Principios Fundamentales del Diseño de Voladuras en Excavaciones Subterráneas

Conceptos Clave en la Disposición de Perforaciones

Los "Rocker Holes" (o rastrilleros) se disponen cerca de la ranura (o burn cut) con el objetivo de lograr el arranque de la roca fragmentada desde el fondo hacia afuera.

Efecto de la Pendiente en la Botada

Con respecto a la botada (proyección del material volado):

• Una pendiente negativa afecta la botada del disparo, haciendo que la caca (material volado) quede más echada, con menor proyección.
• Una pendiente positiva deja una caca más extendida.

Factor de Carga y Carga Específica

Factor de Carga (FC)

Se define como:

$$\text{FC} = \frac{\text{Masa de explosivo (kg)}}{\text{Toneladas de roca (ton)}}$$

Este factor correlaciona la competencia con la cantidad de explosivo, asumiendo una densidad de roca similar.

Nota: Si se consideran densidades de rocas distintas, el FC hace caso omiso a la energía asociada a una misma cantidad de explosivo.

Carga Específica (CE)

Utilizada frecuentemente en voladura de obras civiles, se define como:

$$\text{CE} = \frac{\text{Cantidad de explosivo (kg)}}{\text{Volumen de roca (m}^3)} \quad \text{o} \quad \text{Kg/m}^3$$

Esta métrica refleja mejor la relación entre la cantidad de explosivo y la competencia de la roca:

• Mayor CE = Mayor competencia (se requiere más explosivo por volumen).

Presenta la misma desventaja que el FC respecto a la variación de densidades de roca.

Consideraciones en la Excavación de Túneles (Subterráneos)

En el diseño para túneles, la zona de la ranura (cuele) presenta factores de carga distintos a las demás zonas, siendo el factor de carga mayor en el área de la ranura.

Relación entre Área y Consumo

Se observan las siguientes relaciones inversas:

• A mayor área de sección transversal, menor es el factor de carga requerido (menor explosivo por tonelada).
• El consumo de explosivos por m³ disminuye con el aumento del área del túnel, debido a la disminución de la competencia efectiva de la roca en esa sección.
• El consumo de explosivo también disminuye con la disminución del diámetro de los hoyos (aunque esto puede afectar la fragmentación si no se compensa con la carga).

Métodos de Diseño para Cálculo de Voladura de Túneles

Los métodos se clasifican según la geometría de los taladros:

Para Tiros Paralelos:

• Método Roger Holmberg
• Método de Stig Olofsson

Para Tiros en Ángulo (Cuñas):

• Cuña en V
• Cuña Piramidal

Método Roger Holmberg

Este método utiliza ecuaciones para determinar el largo de perforación en función al diámetro del pozo vacío.

Para lograr un buen avance, es importante que cuanto más grande y largo sea el hoyo hueco, más largos se podrán perforar los tiros.

Diseño del Cuele y Contra Cuele

La precisión en los pozos cercanos (a la ranura) es crucial. Un burden (peralte) más grande en estas zonas puede causar un quebrantamiento o deformación plástica excesiva, resultando en un avance menor.

Principios Fundamentales del Diseño

El diseño de la voladura debe asegurar las siguientes condiciones:

1. El disparo debe estar diseñado para que cada pozo tenga un quiebre libre.
2. El retardo debe ser lo suficientemente largo para permitir el quebre y su proyección (botada).
3. En la tronadura de contorno, la dispersión (variación en el espaciamiento o profundidad) debe ser pequeña para obtener un buen efecto de tronadura controlada.

Método Stig Olofsson

Este método trabaja con el uso de más ábacos (gráficos de diseño).

Los parámetros importantes considerados son:

• Diámetro del hoyo hueco.
• Burden de tiros cueles.
• Concentración de carga.