Propiedades de los explosivos
1 Fuerza: Capacidad de trabajo útil de un explosivo, es común referirse a ella como potencia.- Densidad de Empaque: Esta medida se expresa con la cantidad de cartuchos por caja de 25 kg.
- Velocidad de detonación: Es la velocidad con la cual la onda de detonación viaja por el explosivo, se expresa en metros por segundo. Esta propiedad depende de la densidad del explosivo, de sus componentes, tamaño de las partículas y grado de confinamiento.
- Sensibilidad: Es el mínimo de energía, presión o potencia que es necesaria para que surja la iniciación.
- Resistencia al agua: Capacidad del explosivo para resistir el contacto o sumergimiento en agua sin que esto afecte su capacidad de detonación.
- Emanaciones: En la construcción se conoce como emanaciones a los gases tóxicos. Siempre que se produce una explosión, esto da lugar a vapor de agua, dióxido de carbono y nitrógeno, mismos que nos son tóxicos, pero que forman gases asfixiantes como monóxido de carbono y óxidos de nitrógeno.
- Inflamabilidad: Es la facilidad con que un explosivo responde a una llama o calor.
Los explosivos son mezclas con poca estabilidad química, razón por la cual pueden transformarse abruptamente en gases, al tiempo que producen altas presiones en breve tiempo. Se emplean en diversas obras como en la construcción de presas, sistemas de conducción eléctrica, gasoductos, oleoductos, sistemas de drenaje, vías, canales, túneles y compactación de suelos, entre otras aplicaciones.
Los explosivos convencionales y los agentes explosivos poseen propiedades diferenciadoras que los caracterizan y que se aprovechan para la correcta selección, atendiendo al tipo de voladura que se desea realizar y las condiciones en que se debe llevar a cabo. Las propiedades de cada grupo de explosivos permiten además predecir cuáles serán los resultados de fragmentación, desplazamiento y vibraciones más probables. Las características más importantes son: potencia y energía desarrollada, velocidad de detonación, densidad, presión de detonación, resistencia al agua y sensibilidad. Otras propiedades que afectan al empleo de los explosivos y que es preciso tener en cuenta son: los humos, la resistencia a bajas y altas temperaturas, la desensibilización por acciones externas, etc. Deflagrantes
Son los explosivos en los que la reacción se inicia por mecanismos químicos tradicionales: activación termocinética. La velocidad de estos no supera la velocidad del sonido (medida en el medio explosivo, que siendo sólido o líquido, es muy superior a la del aire). La barrera del sonido atempera la energía cedida por este, de modo que no son muy potentes.
Su interés es escaso: pirotecnia y algunas aplicaciones en las que se requieran baja energía.
En esta línea, los propelentes son considerados un subgrupo de los explosivos deflagrantes.
Pólvora negra
Nitrato de Potasio
Detonantes
La reacción en este grupo se autoabastece por una onda de choque, supersónica (en el medio que recorre), que inicia al explosivo a medida que esta transcurre. Dada la alta velocidad de la reacción son explosivos muy potentes.
Dentro de esta clase se pueden incluir todas las sustancias explosivas mencionadas a continuación.
Sustancias explosivas por sensibilidad Primarios
Son aquellas sustancias que requieren cantidades ínfimas de energía para activarse. Son de gran peligrosidad y generalmente se utilizan flegmatizados (insensibilizados).
Su potencia es modesta en comparación con los demás grupos.
Triyoduro de amonio
Fulminato de mercurio
Fulminato de plata
Azida de plomo o nitruro de plomo.
Azida de plata
Estifnato de plomo o trinitroresorcinato de plomo.
Hexanitrato de manitol
Acetiluro de plata
Secundarios
Responden al grupo más numeroso, con energías de activación intermedias aunque no estrictamente homogéneas. Las potencias son muy altas, encontrándose en el orden de los GW.
Nitroglicerina Muy sensible. Generalmente se le aplica un desensibilizador.
Trilita o TNT
Hexógeno, RDX Ciclonita (trinitrofenilmetilnitramina)
Pentrita, PT, PETN Tetranitrato de pentaeritrita
Ácido pícrico o TNP (Trinitrofenol)
Picrato de amonio
Tetranitrometano
Octógeno o HMX (Ciclotetrametilentetranitramina)
Nitrocelulosa
Cloratita
Terciarios
Familia constituida casi en unanimidad por NAFOS (nitrato de amonio/fuelóleo) conocida su enorme insensibilidad.
ANFO o NAFO en castellano.
Sustancias explosivas por utilización Iniciador
Material energético, con una energía de activación relativamente baja, utilizado para iniciar a un explosivo secundario. Suelen ser explosivos de alta sensibilidad (primarios) en combinación de acuerdo al impulso requerido: impacto, eléctrico o térmico. Suelen ser llamados detonadores al estar encartuchados comercialmente.
Carga
Es la masa base que explotará y es objeto del diseño de la voladura. El iniciador es el responsable de iniciar la carga. Algunas sustancias pueden no requerir iniciador: pólvora, nitroglicerina o pentrita se inflaman con relativa facilidad bajo la llama.
Multiplicador
En ciertas ocasiones la carga no detona con el iniciador, por lo que se requiere un explosivo intermedio que sea sensible al iniciador y a la vez inicie a la carga. Muy frecuentemente los nafos requieren de este tipo de carga.
Sustancias explosivas mezcladas
A menudo las sustancias carecen de todas las propiedades solicitadas para una función; por ejemplo: la nitroglicerina es muy inestable, el nitrato amónico muy mediocre o el estifnato de plomo debería ser más sensible a la llama. Para soslayar dichos problemas se recurre a mezclas de estos para potenciar debilidades. Comercialmente se conocen:
Dinamitas
La dinamita es un explosivo compuesto por nitroglicerina y dióxido de silicio. Es una mezcla grisácea y aceitosa al tacto, considerada un explosivo potente (comparado con la pólvora, el fulminato de mercurio y otros explosivos débiles).
Gomas
La Goma-2 es un explosivo del tipo dinamita de fabricación española para uso industrial (sobre todo en minería) por la Unión Española de Explosivos, S.A. (actualmente MAXAM). Se comercializa al menos en dos variantes, la Goma-2 EC y la Goma-2 ECO.
Pulverulentas
Existe un error: las dinamitas no contienen dióxido de silicio en cantidad importante.
Pueden llevar en su composición nitrocelulosa, colorantes, estabilizantes y varios compuestos inorgánicos en pequeñas cantidades.
Propiedades específicas de los explosivos
1.- Estabilidad química.
Es la aptitud que el explosivo posee para mantenerse químicamente inalterado durante un cierto periodo de tiempo.
Esta estabilidad con la que el explosivo parte de fábrica se mantendrá sin alteraciones mientras las condiciones de almacenamiento sean adecuadas. Esto permitiría al usuario tener un producto totalmente seguro y fiable para los trabajos de voladura.
Las pérdidas de estabilidad en los explosivos se producen bien por un almacenamiento excesivamente prolongado o bien porque las condiciones del lugar no sean las adecuadas.
Si los explosivos son polvurolentos con nitrato amónico se estropearán perdiendo dinero pero no tendremos accidentes.
Los explosivos con nitroglicerina si pierden su estabilidad química puede significar que la nitroglicerina se ha descompuesto.
El cartucho suda o se observan manchas verdes en la envoltura. En este caso el peligro es inminente y es imprescindible la destrucción de este explosivo.
2.- Sensibilidad.
Se define la sensibilidad de un explosivo como la mayor o menor facilidad que tiene un explosivo para ser detonado.
Se dice por lo tanto que un explosivo es muy sensible cuando detona sin dificultades al detonador y a la onda explosiva que se produzca en sus cercanías. Un explosivo insensible es todo lo contrario.
Los explosivos sensibles aseguran pocos fallos en los barrenos. Los insensibles por lo contrario provocarán más barrenos fallidos. En este sentido son mejores los explosivos sensibles. Ahora bien, están más cercanos a producirse una explosión fortuita que los explosivos insensibles en los que la probabilidad de accidente es prácticamente nula. En este sentido los insensibles son más seguros que los sensibles.
Existe otro concepto de sensibilidad debido a experimentos realizados en los laboratorios, donde se realizan la sensibilidad al detonador, sensibilidad a la onda explosiva, sensibilidad al choque y sensibilidad al rozamiento. De estas las dos primeras son deseadas, mientras que las dos últimas son sensibilidades indeseadas.
Sensibilidad al detonador. Todos los explosivos industriales precisan para su iniciación como norma general de la detonación de otro explosivo de mayor potencia. Este explosivo puede ir colocado dentro de un detonador, de un cordón detonante o de un multiplicador, según el procedimiento que sigamos para la iniciación de la explosión. Si algún explosivo no fuera sensible al detonador, entonces los multiplicadores salvarían esta pega, aunque el 99% de los explosivos que actualmente se fabrican son sensibles al detonador.
Sensibilidad a la onda explosiva. Se basa en determinar la máxima distancia a que un cartucho cebado trasmite la detonación a otro cartucho receptor. Colocamos cartuchos en línea y ambos a continuación del otro, separados una determinada distancia d. Pero lo que sucede en realidad es que al cargar los barrenos entre cartucho y cartucho pueden haber materias inertes que siempre dificultan la propagación y a veces llegan a anularla. Por esta razón la norma indica que "la carga cuando se trate de explosivos encartuchados estará constituida por una fila de cartuchos en perfecto contacto unos con otros."
Cartucho cebado: Cartucho con detonador. (Es el cartucho madre).
Sensibilidad al choque. Los diferentes tipos de explosivos industriales pueden ser o no sensibles al choque, lo cual no quiere decir otra cosa que en algunos explosivos se puede producir su iniciación por un fuerte impacto. La forma de determinar la sensibilidad al choque se hace mediante una maza que se coloca a una determinada altura con una masa definida, se mide la altura hasta que el explosivo explota.
Sensibilidad al roce. Al igual que con la sensibilidad al choque existen algunos explosivos que son sensibles al rozamiento. Es por esto que existe un ensayo normalizado que nos indica si un explosivo es sensible o no al rozamiento, y en caso de serlo en que grado lo es.
Este ensayo se realiza con una máquina provista de un objeto cuyo coeficiente de rozamiento conocemos. La sensibilidad se conoce pasándolo por la longitud de todo el explosivo cada vez con mayor intensidad hasta que el explosivo explote.
3.- Velocidad de detonación.
La velocidad de detonación es la característica más importante del explosivo. Cuanto más grande sea la velocidad de detonación del explosivo, tanto mayor es su potencia.
Se entiende por detonación de un explosivo a la transformación casi instantánea de la materia sólida que lo compone en gases. Esta transformación se hace a elevadísimas temperaturas con un gran desprendimiento de gases, casi 10.000 veces su volumen.
Sea un cartucho de un determinado explosivo M del cual queremos hallar su velocidad de detonación V. Si le introducimos un detonador en el interior y a su vez le practicamos dos orificios B y C de los que salen una mecha patrón cuya velocidad de detonación es conocida, v, y colocamos una placa de plomo, tendremos lo siguiente.
V = velocidad buscada.v = Velocidad de mecha. (Conocida).
t = BC + CE = BE (1)
BC = BE – CE V = BC . v (2)
Al explotar el detonador explota todo el cartucho, pero lo hace antes en B que en C, ¿por qué?. Porque está más cerca del detonador.
Por lo tanto las ondas no se encuentran en el punto medio D, sino en otro punto E (visible en la placa por ser de plomo la placa).
El tiempo empleado en seguir un camino o el otro es el mismo, por lo tanto se cumple (1), y operando llegamos a (2) que nos determina la velocidad de detonación V de un explosivo.
Para algunos trabajos interesan explosivos lentos, de poca potencia. (En canteras de roca ornamental).
Si queremos grandes producciones (sobre todo estéril), usaremos explosivos de baja velocidad de detonación, de poca potencia.
4.- Potencia explosiva.
La potencia puede definirse como la capacidad de un explosivo para fragmentar y proyectar la roca.
Depende por un lado de la composición del explosivo, pese a que siempre es posible mejorar la potencia con una adecuada técnica de voladura.
Para la medida de la potencia de un explosivo existen en el laboratorio diferentes técnicas de las cuales es la más empleada la del péndulo balístico. Por este procedimiento se mide la potencia de un explosivo en porcentaje en relación con la goma pura, a la que se le asigna por convenio la potencia del 100 %.
7.- Humos.
Se designa como humos al conjunto de los productos resultantes de una explosión, entre los que se encuentran gases, vapor de agua, polvo en suspensión , etc. Estos humos contienen gases nocivos como el óxido de carbono, vapores nitrosos, etc., y si bien su presencia no tiene importancia en voladuras a cielo abierto, si la tiene en voladuras en minas subterráneas y sobre todo si se realizan en lugares con poca ventilación. En este caso pueden ocasionar molestias e intoxicaciones muy graves a las personas que vayan a inspeccionar la voladura.
Para los trabajos subterráneos la composición del explosivo debe tener una proporción suficiente de O2 capaz de asegurar la combustión completa.
Sensibilidad y diámetro crítico.
Sensibilidad: Puede definirse como la facilidad relativa del mismo para detonar.
Esto presenta una paradoja para los técnicos en explosivos, pues por un lado una elevada sensibilidad supone una clara ventaja de cara al funcionamiento del explosivo, pero a su vez puede suponer una gran desventaja en cuanto al riesgo de detonar bajo cualquier estímulo accidental. Así pues, vemos que existen dos conceptos distintos dentro del término genérico de sensibilidad; el primero relacionado con la mayor o menor facilidad para que un explosivo detone cuando se desea, que denominaremos sensibilidad deseada, mientras que el segundo se refiere a la mayor o menor propensión a que un explosivo detone bajo cualquier estímulo accidental, que denominaremos sensibilidad indeseada.
Este último concepto, inédito hasta ahora en ala tecnología de los explosivos, puede cuantificarse en algunos casos como el mínimo estímulo accidental necesario para que se produzca una explosión. En otras palabras, podemos afirmar que una alta sensibilidad indeseada trae consigo una elevada susceptibilidad a la detonación accidental, mientras que una baja sensibilidad indeseada equivale a una baja propensión a la iniciación fortuita, bajo el estímulo de cualquier fuente de energía distinta de la normalmente empleada.
Siempre existe un solapamiento entre ambas sensibilidades, por lo que en general una alta sensibilidad deseada implica una elevada sensibilidad indeseada y viceversa.
Esta tendencia está muy acentuada en los explosivos convencionales, en los que se parte de un producto altamente sensible a todo tipo de estímulos, al que se le insensibiliza con una serie de productos.
Entre los explosivos más comúnmente empleados, las dinamitas son los de mayor sensibilidad, por llevar en su composición nitroglicerina. Todas ellas se inician fácilmente con detonadores ordinarios y desde luego con cordón detonante de 12 gr / ml. Los hidrogeles son mucho más insensibles, no llevan nitroglicerina y requieren unos iniciadores más potentes, aunque también todos detonan con detonadores ordinarios y cordones detonantes de 12 gramos para arriba. Estos explosivos evitan todo riego de explosión debido a roces violentos o grandes presiones, como por ejemplo ser pisados por las orugas de un tractor o una excavadora.
Diámetro crítico: Cualquier explosivo en forma cilíndrica tiene un diámetro por debajo del cual no se propaga la velocidad de detonación.
Para explosivos nitrados, como el NO3 NH4, puede alcanzar valores hasta de 10 pulgadas, pudiendo ser insignificante tanto para la pentrita como para el nitruro de plomo, que son los que se utilizan en los cordones detonantes y detonadores.
Es necesario decir que en el diámetro crítico influye la densidad y el confinamiento de los explosivos en los barrenos.
COMBUSTIÓN COMPLETA EN LAS REACCIONES EXPLOSIVAS.
Combustión completa en las reacciones explosivas.
No es fácil estudiar detalladamente la influencia del oxígeno en las características del explosivo; sin embargo es necesario procurar que si se van a utilizar en minería subterránea no se forme el temido CO (monóxido de carbono), porque este gas se fija en la sangre dando lugar a un compuesto llamado Carboxihemoglobina, que paraliza las funciones vitales sin que la agonía se advierta. Además este gas no es fácilmente detectable ya que es incoloro, inodoro e insípido.
Para lograr este objetivo, el oxígeno debe de estar en la proporción necesaria para que la combustión sea completa, dando así lugar a que todos los átomos de carbono se oxiden completamente dando CO2. Todos los átomos de hidrógeno que se formen deben dar lugar a moléculas de H2O, pudiendo estar también presentes moléculas de nitrógeno, así como moléculas de oxígeno O2.ç
Características intrínsecas y extrínsecas.
Se llaman intrínsecas aquellas en las que el operario no puede actuar. Las más importantes son:
? Tamaño y tipo de grano.
? Contenido en fuel-oil.
? Contenido de agua.
? Sensibilidad.
Factores externos son aquellos en los que el usuario tiene mucho en que actuar.
? Densidad de la carga.
? Diámetro del barreno.
? Iniciadores.
Características Intrínsecas.
TAMAÑO Y TIPO DE GRANO.
Tienen forma de granos, parecidos a los granos de arroz, son porosos, rellenos de aire, ya que así tienen una mayor velocidad de liberación de la energía. La porosidad óptima parece estar próxima a 0´07 cm³ /gr
CONTENIDO EN FUEL- OIL.
La influencia del fuel-oil incorporado a la mezcla de nitrato amónico, en proporciones variables viene reflejada en la figura. La máxima velocidad de detonación se alcanza para un contenido en fuel-oil de 5´5 %; igualmente para esta proporción se alcanza el equilibrio en oxígeno.
En la zona (1), al disminuir el porcentaje en fuel-oil, significa que aumenta el porcentaje en nitrato, y como este es un dador de oxígeno, la zona (1) presenta un claro exceso en oxígeno. En esta zona se ve que la velocidad de detonación disminuye muy rápidamente, a la vez que el descenso en porcentaje en fuel-oil.
En la zona (2), donde ya la proporción en nitrato amónico es más pequeña, hay un defecto de oxígeno, y si bien la velocidad de detonación también disminuye, lo hace de forma más suave que en la zona (1).
CONTENIDO DE AGUA.
En la figura se muestra la influencia del agua sobre la velocidad de detonación de las nagolitas. Es de sobra conocida la propiedad del nitrato amónico de ser muy hidroscópico (absorbe la humedad). Con porcentajes de contenidos en agua inferiores al 9% la velocidad va disminuyendo, pero conservando siempre velocidades mayores a los 2000 m. Con humedades superiores al 9% no se deben utilizar nagolitas a granel; En este caso habría que encargar nagolitas envueltas en plástico para retrasar dicha absorción de agua.
SENSIBILIDAD.
Se entiende por sensibilidad la mayor o menor facilidad que tiene un explosivo para ser detonado.
Los anfos son unos explosivos de detonación " no ideal ", es decir, son muy insensibles, cualidad esta que es útil para evitar accidentes, pero puede provocar el fallo en el barreno.
En la mayoría de los casos se usan como carga de columna, siendo la carga de fondo las gomas, encargándose estas de la correcta explosión de toda la carga.
En ocasiones la nagolita se puede utilizar sola en grandes diámetros de sondeo, mayores siempre de 7 pulgadas. En este caso conviene aumentar l sensibilidad, consiguiéndose esto con el aumento de la densidad en el interior del barreno, prensando la nagolita con la tacadera, con cuidado en pasarnos, ya que la nagolita podría sufrir fallos, debiendo procurar que la densidad no sobrepase del 0´95 – 0´96 %.
1. POTENCIA Y ENERGIA
La potencia es, desde el punto de vista de aplicación industrial, una de las propiedades más importantes,ya que define la energía disponible para producir efectos mecánicos.
Existen diferentes formas de expresar la potencia (Strength) de un explosivo. En las antiguas dinamitas (Straight dynamites) era el porcentaje de nitroglicerina el parámetro de medida de la potencia. Bosteriormente, con la sustitución parcial de la nitroglicerina por otras sustancias, y la realización de ensayos comparativos de laboratorio, se pasó a hablar de Potencia Relativa por Peso (Relative Weight Strength) y Potencia Relativa por Volumen (Relative Bulk Strength). Así, es frecuente referir la potencia de un explosivo en tantos por ciento de otro que se toma como patrón, Goma pura, ANFO, etc., al cual se le asigna el valor 100.
Existen varios métodos prácticos para medir la potencia o la energía disponible de un explosivo, todos ellos muy discutibles debido a las peculiaridades, que presentan y a su repercusión en los resultados cuando se comparan con los rendimientos obtenidos en las voladuras.
2.VELOCIDAD DE DETONACION
Es la velocidad a la que la onda de detonación se propaga a través del explosivo y, por lo tanto, es el parámetro que define el ritmo de liberación de energía. Los factores que afectan a la "VD" son: la densidad de la carga, el diámetro, el confinamiento, la iniciación el envejecimiento del explosivo. Para los tres primeros, conforme aumentan dichos parámetros las "VD" resultantes crecen significativamente.
En cuanto a la iniciación, si no es lo suficientemente enérgica puede hacer que el régimen de detonación comience con una velocidad baja, y con res~ pecto al envejecimiento, éste hace que la "VD" también disminuya al reducirse el número y volumen de las burbujas de aire, sobre todo en los explosivos gelatinosos, ya que son generadores de puntos calientes.
Existen diversos métodos de medida de la ,VD", entre los que destacan:
– Método D'Autriche.
– Kodewimetro.
– Cronógrafo.
2.1. Método D'Autriche
Se basa en comparar la "VD" del explosivo con la velocidad ya conocida de un cordón detonante. Se coge un cordón con una longitud determinada y se marca el punto medio del mismo, que se hace coincidir con una señal efectuada sobre una plancha de plomo en la cual se apoya, y a continuación, se insertan los extremos del cordón dentro del explosivo a una distancia prefijada "d". La carga de explosivo, "que puede estar alojada en un tubo metálico, se inicia en uno de los lados con un detonador. Como la onda de choque energiza a su vez en instantes diferentes a los extremos del cordón, la colisión de las ondas 1 y 2 tiene lugar sobre la plancha a una distancia"a" del punto medio del cordón. Así pues, la "VD.', del explosivo se determinará a partir de:
2.2. Kodewimetro
Se basa en la variación de la resistencia de un cable sonda que atraviesa axialmente una columna de explosivo. Por medio de un equipo, denominado Kodewimetro, conectado a un osciloscopio se mide la variación de tensión que es proporcional a la resistencia, al mantener en el circuito una intensidad de corriente constante. Alavanzar la onda de detonación a lo largo del explosivo, la resistencia eléctrica disminuye determinándose la "VD"a partir de la tensión a la cual es proporcional.
2.3. Cronógrafo
Con dos sensores introducidos en el explosivo y colocados a una distancia determinada, puede calcularse la "VD»sin más que medirel tiempo de activación de cada sensor.
3.DENSIDAD
La densidad de la mayoría de los explosivos varia entre 0,8 y 1,6 g/cm3, y al igual que con la velocidad de detonación cuanto mayor es, más intenso es el efecto rompedor que proporciona. En los agentes explosivos la densidad puede ser un factor crítico, pues si es muy baja se vuelven sensibles al cordón detonante que los comienza a iniciar antes de la detonación del multiplicador o cebo, o de lo contrario, si es muy alta, pueden hacerse insensibles y no detonar. Esa densidad límite es la denominada Densidad de Muerte, que se definirá más adelante. La densiqad de un explosivo es un factor importante para el cálculo de la cantidad de carga necesaria para una voladura. Por regla general, en el fondo de los barrenps, que es donde se necesita mayor concentración de energía para el arranque de la roca, se utilizan explosivos más densos, como son los gelatinosos e hidrogeles, mientras que en las cargas de columna se requieren explosivos menos densos; como son los pulverulentos y los de base ANFO. La concentración lineal de carga «q¡» en un barreno de diámetro "D» y una densidad "P.», se calcula a partir de:
donde:
P. = Densidad del explosivo (g/cm 3).
D = Diámetro de carga (mm).
Cuando los barrenos tienen una gran longitud, un fenómeno que suele estar presente es la variación de la densidad del explosivo a lo largo de la co]umna del mismo, como consecuencia de la presión hidrostática. En la Figura 10.7. se representan las curvas correspondientes a la densidad en el fondo del barreno y la densidad media de toda la columna, en función de su altura, para una emulsión con una densidad de encartuchado de 1,02 g/cm3y una densidad básica de 1,35 g/cm3, cargada en barrenos de 250 mm de diámetro.
Curvas de densidad de una emulsión en función de
la profundidad de los barrenos en condiciones secas.
PRESION DE DETONACION
La presión de detonación de un explosivo es función de la densidad y del cuadrado de la velocidad de detonación. Se mide en el plano C-J de la onda de detonación cuando se propaga a través de la columna de explosivo, como ya se ha indicado.
Aunque la presión de detonación de un explosivo depende, además de la densidad y de la "VD», de los ingredientes de que esté compuesto, una fórmula que permite estimar dicho parámetro es:
donde:
PD = Presión de detonación (Mpa).
P. = Densidad del explosivo (g/cm 3).
VD = Velocidad de detonación (m/s).
Los explosivos comerciales tienen una «PD» que varía entre 500 y 1,500 MPa. Géneralmente, en rocas duras y competentes la fragmentación se efectúa más fácilmente con explosivos de alta presión de detonación, debido a la directa relación que existe entre esta variable y los mecanismos de rotura de la roca.
ESTABILIDAD
Los explosivos deben ser químicamente estables y no descomponerse en condiciones ambientales normales. Un método de probar la estabilidad es mediante la prueba Abel, que consiste en el calentamiento de una muestra durante un tiempo determinado y a una temperatura específica, observando el momento en que se inicia su descomposición. Por ejemplo, la nitroglicerina a 80°C tarda 20 minutos en descomponerse. La estabilidad de los explosivos es una de las propiedades que está relacionada con el tiempo máximo de almacenamiento de dichas sustancias para que éstas no se vean mermadas en los efectos desarrollados en las voladuras.
RESISTENCIA AL AGUA
Es la capacidad para resistir una prolongada exposición al agua si n perder sus características. Varía de acuerdo con la composición del explosivo y generalmente está vinculada a la proporción de nitroglicerina o aditivos especiales que contengan, así las gomas, los hidrogeles y las emulsiones son muy resistentes al agua. Las sales oxidantes, como el nitrato amónico en el ANFO, disminuyen intensamente la resistencia al agua pues son muy higroscópicas. La escala de clasificación generalmente aceptada va desde: Nula, Limitada, Buena, Muy Buena y Excelente. En la primera, el explosivo no tiene ninguna resistencia al agua, mientras que la última, garantiza una exposición superior a 12 horas.
SENSIBILIDAD
Esta característica engloba varios significados dependiendo del tipo de acción exterior que se produzca sobre el explosivo.
– Acción controlada. La sensibilidad aquí es equivalente a la aptitud a la detonación por un iniciador y un detonador).
– Acción incontrolada. La sensibilidad es una medida de la facilidad con la que un explosivo puede ser detonado por calor, fricción, impacto o choque.
7.1. Sensibilidad a la iniciación
Los explosivos deben ser suficientemente sensibles para ser detonados por un iniciador adecuado. Esta capacidad varía según el tipo de producto, así por ejemplo, para la mayoría de los explosivos gelatinosos se emplean detonadores, mientras que los agentes explosivos requieren en general de un multiplicador o cartucho cebo de mayor presión y velocidad de detonación. El ensayo de sensibilidad a la iniciaciónse realiza sobre una placa de plomo en la que se deposita un cartucho de explosivo con unas dimensiones determinadas y con diferentes disparos se determina la potencia mínima del detonador que se precisa. Una clasificación que se emplea es la siguiente: Explosivos sensibles al detonador n° 8 y los no sensibles al detonador n° 8 El citado detonador, que es el más utilizado, tiene una carga de 2 g mezcla de fulminato de mercurio (80%) y clorato potásico (20%) o una carga de pentrita prensada equivalente.
7.2. Sensibilidad al choque y a la fricción
Algunos explosivos pueden detonar por efecto de estímulos subsónicos, tales como: choques o fricción. Por seguridad es importante conocer su grado de sensibilidad frente a estas acciones, especialmente durante su manipulación y transporte.
El ensayo de resistencia al choque suele realizarse con un martillo de caída (Kast),que consiste en colocar sobre un yunque una muestra de explosivo, generalmente de 0,1 g, sobre la que se deja caer un peso de acero de 0,5 a 10 kg, desde diferentes alturas, para observar si explosiona o no. A título de ejemplo, con un martillo de 2 kg, el fulminato de mercurio detona con una altura de caída de 1 a 2 cm, la nitroglicerina con 4 a 5 cm, la dinamita con 15 a 30 cm, y los explosivos amoniacales con caídas de 40 a 50 cm. El ensayo de fricción más utilizado es el de Julius Peter, en el cual se somete a un explosivo a un proceso de rozamiento entre dos superficies de porcelana sin barnizar sobre las que se ejercen diferentes presiones. Tras la prueba se puede apreciar si ha existido carbonización, deflagración o explosión. Los resultados se expresan en kg, que corresponde a la presión con la que actúa el punzón de porcelana sobre la plaquita en la que se deposita el explosivo.
7.3. Sensibilidad al calor
Los explosivos al ser calentados de forma gradual llegan a una temperatura en que se descomponen repentinamente con desprendimientos de gases, aumentando
poco a poco hasta que al final se produce – . una deflagración o bien una pequeña explosión. A esa" temperatura se la denomina «punto de ignición». En la pólvora varía entre 3000y 350°CYen los explosivos industriales entre 180°y 230°C.
Esta característica es diferente de la sensibilidad alfuego, que indica su facilidad de inflamación. Así, la pólvora a pesar de su buen grado de sensibilidad al
calor es muy inflamable, explosionando hasta con una chispa, lo mismo que la nitrocelulosa.
7.4. Diámetro crítico
Las cargas de explosivo con forma cilíndrica tienen un diámetro por debajo del cual la onda de detonación no se propaga o si lo hace es con una velocidad muy por debajo a la de régimen, a dicha dimensión se la denomina «Diámetro crítico».
Los principales factores que influyen en el diámetro crítico de un explosivo son: el tamaño de las partículas,la reactividad de sus constituyentes, la densidad y el
confinamiento de los mismos.
TRANSMISION DE LA DETONACION
Latransmisión por «simpatía» es el fenómeno que se produce cuando un cartucho al detonar induce en otro próximo su explosión.
Una buena transmisión dentro de los barrenos es la garantía para conseguir la completa detonación de las columnas de explosivo. Pero cuando esos barrenos se hallan próximos o las cargas dentro de ellos se diseñan espaciadas, se puede producir la detonación por simpatía por medio de la transmisión de la onda de tensión a través de la roca, por la presencia de aguas subterráneas y discontinuidades estructurales o por la propia presión del material inerte de los retacados intermedios sobre las cargas adyacentes.
Ensayo de transmisión por simpatía
En todos estos casos los resultados de fragmentación y vibraciones se verán perjudicados seriamente. Uno de los métodos para medir la capacidad o aptitud de la propagación por simpatía, también definido como «Coeficiente de Autoexcitación», consiste en determinar la distancia máxima a la que un cartucho cebado hace explotar a otro cartucho receptor sin cebar, estando ambos dispuestos en línea según su eje y apoyados bien sobre una superficie de tierra o metálica, o incluso, dentro de tubos de diferentes materiales o al aire.
En la mayoría de los explosivos industriales las distancias máximas hasta las que se produce la detonación por simpatía están entre 2 y 8 veces su diámetro, dependiendo del tipo de explosivo. Las medidas de los Coeficientes de Autoexcitación pueden efectuarse de forma Directa o Inversa, aunque en este último caso sólo se transmite aproximadamente el 50% de la energía que da la Directa. Los factores que modifican los resultados de estas pruebas son: el envejecimiento, el calibre de los cartuchos y el sistema utilizado para hacer la prueba, En cuanto a la transmisión de la detonación entre cargas cilíndricas con barreras inertes, se ha investigado poco desde el punto de vista práctico, pues la mayor parte de las experiencias se han llevado a cabo interponiendo entre la carga cebo y la receptora materiales homogéneos sólidos o líquidos, pero no materiales granulares como los que se emplean en los retacados intermedios, grava de trituración, arena o detritus de perforación.
DESENSIBILlZACION
En muchos explosivos industriales, se ha observado que la sensibilidad disminuye al aumentar la densidad por encima de un determinado valor. Este fenómeno, es más acusado en aquellas composiciones o agentes explosivos que no contienen sustancias como el TNT, la Nitroglicerina, etc, Para los hidrogeles y las mezclas tipo ANFO la variación de sensibilidad con la densidad es mucho mayor que para los explosivos gelatinosos, En la Fig. se observa la influencia de la densidad del ANFO sobre la «VD». Por encima de valores de 1,1 g/cm 3 lavelocidad cae drásticamente, por lo que a las densidades y a las presiones que producen esos niveles de confinamiento se las denominan como «Densidades y Presiones de Muerte», La desensibilización puede estar producida por:
– Presiones hidrostáticas y
– Presiones dinámicas.
El primer caso sólo se suele presentar en barrenos muy profundos y no es por esto muy frecuente. En la desensibilización dinámica pueden distinguirse a su vez tres situaciones:
Velocidad de detonación del ANFO en función
de la densidad.
RESISTENCIAS A LAS BAJAS TEMPERATURAS
Cuando la temperatura ambiente se encuentre por debajo de los BOC, los explosivos que contienen nitroglicerina tienden a congelarse, por lo que se suele añadir una cierta cantidad de nitroglicol que hace bajar el punto de congelación a unos -20°C.
HUMOS
La detonación de todo explosivo comercial produce vapor de agua, nitrógeno, dióxido de carbono, y eventualmente, sólidos y líquidos. Entre los gases inocuos citados existe siempre cierto porcentaje de gases tóxicos como el monóxido de carbono y los óxidos de nitrógeno. Al conjunto de todos esos productos resultantes se le designa por «humos». De acuerdo con la proporción de los gases nocivos, se ha establecido una escala de clasificación por grado de toxicidad para la exposición de los operadores después de las voladuras.
CLASES DE HUMOS (INSTITUTE
OF MAKERS OF EXPLOSIVES.EE.UU.)
Antes de emplear cualquier tipo de explosivo, se debe realizar las pruebas necesarias del mismo para determinar si el explosivo es el correcto en el proceso de voladura a aplicar.
Con una correcta adición de aluminio a los explosivos del tipo ANFO Pesado podemos obtener una voladura mucho mas eficiente y de mejor calidad de fragmentación, reduciendo costos de una u otra forma.
Si se desea perforar y volar un yacimiento ya sea a Cielo Abierto o en Subterráneo dependiendo de las condiciones de rentabilidad que se dispongan; se recomienda usar explosivos del tipo Gelatinoso debido a su mayor potencia relativa, mayor velocidad de detonación y mayor calor de explosión.
Según esa clasificación los explosivos de primera categoría pueden ser empleados en cualquier labor subterránea, los de segunda sólo en las que se garantice buena ventilación y los de tercera solo en superficie.
Los agentes explosivos como el ANFO son más tóxicos que las dinamitas, pues generan mayor proporción de óxidos de nitrógeno. De acuerdo con algunas investigaciones, la toxicidad del NO2 puede llegar a ser hasta 6,5 veces mayor que la del CO para una concentración molar dado.
En Perú, las concentraciones límites de gases en labores subterráneas que son admisibles, en períodos de ocho horas o tiempos más cortos, están especificadas en la Instrucción Técnica Complementaria.
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– UNION ESPAÑOLA DE EXPLOSIVOS: «Explosivos y Accesorios
Autor:
Jorge A Watanabe Cabrera
UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA
FACULTAD DE INGENIERÍA
Escuela Académico Profesional De Ingeniería Geológica
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