REDISEÑO DE LA CANTERA LA ESTANCIA, PARA SU UTILIZACIÓN COMO FUENTE DE MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN EN LA MALLA VIAL DEL VALLE DEL CAUCA Y CAUCA, YUMBO VALLE DEL CAUCA COLOMBIA

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(1)“Año del Diálogo y Reconciliación Nacional”. UNIVERSIDAD NACIONAL DE HUANCAVELICA (Creada por Ley N° 25265). ESCUELA DE POSGRADO TESIS REDISEÑO DE LA CANTERA LA ESTANCIA, PARA SU UTILIZACIÓN COMO FUENTE DE MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN EN LA MALLA VIAL DEL VALLE DEL CAUCA Y CAUCA, YUMBO-VALLE DEL CAUCACOLOMBIA.. LÍNEA DE INVESTIGACIÓN: INGENIERÍA GEOTÉCNICA Y GEOMECÁNICA APLICADA EN MINERÍA.. PRESENTADO POR: Bach: RIASCOS BENAVIDES ERNESTO MARÍA. PARA OPTAR EL GRADO ACADÉMICO DE MAESTRO EN: INGENIERÍA GEOTÉCNICA Y GEOMECÁNICA APLICADA EN MINERÍA.. HUANCAVELICA - PERÚ. 2018..

(2) ii.

(3) ASESOR. Mg. Tripodi Chávez Daniel Augusto. iii.

(4) DEDICATORIA: A mi esposa e hijos, quienes son mi sentido de la vida y con quienes comparto este conocimiento para colocarlo al servicio de la comunidad, para que sean personas cada día más humanos actuando con conciencia ética y ecológica para cuidar nuestras familias nuestra sociedad y nuestro planeta.. Ernesto.. iv.

(5) RESUMEN. El presente trabajo de investigación denominado Rediseño de la Cantera La Estancia, para su utilización como fuente de materiales de construcción en la Malla Vial del Valle del Cauca y Cauca, Yumbo-Valle del Cauca–Colombia, Consiste en la consecución de nuevas reservas, con mínima afectación a la comunidad aledaña, con el rediseño de terrazas de explotación buscando armonice con el ambiente y el entorno social. Dando cumplimiento al objetivo principal de la investigación, rediseño de la cantera La Estancia, se considera de manera integral diseñar la malla de perforación y voladura, buscando que la energía despedida por el explosivo utilizado sea absorbida en su totalidad por el macizo rocoso, disminuyendo la cantidad y la proyección de material explotado con mínima sismicidad por fuera del área de influencia del polígono minero para no afectar a la comunidad aledaña al proyecto. Para ello se establecerá un plan de explotación minero con la logística para el desarrollo de actividades que además garantice su viabilidad técnica y económica. Principalmente se enfocará en elaborar un rediseño geométrico que modifique las terrazas actuales, con factores de seguridad, modificando vías de acceso durante la explotación y vías finales que garanticen al termino de las actividades mineras se pueda dar uso al terreno según el plan de ordenamiento territorial de la localidad. Gracias a la explotación anterior a la que ha sido sometida la cantera, con una inspección visual y con datos existentes se logra tener una idea de la calidad y cantidad de las reservas disponibles. Se hará un levantamiento topográfico estableciendo mediante una nueva geometría del “Open Pit”, reservas adicionales y la manera de enfrentar los frentes de explotación, adicionalmente a esto, con los resultados de resistencia de la roca existente en el macizo, obtenidos durante todo el tiempo anterior de explotación, se determina la malla de voladura más adecuada buscando máxima eficiencia, menor vibración y máxima productividad. Palabras Clave: Rediseño, Cantera, Materiales.. v.

(6) ABSTRACT. The present research work called Redesign of the La Estancia Quarry, for its use as a source of construction materials in the Cauca Valley Cauca and Cauca Valleys, Yumbo-Valle del Cauca-Colombia, consists in the achievement of new reserves, with minimum impact on the surrounding community, with the redesign of exploitation terraces seeking to harmonize with the environment and social environment. In compliance with the main objective of the research, redesigning the La Estancia quarry, the design of the perforation and blasting mesh is considered in an integral manner, seeking that the energy released by the explosive used be completely absorbed by the rock mass, decreasing the quantity and the projection of exploited material with minimum seismicity outside the area of influence of the mining polygon so as not to affect the community surrounding the project. To this end, a mining exploitation plan will be established with logistics for the development of activities that also guarantee its technical and economic viability.. Mainly it will focus on elaborating a geometric redesign that modifies the current terraces, with security factors, modifying access roads during the exploitation and final routes that guarantee the end of the mining activities can be used to the land according to the territorial zoning plan of the location.. Thanks to the previous exploitation to which the quarry has been subjected, with a visual inspection and with existing data it is possible to have an idea of the quality and quantity of the available reserves. A topographic survey will be done establishing by means of a new geometry of the "Open Pit", additional reserves and the way of facing the fronts of exploitation, additionally to this, with the results of resistance of the existing rock in the massif, obtained during all the time Before exploitation, the most suitable blasting mesh is determined, seeking maximum efficiency, lower vibration and maximum productivity. Keywords: Redesign, Quarry, Materials. vi.

(7) ÍNDICE.. DEDICATORIA: RESUMEN. ABSTRACT. ÍNDICE. INTRODUCCIÓN.. IV V VI VII X. CAPITULO I: ........................................................................................................ 1 EL PROBLEMA .................................................................................................... 1 1.1 Planteamiento del problema.............................................................................. 1 1.2 Formulación del problema ................................................................................ 6 1.3 Objetivos de la investigación .......................................................................... 10 1.3.1 Objetivo general ........................................................................................ 10 1.3.2 Objetivos específicos ................................................................................ 10 1.4 Justificación del estudio ................................................................................... 11 1.5 Factibilidad del estudio .................................................................................. 12 CAPITULO II: ..................................................................................................... 14 MARCO TEÓRICO ............................................................................................ 14 2.1 Antecedentes de la investigación .................................................................... 14 2.2 Bases teóricas .................................................................................................. 15 2.2.1 Levantamiento topográfico ....................................................................... 21 2.2.2 Trabajo de oficina ..................................................................................... 21 2.2.3 Cálculo de reservas ................................................................................... 22 2.2.4 Diseño de la cantera .................................................................................. 23 2.2.5 Protocolo para manejo, manipuleo y operatividad con explosivos ........... 23 2.2.5.1 Medidas de seguridad en el encendido eléctrico .................................... 24 2.2.5.2 Radio Frecuencia .................................................................................... 26 2.2.6 Planificación de los trabajos...................................................................... 27 2.2.7 Proyecciones ............................................................................................. 29 2.2.8 Fragmentación ........................................................................................... 33 2.2.9 Voladuras en canteras ............................................................................... 35 2.2.9.1 Detalles a tener en cuenta ....................................................................... 42 2.2.10 Vibraciones del terreno ........................................................................... 42 2.2.11 Reducción de niveles de vibración del terreno por voladuras ................ 46 2.2.12 Diseño de la malla de perforación y cálculo de voladuras ..................... 47 2.2.13 Diseño del “Open Pit” ............................................................................. 51 2.2.13.1 Diseño del talud.................................................................................... 51 2.2.13.2 Talud final ............................................................................................ 51 2.2.14 Planificación de la explotación .............................................................. 52 vii.

(8) 2.2.15 Materiales requeridos en el proyecto ..................................................... 55 2.3 Formulación de hipótesis ................................................................................ 56 2.4 Definición de Términos .................................................................................. 56 2.5 Identificación de variables ............................................................................... 60 2.5.1 Variable independiente.............................................................................. 60 2.5.2 Variable dependiente ................................................................................. 61 2.5.3 Variables del diseño de la malla de voladura ............................................ 61 2.5.4 Variables del diseño geométrico de la cantera .......................................... 62 2.5.5 Variables del plan de explotación minero ................................................. 63 2.6 Operacionalización de variables .................................................................... 63 CAPITULO III: ................................................................................................... 65 METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN ................................................. 65 3.1 Tipificación de la investigación ....................................................................... 65 3.2 Nivel de investigación .................................................................................... 66 3.3 Métodos de investigación ............................................................................... 67 3.3.1 Elementos del Diseño Experimental ......................................................... 68 3.3.2 Características de la investigación experimental ...................................... 68 3.4 Diseño de investigación ................................................................................... 69 3.4.1 Diseño bibliográfico .................................................................................. 69 3.4.2 Diseño de campo ....................................................................................... 69 3.5 Población, Muestra y Muestreo ...................................................................... 71 3.6 Técnicas e instrumentos de recolección de datos ........................................... 72 3.7 Técnicas de procesamiento y análisis de datos ............................................... 72 3.8 Descripción de la prueba de hipótesis ............................................................ 73 CAPITULO IV:.................................................................................................... 76 PRESENTACIÓN DE RESULTADOS ............................................................. 76 4.1 Presentación e interpretación de datos ............................................................ 76 4.2 Discusión de resultados .................................................................................. 77 4.3 Proceso de prueba de hipótesis ...................................................................... 78 CONCLUSIONES ............................................................................................... 79 RECOMENDACIONES ..................................................................................... 80 REFERENCIAS ................................................................................................... 82 BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................. 83 WEB-GRAFÍA ..................................................................................................... 85 ANEXOS ............................................................................................................... 86. viii.

(9) ÍNDICE DE ILUSTRACIONES.. Ilustración 1: Cantera La Estancia. ............................................................... 11 Ilustración 2: Localización general del proyecto. ............................................ 13 Ilustración 3: Árbol de problemas del proyecto. ............................................. 18 Ilustración 4: Localización general de proyecto.............................................. 24 Ilustración 5: Vista Panorámica “Open Pit” Cantera La Estancia. .................... 25 Ilustración: 6 “Open Pit” Cantera La Estancia. ............................................... 26 Ilustración 7: Nomenclatura Malla de voladura. ............................................. 34 Ilustración 8 voladura en banco con material volado enfrente. ......................... 39 Ilustración 9: Uniones en serie. .................................................................... 44 Ilustración 10: Unión en paralelo 1. .............................................................. 44 Ilustración 11: Unión en paralelo 2. .............................................................. 44 Ilustración 12: Unión en paralelo 3. .............................................................. 45 Ilustración 13: Unión mixta. ........................................................................ 45 Ilustración 14: Unión mixta paralelo en serie. ................................................ 46 Ilustración 15: Abaco para la relación entre la frecuencia(f), Aceleración (a), Velocidad de vibración (v) y amplitud (A). ................................................... 49 Ilustración 16: Diseño de la malla de Voladura. ............................................. 57 Ilustración 17: Sobre Perforación. ................................................................ 57 Ilustración 18: Diagrama de flujo Rediseño cantera La Estancia. ..................... 72. ix.

(10) ÍNDICE DE TABLAS. Tabla 1: Cuadro de avance de actividades del proyecto. .................................. 16 Tabla 2: Cuadro de etapas de mantenimiento del proyecto. ............................. 16 Tabla 3: Requerimiento Total de Agregados. ................................................. 16 Tabla 4: Reservas actuales de agregados en diferentes frentes de obra. ............. 17 Tabla 5: Recursos y reservas in-situ .............................................................. 28 Tabla 6: Distancia de seguridad respecto a las líneas eléctricas. ....................... 32 Tabla 7: Distancia de seguridad en metros, respecto a las antenas de radio. ....... 32 Tabla 8: Recomendación a seguir en la planificación de los trabajos. ............... 34 Tabla 9: Ficha de seguridad durante la realización de la voladura. ................... 47 Tabla 10: Graduación del riesgo de daños en construcciones ordinarias en relación con la velocidad de vibración del terreno y el material sobre el que están cimentadas estas construcciones. .................................................................. 51. x.

(11) INTRODUCCIÓN. Desde el año de 2.000 y hasta el año 2.012, el proyecto Malla Vial del Valle del Cauca y Cauca, para el desarrollo de sus actividades cuenta entre otros con el suministro de agregados pétreos procedentes del macizo rocoso “Open Pit” denominado Cantera La Estancia. La extracción de agregados se realiza por medio de voladuras producidas con explosivos en terrazas previamente definidas; a continuación, se realizan los procesos de carguío, clasificación, trituración y dosificación de agregados para la producción de materiales de construcción; finalmente termina la actividad, debido al vencimiento de la licencia ambiental.. Durante el periodo de la explotación, la cantera se desarrolló siguiendo el contorno de la ladera entre las cotas 1.055 máxima y 980 mínima, con tres grandes áreas de trabajo diferenciadas por su ubicación; al suroeste o parte más alta de la cantera frente 1; al noreste frente 2; y una zona central del macizo rocoso donde finalizó el desarrollo de la cantera Frente 3; la explotación se realizó mediante arranque frontal y constituyendo bancos de taludes altos los frentes 1 y 2 representaban explotaciones de roca meteorizada la cual se extrajo mecánicamente, encontrándose restringida en la parte alta superficial de la cantera; en el resto de las laderas se encuentran aflorando continuamente roca explotable mecánicamente, por el alto estado de fracturación más que por el estado de meteorización, adicionalmente en este flanco hacen presencia bloques duros los cuales son extraídos por medio de explosivos.. El continuo desarrollo de las actividades en el proyecto en mención hace necesario el rediseño de la fuente de materiales para garantizar el suministro de agregados xi.

(12) pétreos, considerando que en la Cantera La Estancia se encuentra ubicada la logística necesaria para el desarrollo de la actividad estratégicamente y que sumado a esto es posible identificar reservas adicionales en ella, se plantea el rediseño del “Open Pit” para garantizar nueva reserva de agregados, con mínima afectación a la comunidad aledaña al entorno y al ambiente.. xii.

(13) CAPITULO I:. EL PROBLEMA.. 1.1. Planteamiento del problema.. El presente trabajo de investigación se centra en el rediseño de la fuente de extracción de agregados pétreos Cantera La Estancia (Cantera a cielo abierto) ubicada en el municipio de Yumbo Valle del Cauca – Colombia, exactamente en el km 10 Autopista Cali Yumbo N° 18 – 300, a 500 m del costado izquierdo de la vía principal Bogotá-Cali; para la obtención de materiales requeridos durante el desarrollo de actividades de construcción propias del proyecto de Concesión Malla Vial del Valle del Cauca y Cauca, Con un alcance de 557 km. Ilustración 1: Cantera La Estancia.. Imagen de archivo, diciembre de 2016. 1.

(14) En su propósito de modernizar la red vial nacional y de agilizar la circulación por la Malla Vial de los departamentos del Valle del Cauca y Cauca - Colombia, La Agencia Nacional de Infraestructura ANI Colombia, se ha comprometido a canalizar fuera de las vías urbanas el tráfico de larga distancia que se moviliza desde y hacia el puerto de Buenaventura, principal puerto colombiano en el pacifico y fortalecer la movilidad entre las ciudades de Cali, Popayán y Bogotá, en general, el tráfico en el suroccidente del país. Es así como a través del mecanismo de la concesión y con una clara definición de objetivos acerca de la funcionalidad, capacidad, nivel de servicio, la seguridad vial, la comodidad, la integración del entorno, la armonía estética y la economía, la ANI busca dotar al país de una infraestructura vial que le permita afrontar el reto que impone la apertura hacia los mercados del Pacífico. La Malla Vial del Valle del Cauca y Cauca hace parte de la Red Troncal Nacional pavimentada de Colombia, que discurre entre los departamentos del Valle del Cauca y Cauca.. Las obras del contrato básico y adicionales, establecidas a la fecha en el contrato de concesión No. 005/99, que conforman el proyecto Malla Vial del Valle del Cauca y Cauca contemplan la construcción de 236,14 Km/Calzada de vías nuevas y la rehabilitación y mejoramiento de 321,02 Km/Calzada de vías existentes, lo mismo que el mantenimiento de 557,16 Km/ Calzada. Merecen ser resaltadas la construcción, rehabilitación y mejoramiento de 92 puentes vehiculares, construcción de 54 puentes peatonales, construcción de 32 intersecciones principales a nivel y 23 intersecciones a desnivel. El alcance original del Contrato se sectorizó inicialmente en 6 tramos; y mediante Contrato Adicional No. 13 se incluyó al proyecto el Tramo Loboguerrero- Mediacanoa, para un total de siete (7) tramos, que se describen a continuación: Tramo Nº. 1 Popayán – Santander de Quilichao y Vte Santander de Quilichao Tramo Nº. 2 Santander de Quilichao – Palmira – Ye de Villarrica - Jamundí Tramo Nº. 3 Palmira – Buga. Tramo Nº. 4 Cali – Palmira y la Variante Norte de Palmira. 2.

(15) Tramo Nº. 5 Cali – Mediacanoa y la Variante Yumbo. Tramo Nº. 6 Cencar – Aeropuerto, Cali – Palmira, Palmaseca – Cerrito - Rozo. Tramo Nº. 7 Mediacanoa – Loboguerrero.. 1.

(16) Ilustración 2: Localización general del proyecto.. Tramo 1. Tramo 2. Tramo 4. Tramo 3. Tramo 5. Tramo 6.

(17) Al inicio del proyecto durante la etapa de planeación de desarrollo del mismo se realizaron estudios previos de viabilidad técnica, ambiental y financiera que permitieron determinar, que el predio denominado Cantera La Estancia, ubicado al costado occidental del rio Cauca, entre las comunidades de los barrios las Américas y Puerto Isaac, en el Municipio de Yumbo – Valle del Cauca – Colombia, tiene una ubicación estratégica y además contiene materiales que cumplen con todas las características geotécnicas y geomecánicas requeridas por las especificaciones técnicas colombianas para materiales de construcción. Razón por la cual en el año 2.000 se dio inició a la extracción transporte Clasificación y trituración de materiales de Terraplén, Sub Base Granular, Base Granular, Agregados para Mezcla asfáltica en caliente y para concreto hidráulico.. La Cantera La Estancia a cargo de la concesionaria Unión Temporal Desarrollo Vial del Valle del Cauca y Cauca inicio su funcionamiento bajo la licencia ambiental ordinaria N° 0747 y con la autorización temporal de MINERCOL para la explotación de agregados pétreos según resolución N° 1089005 del 03 de enero de 2.000; las cuales se vencieron el día 28 de febrero de 2.014.. Partiendo del hecho del vencimiento de la licencia y continuando con el plan de adquisición de agregados pétreos para ser usados en el proyecto Malla Vial del Valle del Cauca y Cauca, se requiere rediseñar la Cantera La Estancia para aumentar sus reservas aprobadas, que en este momento se encuentran agotadas y que pueda servir para la obtención de una nueva licencia ambiental.. 5.

(18) 1.2. Formulación del problema.. Durante el desarrollo de las actividades tendientes a dar cumplimiento al contrato de concesión No. 005/99 suscrito entre la Agencia Nacional de Infraestructura (Contratante) y la Unión Temporal del Valle del Cauca y Cauca (contratista), compuesta por las firmas de ingeniería, CSS CONSTRUCTORES S.A con el 73,3 % Y PAVIMENTOS COLOMBIA S.A con el 26,7%, por medio del cual se otorga en concesión el diseño, construcción y mantenimiento del proyecto Malla Vial Del Valle del Cauca y Cauca, a desarrollarse por las constructoras de cada una de las firmas que componen el contratista, hasta el año 2.038 en el cual finaliza la concesión, de los cuales 5 años corresponden a la etapa de construcción y el resto a la etapa de mantenimiento periódico, para el desarrollo de las actividades de construcción y mantenimiento se requiere la adquisición de agregados pétreos crudos destinados a la producción de distintos materiales de construcción para el desarrollo de las actividades contratadas como son:  Pedraplen.  Terraplén.  Sub base granular.  Base granular.  Mezcla asfáltica en caliente.  Concreto hidráulico y Otros. Estos materiales granulares son requeridos para la construcción de las diferentes capas que conforman la estructura de pavimento de concreto asfaltico o concreto hidráulico, adicionalmente se requiere el uso de concreto hidráulico en viaductos (puentes de largas longitudes), muros de contención, cunetas, bordillos, muros “New Jersey” y obras de drenaje de vías del proyecto.. 6.

(19) Desde el inicio del contrato en el año 2.000 se han desarrollado en su mayoría actividades de construcción, las cuales se han visto afectadas por entrega de predios, por tal razón no se ha podido dar por terminada esta etapa, paralelamente en los diferentes tramos se han realizado actividades de mantenimiento de vías, llevando a cabo en este momento el mantenimiento correspondiente al año 2.015. Tabla 1: Cuadro de avance de actividades del proyecto. Etapa de Construcción. Tramo 1 100,0% Tramo 2 96,0% Tramo 3 93,0% Tramo 4 99,0% Tramo 5 93,0% Tramo 6 97,0% Tramo 7 52,0%. Tabla 2: Cuadro de etapas de mantenimiento del proyecto. Etapa de Mantenimiento. 2.018 2.023 2.028 2.033 2.038 2.043 2.048. Se requiere también material para proyectos futuros de vías 1er y 2do orden, una cantidad de 2’900.000 m3 aproximadamente, entre ellos el Anillo Vial de Cali.. Para la terminación de las actividades y finalización de la Concesión Malla Vial del Valle del Cauca se requiere las siguientes cantidades de material estimadas: Tabla 3: Requerimiento Total de Agregados. Material. Pedraplén.. Volumen Total (m3). Volumen de agregados (m3). 268.062,50 268.062,50. 7.

(20) Terraplén. 514.680,00 Sub-base 192.147,20 Base Granular. 144.110,40 Mezcla asfáltica. 4´723.682,40 Concreto Hidráulico. 24.390,00 Otros Proyectos 2.900.000,00 Volumen Total Requerido.. 514.680,00 192.147,20 144.110,40 6´613.155,36 31.707,00 2.900.000,00 10´663.862,26. El proyecto Malla Vial del Valle del Cauca y Cauca tiene en su actualidad 5 frentes de trabajos alrededor de los 7 tramos y los cuales se relacionan a continuación junto con sus reservas actuales de materiales granulares obtenidos de diferentes fuentes, aluviales, en el caso de los frentes de Villa Rica, Tienda Nueva y Sonso, y “Open Pit”. Mineros en los casos de las Canteras La Estancia y Arauca. Tabla 4: Reservas actuales de agregados en diferentes frentes de obra. Frente de Trabajo Villarrica Tienda Nueva La Estancia Sonso Arauca Reserva Total.. Reserva. 300.000,0 250.000,0 700.000,0 1´100.000,0 1´200.000,0 3´550.000,0. El principal problema de la investigación es la escasez de agregados para el desarrollo de actividades del proyecto causado por el agotamiento de las reservas licenciadas para la explotación de material pétreo del “Open Pit” Cantera la Estancia, sumado a la forma artesanal de explotación y operación, la ubicación geográfica con presencia de comunidades cercanas aquejadas por las molestias causadas por los efectos propios de la actividad minera y los requerimientos de la normatividad colombiana y reglamentos de orden municipal; los cuales exigen un estudio técnico para iniciar labores de extracción de agregados del “Open Pit”, dicho estudio debe abarcar el diseño geométrico y de estabilidad con procedimientos de explotación y operación amigables con el entorno; constituyen el marco general de la investigación.. 8.

(21) El método artesanal como se venía operando genera efectos secundarios negativos en el suministro de materia prima necesaria para fabricar los insumos para las actividades del desarrollo del proyecto, los factores enunciados pueden ocasionar incumplimientos en los tiempos de puesta en servicio las vías concesionadas, que a su vez pueden convertirse en multas impuestas por el cliente (Estado) y sobrecostos causados por la mayor permanencia en la obra. Generando una baja rentabilidad y/o pérdida del mercado. Que evidencia la necesidad de un plan minero efectivo. Ilustración 3: Árbol de problemas del proyecto.. Por las razones anteriormente expuestas se requiere el rediseño de la Cantera La Estancia que permita la reapertura con reservas suficientes para la puesta en operación del “Open Pit” Cantera La Estancia, para explotación y producción de agregados, garantizando la continuidad del uso de las reservas disponibles con características geotécnicas y geomecánicas que cumplan las especificaciones. Los requerimientos específicos del rediseño deben contemplar cambios en la forma de explotación artesanal de la cantera, debido a la presencia de comunidades cercanas al “Open Pit”, se debe prever la mitigación de las molestias causadas debido a las proyecciones y vibraciones, obligando a usar métodos modernos explotación de la cantera.. Como lo demuestran los estudios existentes y la experiencia, los materiales disponibles cumplen con los requisitos de las especificaciones técnicas de construcción del Instituto Nacional de Vías de Colombia, (normatividad vigente en el contrato), para los diferentes usos y tipos de material requeridos. 9.

(22) Para garantizar la rentabilidad del proyecto se hace necesario evaluar los actuales requerimientos ambientales y sociales que puedan generar sobrecostos debido a las diferentes actividades de mitigación requeridas para cumplir con la normatividad vigente y armonice con el desarrollo sociodemográfico del entorno. 1.3. Objetivos de la investigación.. Para el desarrollo del presente trabajo de investigación se plantea un objetivo general y para su cumplimiento adicionalmente se plantean 3 objetivos específicos.. 1.3.1 Objetivo general.  Incrementar las reservas requeridas y de manera integral disminuir afectación a la comunidad aledaña del “Open Pit” Cantera La Estancia, ubicada en el municipio de Yumbo Valle del Cauca – Colombia, exactamente en el km 10 Autopista Cali Yumbo N° 18 - 300, a 500 m. del costado izquierdo de la vía principal; por medio del rediseño geométrico y de la malla de voladura.. 1.3.2 Objetivos específicos.  Incrementar los volúmenes técnicamente explotables de roca in-situ del “Open Pit” Cantera La Estancia, por medio de su rediseño geométrico.  Minimizar afectación a la comunidad aledaña a la zona de extracción del “Open Pit” Cantera La Estancia, por medio de un rediseño de la malla de perforación y voladura, aplicando técnicas que minimicen que la tornadura de agregados genere incomodidad, peligro e inseguridad.  Optimizar la operación minera, involucrando recursos técnicos de avanzada, recursos humanos calificados y de maquinaria determinada correlacionando 10.

(23) la potencia con el volumen explotado, que cambie la explotación antigua incrementando los insumos de producción que a la vez garantiza la viabilidad económica. 1.4. Justificación del estudio.. Debido a la gran demanda de materiales requeridos para la finalización del proyecto Malla Vial del Valle del Cauca y Cauca y a la baja oferta de los mismos en el mercado local, su obtención se hace una labor dispendiosa costosa y critica que requiere la adquisición de predios y maquinaria propia de las empresas constructoras, para que sean ellas mismas quienes se encarguen de la extracción, procesamiento, adecuación, fabricación, transporte, utilización y disposición final de materiales con características particulares que normalmente son estipuladas por la entidad contratante (Cliente). En razón a lo anterior la Concesionaria Unión Temporal de Desarrollo Malla Vial del Valle del Cauca y Cauca, para el desarrollo de las diferentes actividades y etapas del proyecto necesita considerable cantidad de materiales con características específicas que cumplan con lo exigido en las especificaciones técnicas de construcción. Para ello y en pro de mantener la reserva de materia prima de alta calidad y para beneficio del proyecto y el desarrollo de actividades de construcción se hace necesario el máximo aprovechamiento de las reservas disponibles y autorizadas para el proyecto.. Actualmente el proyecto MVVCC cuenta con unas reservas estimadas en 3’550.000,00 m3 (ver Tabla 3), considerando que el volumen total requerido es de 10,663, 862,00 m3, se tiene un faltante de 7’113.862,26 m3 aproximadamente para terminar la etapa de construcción y la etapa de mantenimiento.. A raíz del vencimiento de la licencia ambiental y la necesidad de agregados pétreos para el desarrollo del proyecto Malla Vial del Valle del Cauca y Cauca, se presenta la necesidad del rediseño del “Open Pit”, Cantera La Estancia la cual inicialmente tenía una reserva estimada de 700.000,0 m3 de roca diabasa sana, de los cuales se 11.

(24) ha extraído el 98,6 %. El presente trabajo de investigación consiste en rediseñar el “Open Pit”, Incrementando reservas de agregados, garantizando la comodidad y seguridad de los habitantes de zonas aledañas. 1.5. Factibilidad del estudio.. La factibilidad del trabajo de investigación, Rediseño de la Cantera La Estancia, para su utilización como fuente de materiales de construcción en la Malla Vial del Valle del Cauca y Cauca, Yumbo - Valle del Cauca – Colombia, se basa principalmente en la necesidad actual que tiene el proyecto de disponibilidad de agregados pétreos. de calidad, a ser usados como materiales granulares de. construcción para las diferentes actividades desarrolladas en el proyecto; debido a ello, teniendo en cuenta el vencimiento de la licencia ambiental de la Cantera La Estancia y que actualmente se encuentra en avanzado estado de explotación próxima a vencer su cantidad inicialmente autorizada, se ve la necesidad de rediseñar el “Open Pit”, obteniendo nuevos volúmenes disponibles garantizando así la existencia de materia prima durante todo el desarrollo del proyecto.. Teniendo en cuenta la cantidad de materiales que a futuro se necesitan en el proyecto, la disposición de recursos humanos, económicos, técnicos y de equipo que se requieren para la obtención agregados, se hace necesario el rediseño de la cantera, de tal manera que permitan aumentar los volúmenes disponibles aplicando los conocimientos obtenidos durante el desarrollo de los estudios de maestría en Ingeniería Geotécnica y Geomecánica. Actualmente con la Universidad UNH Perú - CAMIPER, se ha decidido aprovechar esta convergencia de factores para realizar el presente trabajo de investigación.. Adicional a ello se tiene una gran posibilidad de éxito en la investigación, debido a que se cuenta con el estudio previo de diseño del “Open Pit”, para la obtención de la licencia ambiental inicial en el año 2.000; así mismo durante estos 12 años se ha obtenido agregados pétreos de óptima calidad, agregados que cumplen 12.

(25) requerimientos técnicos del proyecto. También se cuenta con los conocimientos adquiridos durante el desarrollo del programa de maestría.. 13.

(26) CAPITULO II:. MARCO TEÓRICO.. 2.1. Antecedentes de la investigación.. La Cantera La Estancia, se ha desarrollado de manera artesanal en el pasado siguiendo el contorno de la ladera, entre la cotas 1.165 máxima y 980 mínima, con tres áreas de trabajo diferenciadas por su ubicación, al noroeste o parte más alta de la cantera (frente 1), al sur este (frente 2) y una zona central al suroeste de la loma en donde se desarrolla la cantera frente 3 como señala en el anexo 1, plano perfil de avance año 2.016 de diseño de la explotación. La explotación se ha realizado mediante. arranque. frontal. construyendo. bancos. irregulares. de. taludes. diferenciados, los frentes 1 y 2 representan explotaciones de roca meteorizada, la cual se extrae mecánicamente sin la utilización de explosivos. Sin embargo, este tipo de material se encuentra restringido a las partes altas de la cantera, aflorando continuamente roca no explotable mecánicamente por la presencia de bloques duros sobre una escaza matriz. El frente tres, se ha efectuado la explotación de roca no meteorizada (roca azul) este frente junto con la parte superior del frente uno (que colinda con la parte superior del frente tres) constituyen el área a desarrollar para la extracción del material requerido, para procesar material de alta calidad para las requisiciones del proyecto.. Estas extracciones se realizaban con perforaciones manuales con martillo neumático de diámetro 1,5 pulgadas y con profundidades hasta de 6,0 m. Dentro de estas perforaciones se colocaban los agentes de voladura que al ser detonada 14.

(27) producen el arranque frontal del material que por gravedad se desprende hacia la parte inferior del talud. Los bloques sueltos eran fragmentados con martillos o con voladuras secundarias (pistoleo) esta labor se debe minimizar o eliminar para aumentar la eficiencia y la producción por eso se hace necesario la optimización de la malla de perforación y se deberá observar en ella o en este diseño de la malla de voladura el tamaño máximo de agregado para que sea eficiente el chanqueo o trituración del material en la planta primaria, además de lo anterior también deben tenerse en cuenta evitar la proyección como también la reducción de la vibración o sismicidad debido a la cercanía de las construcciones aledañas (vecindario) los agentes de voladura utilizados especialmente eran ANFO al 80,0 % e Indugel plus al 20,0 % y detonadores eléctricos con micro retados de 25 msg en una malla sencilla de 30 perforaciones de 4 m a 6 m de profundidad con espaciamiento entre 1,6 m y 1,8 m.. 2.2. Bases teóricas.. Ante la necesidad de ofrecer seguridad durante y después de la realización de las labores de extracción de material diabásico en la Cantera La Estancia ubicada en la población de Yumbo, específicamente en el barrio Jorge Isaac, la Malla Vial del Valle y Cauca requiere un rediseño en la malla de perforación y voladura con el objeto que dichas labores no generen “pánico”, peligro e inseguridad a las personas que habitan en la zona mencionada. Para ello se ha procedido a realizar un estudio en el cual se demuestre la existencia in situ de suficiente material para alimentar plantas modernas para trituración y producción de asfalto, material que sea arrancado bajo normas técnicas, ambientales y de seguridad.. El presente estudio abarca tres áreas básicas: la determinación de la existencia de suficiente material diabásico para alimentar la planta, es decir, la presencia suficiente de reservas minerales; la elaboración de un protocolo sobre el laboreo. 15.

(28) minero con explosivos, y por último el cálculo de una nueva malla de perforación y voladura, para que el arranque de la diabasa se realice técnicamente y sin “sobresaltos” ni temores por parte de la comunidad.. 16.

(29) Ilustración 4: Localización general de proyecto.. COLOMBIA. VALLE DEL CAUCA. CANTERA LA ESTANCIA. 17.

(30) Web: Google Earth - abril de 2017. Ilustración 5: Vista Panorámica “Open Pit” Cantera La Estancia.. .. 18.

(31) Web: Google Earth - enero de 2017. Ilustración: 6 “Open Pit” Cantera La Estancia.. . 19.

(32) Web: Google Earth - diciembre de 2016.. 20.

(33) 2.2.1 Levantamiento topográfico.. Para el desarrollo de esta actividad se requiere Trabajo de campo, para lo cual inicialmente se realiza una inspección visual al área de influencia del “Open Pit”, en la que están presentes el investigador encargado del rediseño, de la explotación para continuar la extracción de agregados para su utilización como fuente de materiales de construcción para el proyecto Malla Vial del Valle del Cauca y Cauca. En el municipio de Yumbo - Valle del Cauca – Colombia, y el personal técnico encargado de realizar el levantamiento topográfico actualizado del sitio. En esta visita se plantea por parte de los diseñadores el objetivo a lograr y la planeación que se tiene respecto a nuevo diseño del “Open Pit” y de la operación del mismo, se determina el personal y equipo requerido y los métodos de trabajo para el levantamiento topográfico, el distanciamiento entre la toma de puntos y software para procesamiento de los datos y los medios de entrega físicos y magnéticos como resultado de la labor.. En la reunión se acuerda realizar con la ayuda de un topógrafo, un cadenero y dos ayudantes de topografía, un levantamiento altimétrico y planimétrico con estación total de lector láser con la ayuda de prisma donde se requiera, tomando una nube de puntos para luego determinar curvas de nivel registrándolas cada dos metros (2,0 m), estableciendo una línea base de 993 m.s.n.m. con la ayuda de equipos de cómputo que ejecutan el programa Civil 3D.. 2.2.2 Trabajo de oficina. Con la ayuda de equipos de cómputo que contienen programas civil 3D, Se obtiene la planimetría y la altimetría, estableciendo curvas de nivel cada metro como se estableció anteriormente; en el plano se ha ubicado la zanja perimetral partiendo de la parte más alta de cerro, la cual recibirá los fluidos de las áreas aferentes parciales. 21.

(34) conducidos por las cunetas auxiliares en cada banco, esta cuneta perimetral desemboca en una piscina de sedimentación. Dentro del polígono asignado por la autoridad minera, se demarca un polígono interno en el cual se está determinando el área o sector mineralizado¸ así mismo se ubica una antena de comunicaciones la cual dista aproximadamente 50 metros del área de explotación, un tanque de almacenamiento de agua a 168 m, también se observa un pequeño caserío de invasión a 45 m del polígono asignado, este caserío se encuentra a 186 m al costado oriental del polígono en referencia que hace parte del sector de extracción.. Se procede a realizar el trazado de los 8 cortes colocándolos a distancias constantes de 32.51 metros, siendo todos elementos básicos para el cálculo de recursos y reservas. Posteriormente se diseñan los perfiles de explotación desde el N° 0 al N° 7 por último se determina las secciones transversales dentro de los perfiles las cuales tienen como característica principal la irregularidad geomorfológica.. 2.2.3 Cálculo de reservas. Tabla 5: Recursos y reservas in-situ Perfil N° Distancia m. Área m2 Volumen m3 0 32.513 4.300,067 1 2 3 4 5 6 7. 32.513 32.513 32.513 32.513 32.513 32.513 32.513 16.54. 9.727,318 8.852,284 9.882,310 10.956,68 9.541,557 6.157,470 3.041,921 0. 228.036,18 302.039,30 304.558,93 338.769,04 333.229,59 255.211,23 149.549,90 25.156,69. Total m3. 1´936.550,86. Se considera un gran total de 1´936.550,86 m3 como recurso.. 22.

(35) 2.2.4 Diseño de la cantera. Dentro del diseño geométrico del nuevo “Open Pit”, se realiza la implantación de las vías terciarias o vías internas que son las que comunican los diferentes frentes de explotación ubicados dentro del nuevo “Open Pit”, igualmente se localizan y ubican las cunetas móviles, que están en la pata del talud e inicio interno de la berma, así mismo se diseña y localiza la zanja de corona o cuneta perimetral del talud, que es la encargada de recoger la escorrentía superficial que le tributan las cunetas móviles, también se procede a la localización de las piscinas de sedimentación, en las cuales se recogerá o depositará las aguas o escorrentía de la cantera, “asentándose” las partículas finas y entregando agua libre de ellas.. Se procede luego a definir los bancos de explotación, para ello se propone una altura de 6 m. por 6,6 m. de berma con el objeto de brindar un espacio adecuado para la maniobrabilidad de los equipos de perforación, cargue y transporte y disminuir el riesgo que causan las vibraciones y la proyección de partículas, con barrenos profundos.. 2.2.5 Protocolo para manejo, manipuleo y operatividad con explosivos.. A partir del siglo XVII se dio inicio a la práctica del empleo de explosivos para voladuras de roca, se ha presentado una verdadera evolución en la fabricación de estas sustancias explosivas como también en su uso; se ha pasado desde la fabricación de la Nitroglicerina líquida, que fue la base para la fabricación de un aceite explosivo, hasta el empleo de mezcla de explosivos tipo ANFO (Nitrato amónico / “Fuel Oíl”) y tipo hidrogel (“Slurry”) que a partir de los años cincuenta han conquistado gran parte del mercado. La evolución de los sistemas de perforación han influido en gran manera sobre el desarrollo de los explosivos y con ello en la técnica de la voladura; en los trabajos a cielo abierto, cada vez más se 23.

(36) utilizan diámetros mayores, que proporcionan una premisa técnico – económica para favorecer el uso de explosivos de mezcla más baratos. Veamos algunas definiciones (Nomenclatura):  Explosión de una sustancia explosiva (S.E.); transformación química extremadamente. rápida. de. dicha. sustancia,. acompañada. del. desprendimiento de energía, formación de una onda de percusión y de gases comprimidos, capaces de realizar trabajo mecánico.  Sustancias explosivas; son compuestos químicos o mezclas mecánicas que, por influencia de una acción externa, tienen la propiedad de cambiar de estado a muy gran velocidad, formando productos gaseosos fuertemente comprimidos y desprendiendo gran cantidad de energía, estos productos de la descomposición explosiva, al actuar sobre el medio circundante suscitan la onda de percusión o de tensión y al expandirse realizan el desplazamiento mecánico del material.  Carga; es la S.E. cuya masa y forma han sido previamente calculadas, dispuestas en la cavidad para la explosión y provista del iniciador correspondiente. Estas cargas pueden ser externas y son las que se disponen sobre la superficie del objeto sometido a voladura y las cargas internas, que se alojan dentro del objeto sometido a destroza. De acuerdo a su forma, se clasifican en cargas alargadas y cargas concentradas, las primeras son aquellas cuya longitud es mayor a 5 veces su diámetro o que sobrepasa en más de 5 veces el lado menor del paralelepípedo en la base. Las cargas concentradas son las que tienen forma esférica o cúbica.. 2.2.5.1 Medidas de seguridad en el encendido eléctrico.. 24.

(37) Con el encendido eléctrico debe tenerse en cuenta el riesgo de encendido fortuito por corrientes erráticas o parásitas, rayos, electricidad estática, inducción (influencia capacitiva) de las líneas eléctricas o encendidas por radio frecuencia; por todo ello se procede a hacer las siguientes recomendaciones: Pérdidas de corriente. El riesgo práctico se debe a rieles u otros materiales conductores que adquieren tensión eléctrica debido a tensión eléctrica. de. aislamiento en máquinas eléctricas y otras máquinas en alguna parte de la mina o lugar de trabajo. Los hilos eléctricos de los detonadores no deben, durante el tiempo de carga o conexión de pega, entrar en contacto con conductos metálicos.. Electricidad estática. Los detonadores eléctricos pueden iniciarse a causa de la electricidad estática generada cuando se inyectan sustancias pulverulentas secas tales como arena, a través de tubos de material que no sea antiestático. Al mismo tipo de mecanismo obedecen los accidentes debidos a cargas generadas por temporales de polvo; con una humedad relativa baja en el aire, es posible que un ser humano llegue a estar cargado con 15 KV, liberando un impulso eléctrico de 2 amp2 ms., por ello debe evitarse los detonadores de bajo impulso (Alta sensibilidad) al trabajar en una atmósfera de baja humedad.. Rayos. El área en la que los rayos pueden originar el encendido prematuro por la formación de campos eléctricos elevados en la roca es proporcional a: R21 = c/ki. Donde R1 es el radio del área, c = una constante y ki el impulso eléctrico (amp2 ms) necesario para el encendido.. Así las cosas el lugar de trabajo debe evacuarse cuando la tormenta esté a una distancia de: R = R1 + R2 + R3 Donde R2 es la extensión del centelleo del rayo y R3 el espacio que puede desplazarse la tormenta en el tiempo de la evacuación.. 25.

(38) Líneas eléctricas. Los detonadores VA y HU pueden emplearse en la proximidad de las líneas eléctricas a las distancias indicadas en la siguiente tabla, suponiendo que los detonadores VA tienen la longitud original de sus hilos y los HU por lo menos 3,5 m de hilo paralelo (Dúplex). Tabla 6: Distancia de seguridad respecto a las líneas eléctricas. Voltaje de Distancia+ en metros para detonadores La línea ----------------------------------------------------------------------------Eléctrica kW Tipo VA Tipo HU Ordinario -----------------------------------------------------------------------------------------------10 -20 -10 (33) 50 -70 -17 (56) 20 (66) 100 -130 10 (33) 22 (73) 30 (100) 220 10 (33) 22 (73) 40 (130) 400 16 (53) 22 (73) 60 (200) + Con respecto al riesgo de iniciación prematura por potenciales de tierra, ningún hilo o empalme del sistema de conexión debe estar en ningún momento de trabajo en contacto con tierra a menos de 50 metros de las líneas eléctricas (60 m. para los detonadores normales) Tabla 7: Distancia de seguridad en metros, respecto a las antenas de radio. Potencia, kW Detonadores 0,100 1 Ordinarios HU, VA α<190 m. 65. 4. 10. 100. 200. 200 400 650 1300 2000. 0. α<560 m. 0. α<3000m. 0. 70. 40. 400. 2000. 2800. 4000. 8600. 30. 70. 100. 130. 200. 600. 40. 60. 150. 220. 300. 500. 1600. 150. 200 500. 700. 900. 1500. 5000. 2.2.5.2 Radio Frecuencia. En la práctica normal de voladuras existe muy poco peligro de encendido causado por las ondas de radio, pero, en el caso de coincidencias desafortunadas que desgraciadamente pueden ocurrir, se puede probar que las ondas de radio son causa de encendido, luego esta eventualidad no puede ignorarse.. 26.

(39) En la tabla 7 se da la distancia de seguridad entre la antena y los hilos mas próximos de los circuitos de voladura con una corriente mínima Imin > 0,20ª para detonadores eléctricos normales y para los insensibles del tipo VA y HU, con Imin > 1,3A, donde α indica la longitud de las ondas de radio.. 2.2.6 Planificación de los trabajos. Con ayuda de los métodos descritos, las perforaciones de voladura pueden efectuarse de acuerdo con un plan preconcebido, para lo que se precisa calcular en la planificación la calidad de carga necesaria y la fragmentación.. Es preciso conocer las propiedades de la roca mediante voladuras de ensayo, esto tiene una particular importancia cuando la voladura se efectúa en la proximidad de construcciones del vecindario, en cuyo caso debe evitarse la proyección, y la sismicidad debe ser no peligrosa. Por esta razón se debe determinar la piedra o burden, las distancia entre barrenos y las cargas, teniéndose en cuenta la fragmentación medida requerida que se decide basándose en la capacidad de las maquinas disponibles; cuando por presentarse casos especiales por vibraciones del suelo deba restringirse la cantidad de carga en cada intervalo, puede ser necesario reducir la piedra y la distancia entre barrenos. En general no es necesario limitar en una pega el consumo total de explosivos a causa de las vibraciones del suelo, normalmente, es posible disponer del encendido de modo que se obtengan los mismos máximos de vibración para una pega de microretardo que cuando se enciende instantáneamente uno, o unos pocos barrenos.. Es necesario considerar igualmente medidas de seguridad para proteger el lugar de trabajo y sus alrededores de la proyección de fragmentos de roca.. 27.

(40) Tabla 8: Recomendación a seguir en la planificación de los trabajos. Se determinará: 1 Factor de roca por voladura de ensayo (Sí es necesario). 2. Tamaño promedio de bloques.. 3. Diámetro de perforación. 4. Piedra o burden y espaciamiento.. 5 Carga máxima en cada barreno 6 Profundidad de barrenos y altura del banco. 7 Tiempo de retardo. 8. Secuencia de encendido. 9. Magnitud de la pega. Con vistas a:. La capacidad de las excavadoras, cargadoras y chancadoras. Equipos de perforación, vibraciones del suelo, riego de deslizamiento de rocas y altura del banco. Diámetro, proyección y fragmentación deseadas, altura del banco. Vibraciones del suelo. La mayor eficiencia de la perforación y excavadoras, vibraciones del suelo. Fragmentación, riesgos de proyección. Ángulos libres de rotura, dirección deseada de proyección. Explosor, vibraciones del terreno, número de intervalos disponibles y su tiempo de retardo.. 10 Medidas de seguridad, Protecciones, protecciones indirectas, evacuación. Los alrededores, sensibilidad de los detonadores. Seguridad contra la iniciación prematura. Ilustración 7: Nomenclatura Malla de voladura.. 28.

(41) PERÚ, MINISTERIO DE ENERGÍA Y MINAS, 2017.. El resultado de la posibilidad de planificar el trabajo como un todo será el que las operaciones de voladura puedan ser organizadas por personal técnicamente cualificado para dar la máxima eficiencia y el mínimo coste de todas las operaciones combinadas. 2.2.7 Proyecciones. Usualmente se entiende por proyecciones el lanzamiento inesperado de trozos de roca procedente de una voladura. Al hablar del lanzamiento de pequeños trozos de roca procedentes de la zona superior de una voladura se emplea el término “dispersión”.. Se pueden distinguir tres tipos de proyección:  Proyección hacia delante de toda voladura.  Proyección producida de rotura de barrenos por carga indebida  Proyección hacia la superficie debida a la presión de los gases.. Algunas de las causas de proyección son:  Fallas, grietas y zonas débiles que han disminuido localmente la resistencia de la roca.  Una mala disposición de barrenos produce altas concentraciones de carga.  La secuencia de encendido mal realizada puede dar lugar a barrenos sin salida adecuada o tiempos de encendido excesivamente largos.  Empleo de cargas demasiado altas. 29.

(42)  Un tacado insuficiente de los barrenos, Expulsa trozos de roca del macizo rocoso en la parte superior del barreno.. Con el empleo de detonadores de micro-retardo se obtiene la ejecución de voladuras con un mejor control de proyecciones. Debe de tenerse en cuenta que:  Al realizar una voladura normal en banco se presenta un desplazamiento del centro de gravedad de la misma hacia adelante.  A mayor altura de banco, corresponderá un desplazamiento mayor de la roca volada.  La carga específica próxima a la carga límite produce un desplazamiento menor del fragmento de roca, aunque no es recomendable cargar por debajo de los valores límites, existe un concepto erróneo de que una carga débil soluciona todos los problemas relacionados con la proyección.  En conclusión, el factor más importante en una voladura es conseguir una planificación correcta de la misma, porque un barreno que no rompa suficientemente o tenga un fallo en su encendido puede generar una considerable proyección, dado que, al no tener suficiente ángulo de rotura, la presión de los gases se producirá hacia la superficie.  Se debe de tener en cuenta la calidad de la perforación, por ejemplo, si esta se ejecuta con un diámetro de 64 mm y la piedra calculada es de 2,20 metros pero si por un error en la inclinación del frente del banco ha quedado reducida a 1,40 metros; a pesar de haber realizado un cálculo de la carga específica en el fondo, debido al error ésta se incrementará. 30.

(43)  La proyección procedente de la primera fila de una voladura puede ser evitada de las siguientes formas:  Con una carga muy cuidadosa.  Dejando material volado en el frente de la voladura.  La perforación y la carga del explosivo en la primera fila es importante, ya que barrenos deben emboquillarse en el borde del banco y éste se encuentra alterado por las voladuras anteriores, por lo tanto se debe conservar rígidamente la piedra calculada inicialmente.  El retardo en barrenos adyacentes en una voladura no debe ser mayor de 100 milisegundos.  La proyección hacia la superficie debida a los gases. calculando la carga del explosivo en el barreno, se debe determinar una zona sin cargar en una distancia igual a la piedra calculada en la malla de perforación, si se disminuye notablemente el retacado el riesgo de proyección aumenta, pues la carga de columna puede tender a lanzar la roca hacia la superficie. El retacado está constituido normalmente por arena o arcillas, para el caso nuestro se recomienda gravilla; así mismo, es también importante cerciorarse de que la superficie del terreno esté libre de rocas o materiales sueltos que puedan ser despedidos durante la voladura.  El riesgo de que fragmentos pequeños de roca puedan ser proyectados, debido a la presión de los gases, es mayor en las rocas fisuradas, pero un excesivo retacado puede favorecer dicha proyección puesto que, si la carga no es capaz de romper la roca en la superficie y se forman en su lugar grandes bloques, la presión de los gases empujará partículas de rocas por los huecos existentes. Una carga de fondo muy elevada y un gran retacado, dan origen frecuentemente a voladuras cuyo resultado es muy desfavorable y que suelen traducirse en fuertes proyecciones. Se prefiere cargar barrenos 31.

(44) en mayor altura con una carga baja, pero que pueda romper la roca en la zona superficial.  Debe tenerse en cuenta que el diámetro del barreno es de suma importancia en el resultado de una voladura en banco, ello en parte está influenciado por los siguientes factores:  Aspecto económico de la voladura;  La fragmentación;  El riesgo de proyección. Formación de grietas en su contorno y  Frecuencia de aparición de bloques. Para el caso de la Cantera La Estancia, cuyos equipos de perforación operan con diámetros de 64 mm, se recomienda una altura mínima de 5,8 m, y una altura aconsejable de banco entre 5,8 m y 12,0 m, teniéndose una concentración de carga de 4,1 kg./m.  Por último debe señalarse que una voladura normalmente calculada, en la cual la carga no es excesivamente alta ni demasiado reducida y no se encuentra desigualmente repartida, proporciona la mejor protección contra las proyecciones.  Medidas preventivas de proyección debida a la rotura de barrenos: Con una correcta planificación la proyección procedente de la primera fila de una voladura puede ser evitada, y es de la siguiente forma:  Con una carga muy cuidadosa; dejando material volado en el frente de la voladura (Ver Ilustración 7). La perforación y la carga de explosivo en la primera fila es muy importante, porque barrenos deben emboquillarse en el borde del banco y éste se encuentra habitualmente alterado debido a las voladuras anteriores, se debe de tener bastante cuidado con la aplicación de la piedra. 32.

(45) Ilustración 8 voladura en banco con material volado enfrente.. Servicios Técnicos de Orica – 2010.. 2.2.8 Fragmentación. El término fragmentación se utiliza en relación con el tamaño de los bloques después de la voladura de la roca, si bien, al no existir un criterio generalizado de medida no es sencillo definirla con más detalle.. Existe una teoría según la cual la velocidad de detonación puede muy bien ser de la misma magnitud que la velocidad con la cual se propaga la onda de choque a través de la roca. Lo que significaría que una velocidad de alta detonación sería favorable en el caso de rocas duras.. Se tiene que, en el caso de voladuras en cantera, la fragmentación está influenciada por los siguientes factores:  Número de bloques por unidad de volumen.  Capacidad de machaqueo, o de la chanqueadora.  Capacidad de desescombro.  Desgaste de máquinas y materiales.. Debe de tenerse en cuenta la dificultad de obtener una relación entre la fragmentación por un lado y la perforación y carga por otro, ello es debido a la gran 33.

(46) cantidad de variables que intervienen, como la composición de la roca y la aparición de grietas, fallas y zonas débiles tienen gran influencia, así como la forma de utilización del explosivo y sus características. Un explosivo que produzca buenos resultados en roca sana y homogénea puede no ser efectivo en rocas blandas y fisuradas, en estas, las voladuras deben ser planificadas cuidadosamente, teniendo en cuenta la dirección de la estratificación, en estos casos cuando la “anomalía” geológica tienda a la horizontalidad, es ventajoso que la inclinación de los taladros permita atravesar los planos de contacto de los estratos, así el explosivo actúa en mejores condiciones.. Ahora, si la estratificación tiende a la verticalidad, es preferible disponer las voladuras de forma que la piedra (V) rompa en ángulo recto con su dirección, por lo general en estos casos se obtiene una rotura irregular en el fondo.. Desde un punto de vista de la técnica de la voladura, los factores que tienen mayor influencia son la carga específica y la perforación específica.. Si tenemos un incremento de la carga específica, manteniendo constante el esquema de perforación se produce un aumento de la fragmentación y, dado que normalmente se desea utilizar al máximo barrenos, frecuentemente se suele incrementar la carga de columna. En un barreno se distinguen tres zonas que tienen gran influencia en la fragmentación:  Carga de fondo: en esta zona si se tiene una carga específica tan elevada y si el explosivo actúa en tan buena disposición, la fragmentación es normal y satisfactoria, no obstante si la estratificación es muy marcada, puede dar origen a la formación de bloques. Podemos indicar que para el caso que nos ocupa, siendo el diámetro del barreno de 64 mm se debe tener una concentración de carga (Kg/m) de 3,2 Kg/m para una sección circular quebrantada de 89,6 mm de diámetro, siendo esto muy teórico. 34.

(47)  Carga de columna: el quebrantamiento producido es menor, debido a que la concentración de carga y la constricción de barrenos son más reducidos.  Retacado o taco: tiene un efecto desfavorable en la fragmentación. Barrenos con grandes retacados son propensos a producir bloques, adicionalmente se puede indicar que:  Consumo específico de sustancia explosiva (SE) (Tipo ANFO o de tipo hidrogel “Slurry”) para voladuras:. Roca: Basalto (Diabasa).  Para Lanzamiento: 1,75 – 2,3 de Kg. /m3  De trituración normal: 0,60 – 0,75 Kg. /m3.  Experimentalmente se tiene que un solo barreno con una altura de banco igual a la piedra (K = V), tiene aproximadamente un volumen de V3.. Evidentemente la fragmentación es afectada en alto grado por la naturaleza de la roca, en rocas sedimentarias se obtiene fragmentación relativamente pequeña, en rocas antiguas como el granito y los basaltos (Diabasa) se forman bloques que pueden ser mayores si hay grandes grietas o anormalidades geológicas que aíslan parte de la roca de las tensiones que actúan en el resto de ella.. 2.2.9 Voladuras en canteras. En los trabajos de perforación y voladura (T.P.V.) en canteras se tienen en cuenta:  Intensidad y uniformidad necesarias de trituración.. 35.

(48)  Observancia de las cotas (curvas de nivel), dimensiones y formas de las áreas de los bancos y de los taludes de acuerdo al proyecto.  Creación de arrumes (pilas) de forma y dimensiones de acordes a los equipos mineros y de transporte utilizados.  Obtención de volumen de masa minera para trabajo sin receso y altamente productivo de los medios de excavación y cargue a medios de transporte.  Economía y seguridad de los trabajos.  Métodos de Trabajos de perforación y voladura (PPV) – Parámetros.. Procedimiento general con perforaciones profundas: Altura del banco, presenta reducción de costo de perforación y voladura + concentración de los trabajos en el mismo nivel; profundidad de perforación (K=K + h), propiedad que está definida por las propiedades físico-mecánicos de las rocas, por la disponibilidad del frente con relación a la estratificación de las rocas, por los métodos de realización de las voladuras; consideraciones en la elección del h. El aumento de la línea de menor resistencia del talud (LMR) (V) corresponde a un mayor h, al aumentar la K, manteniendo constante la V se reduce el h, a rocas con mayor buzamiento corresponde mayor h.. Determinar la (LMR): Wp, ajustar la magnitud de la Sobre-perforación (h) según la expresión: K= ((K2 + Wp2))1/2 - K. Longitud del atacado (retacado). Con esto se determina el coeficiente de acción útil de explotación y el grado de utilización del volumen de la perforación. Condición: 20d3 < Lretacado < 24d3; donde d3 es el diámetro de la carga explosiva. Se recomienda utilizar como materia de retacado el 60% de gravilla de hasta 29mm, preferiblemente de 3/8 y un 40% de arena. Cabe aclarar que el retacado no mejora 36.

(49) la intensidad de la trituración, mejora la utilización del volumen perforado y aumenta la salida de masa minera.. Cuando en una perforación se aumenta o disminuye el tamaño del diámetro de la perforación, se tienen consecuencias tales como:  Si se aumenta el diámetro de la perforación, se forman bloques grandes, se reduce el costo por metro cúbico de masa minera (Material arrancado) ; ahora si se disminuye el diámetro de la perforación, mejora (se intensifica) la trituración del macizo, conduce a complicaciones tecnológicas y organizativas del TPV (aumenta la cantidad de perforaciones en el bloque, aumentando el tiempo de cargue, se complica el mantenimiento y corrección de las perforaciones, especialmente en temporada de lluvias, aumenta el consumo de cordón detonante y otros medios de explosión, se complica el montaje de la red de perforaciones para la voladura.. Redes eléctricas explosivas: Para la instalación de una red es necesario contar con espoletas con cables, cables externos – que van desde los cables de las espoletas hasta la superficie-, cables del sector –que unen los cables externos y cables magistrales - que van a la fuente de corriente. Se presentan redes en serie, en paralelo y las mixtas.. Ventajas de las uniones en serie: (ver Ilustración 8).  Por todas las espoletas pasa igual corriente – para la explosión es necesaria una fuente de corriente mínima.  La longitud de los cables es mínima. 37.

(50)  El esquema de unión es simple.  El cálculo es simple y es fácil comprobar la conexión (Se tiene absoluta seguridad con cebos de dos espoletas). Desventajas: peligro de falla masiva si en la red hay una sola espoleta defectuosa. Ilustración 9: Uniones en serie.. LANGEROUS y KIHLSTROM, 1971.1. Ventajas de la unión en paralelo: (ver Ilustración 9) si falla el empalme de una espoleta solamente se pierde una carga; si falla una espoleta no se pierde red potente; es difícil comprobar la conexión de la instalación de la red con instrumentos; para el montaje son necesarios muchos cables lo que complica el montaje, especialmente en uniones paralelas, escalonadas (No se recomiendan éstas en trabajos a cielo abierto). Ilustración 10: Unión en paralelo 1.. 38.

(51) Ilustración 11: Unión en paralelo 2.. 1. De esta referencia se han tomado ésta y las gráficas presentadas a continuación.. Ilustración 12: Unión en paralelo 3.. La unión mixta serie en paralelo: (Ilustración 12) Se aplica para un alto número de barrenos de carga, cuando la fuente de corriente eléctrica no tiene tensión suficiente para la unión en serie. Es muy efectiva y segura.. 39.

(52) Ilustración 13: Unión mixta.. Unión mixta paralelo en serie: (Ilustración 14) Es menos segura, por lo que no es recomendable su aplicación. Ilustración 14: Unión mixta paralelo en serie.. Explosión con micro-retardo: El micro-retardo permite aumentar la uniformidad e intensidad de la trituración a cuenta de la utilización más racional de la energía de la explosión; es aplicable para una serie de perforaciones y varias series. Su efectividad depende que se haya escogido correctamente el intervalo de retardo.. Ventaja de las voladuras con micro-retardo.  Reducción de la acción sísmica de la explosión.  Aumenta intensidad y uniformidad de trituración del material.  Reducción de salida de trozos sobre –tamaño.  Reducción de la intensidad de la onda aérea de percusión. 40.

(53)  Aumento de salida de masa minera por cada metro de perforación.  Reducción de la formación de grietas hacia el interior del macizo.  El efecto de la explosión con micro-retardo depende en gran medida de:  Cantidad de series  Esquema de voladura.  La relación entre piedra y espaciamiento depende de la formación de grietas en la voladura de una o más filas de barrenos, como también si la ignición se realiza simultáneamente o con cierto retardo; para la obtención de una buena fragmentación de la roca debe ser si el tiempo de detonación de las diferentes cargas varía algo, en tal caso, cada barreno debe arrancar individualmente su parte de piedra, lo que retrasa el lanzamiento, pero aumenta el desprendimiento de la piedra.. Tabla 9: Ficha de seguridad durante la realización de la voladura. Accidentes. Porcentajes. Causas del traumatismo Leves Graves Mortales Manejo inadecuado de espoletas, fulminantes y cebos 12,5 17,15 1,00 Procedimientos incorrectos durante el atacado y disparo de las 4,90 9,00 --------perforaciones Retención de los dinamiteros a proximidad de las cargas durante el 9,80 3,00 11,5 encendido de las mechas Explosión a destiempo de las cargas 4,90 7,75 12,0 Aproximación antes de tiempo al lugar de la voladura 7,75 9,00 12,0 Lesiones con trozos proyectados, observar distancias de seguridad 34,3 34,30 41,5 Disposición incorrecta y defectos de los lugares para refugios de los 8,00 4,00 6,00 dinamiteros. Transgresión de normas durante la liquidación de cargas fallidas 8,00 12,00 16,00 Eliminación incorrecta de materiales explosivos 8,00 3,00 ------Otras causas 4,95 0,80 ------Datos obtenidos en diferentes empresas en las que se labora con sustancias explosivas.. 41.