2.3_mecanica_de_rotura f465

MECÁNICA DE ROTURA DE LAS ROCAS PROCESOS DE FRAGMENTACIÓN Y TEORÍAS

MECÁNICA DE ROTURA DE ROCAS PROCESO DE FRACTURACIÓN La fragmentación de rocas por voladura comprende a la acción de un explosivo y a la consecuente respuesta de la masa de roca circundante, involucrando factores de tiempo, energía termodinámica, ondas de presión, mecánica de rocas y otros, en un rápido y complejo mecanismo de interacción.

PROCESO DE DETONACIÓN DE UNA CARGA EXPLOSIVA ONDA DE CHOQUE O DE TENSIÓN ROCA COMPRIMIDA

ONDA DE REFLEXIÓN

(*)

ROCA NO ALTERADA

*** ***** ******** ********** ************* *************** ***************** ******************* ********************* *********************** ************************** ****** ******************* ***********

CAÍDA DE PRESIÓN INICIAL

ONDA DE REFLEXIÓN Y GASES EN EXPANSIÓN

ENSANCHAMIENTO DEL TALADRO

PCJ

********* ****** *************** *************************** ************************* ************************ ********************* ******************* ***************** *************** ************** ************ ********** ******** ****** ***** *** *

EXPLOSIVO SIN REACCIONAR DIRECCIÓN DE AVANCE DE LA DETONACIÓN

FC ZR

ROCA NO ALTERADA

PCJ: PLANO DE CJ ZR : ZONA DE REACCIÓN FC : FRENTE DE CHOQUE

MECÁNICA DE ROTURA DE ROCAS Este mecanismo aún no está plenamente definido, existiendo varias teorías que tratan de explicarlo entre las que mencionamos a:

 Teoría de reflexión (ondas de tensión reflejadas en una cara libre).

 Teoría de expansión de gases.  Teoría de ruptura flexural (por expansión de gases).

MECÁNICA DE ROTURA DE ROCAS  Teoría de torque (torsión) o de cizallamiento.  Teoría de craterización.  Teoría de energía de los frentes de onda de compresión y tensión.  Teoría de liberación súbita de cargas.  Teoría de nucleación de fracturas en fallas y discontinuidades.

MECÁNICA DE ROTURA DE ROCAS Una explicación sencilla, comúnmente aceptada, que resume varios de los conceptos considerados en estas teorías, estima que el proceso ocurre en varias etapas o fases que se desarrollan casi simultáneamente en un tiempo extremadamente corto, de pocos milisegundos, durante el cual ocurre la completa detonación de una carga confinada, comprendiendo desde la fragmentación hasta el total desplazamiento del material volado.

MECÁNICA DE ROTURA DE ROCAS Estas etapas son: 1. Detonación del explosivo y generación de la onda de choque. 2. Transferencia de la onda de choque a la masa de la roca iniciando su agrietamiento. 3. Generación y expansión de gases a alta presión y temperatura que provocan la fracturación y movimiento de la roca. 4. Desplazamiento de la masa de roca triturada para formar la pila de escombros o detritos. .........

MECÁNICA DE ROTURA DE ROCAS La rotura de rocas requiere condiciones fundamentales como: 1. Confinamiento del explosivo en el taladro. 2. Cara libre. 3. Relación entre diámetro del taladro a distancia óptima a la cara libre (burden). 4. Relación burden-altura de banco y profundidad del taladro. 5. Condiciones geológicas, parámetros del taladro y explosivo para generar el fisuramiento cilíndrico radial y la consecuente rotura flexural.

FASES DE LA MECÁNICA DE ROTURA DE UN TALADRO CON CARA LIBRE 1. COLUMNA EXPLOSIVA

TACO INERTE

CARGA EXPLOSIVA CONFINADA

INICIADOR SUFICIENTE

BURDEN

TALADRO

CARA LIBRE

SOBREPERFORACIÓN

FASES DE LA MECÁNICA DE ROTURA DE UN TALADRO CON CARA LIBRE 2. PROPAGACIÓN DE LA ONDA DE SHOCK

LAS ONDAS O FUERZAS DE COMPRESIÓN GENERADAS EN EL TALADRO VIAJAN HACIA LA CARA LIBRE

LAS ONDAS QUE ESCAPAN PRODUCEN CONCUSIÓN Y ONDAS SÍSMICAS

ONDAS SISMICAS

FASES DE LA MECÁNICA DE ROTURA DE UN TALADRO CON CARA LIBRE 3. AGRIETAMIENTO POR TENSIÓN LAS ONDAS SE REFLEJAN EN LA CARA LIBRE Y REGRESAN EN FORMA DE FUERZAS DE TENSIÓN QUE AGRIETAN A LA ROCA. SE NOTA YA LA EXPANSIÓN DE LOS GASES

FASES DE LA MECÁNICA DE ROTURA DE UN TALADRO CON CARA LIBRE 4. ROTURA DE EXPANSIÓN LOS GASES A ALTA PRESIÓN SE EXPANDEN RÁPIDAMENTE PENETRANDO EN LAS GRIETAS DE TENSIÓN INICIANDO LA ROTURA RADIAL Y EL DESPLAZAMIENTO DE LA ROCA

ROTURA ADICIONAL POR DESCOSTRE

FASES DE LA MECÁNICA DE ROTURA DE UN TALADRO CON CARA LIBRE 5. EXPANSIÓN MÁXIMA (ROTURA FLEXURAL) LOS GASES PRESIONAN AL CUERPO DE ROCA ENTRE EL TALADRO Y LA CARA LIBRE, DOBLÁNDOLA Y CREANDO PLANOS DE ROTURA HORIZONTALES ADICIONALES

FASES DE LA MECÁNICA DE ROTURA DE UN TALADRO CON CARA LIBRE 6. FASE FINAL: FORMACIÓN DE LA PILA DE ESCOMBROS LOS GASES EN O CON EL MEDIO AMBIENTE PIERDEN FUERZA Y EL MATERIAL TRITURADO CAE AL PIE DE LA NUEVA CARA LIBRE

ESQUEMA DE AGRIETAMIENTO RADIAL DE LA ROCA

ESQUEMA DE AGRIETAMIENTO RADIAL DE LA ROCA Y LA INFLUENCIA DE TALADROS CONTIGUOS

Si las columnas de explosivo son intersectadas longitudinal-mente por fracturas existentes, éstas se abrirán por efecto de la onda de choque y se limitará el desarrollo de las grietas radiales en otras direcciones. Las fracturas paralelas a los taladros que se encuentran a cierta distancia de estos taladros, evitarán que la formación de grietas se propaguen en la roca. Fracturas Grietas radiales

Zona de fracturación radial

Roca pulverizada Taladro

El agrietamiento no avanza debido al choque con las fracturas paralelas

MECANISMOS DE ROTURA • FASE I

(VISTA DE PLANTA) CARA LIBRE

ONDAS DE CHOQUE

BURDEN

TALADROS ESPACIAMIENTO

MECANISMOS DE ROTURA (VISTA DE PLANTA)

• FASE II

TENSIONES EN EL MACIZO ROCOSO

CARA LIBRE

ONDAS DE CHOQUE REFLEJADAS

ZONA DE AGRIETAMIENTO RADIAL

ANILLO DE ROCA PULVERIZADA

MECANISMOS DE ROTURA • FASE III

(VISTA DE PLANTA) PROYECCIÓN DE ROCA

ONDAS DE CHOQUE REFLEJADAS

EXTENSIÓN DE LAS GRIETAS RADIALES POR LA EXPANSIÓN DE LOS GASSES

CARA LIBRE

MECANISMOS DE ROTURA (VISTA DE PLANTA) • FASE IV PROYECCIÓN DE ROCA

ROTURA DE CRÁTER

MECÁNICA DE ROTURA DE UN TALADRO SIN CARA LIBRE (CRÁTER) 1. TALADRO DE CRÁTER

TACO INERTE LÍMITE DE ROTURA COLUMNA EXPLOSIVA BOOSTER

MECÁNICA DE ROTURA DE UN TALADRO SIN CARA LIBRE (CRÁTER) 2. DETONACIÓN ONDAS DE TENSIÓN, SÓLO EN LA CARA LIBRE SUPERFICIAL

ONDAS DE COMPRESIÓN

ONDAS DE COMPRESIÓN QUE SE DISIPAN COMO ONDAS SÍSMICAS

INFLUENCIA DE TALADROS CONTIGUOS

INFLUENCIA DE TALADROS CONTIGUOS 1. ESPACIAMIENTO ADECUADO TENSIONES EN EL MACIZO ROCOSO

CARA LIBRE

ONDAS DE CHOQUE REFLEJADAS

ZONA DE AGRIETAMIENTO RADIAL

ESPACIAMIENTO

ANILLO DE ROCA PULVERIZADA

INFLUENCIA DE TALADROS CONTIGUOS 2. ESPACIAMIENTO MUY CORTO (PROYECCIÓN EXCESIVA) TENSIONES EN EL MACIZO ROCOSO

CARA LIBRE

INFLUENCIA ENTRE TALADROS

SOBREROTURA

ESPACIAMIENTO ANILLO DE ROCA PULVERIZADA

INFLUENCIA DE TALADROS CONTIGUOS 3. ESPACIAMIENTO MUY AMPLIO (LOS TALADROS SE SOPLAN) CARA LIBRE

ESPACIAMIENTO

ANILLO DE ROCA PULVERIZADA

INFLUENCIA DEL ORDEN DE SALIDA DE LOS TALADROS CONTIGUOS

DISEÑO DE MALLA VOLADURA SUBTERRÁNEA 11A 11A

11A

EJEMPLO

11A

11A

6A

11A

6A

11A

3A 5A

9A

5A 1A

3A

3R

1A

1R

1R

9A

3A

9A 5A

1A

3R

1A

1,5 m

3A 9A

9A 7A

15A

7A

13A

7A

13A

3,5 m

9A

5A

7A

13A

15A

3,0 m

N° Taladros = 40 cargados + 2 de alivio

DISEÑO DE MALLA VOLADURA DE SUPERFIE EJEMPLO

25 17

17

PUNTO DE INICIACIÓN

º

51

º

34

º

17

º

º

17

CARA LIBRE

º

34

º

51

76

59

42

25

42

59

76

101

84

67

50

67

84

101

126

109

92

75

92

109

126

151

134

117

100

117

134

151

DISEÑO DE MALLA VOLADURA DE SUPERFIE EJEMPLO PUNTO DE INICIACION

CARA LIBRE

42

59

76

84

101

118

135

152

17

42

168

143

160

177

194

126

185

202

219

236

210

227

244

269

DISTRIBUCIÓN DE ENERGÍA POTENCIAL DE UN EXPLOSIVO EN ACCIÓN EXPLOSIÓN: IMPACTO - EXPANSIÓN ENERGIA ÚTIL DE TRABAJO ENERGÍA DE LA ONDA DE CHOQUE

ENERGÍA DE LOS GASES DE EXPANSIÓN

EFECTOS SUMADOS DE IMPACTO Y DE PRESIÓN, QUE PRODUCEN EN LA ROCA LA DEFORMACIÓN ELÁSTICA Y ROTURA IN SITU (1)

ENERGÍA NO UTILIZABLE O PERDIDA TÉRMICA

LUMINOSA VIBRATORIA (CALOR) (LUZ) SÓNICA (ONDA SÍSMICA) (RUIDO) (BLAST)

ENERGÍA REMANENTE DE LA EXPANSIÓN DE GASES (2)

PÉRDIDAS AL PONERSE LOS GASES CON ELEVADA PRESIÓN EN O CON LA ATMÓSFERA

PORCENTAJE UTILIZABLE PARA EL DESPLAZAMIENTO DE FRAGMENTOS DENTRO DEL MONTON DE ESCOMBROS (EMPUJE Y APILONADO DE LOS DETRITOS)

PÉRDIDA ADICIONAL EN EL IMPULSO DE PROYECCIÓN DE FRAGMENTOS VOLANTES (FLY ROCKS)

VARIABLES CONTROLABLES EN LA VOLADURA

VARIABLES NO CONTROLABLES EN VOLADURA

PERFORACIÓN CARGA Y ENCENDIDO

GEOLOGÍA

VOLADURA PREPARADA

DISPARO TIEMPO PROMEDIO DEL PROCESO MENOS DE 2 S

RESULTADO DEL DISPARO

VARIABLES CONTROLABLES EN LA VOLADURA PERFORACIÓN • DIÁMETRO DE TALADRO

• TIPO DE CORTE O ARRANQUE

• LONGITUD DE TALADRO

• DIRECCIÓN DE SALIDA DE LOS TIROS

• DISTRIBUCIÓN DE TALADROS (MALLA DE PERFORACIÓN) • RADIO ESPACIO/ BURDEN

• LONGITUD DE TACO

• DIMENSIÓN DE LA VOLADURA • CONFIGURACIÓN DEL DISPARO

• ANGULARIDAD Y/O PARALELISMO • SOBREPERFORACIÓN

• CARAS LIBRES DISPONIBLES

• ALTURA DE BANCO

• TIPO DE TACO INERTE • PROFUNDIDAD DE AVANCE (EN SUBSUELO)

VARIABLES CONTROLABLES EN LA VOLADURA CARGA Y ENCENDIDO • TIPO DE EXPLOSIVO • PROPIEDADES: * DENSIDAD * VELOCIDAD * SENSIBILIDAD * BRISANCE * SIMPATÍA, ETC. • ENERGÍA DISPONIBLE • MÉTODO DE CARGA Y CEBADO • ACOPLAMIENTO TALADRO/EXPLOSIVO • LONGITUD DE COLUMNA EXPLOSIVA

• FACTOR DE CARGA (kg/m3) • DISTRIBUCIÓN: * CARGA DE FONDO * CARGA DE COLUMNA (TIPOS Y DENSIDADES) • PROYECCIÓN DE CARAS LIBRES A FORMAR CON CADA SALIDA • SISTEMA DE INICIACIÓN

• SECUENCIA DE ENCENDIDOS • DISTRIBUCIÓN DE CARGA (A COLUMNA COMPLETA O CON CARGAS ESPACIADAS)

VARIABLES NO CONTROLABLES EN LA VOLADURA GEOLOGÍA • TIPO DE ROCA • RESISTENCIA A LA ROTURA Y PROPIEDADES ELÁSTICAS DE LA ROCA • FRECUENCIA SÍSMICA • PRESENCIA DE AGUA • CONDICIONES DEL TERRENO

• CONDICIONES DEL CLIMA • DISCONTINUIDADES: GRADO DE FISURAMIENTO * DISYUNCION * CLIVAJE * FALLAS * FISURAS OQUEDADES, CAVERNAS Y OTRAS.

RESULTADO DEL DISPARO EN RENDIMIENTO • SALIDA TOTAL O PARCIAL DEL DISPARO • FRAGMENTACIÓN • DESPLAZAMIENTO Y FORMA DEL CONO DE ESCOMBROS • VOLUMEN DEL MATERIAL ROTO • ESPONJAMIENTO (PARA EL RECOJO Y RETIRO DE DETRITOS) • ROTURA HACIA ATRÁS (BACK BREAK) • SOBRESCAVACIÓN • AVANCE DEL FRENTE • PROYECCIÓN FRONTAL Y LATERAL • NIVEL DE PISO (LOMOS) • ANILLADO, CORNISAS, SUBSUELO, ETC.

EN SEGURIDAD • PROYECCIÓN DE FRAGMENTOS (FLY ROCKS) • TECHOS Y CAJAS GOLPEADAS (POSIBILIDAD DE DESPLOME) • EXPLOSIVOS Y RIOS NO DETONADOS • TIROS FALLADOS • GASES REMANENTES

CAUSAS USALES DE FALLAS DE DISPAROS CAUSAS Insuficiente disponibilidad de energía

Error con el tipo de iniciador o incompatibilidad

Ejecución del Plan de disparo

Condiciones geológicas adversas

Mezcla explosiva

Inapropiada selección de tiempos

Propagación

Taladros con agua

Errores de perforación

Taladros perdidos

Errores de tiempos

Cut - offs: cortes por diversos motivos: geología y otros

Cebado insuficiente Compatibilidad del cordón Antigüedad de almacenaje (edad-shelf life) Efecto Canal (Dead Pressing) Presión de muerte, densidad Confinamiento insuficiente

Dispersión de retardos Golpe de agua (Water Hammer) Mezcla de diferentes tipos o marcas de detonadores de retardo Errores en el orden de encendido de los retardos

Errores de carga del taladro