Clase1C explosivos_2011

ASIGNATURA :PERFORACION Y VOLADURA Profesor: José Muñoz Villalobos

Características Características de los explosivos

Propiedades de los explosivos Cada tipo de explosivo tiene características propias definidas por sus propiedades, para el mismo tipo de explosivo las características pueden variar dependiendo del fabricante; el conocimiento de tales propiedades es un factor importante i mportante en el diseño de voladuras.

Las propiedades mas importantes de los explosivos son:

• Densidad • Balance de Oxigeno • Velocidad Velocidad de detonación • Presión de detonación • Potencia • Diámetro Critico • sensibilidad • resistencia al agua • Tolerancia a la presión

1. DENSIDAD

DEFINICION: 

Corresponde al peso del explosivo por unidad de volumen.

DEPENDENCIA

• Naturaleza de los componentes. • Granulometría de los componentes. • Inclusión de elementos modificadores de sensibilidad .

ALCANCES PRACTICOS 

• Generalmente se expresa de las siguientes formas: 1) Gravedad Específica (SG) : Relación entre los pesos de volúmenes iguales de un explosivo y agua. 2) Densidad de Carga (DE) : Cantidad de explosivo en peso que contiene la unidad de longitud de un tiro de un determinado diámetro (kg/m) o (lbs/pie). 3) Densidad  : Relación entre el peso y el respectivo volumen de una porción de explosivo. (gr/cc). • Por lo general, en explosivos comerciales, la sensibilidad de éste disminuye si la densidad sobrepasa cierto valor denominado densidad crítica.

La densidad del explosivo es usualmente indicada en términos de gravedad especifica, la gravedad especifica de explosivos comerciales varia de 0.6 a 1.7.

Los explosivos densos usualmente generan mayores velocidades de detonación y mayor presión; estos suelen ser utilizados utiliz ados cuando es necesaria una fina fragmentación de la roca. Los explosivos de baja densidad producen una fragmentación no tan fina y son usados cuando la roca esta diaclasada o en canteras en las que se extrae material grueso.

La densidad de los explosivos es importante en condiciones de alta humedad, ya que una densidad alta hace que el explosivo sea poco permeable. Un explosivo con gravedad especifica menor a 1.0 no se entrapa en agua.

2. BALANCE DE OXIGENO

DEFINICION  Es la diferencia entre los átomos de oxígeno entregados por los oxidantes y los requeridos por los reductores, para así poder producir los compuestos que liberan la energía que se utiliza en la tronadura.

DEPENDENCIA • Características químicas del oxidante • Características Características químicas del(los) reductor(es)

2. BALANCE DE OXIGENO

ALCANCES PRACTICOS  a) En caso de existir un déficit de oxígeno o que la reacción sea incompleta, se producen monóxido de carbono (CO) que es un gas tóxico incoloro e inodoro. b) Si existe un exceso de oxígeno, se generarán gases nitrosos (NxOy), altamente tóxicos y que poseen un color rojizo. c) Cuando existe un buen balance de oxígeno, los humos son de color gris claro. d) Los explosivos comerciales poseen un BO que fluctúa entre 2% y  –4% , con el fin de evitar la formación de gases nitrosos.

Emanaciones

La detonación de explosivos comerciales produce vapor de agua, dióxido de carbono y nitrógeno, los cuales, aunque no son tóxicos, forman gases asfixiantes como monóxido de carbono y óxidos de nitrógeno.

3. VELOCIDAD DE DETONACION

DEFINICION 

Rapidez con que se desplaza la reacción de detonación a VOD lo largo de la carga explosiva. 6000 5000

DEPENDENCIA

• • • • • • • • •

   )4000   s    /   m    ( 3000    D    O    V2000

50/50 Anfo

Composición del explosivo. Diámetro de perforación. Densidad del explosivo - Grado de confinación. Iniciación. Envejecimiento. Homogeneidad del explosivo ( en caso de mezclas). Balance de Oxigeno. Granulometría Granulometría de los componentes. Temperatura inicial.

ALCANCES PRACTICOS 

• VoD explosivos comerciales : 1500 - 8000 m/s • Rocas competentes ---> VoD Alto • Rocas fracturadas ---> VoD Bajo

1000

0

2 1/2

4

6 1/2 7 7/8 9 7/8 Diámetro

10

12

13

5/8

1/4

3/4

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.

La velocidad de detonación de un explosivo depende de: La densidad, de sus componentes, del tamaño de las partículas y del grado de confinamiento.

Al disminuir el tamaño de las partículas dentro del explosivo, incrementar el diámetro de la carga o incrementar el confinamiento aumentan las velocidades velocidades de detonación.

Las velocidades de los explosivos no confinados son generalmente del orden del 70% al 80% respecto a las velocidades de explosivos confinados.

La velocidad para algunos explosivos y agentes explosivos es sensible a cambios en el diámetro del cartucho y del barreno; cuando el diámetro se reduce, la velocidad se reduce hasta alcanzar un diámetro critico en que no hay propagación de la onda de detonación y por lo tanto no hay explosión.

4. PRESION DE DETONACION

DEFINICION 

Es la presión generada por el paso de la onda de choque medida justo en la parte posterior de la zona de reacción de un explosivo, llamado plano Chapman & Jouget (CJ).

DEPENDENCIA

• Velocidad de detonación. • Densidad del explosivo. Temperatura de reacción.

ALCANCES PRACTICOS 

• Es un buen indicador de la capacidad fracturadora del explosivo ya que determina la energía cinética generada por la onda de choque, denominada energía de choque. • La Presión de Gases corresponde al 45% de la Presión Detonante. • La presión detonante de los explosivos comerciales varia entre 1200 y 11800 [Mpa]. [M pa].

La presión de detonación, depende de la velocidad de detonación y de la densidad del explosivo, y es la sobrepresión del explosivo al paso de las ondas de detonación. La amplitud del la onda –de esfuerzo – transmitida al medio (roca) en una explosión esta relacionada con la presión de detonación.

La reflexión del pulso de choque en la cara libre de la voladura es uno de los mecanismos que se utilizan para triturar la roca.

La presión de detonación generalmente es una de las variables utilizadas en la selección del tipo de explosivo.

Existe una relación directa entre la velocidad v elocidad de detonación y la presión de detonación; esto es, cuando aumenta la velocidad vel ocidad aumenta la presión. La relación entre la presión, velocidad de detonación y densidad del explosivo se puede representar de la forma (Brown, 1956), donde P es la presión de detonación y sus dimensiones son en kbar, D es la densidad y C la velocidad de detonación en pies/s.

Una alta presión de detonación (alta velocidad de detonación) es utilizada utili zada para fragmentar rocas muy duras como el granito (7 en la escala de Mohs1 y una densidad aproximada de 2.5), mientras que en rocas suaves como los esquistos (rocas sedimentarias y metamórficas con menos de 4 en la escala de Mohs) puede ser necesaria una baja presión de detonación (baja velocidad de detonación) para su fragmentación

5. POTENCIA O FUERZA

DEFINICION 

Capacidad que tiene el explosivo de fragmentar y desplazar el

medio confinante (roca) en forma eficiente.

DEPENDENCIA

• Características del explosivo. • Condiciones de terreno.

ALCANCES PRACTICOS 

Existen dos formas de expresar la potencia: • Potencia en volumen (energía por unidad de volumen). • Potencia en peso (energía por unidad de peso). • La potencia relativa en peso esta dada por la siguiente expresión: S : 5/6 *

Q/Q0 + 1/6 * VG/VG0

Donde, Q

Calor de explosión a volumen constante por Kg de explosivo.

Qo Calor de explosión a volumen constante por Kg del explosivo de referencia. VG Volumen de gases por Kg de explosivo. VGo Volumen de gases por Kg del explosivo de referencia.

6. DIAMETRO CRITICO

DEFINICION 

Es el diámetro mínimo que debe tener la columna explosiva para que la reacción de detonación se propague en forma estable.

DEPENDENCIA

• • • •

Grado de confinación. Presencia de agua. Desacoplamiento de la carga. Temperatura ambiente.

ALCANCES PRACTICOS 

• En el caso de explosivos a granel, se utiliza el término Diámetro Mínimo Recomendado, que es aquél en el cual el explosivo detona en forma consistente con las propiedades descritas teóricamente. • El diámetro del tiro es una limitante en la elección del explosivo.

7. SENSIBILIDAD

DEFINICION 

Existen varios tipos de sensibilidad a la hora de hablar de explosivos:

1) SENSIBILIDAD A LA INICIACION Es INICIACION Es definida, en términos generales, como la capacidad que tiene un explosivo para ser iniciado i niciado tanto por algún accesorio de tronadura como por la manipulación de éste. 2) SENSIBILIDAD A LA FRICCION Es FRICCION  Es el grado de resistencia del explosivo a ser detonado producto de la fricción producida debido a su carguío a través de cargadores c argadores neumáticos, al compactarse con un taqueador u otra acción de la misma índole. 3) SENSIBILIDAD AL CALOR Es CALOR Es el grado de dificultad o facilidad que presenta un explosivo para ser iniciado por una llama, ll ama, chispas o cualquier otra fuente de calor. 4) SENSIBILIDAD AL IMPACTO IMPACTO Es la capacidad c apacidad del explosivo de resistir resisti r golpes sin que sus componentes reaccionen.

7. SENSIBILIDAD

DEPENDENCIA

• Naturaleza de los componentes.

ALCANCES PRACTICOS 

• Determinar el nivel de sensibilidad nos da una guía para manipular de forma segura los explosivos y accesorios.

Es la medida de la l a facilidad de iniciación de los explosivos, es decir, el mínimo de energía, presión o potencia necesaria para que ocurra la iniciación. inic iación.

Lo ideal de un explosivo es que sea sensible a la iniciación mediante cebos (estopines) para asegurar la detonación de toda la columna c olumna de explosivo, e insensible a la iniciación accidental durante su transporte y manejo.

8. RESISTENCIA RE SISTENCIA AL AGUA

DEFINICION 

Es la capacidad que tiene un explosivo de estar en contacto con el agua sin perder su sensibilidad y eficiencia, luego de un tiempo considerable de exposición. Eficiencia Anfo (Humedad)

100 80

DEPENDENCIA

• Composición del explosivo. • Tipo de envase.

  a    i   c   n60   e    i   c    i    f40    E

20 0 0

1

2

3

4

5 6 7 % de Agua

8

9

10 10

11 12

ALCANCES PRACTICOS 

• En general, explosivos con un contenido de emulsión mayor al 50% (dinamitas gelatinosas, emulsiones, anfos pesados) tienen una una bu buena ena resistencia resistencia al agua. • Explosivos con baja o nula resistencia al agua, que se utilicen en tiros húmedos tienden a producir una gran cantidad de gases nitrosos. • La potencia de explosivos de baja resistencia al agua disminuye notoriamente si son usados en ambientes adversos.

La resistencia al agua en un explosivo es medida como la habilidad de resistir el agua sin deterioro o pérdida de sensibilidad, más precisamente, es el número de horas que el explosivo puede estar sumergido en agua y aún ser detonado.

9. TOLERANCIA A LA PRESION

DEFINICION 

Es la capacidad que tiene el explosivo de soportar el efecto de presiones, ya sea de una columna de agua subterránea como del peso de la parte superior de la columna explosiva.

DEPENDENCIA

• Propiedades y tamaño de los componentes.

ALCANCES PRACTICOS 

• Explosivos con baja tolerancia aumentan considerablemente su densidad si se ven v en expuestos a presión, llegando al punto de insensibilizarse por este hecho.