Han pasado 146 años desde que Alfred Nobel inventó la dinamita, a la que llamó Polvo de Seguridad para Explotar, desde entonces, la investigación en nuevas tecnologías y técnicas en voladuras ha recibido contribuciones importantes, gracias a las cuales la minería enfrenta nuevos retos en sus operaciones a tajo abierto o subterráneo. Uno de esos desafíos es reducir el consumo de explosivos por metro cúbico de mineral arrancado, optimizar la fragmentación de la roca para recuperar la mayor cantidad de mineral posible y disminuir el nivel de vibraciones.
Las voladuras de producción son producidas por explosivos, los cuales detonan para producir el efecto de liberación violenta de energía, donde se descomponen en gases con alta presión y temperatura con liberación de calor. Estos explosivos, se clasifican de forma cinética y de forma energética dependiendo de la velocidad de propagación y de la cantidad de energía necesaria para su activación respectivamente. La finalidad de las explosiones es fracturar la roca o lograr arrancar el material involucrado desde su lugar original, de modo que este material triturado pueda ser cargado y retirado por los equipos respectivos y procesado según se requiera, por lo que este material tendrá que cumplir con una granulometría y una disposición espacial apta para los posteriores procesos asociados.
De acuerdo con los criterios de la mecánica de rotura, la voladura de roca es un proceso tridimensional, en el cual las presiones generadas por explosivos confinados dentro de taladros perforados en la roca, originan una zona de alta concentración de energía que produce dos efectos dinámicos llamados fragmentación y desplazamiento.
La fragmentación se refiere al tamaño de los fragmentos producidos, a su distribución y porcentajes por tamaños. Una adecuada fragmentación es importante para facilitar la remoción y transporte del material volado y está en relación directa con el uso al que se destinará este material.
Teniendo en cuenta los procesos que involucra un trabajo de voladura de producción, como son el propósito o uso final del lugar a excavar o el material, el grado de fragmentación requerido, si la roca excavada se quedará en el lugar o será transportada a otro lugar, el tipo y la dimensión del equipo de remoción y acarreo disponible, la proximidad a instalaciones importantes que puedan ser afectadas por vibraciones o proyecciones, es necesaria una planificación cuidadosa de la voladura considerando todos los detalles que puedan influir en sus resultados.
La resistencia de un macizo rocoso puede variar en pequeña o gran escala, dependiendo de su estructura geológica. Las juntas, estratos, fallas y capas de lodo pueden causar diversos problemas. Estas variaciones en la estructura del macizo requieren que el responsable de la ejecución de las voladuras en canteras varíe sus diseños y métodos para obtener los resultados esperados. Por lo tanto, se debe determinar sobre la base de indicadores superficiales, cómo variara la roca en planos más profundos.
Las perforaciones para la realización de las voladuras proveen información acerca del tipo de estructura rocosa que va apareciendo en las capas más profundas, ello permite al ejecutor de las voladuras realizar estudios objetivos que le permitan incluir ajustes a su diseño de voladura considerando los cambios en la estructura del macizo rocoso.
La granulometría y las vibraciones
La granulometría dependerá de las características de la roca misma y de la energía aplicada sobre ella, por lo que si deseamos una granulometría fina debemos utilizar mayor cantidad de explosivos o aumentar el factor de carga de nuestra voladura. La proyección del material es también un tema muy importante, ya que no queremos que el material quede esparcido en un área muy grande, sino que deberá quedar dispuesto espacialmente de modo que el equipo que se encargue de su manejo posterior pueda hacerlo en condiciones acordes a su diseño de operación.
Las voladuras generan vibraciones del terreno que pueden tener diferentes efectos sobre las estructuras de la masa rocosa pudiendo ocasionar deslizamientos, causando en consecuencia, efectos graves, como por ejemplo el cierre de acceso hacia otras zonas de la mina, afectar equipos o al personal. Esto en algunos casos puede llevar a una paralización de las operaciones.
Las vibraciones se caracterizan por ser generadas por dos tipos de ondas; ondas de superficie, y de Cuerpo. Las ondas de superficie se caracterizan por tener grandes amplitudes, bajas frecuencias y bajas velocidades de propagación. En muchos casos, estas ondas contienen significativamente más energía que las ondas de cuerpo, decayendo además más lentamente con la distancia.
Las ondas de superficie son las que causan daños a estructuras en general y a los bancos en minas a cielo abierto, es por ello que para evaluar los daños por efecto de las vibraciones del terreno, son estas las ondas que se miden y se evalúan.
En el caso del daño por vibraciones, diversos investigadores han determinado que la velocidad de vibración de partícula es el parámetro más representativo del daño y es en la actualidad el que se mide y se compara con estándares o criterios internacionales de vibración, los cuales permiten determinar si se está alcanzando o no niveles de vibración que puedan resultar en daño a una determinada estructura. A través de la instrumentación con geófonos, es posible determinar las vibraciones máximas expresadas en Velocidad de Partícula (PPV) y la frecuencia a la que estas vibraciones son producidas y relacionarlas con los criterios de daño internacionales.
Cabe enfatizar, que el nivel de vibración generado en una estructura depende en gran medida del comportamiento dinámico de ésta, en particular su frecuencia natural de oscilación, cuando se ve expuesta a un cierto nivel de vibración del terreno que la soporta. Es por ello que todo programa de medición debe incorporar como variable de análisis, tanto la velocidad de partícula como la frecuencia de la onda vibratoria.
Para realizar un trabajo de voladura de producción en canteras, se deben asegurar las medidas de seguridad en el área y el personal involucrado, desde el inicio de las operaciones de perforación los obreros deben contar con los equipos de seguridad adecuados y establecidos por las leyes locales para las tareas a realizar.
El manejo de los explosivos debe estar a cargo de personal idóneo o profesional y ser un operario de confianza para la empresa, cualquier error o mal manejo puede ocasionar pérdidas irreparables.