PROPIEDADES DE LAS ROCAS QUE AFECTAN LA PERFORACIÓN.PROPIEDADES DE LAS ROCAS

Densidad - Resistencias dinámicas de las rocas – Porosidad - Fricción interna – Conductividad - La composición de la roca y las explosiones secundarias de polvo

PROPIEDADES DE LOS MACIZOS ROCOSOS

Litología - Fracturas preexistentes - Tensiones de campo - Presencia de agua - Temperatura del macizo rocoso

GENERALIDADES Y CLASIFICACION DE ROCASCLASIFICACIÓN DE LAS ROCAS

1. Rocas ígneasa) Rocas ígneas intrusivasb) Rocas ígneas extrusivasc) Rocas ígneas filonianas

2. Rocas sedimentariasA.- Las detríticas o clásticas se clasifican por el tamaño de sus granos en:- Gruesas (sefitas). Ejemplo: brechas, conglomerados, gravas.- Medias (psamitas). Ejemplo: arenisca grauwaca, arcosas.- Finas (pelitas). Ejemplo: pizarras, lutitas, arcillas, filitas.B.- Las orgánicas y químicas se clasifican por su composición en: - Calcáreas. Ejemplo: calizas, travertinos, canchales. - Silíceas. Ejemplo: cuarcitas, silex, diatomita. - Alumínicas. Ejemplo: laterita, bauxita. - Ferruginosas. Ejemplo: limonita, taconita.- Salinas. Ejemplo: yeso, anhidrita, gema.- Carbonáceas. Ejemplo: lignito, antracita. - Fosfáticas.

3. Rocas metamórficas

SELECCIÓN DE ROCAS PARA VOLADURA

1. Rocas ígneas y metamórficasa) La primera subdivisión cubre a las de granulometría fina y aquellas cuyas propiedades elásticas tienden a absorber la onda de shock generada por la voladura antes que a quebrarse. Ejemplos: filitas, gneiss, micasquisos, hornfels.b) La segunda subdivisión cubre a las rocas de granulometría gruesa como el granito, diorita y algunas cuarcitas silisificadas, algunas veces difíciles de perforar y muy abrasivas por su contenido de sílice, pero que usualmente se fragmentan con facilidad en la voladura.

2. Rocas sedimentarias

CARACTERÍSTICAS DE LA ROCA

a. Densidad o peso específico.

b. Compacidad y porosidad.

c. Humedad e inhibición.

d. Dureza y tenacidad.

e. Frecuencia sísmica.

f. Resistencia mecánica a la compresión y tensión.

g. Grado de fisuramiento.

h. Textura y estructura geológica. Variabilidad.

i. Coeficiente de expansión o esponjamiento.

Comportamiento mecánico de las rocas

Resistencia de las rocas a esfuerzos de compresión y tensión

PROPIEDADES MECÁNICAS DE LAS ROCAS

a) Resistencia a la compresión (o carga por unidad de área) Define la fuerza o carga por unidad de superficie bajo la cual una roca fallará por corte o cizalla. En otros términos, es la resistencia a ser sobrepasada para llegar a la rotura por presión, dada en psi.

b) Resistencia a la tensión Es la facultad de resistir a ser torsionada o tensada hasta llegar al punto de rotura. También se define como resistencia al arranque.

c) Radio de Poisson o radio de precorte Es el radio de contracción transversal a expansión longitudinal de un material sometido a esfuerzos de tensión, o sea, es una medida de su fragilidad. Cuanto menor el radio de Poisson, mayor la propensión a rotura.

d) Módulo de Young o de elasticidad (E) Es una medida de la resistencia elástica o de la habilidad de una roca para resistir la deformación. Cuanto mayor el módulo de Young mayor dificultad para romperse. También se expresa en psi.

e) Gravedad específica Es el radio de la masa de la roca a la masa de un volumen igual de agua, en g/cm3 . CAPITULO 4 61

f) Fricción interna Es la resistencia interior para cambiar inmediatamente de forma cuando se somete a la roca a deformación por presión. También se define como conductividad o pase de las ondas (de compresión o sísmicas) fenómeno que genera calor interno.

g) Velocidad de onda longitudinal (P, en m/s) Es la velocidad a la cual una roca transmitirá las ondas de compresión. Como a este tipo corresponden las ondas sonoras, también se le refiere como velocidad sónica de la roca. Es una función del módulo de Young, radio de Poisson y la densidad. Usualmente cuanto mayor sea la velocidad de la roca, se requerirá explosivo de mayor

velocidad de detonación para romperla. Como ejemplo referencial mostramos los siguientes cuadros, pero teniendo en cuenta que lo usual es determinarlas para cada caso en particular.

GEOLOGIA Y SUS EFECTOS EN VOLADURAESTRUCTURA DE LAS ROCAS

Debido a su formación, edad y a los diversos eventos geológicos que han sufrido, las rocas presentan diversas estructuras secundarias que influyen en su fracturamiento con explosivos. Entre ellas tenemos:

A. Estratificación o bandeamiento (bending, layering).- Planos que dividen a las capas o estratos de las rocas sedimentarias de iguales o diferentes características físicas (litológicas); también ocurren en ciertos casos de disyunción en rocas granitoides. Generalmente ayudan a la fragmentación.

B. Esquistocidad.- Bandeamiento laminar que presentan ciertas rocas metamórficas de grano fino a medio con tendencia a desprender láminas. Se rompen fácilmente.

C. Fractura (joints, fisuras o juntas).- En las rocas, en las que no hay desplazamiento, se presentan en forma perpendicular o paralela a los planos de estratificación o mantos en derrames ígneos, con grietas de tensión (diaclasas), grietas de enfriamiento (disyunción) y otras. El espaciamiento entre ellas es variable y en algunos casos presentan sistemas complejos entrecruzados. La abertura, también variable, puede o no contener material de relleno.

D. Fallas (faults).- Fracturas en las que se presenta desplazamiento entre dos bloques. Usualmente contienen material de relleno de grano fino (arcilla, panizo, milonita) o mineralización importante para la minería. En perforación reducen los rangos de penetración, y pueden apretar o trabar a los barrenos. Las rocas son propicias a sobrerotura (over break, back break) junto a los planos de falla.

E. Contactos.- Planos de contacto o discontinuidades entre estratos o capas del mismo material o de diferentes tipos de roca.

INFLUENCIA DE ESTAS ESTRUCTURAS

A. Pocas estructuras o estructuras ampliamente separadas

B. Estructuras apretadas

C. Estratificación plana u horizontal

D. Rumbo y buzamiento (strike and dip) de estratos y fallas

1. Rumbo

A. Rumbo en ángulo con la cara libre

Fracturas o fallas en ángulo con la cara libre contribuyen a mejor fragmentación con aceptable rotura final y rotura hacia atrás (back break). Buena condición para voladura.

B. Rumbo perpendicular a la cara libre

Fractura o fallas perpendiculares a la cara libre (entre los espaciamientos de taladros) tienden a contribuir con rotura de bloques, poca rotura final y considerable rotura hacia atrás. Mala condición para voladura.

C. Rumbo paralelo a la cara libre

Fallas y fracturas provocan fracturamiento sobredimensionada, mala rotura final pero generalmente una pared posterior estable. Mala condición para fragmentación por voladura.

Efectos negativos en la performance de la voladura:

- Roca con estructuras complicadas.

- Zonas de incompetencia.

- Rocas con zonas competentes intercaladas con zonas incompetentes.

Soluciones factibles:

1. Efectuar voladuras de prueba, si esto es posible.

2. Diseñar la voladura para que la cara libre se desplace en un ángulo con las estructuras geológicas. Esto puede o no ser posible y puede involucrar alteraciones en los intervalos de retardo.

3. Procurar la mejor distribución de la carga explosiva para sobreponerla a las estructuras, aplicando algunas de las siguientes opciones: a. Ampliar los espaciamientos paralelos a las fisuras y reducir los burdenes perpendiculares a las fisuras. b. Aplicar la malla en echelón si fuera conveniente. c. Enfocar la dirección del ángulo de movimiento de las salidas.

4. Reducir la malla.

5. Emplear menor diámetro de taladros, lo que proporciona mejor distribución del explosivo y notoriamente mayor control de la voladura.

6. Perforar taladros satélites entre los taladros de producción.

7. Experimentar con diferentes intervalos de retardo. Intervalos cortos son a menudo efectivos en estructuras sobresalientes.

2. Buzamiento

a. Perforación y voladura con el buzamiento a favor

En este caso se puede esperar lo siguiente: mayor rotura hacia atrás, ya que la gravedad trabaja contra la operación de voladura. Mejor utilización de la energía del explosivo porque los estratos yacen hacia los taladros presentando menor resistencia al empuje. Piso del banco más plano o regular con menos problemas de bancos, mayor desplazamiento desde la cara libre lo que resulta en una mejor formación de la pila de escombros. Por otro lado hay la posibilidad de piedras volantes de la cresta del banco.

Soluciones factibles:

1. El empleo de taladros inclinados reduce la rotura hacia atrás.

2. Ampliando el tiempo de retardo de la inclinación de la última fila de taladros se puede lograr un buen perfil de la cara final del banco.

b. Perforación y voladura con el buzamiento en contra

Menor rotura hacia atrás debido a que los estratos buzan dentro del banco. La resistencia al pie del banco se incrementa dificultando su salida, por lo que se requiere mayor carga explosiva de fondo, piso del banco irregular, menor desplazamiento desde la cara libre, que resulta en una pila de escombros más elevada.

Soluciones factibles: Si se presentan lomos o toes:

1. Perforar taladros inclinados para eliminar la posibilidad de lomos.

2. Perforar taladros satélites para eliminar los lomos.

3. Explosivos de alta energía en las áreas de formación de lomos pueden ayudar a mejorar el nivel del piso, la sobreperforación adicional también puede ayudar a mejorar el nivel del piso.

c. Perforación y voladura con el rumbo en contra

En esta situación se espera encontrar las condiciones más desfavorables para la perforación y voladura.

1. Piso del banco irregular, frecuentemente con forma “dentada” cuando se intercalan estratos de rocas de diferentes características.

2. Rotura hacia atrás irregular, con entrantes y salientes.

3. Desfavorable orientación de la cara libre, que requiere de trazos de voladura adecuados.

Estructuras inestables

En muchas canteras y tajos abiertos, por razones geológicas y de estabilidad de taludes se presentan problemas de deslizamientos de diferentes tipos y proporciones, que comprometen la seguridad de las operaciones. Estos deslizamientos están vinculados a fallamiento, presencia de agua, roca alterada o descompuesta, presencia de material arcilloso, taludes de banqueo muy empinados que crean zonas críticas. En los gráficos siguientes se muestran algunos ejemplos gráficos

6. Estructuras en trabajos subterráneos

Las mismas consideraciones sobre estructuras geológicas se aplican en trabajos de subsuelo. Caso especial son los túneles, galerías, rampas y piques donde los sistemas de fracturas dominantes afectan a la perforación y voladura. Los sistemas dominantes clasificados con relación al eje del túnel son tres:

A. Sistema de fracturas y juntas perpendiculares al eje del túnel Por lo general se esperan los mejores resultados de voladura en estas condiciones.

B. Sistema de fracturas o juntas paralelas al eje del túnel (planos axiales) En estas condiciones a menudo resultan taladros quedados (tacos o bootlegs) de distintas longitudes y excesivamente irregulares condiciones en la nueva cara libre.

C. Sistema de fracturas o juntas en ángulos variables con relación al eje del túnel (echelón) En estos casos usualmente los taladros de un flanco trabajan mejor que los del otro. Puede decirse que los del lado favorable trabajan “a favor del buzamiento”.