Mecanismos de Fracturación de Roca y Parámetros Esenciales en Voladuras Mineras

Mecanismos de Fracturación de Roca en Voladuras

La fragmentación de la roca durante una voladura se produce a través de diversos mecanismos interconectados. Comprender estos procesos es fundamental para optimizar el diseño y los resultados de las operaciones mineras y de construcción.

Fracturación por Liberación de Carga

La energía de tensión almacenada en la roca se libera muy rápidamente, generando ondas de tracción y cizallamiento que provocan la rotura del macizo rocoso. Este fenómeno afecta un gran volumen de roca, no solo por delante de los barrenos, sino incluso por detrás de la línea de corte de la voladura, habiéndose llegado a identificar daños a distancias de varias decenas de metros.

Fracturación por Cizallamiento

En formaciones rocosas sedimentarias, cuando los estratos presentan distintos módulos de elasticidad o parámetros geomecánicos, la rotura se produce en los planos de separación al paso de la onda de choque, debido a las tensiones diferenciales o cortantes en dichos puntos.

Rotura por Flexión

Durante y después de los mecanismos de agrietamiento radial y descostramiento, la presión ejercida por los gases de explosión sobre el material situado frente a la columna de explosivo hace que la roca actúe como una viga doblemente empotrada en el fondo del barreno y en la zona del retacado. Esto produce la deformación y el agrietamiento de la misma por los fenómenos de flexión.

Rotura por Colisión

Los fragmentos de roca creados por los mecanismos anteriores y acelerados por los gases son proyectados hacia la superficie libre, colisionando entre sí y dando lugar a una fragmentación adicional. Este proceso se ha puesto de manifiesto en estudios con fotografías ultrarrápidas.

Parámetros Esenciales en el Diseño de Voladuras

El diseño de una voladura eficiente depende de la correcta selección y ajuste de varios parámetros clave que influyen directamente en la fragmentación, la seguridad y la economía de la operación.

Burden

Se conoce como burden la distancia desde el barreno a la cara libre. Seleccionar un burden apropiado es una de las decisiones más importantes en el diseño de una voladura.

• Si el burden es pequeño, la roca es lanzada a una distancia considerable de la cara, provocando grandes niveles de sobrepresión, fragmentación fina, sobrerompimiento y alteración de la roca adyacente.
• Si el burden es muy grande, puede provocar proyección de roca y escopetazo de barrenos. Un burden elevado conlleva niveles de confinamiento considerable, aumentando así el factor de carga y las vibraciones. Esto puede provocar una fragmentación de la roca extremadamente gruesa y, en ocasiones, pueden surgir problemas en la cresta y pata del banco.

Espaciamiento

Se considera como espaciamiento la distancia entre barrenos. El espaciamiento en el diseño está generalmente ligado al burden. Siempre que sea posible, es recomendable usar una malla trabada, ya que esta proporciona un rendimiento y un rompimiento más efectivo de la roca para un factor de carga fijo.

Altura de Banco

Es la distancia vertical desde la superficie horizontal superior (cresta) hasta la inferior (piso).

Cara Libre

Es la zona hacia donde se desplaza el material fragmentado por acción del explosivo.