Características de Los Explosivos

ASIGNATURA DE TRONADURA Cuarto Civil de Minas

CARACTERÍSTICAS DE LOS EXPLOSIVOS

En la selección de un explosivo, sobre la base de un grupo particular de

estándares explosivos, la elección dependerá grandemente del costo, y de las

propiedades del explosivo. La efectividad de una voladura de cualquier explosivo, es

controlado por su composición química, y por los efectos producido por las condiciones

del terreno bajo la cual es usado. El usuario debiera de tener conocimientos de los varios

productos explosivos disponibles y de sus particulares propiedades. De esta manera él

es, entonces, el mayor capacitado para hacer una selección práctica y adecuarla a sus

condiciones particulares de operación.

Un explosivo puede ser considerado simplemente como una herramienta para

realizar trabajo, diseñado para cumplir un trabajo específico. El trabajo realizado es

posible por las presiones de gas producidas cuando el explosivo reacciona. El explosivo

ideal podría ser uno en la cual solamente gases son formados de los ingredientes

originales. Sin embargo, si algunos sólidos son también producidos por la reacción, la

presión del gas podría estar correspondientemente reducido, y el explosivo con una

capacidad de producir menos trabajo . Puesto que hay diferentes condiciones de terreno

con el cual luchar, los fabricantes ofrecen diferentes tipos y grados, muchos de los cuales

son no-ideales y diseñados para tener sus propias cualidades para hacer la diferencia

entre unos y otros. Parte de las diferencias son químicas, parte son físicas. Sin embargo,

puesto que los explosivos son compuestos químicos, es de su composición original que

todas las cualidades básicas son primero determinadas.

Ingredientes y Composición

La mayoría de los explosivos comerciales son mezclas de compuestos

conteniendo los cuatro elementos básicos: Carbono, Hidrógeno, Nitrógeno y Oxígeno.

Otros compuestos son elementos adicionales tales como Sodio, Aluminio, Calcio, etc. que

pueden ser incluidos para producir ciertos efectos deseados. Como una regla, los

fabricantes diseñan sus productos para que sean balanceados en oxígeno. Esto significa

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que hay una correcta cantidad de oxígeno disponible en la mezcla, tal que durante la

reacción todo el hidrógeno reaccione para formar solamente vapor de agua ( H2O ), el

carbono reaccione para formar solamente gas de dióxido de carbono ( CO2 ), y el

nitrógeno liberado forme solamente gas de nitrógeno libre ( N2 ). Si hay otros distintos de

estos cuatro elementos, por ejemplo, sodio, el producto esperado podría ser un sólido, y

para esto debiera haber suficiente oxígeno adicional para combinarlo con ellos. Cuando

hay un exceso de oxígeno disponible, sin embargo, ciertos otros compuestos son

producidos, entre los cuales están los gases altamente peligrosos de óxidos nitrosos

(NO / NO2). Estos humos son fácilmente detectables por su olor odioso y su color rojo-

café. Por otro lado, si hay una deficiencia de oxígeno, el mortal humo de monóxido de

carbono (CO) podría ser formado, como también de otros compuestos, dependiendo de

los ingredientes. Desafortunadamente, el monóxido de carbono no puede ser detectado

por el olor o por la vista. Sumado a la formación de humos peligrosos, un exceso o

deficiencia de oxígeno producirá un bajo calor de explosión, con una reducción

subsiguiente en la presión producida.

Debiera ser reconocido, que si uno espera seguridad y eficiencia de los explosivos,

debiera ser adecuado un balance químico inicial, con una mezcla completa de los

ingredientes para asegurar que todos los materiales estén en íntimo contacto,

manteniendo la mezcla deseada en el almacenamiento, y uso apropiado en el terreno.

Las siguientes ecuaciones químicas pueden ayudar a ilustrar los efectos del balance de

oxígeno, usando un agente explosivo como el AN-FO como ejemplo:

1) Balanceado en oxígeno cal/gr

3NH4NO3 + CH2 7H2O + CO2 + 3N2 - 897

2) Exceso de oxígeno

5NH4NO3 + CH2 11H2O + CO2 + 4N2 + 2NO - 580

3) Deficiencia de oxígeno

2NH4NO3 + CH2 5H2O + 2N2 + CO - 761

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No es necesario para un explosivo contener nitroglicerina (NG), nitrocelulosa ( NS ), y

otros compuestos explosivos similares. Las características individuales de cada

ingrediente determinan si puede ser deseable usarlo en una mezcla. La Tabla 1 da un

listado parcial de varios ingredientes que podrían ser incluidos en un explosivo. Puede ser

reconocido que ciertos compuestos pueden ser altamente explosivos por ellos mismos o

pueden ser normalmente inertes, pero cuando se combinan, la mezcla entera puede

formar un explosivo. Por esta razón los compuestos de explosivos no debieran ser

manejados por personas corrientes.

TABLA 1.- Algunos ingredientes de explosivos

Nombre explosivo Símbolo químico Función

Nitroglicerina (NG) C3H5 (NO3)3 Explosivo base

Trinitrotolueno (TNT) C6H2CH3 (NO2 )3 Explosivo base

Dinitrotolueno (DNT ) C7N2O4H6 Explosivo base

Dinitrato Ethyl Glycol (EGDN) C2H4 (NO3)2 Explosivo base,

Anticongelante

Nitrocelulosa C6H7 (NO3)3 O2 Explosivo base,

gelatinizante

Nitrato de amonio (AN) NH4NO3 Explosivo base,

Portador oxígeno

Clorato de potasio KClO3 Explosivo base,

Portador oxígeno

Perclorato de potasio KClO4 Explosivo base,

Portador oxígeno

Nitrato de sodio NaNO3 Portador de oxígeno,

Reduce punto congelación

Nitrato de potasio KNO3 Portador oxígeno

Pulpa de madera C6H10O5 Absorbente, combustible

Petróleo CH2 Combustible

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ASIGNATURA DE TRONADURA Cuarto Civil de Minas Parafina CH2 Combustible

Lampblack C Combustible

Tiza CaCO3 Antiácido

Metal aluminio Al Catalizador

Oxido de Zinc ZnO Antiácido

Metal magnesio Mg Catalizador

Kieselguhr SiO2 Absorbente,

Material anticostra

Oxígeno líquido O2 Combustible

Continuación Tabla3:

Azufre S Depresante

Compuestos nitro- orgánicos - Base explosiva,

Reduce el punto de

Congelamiento

Material anticostra

Reacciones explosivas

Para ser un explosivo, el cambio del estado líquido o sólido, o una combinación de

ambos, al estado de gas, o de gas y sólido, debe ser una reacción exotérmica, o una en la

cual el calor es liberado. Para la mayoría de los explosivos, la cantidad de calor liberado

es realmente grande (Tabla 2 ). Los gases formados, a su vez, producen presiones muy

altas, la reacción es entonces llamada deflagración o detonación.

La distinción entre estos dos tipos de reacciones es que la deflagración consiste en

un proceso de combustión a una alta tasa de velocidad, la reacción química causa una

formación gaseosa y expansión de la presión a medida que avanza la combustión. Así, la

velocidad de las presiones producidas es semejante a la tasa de la combustión. Este tipo

de reacción es característica de los bajos explosivos, del cual la pólvora negra es un caso

particular.

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TABLA 2

CALOR DE ENERGÍA DISPONIBLE (Q) PARA CIERTO EXPLOSIVO SELECCIONADO

Explosivo SG SC Q(cal/g)

Nitroglicerina (NG) 1.6 88 1420

PETN 1.6 88 1400

RDX 1.6 88 1320

Composición B 1.6 88 1140

Tetryl 1.6 88 1010

NG gelatin 40% 1.5 94 820

Slurry ( TNT-AN-H2O, 20/65/15 ) 1.5 94 770

NG gelatin 100% 1.5 101 1400

NG gelatin 75% 1.4 101 1150

AN gelatin 75% 1.4 101 990

NG dynamite 40% 1.4 101 930

AN gelatin 40% 1.4 101 800

NG dynamite 60% 1.3 109 990

PRNT 1.2 118 1200

Semigelatina 1.2 118 940

Extra dynamite 60% 1.2 118 880

Amatol, 50/50 1.1 128 890

RDX 1.0 141 1280

DTN 1.0 141 960

TNT-AN, 50/50 1.0 141 900

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TNT 1.0 141 870

AN-FO, 94/6 0.9 157 890

AN low-density dynamite 0.8 176 880

AN 0.8 176 350

La detonación, por otro lado, consiste de la propagación de una onda de choque

a través del explosivo, acompañada por una reacción química que entrega energía para

sustentar la propagación de la onda de choque, de una manera estable con formación de

gases inmediatamente después. La onda de choque es caracterizada por una rápida

elevación de la presión (Figura 1), en la cual toda la materia inmediata es ionizada. Las

presiones desarrolladas por detonación (choque) son cercanamente el doble de esas

producidas por la expansión de los gases que siguen. Todos los altos explosivos son

diseñados para detonar, todos los bajos explosivos deflagran; y los agentes explosivos

pueden exhibir uno u otro tipo de reacción, de acuerdo a sus especificaciones y

condiciones de uso. El asunto importante de recordar respecto a las reacciones, es que

los efectos de uno pueden ser muy diferentes de los otros, la detonación produce una alta

energía y velocidades muchos más altas.

Para lograr una reacción deseada, ciertas condiciones de temperatura y presión

deben ser encontradas. La mayoría de los explosivos diseñados son usados bajo

confinamiento, como por ejemplo en los hoyos de la perforación. Si la temperatura

requerida para una reacción correcta no está presente, no ocurre la detonación,

solamente combustión o posible una deflagración. En términos prácticos, esto significa

que si la composición química es la adecuada para producir una detonación, el calor

inadecuado de un iniciador o primer, y la pérdida de las condiciones de confinamiento,

puede resultar en una baja energía desarrollada de la carga explosiva, fallando por

completo, causando la falla del encendido.

Por esta razón, son particularmente importantes controlar el confinamiento y la

selección del primer con una adecuada energía calórica y potencia inicial. Debiera ser

reconocido entonces, cuales son los explosivos que necesitan de un fuerte primado y

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ASIGNATURA DE TRONADURA Cuarto Civil de Minas cuales necesitan un calor pequeño para la iniciación de las reacciones, no solamente por

razones de voladura eficiente, sino por consideraciones de seguridad

Para mejor entender los requerimientos descritos, la Tabla 3 ilustra las temperaturas de

dos ingredientes básicos usados en muchos de los explosivos comerciales. Debiera de

ser observado que a una muy baja temperatura la Nitroglicerina (NG) empieza a

descomponerse, alcanzando la temperatura de ebullición tiempo después. Se necesita

relativamente baja temperatura para obtener condiciones peligrosas. Si la NG es

confinada en una perforación, la descomposición inicial acelerará, para resultar en

detonación.

Por otro lado, el NA requiere de una alta temperatura antes de que empiece a

descomponerse y humear, necesitando una gran cantidad de calor inicial. Sin embargo,

una vez que la descomposición empieza, seguirá una detonación o deflagración con una

pequeña elevación de temperatura. Combinando los dos ingredientes, como es hecho en

la dinamita amónica, se obtiene una suerte de compromiso; las que tienen mayoría de

NG, son más fáciles de iniciar

TABLA 3

COMPARACIÓN DE TEMPERATURAS DE REACCIÓN APROXIMADOS (° F) DE NG Y NA

NG NA

Detonación 420 460

Ebullición 290 -

Descomposición 140 410

Congelamiento 50 340

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IMPORTANTES PROPIEDADES DE LOS EXPLOSIVOS

Las mayorías de las fábricas entregan catálogos y otras informaciones

concernientes a las especificaciones de sus productos.

Resistencia al aguaPara todos los explosivos, la presencia de agua en los hoyos de la perforación

tienden a promover un desbalance químico, y un retardo en la reacción de calentamiento.

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El agua suple de hidrógeno adicional y oxígeno, y requiere de calor adicional para

vaporizarlo en vapor de agua. Si el agua está fluyendo hacia la tierra, una acción lixiviante

puede ocurrir, ciertas sales pueden ser fácilmente disueltas de la mezcla explosiva. Los

explosivos pueden ser protegidos internamente de la acción del agua, gelatizando la

mezcla o externamente, encartuchándola. Los ingredientes adicionados para la

gelatización son usualmente incluidos en el balance químico, como el uso de nitrocelulosa

en los grados de gelatina.

Similarmente, el papel, la fibra de madera, parafina, o polietileno usado en los

cartuchos en su parte externa, son generalmente incluidos en el balance químico. Por

esta razón, los explosivos que son hechos para ser encartuchados no debiera de

removerse el papel si se quiere mantener el balance de oxígeno. Los primers deben tener

necesariamente una resistencia al agua ilimitada.

Humos.

La mayoría de los explosivos dan una cierta cantidad de humos y su clasificación

está basada en la cantidad de gases tóxicos producidos por la reacción explosiva. Límites

son colocados en muchos países y ciertas agencias de seguridad. Donde la ventilación es

inadecuada, la exposición de personas a los gases tóxicos puede existir, muchos

cuidados se deben tomar para asegurarse que los explosivos usados den una cantidad

bajo los límites establecidos.

Esta propiedad es particularmente importante en voladuras subterráneas, pero en

las operaciones de la minería de cielo abierto también podría ser muy serio. Los humos

pueden estar dentro de las pilas del material fracturado. Tal material, bajo la acción del

equipo de carguío, libera los humos para contaminar el área de trabajo. El problema

puede ser agravado por las condiciones atmosféricas, cortes profundos, y similares

factores que pueden impedir la circulación de aire. A las personas les da nauseas y se

enferman si esta situación está presente. Cuando después de la voladura se observan

humos blancos, éste está compuesto primariamente de vapor de agua, producto de la

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reacción. El “Institute of Makers of Explosives ( IME ) USA”, adoptó la siguiente

clasificaciòn de los humos:

TABLA 4

ESTÁNDARES PARA LAS CLASES DE HUMOS

Clase Volumen de gases nocivos por 0.44 lb. de explosivo, ft3

1 0.16

2 0.16—0.33

3 0.33—0.67

Monóxido de carbono.

Es un gas incoloro, inodoro, insípido, siendo peligroso en pequeñas

concentraciones. Actúa sobre la sangre, disminuyendo la capacidad de absorber O2. el O2

que se debe administrar a la víctima de este gas es una mezcla de 95% O2 y 5% CO2.

Bajo ninguna circunstancia debe permitírsele a la víctima hacer un esfuerzo innecesario,

ya que es peligroso para el corazón. Los síntomas para el envenenamiento por monóxido

de C es debilidad o falta de energía, somnolencia, disminución del discernimiento, dolor

de cabeza y náuseas,

Óxidos nitrosos.

Los gases de óxidos nitrosos generalmente se hacen presente en la forma de dióxido de

N (NO2) que es gas rojizo y olor acre en muy breves concentraciones. Estas

características no son muy significativas, sin embargo, son muy peligrosos, pues pueden

ser mortales antes de que puedan ser vistos u olidos. Los síntomas son el escozor de los

ojos (con lágrimas) y tos. El óxido de N se caracteriza por su efecto no inmediato. Las

dificultades pulmonares que trae consecuencia su aspiración comienzan después de

varias horas y aún después de varias de 2 a 3 días. Los gases irritan el tejido de los

pulmones y esto causa una gradual acumulación de líquido en éstos. La habilidad de los

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pulmones de absorber oxígeno se ve reducida y comienza aparecer un color azulado en

la piel y labios de la victima. Prácticamente el deceso de la victima ocurre al ahogarse

ésta con el líquido que llenó sus pulmones. Cómo es de suponer, el tratamiento quedará

en manos del médico y el tratamiento comprende descanso, abrigo y administración de

O2.

Sensibilidad.

Esta propiedad en la actualidad se refiere a dos características relacionadas. Se

define cómo la facilidad relativa con la que una reacción explosiva pueda ser iniciada, y la

facilidad relativa con que la reacción es propagada a través de la carga completa. Varias

pruebas son usadas para indicar la sensibilidad, la más común de éstas son el mínimo

booster requerido para la iniciación. Usualmente se mide por el número de detonadores

N°8 que son requeridos para la iniciación.

Sin embargo, un explosivo puede iniciar fácilmente, pero en diámetros pequeños

puede no propagarse y morir. Por esta razón, los explosivos no pueden ser fabricados

bajo diámetros especificados. Un diámetro crítico existe cuando la propagación de la

reacción no existe y está presente en la mayoría de los explosivos comerciales. Algunos

agentes de voladura tienen un gran diámetro crítico ; la mayoría de los altos explosivos

tienen un diámetro crítico pequeño. Por definición, los agentes de voladura no pueden ser

sensitivos a la iniciación de un simple detonador N°8; mientras que los altos explosivos

son todos sensitivos a un detonador.

Por otro lado, un explosivo puede ser completamente insensitivo a la iniciación, pero

propagarse fácilmente cuando está sobre el diámetro crítico. Por razones de seguridad

esta situación es más deseable; es una ventaja definitiva ofrecida por muchos de los

agentes de tronadura. Sin embargo, un adecuado primado es obligatorio para su uso. Si

la propagación es difícil o imposible a través de una columna de explosivos, boosters

pueden ser usados para sostener la reacción. Pero debiera ser reconocido que ambos,

los boosters y primers, deben ser sensitivo a la iniciación.

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La sensibilidad de un explosivo es una función de los ingredientes, el tamaño de

partículas, el diámetro de la carga, el grado de confinamiento, y ciertos otros factores. Por

ejemplo, los explosivos del Nitrato de Amonio pueden llegar a ser completamente

sensitivos en el tiempo, por la degradación de las partículas debido a los procesos de

manejo. El Nitrato de Amonio tiene la característica de cambiar su forma cristalina con

cambios en la temperatura; dos de los cambios que ha menudo son encontrados son a

0 y 90 grados F. Cambios continuos a través de esas temperaturas, causa que las

partículas se quiebren en tamaños más pequeños. Las partículas más pequeñas ofrecen

un mayor contacto superficial entre los ingredientes, haciendo más fácil para las partículas

ser consumidas por la reacción explosiva. El resultado es permitir una más fácil iniciación

y una subsiguiente propagación más rápida a través de la carga. Agentes de tronadura

que podrían ser normalmente insensitivo, llegan a ser completamente sensitivo a la

iniciación por un simple detonador N°8, en forma similar a lo esperado para los altos

explosivos.

Cargas en diámetros más grandes también propagan sus reacciones más

fácilmente, debido a su mayor superficie disponible. El confinamiento tiende a concentrar

las fuerzas de la reacción a lo largo de la carga, más que permitir la acción de esparcir.

Ciertos hidrocarbonos tienen un efecto adverso sobre algunos tipos de explosivos,

principalmente esos con NG libre, como son las dinamitas puras y extras. Puesto que

algunos agentes de tronadura tienen hidrocarbonos líquidos en su composición, por

ejemplo, el FO (Petróleo), uno debiera tener un cuidado en la selección del primer. Bajo

ciertas condiciones podría producirse una acumulación de hidrocarbono en la perforación,

particularmente en la parte inferior, lo que puede llevar a una falla cuando son primados

en el fondo del hoyo. Es una buena práctica evitar el uso excesivo del FO en cualquier

agente de tronadura, para evitar el desbalance de oxígeno.

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TABLA 5 PORCENTAJE EN PESO DEL DIESEL (FO) ADICIONADO CUANDO LA DETONACIÓN

FALLA

Explosivo % adicionado Cantidad FO/lb de explosivo

Dinamita extra 40% 1.5 0.008

Dinamita extra 60% 2.5 0.014

Dinamita de baja

densidad

4.0 0.022

Gelatina AN 60% 8.0 0.03

Gelatina NG 60% 39.0 0.21

Densidad

Los explosivos son fabricados y vendidos tomando como base su peso, mientras

más denso es usualmente más potente. La densidad, o peso por unidad de volumen de

un explosivo, es una de sus más importantes propiedades.

En la industria esta propiedad puede ser especificada en tres caminos: (a) por su

gravedad específica (SG) expresada como un número sin dimensiones o en gr/cc ; (b) por

el número de cartuchos de 1 ¼” x 8” dentro de una caja de 50 libras ( SC ); (c) por la

densidad de carga ( de ) , o por las libras de explosivo por pié de largo de la carga.

El valor de la densidad de carga, sin embargo, es una función del diámetro de carga del

explosivo ( De ).

Las varias medidas para la densidad pueden ser calculadas para un rápido uso en el

terreno, contando con el diámetro de la carga ( De ), expresado en pulgadas y una de las

densidades conocidas. Se relacionan de la siguiente manera:

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ASIGNATURA DE TRONADURA Cuarto Civil de Minas de = 48 De2 / SC (1)

de = 0.34 De2 ( SG ) (2)

SG = 141 / SC (3)

Estas fórmulas nos entregan un medio muy conveniente para estimar las

cantidades de los explosivos, cuando los fabricantes de explosivos entregan el SC o el

SG de sus productos. Por ejemplo, si una mezcla de ANFO con un SC igual a 170 se

usará en un hoyo de 10” de diámetro, el “de” será de 27 lb/ft. ( de = 48x 102 / 176 = 27

lb/ft )

Debiera de observarse que un SC de 176 corresponde a un SG de 0.8, que puede

ser determinado por la expresión (3). Puesto que el SG del agua es 1 y su equivalente en

valores de SC es 141, cualquier explosivo con un SG más grande que 1 o un SC menor

que 141 podría ser esperado hundir en un barreno con agua. Debiera ser enfatizado, sin

embargo, que De es el diámetro del explosivo, no del barreno. Estos diámetros son

iguales solamente en el caso de explosivos a granel que fluyan libremente, o cargas

compuestas de cartuchos que son completamente taponados.

Debido que ciertos ingredientes pueden ser incluidos en los explosivos y que no

contribuyen a la energía producida, no hay distinción en la energía producida. De hecho,

algunos fabricantes hacen dinamita tipo extra de 40% por ejemplo, que es más densa

que la de 60% del mismo tipo de explosivo. En forma similar, una gelatina de 90% es más

liviana que una de 30%. Pero como una regla, general es razonable aproximar la relación

de la energía desarrollada por el explosivo a sus densidades relativas.

Esto es porque los explosivos son caracterizados por grupos de densidad general

que corresponde a sus varios tipos, por ejemplo, gelatinas, dinamitas, etc. Los tipos más

densos como grupo producen más energía que las livianas, aún cuando hay excepciones

a la regla entre los grados dentro del mismo tipo.

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Figura 2 Relaciones entre densidades de explosivos

Velocidad .-

La razón, usualmente expresada en pies por segundo ( fps ), es la propagación de

la reacción a través de un explosivo y es considerada como la más importante cualidad

de un explosivo. Esta es a menudo llamada velocidad de detonación, pero no siempre es

este un término técnicamente correcto. Su importancia puede ser mejor apreciada cuando

es entendido, que la energía producida por cualquier explosivo, es una función del

producto de su densidad y velocidad características. Puesto que la reacción inicial para la

mayoría de los explosivos usados en las voladuras comerciales, es la detonación con

enseguida una expansión gaseosa, la acción podría ser considerada dinámica.

Así, fuerzas impulsivas y momentos son producidos como un resultado de la energía

cinética de la reacción, la cual puede ser expresada por la relación KE = ½ M Ve2, donde

M es la masa y Ve es la velocidad de la reacción explosiva. La relación es dada para

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ilustrar que el valor de la velocidad es al cuadrado. Así, la energía producida es afectada

mucho más por el cambio en velocidad, que por el cambio en densidad. Por ejemplo, si

uno de dos diferentes explosivos tiene el doble de densidad del otro, pero tienen la misma

velocidad, el más denso podría ser esperado normalmente producir el doble de trabajo.

Sin embargo, si ambos explosivos tienen la misma densidad , pero uno tiene el doble de

velocidad del otro, el explosivo más rápido podría producir cuatro veces el trabajo posible

del otro.

Contrario al pensamiento común, todos los altos explosivos no reaccionan con altas

velocidades, la cual puede variar entre los 24,000 fps y los 5,000 fps. La velocidad de un

explosivo es relacionado con la sensibilidad, siendo dependiente de los ingredientes

particulares usados, su distribución granulométrica, la densidad, el diámetro de la carga, y

el grado de confinamiento que es usado. Como se explicó antes, mientras más pequeñas

son las partículas, más grande es la densidad, lo cual a su vez, usualmente aumenta la

cantidad de energía del material por unidad de volumen, y el número de superficies de

contactos entre las partículas, así aumentando la tasa total de la reacción. El efecto

combinado es aumentar la energía potencial del explosivo.

Los explosivos son dados con dos velocidades, uno para el estado libre o no-

confinado y el otro para el confinado. Para muchos grados y tipos, las velocidades no-

confinadas son un 20% a 30% más bajos que los confinados. En un sentido práctico, uno

podría entonces asumir que un explosivo podría producir solamente un 60% a 70% del

posible trabajo total, si es usado no-confinado. Por esto, es importante conocer el valor de

la velocidad especificada para un producto.

Potencia .-

El menos entendido, y a menudo la propiedad más impropiamente especificada

para describir un explosivo, es su fuerza o potencia. Es usualmente expresada como un

porcentaje, y fue originado cuando los altos explosivos contenían NG como ingrediente

primario de producir energía. La potencia o fuerza de un explosivo es una medida de su

habilidad de quebrar rocas.

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En el principio, el porcentaje significó la cantidad de NG en el peso total del

explosivo, el cual podría ser aplicable para la mayoría de las dinamitas puras. Sin

embargo, para todos los otros tipos de explosivos, otros ingredientes pueden ser usados

para suplir una parte o el todo de la energía. En suma, hay dos clasificaciones de la

potencia dadas al explosivo; y a menos que esto esté claramente entendido por los

usuarios, puede llevar a muy serias dificultades.

Existen dos formas de catalogar la potencia de un explosivo. El primer método de

clasificación—potencia en peso—significa que una libra de un explosivo particular, puede

hacer el mismo trabajo que una libra de dinamita pura de potencia equivalente, cuando

es usado bajo ciertas condiciones específicas. Puesto que las densidades de los

explosivos varían considerablemente, el explosivo o el diámetro del hoyo pueden no ser

cambiado, entonces un método basado en el volumen puede ser necesario.

La potencia en volumen, o en cartucho, entrega la comparación necesaria, pero su

valor es determinado por cálculo. Las dos razones de potencia, en peso y en volumen,

son considerados iguales cuando (SC) está cerca de 100, como podría ser para la

mayoría de las dinamitas puras. Para ver la correlación de las dos razones se muestra un

monograma en la Figura 3.

Si la potencia en peso de un explosivo teniendo un SC de 150 es 60%, entonces

una libra proveerá una energía equivalente a una libra de dinamita pura de 60%. Sin

embargo, de la Figura 3, la potencia en cartucho es de 30%, lo cual significa que si el

explosivo usado sobre la base de volúmenes iguales, podría tener la energía de

solamente el 30% de dinamita pura.

El operador puede entender que él podría estar equivocado, si él no tuvo cuidado en

distinguir entre las dos potencias, y en usar esta propiedad como bases primarias para

seleccionar un explosivo. Para evitar confusión y posibles serias dificultadas, es

generalmente mucho más simple estimar una potencia relativa del explosivo de acuerdo a

sus características de densidad y velocidad.

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El rendimiento o potencial de un explosivo es una función de la velocidad de detonación y

densidad, así como también el volumen de gases liberados y el calor de la

reacción. Varios métodos son usados para establecer esta energía incluyendo el uso de

modelos computacionales teóricos y pruebas como la del cráter, el mortero balístico y

pruebas subacuáticas. De estos métodos , la prueba subacuática es la que entrega las

mejores correlaciones del rendimiento del fracturamiento de la roca

El rendimiento o potencial de un explosivo es una función de la velocidad de

detonación y densidad, así como también el volumen de gases liberados y el calor de la

reacción. Varios métodos son usados para establecer esta energía incluyendo el uso de

modelos computacionales teóricos y pruebas como la del cráter, el mortero balístico y

pruebas subacuáticas. De estos métodos , la prueba subacuática es la que entrega las

mejores correlaciones del rendimiento del fracturamiento de la roca

Otra terminología ampliamente usada por los fabricantes, está basada en el calor teórico

de la reacción determinadas por la formulación del explosivo.: “Potencia en volumen

absoluto “(ABS) en calorías por cm3, y la “Potencia en peso absoluto “(AWS) en calorías

por gramo. Son calculadas del calor liberado durante la detonación y la formación de

gases finales. Observar que el ABS y el AWS pueden ser calculadas pasando de uno al

otro, si la densidad es conocida, y si la base volumétrica del calor de reacción

correlaciona con la energía. Muchos fabricantes de explosivos incluyen uno u otro valor

con la literatura técnica de sus productos.

Una mezcla de NA y FO ( ANFO ) es lejos el producto comercial más ampliamente

usado. Dependiendo de las proporciones de la mezcla, el calor de reacción es

aproximadamente de 850 cal/g. Como agente de voladura seco y vertible, el ANFO puede

ser cargado y empaquetado variando sus densidades. . Para una densidad tìpica de 0.85

y un AWS de 850 cal/g, el ABS = (850 cal/g )(0.85) = 723 cal/cm3.

Otros términos comunes de potencia son la “Potencia en peso relativa “(RWS) y la

“Potencia en volumen relativa “ ( RBS ), en la cual la medida de la energía disponible por

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ASIGNATURA DE TRONADURA Cuarto Civil de Minas unidad de peso o volumen de un explosivo, es comparado a un peso o volumen del otro

explosivo. El RWS y el RBS son calculados como un porcentaje de esa disponibilidad

del ANFO. En el ejercicio siguiente, los explosivos A y B tienen valores de ABS de 645 y

980 cal/cm3 y densidad de 0.80 y 1,25, respectivamente, y el RBS y RWS son calculados.

Ejemplo: Determinar las potencias relativas de los explosivos A y B.

Solución:

1. Potencia relativa en volumenExplosivo A: ((645 cal/cm3 ) / ( 723 cal/cm3 )) 100% = 89.2%

Explosivo B: ((980 cal/cm3 ) / ( 723 cal/cm3 )) 100% = 135.5%

2. Potencia relativa en peso

Explosivo A: ((645 cal/cm3 ) / (0.8) ( 850 cal/g )) 100% = 94.9%

Explosivo B: ((980 cal/cm3 ) / (1.25) ( 850 cal/g )) 100% = 92,2%

Fórmula empírica.

La fórmula sueca propuesta para determinar la potencia relativa en peso de un explosivo es: PRP = 5/6 Qe/Qo + 1/6 VG/VGoDonde:

Qo = Calor de explosión de 1Kg explosivo LFB ( 5 MJ/Kg ) en condiciones

normales de presión y temperatura.

Qe = Calor de explosión de 1 Kg de explosivo a emplear

VGo = Volumen de los gases liberados por 1 Kg de explosivo LFB (0.85 m3/Kg )

VG = Volumen de los gases liberados por kg del explosivo a emplear.

Como en algunas ocasiones la potencia se refiere al ANFO, primero puede

calcularse la potencia con respecto al explosivo patrón y el valor obtenido dividirse por

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ASIGNATURA DE TRONADURA Cuarto Civil de Minas 0.84 que es la potencia relativa del ANFO con respecto a dicho explosivo. El ANFO tiene

unos valores de “Qe “y “VG “de 3.92 MJ/Kg y 0.973 m3/Kg respectivamente.

Correlaciones de las propiedades de los explosivos para voladuras estándar.-

Puesto que el burden es la dimensión simple más importante para las voladuras

exitosas, y sobre el cual está basado el diseño estándar, su determinación debe tomar en

cuenta las características individuales del explosivo particular para usarlo en el trabajo.

Un método conveniente para estimar su valor es emplear la técnica de comparación de

sus energías relativas. Debido que todas las propiedades pueden ser consideradas

relativas para propósitos de comparación, un explosivo con una densidad SG de 1,2 y una

Ve de 12.000 fps podría ser considerado el estándar, o uno con características cercanas,

para 40 a 60 % de dinamita extra, que puede ser un explosivo adecuado para voladuras

en canteras. Sin embargo, debiera de ser entendido que cualquier estándar podría ser

usado para hacer una comparación.

Para estimar la energía potencial de un explosivo, el diámetro (De), la densidad

(SG), y velocidad (Ve ), deben ser conocidos, o aproximados. Aún más, para cálculos

simplificados, uno puede asumir que el hoyo podría llenarse ocupando todo su diámetro,

es decir, De = DH. Esta condición asegura pérdidas pequeñas de energía, para una

completa transferencia de energía de la reacción a la roca que la rodea.

La energía relativa (RE) y esa ejercida a la roca podría entonces ser expresada por

una relación simplificada de energía cinética., o RE = a (SG ) Ve2. la “a” es un factor de

conversión para permitir el uso de la gravedad específica en vez de la masa, y será

asumido que el explosivo será usado en el mismo diámetro. Para cualquier set de

condiciones de campo, la “a” será un número particular constante, haciendo posible

omitirla cuando se comparan condiciones de campo idénticas. Así, la siguiente expresión

puede ser usada para comparar dos o más explosivos, basado en sus energías.

RE2 / RE1 = ( SG2 ) ( Ve2 )2 / ( SG1 ) ( Ve1 )2

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Si el explosivo N°1 representa el explosivo promedio ( SG1 = 1.2 y Ve1 = 12.000

fps ) y el explosivo N°2 tiene ( SG2 = 1.5 y Ve = 18.000 fps ) , la energía relativa del

segundo comparado al primero será como sigue:

RE2 / 1 = ( 1,5 ) ( 18.000 )2 / ( 1,2 ) ( 12.000 )2 = 2.8

El valor de RE muestra entonces que el segundo explosivo tiene 2,8 veces la

energía potencial del explosivo estándar. Puesto que la comparación es hecha entre

explosivos para voladura del mismo material, los resultados de la voladura comparativa en

la roca podría variar como la razón cúbica de los valores de sus energías relativas. La raíz

cúbica es usada mas que una razón directa, debido al efecto de abanico esférico de la

energía de propagación a través de materiales homogéneos. Esta relación nos dice que

las razones KB, y por esto los burdenes variarán en proporción a la raíz cúbica de las

energías relativas de los explosivos. Para entregar una fórmula simple para ilustrar la

relación, la siguiente será usada:

KB2 = KB1 ( RE2 / RE1 )1/3

Si asumimos que una roca promedio será tronada , el valor KB = 30 representa el

explosivo promedio. El burden usado será de 7,5 ft para un diámetro de 3”, ya que

KB1 = 30 = 12 B1 / De , el cual da:

B1 = 30 De / 12 = 30x3 / 12 = 7,5 ft.

Para el explosivo N°2, uno puede aproximar el KB2 = 42 o KB2 = 30 ( 2.8 ) 1/3. El

burden para el segundo explosivo será de 10 ½ ft, puesto que B2 = 42 De / 12 = 3,5 *3 .

Para el cálculo de los burdens directos, para explosivos usados en el mismo diámetro, y

bajo idénticas condiciones de campo, la siguiente expresión será usada:

B2 = B1 (RE2 / RE1) 1/3

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ASIGNATURA DE TRONADURA Cuarto Civil de Minas 1Las expresiones dadas permiten determinar el burden aproximado para cualquier

explosivo, comparado con un explosivo promedio bajo idénticas condiciones de terreno.

Aunque el ejemplo dado está ilustrado en condiciones ideales, uno debiera

reconocer que muchas variables entran en la selección final de un KB y su relación con el

burden; la comparación de su energía relativa nos entrega una técnica que da una

realística aproximación.

Como materia de interés, para la mayoría de los explosivos usados en voladura, la

máxima variación de la densidad es de 0.7 a 1.6, con una variación de velocidad de 8.000

a 20.000 fps , la densidad más alta tiene la más alta tasa de reacción. Por esto, los

explosivos de más baja densidad poseen solamente un 26 % de la energía disponible,

mientras que los más densos tienen 370 % de energía disponible, comparado a la

disponibilidad de un explosivo promedio. Convertidos los valores de KB usando un KB = 30

para un explosivo y roca promedio, los límites inferior y superior para los valores de KB

podrían ser 19 y 46, respectivamente. De la Tabla 1 pueden ser vistos que estos valores

satisfacen las experiencias de campo actuales.

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