

~ x~ x CEB cos ~

donde:'---'"

Qb = Carga total por barreno (kg).H = Altura de banco (m).

/ S/B = Relación entre el Espaciamiento y la Piedra(Tabla 21.4).

~ CE = Consumo específico de explosivo (Tabla21.4).

= Angulo con respecto a la vertical (Grados).'--'

~

'"-""

'"-""

'"-""

J

J

J

'

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,..'

B. Excavaciones a media ladera

Este tipo de obras puede llevarse a cabo según tresprocedimientos.

a) Barrenos verticales paralelos o en abanico

b) Barrenos verticales y horizontales

c) Barrenos horizontales o zapateras.

La apertura de las pistas de acceso señaladas en laFig. 21.2 con la letra «A» se realiza, normalmente, conel mismo equipo de perforación que después efectúa ladestroza, aunque con un diámetro menor, practicandobarrenos horizontales paralelos a la traza en númerosuficiente para abrir plataformas con una anchura en-tre 6 y 9 m. El ciclo de trabajo es discontinuo ya que

Figura 21.2. Tipos de excavacíones a medía ladera..J

--./ TABLA 21.4

.J

J

J

.../ 285



< 70 70 - 120 120 - 180 > 180

RELACION - S/B 1,25 1,20 1,15 1,15CONSUMO ESPECIFICO - CE (kg/m3) 0,30 0,35 0,42 0,49

después de cada pega es necesario retirar el escom-bro, generalmente con tractor, para proceder a perfo-rar la siguiente voladura.

.'FASE SIGUIENTE

Figura 21.3. Apertura de pistas de acceso para posterioresexcavaciones a media ladera.

La carga con explosivo encartuchado es muy pe-nosa, por lo que si no existe presencia de agua suelenemplearse cargadoras neumáticas de ANFO.

Las longitudes de retacado se determinan según laTabla 21.2 pudiendo utilizarse tacos de arcilla parafacilitar su ejecución y efectividad.

Las voladuras de zapateras tienen las siguientesventajas:

- Precisan trabajos de preparación mínimos.

- Los costes de arranque son bajos, debido a la boni-ficación de la roca que se desprende por gravedad.

Sin embargo, presenta serios inconvenientes que lashacen poco aconsejables en grandes proyectos:

- Proyecciones de roca importantes al actuar lascargas como en voladuras en cráter.

- El macizo residual queda muy deteriorado con ro-cas colgadas, y en ocasiones taludes invertidos.

Si la perforación se realiza verticalmente, se aplicanlos valores indicados en el punto anterior para el caso"H<100 D».

Cuando se utilicen barrenos horizontales o zapate-ras el cálculo del esq uema se hará a parti r ge la expre-sión: .f

S=3 x ~donde:

SDL

= Espaciamiento (m).= Diámetro del barreno (m).- Longitud del barreno (m).

Si la altura de banco es inferior a 5 m sóJo se utilizará

una fila de barrenos, entre 5 y 8 m dos filas y por encimade 8 m tres o más filas.

2.5. Secuencias de encendido

Las secuencias de encendido deben permitir una

286

"---

buena fragmentación y desplazamiento de la roca, almismo tiempo que se mantienen los niveles de vibra-ción dentro de unos límites aceptables.

El tamaño de las voladuras debe ser tan grandecomo sea posible para evitar los movimientos de ma-quinaria, interrupciones en el tráfico de carreteraspróximas, etc., y para ello se utilizarán explosores se- "---cuenciales o relés de microrretardo.

"---

'---A. Excavaciones en trinchera

Los esquemas más utilizados son los rectanqulares '---

Fig. 21.4 o triangulares equiláteros Figs. 21.5 y 21.6.

RELE DEMICRORRETARDO

8

~

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'--O'

~- PUNTO DEINICIACION

I=!

I '-...~-¡

Figura 21.4. Esquema rectangular con secuencia de encen-dido en "V1».

'--

Los esquemas triangulares recomendados son losde la Fig. 21.6, pues el dispuesto según la Fig. 2.1.5 dalugar a un perfil del talud irregular.

'--

'-...

10

'-.

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4 '-.

D'

fil !'T' ! 'T'í'-.

PUNTO DEINICIACION

'-

Figura 21.5. Esquema triangular con secuencia de encen-dido en "V1».

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3

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6

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.i'T'I 1'1' m

-.J I~ \\.PUNTO DEINICIACION

---'

Figura 21.6. Esquemas triangulares con secuencia de en-cendido en "V" y en línea.

/

B. Excavación a media ladera

JLa dirección de salida de la voladura puede dispo-

nerse normal a la dirección de la traza o, más frecuen-" temente, paralela a la misma, Fig. 21.7. En el primer

.-/ caso, existe el riesgo de rodadura incontrolada de pie-dras ladera abajo y un mayor coste de la carga al tenerque realizar labores de limpieza, ya que el escombro no

J se encontrará recogido.Cuando en las voladuras se combinan barrenos ho-

rizontales y verticales, suele ser conveniente efectuarla excavación por fases, desescombrando el material

J de la primera pega antes de disparar la segunda. Si pornecesidades de la obra la voladura se dispone en una

~ sola sección, la secuencia recomendada debe ser la deJ la Fig. 21.8.

.../ 3. VOLADURAS DE ZANJAS

La excavación de zanjas con explosivos presenta una.J serie de características particulares que obligan a modi-

ficar los criterios de diseño de las voladuras en banco ya adaptar las mismas a la naturaleza cambiante de lasrocas, así como a tomar medidas especiales en lo refe-

.J rente al control de las vibraciones y proyecciones, pues

J

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i'T"'1

~PUNTO DEINICIACION

.

Figura 21.7. Secuencia de encendido en "V" con salida pa-ralela a la traza.

"

\.\\\,~

\,\

\

Figura 21.8. Secuencia de encendido en sección con barre-nos verticales y zapateras.

es frecuente que tengan que realizarse cerca de núcle-os urbanos.

Se denominan zanjas a aquellas obras lineales desuperficie con una anchura comprendida entre 0,8 y 3 my una profundidad que puede oscilar entre 0,5 y 5 m.

Se utilizan en la construcción de drenajes, serviciosde alcantarillado, conducciones de agua y electricidad,gaseoductos y oleoductos.

287

.:15.

'4

3

'2

= ....-JO

--r'l

PUNTO DE

INICIACION

I

O

"-'"O

-/

,'1 ': 1'1'

IIRELE DE

"-'"

MICRORRETARDO

...../

El mayor confinamiento de la roca en estas voladurasobliga a la utilización de consumos específicos deexplosivo más elevados que en las voladuras en bancoconvencionales. Esta circunstancia, unida al empleo demallas de perforación más cerradas, da lugar a unoscostes de arranque altos.


La perforación de los barrenos se realiza siempre condiámetros pequeños, siendo normal la utilización demartillos de mano en las pequeñas obras urbanas ycarros de perforación ligeros en las excavaciones demayor envergadura.

Los calibres empleados dependen de las dimensio-nes de las zanjas, Tabla 21.5, y de las limitacionesimpuestas por los niveles de vibración admisibles.

TABLA 21.5


Los esquemas de perforación dependen básicamentede la magnitud de la excavación, pudiendo fijarse elvalor de la piedra en función del diámetro de los barre-nos, Tabla 21.6, y el espaciamiento a partir de la anchu-ra de la excavación, Tabla 21.7.

TABLA 21.6

TABLA 21.7

* En los barrenos de contorno se reduce el espaciamiento enun 20%.

288

\,~

'--

"-

/-

"-

'--

'--

Fot021.1. Voladura en zanja.

'-

3.3. Sobreperforación, retacado e inclinación

La sobreperforación "J" se suele tomar como 0,5 '----

veces el valor de la piedra,con un valor mínimo de 0,2metros.

El retacado se dimensiona normalmente con una lon- '---gitud igual a la de la piedra.

La inclinación de los taladros favorece la rotura en elfondo, por lo que se aconseja pertorar con ángulos con '--respecto a la vertical entre 26,5° y 18,5° (2:1 y 3:1).

3.4. Distribución de cargas y tipos de explosivos'----

Los explosivos más adecuados para la excavación dezanjas son aquellos con una alta densidady energía, \....

pues es necesario aprovechar al máximo la perforaciónefectuada. Así, se utilizan generalmente los explosivosgelatinosos, los hidrogeles y las emulsiones encartu- '-chadas.

En la actualidad se distinguen dos tipos de voladurasen zanja: las convencionales y las suaves. Las primerastienen esquemas desalineados en los que los barrenos "-

centrales se colocan por delante de los de contorno quesalen inmediatamente después. Fig. 21.9. Las cargasde explosivo en todos los barrenos son iguales. Las "-concentraciones de explosivo en la columna se disminu-yen en relación con la de fondo, situándose entre un 25y un 35%.

El tipo de voladuras denominado suave se caracteriza "-por tener los barrenos centrales alineados con los decontorno y utilizar cargas de explosivo distintas, segúnla posición de los barrenos, Fig. 21.10. En los centrales "-

las cargas de columna y de fondo se incrementan y enlos de contorno se reduce, mientras que el retacado sedisminuye en éstos últimos a una longitud de 10D.

Para calcular las longitudes de las cargas de fondo seutilizan las siguientes expresiones, Tabla 21.8, donde Hes la profundidad de la zanja a excavar en metros. \....

Las cargas de columna pueden formarse con agentesexplosivos (e.g. ANFO) de menor potencia y energía, ocon el mismo explosivo empleado en la carga de fondopero en cartuchos de menor diámetro.

'---

'--

'--

DIMENSIONESDE LASZANJAS DIAMETROSDE PERFORACION(m) (mm)

Anchura Al < 132 - 45

Profundidad - H < 1,5

Anchura Al > 150 - 65

Profundidad - H > 1,5

DIAMETRODE PERFORACIONVARIABLEDEDISEÑO

.f< 50 mm > 50 mm

Piedra - B 26 D 24 D

ANCHURADE LAZANJA- AZVARIABLEDE DISEÑO

< 0,75 m 0,75 -1,5 m 1,5 - 3 m

Número de Filas 2 3 4

Espaciamiento - S Al AZ/2 Al/2,6*

./'

donde:

X = Distancia horizontal entre la línea teórica de fon-

./' dos de barrenos y el comienzo de la rampa.

X= (H' + J') x (H/tag ex) - (H + J) x (H'/tag ex)

(H+J)-(H'+J')./'

Las ecuaciones anteriores pueden aplicarse al

cálculo de los esquemas para cada una de las filas de

./' una voladura en rampa.

Como los cálculos son muy repetitivos lo normal es

calcular mediante ordenador los diferentes esquemas,

tal como se indica en el listado adjunto. Tabla 21.9.

./ También se utilizan ábacos como el de la Fig. 21.14

ARENISCASD = 250 mm. PENDIENTE =B %

TABLA DE CARGAS

/150--I-12

Figura 21.14. Abaco de cálculo (Chung).

TABLA 21.9--------------------------------------------------------E5UlJEJ1A DE VOLADURA EN RA/"lPA--------------------------------------------------------DIAMETRO BARRENOI\LTURA DE BANCOESQUEMA B = SSOBREPERFORACIONPEND IENTE RAMF'A

(MM) =250(M) =12

=7(M)(M)(;.)

=1.8~13

/

/

Foto 21.2. Voladura en rampa para la apertura de un nuevo banco.

291

DISTANCIA./ HORIZONTAL(LD)

j PROFUNDIDADDEEXCAVACION(H)

¡O o

./10

20 \\2

./ 30 \

40 3 \ \,OBREPERF.(J)3 PIEDRA Y

50 4 \ f 4 ESPACIAM. (B)./ 60 5 9\ 6 8

70 .6 ,9\ . 7

/ 80 1 O \ .' ,

/ 1 5,' \ ¿110 9 1 6

1 7 \ t3120 . i 8 \

10 .' 1 9 2130 ..' 2 O

140 ' ,.' 21

ANFO

m, Kg.II

93 391

50 210

1 8 75

O 7 29 I,04 17

03 I 13

FILA - DISTANCIA - ALTURA - PIEDRA - SOBREPERF...........................***..................

1 143.00 11.44 6.73 1.732 136.26 10.90 6.48 1.66

. 129.78 10.38 6.23 1.604 1T5.54 9.88 6.00 1.54j 117.53 9."lO 5.77 1.486 111.75 B.94 5.56 1.437 106..19 B.49 ...>.":'...> 1.37

8 100.84 8.06 5.15 1.329 95.69 7.65 4.95 1.27

10 90.73 7.25 4.77 1.2211 rjj. 96 6.87 4.59 1. 18

12 10] 1. 37 6.50 4.41 1.1313 76.95 6.15 4 ..,- 1.09....>

14 72.70 5.81 4.09 1.0515 68.60 5.48 3.93 1.0116 64.67 5.17 3.79 0.9717 60.8B 4.87 3.64 0.9318 57.23 4.57 3.51 0.9019 53.72 4.29 3.37 0.8620 50.34 4.02 3.25 0.83

21 47.09 3.76 3.12 0.8022 43.96 3.51 3.01 0.77

23 40.95 3.27 2.89 0.7424 38.05 3.04 2.78 0.71...:...> 3j. 26 2.82 2.68 0.6926 32.58 2.60 2.58 0.6627 29.99 2.39 2.48 0.6328 27.51 2.20 2.39 0.6129 :'5.11 2.00 2.30 0.5930 :L'.81 1.82 2.21 0.5631 20.60 1.64 2.13 0.54'.c 18.46 1.47 2.05 0.52,e".' lf,.41 1.31 1.97 0.5034 14.44 1.15 1.90 0.48- 12. ;3 1.00 1.82 0.47'."">36 10.71 0.85 1.76 0.4537 8.94 0.71 1.69 0.4338 7.25 0.58 1.63 0.4139 5.62 0.44 1.56 0.4040 4.05 0.32 1.51 0.3841 2.54 0.20 1.45 0.3742 1:09 0.08 1.39 0.35

RELES DE MICRORRETARDO:15m -t>- 25 m ~

'--

"

"

"

"INICIACION

-;- 7060 80T

90

DISTANCIA DESDE LA CA8EZA DE LA RAMPA (m)

"50

T100

T110

T120

T130

T140

T150

Figura 21.15. Secuencia de encendido con relés de microrretardo en una voladura en rampa.

construidos. para unos datos de partida ya estableci-dos. En este caso con D = 225 mm, H = 12 m, J = 1,8m, P, = 8%.

En la Fig. 21.15 se representa la secuencia de encen-dido en una rampa empleando relés de cordón deto-nante, e iniciando la voladura en la zona más profundapara crear un hueco que sirva de cuele.

5. VOLADURAS PARA NIVELACIONES

Las voladuras de nivelación son típicas en la prepa-ración de solares para la construcción de edificios,instalaciones industriales, etc. Su ejecución debe serllevada a cabo por personal adiestrado, pues es pre-ciso un cuidadoso control sobre:

- La fragmentación, ya que en la carga y el transportese emplea maquinaria pequeña para circular porvías urbanas, y

- Las vibraciones, la onda aérea y las proyeccionesque deben mantenerse bajo umbrales de seguri-dad, pues en las proximidades es frecuente laexistencia de edificios y otras estructuras.

.r


El diámetro de los barrenos está condicionado por laaltura de banco, que suele ser pequeña, y las cargasmáximas operantes que son función del nivel de vibra-ción admisible.

Es posible establecer una primera aproximación aldiámetro más adecuado, a partir de la altura de banco,con la ecuación:

D = H/60

Aunque en la práctica los diámet"ros más habitualesse encuentran en el rango de 38 a 65 mm.

292

5.2. Longitud de perforación

Como las alturas de excavación son pequeñas, los "-barrenos se perforan con inclinaciones próximas a los60° pues se consigue una mayor fragmentación y es-ponjamiento, un buen despegue del piso y un nivel devibraciones más bajo.

La longitud de perforación se calcula con la expre-sión

'-

L =H

cos ~+ [ 1 -~ ] x J

100

donde:

~ = Angula del barreno con respecto a la vertical(Grados).

H = Altura media del terreno que ha de ser arran- "cado por el barreno (m).

J = Sobreperforación, que depende del tipo deroca y diámetro del taladro. Tabla 21.10.

5.3. Distribución de cargas y retacado

En la Tabla 21.11 se indican los consumos específi-cos de explosivo y las longitudes de retacado para losdistintos tipos de roca.

Ocasionalmente, los retacados pueden reducirsepara disponer de un mayor volumen de barreno quepueda alojar explosivo, pero nunca debe bajar de «25D" para evitar los problemas de onda aérea y proyec-ciones.

En cuanto a los tipos de explosivo, como las longitu-des de los barrenos son pequeñas, se utilizan normal-mente los explosivos potentes y de alta densidad.


La Piedra se determina a partir de la siguiente expre-sión:

[

Q

]

0.5B= - b

~x~ x CEB cos~

TABLA 21.10

J

J

J

TABLA 21.11

J

J

.//

~TABLA 21.12

_/

/

.../

/

donde:

./Qb = Carga de explosivo por barreno (kg).S/B = Relación entre el Espaciamiento y la Piedra.

Ver Tabla 21.12.H = Altura media del terreno (m).

CE = Consumo específico de explosivo (kg/m 3).~ = Angula con respecto a la vertical (Grados).

./

./ El cálculo de la Piedra debe repetirse para cada filasiempre que la cota media del terreno varíe.

Especial esmero debe ponerse en el re"planteo de

./

./ ,.83 82 ~

'~~-\

~./

./

./Figura 21.16. Ejemplo de voladura de nivelación.

./

este tipo de voladuras por las dificultades que entrañaun terreno irregular.

5.5. Secuencias de encendido

Como los barrenos laterales suelen tener salida libre,

cada una de las filas puede iniciarse con un mismotiempo de retardo o disponer secuencias en "V» sifuera preciso aumentar el tiempo de la pega por limita-ción de las vibraciones.

5.6. Voladuras con barrenos horizontales

En algunos proyectos, cuando la altura de los bancoses demasiado pequeña y es esencial dejar una superfi-cie final en la excavación lo más regular posible, la per-foración de barrenos horizontales presenta numerosasventajas. Estas pueden concretarse en:

- Perforación y consumos específicos menores- Tiempos de ciclo más cortos- Menores problemas de repiés- Reducido riesgo de cortes y mayor seguridad- Menor necesidad de accesorios- Posibilidad de disponer las protecciones sin afectar

a la carga de los barrenos.

293


DISEÑO Blanda Media Dura Muy dura< 70 70 - 120 120 - 180 > 180.

SOBREPERFORACION - J 10 D 11 D 12 D 12 D



<70 70-120 120-180 >180

CONSUMO ESPECIFICO - CE (kg/m3) 0,30 0,35 0,42 0,49RETACADO - T 35 D 34 D 32 D 30 D



<70 70-120 120-180 >180

RELACION ESPAC.lPIEDRA - S/B 1,25 1,20 1,15 1,15

Los únicos inconvenientes que plantea son:

- La carga del escombro se debe efectuar antes decomenzar la perforación del siguiente módulo.- La fragmentación es más gruesa y la aparición debolos más probable.- La carga de los barrenos es más dificultosa.

A ~~

~f

t- L -i

~-~-É:~~ -~- -/

Figura 21.17. Voladura de nivelación con barrenoshorizontales

Los diámetros de perforación tienen que ser peque-ños para lograr buenos resultados. Así, suponiendounas alturas de excavación inferiores a 1,5 m, para undiámetro de los barrenos de 38 mm el espaciamientoentre éstos se calcula, en una primera aproximación,con la fórmula siguiente:

s = 0,7 x H"",

donde:

s = Espaciamiento (m) <t'H = Altura de excavación (m), inferior a 1,5 m.

." /

Dependiendo de la capacidad del equipo de perfora-ción, el ángulo de los barrenos estará entre 0° y 10°.

En lo relativo a las cargas, como las voladuras se rea- ~lizan contra un frente libre amplio y con una sola fila, nosuele precisarse carga de fondo, por lo que la carga enel barreno consistirá sólo en carga de columna.

Los retacados deberán tener una longitud mínima '---..-

entre 10D Y 20D, según el perfil del terreno y condicio-nes de trabajo.

Los consumos específicos típicos en las voladuras de ~

nivelación con barrenos horizontales están alrededor de

los 0,2 kg/m3.

~

6. VOLADURAS PARA CIMENTACIONES'------

La excavación con explosivos para las cimentacio-nes en roca presenta los siguientes problemas: '------

- No se dispone de un frente libre, lo cual dificulta lafragmentación y esponjamiento del escombro.

- La rotura de la roca debe adaptarse al perfil esta-blecido en el proyecto sin producir sobreexcava-ciones.

- Existen limitaciones para las vibraciones y proyec- '----ciones cuando se realizan los trabajos dentro denúcleos urbanos.

'---

"---

6.1. Diámetros y longitudes de perforación"---

Tanto para la selección del diámetro de perforacióncomo para la determinación de la longitud de los ba-rrenos, se aplica lo expuesto en las voladuras paranivelación.

'--

6.2. Distribución de cargas y retacado '---

Los consumos específicos de explosivo y las longi-tudes de retacado se fijan a partir de la resistencia de '--las rocas. Tabla 21.13.

Si se reducen las longitudes de retacado es preciso'disponer de algún sistema de protección adicionalfrente a las proyecciones. '--

Los explosivos que se emplean son por lo generalpotentes y de alta densidad.

'---

TABLA 21.13

294

'--

'--

'--

'--

'-

f--

RESISTENCIA A COMPRES ION SIMPLE (MPa)VARIABLE DE


<70 70-120 120-180 >180

!

CONSUMO ESPECIFICO - CE(kg/m') I

0,35 0,42 0,50 0,60

RETACADO - T i35 D 34 D 32 D 30 D

éste son aproximadamente la mitad que con un explosi-vo normal, reduciéndose así el riesgo de proyecciones yde vibraciones.

A continuación se ven algunas de las aplicacionesmás frecuentes de las minivoladuras.

7.1. Zanjas para cables

Las zanjas para cables frecuentemente tienen unaprofundidad limitada, por lo que resultan obras especial-mente adecuadas para efectuar con el método de lasminivoladuras. Los barrenos de 22 mm de diámetro serecomienda perforarlos con inclinaciones de unos 18°(3:1),por lo que las reglas de cálculo que se aplicanpara zanjas con una profundidad entre 0,3 y 0,6 son lassiguientes:

L = H + 0,2B = 0,018 DT= B

Ob = 0,2 x H

siendo:

H = Profundidad de la zanja (m)D = Diámetro de los barrenos (mm)B = Piedra (m)T = Retacado (m)Ob = Carga por barreno de explosivo potente

(kg)

Figura 21.19. Secuencia de iniciación de mini"'(;oladurasenzanja para cables.

7.2. Zanjas para tuberías

Si la profundidad de las zanjas es inferior a 0,8 m elmétodo de las minivoladuras resulta un procedimientoadecuado, que al permitir hacer un mejor uso de laenergía del explosivo da lugar a un menor riesgo deproyecciones y reducidos niveles de vibración.

Manteniendo los parámetros básicos indicados en laszanjas para cables, al ser las anchuras de las excava-ciones mayores, las cargas se calculan con la siguienteexpresión:

296

Ob = 0,03 + (H - 0,3) x 0,25

donde:

H = Profundidad de la zanja entre 0,3 y 0,6 m.

El número de filas de barrenos se determina en fun-ción de la anchura de la zanja.

TABLA 21.14

1.°1 ~

1~ldFigura 21.20. Secuencias de iniciaciónde minivoladurasen

zanja para tuberías.

7.3. Hoyos para postes y vigas

El empleo de explosivos para la apertura de los hoyosen roca destinados a sujetar postes o vigas verticaleses antiguo, pero las cargas convencionales dejan hue-cos en forma de cráter que exigen en muchos casos lautilización de vientos u otros elementos de anclaje ytambién material de relleno.

Cuando los huecos tienen un diámetro inferior a 0,6m la técnica de las minivoladuras con explosivos espe-ciales ha abierto un nuevo campo. Los barrenos de 22mm de diámetro se perforarán paralelos, dejando uno odos de mayor diámetro vacíos, y cargando el resto conexplosivo especial de alta potencia hasta cerca de 6 cmde la superficie.

Los consumos específicos son altos, al igual que enlos cueles de barrenos paralelos.

Con el fin de conseguir la fragmentación y expulsiónadecuadas de la roca fragmentada, se dejarán entrebarrenos consecutivos un mínimo de 60 ms de tiempode retardo en la secuencia de encendido.

B ..,

O'4I

81 83 85 87 89

k2 .4 .6 8a

o{81 82 83 84 85

.1 82 83 84 85'"" B

...1

ANCHURADE LAZANJA NUMERODE FILAS(m) DE BARRENOS

0,8 - 1,2 3

1,5 - 2,0 4

8/3......,

82 84 86

81 83 8S

82 B 84 86Ioc ..,

%t-'

82 84 8681 83 8S

81 83 8S82 B 84 86l. ..1

-"OIAMETRO 0,3 m

~

.../

'-..."'-

d, '"'\

~7\IJ

I

'11"- ,/" /'"""'-8--

13 d,= 6cmdo= 8 cmd3= 14 cm

J

./-/

é'sf

II\~.../

.../o " 28alL34mm." 22mm

OIAMETRO 0,6 m.../

.../

13

8-/'"./ "-

11 ./ ~ 9

I \I 5 7 II J\ 1 .!

9 tt, ~11" /'-.. /'

d,=6cm13 d. = 8 cm

d3=10cmd. =12cm

J

J

-'

./ Figura 21.21. Esquemas de perforación para hoyos de 30cm y 50 cm de diámetro.

8. PREVOLADURAS./

Los equipos de arranque directo empleados en lasexplotaciones a cielo abierto tienen unas limitaciones

-' de aplicación impuestas por las características geo-mecánicas de los macizos rocosos. Estas pueden ex-presarse en términos de velocidades sísmicas de pro-

./ pagación, tal como se refleja en la Fig. 21.22.En algunos casos, aunque la excavación sea posible,

los rendimientos obtenidos pueden ser m'lJY bajos yresultar antieconómicos frente a otros sistemas alter-

./ nativos.La prevoladura es una técnica que consiste en au-

mentar la fracturación natural del macizo rocoso, sin./ prácticamente desplazar la roca, mediante la utiliza-

ción de explosivos, con vistas a que los equipos dearranque: tractores, excavadoras, rotopalas, etc., al-

./ cancen unos rendimientos altos con unos costes mí-nimos.

Los diámetros de perforación y alturas de bancoutilizados dependen básicamente de las máquinas queactúan despuésde las prevoladuras.Tabla 21.15. Enmuchos casos la altura de las tongadasestá tambiénlimitada por la longitud de las varillas o barras deperforación, pues en dichas operaciones se intentan

./

./

./

eliminar los tiempos de maniobras realizándolas enuna sola pasada.

Los consumos específicos en cada caso dependende las características de los equipos de arranque ycarga, y de las propiedades resistentes de las rocas.

En la Tabla 21.16 se indican las relaciones aproxi-

V[lOCIDAD "SMOCA 1m 1..,.1

'000 40002000 5000

ARRANQUE MANUAl.

TRACTOR -MOTOTRAILLA(Sin rl.'d')

TRACTOR -MOTOTRAILLAI Con".'d')

PAI.A CARGADORA

EXCAVADORA HIDRAUI.ICA

EXCAVAOORA DE CA81.ES

DRAGALlNA SOBRE ORuGAS

ORAGALlNA DE ZANCAS

ROTOPALA

EXC:WADORA DE DESMONTE

c::::::J P DSOBl E _.AR.'NAl c:J ,.POSOBlE

Figura 21.22, Campos de aplicación económica deequipos de arranque en función de las

velocidades slsmlcas.

TABLA 21.15

TABLA 21.16

297

- .-- . ---

I I

I I_0"0' "-0,..0

I I

I I0'0 -...... 'o'"

I I..0,..",00-o'

I I I

I I'0..0000'

I I'0"00000"'0"'"

, I"0"'-0" 0""0

ALTURA DIAMETROMAQUINA DE DE BANCO, DE PERFORA-ARRANQUE H (m) ClaN, D (mm)

Tractores de orugas 2-4 50 - 125

Excavadoras de ca-bles e hidráulicas.Dragalinas y rotopa-las 10 - 15 125 - 250

VELOCIDAD CONSUMOMAQUINA DE SISMICA ESPECIFICOARRANQUE (mis) (g ANFO/m3)

Tractores de orugas(575 kW) 3.000 230

(343 kW) 2.500 130

(250 kW) 2.000 130

(160 kW) 1.200 80

Excavadora decables 1.800 180

Excavadorahidráulica 2.000 190

Dragalina 1.500 220

Rotopala 1.200 110

madas entre las velocidades sismicasmáximas y losconsumos especificos de explosivo, referidos al ANFO,para llevar a cabo adecuadamente las prevoladuras. Esde destacar que conforme las velocidades bajan en elmismo sentido lo deben hacer las cargas de explosivo.

Los esquemas de perforación pueden ser cuadradoso al tresbolillo con ,,8 = S".

En cuanto a la inclinación de los barrenos, con diá-metros pequeños y pequeñas tongadas como el únicofrente libre suele ser la propia plataforma de trabajo, serecomienda llegar a ángulos próximos a los 45°, lo cualobliga a ir a sobreperforaciones entre ,,15 y 20 D». Enlos grandes diámetros con mayores alturas de banco silos equipos son rotopercutivos se puede realizar laperforación con inclinaciones entre 15° y 30° Y si losequipos son rotativos entre 15° y la vertical.

En cuanto al cebado, se aconseja realizar éste concordón detonante y en caso de emplear detonadoressituarlos en cabeza.

El tamaño de las voladuras interesa que sea lo mayorposible, a fin de que en su ejecución y extracción delmaterial no se vean afectados los equipos de carga ytransporte.

En general, no deben existir problemas de proyec-ciones si se efectúa de forma adecuada el retacado conuna longitud mínima de ,,35 D» y sólo las vibracionespueden ser causa de limitación. No debe olvidarse queen este tipo de voladuras las cargas están más confi-nadas y en comparación con una pega convencionallas vibraciones son mayores.

Para reducir este problema es posible emplear re-lés de microrretardo como se indica en la Fig. 21.23,pero eligiendo unos tiempos no demasiado grandes,ya que la dirección principal de movimiento de la rocaes hacia la superficie y existe cierto riesgo de cortes.

-~ sPUNTO DEINICIACION

- -- --- -----

""'"

PRIMER BLOOUEDE BARRENOS

- ~----RELE DE15m,

~ ~ ,;' ~ r

Figura 21.23. Prevo/adura disparada con cordóndetonante de bajo gramaje y relés de microrretardo.

298

~9. VOLADURAS COYOTE

En algunos casos especiales, el método más econó-.mico de realizar desmontes en terrenos montañosos u ' /

obtener material de escollera en canteras consiste enutilizar las "voladuras coyote". Estas se realizanmediante una serie de pequeñas galerías principales, ' /

excavadas al nivel de la plaza de la cantera y perpendi-culares al frente, desde las cuales se efectúan recortes

o transversalesparalelosal pie del talud,dentrode los " /

que se colocan las cargas de explosivo, Fig. 21.24.La distribución espacial del explosivo es muy deficien-

te, razón por la que estas voladuras sólo son aconseja-blesen macizosintensamentefracturadoso cuandose ' /

quiere producir escollera.

'---"

1.- 25 mI "1

': 1JC._~25m .~

' /Planta

(O) Sección

' /

~30 m I

I

25 m :

25 m ,

Frente

' /

Planta' /

(b)Sección

' /

Figura 21.24. Esquemas de labores subterráneas en voladu-ras coyote con diferentes alturas de desmonte.

,~

Los mejores resultados se obtienen generalmentecuando los frentes tienen alturas entre 20 y 30 m, paraalturas superiores es preciso realizar una segunda serie ' o

de transversales. La longitud de las galerías principalesse aconseja que sea de 0,6 a 0,75 veces la altura del'frente de cantera, Fig. 21.25.

Una vez colocadas las cargas de explosivo dentro de ~los transversales, se debe proceder a tapar la galeríaprincipal con bloques de roca, o preferiblemente congrava, para que'actúe como lo hace el retacado de los ,~barrenos.

El cálculo de las cargas puede hacerse a partir de lasiguiente fórmula:

Q = K1 . K2 . 83

Donde: '----

Q = Carga de explosivo (kg).K1 = Factor que depende del tipo de explosivo.K2 = Factor que depende de las características de la

roca.

B = Distancia desde el centro de gravedad de la cargaa la superficie libre (m).

'----

" "

'---"

,/

En las Tablas 21.17 y 21.18 se dan unos valoresorientativos de los valores de K1y K2'

/

TABLA 21.17

I

I

TABLA 21.18

Los consumos específicos normales para un esque-ma de galería en T simple oscilan entre 0,5 y 0,75kg/m3, mientras que para T múltiples el consumo para laprimera T varía entre 0,6 y 0,75 kg/m3 y para la última Tentre 0,75 y 0,9 kg/m3, con unos valores medios paratoda la voladura de 0,7 a 0,85 kg/m3.

La pila de escombro generalmente presenta una altu-ra 1,5 veces menor que la altura del frente, sin embargola roca fragmentada se desplaza hasta 1,5 a 2 H desdeel pie original del frente.

TH' ALTURA I

"

CARGA

l. 0,6 a 0,76 H I

(o)

PERFIL DE LA PILADE ESCOMBRO

,~' ,fIIIIII

A

NUEVOFRENTE

~.,,»-""""""'~ 1,6 a 2,0 H ~(b)

Figura 21.25. Esquema de distribución del material rocosoen una voladura coyote, antes de disparar/a (a) y después de

disparar/a.

10. VOLADURAS DE CONSOLlDACION DE TERRE-NOS SUELTOS NO COHESIVOS

Las voladuras de consolidación han sido utilizadas

durante los últimos cincuenta años para aumentar ladensidad de suelos sueltos no cohesivos. Es una técni-

ca particularmente indicada para tratar materiales quese encuentran a una profundidad excesiva para las téc-nicas convencionales. Aunque las voladuras de consoli-dación se han utilizado para limitar los asentamientos,son más comúnmente empleadas para prevenir la licue-facción de sedimentos bajo cimentaciones o apoyos. El

- fenómeno de licuefacción puede aparecer por la aplica-ción de cargas rápidas, asociadas a tensiones de ciza-lIamiento o a actividad sísmica.

Las voladuras de consolidación de sedimentos suel-

tos fueron usadas por primera vez en Rusia en 1936(Ivanov, 1980). Desde entonces esta técnica de voladu-ras se ha aplicado en las cimentaciones de presas(Solymar, 1984; Ivanov, 1980), también, para mejoraruna plataforma de perforación en el Artico (Stewart yHodge, 1988), en rompeolas o espigones portuarios(Carpentier et al, 1985) y, más recientemente, en Chico-pee, Massachusetts, en una zona de 35.000 m2 sobre laque se quería construir edificios industriales y comercia-les, estando el subsuelo constituido por un depósito dearenas aluviales saturadas, con un espesor máximo de15 m y, también, en el tratamiento del dique de unapresa de residuos de arenas bituminosas en la mina deSuncar Oil Sands, cerca de Fort McMu~ray en Alberta,Canadá (1991).

En España existe un antecedente de una obra enValencia en la que en el año 1987 se aplicó este proce-dimiento para consolidar una capa de arena de 17 m deespesor. .

10.1. Mecanismos presentes en las voladuras deconsolidación

La detonación de cargas explosivas en arenas sueltasprovoca en ellas la licuefacción. El mecanismo de densi-ficación de las arenas por voladuras comprende tresetapas básicas:

1. Inmediatamente después de la detonación, la ondade choque se propaga a través del medio, rompien-do todas las uniones existentes entre las partículasde arena, tanto las debidas a la fricción como a lacementación. Esto da lugar a una disminución mar-ginal de la densidad y a la anulación de las tensio-nes efectivas durante un corto período de tiempo.

Los granos de arena comienzan inmediatamente areagruparse o colapsar, con una estructura estadís-ticamente más densa o compacta. La disminucióndel volumen de huecos incrementa la presión deporo y expulsa parte del fluido existente de laestructura colapsante. El efecto de la detonación esconsiderablemente mayor en el caso de suelos par-cialmente saturados con agua que en el caso de unsuelo totalmente saturado. Una buena parte delfenómeno de densificación, probablemente, tienelugar durante esta etapa en la que puede perdurarhasta 24 horas.

2.

299

TIPO DE EXPLOSIVO VALORESDE K1

Gelatinoso 0,17ANFO 0,25

TIPO DE ROCA VALORDE K2

Roca blanda 1,2 - 2Roca media 2,2 - 3Roca dura 3,2 - 3,5Roca muy dura 4 - 4,5Roca agrietada pero sólida 3-5

3. Una vez que se ha disipado el exceso de presión deporo, la densidad aparente del suelo, reflejo de laresistencia a la penetración, continua incrementán-dose durante un período de hasta seis meses. Unfenómeno similar de curado o envejecimiento se haobservado en probetas de laboratorio y en materia-les depositados recientemente.

Actualmente existen varias teorías para explicar por-que se produce en los materiales tratados un aumentode la resistencia a la penetración -CPT (Cone Penetra-tion Test) con el tiempo. Schmertmann (1987) sugiereque tal incremento es debido a la recuperación de lastensiones horizontales. La orientación de los granos ylos lazos o contactos con fricción entre ellos gobiernanel desarrollo de dichas tensiones horizontales en lossuelos, estando acompañada de una lenta disipación de .las presiones de poro intergranulares.

10.2. Diseño de voladuras de consolidación

El objetivo de un proyecto de voladuras de consolida-ción es alcanzar una densidad de los materiales granu-lares deseada, manteniendo los efectos de las voladu"ras sobre estructuras ady?centes por debajo de unumbra1 de seguridad. Generalmente, esta técnica devoladuras es la más efectiva, desde el punto de vistaeconómico, debido a la profundidad y el volumen dematerial que es densificado.

Aunque cada proyecto de voladuras de consolidaciónrequiere un tratamiento particular, según las caracterís-ticas de los materiales y condiciones específicas dellugar, el diseño de este tipo de voladuras debe com-prender los siguientes apartados básicos:

- Procedimiento de perforación y carga de los barre-nos.

- Tipos de explosivos a utilizar.- Densidad de carga necesaria (e.g. espaciamiento

entre barrenos, profundidad, cargas de explosivos,etc.).

- Número de seccionado de cargas dentro de cadabarreno y retardos entre cargas.

- Tamaño de las voladuras y tiempo transcurrido entrepegas sucesivas.

- Efectos de las voladuras sobre las estructuras exis-tentes.

- Efectividad de las voladuras y criterios de aceptabili-dad de las mismas.

- Efectos de envejecimiento sobre las arenas.

Al igual que sucede con otros tipos de voladuras, granparte de los parámetros anteriores deben ser ajustadosmediante voladuras de ensayo o a escala, antes depasar a las voladuras del programa de consolidación.

10.2.1. Procedimiento de perforación y carga delos barrenos

Las técnicas de perforación que pueden emplearsepueden ser varias. No obstante, se ha comprobado enla práctica que los barrenos deben entubarse para pro-ceder a una carga más fácil.

300

'--Generalmente se perforan con equipos a rotación con

bocas de trialetas o bialetas montadas en el extremo delvarillaje interior. El fluido de barrido se usa para atrave-sar sólo las capas más duras de material, pues el suelo '--perforado puede evacuarse mecánicamente con lasbarrenas helicoidales.

Una vez alcanzada la profundidad deseada, se acon- '----seja en suelos húmedos rellenar los barrenos con agua,especialmente cuando se va a realizar la retirada delentubado. Con esto se pretende reducir el riesgo de "-invasión del barreno por arenas fluidas que puedanascender desde el fondo de la tubería abierta.

En algunos casos, se ha perforado sólo con aire,dejando la tubería exterior que se había clavado cuando "-se realizaba el barreno. Esta práctica es aconsejadacuando las arenas están bastante secas.

Los explosivos utilizados deben tener una cierta rigi- "-dez con el fin de formar columnas de varios cartuchosadosados al cordón detonante o tubo del detonador enel caso de ser de tipo NONEL. Una vez formada cadacolumna se retira el varillaje interior y se introducen las "-cargas dentro de los barrenos con auxilio de un ataca-dor, tal como se muestra en la Fig. 21.26, pasando acontinuación a extraer lentamente la tubería de revesti- '---miento. Las arenas sueltas invaden el hueco del barre-no, produciéndose un acoplamiento total con las cargasde explosivo.

En caso de producirse un ascenso de las columnasde explosivo o atascos de éstas dentro de las tuberíasserá preciso ejercer una mayor presión con los atacado-res o rellenarconagua rápidamenteel volumenocupa- "-

do por éstos dentro de los barrenos.

"-

"-

"-

"-

"-

'-

'-

'-

Figura 21.26. Procedimiento de carga de los barrenos y reti-rada de las tuberías de revestimiento. '-

"

/10.2.2. Dimensionado de las cargas de explosivo

Los consumos específicos necesarios para los dife-/ rentes trabajos varían en un rango amplio, dependiendo

del tipo de material, geometría y grado de compactacióndeseado. Comúnmente, los consumos específicos utili-

/ zados se encuentran entre los 15 y los'30 g/m3.En la práctica se sigue una simple regla para la distri-

bución de las cargas, basada en el criterio del Número

/ de Hopkinson para la licuefacción. Las fórmulas utiliza-das son las siguientes:

- Para licuefacción total:

0'/31 R = 0,17 ó mássiendo:

R = Distancia entre cargas (m).O = Carga de explosivo (kg).

- Para evitar la licuefacción:

0'/31 R = 0,12 ó menos.

Considerando que «Ht', es el espesor de material aconsolidar, generalmente entre 2 y 1O m, y la longitudde carga «1»,el criterio de diseño se establece a partirde:

0= 0,050. 13,

siendo:

I = 2/3 . H¡

El centro de la carga debe estar aproximadamente a2/3 H¡ del techo del estrato o capa a densificar.

Las expresiones anteriores sirven para una primeraestimación, dentro de los objetivos generales de un pro-yecto de tratamiento de materiales sueltos.

En cuanto a los esquemas de perforación pueden serrectangulares o al tresbolillo, aunque generalmente seutilizan éstos últimos por presentar una mejor distribu-ción espacial del explosivo.

Como criterios básicos a tener en cuenta cabe indicar

lo siguiente:

- Pequeñas voladuras sucesivas son mejore~ue unasola voladura grande. Así por ejemplo, en el caso dela Fig. 21.27 se dispararían primero conjuntamentelas filas 1 y 7, después la 2 y 6 al cabo de 24 horas, yasí sucesivamente. .

- El grado de consolidación decrece en cada una delas voladuras sucesivas, pero el resultado final esmejor que con una única voladura.En un esquema prefijado dos cargas de X kg dentrode un mismo barreno producen un mejor resultadoque una única carga de 2X kg por barreno, Fig.21.28. Esto conduce a un menor consumo específi-co de explosivo por m3 de suelo objeto de consolida-ción.

El tratamiento de los terrenos mediante voladuras en

filas tiene la ventaja de someter al material de las filas

Figura 21.27. Esquema de voladura con barrenos al tresbolíllo.

adyacentes a diversas cargas cíclicas por el paso suce-sivo de las ondas de choque. Solymar (1984) ha puestode manifiesto que puede conseguirse una mayor conso-lidación de los terrenos sometiendo a éstos a diversas

pasadas de voladuras que con.una sola con superiordensidad de carga.

10.2.3. Tipos de explosivos

El criterio básico que se sigue en la selección del tipode explosivo es la seguridad. Los explosivos empleadosdeben soportar las presiones dinámicas de los barrenosadyacentes disparados o cargas secuenciadas dentrode un mismo barreno, de manera que no detonen porsimpatía o se supere la presión de muerte.

Por otro lado, como la colocación de las cargas dentrode los barrenos se suele hacer a través de las propiassartas de perforación o entubación, existe un riesgo dealtas temperaturas en algunos tramos y, también, la

ESPACIAMIENTO~ 1,5 x RCANTIDADDEEXPLOSIVO~ 100 UNIDADESCONSUMOESPECIFICO~ 1,0 UNIDAD

ESPACIAMIENTO ~ 2,0 x RCANTIDADDE.EXPLOSIVO ~ 236 UNIDADESCONSUMO ESPEClnco ~ 1,33 UNIDADES

SUPERFICIE DEL TERRENO

"\/I j ,\ -R- i

1\'" /1 /1I 11 I

I 1 I 1I I 1

1 1 I, I I

. 1/ 1 ~I !\ ,!

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- - - ~.:. ~~~ - - - - - -~~~~'-'~~~¿~- --

NIVEL INFERIOR DEL ESTRATO DENSInGADO

Figura 21.28. Comparaciónde esquemas con cargas conti-nuas y seccionadas.

301

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posibilidad de atranques. Es por ello que se deben usarexplosivos de baja sensibilidad al impacto y al calor.

También es frecuente que las arenas a consolidarpresenten un cierto grado de saturación de agua, por loque los explosivos deben ser resistentes a la misma.

Por todo lo indicado, los explosivos más indicadosson los hidrogeles y las emulsiones, y en el caso deriesgo de presión de muerte los mismos productos, perosensibilizados con microesferas de alta presión.

10.2.4. Tiempos de retardo

No existen unas reglas rígidas en lo relativo al retardoentre cargas. No obstante, se ha comprobado que dis-parando las cargas superiores dentro de los barrenossecuenciados se produce un «preacondícíonamíento»en la zona inferior, como consecuencia del aumento dela presión de poro, que hace más efectivas a las cargasinferiores. Esto permite el empleo de cargas de explosi-vo mucho más pequeñas en el fondo de los barrenos.

El estado de preacondicionamiento da lugar a unafuerte caída de las tensiones efectivas totales.

En los últimos proyectos realizados se han llegado autilizar retardos entre filas, dentro de una misma voladu-ra, entre 500 y 3.000 ms.

10.2.5. Iniciación de las voladuras

El sistema de iniciación que se aconseja, por su sim-plicidad y seguridad, es el constituido por el NONEL.Además de las características apuntadas, permite efec-tuar de manera eficiente el seccionado de cargas dentrode un mismo barreno y jugar de una manera más versá-til con los tiempos de retardo.

Durante la carga de los barrenos deben tomarse pre-cauciones para no dañar los sistemas de iniciación.

10.2.6. Control de las vibraciones

El retardo entre la detonación secuenciadá de las car-.gas de explosivo, además del efecto de preacondiciona-miento de los materiales a tratar, sirve para reducir laintensidad de las vibraciones terrestres. .r

No debe olvidarse que las cargas se encuentran total-mente confinadas, por lo que una gran parte de la ener-gía producida por el explosivo se transforma en ondaselásticas. Por otro lado, en este tipo de voladuras lasfrecuencias de vibraCión del terreno son por lo generalmás bajas que las que aparecen en los trabajos de vola-dura de rocas. Estas vibraciones, aunque no tengangran intensidad, son más peligrosas para las estructu-ras construidas, pues las frecuencias dominantes seaproximan a las frecuencias de resonancia característi-cas.

Por todo ello, se aconseja que cuando se inicie unproyecto de voladuras para densificar suelos se lleve acabo paralelamente un estudio y control riguroso de lasvibraciones generadas.

302

10.2.7. Asentamientos asociados a la consolida-ción

'--

Numerosos ensayos efectuados en distintas obras ',-han demostrado que, cuando se trata de arenas sueltas,el efecto de consolidación llega a una distancia un 50%superior a la profundidad a la que se encuentran las car- "-

gas de explosivo. Al aumentar la densidad disminuye laprofundidad del efecto a un rango entre 1,2 Y 1,3 la pro-fundidad de la carga, Fig. 21.29. "-

R f'\cix '-

--- '------/H

~r 1+,~"- I -

// 2

//'"

'--

"-

Figura 21.29. Cubeta de asentamientos (1)Y zona de con-solidación (2) al dispararse una carga de explosivo enterrada.

"-

Si se define como zona de influencia aquella parte de "-la superficie cuyo asiento es mayor de 1 cm, se tieneque el radio máximo de esta zona es:

Rmáx' = K . Q'/3.'-.

El coeficiente «K» se recoge en la Tabla 21.19 paradistintos tipos de suelos. "-.

TABLA 21.19

'-.

'-

'-.

Los asientos que experimentan los terrenos tratadospueden llegar a ser muy importantes, así por ejemplo enuna obra efectuada en Valencia se midieron descensosen 24 h de hasta 70 cm.

'-.

"

11. VOLADURAS APLICADAS A LA RESTAURA-CION DE TERRENOS. VOLADURAS GEOECO-LOGICAS. "

Hoy en día, existe un gran número de canteras aban-donadas y otras en explotación en todo el mundo. Enmuchos casos, tanto su localización como su diseño haobedecido exclusivamente a criterios de tipo geológico,técnico y económico.

"

TIPO DE SUELO DENSIDAD K

Arena fina 0-0,2 25-150,3-0,4 8-7

>0,4 >7Arena media 0,3-0,4 8-7

> 0,4 >6

.../

El paisaje es actualmente un recurso natural cada vez- más demandado. Este puede definirse como la parte

fácilmente perceptible, polisensorialmente, de un siste-.../ ma de relaciones que subyace al territorio. Está consti-

tuido e influido por los materiales geológicos y sus for-mas fisiográficas, por la vegetación que cubre los terre-

J nos y los colorea, por las actividades del hombre querepuebla, cultiva, etc.

No hay duda que la minería a cielo abierto produce

J notables impactos visuales, como consecuencia de lasgrandes excavaciones y depósitos de estériles, que danlugar a importantes modificaciones fisiográficas y pérdi-das de calidad del paisaje.

Dentro de las labores de recuperación el remodeladose configura como una de las operaciones principales,

~ pues facilita el establecimiento de un sustrato estable y../ permite controlar la erosión hídrica. En los frentes roco-

sos de las canteras los procesos erosivos y meteorizan-", tes actúan desde que éstos se abandonan, pero para

../ llegar a unas formas similares a las del paisaje naturaltendrían que transcurrir cientos o miles de años. Esta esla razón por la que desde hace poco tiempo se están

""' estudiando nuevas técnicas para acelerar tales proce-../ sos mediante el empleo de explosivos en las voladuras

denominadas geoecológicas.""' A continuación, se describen distintas posibilidades../ de aplicación de las técnicas de perforación y voladura

a los trabajos de restauración, tanto de huecos de exca-vación como de escombreras de estériles,

/

.../

11.1. Modelado de los huecos finales de excava-ción

/

Una vez alcanzada la posición final de los taludesgenerales de los huecos proyectados, tanto si se trata

../ de un frente escalonado o con banco único, se procedea aplicar algunas de las técnicas de tratamiento de

~ éstos. Dichas técnicas dependerán de las condiciones/ de estabilidad, tipo y dimensiones del frente, disponibili-

dad de materiales de relleno, naturaleza del mismo, yposibilidad de simultaneidad de algunas de las actuacio-nes técniGas.

/ Una práctica habitual es la realización de voladurasde contorno, precorte o recorte. Los frentes de los talu-

. des excavados con este tipo de voladuras suelen tener/ pendientes elevadas, pues, entre otras cosas, se persi-

gue generalmente que el talud general tenga lE!máxima" inclinación posible para mover poco estéril o'fecuperar/ un mayor volumen de reservas. Esas inclinaciones son

excesivas para la instauración de la vegetación, salvopara los líquenes o musgos que puedan aparecer al

, cabo del tiempo si las condiciones son favorables. Por../ este motivo, desde el punto de vista de la restauración,

la presencia de superficies lisas, compactas y muy" escarpadas, como las que se consiguen con las voladu-/ ras de contorno, suponen un inconveniente para la reve-

getación.Con el fin de aportar a los taludes finales un aspecto

más natural y poder alcanzar superficies más tendidas y/ con un mayor porcentaje de finos capaces de aportar

elementos nutrientes y un sustrato con una mayor" potencialidad de suelo puede recurrirse a las técnicas/ siguientes de voladura:

/

A. FRENTES DE BANCO UNICO

En taludes de un solo banco en roca, de grandesdimensiones, se pueden realizar los siguientes tipos devoladura.

Voladuras de remodelado parcial a lo largodel frente .

Consisten en la perforación de barrenos bastanteespaciados entre sí, que una vez disparados provocanel arranque de la roca por delante de los mismos, depo-sitándola al pie del talud conformando montones demenor pendiente sobre cuyas laderas se sembrará.Como las grietas generadas por cada dos barrenos nollegan a interconectarse el contorno del talud se veráirregular, Fig. 21.30 a.

Voladura de remodelado total en el frente

Si además de tender el ángulo de talud se buscacrear pequeñas bermas o repisas donde se acumule elmaterial fragmentado para favorecer la revegetación,las voladuras se perforan con varias filas de barrenos,teniendo cada una de ellas diferentes profundidades,Fig. 21.30 b.

~fl-~/SEcaeN

_/---

, - VOLADURA DE REMODELADO PAROAL

~¡r /--

b. - VOLADURA DE REI.fODELADO TOTAL

Figura21.30. Voladuras diseñadas para el remodelado delfrente de un banco único de excavación.

303

B. Frentes con varios bancos

En los taludes finales en los que se hayan dejadovarios bancos, con sus bermas respectivas, se podránaplicar las siguientes técnicas de voladura.

Voladuras de descabezamiento para el rellenoparcial de las bermas

Con estas voladuras no se modifica la pendientegeneral del talud, pero sí la de la cara de los bancos,pues al fragmentar la roca de la parte alta de éstos ydejarla depositada en las bermas horizontales, losángulos que se alcanzarían estarán comprendidos entrelos de reposo del material proyectado (33° a 38°) y losde la roca excavada por acción del explosivo, quedependerán de la inclinación de los barrenos.

El diseño de las voladuras debe ser tal que garanticela integridad del macizo rocoso residual; para ellopodría recurrirse a la combinación de las técnicas deprecorte y de las voladuras amortiguadas, con una odos filas.

Voladuras puntuales para la excavación de hoyos

Esta técnica de tratamiento de los taludes consiste en

la perforación de pequeños barrenos y disparo de car-gas que con pequeña longitud, aproximadamente 80,como si se tratara de cargas esféricas, permiten por laexcavación en cráter crear los hoyos necesarios para laimplantación de especies arbóreas y aumentar ligera-mente la fracturación natural del macizo rocoso paraayudar al desarrollo radicular de la vegetación.

En ocasiones, como se realiza en algunas canterasdel Japón, sólo se perforan barrenos, incluso inclinados,sobre las caras de los bancos para proceder posterior-mente a la plantación.

11.2. Modelado de escombreras y tratamiento desuperficies

Las escombreras son estructuras destinadas a alojarlos estériles que se producen durante la explotación delos minerales. Tanto en minería subterránea como a

cielo abierto se generan estos materiales de desecho,pero en mucha mayor cantidad en este último sector.

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Estabilización y remodelado de escombreras

Durante la construcción de las escombreras aparecencon frecuencia fenómenos de inestabilidad o de riesgopotencial, en forma de abombamiento, que es precisocorregir.

Los abombamientos de cresta, que se forman cercade la cabeza de las escombreras con unas sobrepen-dientes cóncavas del frente superiores a los ángulos dereposo de los materiales, están provocados por la defi-ciente segregación y por la trabazón de los bloques quepueden producirse en la parte alta. Aunque en la prácti-ca puede continuarse vertiendo, si la sobrependiente escontinua se puede generar un rápido asentamiento queafecte a la parte superior de la escombrera y obJigue al

304

"--cierre temporal de esa zona de vertido. En la Fig. 21.31se representa una sección transversal de un vertederodonde para eliminar el riesgo de rotura del borde, bajo elpesode los volquetescargados,se disponendos filas '----de barrenos, con las que se consigue reducir la pen-diente en el nivel más alto de dicha estructura.

'--

,~

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',--

'---PERFIL APROXIMADO DESPUES DE LA VOLADURA

Figura 21.31. Estabilización de una escombrera.'--

En lo referente a las cargas de explosivo, si éste se '--utiliza a granel, pueden prepararse con tubos de plásti-co o PVC para evitar la pérdida entre los huecos exis-tentes y garantizar la continuidad de las columnas e ini- "-ciación de las mismas. Como los materiales ya seencuentran fragmentados y sólo se necesita una peque-ña removilización, los explosivos adecuados son aque-llos que desarrollan una elevada Energía de Burbuja o '--volumen de gases, tales como el ANFO y sus derivados.En el momento del disparo, debe prestarse un cuidadoespecial y tomar las medidas de 3eguridad adecuadas '--frente a las posibles proyecciones, retirando todos losequipos mineros próximos al área de voladura.

"-

Descompactación y preparación de los hoyos

Uno de los factores físicos que afecta al crecimiento '-de la vegetación es el nivel de compactación de los sue-los. En el caso de las escombreras el paso de la maqui-naria, fundamentalmente volquetes, da lugar a la exis- "-tencia de capas compactas próximas a la superficie queimpiden el normal desarrollo de las raíces, tanto porfalta de aireación como por resistencia mecánica a lapenetración. Las capas compactas con alto contenido "-en arcilla, cuando están húmedas, son relativamenteimpermeables al agua y al aire.

La descompactación suele efectuarse con equipos "-mecánicos, tractores de ripado, arados subsoladores,arados escarificadores, etc.

La presencia de algún bolo aflorante de gran volumen "-puede exigir para su fragmentación el empleo de explo-sivos, pero tales situaciones no son frecuentes si en laplanificación del proyecto se contempla la utilización demateriales finos o suelos retirados y apilados para la "-

recuperación de los terrenos.En cuanto a las superficies excavadas, suelen ser

compactas con un porcentaje de finos muy pequeños, "'-

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/ CARTUCHODE EXPLOSIVO

---~-

/ Figura 21.32. Fisuración con explosivo de un estrato compacto.

que imposibilitan el establecimiento de la vegetación,tanto más cuanto mayor sea la pendiente.

Un procedimiento muy empleado en estos casos parafacilitar la revegetación de las plataformas o plazas delas canteras consiste en disparar pequeñas cargas de

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