Tipos y Propiedades Fundamentales de Explosivos: Una Perspectiva Química y Aplicada

Explosivos: Definición y Aplicaciones

Son compuestos o mezclas químicas en estado sólido, líquido o gaseoso que se transforman en una fracción de microsegundo en productos gaseosos y condensados, convirtiéndose en una masa gaseosa de altas temperaturas y muy elevadas presiones. Esto sirve para el rompimiento de materiales pétreos, en lo que constituye la técnica de voladura de rocas.

Clasificación de los Explosivos

Según la Forma de Producir la Energía

Explosivos Químicos

Por sus características de explosión se dividen en:

Altos explosivos

Detonan cuando son iniciados y alcanzan presiones de hasta 70,000 Kg/cm².

Bajos explosivos

Deflagran cuando son iniciados y alcanzan presiones de hasta 10,500 Kg/cm².

A su vez, los altos explosivos se clasifican en primarios y secundarios. Los primarios, por su alta energía y sensibilidad, se emplean como iniciadores para detonar a los secundarios.

Explosivos Mecánicos

La energía se genera a través de la vaporización repentina de materias inertes, por medio de la introducción de un material a muy alta T^a. Artefacto (cardox) que consiste en un tubo ajustado con un disco de ruptura y lleno de dióxido de carbono líquido. Al encenderse el elemento calefactor, el disco se rompe y los gases emanados se expanden dentro de la perforación provocando el rompimiento de la roca.

Explosivos Nucleares

La liberación de la energía se realiza por fusión o fisión nuclear. Consiste en Plutonio, Uranio 235 o materiales similares, los cuales se activan atómicamente y se controlan hasta un nivel crítico que, al ser sobrepasado, genera una explosión del orden de los 10¹⁵ pie-lb/lb, mientras que en los químicos se produce un trabajo del orden de los 8x10⁴ pie-lb/lb.

Explosivos Químicos Industriales

Están constituidos por una mezcla de materiales combustibles y oxidantes que, al ser iniciados apropiadamente, dan lugar a una reacción química muy rápida. En la reacción, el explosivo libera grandes volúmenes de gases y energía hacia la roca, causando fragmentación, fisuras y grietas.

Cada explosivo posee una composición química específica:

Explosivos Ideales

Poseen las mismas características (velocidad, presión de detonación) cualquiera sea su diámetro, forma o condiciones ambientales (TNT, PETN).

Explosivos No Ideales

Dependen del diámetro, temperatura, confinamiento, etc. (ANFO, el ANFO pesado, emulsiones, acuageles, slurries).

Propiedades de los Explosivos

1. Densidad

• Peso del explosivo por unidad de volumen.
• Controla la concentración de energía en una perforación.
• Un explosivo con una densidad menor a 1 gr/cc flotará en el agua.

2. Resistencia al Agua

• Capacidad para resistir una prolongada exposición al agua sin perder sus características.
• Medida de cuánto es influenciada la detonación del explosivo por el agua en la perforación.

3. Sensibilidad

• Representa una medida de la facilidad para la iniciación del explosivo.
• Da cuenta de las condiciones mínimas requeridas para la detonación.
• Si la sensibilidad es baja, la detonación en el hoyo podría ser interrumpida si existiera un corte o algún obstáculo dentro de la columna explosiva.
• Un explosivo con mucha sensibilidad podría causar la propagación de la detonación entre perforaciones adyacentes.

Puede ser descrita por:

• Sensibilidad al espacio entre tiros.
• Test de impacto.
• Tolerancia a la presión.
• Diámetro crítico.

4. Estabilidad Química

• Intervalo de tiempo que un explosivo puede permanecer en la perforación sin un cambio en su composición química o en sus propiedades físicas.
• Los acuageles pueden experimentar un debilitamiento en la estructura gelatinosa resultando en una pérdida del aire atrapado (microburbujas), segregación y cristalización de los nitratos disueltos.
• Las emulsiones y ANFOs pesados algunas veces experimentan cristalización en la fase emulsión resultando un endurecimiento del producto y menor energía.

5. Balance de Oxígeno

• Un explosivo es considerado que tiene balance de oxígeno cero cuando contiene el oxígeno justo para oxidar completamente el combustible presente.
• Exceso de oxígeno reaccionará el N₂ para formar NO₂ y un déficit de oxígeno producirá CO.
• La mayoría de los explosivos son deficientes en oxígeno.

6. Generación de Gases

• Se expresa como volumen de gas por unidad de masa de explosivo (Lts/kgs, moles/gr).
• Los gases primarios de un explosivo con oxígeno balanceado deberían ser: H₂O, NO₂, N₂, y eventualmente sólidos y líquidos.

7. Impedancia

• Es la propiedad que sirve para medir la transmisión de la energía del explosivo a la roca.
• La transferencia de la energía del explosivo a la roca se maximiza si la razón (R) entre la impedancia del explosivo y la impedancia de la roca se acerca a 1.