14. EXPLOSIVOS. 14.1 DEFINICIÓN. Los explosivos son uniones químicas o mezclas mecánicas, sólidas o líquidas, que pueden desarrollar gran potencia al detonar ante un estímulo determinado (choque, fricción, etc) convirtiéndose rápidamente en gases, los cuales al dilatarse debido al calor generado en la transformación, ejercen un efecto de destrozo sobre el medio en el cual se aplican. 14.2 JUSTIFICACIÓN DE LOS EXPLOSIVOS. Los explosivos se justifican en virtud de la gran potencia que pueden desarrollar, tal como lo dice explícitamente la definición. Para comprender esto, se puede hacer la siguiente comparación: Una central térmica de buena capacidad, puede tener una potencia instalada de 550 Mw. AUTOR: INGENIERO EDGARD ZAPATA G 1
Un explosivo normal colocado en un barreno de 31 mm de diámetro puede tener las siguientes características: poder calorífico: 1200 kcal/kg. velocidad de detonación: 4000 m/s concentración del explosivo en el barreno: 1kg/m Sabiendo que 1kw es equivalente a 0,238 kcal/s, se puede demostrar, fácilmente, que la potencia desarrollada por el explosivo en el barreno es 37 veces la potencia de la central térmica. 14.3 MECÁNICA DE LA ROTURA. Al detonar un explosivo, en el interior de un barreno, se produce, en primer lugar, una onda de choque con los siguientes efectos secuenciales: a) Trituración del material adyacente a las paredes del barreno. La magnitud de esa trituración es tal, que el barreno queda ensanchado, aproximadamente, al doble del diámetro. AUTOR: INGENIERO EDGARD ZAPATA G 2
b) Generación de esfuerzos radiales de compresión en las paredes del barreno. Hay que tener muy presente que la presión de los gases en el interior del barreno es muy alta (superior a 100 000 bar), al igual que la temperatura (varios miles de grados centígrados). c) Generación de esfuerzos de tracción y de fisuras radiales, como respuesta a la poca resistencia de la rocas a la tracción. d) Penetración del gas a alta presión y muy caliente en las fisuras. e) Ensanchamiento de las fisuras y separación de fragmentos y bloques. 14.4 PROPIEDADES DE LOS EXPLOSIVOS. Las principales propiedades de los explosivos son las siguientes: a) Potencia. Se puede medir indirectamente por el efecto del explosivo o su capacidad para romper o transformar el medio en el cual se aplica. La potencia puede medirse AUTOR: INGENIERO EDGARD ZAPATA G 3
mediante un ensayo denominado ensayo TRAUZL o ensayo en la bomba de plomo. Este ensayo consiste en hacer explotar una carga de 10 gramos, de la sustancia explosiva que se desea ensayar, en una perforación de 25 mm de diámetro y 125 mm de profundidad practicada sobre un cilindro de plomo virgen de 200 mm de diámetro y 200 mm de altura. Después de la explosión se limpia la caverna y se llena de agua para medir el volumen de la misma. El efecto del explosivo o TRAUZL del mismo es la diferencia en cm 3 entre los volúmenes final e inicial de la caverna. b) Sensibilidad. Por sensibilidad de un explosivo se entiende la tendencia a descomponerse ante un estímulo determinado (normalmente impacto o fricción). Evidentemente, esta información solo puede obtenerse en el laboratorio. El ensayo, denominado comúnmente ensayo de la BERTA, consiste en dejar caer una pesa de 2 kg desde AUTOR: INGENIERO EDGARD ZAPATA G 4
cierta altura. La pesa tiene una punta que encaja perfectamente en un orificio que tiene la base, donde se coloca una cantidad del explosivo en análisis que puede variar entre 0,05 g y 0,20 g. La pesa se deja caer desde varias alturas hasta hallar la altura de explosión en cm, la cual se anota como sensibilidad del explosivo ensayado. Este ensayo debe repetirse al menos 20 veces para lograr un promedio de resultados verdaderamente representativo de la sensibilidad. c) Densidad. Se llama densidad a la relación entre el peso de la sustancia explosiva y el volumen que ésta ocupa. Es necesario diferenciar los siguientes tipos de densidad: densidad real. Es la relación entre el peso de la sustancia explosiva y su volumen, cuando éste es ocupado completamente por la sustancia explosiva. Se determina en el laboratorio. AUTOR: INGENIERO EDGARD ZAPATA G 5
densidad gravimétrica. Es la relación entre el peso de la sustancia explosiva y su volumen, cuando la sustancia explosiva se presenta en polvo o en granos y el espacio entre éstos es ocupado por aire. densidad de cargue. Es la relación entre el peso de la carga de sustancia explosiva y el volumen de la misma en la cámara de carga. d) Velocidad de detonación. Es la velocidad de propagación de la onda explosiva a través de una columna de explosivo de diámetro normalizado. Es, realmente, la propiedad responsable de la potencia que puede desarrollar el explosivo. Para la gran mayoría de explosivos, la velocidad de detonación varía entre 400 m/s y 8000 m/s. e) Resistencia al agua. AUTOR: INGENIERO EDGARD ZAPATA G 6
Es la capacidad de los explosivos de mantener, o no, sus propiedades en presencia del agua. Varía de acuerdo con la composición del explosivo y generalmente está vinculada a la proporción de nitroglicerina o aditivos especiales que contengan. La escala de clasificación generalmente aceptada es: nula, limitada, buena, muy buena y excelente. En la primera, el explosivo no tiene ninguna resistencia al agua, mientras que en la última, garantiza una exposición superior a 12 horas. f) Balance de oxígeno. Es la relación en porcentaje entre, la diferencia en peso entre el oxígeno disponible en la sustancia explosiva y el oxígeno necesario para la oxidación completa de los elementos combustibles, y el peso molecular de la sustancia explosiva. AUTOR: INGENIERO EDGARD ZAPATA G 7
BO ( O O ) D R 16 PESO MOLECULAR 2 2 % = SE 100 Donde: BO: balance de oxígeno. O 2d: número de átomos de oxígeno disponibles en la sustancia explosiva O 2r: número de átomos de oxígeno requeridos para oxidar los elementos combustibles. g) Volumen de gases. El volumen de gases que se forman en la explosión influye sobre la fuerza de la misma y, por lo tanto, es una característica energética muy importante. La cantidad de gases se expresa en litros por kilogramo de sustancia explosiva y se calcula para condiciones normales (0 grados de temperatura y 760 mm de presión). AUTOR: INGENIERO EDGARD ZAPATA G 8
14.5 CRITERIOS BÁSICOS PARA LA SELECCIÓN DE EXPLOSIVOS. Para la selección técnica de los explosivos se deben tener en cuenta los siguientes criterios: a) Las propiedades de los explosivos seleccionados deben ser compatibles con las características de la roca y del entorno en el cual se encuentra. b) Para voladura de rocas duras y homogéneas deben utilizarse los denominados explosivos de fracturación o sea aquellos que tienen baja producción de gases y elevada velocidad de detonación. c) para la voladura de rocas fracturadas deben utilizarse los denominados explosivos de empuje o sea aquellos que tienen elevada producción de gases. AUTOR: INGENIERO EDGARD ZAPATA G 9