La perforación y voladura es el uso controlado de explosivos y otros métodos, como la pirotecnia con chorro de gas a presión, para romper rocas para excavaciones . Se practica con mayor frecuencia en minería , canteras e ingeniería civil , como la construcción de presas , túneles o carreteras. El resultado de la voladura de rocas a menudo se conoce como corte de roca .
En la actualidad, en las operaciones de perforación y voladura se utilizan muchas variedades diferentes de explosivos con distintas composiciones y propiedades de rendimiento. Los explosivos de mayor velocidad se utilizan para rocas relativamente duras con el fin de destrozarlas y romperlas, mientras que los explosivos de menor velocidad se utilizan en rocas blandas para generar más presión de gas y un mayor efecto de levantamiento. Por ejemplo, un manual de voladuras de principios del siglo XX comparaba los efectos de la pólvora negra con los de una cuña y los de la dinamita con los de un martillo. [1] Los explosivos más utilizados en la minería hoy en día son las mezclas basadas en ANFO debido a su menor costo que la dinamita .
Antes de la llegada de las tuneladoras , la perforación y voladura era la única forma económica de excavar túneles largos en roca dura, donde no es posible excavar. Incluso hoy en día, el método se sigue utilizando en la construcción de túneles, como en la construcción del túnel de base de Lötschberg . La decisión de construir un túnel utilizando una tuneladora o utilizando un método de perforación y voladura incluye una serie de factores. La longitud del túnel es una cuestión clave que debe abordarse porque las grandes tuneladoras para un túnel en roca tienen un alto costo de capital, pero como suelen ser más rápidas que un túnel de perforación y voladura, el precio por metro de túnel es menor. [2] Esto significa que los túneles más cortos tienden a ser menos económicos de construir con una tuneladora y, por lo tanto, generalmente se construyen mediante perforación y voladura. La gestión de las condiciones del terreno también puede tener un efecto significativo en la elección con diferentes métodos adecuados a diferentes peligros en el terreno.
El uso de explosivos en la minería se remonta al año 1627, [3] cuando se utilizó por primera vez pólvora en lugar de herramientas mecánicas en la ciudad húngara (ahora eslovaca ) de Banská Štiavnica . La innovación se extendió rápidamente por toda Europa y América.
El método estándar para hacer estallar rocas consistía en perforar un agujero a una profundidad considerable y depositar una carga de pólvora en el otro extremo del agujero y luego rellenar el resto del agujero con arcilla u otra sustancia mineral blanda, bien apisonada, para que quedara lo más hermética posible. A continuación, se retiraba un alambre tendido en el agujero durante este proceso y se reemplazaba por una cadena de pólvora. Esta cadena se encendía con una mecha lenta , que a menudo consistía simplemente en papel marrón untado con grasa, destinada a arder el tiempo suficiente para permitir que la persona que la encendiera tuviera tiempo suficiente para llegar a un lugar seguro. [4]
La incertidumbre de este método provocó muchos accidentes y se introdujeron varias medidas para mejorar la seguridad de los implicados. Una de ellas fue sustituir el alambre de hierro, con el que se forma el paso de la pólvora, por uno de cobre, para eliminar las chispas que podrían encender la pólvora de forma prematura. Otra fue el uso de una mecha de seguridad . Esta consistía en un pequeño tren de pólvora insertado en un cordón impermeable, que arde a un ritmo constante y uniforme. Este, a su vez, fue sustituido posteriormente por un largo trozo de alambre que se utilizaba para suministrar una carga eléctrica para encender el explosivo. El primero en utilizar este método para las explosiones submarinas fue Charles Pasley, que lo empleó en 1839 para desmantelar los restos del naufragio del buque de guerra británico HMS Royal George , que se había convertido en un peligro para la navegación en Spithead . [4]
Uno de los primeros usos importantes de la voladura para retirar rocas se produjo en 1843, cuando el ingeniero civil británico William Cubitt utilizó 18.000 libras de pólvora para retirar un acantilado de tiza de 400 pies de altura cerca de Dover como parte de la construcción del Ferrocarril del Sudeste . Se desplazaron alrededor de 400.000 yardas cúbicas de tiza en un ejercicio que, según se calcula, ahorró a la empresa seis meses de tiempo y 7.000 libras en gastos. [4]
Si bien la perforación y voladura se utilizaron de forma limitada en tiempos preindustriales utilizando pólvora (como en el túnel Blue Ridge en los Estados Unidos, construido en la década de 1850), no fue hasta que se desarrollaron explosivos más potentes (y seguros) , como la dinamita (patentada en 1867), así como taladros eléctricos , que su potencial se aprovechó por completo.
La perforación y voladura se han utilizado con éxito para construir túneles en todo el mundo, en particular el túnel ferroviario de Fréjus , el túnel ferroviario de Gotthard , el túnel de Simplon , el Jungfraubahn e incluso el túnel de carretera más largo del mundo, Lærdalstunnelen , se construyeron utilizando este método.
En 1990, en los Estados Unidos se consumieron 2.100 millones de kilogramos de explosivos comerciales (12 m3 per cápita), lo que representa un gasto estimado de 3.500 a 4.000 millones de dólares de 1993 en voladuras. En ese año, la Unión Soviética fue el líder en volumen total con 2.700 millones de kilogramos de explosivos consumidos (13 m3 per cápita), y Australia tuvo el mayor consumo per cápita de explosivos ese año con 45 m3 per cápita. [5]
Como sugiere su nombre, la perforación y voladura funcionan de la siguiente manera:
Las posiciones y profundidades de los agujeros (y la cantidad de explosivo que recibe cada agujero) están determinadas por un patrón cuidadosamente construido, que, junto con la sincronización correcta de las explosiones individuales, garantizará que el túnel tenga una sección transversal aproximadamente circular.
Durante la operación, se pueden utilizar esteras de voladura para contener la explosión, suprimir el polvo y el ruido, para prevenir la proyección de rocas y, a veces, para dirigir la explosión. [7] [8]
A medida que avanza un túnel o una excavación, es necesario sujetar el techo y las paredes laterales para evitar que la roca caiga en la excavación. La filosofía y los métodos para el soporte de rocas varían ampliamente, pero los sistemas típicos de soporte de rocas pueden incluir:
Normalmente, un sistema de soporte de roca incluiría varios de estos métodos de soporte, cada uno de ellos destinado a desempeñar una función específica en el soporte de roca, como la combinación de pernos de roca y hormigón proyectado.
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