UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA EN GEOLOGÍA, MINAS, PETRÓLEOS Y AMBIENTAL ESCUELA DE MINAS PERFORACION Y VALADURA II NOMBRE: Daniel Narváez
SEMESTRE: Séptimo
LA GEOMECÁNICA EN LA PERFORACIÓN Y VOLADURA DE ROCAS En el diseño de voladuras, las características físicas, químicas y mecánicas de las rocas, así como la estratigrafía y los rasgos estructurales del macizo rocoso, juegan un papel importante pues determinan la geometría de la voladura, el consumo específico y la regulación de los tiempos de retardo tanto en voladuras a cielo abierto como subterráneas, pero también el consumo de aceros de perforación y las molestias sobre la comunidad y el entorno. Los elementos básicos de geología que tienen t ienen incidencia en la perforación y voladura son: 1. Las características físicas y mecánicas de las rocas que conforman el macizo rocoso, 2. La estratigrafía, esto es, la presencia de estratos menos resistentes, y eventualmente más delgados, y presencia de cavidades y 3. Los rasgos estructurales, esto es, la presencia de planos de estratificación, diaclasas principales y secundarias, en lo que que tiene que ver fundamentalmente fundamentalmente con sus actitudes. Otro parámetro que debe tenerse en cuenta en un diseño racional, el principio de una buena voladura se fundamenta en una buena supervisión al proceso de perforación. CARACTERÍSTICAS FÍSICO-MECÁNICAS DE LAS ROCAS Los materiales de los macizos rocosos poseen ciertas características ingenieriles función de su origen y de los procesos geológicos posteriores a los l os que han podido estar sometidos. í gnea homogénea son normalmente densas y la fragmentación Rocas Ígneas: Las masas de roca ígnea uniforme resultante de un procedimiento de voladura y una malla determinada, puede ser menos problemática que la que se tendría en masas masas rocosas sedimentarias o metamórficas. Los sistemas de diaclasa que existen normalmente, exhibiendo dirección e inclinación con una orientación preferencial específica influencian tanto la fragmentación como las condiciones de regularidad del frente y el fracturamiento del macizo rocoso detrás de la última línea volada.
Rocas Sedimentarias: Las rocas sedimentarias presentan una variación más amplia de problemas de voladura, por ejemplo, las calizas inorgánicas de origen químico químico son más densas y usualmente algo más frágiles que las orgánicas, más porosas y resilientes que las primeras; esto sugiere que para estos casos, puede dar mejor resultado en la voladura un agente de voladura de baja velocidad que dilate la roca, que uno con una velocidad mayor. La consistencia del material cementante en los aglomerados, areniscas y pizarras, influye notoriamente en la voladura y fragmentación de estas rocas.
Rocas Metamórficas: El bandeamiento en una roca metamórfica tal como el gneis, tiene una influencia preponderante en la fragmentación. Las voladuras perpendiculares al bandeamiento producirán resultados diferentes a las realizadas paralelas a dicha dirección. Propiedades físicas y mecánicas de las rocas. Las propiedades físicas y mecánicas más importantes de las rocas que influyen sobre el buen diseño de una voladura, son: la densidad, las resistencias dinámicas, la porosidad, la fricción interna, la conductividad, la velocidad de la onda longitudinal, el módulo de elasticidad, la relación de Poisson , el índice de expansión. LA DENSIDAD: En general, las rocas de baja densidad se deforman y rompen con facilidad, requiriendo un factor de energía relativamente bajo, en tanto que las rocas más densas demandan de una mayor cantidad de energía para lograr una fragmentación satisfactoria así como un buen desplazamiento y esponjamiento del material volado. En rocas con alta densidad, para que el empuje impartido por los gases sea el adecuado, deben tomarse las siguientes precauciones: aumentar el diámetro de perforación para elevar de esta manera la presión de barreno, reducir el esquema y modificar la secuencia de encendido, mejorar la efectividad del retaque con la finalidad de aumentar el tiempo de actuación de los gases y obligarlos a que escapen por el frente libre y no por el mismo barreno y utilizar explosivos con una alta energía de empuje. Este parámetro es quizá el más utilizado en las expresiones que permiten determinar parámetros geométricos tales como el burden, pero también en la determinación de la impedancia. TENACIDAD: La tenacidad refleja fundamentalmente la capacidad de un material para absorber energía durante la deformación plástica. En una prueba estática, esta energía se mide por el área bajo la curva esfuerzo - deformación, la cual representa el trabajo requerido para fallar la muestra. El módulo de tenacidad, es la máxima cantidad de energía de deformación por unidad de volumen que el material puede absorber sin fracturarse; se expresa en kg.cm/cm³. RESILIENCIA: La capacidad de un material para absorber energía en el rango elástico, se conoce como su resiliencia (Jastrzebski, 1959). El módulo de resiliencia es la máxima cantidad de energía de deformación por unidad de volumen que el material puede absorber hasta el límite elástico; se expresa en kg.cm/cm³ y está representado por el área bajo la curva, esfuerzo deformación, en la zona elástica. Las dos propiedades, esfuerzo en el límite elástico y elasticidad, que al parecer influyen, en gran parte, sobre la resistencia a la compresión, intervienen en la determinación del módulo de resiliencia. RIGIDEZ La rigidez está caracterizada por el módulo de deformación o módulo de elasticidad, el cual es el factor de proporcionalidad entre el esfuerzo normal y la deformación relativa que sufre la muestra de roca; su valor en la mayoría de las rocas varía entre 0,3 x 105 y 1,7 x 105 MPa, dependiendo fundamentalmente de la composición mineralógica, la porosidad, el tipo de deformación, y la magnitud de la carga aplicada.
LA CONDUCTIVIDAD: Fugas o derivaciones de corriente pueden presentarse cuando los detonadores se colocan dentro de barrenos en rocas de cierta conductividad, como los sulfuros
complejos o las magnetitas, y esencialmente cuando las rocas son abrasivas y existe agua en el entorno de la pega. LA VELOCIDAD DE LA ONDA LONGITUDINAL: La velocidad de la onda longitudinal es la velocidad a la cual la roca transmitirá las ondas de compresión: mientras más densa y homogénea sea la roca, más eficientemente se propagarán las ondas. EL MÓDULO DE ELASTICIDAD: Es la medida de la rigidez de la roca; esto es, la medida de la capacidad que tiene la roca a contrarrestar o resistir la deformación. Mientras mayor sea este módulo, mayor oposición presentará la roca para ser fracturada. EL ÍNDICE DE EXPANSIÓN: Se refiere al aumento de volumen que ocuparía un metro cúbico de roca en banco, al ser volado. Depende de la granulometría y de su grado de acomodación ESTRATIGRAFÍA: Las voladuras en zonas en donde se produce un cambio litológico drástico y, consecuentemente, una variación de las propiedades de las rocas, obligan a una reconsideración de los diseños. Deben colocarse, por ejemplo, espaciadores en arcilla o gravilla entre la carga del barreno en donde la presencia de lodolitas, por ejemplo, indica que es posible una explosión prematura. A menudo, estratos de lutita o arcillolita muy blandos, se encuentran concentrados en una pequeña longitud del barreno, los cuales deben ser tratados de la misma manera a fin de prevenir una pérdida de energía del explosivo. Los yacimientos estratiformes semi horizontales que presentan algún horizonte muy resistente, pueden conducir a un tipo de voladuras particular en los que las cargas se alojen perfectamente confinadas, a la altura de tales horizontes. RASGOS ESTRUCTURALES La característica más importante de todos los macizos rocosos es la presencia de discontinuidades; en efecto, todas las rocas en la naturaleza, así como todos los macizos rocosos, poseen algún grado de discontinuidad, microfisuras, cavidades, etc. que influyen de manera decisiva en las propiedades físicas y mecánicas de las rocas y los macizos, y, por consiguiente, en los resultados de las voladuras.
BIBLIOGRAFÍA APONTE G., Javier. Influencia de la Geomecánica en las Excavaciones a Cielo Abierto mediante el uso de Explosivos. CORREA, Álvaro. Notas de clase del Curso Materiales para Carretera. Posgrado en Geotecnia. Universidad Nacional de Colombia, 2005. CORREA, Álvaro. Notas de clase del Curso Mecánica de Rocas. Posgrado en Técnicas Modernas de Voladuras. Escuela de Ingenieros Militares Geotecnia, 2009 . DUNOD. Técnicas de la Voladura Eficiente. Curso de Educación Continuada, 1995. ITGM. Manual de Perforación y Voladura de Rocas, Madrid, 1994. https://es.scribd.com/document/185771675/LA-GEOMECANICA-EN-VOLADURAS-DEROCAS-pdf
