MECÁNICA DE ROTURA DE LAS ROCAS PROCESOS DE FRAGMENTACIÓN Y TEORÍAS

1. MECÁNICA DE ROTURA DE LAS ROCASPROCESOS DE FRAGMENTACIÓNY TEORÍAS

2. 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.

3. * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * PROCESO DE DETONACIÓN DE UNA CARGA EXPLOSIVA EXPLOSIVO SIN REACCIONAR ONDA DE CHOQUE O DE TENSIÓN ROCA NO ALTERADA ROCA COMPRIMIDA DIRECCIÓN DE AVANCE DE LA DETONACIÓN ONDA DE REFLEXIÓN CAÍDA DE PRESIÓN INICIAL PCJ FC (*) ONDA DE REFLEXIÓN Y GASES EN EXPANSIÓN ENSANCHAMIENTO DEL TALADRO ZR ROCA NO ALTERADA PCJ: PLANO DE CJ ZR : ZONA DE REACCIÓN FC : FRENTE DE CHOQUE

4. 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).

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. FASES DE LA MECÁNICA DE ROTURA DE UN TALADRO CON CARA LIBRE 1. COLUMNA EXPLOSIVA BURDEN TACO INERTE CARA LIBRE CARGA EXPLOSIVA CONFINADA TALADRO INICIADOR SUFICIENTE SOBREPERFORACIÓN

10. FASES DE LA MECÁNICA DE ROTURA DE UN TALADRO CON CARA LIBRE 2. PROPAGACIÓN DE LA ONDA DE SHOCK LAS ONDAS QUE ESCAPAN PRODUCEN CONCUSIÓN Y ONDAS SÍSMICAS LAS ONDAS O FUERZAS DE COMPRESIÓN GENERADAS EN EL TALADRO VIAJAN HACIA LA CARA LIBRE ONDAS SISMICAS

11. 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

12. 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 DESPLAZA-MIENTO DE LA ROCA ROTURA ADICIONAL POR DESCOSTRE

13. 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

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

15. ESQUEMA DE AGRIETAMIENTO RADIAL DE LA ROCA

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

17. 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 El agrietamiento no avanza debido al choque con las fracturas paralelas Roca pulverizada Zona de fracturación radial Taladro

18. MECANISMOS DE ROTURA (VISTA DE PLANTA) • FASE I CARA LIBRE ONDAS DE CHOQUE BURDEN TALADROS ESPACIAMIENTO

19. MECANISMOS DE ROTURA (VISTA DE PLANTA) TENSIONES EN EL MACIZO ROCOSO • FASE II CARA LIBRE ONDAS DE CHOQUE REFLEJADAS ANILLO DE ROCA PULVERIZADA ZONA DE AGRIETAMIENTO RADIAL

20. MECANISMOS DE ROTURA (VISTA DE PLANTA) PROYECCIÓN DE ROCA • FASE III CARA LIBRE ONDAS DE CHOQUE REFLEJADAS EXTENSIÓN DE LAS GRIETAS RADIALES POR LA EXPANSIÓN DE LOS GASSES

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

22. ROTURA DE CRÁTER

23. LÍMITE DE ROTURA MECÁNICA DE ROTURA DE UN TALADRO SIN CARA LIBRE (CRÁTER) 1. TALADRO DE CRÁTER TACO INERTE COLUMNA EXPLOSIVA BOOSTER

24. ONDAS DE COMPRESIÓN ONDAS DE COMPRESIÓN QUE SE DISIPAN COMO ONDAS SÍSMICAS MECÁNICA DE ROTURA DE UN TALADRO SIN CARA LIBRE (CRÁTER) 2. DETONACIÓN ONDAS DE TENSIÓN, SÓLO EN LA CARA LIBRE SUPERFICIAL

25. INFLUENCIA DE TALADROS CONTIGUOS

26. INFLUENCIA DE TALADROS CONTIGUOS TENSIONES EN EL MACIZO ROCOSO 1. ESPACIAMIENTO ADECUADO CARA LIBRE ONDAS DE CHOQUE REFLEJADAS ANILLO DE ROCA PULVERIZADA ZONA DE AGRIETAMIENTO RADIAL ESPACIAMIENTO

27. INFLUENCIA DE TALADROS CONTIGUOS TENSIONES EN EL MACIZO ROCOSO 2. ESPACIAMIENTO MUY CORTO (PROYECCIÓN EXCESIVA) CARA LIBRE INFLUENCIA ENTRE TALADROS SOBREROTURA ESPACIAMIENTO ANILLO DE ROCA PULVERIZADA

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

29. INFLUENCIA DEL ORDEN DE SALIDA DE LOS TALADROS CONTIGUOS

30. 11A 11A 11A 11A 11A 6A 6A 11A 11A 3A 5A 5A 9A 1A 3R 1A 9A 1R 3A 1R 3A 9A 9A 5A 1A 3R 1A 5A 3A 9A 9A 7A 7A 7A 7A 15A 13A 13A 13A 15A 3,0 m DISEÑO DE MALLA VOLADURA SUBTERRÁNEA EJEMPLO 3,5 m 1,5 m N° Taladros = 40 cargados + 2 de alivio

31. 25 17 17 CARA LIBRE º º º º º º º 34 34 51 17 17 51 59 59 76 42 25 42 76 84 84 101 67 50 67 101 109 109 126 92 75 92 126 134 134 151 117 100 117 151 DISEÑO DE MALLA VOLADURA DE SUPERFIE EJEMPLO PUNTO DE INICIACIÓN

32. 17 42 PUNTO DE INICIACION CARA LIBRE 42 84 126 168 59 101 143 185 CARA LIBRE 76 118 160 202 210 135 177 219 227 152 194 236 244 269 DISEÑO DE MALLA VOLADURA DE SUPERFIE EJEMPLO

33. DISTRIBUCIÓN DE ENERGÍA POTENCIALDE UN EXPLOSIVO EN ACCIÓN EXPLOSIÓN: IMPACTO - EXPANSIÓN ENERGIA ÚTIL DE TRABAJO ENERGÍA NO UTILIZABLE O PERDIDA ENERGÍA DE LA ONDA DE CHOQUE ENERGÍA DE LOS GASES DE EXPANSIÓN TÉRMICA LUMINOSA VIBRATORIA (CALOR) (LUZ) SÓNICA (ONDA SÍSMICA) EFECTOS SUMADOS DE IMPACTO Y DE PRESIÓN, QUE PRODUCEN EN LA ROCA LA DEFORMACIÓN ELÁSTICA Y ROTURA IN SITU (1) (RUIDO) (BLAST) PÉRDIDAS AL PONERSE LOS GASES CON ELEVADA PRESIÓN EN CONTACTO CON LA ATMÓSFERA ENERGÍA REMANENTE DE LA EXPANSIÓN DE GASES (2) 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)

34. DISPARO TIEMPO PROMEDIO DEL PROCESO MENOS DE 2 S RESULTADO DEL DISPARO VARIABLES CONTROLABLES EN LA VOLADURA VARIABLES NO CONTROLABLES EN VOLADURA PERFORACIÓN GEOLOGÍA CARGA Y ENCENDIDO VOLADURA PREPARADA

35. VARIABLES CONTROLABLES EN LA VOLADURA PERFORACIÓN • DIÁMETRO DE TALADRO • TIPO DE CORTE O ARRANQUE • DIRECCIÓN DE SALIDA DE LOS TIROS • LONGITUD DE TALADRO • CARAS LIBRES DISPONIBLES • DISTRIBUCIÓN DE TALADROS • (MALLA DE PERFORACIÓN) • DIMENSIÓN DE LA VOLADURA • RADIO ESPACIO/ BURDEN • CONFIGURACIÓN DEL DISPARO • ANGULARIDAD Y/O PARALELISMO • ALTURA DE BANCO • SOBREPERFORACIÓN • TIPO DE TACO INERTE • LONGITUD DE TACO • PROFUNDIDAD DE AVANCE (EN SUBSUELO)

36. VARIABLES CONTROLABLES EN LA VOLADURA CARGA Y ENCENDIDO • TIPO DE EXPLOSIVO • FACTOR DE CARGA (kg/m3) • DISTRIBUCIÓN: • * CARGA DE FONDO • * CARGA DE COLUMNA • (TIPOS Y DENSIDADES) • PROPIEDADES: * DENSIDAD * VELOCIDAD * SENSIBILIDAD * BRISANCE * SIMPATÍA, ETC. • PROYECCIÓN DE CARAS LIBRES • A FORMAR CON CADA SALIDA • ENERGÍA DISPONIBLE • SISTEMA DE INICIACIÓN • SECUENCIA DE ENCENDIDOS • MÉTODO DE CARGA Y CEBADO • ACOPLAMIENTO TALADRO/EXPLOSIVO • DISTRIBUCIÓN DE CARGA • (A COLUMNA COMPLETA O • CON CARGAS ESPACIADAS) • LONGITUD DE COLUMNA EXPLOSIVA

37. VARIABLES NO CONTROLABLES EN LA VOLADURA GEOLOGÍA • CONDICIONES DEL CLIMA • TIPO DE ROCA • RESISTENCIA A LA ROTURA • Y PROPIEDADES ELÁSTICAS • DE LA ROCA • DISCONTINUIDADES: • GRADO DE FISURAMIENTO • * DISYUNCION • * CLIVAJE • * FALLAS • * FISURAS • OQUEDADES, CAVERNAS • Y OTRAS. • FRECUENCIA SÍSMICA • PRESENCIA DE AGUA • CONDICIONES DEL TERRENO

38. RESULTADO DEL DISPARO EN RENDIMIENTO EN SEGURIDAD • SALIDA TOTAL O PARCIAL • DEL DISPARO • PROYECCIÓN DE FRAGMENTOS • (FLY ROCKS) • FRAGMENTACIÓN • TECHOS Y CAJAS GOLPEADAS • (POSIBILIDAD DE DESPLOME) • DESPLAZAMIENTO Y FORMA • DEL CONO DE ESCOMBROS • EXPLOSIVOS Y ACCESORIOS • NO DETONADOS • VOLUMEN DEL MATERIAL ROTO • ESPONJAMIENTO (PARA EL RECOJO • Y RETIRO DE DETRITOS) • TIROS FALLADOS • ROTURA HACIA ATRÁS (BACK BREAK) • GASES REMANENTES • SOBRESCAVACIÓN • AVANCE DEL FRENTE • PROYECCIÓN FRONTAL Y LATERAL • NIVEL DE PISO (LOMOS) • ANILLADO, CORNISAS, SUBSUELO, ETC.

39. 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 Cebado insuficiente Errores de perforación Taladros perdidos Dispersión de retardos Compatibilidad del cordón Errores de tiempos Cut - offs: cortes por diversos motivos: geología y otros Golpe de agua (Water Hammer) Errores de carga del taladro Antigüedad de almacenaje (edad-shelf life) Mezcla de diferentes tipos o marcas de detonadores de retardo Efecto Canal (Dead Pressing) Presión de muerte, densidad Errores en el orden de encendido de los retardos Confinamiento insuficiente