V O L A D U R A S E N T U N E L E S C O N C U E L E S D E B A R R E N O S

P A R A L E L O S

E l cuele de barrenos paralelos ofrece las condiciones ms favorables para la mecanizacin de la perforacin. Cuando se perfora con herra-mientas manuales es fcil instruir al personal nuevo y, si se desea, su-ministrarle plantillas ligeras para la perforacin del cuele de barrenos paralelos. Normalmente, los cueles en K y en abanico pueden ser rela-tivamente sencillos sobre el papel pero, de hecho, son ms complicados de ejecutar y de alterar si tiene que modificarse el avance por pega.

La prctica del cuele de barrenos paralelos se ha extendido en EE. U U . y Europa en los ltimos aos, favorecindose de esta forma su desarrollo y tambin, en algunos casos, planteando el problema de cmo, cundo y bajo qu condiciones puede y debe emplearse este cuele. Esto ltimo se explica porque los barrenos del cuele estn a menudo demasiado car-gados {quemados) en contra de los principios de voladura del cuele c i l in -drico con empleo de cargas ligeras y porque frecuentemente se sitan los barrenos de forma incorrecta. Estas conclusiones, vlidas para tales cueles quemados, se extienden y son representativas de todos los cueles de barrenos paralelos en general.

Las condiciones generales para la ejecucin de u n cuele de barrenos paralelos se indican en el prrafo 8 . 1 y proporcionan una base para el diseo de nuevos cueles y clculo del avance en funcin de la desviacin de la perforacin y de la profundidad d l 6 barreos. A l final de este capitulo puede encontrarse un resumen de avances a escala natural ex-trado de la ejecucin de ms de 13 0 0 0 pegas.

Hay tres tipos diferentes de cueles de barreno paralelos: cuele quemado, cuele ci l indrico y cuele en crter.

E l cuele quemado (burn cut) es el ms antiguo y , hasta la fecha, el ms extendido de los que ut i l izan barrenos paralelos. La apertura del

VOLADURAS E N T U N E L 2 4 5

7.11 Problemas

1 . Determinar a piedra a usar (l^i) en un franqueo con rotura libre, profundidad de barrenos de // = 3 , 0 m, dimetro en el fondo = 3 0 mm si la perforacin se desva 5 cm/m.

2. Determinar la piedra a usar con // ^ 5 ,4 m, d = 5 0 mm y una desviacin de 10 cm/m.

3. A qu distancia de una abertura rectangular de anchura B = 0 , 4 m puede situarse un barreno en el esquema de perforacin cuando la perforacin de la carga es a) i = 0,3 kg/m, b) 1 ^ 0 , 7 kg/m y c) i = 1,5 kg/m?

4 . Reconstruir la tabla 7 . 1 suponiendo que la desviacin lineal es ^ 0 ,02 H cm {H en m), que corresponde a un error de alineacin del 2 %. A qu profun-didad este factor es el 8 0 % o ms de la desviacin total R}

5. En un cuele de barrenos paralelos se produce una abertura cuadrada de 0,5 x X 0,5 Sugerir la posicin y serie de encendido para 10 barrenos de fran-queo, con ( = 3 0 mm alrededor de la abertura si la desviacin {R) es 0 , 2 0 m para los 5/6 de todos los barrenos.

6 . Indicar, en el ejemplo anterior, la posicin final de los barrenos si estn nu-merados del 5 al 15 en la distribucin N de la gura 7 .2 . Discutir barreno por barreno las condiciones de rotura en el fondo.

7 . Calcular de acuerdo con la frmula ( 7 . 8 Ai), el consumo de explosivo para un tnel con una seccin a) S ~ \, b) 5 ^ 6 0 m^.

8. Estudiar el efecto de la rotura en el fondo de un cuele en F, por ejemplo el de la figura 7 . 2 , si la desviacin de los barrenos es 5/6 10 cm/m. Numerar los barrenos y aplicar la distribucin N de la figura 7 .2 .

9 . Discutir la eleccin del cuele para un tnel con f = 6 m. Cul es el avance mximo con cuele cilindrico y con cuele en K? Cul es el avance normal con cuele en V}

10. Cuntos barrenos se han usado en un tnel con c = 0 , 6 , dimetro / ^ 4 3 mm y seccin a) S 10 ver, b) 5 = 4 0 m-, c) 5 = 8 0 m^ ? Cuntos seran si el dimetro es de = 3 0 mm?

VOLADURAS E N T U N E L E S CON C U E L E S DE BARRENOS PARALELOS 2 4 7

- F i G . 8.1 F I G . 8.2 ' '

F I G . 8.1 La salida del primer barreno prximo al vacio, origina en la mayora de los casos un aumento

!:' ' . : .: insignificante de volumen.

F I G . 8.2 . 1 vn^i E l barreno nm. 2 aumenta el volumen del barreno vaco. ,

Resultados obtenidos con im cuele cilindrico (de acuerdo con la fg. 8.10 a). Despus de la voladura de los 6 barrenos de cuele la abertura queda prcticamente limpia en su profun-

didad total, 5 m (foto Atlas Copeo).

248 T E C N I C A MODERNA D E VOLADURA D E ROCAS

cuele tiene lugar hacia uno o varios barrenos vacos descargados, pero con una concentracin de carga tan elevada que la roca se aglomera (sin-teriza) en la parte profunda del cuele y no proporciona las condiciones requeridas para la rotura de la pega.

E n el cuele cilindrico esta apertura es ejecutada hacia u n barreno vaco de tal forma que, cuando las cargas del pr imero , segundo y siguientes barrenos detonan, la roca arrancada es lanzada fuera del cuele. E l cuele se abre progresiva y uniformemente (cilindricamente) en toda su longi tud , como se ve en las figuras 8.1 a 8.3. Esto hace que el avance est l imitado solamente por la desviacin de los barrenos y puedan obtenerse mayores avances que con los cueles quemados.

E l cuele en crter consiste en uno o varios barrenos totalmente car-gados cuya voladura se efecta hacia el frente del tnel, es decir hacia una superficie l ibre en ngulo recto con los barrenos.

Algunas de las ventajas obtenidas con el avance racional de un tnel son: alto grado de mecanizacin en la perforacin, gran avance relativo (aprovechamiento en tanto por ciento de la profundidad perforada), u n gran promedio de avance por pega, buena fragmentacin y un esquema de perforacin que puede aplicarse sin cambios a diversos avances y anchuras de tneles. E l cuele ci l indrico ha sido desarrollado para satis-facer estos requisitos.

Prcticamente en todos los tneles y galeras con seccin menor de 50 m^ el cuele de barrenos paralelos puede dar un avance por pega mayor que el cuele en ngulo ordinario (fig. 7.16). Tambin se puede emplear el cuele de barrenos paralelos en tneles de grandes secciones, cuando se prefiere volar un gran nmero de pegas por da en lugar de obtener el mximo avance por pega.

8.1 Relaciones bsicas

a) Concentracin de la carga

La concentracin de la carga (/) necesaria en las voladuras con salida hacia un barreno vaco, que se da en kg/m, depende del dimetro del barreno vaco (^), del dimetro del barreno cargado {d) y de la distan-cia (a) entre los centros de ambos barrenos. Cuando se dan a y ^ en m m y el dimetro del barreno cargado es i = 33 m m , se aplica la siguiente frmula:

/ = 1,5 X 10-3 {al(l>y'^ ( - ^ / 2 )

Esta frmula se representa grficamente en la figura 8.4 y tambin en la tabla 8.1 para algunos dimetros corrientes de barrenos vacos y mxima distancia (a) entre barrenos recomendada.

VOLADURAS E N T U N E L E S CON C U E L E S DE BARRENOS PARALELOS 2 4 9

T A B L A 8 . I Concentracin de la carga (l) en kgjm para cueles cilindricos y mxima distancia cuando se dispara hacia barrenos vacos con dimetros comprendidos entre (f) z y- 57 y 200 mm (. representa el dimetro del barreno cargado). La potencia relativa del ex-

plosivo es s = I3O.

(}) mm 5 0 2 x 5 7 75 83 100 2 x 7 5 l i o 125 150 2 0 0

32 0,2 0,3 0,3 0 ,35 0 , 4 0 , 4 5 0 , 4 5 0,5 0 , 6 0 ,8 37 0,25 0,35 0 ,35 0 , 4 0 , 4 5 0 ,53 0 ,53 0 , 6 0 , 7 0 ,95 4 5 0 , 3 0 0 , 4 2 0 , 4 2 0 , 5 0 0 ,55 0 , 6 5 0 ,65 0 ,7 0 ,85 1,10

a mm 9 0 150 130 145 175 2 0 0 190 2 2 0 2 5 0 3 3 0

H a y que sealar, especialmente con barrenos vacos de pequeos dimetros, lo mucho que hay que aumentar la carga cuando se incre-menta la distancia entre centros. Para 5^ ^ 30 m m se necesita una carga de 1,0 kg/m para una distancia entre centros de 11 cm y menos de la mi tad de la concentracin de carga para una distancia de 8 cm. Este es

: _ . . . D i s t a n c i a e n t r e c e n t r o s

F I G . 8.4 ' ' - Relacin entre la cantidad de carga y la distancia entre los barrenos cuando se dispara hacia un barreno vaco con un dimetro de 30-150 mm corresponde a las lneas de puntos

de la fgura 8.5. Dimetro de los barrenos cargados = 32 mm.

250 T E C N I C A MODERNA D E VOLADURA D E ROCAS

F I G . 8.5 Resultado cuando se dispara hacia un barreno vacio con distintas distancias y dimetros del

mismo.

u n hecho importante que debe observarse, no tanto por la economa que pueda obtenerse en el consumo de explosivo, sino ms bien por el gran problema que puede provocar el uso de cargas pesadas en barrenos encerrados. Efectivamente, la roca vecina al barreno cargado fuertemente est expuesta a intensas tensiones con el peligro consecuente de rotura en los barrenos adyacentes. De este modo disminuye la capacidad de rotura de aquellos barrenos y existe i m gran riesgo de fallos en la se-cuencia de encendido.

b) Voladura limpia y deformacin plstica

A u n cumpliendo las condiciones de carga de la figura 8.4, el resul-tado de una voladura puede ser m u y variable, de acuerdo con la relacin entre la distancia entre centros (a) y el dimetro de ios barrenos vacos (f>. Cuando la distancia es mayor que el doble del dimetro del barreno vaco, a > 2 ^, la rotura puede no llegar a realizarse ya que la concen-

' " ' ' ^^ '^ ' VOLADURAS E N T U N E L E S CON C U E L E S D E BARRENOS PARALELOS '." 2 5 1

tracin de la carga necesaria es tan grande que hay una deformacin plstica de la roca entre los dos barrenos.

Si se aproximan los dos barrenos y la carga se ajusta de acuerdo con la figura 8.4, el propsito de la verdadera rotura de la roca entre ambos est asegurado. Sin embargo, la rotura no es la nica condicin nece-saria, ya que al mismo t iempo los gases de explosin deben lanzar a travs de la abertura la mayor cantidad posible de material arrancado.

En la figura 8.5 se ve la variacin de las condiciones de rotura con las diferentes distancias entre el barreno cargado y el barreno vaco. Se presupone en este diagrama que la concentracin de la carga es la indicada en la fgura 8.4 para el dimetro y espaciamiento en cuestin. Pueden observarse las variaciones de los resultados al aumentar la distancia entre barrenos. Para a < 1,5 ^ la abertura es una voladura limpia. Entre 1,5 ( y 2,1 (f) solamente hay rotura y para distancias mayores, como dijimos antes, deformacin plstica. A u n para distancias menores que las de la regin de deformacin plstica, tiene lugar u n quemado de la roca en el interior de la abertura si la concentracin de la carga es demasiado grande. Esta es en esencia la diferencia fundamental entre el llamado cuele que-mado y el cuele ci l indrico correctamente realizado. Es siempre difcil llegar a convencer a los artilleros de que un avance excesivamente pequeo ha sido motivado por la sobrecarga de los barrenos ms prximos al hueco. Evidentemente, no se ha insistido lo suficiente sobre este factor.

c) Transmisin de la detonacin >-~ -^ r -

Como ya se ha indicado, es m u y importante evitar la detonacin por simpata de cargas que se pretende salgan separadamente. Para barrenos con una concentracin de carga de 1,0 kg/m no habr autoexcitacin a una distancia de 25 cm con una gelatina normal ( N G l ^ 35 o)- Los va-lores correspondientes para 0,7 y 0,3 kg/m son 20 y 10 cm respectiva-mente. Estos valores son adecuados para granito y rocas similares. Para especies ms blandas, como caliza dolomtica (EE. U U . ) , la transmisin puede tener lugar tambin, para / ^ i kg/m, a una distancia de 25 cm. L a transmisin puede producirse a distancias mayores de las mencionadas si hay ranuras y grietas entre los barrenos.

Esta cuestin evidencia la di f icultad de evitar la detonacin espon-tnea en el burn cut corriente, con las desviaciones normales en la per-foracin. Para los cueles cilindricos existe u n riesgo menor pues la con-centracin d e j a carga es inferior. Es ms difcil evitar la autoexcitacin en los cueles con pequeos barrenos vacos que con los grandes.

Para reducir el riesgo de autoexcitacin debe elegirse u n explosivo relativamente insensible. Los ensayos muestran que las gelatinas con porcentaje inferior al 35 % de N G I y explosivos pulverulentos amoniacales dan resultados adecuados en los cueles cilindricos. L a Nahit y la dinamita

252 T E C N I C A MODERNA D E VOLADURA D E ROCAS

amoniacal' entraan un bajo riesgo y se ha comprobado son eficaces, desde diferentes puntos de vista, para los 4-8 barrenos ms prximos al vacio. Estos barrenos deben ser dbilmente cargados.

d) El efecto explosivo i^-^^-

'En las voladuras de los barrenos de franqueo completamente carga-dos de la manera normal , la velocidad de detonacin del explosivo puede llegar a 5500 m/s o ms, lo que, en algunos tipos de roca, puede ser una ventaja con vistas a la fragmentacin. Para los 4-8 barrenos de u n cuele ci l indrico ms prximo al barreno vaco y que solamente estn cargados con 0,3-0,5 kg/m, las condiciones cambian. L a velocidad de detonacin del explosivo es en este caso ms baja, 2400 m/s, lo cual es muy favorable para uno o dos de los barrenos de cuele ms prximos en los que el detonador puede estar colocado cerca del frente del tnel. Con velocidades de detonacin bajas las cargas en estos dos barrenos dan mejor limpieza, tanto en roca blanda como en roca dura.

En los avances en roca blanda se ha comprobado que u n explosivo pulverulento puede comprimirse en los barrenos adyacentes de tal modo que impide su detonacin (St. Joseph Lead, Missour i , EE. U U . ) . U n con-cepto prctico importante mencionado anteriormente, es el modo en que la energa de rotura de los diferentes explosivos encartuchados disponi-bles se ajusta a las necesidades de estos cueles. U n explosivo pulverulento encartuchado en 22 m m introducido sin atacar en el barreno da una potencia de rotura correspondiente a 0,34 kg de goma por metro, que, como puede verse en la tabla 8.1, es la concentracin de carga para cueles cilindricos con barrenos vacos de 75 m m y para cueles Coromant con 2 X 57 m m d barreno sin carga. Con barrenos vacos de i i o m m pueden emplearse cartuchos de goma de 22 m m o cartuchos de N a b i t de 25 29 m m introducidos suavemente, sin atacar, que dan una potencia de rotura correspondiente a concentraciones de goma de 0,48; 0,45 y o,6o kilogramos/m. Con barrenos vacos de 125 y 150 m m se pueden emplear cartuchos de Nabi t de 29 rnm sin atacar, o de goma de 25 m m . Con un barreno vaco de 200 m m puede usarse Nabit de 32 m m con atacado suave en el barreno para alcanzar la densidad deseada, de acuerdo con la tabla 8.1.

e) Influencia del dimetro de los barrenos cargados - " '

Los datos de las figuras 8.4, 8.5 y 8.6 se refieren a voladuras con barrenos cargados de 30-35 m m de dimetro. Si se usan dimetros ma-yores el efecto del explosivo disminuye y debe aumentarse la carga pro-

' Nota del Traductor. Los equivalentes de estos explosivos en Espaa son, las amonitas y ligamitas.

. -t VOLADURAS E N T U N E L E S CON C U E L E S DE BARRENOS PARALELOS 253

porcionalmente al dimetro para obtener la misma potencia de rotura (tabla 8.1). A l mismo t iempo, cambian las condiciones de proyeccin y expulsin de los fragmentos de roca arrancada. Ensayos preliminares indican que la tendencia de la roca a sinterizarse disminuye con el mayor dimetro de los barrenos cargados.

f) Influencia de la roca ,. ^. .

Las condiciones de rotura varan con la estructura de la roca. L a fgura 8.1 muestra u n ejemplo de cmo la rotura para el pr imer barreno puede tomar la forma de una estrecha ranura. En otros casos la abertura puede ser ancha, formando un ngulo con su vrtice en el centro del barreno cargado y tangente al contorno del barreno vaco. Los cueles de la fgura 8.10 estn diseados de forma que estas diferencias que se presentan en las rocas queden compensadas.

Bullock ha encontrado que en rocas especialmente blandas o plsticas puede tener lugar una deformacin plstica en la parte superior de la llamada regin de Rotura de la figura 8.5.

D i s t a n c i a e n t r e b a r r e r o s

mm 280 T

2U0

200 : T '

T i p o de r o c a

^. PJ^ _ . . ... ... , ....... . .,, ^ Distancia entre los barrenos cargados y descargados con un dimetro de 35 ih 5 mm para cueles quemados en varias clases de roca, A-G segn Steidle, A yeso, B caliza blanda, C are-

nisca blanda, D caliza dura, E granito suave, F cuarzo, G granito duro.

254 T E C N I C A MODERNA D E VOLADURA D E ROCAS

Por Otra parte, la calidad de la roca puede in f lu i r en los resultados a causa de grietas y diques de arcilla que originen autodetonaciones, lo que puede interrumpir la pega y sta no alcanza toda su profundidad. Por otra parte, las posibilidades de efectuar una perforacin precisa pueden variar en las diferentes zonas de una misma roca cuando la direc-cin de los estratos no es favorable.

Sin embargo, normalmente puede decirse que un cuele ci l indrico correctamente disparado, da buen resultado en la mayor parte de las rocas. E l avance en una nueva clase de roca puede iniciarse con una profundidad de perforacin que sea el 50-70 % del mximo dado en la tabla 8.4 y cuando el promedio del avance relativo para una serie de pegas exceda del 95 % , puede aumentarse la profundidad perforada su-cesivamente hasta el valor que permitan las condiciones.

En este aspecto, los cueles quemados estn ms subordinados al t ipo de roca y, algunas veces, son inadecuados. Se pueden mejorar entonces los resultados reduciendo la carga en los barrenos de cuele. Para cueles quemados, Steidle ha expresado la dependencia existente entre la dis-tancia ms adecuada de los barrenos y la clase de roca (fig. 8.6).

g) Influencia de la secuencia de encendido

Los cueles cilindricos y quemados pueden dar buen resultado tanto con micro-retardos como con retardos ordinarios. E n muchos casos se ha comprobado que la carga de un barreno puede ser arrancada por la de-tonacin de u n barreno prximo. E n el encendido con micro-retardo las cargas tienen mayor oportunidad de iniciacin antes de que haya empe-zado la proyeccin. Si el cartucho cebado detona con una velocidad ms baja que la de los cartuchos prximos, un explosivo con gran poder de autoexcitacin ser el rns apto para la explosin, lo que no quiere decir que se recomienden estos explosivos, sino que debe tenerse en cuenta este hecho.

Si los detonadores se sitan prximos al frente de la roca, se puede obtener una mejor limpieza de la abertura con relacin a la colocacin del detonador en el fondo. Esto puede aplicarse tambin a ios dems barrenos del cuele, pero, en vista del peligro de que ios barrenos resulten decapitados, es aconsejable situar solamente los detonadores instantneos prximos a la superficie y los dems, en el fondo de los barrenos.

h) Desviacin en la perforacin (tabla 8.2)

Cuando se disea un esquema de perforacin para un cuele de barre-nos paralelos debe tenerse en cuenta que se producirn errores de embo-quillado (cm), falta de alineacin (cm/m) y desviaciones adicionales en el interior de la roca. Esto har que el fondo de los barrenos tenga una

VOLADURAS E N T U N E L E S CON C U E L E S D E BARRENOS PARALELOS . 255

(~ 7 1/2") r = 9 5

("'3 3/4")

F I G . 8.7 Posicin probable a 5,5 m de profundidad de un barreno de cuele prximo a un barreno vacio de lio mm de acuerdo con la desviacin de la tabla 8.2. Las cifras indican la probabilidad de terminar dentro del rea entre dos crculos. E l 35 % de los barrenos perforados estarn mal situados en el fondo, valor que aumenta al 5 % si la distancia entre los centros de los

barrenos de cuele y el barreno vaco pasa de 140 a 185 mm. -

disposicin que puede diferir considerablemente de la original . E n la figura 8.7 se ha usado el signo + para indicar la posicin deseada para el pr imer barreno perforado, y las cifras de los anillos concntricos con ste indican la probabil idad de que este barreno termine en este ani l lo, y dentro de la superficie rayada entre los dos circuios de radios r y R alrededor del barreno vaco. L a frmula 7.1 representa la cooperacin de los errores de emboquillado {Re), de alineacin (Ra) y de las desvia-ciones dentro de la roca (Rr) en la desviacin total R

R - (Rl + Rl + RIY" ' (7.1)

Los valores de R indican el radio que incluye los 5/6 (83 % ) de las desviaciones de todos los barrenos; los valores de a corresponden a los valores medios de la desviacin en cm/m ( % ) . L a tabla 8.2 da las des-viaciones para profundidades H = 2-8 m , de acuerdo con la frmula anterior con Re = i cm. Ra = 1,14 H cmy R^ = 0,8 H^'^cm. Los clculos de los avances para los cueles cilindricos se han efectuado con estos va-lores de la desviacin. Los avances obtenidos con carga y situacin co-rrectas de los barrenos han sealado una variacin en la proporcin 0,8.1 que bien puede corresponder a variaciones de los valores Ra y Rr en los distintos lugares. Si los errores de emboquillado estn por bajo de Re = 1 cm, inf luyen poco en la desviacin resultante R para p r o -fundidades H ^ 2,4 cm.

Hay otro error que puede in f lu i r considerablemente y consiste en que la barrena, especialmente en barrenos largos, origina un mayor desgaste

2 5 6 T E C N I C A MODERNA D E VOLADURA D E ROCAS

T A B L A 8.2 Desviaciones de la perforacin a diferentes profundidades de acuerdo con la frmula:

H m 2 3 4 5 6 7 8

R cm 5>7 8 ,0 I I 14 17 2 0 C) cm/m 1.7 1.9 2 , 0 2 ,2 2 3 2 , 4 2,5

en la parte inferior del barreno como resultado del peso de la boca, p u -diendo ello producir una desviacin de la perforacin hacia abajo en los primeros 2-5 m . E n los barrenos de mayor profundidad se experimenta una tendencia inversa, ya que las barrenas deben ser entonces tan largas que se curvan hacia abajo en su zona media, por lo que su extremo adquiere una trayectoria ascendente. Estos tipos de errores se reducen eligiendo las barrenas de perforacin con u n gran dimetro. Es conveniente que el barreno vaco tenga la misma desviacin que los dems barrenos del cuele.

E n el caso de perforadoras guiadas mecnicamente debe conseguirse o que el emboquillado se realice exactamente en el sitio deseado o que la direccin de la perforacin despus del emboquillado sea paralela al barreno vaco. De no hacerse as existira no slo una falta de alineacin, sino tambin u n esfuerzo mucho mayor en el equipo, que durar menos t iempo. Las condiciones para u n emboquillado exacto se mejoran si las

100

8 0

6 0

O

2 0

O O 1,5 3 ,0 , 5 m . .

P r o f u n d i d a d p e r f o r a d a , H p a r a f = 1 2 5 m m (~5in)

F I G . 8.8 d) Probabilidaii de rotura a varias profundidades H cuando se dispara con cuele Taby, de acuerdo con la fgura 8 . 106 , con una desviacin en la perforacin de a = 2,0 cm/m (2 % ) .

b) Avance relativo en % de la profundidad perforada.

VOLADURAS E N T U N E L E S C O N C U E L E S DE BARREOS PARALELOS , 2 5 7

T A B L A 8.3 ' . Avance medio, en porcentaje de la profundidad perforada (H), para varios cueles ci-lindricos; con (f> = 12$ mm y una desviacin en la perforacin a = 2,0 cmjm (2 % ) . El avance es proporcional al dimetro del barreno vacio (f) e inversamente propor-

--^ cional a la desviacin de la perforacin (a).

H Doble espiral Cuatro secciones Tres secciones Tby

2,5 100 ICO -99 .9^ 7 - -3 . 0 IDO 9 8

3 . 4 100 9 6 ^w 3 , 8 9 9 9 4 92 88 4 . 2 9 7 9 2 89 84 4 . 7 9 5 - i 8 9 H..... :?^ 5.1

5.5

92 89

-8 6

^ 83 79 ' . i . 6 , 0 -86 8 0

barrenas de perforacin tienen u n apoyo lo ms cercano posible a la roca y si se ut i l izan barrenas ms gruesas, ^-jr^ -J

258 T E C N I C A MODERNA D E VOLADURA D E ROCAS

T A B L A 8.5

Avance medio {A,) y profundidad perforada {H), en metros, para varios cueles que-mados con un avance relativo del 9 0 % .

3 0 - 3 5 mm 75 mm Gronlund 8 5 - 1 0 0 mm 75 mm 3 8 mm triangular

Tipo cat hole Michigan cat hole triangular (Bullock-cut) Fig. 8.13 a b c d e

H 2 ,2 3 . 0 a 2,0 3.3 2 ,0 2 ,7 a 1,8 3 .0

"Valores no divulgados.

Para aclarar estos conceptos, en la figura 8.8, se seala el lmite del avance de un cuele ci l indrico en funcin de la desviacin de los barrenos. Para profundidades inferiores a 1,6 m , el 100 % de los cueles estarn correctamente perforados; de stos, u n 98 % seguirn siendo correctos hasta la profundidad de 2,0 m ; 86 % hasta los 3,0 m , etc., de acuerdo con la curva (a). Esto indica que a la profundidad de 1,6 m , el avance relativo es del 100 n. a 2,0 m el 99,8 "o y a 3,0 m slo el 98 El avance relativo se indica en la curva {b) de la figura 8.8.

Para los cueles quemados las condiciones son parcialmente similares, puesto que el avance de estos cueles est l imitado tambin por el des-prendimiento de la roca que se atraviesa en la abertura a 2-3 m de p r o -fundidad. Para diversos cueles cilindricos se ha calculado el avance medio con una desviacin de 0 = 2,0 cm/m. E n la tabla 8.3 se dan los valores calculados en % de la profundidad {H), aunque en el caso de cueles de tres secciones y de cuatro secciones se han corregido un 15 % por encima de los valores de H tericos, ya que esto corresponde mejor a los resul-tados prcticos.

Si se han obtenido unos ciertos valores del avance medio en los t ra -bajos con cueles cil indricos, o si tales datos se reciben de distintos sitios de trabajo, podr establecerse una comparacin solamente si el avance relativo es conocido en todos los casos.

D e acuerdo con lo que se ha dicho en la seccin precedente, la des-viacin por metro de los barrenos aumenta con la profundidad. Los va-lores de la tabla 8.3 deben ser entonces rectificados, y esto se ha hecho segn la tabla 8.2, y significa que los valores de H correspondientes a una cierta cifra aumentan o disminuyen en razn inversa a los valores de a, si esta desviacin es de J = 2,0 cm/m. De esta forma es posible calcular qu profundidad de cuele dar un avance medio del 95 o de la profundidad perforada. Los valores asi obtenidos se indican en la tabla 8.4.

Cuando se busca el avance ms conveniente para un cuele ci l indrico

VOLADURAS E N T U N E L E S C O N CUELES D E BARRENOS PARALELOS : 2 5 9

con el f in de introducir lo en un trabajo, no debe empezarse el avance con los valores de perforacin dados en la tabla 8.4, sino u n 30 % ms bajos. Con estas pegas ms cortas pueden ensayarse y mejorarse todos los detalles prcticos, tales como concentracin de la carga, t ipo de ex-plosivo, secuencia de encendido y precisin de la perforacin. E l cuele de cuatro secciones con ( = 125 m m da u n avance del 95 % para H = = 3,6 m . Si se han realizado ensayos o pruebas con este cuele, durante una semana por ejemplo, el avance medio debe ser del 98 % , es decir 2,94 m (para el cuele en s). Solamente cuando se alcance este valor con aproximacin, se aumentar la profundidad de los barrenos a 3,6 m y, si se desea, puede avanzarse otro escaln si la perforacin es tan precisa que el avance medio por pega es mayor del 95 % de la profundidad perforada. Una ventaja importante del cuele con barrenos paralelos es que se pueden ensayar nuevos avances, ordenando s e n c i l l ^ e n t e que se aumente la profundidad de los barrenos, de una pega a otra, cosa impo-sible de realizar con el cuele en ngulo, en el que cada intento de m o -dificacin exige u n cambio del esquema de perforacin y u n control m u y meticuloso para que el nuevo programa de perforacin se ejecute en la prctica con la exactitud deseada y esto, segn se ha comprobado, es muy difcil.

Los valores dados en las tablas 8.3 y 8.4 estn calculados bajo el nico punto de vista de la desviacin en la perforacin, lo que quiere decir que el avance medio prctico puede ser inferior si se producen autodeto-naciones o dificultades en el lanzamiento completo de los residuos a travs de la abertura perforada. N o obstante, para profundidades de barrenos hasta 4-5 m , y posiblemente tambin para valores mayores, la dispersin de la perforacin parece ser el factor decisivo. Los resultados de avances a escala natural dan unos promedios un 5 % mayores que los valores de la figura 8.4. E n la tabla 8.5 se da el avance medio para d i -ferentes cueles quemados con u n avance relativo ms bajo (90 % ) que el de los cueles cilindricos de la tabla 8.4.

j) Proyeccin y fragmentacin s..-^;! n i - v ,: V ^

Puesto que el arranque se realiza, en pr incipio , hacia una abertura central, la proyeccin es relativamente pequea y el montn de escombro est bastante concentrado. L a proyeccin vara segn se haga el encen-dido y aumenta considerablemente si la pega se inicia con micro-retardo. Si se lleva el avance a ms de 5 m en tneles de pequea seccin, una gran parte de la pega debe ser iniciada con micro-retardo para que exista una probabil idad cierta de hinchamiento. L a figura 8.9 da algunos ejem-plos de la distribucin del montn de escombros para pegas de 3,2-5,0 m en tneles de 5 m'^

L a fragmentacin ser mejor y ms uniforme con cueles cilindricos

f

2 6 0 T E C N I C A MODERNA D E VOLADURA D E ROCAS

3.2mr/0,5/0

o

4

1 . 1 30

1 40 50 ft

10 15 m

F I G . 8.9 Posicin de la masa de roca despus de la pega en una galera de 5 m': ) encendido con re-lardo de segundo, avance 3,2 m; b) encendido con retardo de segundo, avance 5,0 m; c) en-

cendido con micro-retardo, avance 5,0 m.

y quemados que con cueles en ngulo. Las masas de roca son lanzadas al mismo tiempo con gran fuerza contra la pared opuesta de la abertura central, lo que quiere decir que la energa de proyeccin se transforma en energa interna, que contribuye a la rotura de la roca. Es tambin ms fcil evitar la sobre-excavacin dentro de la pega, ya que casi todos los barrenos tienen u n ngulo l ibre de rotura y el explosivo se d i s t r i -buye uniformemente a travs de toda la masa de la roca de voladura.

8.2 Diferentes tipos de cueles de barrenos paralelos

Hay una gran variedad de tipos de cueles de barrenos paralelos. D e todas formas una pequea diferencia en el esquema de perforacin da lugar a resultados m u y diferentes. Se mencionarn solamente aquellos cueles cilindricos que proporcionan buenos resultados en la prctica, insistiendo en que debe observarse estrictamente el esquema de perfora-cin y disposicin de carga estipulada. Cada ajuste, por ejemplo para mayores distancias entre barrenos y ms cantidad de carga en kg/m, hace

VOLADURAS E N T U N E L E S CON C U E L E S D E BARRENOS PARALELOS 261

T A B L A 8 .6 Cueles en doble espiral con diversos dimetros del barreno vaco (^i) . Datos acordes con la figura 8.10. Las concentraciones de carga U y l-i se refieren a los barrenos mar-

cados con ~h 3' respectivamente.

mm 75 85 100 l i o 125 150 2 0 0

a mm l i o 120 130 140 160 190 2 5 0 b mm 130 140 160 170 190 2 3 0 3 10 c mm 160 175 195 2 1 0 2 4 0 2 9 0 3 8 0 d mm 2 7 0 2 9 0 325 3 5 0 4 0 0 h kg/m 0 , 3 0 0 .35 0 , 4 0 0 ,45 0,5 0 , 6 0 , 8 h kg/m 0,65 0 .75 0 , 8 c 0 , 9 1.3 1.7

bajar apreciablemente el avance medio. E l encendido de los diferentes barrenos del cuele debe efectuarse segn la secuencia dada en las fi-guras 8.10 y 8 . I I . Respecto a los cueles de doble espiral, T b y y Coro-mant, el encendido de. los barrenos nm. i y 2 con detonadores instan-tneos puede mejorar los resultados. Estos detonadores instantneos deben situarse en la boca del barreno. Para evitar el riesgo de decapitacin de las otras cargas, los dems detonadores deben colocarse en el fondo de los barrenos. N o deberan llevar carga de fondo los 6-8 barrenos ms prximos al barreno vaco. .\.-'. r, /

a) Cueles cilindricos . ,

Cueles en doble espiral (fg. 8.10 a)

E l esquema de barrenos en espiral proporciona la abertura ms amplia. Sin embargo, cuando se pretendan obtener grandes avances deber usarse el doble espiral de la figura 8.10 a, adoptando la separacin entre barrenos y la concentracin de carga de la tabla 8.6. Con el esquema en doble espiral se tiene la ventaja de que pueden iniciarse sucesivamente los barrenos opuestos, con lo que se obtiene una mejor limpieza de la aber-tura. Adems, la seguridad en el avance aumenta, ya que cada seccin de la doble espiral puede romper con independencia. Segn los datos de avances medios dados en la tabla 8.3, el cuele en doble espiral es de-finitivamente superior a los dems tipos de cueles, con un avance por lo rnenos u n 20 % mayor que los dems de barrenos paralelos. Una des-ventaja en la prctica es el hecho de que los dos barrenos ms prximos al vaco de l O O - i i o m m slo distan 130-140 m m de su centro y en la perforacin con estructuras estacionarias y con el equipo actual se pre-cisa una distancia de 160 m m . Esto lleva consigo la necesidad de aumentar el dimetro del barreno vaco hasta 125 m m , con lo que la distancia al centro puede incrementarse hasta 160 m m y , si se desea, aumentar el

i

2,62. T E C N I C A MODERNA D E VOLADURA D E ROCAS

F I G . 8.10 a Cuele en doble, espiral (datos acordes

con la tabla 8.6).

(-20") (-5^/2") (-n '/2")

F I G . 8.10 b Cuele Tby.

avance en u n 10 % . Otra alternativa puede ser la de aumentar simple-mente la distancia entre estos dos barrenos ms prximos a 160 m m , pero se reducir de esta forma el avance medio un 5-10 % por lo menos.

Cuele Tby (fig. 8.10 )) ^ '

Como puede verse por el esquema de encendido, este es u n cuele en doble espiral modificado. E n lo referente al avance, es inferior al obtenido con el doble espiral propiamente dicho, segn la tabla 8.3, lo

F I O . 8.10 c Cuele en tres secciones ^ =^ i io mm.

VOLADURAS E N T U N E L E S CON CUELES DE BARRENOS PARALELOS 263

(-19 3/4") (-19 3/4"}

F I G . 8.10 d >:^'-' -^O-AJ.IV Cuele en cuatro secciones (> i i o mm. j^.^ v

'::-.y.

que puede servir como ejemplo del efecto producido por las alteraciones aparentemente insignificantes de la planti l la de perforacin. Sin embargo, la pr incipal ventaja del cuele T b y consiste en que los barrenos estn situados verticalmente en una misma lnea, lo que facilita la mecaniza-cin de la perforacin y su realizacin.

Cuele en tres (fig. 8.10 c) y en cuatro secciones (fig. 8.10 d)

Estos otros dos tipos de cueles ci l indricos, que han sido ampliamente usados, dan u n avance que es, del 15 y 20 % respectivamente, superior al cuele T b y . E l cuele en tres secciones ha sido empleado pr incipal -mente en la perforacin con equipo manual ligero con barrenos vacios de 75 m m . Exige menos perforacin que el T b y y el de cuatro secciones. Este ltimo, que proporciona u n avance satisfactorio, es el t ipo de cuele ci l indrico de uso ms frecuente en la actualidad.

Cuele Fagersta (f ig. 8.10 e)

Este cuele se perfora tambin con equipo manual. E l barreno hueco, de 64 76 m m , se perfora en dos fases, la primera en forma ordinaria y la segunda como franqueo de este barreno piloto. Este t ipo es u n inter-medio entre u n cuele de cuatro secciones y uno en doble espiral.

Los cueles Coramant y Fagersta se perforan ambos con equipos l i -geros, por lo que son m u y adecuados para minas y galeras pequeas

264 T E C N I C A MODERNA D E VOLADURA D E ROCAS

donde no resulta econmico perforar con mquinas pesadas. Son su-periores a todos los cueles quemados con un barreno vaco de 75 m m o varios barrenos de pequeo dimetro vacos. Proporcionan un avance mayor y ms seguro y un menor consumo de explosivos.

Cuele Coromant (fig. 8.10/, 8.11 y 8.12)

L a ventaja de este t ipo de cuele, radica en la facilidad de su perfora-cin con equipo manual. E n pr inc ip io , es u n cuele en doble espiral. Se utiliza como barreno hueco el conjunto de dos de 57 m m de dimetro perforados en forma de un 8. A l igual que los barrenos cargados del cuele, los vacos de 57 m m se perforan con la ayuda de una plantil la (fig. 8.11). En la tabla 8.4 puede verse que, aproximadamente, se obtiene el mismo avance con este tipo de cuele que con uno de barrenos huecos

de 75 m m .

b) Cueles quemados (fig. 8.13 a~e) . '

Los cueles quemados ms comunes trabajan con barrenos huecos del mismo dimetro que los cargados. E l cuele G r o n l u n d (fig. 8.13 a) y el

a=100mm b=150 mm c=2T0 mm d=250 mm

^FiG. 8.10 e Cuele Fagersta, = 75 mm.

3 5 0 3 0 0

, 1 1 5

7 0 (-2 3/4")

iMl^l 1

.{y i--\ VJ

9 0 (-3^/2")

F I G . 8 . 1 0 / Cuele Coromamj ^ = 2 x 57 mm.

VOLADURAS E N T U N E L E S C O N CUELES DE BARRENOS PARALELOS 2 6 5

F I G . 8 . I I Plantilla de perforacin en chapa de metal ligero para el cuele Coromant, con unos 15 kg de

peso (Lautmann).

cuele triangular (fig. 8.13 tienen la gran ventaja de que no es necesario ningn equipo adicional para la perforacin. Es de suponer que en el futuro estos cueles se utilizarn slo en aquellos casos para los que estn especialmente indicados. E n el supuesto de que sea necesario util izar cargas que originen deformaciones plsticas de la roca, es aconsejable no cargar totalmente los barrenos nmeros 1-5 en el cuele Gronlund y los nmeros i , 2 y 3 en el cuele quemado triangular. Estos barrenos pueden cargarse con cartuchos de 25 m m sin compr imir , equivalente a 0,65-0,70 kg de explosivo por metro. Los dems barrenos se cargan tota l -mente. E l barreno nmero i debe iniciarse con u n detonador instantneo colocado en la zona ms prxima al frente del tnel (cebado directo).

Por su escaso inters, no se enumeran las diversas variaciones que pueden hacerse con este t ipo de cueles. Solamente se mencionar u n cuele comn adicional, el llamado cat hole; puede obtenerse girando los cuatro barrenos descargados del cuele G r o n l u n d 45 '^ alrededor del barreno central. ^

E l cuele Mich igan , con u n gran barreno central hueco, es uno de los primeros cueles quemados que se adoptaron. E n la actualidad ha quedado descartado, pues se obtienen resultados mejores y ms seguros con los cueles cilindricos cuando se dispone de u n gran barreno vaco para la voladura.

i-

266 T E C N I C A MODERNA D E VOLADURA D E ROCAS

F I G . 8.12 Voladura de cuele Coromant con dos barrenos de 57 mm. Profundidad de los barrenos 3,2 m, avance 3,1 m y carga 0,3 kg/m. Fila de arriba, de izquierda a derecha: antes de la voladura y despus de la salida de los barrenos i y 2. Fila intermedia: despus de salir los barrenos 3; 4 y 5. Fila de abajo: al salir el barreno 6 y despus de haberse limpiado el cuele (Lautmann).

Una variacin del cat-hole la constituye el indicado en la figura 8.13 c con cuatro barrenos vacos de 75 m m y el central cargado con 1,0-1,2 kg de gelatina por metro.

Por ltimo, puede verse un ejemplo de cuele triangular con barrenos vacos de 75 m m segn el esquema de la figura 8.13 e. Este t ipo de cuele,

a.

VOLADURAS E N T U N E L E S CON C U E L E S D E BARRENOS PARALELOS

250

(b-

- -e - " f - e - -^

6 ^ B 210

0%' o

250 200 (~8-}

2 6 7

. rr^i-ri >Oiu.^. ^ / o . r l ' M ^ - - '^^^

100M"J ITOf-S-/O

60 (~2 '/a

^5 I v / ... -..-i-

"" F I G . 8.13 ' Ejemplos de cueles quemados: a) cuele Gronlund, b) cuele Michigan, c) cat hole con barrenos de 75 mm, 0 cuele triangular quemado con barrenos de 35 mm, e) cuele quemado con tres

barrenos vacios de 75 mm y otros seis de cuele, segn Bullock.

268 T E C N I C A M O D E R N A D E VOLADURA D E ROCAS

investigado y divulgado por Bul lock, proporciona avances mejores y ms seguros que otros tipos de cueles quemados que fueron ensayados al mismo tiempo. E n rigor no se trata de u n cuele de barrenos paralelos ya que los seis barrenos exteriores estn ligeramente inclinados hacia adentro.

c) Cuele en crter (fg. 8.14)

Representa en principio un t ipo de cuele completamente nuevo, en el que se hace uso del efecto de crter que se obtiene de la voladura de un solo barreno en una superficie l ibre (fig. 8.14 a). Este t ipo de cuele ha sido sugerido y desarrollado por K . Hio. Debe considerarse la posi-b i l idad de una ampliacin uniforme. Esto significa que, si se aumenta la escala, tanto del dimetro como de la profundidad de los barrenos y se dobla, por ejemplo, la longi tud de la carga, se obtendr u n crter de doble profundidad. Puede aumentarse el nmero de barrenos en lugar de incrementar el dimetro de los mismos. En la fgura 8.146, nueve barrenos pequeos remplazan a otro de dimetro tr iple y la profundidad del crter es tambin tres veces mayor. Comparado con otros tipos de barrenos paralelos, el cuele en crter no tiene ninguna ventaja que ofrecer en los tneles ordinarios. Sin embargo, ios principios de voladura de crter pueden utilizarse como ayuda en las voladuras con barrenos largos. E n tales casos puede usarse para volar algunos metros en pegas cortas cuando la disposicin de los barrenos, a causa de la desviacin, hace imposible la voladura hacia u n barreno vacio.

^ " T T

F I G . 8.14 ) Cuele en crter con rotura paralela a la direccin de los barremos; b) segn K. Hio.

VOLADURAS E N T U N E L E S CON C U E L E S D E BARRENOS PARALELOS 2 6 9

8.3 Resultados de perforacin con cueles ^ ^ de barrenos paralelos

Los resultados prcticos obtenidos con las diferentes clases de cueles de barrenos paralelos han sido cuidadosamente examinados sobre la infor-macin reunida durante los ltimos aos en Amrica y en Europa. Los ensayos realizados con todos los tipos de cueles quemados con un barreno central vaco hasta de lOO m m , estn reflejados perfectamente en la tabla 8.5, bajo las condiciones en las que estos cueles pueden ser u t i l i -zados. ^

L a tabla 8.4 proporciona una informacin similar para los cueles cil indricos.

E l reciente desarrollo de los cueles ci l indricos, que evitan el efecto de quemado, ha permit ido llegar a unos avances de tal potencialidad que el equipo de perforacin y en muchos casos la especializacin del per-sonal, slo han podido ponerse a su altura en algunas ocasiones. Con objeto de comprobar los clculos, ha sido necesario realizar ensayos a escala natural . Se ha realizado esto con unas 8000 pegas de cueles c i l i n -dricos, junto con unos 5000 cueles quemados, cuyo resumen se expone en las tablas 8.7 a 8.9. Una gran parte de los datos bsicos fueron n o t i -ficados a la Swedish Rock Blasting Commitee por diferentes compaas y presentados por T . Bjarnekull . Se ha reunido material adicional durante los aos 1960 y 1961. Las voladuras han sido ensayadas en una gran variedad de tipos de rocas con barrenos vacos que varan desde 30 hasta 125 m m . Las secciones de los tneles han tenido preferentemente de 4 a 20 m^.

L a primera colimma de la tabla 8.7 contiene el nmero de orden y la segunda el t ipo de roca. Es importante conocer el nmero de pegas dadas, tercera columna, para sacar las conclusiones de los resultados finales. Las columnas siguientes contienen los dimetros del barreno vaco y el t ipo de cuele. Los cuatro primeros son cueles quemados, luego vienen los cilindricos desde el nmero 5 al 27. La notacin 2 x 57 indica que se han usado dos barrenos de 57 m m , perforados en este caso espe-cfico, para hacer una ranura. Obsrvese que los cueles nmero 5 y n-mero 27 son diferentes; en el pr imero , 2 x 57 T b y , los seis barrenos ms prximos al vaco estn dispuestos en dos lneas verticales y no como

'en el cuele Coromant (nm. 27). L a columna siguiente da la profundidad de los barrenos (H) que

vara entre 1,6 y 4,0. E l valor medio para el avance por pega (Am) est dado en relacin con la profundidad perforada a ^ AmjH y vara desde 0,69 a 0,97. E l nmero 24 ha tenido una profundidad perforada de 4,8 m y ha dado como avance el 0,69 (69 % ) de este valor, Am = 3:3 m . E l n-mero 20 tiene u n avance de Am = a H = 0,97 x 3,1 ^ 3,0. E l avance

2 7 0 T E C N I C A MODERNA D E VOLADURA D E ROCAS

T A B L A 8 .7

Resultados del avance en tneles con cueles de barrenos paralelos. Seccin de los tneles 4-20 m-, excepto el nmero 2 9 con 80 m'-.

Cuele Nm. 4> H K , , nm. Tipo de roca de pegas mm Cuele m a=AJH m

I Magnedta 33 32 2 Leptita 118 3 0 3 Mineral y granito 2 5 0 0 3 0 4 Mineral 2 5 0 0 3 0

5 Leptita 1 0 4 0 2 x 5 7 6 Leptita 3 2 x 5 7 7 Pirita 57 2 x 5 7 8 Tuffit . 123 2 x 5 7

9 Mineral 2 4 0 0 75 10 Leptita, mineral 8 7 6 I I Leptita, peagmatita 190 7 6 12 Gneiss 9 0 0 75 13 Pizarra-arcilla . 419 83 14 Granito 6 102

15 Granito 455 n o 16 Leptita 550 n o 17 Pizarra verde .: n o 18 Leptita ?42 n o 19 Leptita-cal 55 n o 2 0 Gneiss-diabasa 2 0 0 l i o

2 1 l i o 2 2 Granito .240 : 75 23 Granito 115 125 2 4 Granito 40 n o 25 5 75 2 6 Leptita ' : 30 n o 2 7 Granito 57 2 x 5 7

2S 25 3 x 7 5 2 9 2 2 5

3 0 Caliza dolomtica 5 0 3 x 7 5

Gronlund 2;o7 0,92 1,8 Gronlund 2,00 0 . 9 7 2 .3 Gronlund ; r 2 , 0 0 0 , 9 2 1.75 Gronlund 2 , 0 0 0 , 9 2 1.75

Tby 2,00 0,95 2 ,0 De 4 secciones 2 , 4 0 0 . 9 5 2 ,4 Taby 1 ,60 0 . 9 7 1,8 Doble espiral 4 , 0 0,88 3.3

De 3 secciones 2 , 4 0 , 9 6 2 ,6 De 4 secciones 3>2 0 . 7 7 1.9 De 4 secciones 2 ,0 0 , 9 5 2 ,0 Tby 2 ,4 0 ,93 2,2 De 4 secciones 3.1 0 , 9 0 2 ,55 De 4 secciones 3.15 0 ,95 3.15

De 4 secciones 4 , 0 0 .95 4 . 0 Tby 3 . 0 0 , 9 0 2.5 Doble espiral 2 ,0 0 , 8 0 1.7 De 4 secciones 2 ,4 0 ,93 2 ,2 Tby 2 ,4 0 , 9 7 2 ,7 De 4 secciones 3 . 1 0 , 9 7 3.5

De 4 secciones 4,0 0 , 9 0 3.3 De 4 secciones 3.15 0 , 8 6 2 ,4 De 4 secciones 3 .9 0 , 9 7 4 . 4 Tby 4 , 8 0 , 6 9 2 ,8 De 3 secciones 3 , 2 0 0 , 8 7 2 ,6 De 4 secciones 3.17 0,95 3 .2 Coromant 3ii7 0 , 9 2 3 .0

Bullock 3 A 0 , 9 3 3.3 Canadiense 3,6 0 , 9 2 3.3 BuUock 2 ,85 0 , 9 0 2,5

ha sido prcticamente el mismo en los dos casos, pe'-o no el costo y los resultados pretendidos.

N o es conveniente dar cifras medias para los nv-.nces, sacadas de la comparacin de los distintos ensayos. Estas cifras podran ser causa de errores. L o que se pretende conocer es la profundidad perforada corres-pondiente a u n avance del 95 % . Esto se calcula con ayuda de curvas

.ii--Ji': -----VOLADURAS E N T U N E L E S CON CUELES DE BARRENOS PARALELOS , 2 7 1

T A B L A 8 .8 ' ' Espaciamiento y concentracin de la carga para los barrenos de cuele, comparados

con los valores correspondientes de las tablas 8.6 y 8.1 (entre parntesis) ym^.:.

Dimetro Concentracin y. del Distancia de los barrenos de la carga

barreno barreno Cuele vaco ab (a) c (c) . (Id Encen-' ' ' nm. mm mm kg/m dido ' -

I 32 9 0 i ^ 0 > / ' ; - " 2 1 0 ( 1 8 0 ) 0 ,53 ( 0 , 6 5 - 0 , 7 0 ) mecha 1 ,00 85 ( 8 0 ) 180 ( 1 8 0 ) 0 , 7 8 ( 0 , 6 5 - 0 , 7 0 ) M S 1,28

3 95 ( 8 0 ) ij-i U 3 0 0 ( 1 8 0 ) 0 , 7 8 ( 0 , 6 5 - 0 , 7 0 ) mecha 0 , 9 7 i

100 ( 8 0 ) 3 0 0 ( 1 8 0 ) 0 , 7 9 ( 0 , 6 5 - 0 , 7 0 ) mecha 0 , 9 7

' 5 2 x 5 7 120 (120) 170 ( 1 6 0 ) 0 , 4 3 ( 0 , 3 0 ) mecha 0 , 9 1 6 100/150 (120) 2 5 0 ( 2 0 0 ) 0,18-0,30 ( 0 , 3 0 ) M R 0,93 7 120 ( 1 2 0 ) 170 ( 1 6 0 ) 0 , 4 5 ( 0 , 3 0 ) mecha 0 , 8 2 8 1 50 ( 1 2 0 ) ;,. 1 50 ( 2 0 0 ) 0 ,25 ( 0 , 3 0 ) M R 1,07

75 120 (120) 2 2 0 (210) 0 , 2 4 - 0 , 2 8 ( 0 , 3 0 ) mecha 1 ,08 10 100/ 160 ( 1 2 0 ) 2 2 0 ( 2 0 0 ) mecha 0 , 7 6

I ,. 100/ 150 ( 1 2 0 ) 210/290 ( 2 0 0 ) mecha 0 , 8 0 12 f-. 1 50 ( 1 2 5 ) - ; 210 ( 1 6 0 ) 0 , 2 9 ( 0 , 3 0 ) M R 1,05

83 150 ( 1 3 0 ) 2 8 0 ( 2 2 0 ) 0 , 4 5 ( 0 , 4 0 ) M R 0,95 . 4 102 110/140 ( 1 4 0 ) 3 5 0 ( 2 3 0 ) 0 , 2 0 - 0 , 3 4 ( 0 , 4 0 ) mecha 0 , 9 7

15 n o 1 50 ( 1 5 0 ) 2 8 0 ( 2 5 0 ) 0,5 ( 0 , 5 ) M R 1,18 I.J 2 7 0 ( 1 6 0 ) 4 4 0 ( 2 1 0 ) mecha 0 , 8 9 x - i (

190 ( 1 4 0 ) 2 1 0 ( 1 7 0 ) 0 , 6 7 ( 0 , 5 ) M R 0 , 4 1 18^ 130/150 C I 5 0 ) 2 9 0 (2I0) ? 0,65 ^ , -i : ^ 19'

1 70 ( 1 6 0 ) 2 2 5 (210) 0 , 4 1 ( 0 , 5 ) M S 0 , 9 6 20 1 30/200 ( 1 5 0 ) 2 7 0 ( 2 5 0 ) 0 , 3 5 - 0 , 5 7 ( 0 , 5 ) mecha 1,03

n o 150 ( 1 5 0 ) 3 0 0 ( 2 5 0 ) 0 , 4 0 ( 0 , 5 ) M R 0 , 9 7 22 75 130 ( 1 2 0 ) 2 4 0 ( 2 0 0 ) 0 , 3 6 ( 0 , 3 5 ) M R 0 , 9 6 23 125 140 ( 1 7 0 ) 2 6 0 ( 2 8 0 ) 0 , 4 0 ( 0 , 5 5 ) M R 1,16 24 n o 150 ( 1 6 0 ) 210 (210) 0,5 ( 0 , 5 ) M R 1,00

75 n o ( 1 2 0 ) 0 ,35 ( 0 , 3 5 ) M R 1,08 26 n o 1 6 5 / 2 0 0 ( 1 5 0 ) ( 2 5 0 ) 0 , 3 0 ( 0 , 4 0 ) M R 0 , 9 4 27 2 x 5 7 9 0 ( 9 0 ) 120 ( 1 2 0 ) 0 , 3 0 ( 0 , 3 0 ) M R 0 , 9 7 28 . 3 X 75 9 0 ( 9 0 ) 1 4 5 ( 1 4 5 ) M R 1.23

29 2 0 0 30 3 x 7 5 -. - 0 , 8 6

como las de la figura 8.8 b y las relaciones dadas en la tabla 8.3. E n la mayora de los casos, este clculo obliga -a efectuar correcciones m u y pequeas. E l problema 8.5 indica la marcha de los clculos. Los valores

2 7 2 T E C N I C A MODERNA D E VOLADURA D E ROCAS

rectificados H^^ estn dados en la ltima columna de la tabla 8.7. Se ve en el nmero 24 que H^^ = 2,8 m contra H =^ 4,8 m , lo que indica que, en condiciones normales de precisin, la perforacin debera haber sido de 2,8 m solamente si se pretenda un avance del 95 ^o- Inversa-mente, en el nmero 20 el valor real de la profundidad perforada podra haber sido mayor, HQ^ = 3,5 m . Los valores //gg hacen posible comparar correctamente los resultados experimentales de varios trabajos.

En la tabla 8.8 las distancias para los cuatro barrenos ms prximos al barreno vaco estn representadas por a cuando aqullas son iguales y por ajb cuando los dos ms prximos difieren de los dos siguientes. (a) da el valor a aconsejado de acuerdo con las figuras 8.10 y 8.13 , para el cuele en doble espiral, con la tabla 8.6. Los valores c y (c) dan respectivamente las distancias usadas y calculadas (entre parntesis) para los dos o cuatro barrenos siguientes ms prximos al vaco.

Los valores peales (calculados) de / (/), se expresan en kg/m en la columna de la concentracin de la carga. Los barrenos del cuele han sido iniciados con mecha corriente, con detonadores elctricos de retardo de medio segundo ( M S ) o con micro-retardos ( M R ) .

La ltima columna da la relacin entre la profundidad experimental del barreno correspondiente a u n avance medio del 95 % y el valor calcu-lado. Los valores calculados (Hcai) estn tomados de la tabla 8.4 o, para cueles quemados, de la 8.5. Cuando los resultados obtenidos estn en concordancia con las tablas 8.4-8.5, la ltima columna da ; = 1,00. Con esta notacin los valores de >i indican claramente si la voladura ha sido afortunada o no. Hace tambin posible la explicacin de algunos resul-tados importantes de la investigacin tan sencillos como los que se ex-ponen a continuacin.

Los valores de y. para los cueles cilindricos se han distr ibuido en la tabla 8.9 en cuatro grupos separados de acuerdo con la concentracin de la carga y separacin de los barrenos. E l pr imer grupo es el ms intere-sante porque da los resultados obtenidos con separacin y concentracin de carga acordes con los clculos. En algunos casos se da una concen-tracin de carga ms baja que la perteneciente al grupo. Se han obtenido valores entre 0,94 y 1,18 con u n promedio aproximado c ?< = 1,05. L a conclusin es que algumos de los valores de la tabla 8.4 para el avance son relativamente bajos. Perforando a escala natural se han obtenido va-lores un 5 % ms altos, como promedio.

En el grupo siguiente, con situacin correcta de los barrenos, pero con una concentracin excesiva de carga, el valor medio es solamente ^ ~ 0,85. Aunque separados, los experimentos previos han demostrado la importancia de evitar cargas excesivas (son suficientes pequeas sobre-cargas del 20-25 % P^ra caracterizar este grupo).

Con cargas correctas, pero con distancias excesivas desde los barrenos cargados al barreno vaco, se obtiene un promedio de alrededor de ; = 0,97.

VOLADURAS E N T U N E L E S C O N C U E L E S D E BARRENOS PARALELOS 273

T A B L A 8 .9 Relacin entre los valores prcticos medios del avance por pega y los valores de dicho ,^ , avance calculados segn la tabla 8.4. : / ' t C ' ? - ' ' '

Distancia al centro del barreno vaco Concentracin de carga " Proporcin x

Correcta . . Correcta

Correcta ' Excesiva o desconocida Excesiva " Correcta Excesiva ^ ^; Excesiva

0 , 9 4 1 ,08 1,18 0 , 9 6 I 3 O 3 0 , 9 7 0 , 9 6

1,16 I3OO i j O 1 ,07 0 , 9 7 ,

0 , 9 1 0 ,82 0 , 7 6 0 , 8 0 . . . 0 , 9 3 1.05 0 ,95 0 , 9 7 ''^^''^ 0 , 8 9 0 , 4 1 O365 : ; - - '

Distancia correcta al centro del barreno vaco significa que los valores del esquema de perforacin no exceden de los dados en la tabla 8.6 en ms del 10 % para los cuatro barrenos interiores y del 25 % para los dems.

Concentracin de carga correcta quiere decir que las concentraciones no superan a los valores de k dados en la tabla 8.6 en ms del 10 %.

Excesivo quiere decir, que las distancias para los cuatro barrenos ms prximos han sido alrededor del 20 % mayores que las recomendadas en las tablas 8.1 y 8.6 (en lugar de a =^ 140 m m las distancias han sido de 160-170 m m ) , y el 25 % para los barrenos siguientes (en lugar de c = 210 m m las distancias han sido de hasta 260 m m ) . Merece especial atencin observar que si la distancia se aumenta en 20-30 m m para los barrenos ms prximos, se obtiene u n valor medio solamente un 8 % menor que el avance promedio con espaciamiento acorde con las tablas. Los valores obtenidos en los diferentes sitios de trabajo se desvan i 10 % de los valores medios de cada grupo. . ,H .

Finalmente, con distancias y cargas excesivas, se obtienen los valores de ms bajos, ; = 0,410,89. Para los cueles quemados, no incluidos en la tabla 8.9, los valores experimentales de los casos investigados en las tablas 8.7-8.8 estn en concordancia con los valores generales de la tabla 8.5. Los avances medios han sido aproximadamente u n 5 % ms altos que los de la tabla 8.5, lo que est completamente dentro de los lmites de tolerancia. ^

8.4 Conclusiones ^ H

Los resultados experimentales confirman los clculos generales y las tablas recuerdan la importancia de no usar cargas excesivas, as como tambin el que puede aumentarse ligeramente (menos de u n 20 % ) el espaciamiento de los barrenos alrededor del vaco, si con ello se facilita la perforacin. Tanto los clculos como los resultados muestran que los cueles en doble espiral proporcionan avances u n 20 % superiores a los

18.TECNICA M O D E R N A DE V O L A D U R A DE ROCAS

274 T E C N I C A MODERNA D E VOLADURA D E ROCAS

del cuele en cuatro secciones, u n 25-30 % mejores que el cuele en tres secciones y un 50 % que el cuele T b y . Parece razonable esperar que los fragmentos puedan ser lanzados satisfactoriamente fuera de la abertura central con profundidades de 5 m o ms. L a tabla 8.4 da la profundidad de perforacin para cueles cil indricos cuando el avance relativo es del

95 % Los cueles quemados proporcionan avances u n 5 % mayores que los

de la tabla 8.5, que expresa la profundidad de perforacin cuando los avances relativos son del 90 % .

Se han efectuado investigaciones bsicas sobre las condiciones de vo-ladura con ios tipos indicados de cueles de barrenos paralelos. E n lo concerniente a la aplicacin prctica, an queda por mejorar los elementos para la perforacin de barrenos vacios de unos 125 m m o ms y disminuir el costo de estos barrenos, coordinar el uso de los cueles con el aumento de la mecanizacin en la perforacin, adoptar cartuchos especialmente prefabricados y diseados al objeto y organizar el avance, enseando a los obreros a obtener el mejor provecho de los barrenos paralelos.

8.5 Problemas

1 . Construir el esquema de perforacin para un cuele en doble espiral con ta-ladro vaco de 83 mm. Qu profundidad deber de perforarse para tener un avance satisfactorio ( 9 5 % ) ?

2. Reconstruir el esquema anterior con los 6 barrenos de cuele colocados a una distancia aumentada en un 10 %. Discutir, de acuerdo con la tabla 8 . 9 , la influencia sobre la profundidad de la perforacin (,.^) y el avance.

3. Disear la carga de los seis barrenos del cuele del problema i : a) con un ex-plosivo gelatinoso con potencia relativa s = 1 ,0, b) con im explosivo pulveru-lento con s = 0 , 9 0 .

4 . Discutir el dimetro de los 6 barrenos de cuele del problema i con respecto a los cartuchos de explosivo disponibles.

5. Cuando se perfora el cuele de cuatro secciones, nm. 2 1 de la tabla 8 . 7 , la pro-fundidad a perforar es H = 4 , 0 m y el valor medio del avance A, = 3 ,6 m. De-terminar H.rr, suponiendo: a) una desviacin en la perforacin de tr ^ 2 ,0 cm/m, independente de H segn la tabla 8 .3 ; b) con una desviacin dependiente de la profundidad, de acuerdo con los valores de la tabla 8 . 2 .

6 . Se supone que la desviacin de los barrenos, al calcular los valores de la tabla 8 .2 para profundidades mayores de H = 2 ,4 m, es o- = ( 1 ,3 -|- 0 , 6 4 H)"" cm/m. E l primer trmino del parntesis depende de la falta de alineacin y el segundo de la desviacin en la roca. Calcular, para un cuele en doble espiral, la pro-fundidad a perforar que proporcione el 95 de avance si el error de ali-neacin es 2 cm/m cuando el dimetro del barreno vaco es: a) = 83 mm, b) (f> = 2 X s j mm, c)

VOLADURAS E N T U N E L E S C O N C U E L E S D E BARRENOS PARALELOS 275

Construir un esquema de perforacin para un cuele de cuatro secciones con a) (f) 83 mm y b) = 150 mm. c) Discutir para ^ = 150 mm el efecto pro-ducido al aumentar las distancias entre los barrenos un 10 % . Disear la carga de los 8 barrenos de cuele en el problema 8 a) y b). Cuando se perfora durante un mes con un cuele en doble espiral de ^ 100 mm y una profundidad de los barrenos H = ^,1, el avance total para 2 4 pegas es j) 7 1 m y 6) 73 m. Calcular a ^ A,H y el valor H.,,, (correspondiente a un avance relativo de a = 0 , 9 5 ) . Discutir el efecto de iniciacin en los resultados que se dan en la tabla 8.8.