EXPLOSIVOS Apunte preparado por el profesor Hugo Barrera Valdés

U. de Santiago de Chile, Departamento de Obras Civiles

Explosivo en un cuerpo cuya rápida descomposición produce un gran volumen de gas a alta temperatura.

El efecto mecánico de la explosión se debe a:

1. la presión desarrollada por los gases 2. la velocidad con la que se produce la descomposición

La explosión por combustión rápida se llama deflagraciónLa explosión debido a una casi instantánea descomposición se llama detonación

Los explosivos más usados en OOCC son:

Pólvora Dinamita Mezclas a base de Nitrato de Amonio y Petróleo Emulsiones gelatinizadas

Propiedades para seleccionar un explosivo (Características Técnicas):

Fuerza o potencia Densidad Velocidad de detonación Resistencia al agua Resistencia al frío Gases nocivos Inflamabilidad Sensibilidad Precio y disponibilidad

1. Fuerza o Potencia :

Es el contenido de energía que tiene o puede producir un explosivo en relación con su peso o su volumen. Mide el trabajo útil que es capaz de realizar.

En general, se puede obtener la máxima potencia explosiva de un barreno utilizando dentro de él, un explosivo de alta potencia y densidad

La potencia o fuerza del explosivo está relacionada con la velocidad de detonación y depende del volumen de gases producidos y por lo tanto, de su presión. Esta fuerza se indica por peso o por cartucho.

CLASIFICACIÓN

Antes, los explosivos se clasificaban según el % de su contenido en peso de nitroglicerina.

Hoy, se los clasifica por su capacidad para producir energía, en comparación con la energía producida por un mismo peso de una dinamita especial llamada “Dinamita de Nitroglicerina”.

Ejemplo: Una dinamita de cualquier tipo, de 40 % de fuerza en peso, produce la misma cantidad de energía, en condiciones de laboratorio, que un peso igual de dinamita pura de 40 %.

Cuando se expresa la fuerza en %, se refiere a las dinamitas especiales, consideradas como un estándar.

Ejemplo: Una dinamita de cualquier tipo, de fuerza 30 %, tendrá la misma potencia que una dinamita especial 30 % que, a su vez, contiene 30 % por peso de nitroglicerina.

Ojo! Una dinamita especial 80 % no tiene el doble de la potencia que una de 40 %, aunque sí equivale a una que tiene el doble de nitroglicerina. Esto se debe al efecto de los otros elementos que componen la dinamita, los cuales también varían proporcionalmente.

La fuerza o potencia de los explosivos más usados, en orden creciente, es la siguiente:

Pólvora negra Anfo Dinamitas Hidrogeles Hidrogeles metalizados

2. Densidad:

Es el volumen de explosivos en proporción a su peso. Se mide:

a) En libras / pie cúbico b) En número de cartuchos que caben en una caja de 50 libras para dinamitas

envueltas. Los cartuchos son de 1 ¼ x 8 pulgadas. El número puede variar entre 100 y 250 cartuchos.

Un explosivo de alta densidad (menor Nº de cartuchos / cajón) es apto para triturar una roca dura como el granito. Uno de baja densidad se usará para romper rocas blandas o carbón.

Densidades típicas:

Anfos: Tronitas (A a F) entre 0.8 a 0.95 Hidrogeles: de 1.3 a 1.55 Amón gelatina: 0.60 a 0.80

3. Velocidad de Detonación (pies / seg):

Medida de la rapidez de la onda de combustión o detonación, a través del explosivo.

Este factor está relacionado con la mayor o menor energía de la onda choque y su velocidad de propagación.

Esto esta influenciado por el diámetro del cartucho y por su grado de confinamiento.

Una explosión a baja velocidad tiene efecto de levantamiento y separador. Una de alta velocidad tritura y despedaza.

Valores típicos

Pólvora: 1.000 a 3000 pies / segAnfo: 9.000 pies / seg Dinamita: 15.000 a 17.000 pies / segGelatinas: 23.000 pies / seg

4. Resistencia al agua :

Está determinada por la composición del explosivo y por la forma de preparación de los cartuchos.

Varía no sólo con la clase de explosivos, sino con la manera en que está retacado y envuelto.

Hay explosivos más resistentes al agua que su envoltorio.

Una dinamita al absorber agua durante un largo período de tiempo, puede llegar a perder totalmente su sensibilidad hasta el punto de no detonar.

Los explosivos en base a gelatina pura, son los más resistentes al agua.

Las gelatinas amoniacales son resistentes al agua, pero como contienen nitrato de amonio que es muy soluble, su resistencia al agua disminuye, siendo menor que las gelatinas puras de igual fuerza.

5. Gases Nocivos :

Los gases resultantes de una explosión son principalmente CO2, N y vapor de agua. Todos estos son no-tóxicos.

Si los explosivos están bien balanceados y detonan en condiciones normales, producirán un mínimo de gases nocivos. Pero, como tales condiciones no se dan siempre en la práctica, es frecuente la producción de gases tóxicos ya que se generan cantidades variables de CO y NO2.

Esto es muy importante en obras bajo tierra o en espacios poco ventilados, por lo cual debe hacerse acucioso estudio del explosivo a usar.

Además del tipo de explosivo, tiene influencia en la producción de gases nocivos, la envoltura del cartucho.

Esta puede ser de tres clases.

a) La parafina que impermeabiliza el papel del cartucho se esparció caliente sobre el cartucho vacío, antes de llenar con explosivo. (Malo para obras subterráneas)b) El papel se impermeabilizó colocándole solo la parafina estrictamente necesaria para darle una razonable impermeabilidad. (Aceptable)c) Impermeabilizado por inmersión en parafina sólida, procedimiento utilizado en explosivos con alto contenido de nitrato de amonio. (Pésimo)

La producción de gases será menor cuanto mayor sea el confinamiento del explosivo. Una forma de evitar la producción prematura de gases es colocar una adecuada cantidad de material incombustible como taqueo sobre el explosivo.

En obras subterráneas se recomienda:- Quitar la envoltura de papel a los cartuchos para mejorar el confinamiento con el taqueo.- No usar material combustible para taquear.- Ventilación adecuada para las proporciones de la obra.

6. Inflamabilidad :

Facilidad con que se le pueda prender fuego a un explosivo. Algunos se encienden y arden violentamente. Otros no arden a menos que se aplique llama constante.

Es importante que, al cargar un tiro para detonarlo con fulminante y mecha o por fulminante eléctrico, el explosivo no se encienda prematuramente por la llama lateral de la mecha o por el elemento de ignición del fulminante eléctrico, produciendo gases antes de la detonación.

7. Sensibilidad :

Mayor o menor facilidad con que se puede hacer explotar una sustancia y su capacidad de transmitir y propagar la detonación a través de toda la longitud de una carga, manteniendo la explosión.

La sensibilidad de propagación inicial depende de la composición de los explosivos y debe mantenerse aunque el explosivo se almacene por gran tiempo.

Mientras mayor sea la sensibilidad, mayor es el riesgo en su manejo.

La nitroglicerina es tan sensible que debe mezclarse con otras sustancias neutralizadoras para poder usarse como explosivo comercial.

La pólvora negra y las dinamitas son muy sensibles, lo cual implica una manipulación muy cuidadosa.

Anfos e hidrogeles son de baja sensibilidad lo cual exige el uso de iniciadores potentes.

TIPOS DE EXPLOSIVOS:

Deflagrantes: pólvoras (propagación lenta)Detonantes: dinamitas (propagación rápida)

1. Pólvora negra :

Explosivo lento que explota por combustión.

Componentes: Nitrato de Sodio (NaNO3) 65 %Azufre (S) 20 %Carbón Vegetal 15 %

Se inicia la explosión o encendido fácilmente, con fulminantes de ignición, llama directa (guía negra), golpes, calor, chispas o concusión. Exige manejo más cuidadoso que la mayoría de las dinamitas.

Riesgo: si se derrama sobre el piso, se prende si se pisa o restrega.

La potencia de deflagración depende del grado de confinamiento, del volumen, del tamaño del grano y de lo compacto de la empaquetadura.

A mayor confinamiento y tamaño del grano mayor potencia.La pólvora sin confinar arde en llamas sin explosión.La pólvora mal confinada pierde gran parte de su energía.

Propiedades:

Produce 300 volúmenes de gas gran cantidad de humo (por combustión del carbón) muchos gases tóxicos (por reacción química entre Na y S en

contacto con N2 del aire)

Usos:

- para fracturar trozos grandes de roca. - para soltar grandes volúmenes de tierra o roca sin triturar.

No se puede usar:

- bajo tierra.- donde exista poca ventilación.- donde el aire pueda contener gas inflamable. - dentro de agujeros con agua- en perforaciones húmedas.

2. DINAMITA

Es el explosivo más usado en las faenas de construcción debido a la gran variedad de potencia en que se fabrica.

Consiste en mezcla de: - Nitroglicerina - Nitrato de Sodio - Nitrato de Amonio - Algodón de Pólvora - Absorbentes Combustibles (aumentan poder explosivo)

Las potencias de las dinamitas que se fabrican en Chile varían entre el 15 y 90 %

Si se le agrega Tolueno se llega a 155 %

La densidad varía entre 1.25 y 1.6

La potencia de las dinamitas no aumenta proporcionalmente con el % de nitroglicerina ya que los demás componentes también contribuyen a la formación de gases y presión.

Así por ejemplo, una dinamita al 60 % es aprox. 1.5 veces más potente que una al 20 %

La sensibilidad aumenta con el mayor % de nitroglicerina.

La dinamita tiene un punto de congelación muy bajo, lo que se obtiene reemplazando aproximadamente el 25 % de nitroglicerina por nitroglicol.

Las dinamitas comunes resisten regularmente la humedad, generan pocos gases, pero a pesar de ello, no se emplean en minas subterráneas.

Detonan con golpes fuertes, explosiones, impactos de proyectiles y en altas temperaturas (incendios, impactos, etc.).

Dinamita común o de nitroglicerina:

Explosivo a base de Nitroglicerina y material inerte (Tierra de Infusorios).Se usa de 15 a 60 % de Nitroglicerina por peso de mezcla. Las potencias más usuales son las de 50 % y 60 %. Es de alta velocidad, alta sensibilidad, cohesión moderada, aceptable resistencia al agua (aprox. 48 hrs.). Produce gases nocivos.Por su alta sensibilidad, fácil inflamación y alto costo, se usa poco en construcción. Se usa en excavación de zanjas y para algunos trabajos bajo agua.

Dinamita Amoniacal:

Se usa el Nitrato de Amonio en mayor cantidad, combinado con algo de Nitroglicerina y un elemento inerte.

A igualdad de fuerza tiene menor velocidad que la dinamita de nitroglicerina y menor resistencia al agua.

Produce menos gases nocivos que la dinamita común.Es un explosivo de velocidad media.No resiste humedad. El Nitrato de Amonio es higroscópico. Es menos sensible e inflamable que la dinamita común.

Dinamita gelatina pura:

Se obtiene disolviendo algodón pólvora en Nitroglicerina.Su potencia varía entre 20 y 90 %. Es muy plástico y muy denso, muy resistente al agua.Produce pocos gases nocivos. Ideal para la perforación de túneles.Es de alto costo.

Dinamita Gelatino Amoniacales:

Dinamita gelatina en que parte de la Nitroglicerina se reemplaza por Nitrato de Amonio.Se fabrica en potencias de 30 % a 90 %.Es incongelable, muy potente y produce gases poco nocivos.Su inflamación es más difícil que la dinamita corriente.Tiene buena resistencia a la humedad.Tiene menor velocidad que las gelatinas puras y costo menor.

Dinamita semi-gelatinas:

Son superiores a las dinamitas amoniacales en plasticidad, cohesión y resistencia al agua.Son más económicas y producen tantos gases como las gelatinas.Se usan mucho en obras subterráneas.

3. Nitrato de Amonio (ANFO)

Explosivo en base a Nitrato de Amonio y petróleo diesel.No contiene Nitroglicerina.Ventajas: mayor seguridad, menor costo, efecto similar a las dinamitas corrientes.No tiene resistencia al agua.La potencia explosiva máxima se obtiene con 94 % de Nitrato de Amonio y 6 % de petróleo.

SANFOS

Reemplazo parcial del Nitrato de Amonio por Nitrato de Sodio (< 25 %).

Métodos para detonar los explosivos:

Se dividen en tres clases: - Lentos: Pólvora - Rápidos: Dinamitas - De gran seguridad: ANFO, SANFOS

En los lentos se usan: - Mechas- Cordones detonantes - Fulminantes En los rápidos: - Fulminantes - Cordones detonantes En los de gran seguridad: - Cartuchos de cebo o “Primer” de dinamita de alta potencia

Mecha o guía:

Formada por alma central de pólvora cubierta por forro de algodón, alquitranado o no.Debe quemarse a velocidad constante para arrancar.La guía negra se usa en terrenos secos.La guía blanca se usa en terrenos húmedos.Debe tener un largo adecuado para arrancar.

Fulminantes:

- De mecha - Cordones detonantes: Tubo de algodón relleno con pentrita- Eléctrico de tiempo- Eléctrico de milisegundos

Esquema típico:

Fulminante negroPerforaciones húmedas: dinamitas, hidrogelesPerforaciones secas: dinamitas, ANFO

Guía detonante

Taco

Iniciador

Iniciador

Columna explosiva