Uso y Tipos de Explosivo en Carreteras

UNIVERSIDAD NACIONAL SAN LUIS GONZAGA DE ICA FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

USO Y TIPOS DE EXPLOSIVOS EMPLEADOS EN LA EJECCION DE CARRETERAS CURSO : CAMINOS II CATEDRATICO : ING. JOSE LUIS CALLOAPAZA MENESES CICLO : VIII-B ALUMNO : MOLINA CHUECAS DIEGO 2016

USO Y TIPOS DE EXPLOSIVOS EMPLEADOS EN LA EJECCION DE CARRETERAS

Los materiales explosivos son compuestos o mezclas de sustancias en estado sólido, líquido o gaseoso, que por medio de reacciones químicas de óxidoreducción, son capaces de transformarse en un tiempo muy breve, del orden de una fracción de microsegundo, en productos gaseosos y condensados, cuyo

CAMINOS II volumen inicial se convierte en una masa gaseosa que llega a alcanzar muy altas temperaturas y en consecuencia muy elevadas presiones. Así, los explosivos comerciales son una mezcla de sustancias, combustibles y oxidantes, que incentivadas debidamente, dan lugar a una reacción exotérmica muy rápida, que genera una serie de productos gaseosos a alta temperatura y presión, químicamente más estables, y que ocupan un mayor volumen, aproximadamente 1 000 a 10 000 veces mayor que el volumen original del espacio donde se alojó el explosivo. Los explosivos están presentes en los trabajos de minería, la construcción y la industria, tanto es así, que su uso lo hace muy peligroso si no se manipulan de acuerdo a las normas establecidas su mal uso a causado muchos accidentes graves y muy peligrosos, es por esto que el conocerlo y estudiarlos nos dan una ventaja a la hora de relacionarnos con ellos. Los explosivos se usan para romper, destruir o debilitar materiales de gran dureza, normalmente rocas o en demoliciones en obras civiles. El uso de los explosivos industriales en determinadas fases de la construcción de las obras públicas, o en edificación, constituye una herramienta irreemplazable para su economía y eficacia. USO DE EXPLOSIVO El uso de explosivos consiste en disponer de una energía concentrada químicamente, ubicada en el lugar adecuado y en cantidad suficiente que libera de modo controlado en tiempo y espacio físico, puede fragmentar el macizo rocoso al tamaño programado según el proyecto. La explosión como resultado físico, es la repentina expansión de los gases en un volumen mucho más grande que el inicial, que viene acompañado de ruidos y efectos mecánicos violentos. La característica más importante de un explosivo pueden ser divididas en: Efecto explosivo, Seguridad de manejo, sensibilidad a la iniciación y estabilidad de la detonación, resistencia al agua y almacenaje. Por lo tanto se entiende que el uso de explosivo es importante para construcciones de obras civiles ya sea para Presas, Sistemas de riego, Redes de conducción eléctrica, Gasoductos, Oleoductos, Sistemas de drenaje , Vías de comunicación, Cimentaciones de estructuras, Canales Túneles donde la accesibilidad con maquinarias pesadas no puedan realizar la perforación de los materiales rocoso.


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CAMINOS II

USO DE EXPLOSIVOS EN VOLADURAS El proceso de explotación de roca está formado por tres etapas: extracción, carga y acarreo. La extracción consiste en separar un fragmento de roca de un banco o corte y puede hacerse usando explosivos; cuando se hace con explosivos se produce una VOLADURA. La roca extraída puede ser graduada o sin graduar, el tamaño puede estar limitado por el uso a que se destine la roca: Para TRITURACIÓN Para ENROCAMIENTO Para CORTES Y TERRAPLENES Voladura exterior

Voladura interior


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CAMINOS II

En la demolición de carreteras debemos tomar 2 factores importantes: 1) La disposición y construcción de la carretera y 2) la consistencia y forma del terreno que atraviesa. PREVENCIÓN DE ACCIDENTES AL USAR EXPLOSIVOS PREVENCIÓN En caso de accidentes, la prevención es el resultado de programas cuidadosamente formulados así como la aplicación de los métodos que se conocen. El usuario de materiales explosivos debe recordar que tiene entre sus manos una fuerza muy potente y que existen varios artefactos y métodos para ayudarlo a controlar esa fuerza, se debe comprender que mal controlada puede herir o hasta llegar a matar. ADVERTENCIA Todos los explosivos son peligrosos y deben ser utilizados con extremo cuidado por medio de personas capacitadas y bajo extrema vigilancia. Las personas que manejan explosivos tienen la responsabilidad de conocer y poner en regirse bajo las medidas de seguridad aprobadas. INSTRUCCIONES AL UTILIZAR EXPLOSIVOS NUNCA se colocaran explosivos en los lugares donde estén expuestos a llamas o calor excesivo, chispas agolpes. NUNCA se utilizaran herramientas hechas de metal que produzcan chipas par abrir cajas que contengan explosivos, pueden utilizarse cortadores metálicos para abrir cajas de cartón, siempre que el cortador no tóquelas grapas metálicas de la caja. NUNCA se permitirá fumar o portar fósforos, cerca de los lugares en que se esté usando explosivos.


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CAMINOS II SIEMPRE se volverán a tapar las cajas o envases de explosivos después de usarse. NUNCA deben llevarse explosivos en los bolsillos de jaropa ni en otra parte del cuerpo. NUNCA se insertaran en el extremo abierto de los fulminantes, ninguna otra cosa que no sea mecha NUNCA se golpeara ni se tratara de alterar, sacar o examinar el contenido de los fulminantes comunes o eléctricos, ni se tratara de arrancar los alambres de los fulminantes eléctricos. NUNCA se manejaran ni usaran explosivos, ni se permanecerá cerca de ellos cuando se aproxime odorante una tormenta eléctrica, ya que todos deberán retirarse a un lugar seguro. NUNCA se utilizaran explosivos o equipo para voladura con deterioro o daño. NUNCA se intentara aprovechas o utilizar una mecha, fulminantes comunes o eléctricos, ni ningún otro explosivo que se haya mojado, aun después de secarse.

TIPOS DE EXPLOSIVOS 1) EXPLOSIVOS INDUSTRIALES: Los explosivos químicos industriales se clasifican en dos grandes grupos según la velocidad de su onda de choque: a) Explosivos Rápidos y Detonantes. Con velocidades entre 2.000 y 7.000 mis. b) Explosivos Lentos y Deflagrantes. Con menos de 2.000 mis. Los deflagrantes comprenden a las pólvoras, compuestos pirotécnicos y compuestos propulsores para artillería y cohetería, casi sin ninguna aplicación en la minería o ingeniería civil, salvo en el caso de rocas ornamentales. Los explosivos detonantes se dividen en Primarios y Secundarios según su aplicación. Los Primarios por su alta energía y sensibilidad se emplean como iniciado res para detonar a los Secundarios, entre ellos podemos mencionar a los compuestos usados en los detonadores y multiplicadores (fulminato de mercurio, pentrita, hexolita, etc.). Los Secundarios son los que se aplican al arranque de rocas y aunque son menos sensibles que los Primarios desarrollan mayor trabajo útil. Estos compuestos son mezclas de sustancias explosivas o no, cuya razón de ser estriba en el menor precio de fabricación, en el mejor balance de oxígeno


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CAMINOS II obtenido, y en las características y propiedades que confieren los ingredientes a las mezclas en lo relativo a sensibilidad, densidad, potencia, resistencia al agua, etc. Los explosivos industriales de uso civil se dividen a su vez en dos grandes grupos, que en orden de importancia por nivel de consumo y no de aparición en el mercado son: A. Agentes Explosivos: Estas mezclas no llevan, salvo algún caso, ingredientes intrínsecamente explosivos. Los principales son:     

Anfo Alanfo Hidrogeles Emulsiones Anfo Pesado

B. Explosivos Convencionales: Precisan para su fabricación de sustancias intrínsecamente explosivas que actúan como sensibilizadores de las mezclas. Los más conocidos son: Gelatinosos Pulverulentos De Seguridad En este trabajo se exponen las características básicas de cada explosivo, las sustancias constituyentes y la influencia de diferentes parámetros sobre la eficiencia alcanzada en las voladuras de rocas. Agentes explosivos secos Este grupo engloba, como ya se ha indicado, todos aquellos explosivos que no son sensibles al detonador y en cuya composición no entra el agua. El factor común es en todos ellos el Nitrato Amónico, por lo que seguidamente se analizarán algunas de sus propiedades. Para seleccionar un explosivo debe tener en cuenta su costo y sus propiedades. Deberá escogerse aquel que proporcione la mayor economía y garantice los resultados deseados.


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CAMINOS II Los explosivos más usados en movimientos de tierra son: PRODUCTO

NOMBRE COMERCIAL

DINAMITA

DINABOL

MAECHA DE SEGURIDAD

GUIABOL

CAPSULA DETONANTE

DETONADOR ESTRELLA

DETONADOR NO ELECTRICO

RIONEL

HIDROGEL

RIOMAX

CORDON DETONANTE

FANEX CORD

BOOSTER

FANEX BOOSTER

CARGA SISMICA

CARGA SISMICA CS-1000-CS-500

ANFO

FANEX ANFO

DINAMITA PARA CONTORNO

FANEX CORTE

EMULSION

RIOFLEX

Los explosivos más usados son:

DINAMITA GELATINOSA (DINABOL)

Es un explosivo industrial de alto poder, fabricado en Bolivia ideal para iniciación de agentes de voladura en todo tipo de trabajos a cielo abierto, especialmente cuando hay agua en los taladros.


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CAMINOS II Por su alta densidad y gran resistencia al agua se utiliza como cebo para iniciar la detonación de explosivos secundarios como ANFO, emulsiones u otros o como explosivo primario. Las ventajas de este explosivo son: -

Uso fácil y seguro en minería, canteras y obras públicas Consistencia gelatinosa para un fácil carguío y atacado Alta velocidad de detonación Alta presión de detonación Baja emisión de gases Se fabrica en varias medidas (longitudes y diámetros)

Características técnicas UNIDAD

VALOR

DENSIDAD

gr/cm3

1.45

VELOCIDAD DE DETONACIÓN

m/seg

6000

CALOR DE EXPLOSIÓN

MJ/kg

4.54

PRESION DE DETONACION

Gpa

21.40

VOLUMEN DE GASES

l/kg

884

RESISTENCIA AL AGUA

-

excelente

PRECAUCIONES - Para garantizar su iniciación, se debe conectar correctamente con el detonador o cordón detonante, debiendo asegurase de que esté embebido en el explosivo secundario cuando oficie de cebo. - Este explosivo debe ser almacenado en polvorines aprobados por autoridad competente, alejado del calor, fuego o líquidos inflamables. - Debe ser manipulado, transportado y utilizado con mucho cuidado evitando golpes o impactos. ANFO (FANEXANFO)


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CAMINOS II

Es un explosivo secundario, producto de la mezcla de prills de nitrato de amonio y diesel, que en proporciones adecuadas y en medios confinados responde con un alto rendimiento. Fanexanfo ofrece la solución más económica para todo tipo de voladuras en minería, canteras y obras públicas. Siempre y cuando no haya presencia de agua y sea utilizado en taladros de diámetros adecuados. Las ventajas de este explosivo son: - De fácil uso y aplicación en todo tipo de voladuras en minería subterránea a cielo abierto, canteras, túneles, etc. - Alto rendimiento a bajo costo - Producto de alta seguridad, requiere de un iniciador de alta potencia para su detonado - Puede ser suministrado a granel y en forma mecanizada en boca de taladro

Características técnicas UNIDAD

VALOR

DENSIDAD

gr/cm3

0.75 – 0.79

VELOCIDAD DE DETONACIÓN

m/seg

3500


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CAMINOS II

CALOR DE EXPLOSIÓN

MJ/kg

3.92

PRESION DE DETONACION

Gpa

6.40

VOLUMEN DE GASES

l/kg

975

HUMOS DE VOLADURA

-

Clase B

RESISTENCIA AL AGUA

-

Mala

CORDON DETONANTE (FANEX CORD)

Es un accesorio de voladura en forma de cordón constituido por un núcleo explosivo de alto poder, recubierto por varias envolturas de fibra sintética y una cubierta exterior de PVC flexible de alta resistencia. Se utiliza en todo tipo de voladuras para transmitir la energía explosiva para detonar otros explosivos como: dinamitas, boosters, hidrogeles y como línea troncal para iniciar detonadores no eléctricos, retardos de superficie y otros accesorios no eléctricos.

MECHA DE SEGURIDAD ( GUIABOL)


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CAMINOS II

Es un accesorio de voladura constituido por un núcleo de pólvora negra y recubierto por varias envolturas de hilo y papel e impermeabilizados por baños de alquitrán y PVC, permitiendo en esas condiciones una combustión continua, sin interrupciones de la pólvora y a una velocidad constante. Se utiliza para iniciar capsulas detonantes comunes, las cuales a su vez podrán detonar todo tipo de explosivo primario como: Dinamita, boosters, cordón detonante, hidrogel y otros. Las ventajas de este explosivo son: - Fácil uso y aplicación - Resistencia a la tracción y abrasión - Producto impermeable Características técnicas UNIDAD

VALOR

PESO POLVORA

gr/m

6.0 ± 0.2

TIEMPO DE COMBUSTION

Seg/m

165 ± 10

DIAMETRO EXTERNO

mm

5.0 ± 0.1

RESISTENCIA A LA TRACCION

kg

> 40

RESISTENCIA AL AGUA

-

buena

CAPSULA DETONANTE ( DETONADOR ESTRELLA)


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CAMINOS II

Es un accesorio de voladura constituido por una vaina de aluminio que contiene un explosivo base de alto poder y otro iniciador muy sensible a la chispa de la mecha de seguridad, protegido por dos opérculos de aluminio. Se utiliza en todo tipo de voladuras para iniciar la detonación de una carga explosiva primaria como: Dinamita. Boosters o cordón detonante. Las ventajas de este explosivo son: - Fácil uso y aplicación - No requiere cuidados por efectos de radiofrecuencia o electricidad estática - Ideal para voladuras de taladros simples Características técnicas UNIDAD

VALOR

POTENCIA

Nº

6

8

DIAMETRO INTERNO

mm

5.75

5.75

LONGITUD DE CAPSULA

mm

45

45

RESISTENCIA AL IMPACTO 2 kg DESDE 0.9 m

-

No detona

No detona

LONGITUD DE CARGA EXPLOSIVO

mm

22.5

27.5


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CAMINOS II


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CAMINOS II

CARACTERÍSTICAS DE LOS EXPLOSIVOS Son las propiedades físicas y químicas que tienen relación directa con su condición de estado. Unas determinan su aspecto y estado físico, otras su factibilidad de empleo con seguridad en determinadas condiciones de la roca y del medio ambiente. Finalmente otras determinan el rendimiento del explosivo en su aplicación en voladura; a estas últimas se las conoce como “propiedades de tiro”. En forma general mencionamos algunas propiedades vinculadas al aspecto físico y manipuleo: A. Plasticidad Capacidad que tiene un cuerpo para moldearse, bajo la acción de una fuerza, tomar forma y mantenerla después de retirarse dicha fuerza, como se observa en las gelatinas y explosivos plásticos. Es contraria a la elasticidad y a la rigidez. La plasticidad disminuye con el tiempo o con el frío.


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B. Viscosidad Consistencia ligosa o glutinosa debida a la fricción interna de las moléculas, causada por su resistencia a fluir o cambiar inmediatamente de forma cuando se les somete a deformación por presión, corte o penetración. Cuanto más viscoso, más lento el cambio. La viscosidad es propia de los aceites, emulsiones y slurries. Conforme más viscosos son, se contienen mejor en los taladros fisurados, mientras que los acuosos tienden a filtrarse por las grietas. C. Fluidez Capacidad de fluir y desplazarse que corresponde aMlos cuerpos líquidos y gases, cuyas moléculas tienen poca adherencia entre sí y toman la forma del depósitoMque los contiene (ejemplo: nitroglicerina y nitroglicol). Viscosidad y fluidez son importantes en el carguío mecanizado de productos acuosos a granel, como las emulsiones. D. Flujo (free flowing) Es la capacidad que muestra un explosivo granular seco para fluir libremente o deslizarse bajo su propio peso desde su contenedor, transportarse libremente por la manguera durante el carguío neumático, y para llenar rápida, fácil y completamente un taladro de voladura. Es condición importante de los explosivos no encartuchados diseñados para carguío neumático, como Examon y ANFO. Depende fuertemente del contenido de humedad del explosivo; con incrementos del 0,5 al 1% la fluibilidad decae drásticamente. E. Tendencia a compactación Se refiere a la facilidad que presentan algunos explosivos para compactarse o convertirse en una masa coherente, con total pérdida de su fluibilidad y adicionalmente considerable reducción de su detonabilidad. Esto ocurre frecuentemente con el Nitrato de Amonio que en muchos casos requiere ser recubierto por algún agente antiaglomerante (anticaking), como diatomita o productos orgánicos (hidrocarburos). F. Friabilidad Los explosivos friables, al contrario de los plásticos, tienden a desmenuzarse o a pulverizarse cuando son manipulados excesivamente o transportados neumáticamente, contaminando la atmósfera con partículas diminutas dispersas, dependiendo esto de la fragilidad de sus gránulos (prills). Esta característica debe ser tomada en cuenta para el transporte a gran distancia por malas carreteras, donde los gránulos se pulverizan con el maltrato del viaje.


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CAMINOS II Por lo contrario, la friabilidad es una cualidad en minerales y rocas, en las que representa la facilidad de fracturarse homogénea y fácilmente. Una roca friable es adecuada para voladura. G. Homogeneidad En los explosivos acuosos y dinamitas se refiere a su textura uniforme y en los pulverulentos a su grado de pulverización, mientras que en los granulares sueltos esta propiedad se refiere a las especificaciones de distribución de sus granos por tamaño, según malla o tamiz (también denominada “composición granulométrica”). Un agente de voladura demasiado fino tiende a llenar por completo el taladro, mejorando el grado de acoplamiento y de compactación, pero corriendo el riesgo de desensibilizarse. G. Porosidad Es el radio del volumen de intersticios o huecos contenidos en un material respecto a su propio volumen o masa. Es un factor importante en los gránulos o perlas del Nitrato de Amonio para absorber al petróleo en la preparación de los nitrocarbonitratos como el Examon y el ANFO. CARACTERÍSTICAS PRÁCTICAS DE LOS EXPLOSIVOS A. Propiedades de tiro Son las propiedades físicas que identifican a cada explosivo y que se emplean para seleccionar el más adecuado para una voladura determinada. Entre ellas mencionamos a las siguientes:  Potencia relativa.  Brisance o poder rompedor.  Densidad - densidad de carga.  Velocidad de detonación.  Aptitud a la transmisión o simpatía.  Sensitividad al iniciador.  Estabilidad.  Sensibilidad a factores externos (temperatura, impacto y otros).  Categoría de humos.  Resistencia al agua.  Presión de detonación. B. Potencia relativa Es la medida del “contenido de energía” del explosivo y del trabajo que puede efectuar. Se mide mediante la prueba Trauzl que determina la capacidad de expansión que produce la detonación de 10 g de explosivo disparado dentro de una cavidad cilíndrica (70 cm3) abierta en la parte superior de un molde cilíndrico de plomo de dimensiones específicas.


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OTRAS TECNOLOGIAS USO DE CEMENTO EXPANSIVO A mediados de los años setenta del siglo XX, un ingeniero y químico italiano, Rossano Vannetti, comienza el estudio y el desarrollo de la formulación moderna del cemento expansivo. A base de carbonatos de calcio, consigue desarrollar una formulación que le permite regular a voluntad el tiempo de reacción del producto, y por tanto, a base de catalizadores de la reacción, controlar los tiempos de rotura. El cemento expansivo permite el taqueo y demolición sin emplear productos explosivos. Este método, consiste en llenar los barrenos practicados en los bloques de roca con un cemento, encartuchado o a granel mezcla de cal y silicatos, que al hidratarse aumenta de volumen y genera unas presiones expansivas del orden de unos 30 MPa, que provocan la rotura de los bloques siguiendo la malla previstas de las perforaciones

La principal ventaja es la ausencia total de alteraciones ambientales y su mayor inconveniente el coste. Se utilizan normalmente donde no es posible realizar voladuras. Las cantidades consumidas oscilan entre los 3 kg/m3 en rocas blandas hasta los 8 kg/m3 en rocas duras. Normalmente, la proporción de agua que se añade al cemento es del 25% y los tiempos necesarios para que aparezca la rotura de la roca van desde los 30 minutos para algunos tipos hasta las 12 y 24 horas para otros. Aunque estos cementos son productos básicamente seguros, es preciso durante su manejo observar algunas recomendaciones: Usar guantes y gafas protectoras, ya que, generalmente, son sustancias alcalinas con un pH muy alto y cualquier salpicadura puede producir daños en la piel y en los ojos. Una vez cargados los barrenos no mirar en la dirección de éstos. Colocar protecciones ligeras sobre la roca a fragmentar si existe riesgo de estallidos y proyecciones de pequeñas esquirlas” sobre todo si se lleva a cabo un taponado firme de los barrenos.


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BIBLIOGRAFIA VIRTUAL: http://procedimientosconstruccion.blogs.upv.es/tag/cemento-expansivo/ https://es.wikipedia.org/wiki/Cemento_expansivo http://www.unlirec.org/Documents/CAN/Peru/Reglamentocontrolexplosivosusoci vilDecretoSupremoN019-71IN.pdf http://exsa.net/wp-content/publicacion/manual-de-voladura.pdf http://www.famesa.com.pe/Prod_Accesorios.asp?tipo=2


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Uso y Tipos de Explosivo en Carreteras

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