INTRODUCCIN

TRANSMISION DE LA ONDA DE CHOQUE EN UN MEDIO ROCOSOLa propagacin de la onda de choque, que viaja a travs de la carga explosiva y a la velocidad que se desplaza se le llama Velocidad de Detonacin.

Durante una explosin muchos tipos de energa son liberados, esta energa se puede dividir en la energa til capaz de dar trabajo y es aquella energa utilizada en el cumplimiento del objetivo de la voladura, llamada Energa de Trabajo y en la Energa de Desperdicio que no toma parte en el rompimiento de la roca y que se manifiesta en forma de Calor, Luz, Sonido y Energa Ssmica.La energa de trabajo se debe en un 15% a la energa de choque del explosivo y en un 85% a la energa producida por los gases generados en la reaccin del explosivo.

En cuanto a las formas en que la energa se desperdicia destaca principalmente:1) ENERGA SSMICAEs producida por el movimiento de las ondas de choque a travs del suelo y existen dos clases de energa ssmica: Ondas de Cuerpo y Ondas de Superficie. Las ondas de cuerpo producen compresin y dilatacin en la direccin de la onda de choque (similar a la accin de un resorte). Las ondas que producen compresin, denominadas Ondas P, son paralelas a la onda de choque y se transmiten en Slidos, Lquidos y gases. Las Ondas de Corte denominadas Ondas S, son perpendiculares a la misma y solo se transmiten en Slidos, las ondas de superficie se transmiten a lo largo de la superficie sin penetrar en la roca y a una velocidad ms lenta que las Ondas de Cuerpo.Las ondas ssmicas se crean debido a la deformacin elstica de las rocas, que al volver a su estado original despus de la deformacin sufrida en la voladura se genera una onda vibracional que viaja a travs del suelo, estas ondas pueden ocasionar problemas en los alrededores por lo que debern ser controladas.2) GOLPE DE AIREEl sonido es la transmisin de energa a travs de la atmsfera, no se transmite en el vacio ya que necesita un medio de transmisin. Las ondas del sonido de una explosin son ondas de compresin que tienen una velocidad en funcin de la temperatura del medio.El ruido es la porcin del golpe de aire que se encuentra en la parte audible del espectro, variando de 20 a 20,000 Heartz, en las voladuras realizadas en las reas no urbanas el dao proviene principalmente de la concusin de aire y no del ruido.

Como se ha visto anteriormente, la Presin de Detonacin puede expresarse de forma simplificada por:

PD = Presin de detonacin (kPa)e = Densidad del explosivo (g/cm3)VD = Velocidad de detonacin (m/s)La mxima Presin Transmitida a la roca equivale a:

Donde nz es la relacin entre impedancia del explosivo y de la roca:

VC = Velocidad de propagacin de las ondas en el medio rocoso (m/s)r = Densidad de la roca (g/cm3)

Esto significa que la onda explosiva se transmite tanto mejor a la roca cuanto ms se acerca la impedancia del explosivo a la de la roca, dado que "nz" tender hacia 1 mientras que "PT" lo har simultneamente hacia "PD. La presin de la onda en la roca decrece con una ley exponencial, de modo que la tensin radial generada a una determinada distancia ser:

Donde:i = Tensin radial de compresinPB = Presin en la pared del barrenorb = Radio del barrenoDS = Distancia desde el centro del barreno al punto de estudio.x = Exponente de la ley de amortiguacin, que para cargas cilndricas se aproxima a 2.

Si la onda en su camino encuentra materiales diversos, con impedancias diferentes, y en correspondencia con superficies de separacin que pueden estar en contacto o separadas por aire o agua, la transmisin de la onda de choque estar gobernada por la relacin de impedancias de los distintos tipos de roca, pudiendo parcialmente transmitirse y al mismo tiempo reflejarse en funcin de dicha relacin.Cuando las impedancias de los medios son iguales (r2 x VC2 = r1 x VC1) gran parte de la energa se transmitir y el resto se reflejar, llegndose a una situacin lmite cuando ((r2 x VC2 < r1 x VC1) como, por ejemplo, entre roca y aire, donde se reflejar casi la totalidad de la energa transportada por la onda de compresin en forma de tensin de traccin, pudiendo adquirir especial importancia en el proceso de rotura de la roca.Lo indicado es vlido tanto para las presiones de las ondas como para las energas transmitidas. Si la relacin de impedancias caractersticas de los dos medios es:

Se tendr

Donde:

PI = Presin de la onda incidentePT = Presin de la onda transmitidaPR = Presin de la onda reflejada.

RENDIMIENTO ENERGETICO DE LAS VOLADURASLa accin de los explosivos sobre las rocas es pues la resultante de un conjunto de acciones elementales, que actan escalonadamente y en ocasiones de forma simultnea en pocos milisegundos, asociadas a los efectos de la onda de choque que transporta la Energa de Tensin", y alas efectos de los gases de explosin o Energa de Burbuja. As pues, la energa total desarrollada por el explosivo y medida por el mtodo propuesto por Cole, puede expresarse entonces como la suma de esas dos componentes, la Energa de Tensin y la Energa de Burbuja.ETD = ET + EB

Donde:

Estimaciones efectuadas por Hagan (1977) han puesto de manifiesto que solamente un 15% de la energa total generada en la voladura es aprovechada como trabajo til eh los mecanismos de fragmentacin y desplazamiento de la roca.Rascheff y Goemans (1977) han establecido un modelo terico de reparto de energa, a partir de ensayos sobre bloques cbicos de roca sumergidos en piscinas.Estos investigadores afirman que aproximadamente el 53% de la energa del explosivo va asociado a la onda de choque. Este valor depende de las condiciones de experimentacin y pueden encontrarse resultados muy dispares que van desde el 5% al 50% de la energa total, segn los distintos tipos de roca que se desean fragmentar y la clase de explosivo empleado.As, en una roca dura, la Energa de Tensin de un explosivo rompedor es ms importante en la fragmentacin que la Energa de Burbuja, sucediendo lo contrario en las formaciones blandas, porosas o fisuradas y los explosivos de baja densidad.De los ensayos efectuados por Rascheff y Goemans, se resume el reparto de la energa de la onda de choque:

Puede observarse que en las voladuras convencionales en banco una gran parte de la energa de la onda de choque se transforma en energa ssmica que da lugar a las vibraciones del terreno a la cual se sumar parte de la energa de los gases de explosin, dando lugar al fenmeno perturbador ms perjudicial desde el punto de vista de daos.La cantidad de energa liberada (A) en la detonacin de un explosivo dentro de cada barreno viene dada por la ecuacin:

Los gases de explosin se expanden adiabticamente desde la regin de explosin ejercida sobre las paredes del barreno hasta la presin atmsferica, estando definido el intervalo de integracin por:Vf =Volumen de los productos de detonacin a la presin atmosfrica.V3 = Volumen de los productos de detonacin correspondiente a la presin de explosin.

Igualmente, se puede calcular Qe en funcin del calor especfico promedio entre la Temperatura inicial T1 y la temperatura de explosin T3.

Los datos expuestos concuerdan bastante bien con los obtenidos por otros investigadores como Mancini y Occella. No debe olvidarse, que para conseguir unos resultados ptimos en las voladuras es preciso no slo fragmentar la roca sino esponjarla y desplazarla una determinada distancia, por lo que los gases juegan tambin en las ltimas etapas un papel decisivo. Lownds (1986) ha descrito, tambin, el reparto de la energa del explosivo en el proceso de voladura de las rocas, utilizando un modelo simplificado de interaccin roca-explosivo. El distribuye la energa en zonas diferentes relacionadas con la curva Presin-Volumen de los gases producidos en la explosin.

Las energas asociadas con las diferentes zonas mostradas en la figura anterior son las que se Indican en la siguiente Tabla.

Inmediatamente despus de la detonacin del explosivo en el barreno, los gases a alta presin en el estado inicial o de explosin P3 transmiten un impacto u onda de choque a la roca. Las tensiones producidas por esta onda, en la roca prxima al barreno, son superiores a la resistencia dinmica a compresin y a traccin de la roca. Se produce una trituracin y una compresin de la roca alrededor del barreno, dependiendo de la presin de explosin y la resistencia y tenacidad de la roca.Como la roca es triturada y comprimida el volumen del barreno aumenta con una disminucin correspondiente de la presin, hasta que la tensin en la roca se equilibra con la presin. Esto se muestra en la curva anterior como P4, y se denomina estado de equilibrio. El trabajo realizado por el explosivo durante la expansin es llamado energa de rotura, y consiste en la energa de tensin almacenada en la roca (Zona 2) y la energa cintica de la onda de choque (Zona 1). En el proceso de voladura la energa de tensin cintica se pierde esencialmente como trabajo til y se manifiesta como roca triturada en la proximidad inmediata del barreno y ondas ssmicas propagadas en el terreno.Las tensiones en la roca son el resultado de la presin de barreno residual P4 que causa las fracturas. Los gases de explosin penetran en las grietas existentes entre el barreno y el frente libre, haciendo un trabajo til de prolongacin de las mismas que colaboran en la fragmentacin y contribuyen a la proyeccin. Este proceso termina ms o menos, bsicamente, cuando los gases alcanzan el frente libre. La presin de los gases en el momento de escape se muestra como P5 en la cuva anterior. En este instante la roca delante del barreno es comprimida por los gases existentes en las grietas con una energa de tensin almacenada en la roca (Zona 4). Esta energa es considerada como insignificante en la fragmentacin y proyeccin de la roca.Las energas de las Zonas 2 y 3 son las ms tiles en la voladura de las rocas y es llamada Energa de Fragmentacin.Parte de la energa de los gases en el momento de escape (Zona 5) desplaza la roca, y es llamada Energa de Proyeccin. Sin embargo, el resto de la energa de la Zona 5, al escapar los gases, es perdida como calor y ruido.Aunque este mtodo de distribucin de energa simplifica el proceso de la voladura aporta una valiosa percepcin de a dnde va la energa durante las diferentes fases del proceso. Tambin proporciona una comparacin aproximada de la magnitud de las diferentes fracciones de energa utilizadas en las diversas fases de las voladuras cuando los gases de explosin se expanden desde la presin inicial en el barreno a la presin atmosfrica.No toda la energa disponible es til en la fragmentacin y proyeccin de la roca. Es, pues, posible mejorar la eficiencia del proceso de voladura, utilizando explosivos ideales o no ideales diseados para minimizarlas prdidas de energa.

CONCLUSIONESLa transmisin de la onda de choque estar gobernada por la relacin de impedancias de los distintos tipos de roca, pudiendo parcialmente transmitirse y al mismo tiempo reflejarse en funcin de dicha relacin.Despus de la detonacin del explosivo, los gases a alta presin en el estado inicial o de explosin transmiten un impacto u onda de choque a la roca. Las tensiones producidas por esta onda, en la roca prxima al barreno, son superiores a la resistencia dinmica a compresin y a traccin de la roca. Se produce una trituracin y una compresin de la roca alrededor del barreno, dependiendo de la presin de explosin y la resistencia y tenacidad de la roca.