Maquinaria pesada y mov de tierras



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Maquinaria pesada y mov. de tierras

Unidad 6: Explosivos






Contenido


Contenido 2

Explosivos 5

Generalidades y definiciones. 5

Características físicas de los explosivos. 5

Características generales de los explosivos. 6

Los procesos de reacción según su carácter físico-químico y el tiempo en que se realizan se catalogan como: 13

Combustión 13

Deflagración 13

Detonación 13

Introducción: Explosión 15

6.1.-Tipos de explosivos (Clasificación) 17

Los explosivos químicos 17

Explosivos industriales rompedores 18

Dinamitas 18

Las principales ventajas de las dinamitas son: 19

Desventajas 19

Tipos de dinamitas: 20

Mechas: 20

Detonadores: 22

Tipos de estopines eléctricos: 23

CARACTERISTICAS Y PROPIEDADES DE LOS EXPLOSIVOS 25

Plasticidad 25

Viscosidad 25

Fluidez 26

Flujo (free flowing) 26

Tendencia a compactación 26

Friabilidad 26

Homogeneidad 26

Porosidad 27

CARACTERÍSTICAS PRÁCTICAS DE LOS EXPLOSIVOS 27

Propiedades de tiro 27

Características que determinan aspectos de seguridad en su manipuleo, almacenaje y uso 27

Higroscopía 27

Estabilidad 28

La degradación o envejecimiento 28

Sensitividad 28

Sensitividad al golpe 29

Sensibilidad al calor 29

Resistencia a las bajas temperaturas congelación 30

Desensitivilización 30

Desensitivilización por cordón detonante iniciador 30

Desensibilización por efecto canal: 30

Desensibilización por presión: 30

6.2.-Manejo de Explosivos 33

Transporte de explosivos y detonadores 34

6.3.-Almacenamiento de explosivos en la mina u obra 35

Polvorines 35

Almacenaje (Recomendaciones) 36

6.4.-Reglamentacion sobre el uso de explosivos 39

Reglamento de construcciones del Distrito Federal 39

Ley federal de armas de fuego y explosivos 40

6.5.-Cálculo y uso de explosivos 62

Excavación con explosivos 63

Perforación o barrenado 68

Volantes 70

Enfoque de solución (cálculo de explosivos) 76

Bibliografia 79



Explosivos

Los materiales explosivos son compuestos o mezclas de sustancias en estado sólido, líquido o gaseoso, que por medio de reacciones químicas de óxido-reducción, son capaces de transformarse en un tiempo muy breve, del orden de una fracción de microsegundo, en productos gaseosos y condensados, cuyo 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. Estos fenómenos son aprovechados para realizar trabajo mecánico aplicado para el rompimiento de materiales pétreos, en lo que constituye la “técnica de voladura de rocas”.

Los explosivos constituyen una herramienta básica para la explotación minera y para obras de ingeniería civil.

Generalidades y definiciones.


Características físicas de los explosivos.

Cuando un cartucho explota los gases son aproximadamente 10.000 veces el volumen inicial del cartucho.

Para que haga el mejor efecto procuraremos que esté el cartucho lo más encerrado posible.

Para hacer una voladura barrenaremos el terreno, a continuación llenamos el barreno con explosivo, y el espacio que quede del barreno sin rellenar se retaca, es decir, tapar el agujero lo mejor posible, lo que permitirá una voladura mucho más efectiva. En caso de no realizar este retacado, la voladura “pegará bocazo”, es decir, los gases producidos en la reacción se escaparán por la parte superior del agujero abierto, con lo cual perderemos mucha efectividad en la voladura.

Características generales de los explosivos.

Las características básicas de un explosivo y que nos van a ayudar a elegir el explosivo más idóneo para un fin determinado son las siguientes:

1.- Estabilidad química.

2.- Sensibilidad.

3.- Velocidad de detonación.

4.- Potencia explosiva.

5.- densidad de encartuchado.

6.- Resistencia al agua.

7.- Humos.
1.- Estabilidad química.

Es la aptitud que el explosivo posee para mantenerse químicamente inalterado durante un cierto periodo de tiempo.

Esta estabilidad con la que el explosivo parte de fábrica se mantendrá sin alteraciones mientras las condiciones de almacenamiento sean adecuadas. Esto permitiría al usuario tener un producto totalmente seguro y fiable para los trabajos de voladura.

Las pérdidas de estabilidad en los explosivos se producen bien por un almacenamiento excesivamente prolongado o bien porque las condiciones del lugar no sean las adecuadas.

Si los explosivos son polvurolentos con nitrato amónico se estropearán perdiendo dinero pero no tendremos accidentes.

Los explosivos con nitroglicerina si pierden su estabilidad química puede significar que la nitroglicerina se ha descompuesto. El cartucho suda o se observan manchas verdes en la envoltura. En este caso el peligro es inminente y es imprescindible la destrucción de este explosivo.



2.- Sensibilidad.

Se define la sensibilidad de un explosivo como la mayor o menor facilidad que tiene un explosivo para ser detonado. Se dice por lo tanto que un explosivo es muy sensible cuando detona sin dificultades al detonador y a la onda explosiva que se produzca en sus cercanías. Un explosivo insensible es todo lo contrario.

Los explosivos sensibles aseguran pocos fallos en los barrenos. Los insensibles por lo contrario provocarán más barrenos fallidos. En este sentido son mejores los explosivos sensibles. Ahora bien, están más cercanos a producirse una explosión fortuita que los explosivos insensibles en los que la probabilidad de accidente es prácticamente nula. En este sentido los insensibles son más seguros que los sensibles.

Existe otro concepto de sensibilidad debido a experimentos realizados en los laboratorios, donde se realizan la sensibilidad al detonador, sensibilidad a la onda explosiva, sensibilidad al choque y sensibilidad al rozamiento. De estas las dos primeras son deseadas, mientras que las dos últimas son sensibilidades indeseadas.



Sensibilidad al detonador. Todos los explosivos industriales precisan para su iniciación como norma general de la detonación de otro explosivo de mayor potencia. Este explosivo puede ir colocado dentro de un detonador, de un cordón detonante o de un multiplicador, según el procedimiento que sigamos para la iniciación de la explosión. Si algún explosivo no fuera sensible al detonador, entonces los multiplicadores salvarían esta pega, aunque el 99% de los explosivos que actualmente se fabrican son sensibles al detonador.

Sensibilidad a la onda explosiva. Se basa en determinar la máxima distancia a que un cartucho cebado trasmite la detonación a otro cartucho receptor. Colocamos cartuchos en línea y ambos a continuación del otro, separados una determinada distancia d. Pero lo que sucede en realidad es que al cargar los barrenos entre cartucho y cartucho pueden haber materias inertes que siempre dificultan la propagación y a veces llegan a anularla. Por esta razón la norma indica que “ la carga cuando se trate de explosivos encartuchados estará constituida por una fila de cartuchos en perfecto contacto unos con otros.”

Cartucho cebado: Cartucho con detonador. (Es el cartucho madre).

  • Sensibilidad al choque. Los diferentes tipos de explosivos industriales pueden ser o no sensibles al choque, lo cual no quiere decir otra cosa que en algunos explosivos se puede producir su iniciación por un fuerte impacto. La forma de determinar la sensibilidad al choque se hace mediante una maza que se coloca a una determinada altura con una masa definida, se mide la altura hasta que el explosivo explota.



  • Sensibilidad al roce. Al igual que con la sensibilidad al choque existen algunos explosivos que son sensibles al rozamiento. Es por esto que existe un ensayo normalizado que nos indica si un explosivo es sensible o no al rozamiento, y en caso de serlo en que grado lo es. Este ensayo se realiza con una máquina provista de un objeto cuyo coeficiente de rozamiento conocemos. La sensibilidad se conoce pasándolo por la longitud de todo el explosivo cada vez con mayor intensidad hasta que el explosivo explote.

3.- Velocidad de detonación.

V = velocidad buscada.

v = Velocidad de mecha. (Conocida).

t = BC + CE = BE (1)

V v v

BC = BE - CE V = BC . v (2)



V v BC – CE
La velocidad de detonación es la característica más importante del explosivo. Cuanto más grande sea la velocidad de detonación del explosivo, tanto mayor es su potencia.

Se entiende por detonación de un explosivo a la transformación casi instantánea de la materia sólida que lo compone en gases. Esta transformación se hace a elevadísimas temperaturas con un gran desprendimiento de gases, casi 10.000 veces su volumen.

Sea un cartucho de un determinado explosivo M del cual queremos hallar su velocidad de detonación V. Si le introducimos un detonador en el interior y a su vez le practicamos dos orificios B y C de los que salen una mecha patrón cuya velocidad de detonación es conocida, v, y colocamos una placa de plomo, como indica la figura, tendremos lo siguiente.

Al explotar el detonador explota todo el cartucho, pero lo hace antes en B que en C, ¿por qué?. Porque está más cerca del detonador.

Por lo tanto las ondas no se encuentran en el punto medio D, sino en otro punto E (visible en la placa por ser de plomo la placa).

El tiempo empleado en seguir un camino o el otro es el mismo, por lo tanto se cumple (1), y operando llegamos a (2) que nos determina la velocidad de detonación V de un explosivo.

Para algunos trabajos interesan explosivos lentos, de poca potencia. (En canteras de roca ornamental). Si queremos grandes producciones (sobre todo estéril), usaremos explosivos de baja velocidad de detonación, de poca potencia.



4.- Potencia explosiva.

La potencia puede definirse como la capacidad de un explosivo para fragmentar y proyectar la roca.

Depende por un lado de la composición del explosivo, pese a que siempre es posible mejorar la potencia con una adecuada técnica de voladura.

Para la medida de la potencia de un explosivo existen en el laboratorio diferentes técnicas de las cuales es la más empleada la del péndulo balístico. Por este procedimiento se mide la potencia de un explosivo en porcentaje en relación con la goma pura, a la que se le asigna por convenio la potencia del 100 %.



5.- Densidad de encartuchado.

La densidad de encartuchado es también una característica importante de los explosivos, que depende en gran parte de la granulometría de los componentes sólidos, y tipo de materias primas empleadas en su fabricación.



El usuario en este caso nada tiene que hacer. Al ser fundamental que los fondos de los barrenos estén completamente llenos de explosivos, si estos tuvieran densidad menor de uno y los barrenos tuvieran agua física, los cartuchos flotarían siendo imposible la carga del barreno. Utilizar en este caso explosivos de densidad inferior a uno sería un gravísimo error.

6.- Resistencia al agua.

Se pueden diferenciar tres conceptos:

1.- Resistencia al contacto con el agua.

2.- Resistencia a la humedad.

3.- Resistencia al agua bajo presión de la misma.

Se entiende por resistencia al agua o resistencia al contacto con el agua a aquella característica por la cual un explosivo sin necesidad de envuelta especial mantiene sus propiedades de uso inalterables un tiempo mayor o menor, lo cual permite que sea utilizado en barrenos con agua.

Si un terreno contiene agua emplearemos gomas, riogeles, etc., cuyo comportamiento al agua es excelente. Nunca se deben emplear explosivos polvurolentos (Anfos) en contacto directo con el agua. Ahora bien, si el agua la agotamos con la carga de fondo, podremos emplear en la carga de columna explosivos polvurolentos. En cualquier caso los explosivos polvurolentos se comportan muy bien en barrenos sumamente húmedos si el contacto con el agua no es mucho. Es aconsejable en estos casos hacer la mitad de barrenos para cargarlos rápidamente y efectuar la pega.

En referencia al tercer punto, nos referimos no solo a que el explosivo soporte el contacto con el agua, sino que además aguante altas presiones debidas a las grandes profundidades. Los explosivos utilizados en este caso contienen como aditivos metales pesados, que les confieren características muy especiales, como es el caso de la goma GV submarina.



7.- Humos.

Se designa como humos al conjunto de los productos resultantes de una explosión, entre los que se encuentran gases, vapor de agua, polvo en suspensión , etc. Estos humos contienen gases nocivos como el óxido de carbono, vapores nitrosos, etc., y si bien su presencia no tiene importancia en voladuras a cielo abierto, si la tiene en voladuras en minas subterráneas y sobre todo si se realizan en lugares con poca ventilación. En este caso pueden ocasionar molestias e intoxicaciones muy graves a las personas que vayan a inspeccionar la voladura.

Para los trabajos subterráneos la composición del explosivo debe tener una proporción suficiente de O2 capaz de asegurar la combustión completa.

Sensibilidad y diámetro crítico.

Sensibilidad: Puede definirse como la facilidad relativa del mismo para detonar.

Esto presenta una paradoja para los técnicos en explosivos, pues por un lado una elevada sensibilidad supone una clara ventaja de cara al funcionamiento del explosivo, pero a su vez puede suponer una gran desventaja en cuanto al riesgo de detonar bajo cualquier estímulo accidental. Así pues, vemos que existen dos conceptos distintos dentro del término genérico de sensibilidad; el primero relacionado con la mayor o menor facilidad para que un explosivo detone cuando se desea, que denominaremos sensibilidad deseada, mientras que el segundo se refiere a la mayor o menor propensión a que un explosivo detone bajo cualquier estímulo accidental, que denominaremos sensibilidad indeseada.

Este último concepto, inédito hasta ahora en ala tecnología de los explosivos, puede cuantificarse en algunos casos como el mínimo estímulo accidental necesario para que se produzca una explosión. En otras palabras, podemos afirmar que una alta sensibilidad indeseada trae consigo una elevada susceptibilidad a la detonación accidental, mientras que una baja sensibilidad indeseada equivale a una baja propensión a la iniciación fortuita, bajo el estímulo de cualquier fuente de energía distinta de la normalmente empleada.

Siempre existe un solapamiento entre ambas sensibilidades, por lo que en general una alta sensibilidad deseada implica una elevada sensibilidad indeseada y viceversa.

Esta tendencia está muy acentuada en los explosivos convencionales, en los que se parte de un producto altamente sensible a todo tipo de estímulos, al que se le insensibiliza con una serie de productos.

Entre los explosivos más comúnmente empleados, las dinamitas son los de mayor sensibilidad, por llevar en su composición nitroglicerina. Todas ellas se inician fácilmente con detonadores ordinarios y desde luego con cordón detonante de 12 gr / ml. Los hidrogeles son mucho más insensibles, no llevan nitroglicerina y requieren unos iniciadores más potentes, aunque también todos detonan con detonadores ordinarios y cordones detonantes de 12 gramos para arriba. Estos explosivos evitan todo riego de explosión debido a roces violentos o grandes presiones, como por ejemplo ser pisados por las orugas de un tractor o una excavadora.

Diámetro crítico: Cualquier explosivo en forma cilíndrica tiene un diámetro por debajo del cual no se propaga la velocidad de detonación.

Para explosivos nitrados, como el NO3 NH4, puede alcanzar valores hasta de 10 pulgadas, pudiendo ser insignificante tanto para la pentrita como para el nitruro de plomo, que son los que se utilizan en los cordones detonantes y detonadores.

Es necesario decir que en el diámetro crítico influye la densidad y el confinamiento de los explosivos en los barrenos.

Los procesos de reacción según su carácter físico-químico y el tiempo en que se realizan se catalogan como:



Combustión

Puede definirse como tal a toda reacción química capaz de desprender calor pudiendo o no, ser percibida por nuestros sentidos, y que presenta un tiempo de reacción bastante lento.


Deflagración

Es un proceso exotérmico en el que la transmisión de la reacción de descomposición se basa principalmente en la conductividad térmica. Es un fenómeno superficial en el que el

frente de deflagración se propaga por el explosivo en capas paralelas, a una velocidad baja, que generalmente no supera los 1 000 m/s.
La deflagración es sinónimo de una combustión rápida. Los explosivos más lentos al ser activados dan lugar a una deflagración en la que las reacciones se propagan por conducción térmica y radiación.
Detonación

Es un proceso físico-químico caracterizado por su gran velocidad de reacción y por la formación de gran cantidad de productos gaseosos a elevada temperatura, que adquieren una gran fuerza expansiva (que se traduce en presión sobre el área circundante).

En los explosivos detonantes la velocidad de las primeras moléculas gasificadas es tan grande que no ceden su calor por conductividad a la zona inalterada de la carga, sino que los transmiten por choque, deformándola y produciendo calentamiento y explosión adiabática con generación de nuevos gases. El proceso se repite con un movimiento ondulatorio que afecta a toda la masa explosiva y que se denomina “onda de choque”, la que se desplaza a velocidades entre 1 500 a 7 000 m/s según la composición del explosivo y sus condiciones de iniciación. Un carácter determinante de la onda de choque en la detonación es que una vez que alcanza su nivel de equilibrio (temperatura, velocidad y presión) este se mantiene durante todo el proceso, por lo que se dice que es auto sostenida, mientras que la onda deflagrante tiende a amortiguarse hasta prácticamente extinguirse, de acuerdo al factor tiempo entre distancia (t/d) a recorrer

Tanto en la deflagración como en la detonación la turbulencia de los productos gaseosos da lugar a la formación de la onda de choque. La región de esta onda donde la presión se eleva rápidamente se llama “frente de choque”. En este frente ocurren las reacciones químicas que transforman progresivamente a la materia explosiva en sus productos finales. Por detrás del frente de choque, que avanza a lo largo de la masa de explosivo, se forma una zona de reacción, que en su último tramo queda limitada por un plano ideal, que se denomina “Plano de Chapman-Jouguet (CJ)”, en el cual la reacción alcanza su nivel de equilibrio en cuanto a velocidad, temperatura, presión de gases, composición y densidad, lo que se conoce como condiciones del estado de detonación. En el plano “CJ” los gases se encuentran en estado de hipercompresión.


La zona de reacción en los altos explosivos es muy estrecha, sólo de algunos milímetros en los más violentos como TNT y dinamita gelatinosa y, por el contrario, es de mayor amplitud en los explosivos lentos o deflagrantes como el ANFO.
Otra diferencia es que en el caso de una combustión o deflagración, los productos de la reacción de óxido-reducción se mueven en el sentido contrario al sentido de avance de la combustión, mientras que en el caso de una detonación, los productos se desplazan en el mismo sentido de avance de la detonación.

Introducción: Explosión

La explosión, es un fenómeno de naturaleza física, resultado de una liberación de energía tan rápida que se considera instantánea. La explosión es un efecto y no una causa. En la práctica se consideran varios tipos de explosión que se definen con base en su origen, a la proporción de energía liberada y al hecho que desencadenan fuerzas capaces de causar daños materiales:
Explosión por descomposición muy rápida

La liberación instantánea de energía generada por una descomposición muy rápida de materias inestables requiere una materia inestable (explosivo) y un procedimiento de detonación.


Explosión por oxidación muy rápida del aire

La liberación de energía generada por oxidación muy rápida de un vapor, gas o polvo inflamable (gasolina, grisú en las minas de carbón).


Explosión nuclear

Este tipo implica la liberación instantánea de energía creada por fusión nuclear, tal como sucede en una bomba de hidrógeno o por fisión nuclear, tal como sucede en la bomba atómica (uranio).


Explosión por exceso de presión

Este tipo de explosión es el resultado de la liberación instantánea de la energía generada por un exceso de presión en recipientes, calderos o envases y puede deberse a diversos factores como calentamiento, mal funcionamiento de válvulas u otros motivos.


Ignición espontánea

La ignición espontánea puede producirse cuando tiene lugar un proceso de oxidación lento de la materia sin una fuente externa de calor; comienza lentamente pero va haciéndose más rápido hasta que el producto se inflama por sí solo (carbón mineral acumulado, nitrato de amonio apilado sin ventilación). Para el caso de los explosivos, a consecuencia de la fase de detonación y más allá del plano CJ, ocurrirá una descompresión y baja de temperatura de los gases hasta que alcancen una condición de densidad y presión que se conoce como “condiciones del estado de explosión”.







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