PAG. 30 -36 PROPIEDADES DE LOS EXPLOSIVOS Un explosivo tiene 3 características: 1. Es un compuesto o mezcla química que se inicia por calor, choque, impacto, fricción, o una combinación de estas condiciones. 2. Cuando se inicia mediante un detonador o “booster”, se descompone rápidamente generando una detonación. 3. Con la detonación, se produce una liberación rápida de calor y grandes cantidades de gases de alta presión, los que se expanden rápidamente con la potencia suficiente para vencer fuerzas de confinamiento, ejemplo: la fuerza de confinamiento ejercida por la masa rocosa que rodea al explosivo.
LA ENERGIA LIBERADA POR DETONACION PRODUCE CUATRO EFECTOS BASICOS 1. 2. 3. 4.
Fragmentación de roca Desplazamiento de la roca Vibración del terreno Sobrepresión del aire
VELOCIDAD DE DETONACIÓN: Es la velocidad a la que la onda de detonación viaja a través de una columna de explosivos, esta velocidad supera la velocidad del sonido a través del explosivo. Esta se emplea para calcular la presión de detonación de un explosivo, se mide en pies por segundo (p/s) o metros por segundo (m/s). Existen diversos factores que afectan la velocidad de detonación incluyendo el tipo de explosivo, el diámetro de la columna de explosivos, el confinamiento, y la temperatura.
TIPO DE EXPLOSIVO Las velocidades de detonación de explosivos varían desde 5400 p/s (1640 m/s) para explosivos utilizados en minas de carbón, hasta 25,000 p/s (7,600 m/s), para aumentadores de pentolita. Los explosivos hoy en día tienen velocidades que caen dentro del rango de 10,000 a 18,000 p/s (3,000 a 5,500 m/s).
ANGULO DE CHOQUE: El ángulo de onda de choque depende de la diferencia entre la velocidad de detonación del explosivo y la velocidad de la onda de choque en el agua.
DIAMETRO DE LA CARGA EXPLOSIVA: Dependiendo del explosivo y sus características de confinamiento, el diámetro influirá en la VOD hasta en un cierto diámetro de carga. Mientras más grande sea el diámetro, mayor será la velocidad hasta alcanzar la velocidad de detonación ideal del explosivo la VOD depende de la densidad del explosivo. Una velocidad de explosivos puede incrementarse desde un valor de 6500 p/s (2000 m/s) a densidad cero, hasta 21,500 o 26,200 p/s (600 u 8000 m/s).
DIAMETRO CRÍTICO:
Consiste en el diámetro de carga mínimo en el cual es proceso de detonación, una vez iniciado se sostiene a sí mismo, por lo que la VOD decrece al decrecer el diámetro de la carga y la presión de confinamiento.
Consiste en el diámetro de carga mínimo en el cual es proceso de detonación, una vez iniciado se sostiene a sí mismo, por lo que la VOD decrece al decrecer el diámetro de la carga y la presión de confinamiento.
GRADO DE CONFINAMIENTO DE UN PRODUCTO Mientras mayor sea el confinamiento de un explosivo, mayor será la velocidad de detonación. Para explosivos no ideales (explosivo que libera su energía lentamente, usualmente presenta zonas de reacción más grandes y contribuye con una fracción pequeña de su energía total a sostener la onda de choque). Dependiendo del tipo de explosivo, el grado de confinamiento tiene un efecto menor en la velocidad a medida que el diámetro del explosivo aumenta. A medida que los gases en expansión comprimen el material, la energía se pierde rápidamente y la presión y la temperatura disminuyen abruptamente en los productos de reacción.
EFECTO DE LA TEMPERATURA Los cambios en la temperatura inicial tienen efecto en la velocidad de detonación. El descenso de la temperatura reduce la sensibilidad de los explosivos que son sólidos porosos a temperaturas normales, y que contienen poco líquido, resultan muy poco afectados a temperaturas bajas normales como ejemplo de ello: el ANFO y los aumentadores de pentolita. Esto se debe a que tales explosivos contienen muchos espacios vacios que actúan como puntos de calor intenso para mantener la reacción cuando son golpeados por la onda de detonación. La VOD de explosivos menos sensibles que contienen líquidos en determinada cantidad ejemplo: soluciones oxidantes, como hidrogeles y emulsiones son afectadas por temperatura, pero se pueden diseñar formulas para minimizar este efecto.
EFECTOS DEL CEBADO Un cebado adecuado garantiza que el explosivo alcance su velocidad máxima, y por ende un cebado inadecuado da como resultado que el explosivo no detone.
METODOS PARA MEDIR LA VELOCIDAD DE DETONACION Hay dos clasificaciones generales para los métodos de medición: 1.- Pruebas de velocidad de “punto a punto”. 2.- Pruebas de velocidad continúa o casi continúa.
PRUEBAS DE PUNTO A PUNTO Para medir la VOD en una columna corta de explosivos, es necesario medir un intervalo de tiempo muy corto con gran precisión., para esta prueba se emplea un instrumento electrónico (cronógrafo de conteo).
METODO DAUTRICHE Se utilizo antes de que los sistemas electrónicos estuvieran en el mercado. Se empleaba un trozo de cordón detonante con una velocidad conocida para determinar la velocidad de un cartucho de explosión mediante un ratio de comparación. Los extremos del cordón se insertaban dentro de la
carga en cualquiera de los extremos, el modo de detonación se iniciaba y se propagaba al extremo del cordón. Una marca previamente marcada en una lámina de plomo debajo del cordón indicaba el punto de coalición y la diferencia se calculaba desde la marca hasta el punto medio del c ordón.
carga en cualquiera de los extremos, el modo de detonación se iniciaba y se propagaba al extremo del cordón. Una marca previamente marcada en una lámina de plomo debajo del cordón indicaba el punto de coalición y la diferencia se calculaba desde la marca hasta el punto medio del c ordón.
METODOS CONTINUOS Y CASI CONTINUOS Estos métodos son: la técnica de la cámara de banda de luz, la técnica de velocidad pico y varias técnicas de velocidad continúa.
LA CAMARA DE BANDA DE LUZ Y LA CAMARA DE CUADROS Emplean un espejo de prisma rotatorio que “barre” la imagen de una detonación a través de una
franja de película. La cámara registra la luz de detonación, la cual ingresa a través de una ranura estrecha. La inclinación de la luz registrada se emplea para calcular la velocidad de detonación partiendo de la velocidad de banda de luz conocida, por lo cual es visto en la película, en donde un eje constituye el tiempo, el otro es la distancia.
TECNICA DE VELOCIDAD PICO (METODO DEL PIN OSCILOGRAFICO) Se usan en las pruebas de velocidad estándar, se utilizan alambres desnudos (pines) aislados del circuito a tierra en una carga explosiva. Este método emplea múltiples pines a distancias pre terminadas a lo largo de la columna de explosivos. Cuando la onda de detonación destruye estos, se descarga un condensador al terminal de salida de un generador. Los “picos” de la corriente
producida son usados como la señal vertical de un osciloscopio de señales transientales. La velocidad se determina desde la distancia entre picos y la distancia entre los blancos o pines y es útil para determinar la variación la VOD como ejemplo: los explosivos de baja sensibilidad en diámetros pequeños.
METODO DEL ALAMBRE DE RESISTENCIA Esta prueba requiere de una sonda de alta resistencia, un generador de corriente constante, y un osciloscopio. La sonda se coloca a lo largo de la columna de explosivos, a medida que la detonación recorre la columna de explosivos, el circuito se va cerrando por efecto de la detonación ionizada, eléctricamente conductiva. La longitud del alambre y, consecuentemente, la resistencia decrece a medida que el circuito se sigue cerrando. Esta velocidad de cambio resulta en un cambio de voltaje, el cual es monitoreado en el osciloscopio y en base a esto, la velocidad continua del explosivo se puede medir.
METODO CORRTEX Es un método moderno para obtener una medida caso continua de la velocidad de detonación en muchos de los taladros en una voladura, este método usa un dispositivo emplea una técnica de medida electrónica basada en un micro-procesador similar al radar para medir el acortamiento progresivo en un cable coaxial común en relación al tiempo, este método, se introduce un cable coaxial al interior de un taladro por arriba y abajo en todos y cada uno de los taladros en donde se
desee medir la velocidad de detonación, al cual se envía una señal de microonda a un extremo del cable y el otro extremo se coloca al fondo del primer taladro al iniciar. La señal de microonda se refleja desde el punto donde el circuito se cierra por efecto de la compresión y se compara con la señal continua que se envía a través del cable, en una unidad analizadora, la cual registra la
desee medir la velocidad de detonación, al cual se envía una señal de microonda a un extremo del cable y el otro extremo se coloca al fondo del primer taladro al iniciar. La señal de microonda se refleja desde el punto donde el circuito se cierra por efecto de la compresión y se compara con la señal continua que se envía a través del cable, en una unidad analizadora, la cual registra la velocidad de detonación local de cada taladro.
METODO SLIFER Fue desarrollado por Sandia National Laboratories y mide la propagación de las ondas de choque de explosiones nucleares, consiste en un cable coaxial colocado en el explosivo, por lo que a medida que el explosivo detona la frecuencia de la oscilación aumenta. Monitoreando la frecuencia en función del tiempo se puede determinar la velocidad de cambio de longitud del cable y por ende se logra la medición de la VOD.
PAG. 36-38 DENSIDAD Densidad del explosivo (cuando un explosivo se coloca dentro de un taladro), determina la sensibilidad, velocidad de detonación, diámetro critico de la carga, algunas veces se denomina gravedad, se expresa en gramos por centímetro cubico (g/cc).
La densidad de los explosivos varía en un r ango mínimo de aprox de 0.8 g/c c, a un máximo de 1.6 g/cc.
Los productos libres de fluido de nitrato de amonio/combustible dentro del rango de menor densidad de 0.8 a 1.15 g/cc.
El ANFO en prills aprox. De 0.82 a 0.88 g/cc.
Al agregar finos de Nitrato de amonio al ANFO tiene una densidad aproximada a 1.15 g/cc.
Los explosivos en cartucho, como emulsiones, hidrogeles y dinamitas va de 0.90 g/cc a 1.60 g/cc., teniendo la mayoría de estos productos una densidad de aprox. 1.10 a 1.35 g/cc. Debido a que la densidad de la gua es de 1.0 g/cc los taladros que contienen agua deben de tener una densidad mayor a 1.0 g/cc para que se pueda hundir y se debe tener en cuenta que el agua lodosa en un taladro puede tener una densidad mayor a 1.0 g/cc.
CALCULOS DE LA DENSIDAD Al calcular las cargas en un taladro, recuerden, las variaciones en el tamaño del taladro resultante del desgaste de la broca, de las capas suaves y duras de la roca, las variaciones en la compactación del producto, indican que las cargas calculadas son solo aproximadas.
DENSIDAD/SISTEMA DE CONTEO POR CARTUCHO Los productos a base de dinamita predominaban el mercado de los explosivos altos y se expresaba en número de cartuchos de 1 ¼” por 8” (32 mm x 20mm) que cabían dentro de una caja de 50
libras (22.7 kg), cuando se empleaba emulsiones, hidrogeles y productos de ANFO resulta útil describirlos en peso por pie o metro de taladro que se puede cargar con un explosivo. DENSIDAD CRITICA, “PRESION DE ANULACION”
libras (22.7 kg), cuando se empleaba emulsiones, hidrogeles y productos de ANFO resulta útil describirlos en peso por pie o metro de taladro que se puede cargar con un explosivo. DENSIDAD CRITICA, “PRESION DE ANULACION”
La sensibilidad de un explosivo puede reducirse cuando incrementa su densidad o excede la “densidad critica” e incluso los cebos de mejor calidad al presentarse este factor no detonaran el
explosivo como ejemplo de este fenómeno, se ve claramente en el ANFO
el cual es
“desensibilizado por presión”.
Todos los explosivos disponibles en el mercado están diseñados para detonar a niveles de presión normal, y si un explosivo se emplea a presiones inusualmente altos, se necesitaran realizar formulaciones especiales.
PAG. 38-39 PRESION DE DETONACION Esta se expresa en kilobares (kbar) o en gigapascales (Gpa), esta presión repentina creada, despedazara los objetos en lugar de de splazarlos y se le denomina “potencia rompedora”.
PRESION DE TALADRO O DE LA EXPLOSION Consiste en la presión de los gases explosivos expandidos hasta alcanzar el volumen incial del taladro. En teoría, la presión de la explosión representa cerca del 45 % de la presión de detonación, la presión efectiva del taladro en una voladura depende de que tan bien el explosivo llene el taladro.
PAG. 41-43 SENSIBILIDAD Se usa libremente en EEUU e indica la absoluta facilidad con que un explosivo puede ser inducido para reaccionar químicamente. En Inglaterra se usa el término de “susceptibilidad”. La sensibilidad
de iniciación de la onda de choque de un explosivo es la facilidad con la que este se puede ser inducido para detonar, y depende de la intensidad o del tamaño de la carga de iniciación. Algunos explosivos pueden iniciarse con un detonador, mientras que otros requieren un booster más grande. El término “iniciación por simpatía” de la detonaci ón se describe como una iniciación remota.
PRUEBAS DE IMPACTO, FRICCION, Y ONDA DE CHOQUE Cuando se trata de medir la sensibilidad de un explosivo a una iniciación accidental, se realiza una prueba de caída estándar para la dinamita y los explosivos. Consiste en dejar caer un peso específico desde alturas variadas, empleando el metdodo “Brucenton” arriba y abajo hasta que se
alcance una distancia de caída en la que el explosivo que se esta probando (por lo general, una sección o capa delgada colocada en papel de lija en la parte superior de un yunque de metal).
DIFERENCIA ENTRE DEFLAGRACIÓN Y DETONACION DETONACION: Una detonación es un drástico proceso de transformación de la energía que contiene un material, que se intercambia a elevadas velocidades con el medio adyacente. Así,
DIFERENCIA ENTRE DEFLAGRACIÓN Y DETONACION DETONACION: Una detonación es un drástico proceso de transformación de la energía que contiene un material, que se intercambia a elevadas velocidades con el medio adyacente. Así, para medir el poder detonante de un material con propiedades explosivas, se utiliza la definición de "poder detonante" y se expresa en metros por segundo, dadas las características particulares del material químico en cuestión.
DEFLAGRACION: Una deflagración es una combustión súbita con llama a baja velocidad de propagación, sin explosión. Las reacciones de una deflagración son idénticas a las de una combustión, pero se desarrollan a una velocidad comprendida entre 1m/s y la velocidad del sonido. En una deflagración, el frente de llama avanza por fenómenos de difusión térmica. Por el contrario, en una detonación la combustión está asociada a una onda de choque que avanza a velocidad superior a la del sonido. Para que se produzca una deflagración se nece sita: 1. Una mezcla de producto inflamable con el aire, en su punto de inflamación. 2. Una aportación de energía de un foco de ignición. 3. Una reacción espontánea de sus partículas volátiles al estímulo calórico que actúa como catalizador o iniciador primario de reacción.
TEORIA DE DETONACION: FUENTE DE LA ENERGIA DE LOS EXPLOSIVOS Los explosivos reaccionan químicamente y se producen dos tipos de energía: 1. Energía de choque 2. Energía de gas Los cuales se liberan durante el proceso de detonación. Cuendo se cubre con lodo el explosivo para volar piedras grandes, llamada plasteo o corte de elementos estructurales para demolición con gran energía de choque. Si los explosivos de usan de manera confinada, a sección de un explosivo que aporte una gran energía de gas es el indicado. Los bajos explosivos son aquellos que se deflagran o queman rápidamente y pueden tener velocidades de reacción de 600 a 1500 mts/seg y no producen energía de choque como la pólvora negra. Los altos explosivos detonan y producen energía de gas y energía de choque. Los bajos exposivos solo producen energía de gas durante el proceso de combustión. Un alto explosivo produce un perfil de presión totalmente diferente. Una detonación de alto explosivo, la presión de choque viaja al frente de la reacción, antes de que la energía de gas sea liberada. Esta energía de choque generalmente tiene una presioon mayor a la energía de gas. La energía de gas de un explosivo detonante ( alto explosivo) es mucho mayor que la energía de gas liberada por un bajo explosivo.
La presión de choque es transitoria y viaja a la velocidad de detonación del explosivo, esta presión solo representa del 10% al 15% de toda la energía de trabajo disponible en un explosivo. La presión de gas equivale del 85% al 90% de la energía útil. Esta presión produce una fuerza que se mantiene constante hasta que el barreno se fisura.
La presión de choque es transitoria y viaja a la velocidad de detonación del explosivo, esta presión solo representa del 10% al 15% de toda la energía de trabajo disponible en un explosivo. La presión de gas equivale del 85% al 90% de la energía útil. Esta presión produce una fuerza que se mantiene constante hasta que el barreno se fisura.
ENERGIA DE CHOQUE En altos explosivos, el pico de presión viaja a través del explosivo antes que la energía de gas, hay dos presiones distintas y separadas, resultado de la reacción de un alto explosivo y solo una en el caso de un bajo explosivo. La presión de choque es una presión transitoria que viaja a través del explosivo a la velocidad de reacción y es seguida de la presión de gas. La presión de detonación está en función directa de la densidad y la velocidad de detonación. La presión de detonación será máxima en el extremo opuesto del cartucho al cual e inicio la reacción. Cuando se colocan explosivos sobre algún material a volar se deberá de colocar el cartucho del lado y dispararlo, ya que reduce los efectos de la presión de detonación. Esta aplicación se puede observar en la voladura de piedras grandes con plasteo o en la colocación de cargas externas en elementos estructurales durante demoliciones. Para usar al máximo la pre sión de detonación se debe tener la mayor área de contacto posible entre el explosivo y el material. Por tanto la combinación de alta densidad y alta velocidad resulta= alta presión de detonación.
ENERGIA DE GAS Es la causa de la mayor parte de la desfragmentación de la roca durante una voladura con cargas confinadas en los barrenos. La presión de gas conocida como pr esión de la explosión en las cual los gases en expansión oponen contra las paredes del barreno después de la reacción química y esta explosión se debe a la cantidad de gases liberados. Entre más alta sea la temperatura producida, mayor será la presión del gas se considera que la presión de gas de aproximadamente la mitad de la presión de detonación.
Nota: Los metales pulverizados y otras substancias afectan a la presión de la explosión. EXPLOSIVOS QUIMICOS Los explosivos químicos son materiales que pasan por reacciones muy rápidas para liberar productos gaseosos y energía. Estos gases bajo altas presiones liberan fuerzas sobre el barreno y provoca que la roca se fracture. Los metales en polvo, tales como el aluminio generan calor y este calor eleva la temperatura de los gases, y da como resultado la reacción de los otros ingredientes provocando una presión de explosión mayor.
Nota: El carbonato de calcio o el oxido de zinc funcionan como antiácidos para incrementar la vida en el almacén del explosivo. La sal de mesa hace un explosivo menos eficiente ya que la sal permite usar el explosivo en ambientes saturados de me tano. Los explosivos permisibles se usan en minas de carbón o en túneles en roca sedimentaria donde se puede encontrar metano. Los elementos básicos o ingredientes que producen trabajo directamente en las voladuras, el carbón, el hidrogeno, el oxigeno y el nitrógeno. El carbón reacciona con el oxigeno, y forma monóxido o bióxido de carbono. Para poder liberar el máximo
de energía de la reacción explosiva, los elementos deben reaccionar y formar los siguientes productos: 1. El carbono reacciona para formar bióxido de carbono. 2. El hidrogeno reacciona para formar agua.
de energía de la reacción explosiva, los elementos deben reaccionar y formar los siguientes productos: 1. El carbono reacciona para formar bióxido de carbono. 2. El hidrogeno reacciona para formar agua. 3. El nitrógeno, solido o líquido, reacciona para formar nitrógeno gaseoso. En una combinación de nitrato de amonio y el diesel, si el dieses se presenta en exceso dentro de la mezcla, se dice que tiene un balance de oxigeno negativo, y si a la mezcla de nitrato de amonio y diesel se le agrega poco combustible, se dice que esta mezcla tiene oxigeno en exceso el cual no puede reaccionar con el carbo y el hidrogeno y a esto se le conoce reacción con balance de oxigeno positivo.
IDENTIFICACION DE PROBLEMAS CON LAS MEZCLAS Los colores de los gases so indicadores de la eficiencia de la reacción que se relaciona con la liberación de la energía. Si se presenta vapor gris claro, el balance de oxigeno es casi ideal y cuando el gas es de color ocre o amarillo, indican una reacción ineficiente. Las mezclas con balance de oxigeno negativo producen gases de color g ris oscuro.
Nota: la cantidad óptima de diesel es aproximadamente 6%.
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