La perforación y voladura es el uso controlado de explosivos y otros métodos, como la pirotecnia de voladura a presión de gas, para romper la roca para la excavación . Se practica con mayor frecuencia en la minería , la explotación de canteras y la ingeniería civil , como la construcción de presas , túneles o carreteras. El resultado de la voladura de roca a menudo se conoce como corte de roca .
Actualmente, la perforación y voladura utilizan muchas variedades diferentes de explosivos con diferentes composiciones y propiedades de rendimiento. Los explosivos de mayor velocidad se utilizan para rocas relativamente duras con el fin de romper y romper la roca, mientras que los explosivos de baja velocidad se utilizan en rocas blandas para generar más presión de gas y un mayor efecto de levantamiento. Por ejemplo, un manual de voladuras de principios del siglo XX comparó los efectos de la pólvora negra con los de una cuña y la dinamita con los de un martillo. [1] Los explosivos más utilizados en la minería en la actualidad son las mezclas basadas en ANFO debido a su menor costo que la dinamita .
Antes de la llegada de las tuneladoras (TBM), la perforación y voladura era la única forma económica de excavar túneles largos a través de roca dura, donde la excavación no es posible. Incluso hoy en día, el método todavía se utiliza en la construcción de túneles, como en la construcción del túnel de base de Lötschberg . La decisión de construir un túnel con una tuneladora o con un método de perforación y voladura incluye varios factores. La longitud del túnel es un tema clave que debe abordarse porque las tuneladoras grandes para un túnel de roca tienen un alto costo de capital, pero debido a que generalmente son más rápidas que un túnel de perforación y voladura, el precio por metro de túnel es menor. [2] Esto significa que los túneles más cortos tienden a ser menos económicos de construir con una tuneladora y, por lo tanto, generalmente se construyen mediante perforación y voladura. La gestión de las condiciones del terreno también puede tener un efecto significativo en la elección con diferentes métodos adaptados a diferentes peligros en el terreno.
Historia
El uso de explosivos en la minería se remonta al año 1627, [3] cuando la pólvora se utilizó por primera vez en lugar de herramientas mecánicas en la ciudad húngara (ahora eslovaca ) de Banská Štiavnica . La innovación se extendió rápidamente por Europa y América.
El método estándar para volar rocas era perforar un agujero a una profundidad considerable y depositar una carga de pólvora en el extremo más alejado del agujero y luego llenar el resto del agujero con arcilla o alguna otra sustancia mineral blanda, bien apisonada, para hacer lo más apretado posible. Luego, se quitó un cable colocado en el agujero durante este proceso y se reemplazó con un tren de pólvora. Este tren se encendió con una cerilla lenta , que a menudo consistía simplemente en papel marrón untado con grasa, destinado a arder el tiempo suficiente para permitir que la persona que lo dispara el tiempo suficiente para llegar a un lugar seguro. [4]
La incertidumbre de este método provocó muchos accidentes y se introdujeron varias medidas para mejorar la seguridad de los involucrados. Se reemplazó el alambre de hierro, por el que se forma el paso de la pólvora, por uno de cobre. Otro fue el uso de un fusible de seguridad . Este consistía en un pequeño tren de pólvora insertado en un cordón a prueba de agua, que arde a un ritmo constante y uniforme. Esto, a su vez, fue reemplazado más tarde por un largo trozo de cable que se utilizó para entregar una carga eléctrica para encender el explosivo. El primero en utilizar este método para voladuras submarinas fue Charles Pasley, quien lo empleó en 1839 para desmantelar los restos del buque de guerra británico HMS Royal George, que se había convertido en un peligro para el transporte marítimo en Spithead . [4]
Uno de los primeros usos importantes de la voladura para remover rocas ocurrió en 1843 cuando el ingeniero civil británico William Cubitt usó 18,000 libras de pólvora para remover un acantilado de tiza de 400 pies de alto cerca de Dover como parte de la construcción del Ferrocarril del Sureste . Aproximadamente 400,000 yardas cúbicas de tiza fueron desplazadas en un ejercicio que se estimó que le ahorró a la compañía seis meses de tiempo y £ 7,000 en gastos. [4]
Si bien la perforación y la voladura vieron un uso limitado en la época preindustrial con pólvora (como el túnel Blue Ridge en los Estados Unidos, construido en la década de 1850), no fue hasta que los explosivos más potentes (y más seguros) , como la dinamita (patentado 1867), así como se desarrollaron taladros motorizados , que su potencial se realizó plenamente.
La perforación y voladura se utilizó con éxito para construir túneles en todo el mundo, en particular el túnel ferroviario Fréjus , el túnel ferroviario del San Gotardo , el túnel Simplon , el Jungfraubahn e incluso el túnel de carretera más largo del mundo, Lærdalstunnelen , se construyen con este método.
En 1990, se consumieron 2.100 millones de kg de explosivos comerciales en los Estados Unidos (12 m 3 per cápita), lo que representa un gasto estimado de 3.5 a 4.000 millones de dólares de 1993 en voladuras. En este año, la Unión Soviética fue líder en volumen total con 2.700 millones de kg de explosivos consumidos (13 m 3 per cápita), y Australia tuvo el mayor consumo per cápita de explosivos ese año con 45 m 3 per cápita. [5]
Procedimiento
Como su nombre indica, la perforación y voladura funcionan de la siguiente manera:
- Se perforan varios agujeros en la roca, que luego se llenan parcialmente con explosivos.
- El tallo, material inerte, se empaqueta en los agujeros para dirigir la fuerza explosiva hacia la roca circundante. [6]
- La detonación del explosivo hace que la roca se derrumbe.
- Se retiran los escombros y se refuerza la nueva superficie del túnel.
- Repitiendo estos pasos hasta completar la excavación deseada.
Las posiciones y profundidades de los agujeros (y la cantidad de explosivo que recibe cada agujero) están determinadas por un patrón cuidadosamente construido, que, junto con la sincronización correcta de las explosiones individuales, garantizará que el túnel tendrá una sección transversal aproximadamente circular. .
Durante la operación, se pueden usar alfombrillas de voladura para contener la explosión, suprimir el polvo y el ruido, para prevenir la formación de rocas volantes y, a veces, para dirigir la explosión. [7] [8]
Soporte de rock
A medida que avanza un túnel o excavación, el techo y las paredes laterales deben apoyarse para evitar que la roca caiga dentro de la excavación. La filosofía y los métodos para el soporte de rocas varían ampliamente, pero los sistemas de soporte de rocas típicos pueden incluir:
- Pernos de roca o clavijas de roca
- Hormigón proyectado
- Costillas o arcos mineros y rezagos
- Pernos de cable
- El hormigón en obra
Por lo general, un sistema de soporte de roca incluiría varios de estos métodos de soporte, cada uno destinado a desempeñar un papel específico en el soporte de roca, como la combinación de pernos de roca y hormigón proyectado.
Galería
Perforación de barrenos con Tamrock Scout 700
Perforación de barrenos en la mina Bingham Canyon , Utah. Tenga en cuenta el patrón de taladros que se están preparando para la voladura.
Carga de barrenos con ANFO
Superficie de roca recién volada. Esto se llama pre-split, es una técnica para dejar una cara suave.
Corte de carretera de Sideling Hill formado por voladura de roca
Alfombrillas de limpieza de neumáticos para la prevención de rocas voladoras y supresión de polvo.
Mapa que describe las zonas de despeje durante la voladura en una cantera de piedra caliza. Estos avisos son producidos por topógrafos (ver topografía ).
Perforación de agujeros para voladuras en una cantera de dolerita en Prospect Hill , Sydney , Australia.
Ver también
- Implosión de edificios
- Demolición
- Sociedad Internacional de Ingenieros Explosivos
Referencias
- ^ Maurice, William (c. 1910). La guía del tirador . Londres: "The Electrician" Printing and Publishing Company Ltd. págs. 79–80.
- ^ Kolymbas, Dimitrios (2005). Tunelización y mecánica de túneles: un enfoque racional de la construcción de túneles . Springer-Verlag. págs. 444 . ISBN 3-540-25196-0.
- ^ Gary L. Buffington, El arte de realizar voladuras en sitios de minería de superficie y construcción , Sociedad estadounidense de ingenieros de seguridad (2000).
- ↑ a b c The National Cyclopaedia of Useful Knowledge , Vol III, (1847) Londres, Charles Knight, p.414. Este artículo incorpora texto de esta fuente, que es de dominio público .
- ^ Persson, Per-Anders (1994). Ingeniería de voladuras y explosivos . Prensa CRC. pag. 1. ISBN 0-8493-8978-X.
- ^ Capítulo 7, Pozos de carga , Manual del Servicio de Parques Nacionales para el Transporte y Uso de Explosivos , 1999, última actualización 2007; página 110.
- ^ Hansen, TC, ed. (2004). Reciclaje de hormigón y mampostería demolidos (edición ilustrada). Boca Raton, Florida : CRC Press . pag. 284. ISBN 0-203-62645-1.
- ^ "Incidentes como el percance de la voladura de Cape Ray se consideran raros" . www.cbc.ca . CBC News . 27 de agosto de 2015 . Consultado el 26 de septiembre de 2015 .
enlaces externos
- "Air Curtain Fences Blast" Popular Mechanics , agosto de 1954, págs. 96–97, la delicada explosión controlada en 1954 para conectar los dos reservorios en una central eléctrica canadiense de las Cataratas del Niágara.
- Hogeboom, Charles L. (1879). . La Cyclopaedia americana .
- . Encyclopædia Britannica . 4 (11ª ed.). 1911. págs. 44–48. Este es un estudio extenso de las técnicas utilizadas a principios del siglo XX.