CAPTULO 2. PERFORACIN Y VOLADURA

Este captulo lo divido en tres partes para que se os haga un poco ms llevadero1 Parte, 2 Parte y 3 Parte.

ndice del Captulo completo:

1. Mtodos de Perforacin

2. Varillaje

2.1 Generalidades

2.2 Barrenas integrales

2.3 Equipo cnico

2.3.1 Barrenas cnicas

2.3.2 Barrenas cnicas con extremo de culata roscado

2.4 Varillaje para perforacin de galeras

2.5 Varillaje para perforacin de banqueo y produccin 1 Parte

2.6 Varillaje para el sistema COPROD Lo includo en este pdf

2.7 Varillaje para la perforacin con martillo de fondo

3. Martillos perforadores

3.1 Martillos neumticos manuales

3.2 Martillos en cabeza

3.2.1 Martillos neumticos

3.2.2 Martillos hidrulicos

3.3 Martillos con el sistema COPROD

3.4 Martillos de fondo

4. Equipos de Perforacin a cielo abierto4.1 Carros perforadores con martillo en cabeza

4.1.1. Con martillo neumtico

4.1.2. Con martillo hidrulico

4.2 Carros perforadores con martillo de fondo4.2.1 No autnomos (Sin compresor incorporado)

4.2.2. Autnomos (Con motor y compresor incorporado)

5. Equipos de Perforacin subterrnea5.1 Brazos y Deslizaderas

5.2 Jumbos de avance s/ruedas 2 Parte

5.3 Jumbos de avance s/va

5.4 Equipos de bulonado

5.5 Equipos de produccin

6. Velocidad de perforacin6.1 Velocidad neta de penetracin

6.1.1 Estimacin mediante ensayos

6.1.2 Estimacin a partir de la velocidad conocida

para un dimetro distinto

6.1.3 Frmulas empricas

6.2 Velocidad media de perforacin

7. Explosivos7.1 Tipos de explosivos

7.2 Consumos especficos de explosivo (Tablas

orientativas)7.2.1. En banco a cielo abierto

7.2.2. En zanja

7.2.3 En tnel

8. Perforacin especfica y consumo de explosivo8.1 En banco a cielo abierto

8.2 En zanja

8.3 En tnel

9. Consumo de varillaje por m perforado

(Y estimacin del coste en dos casos concretos) 3 Parte

10. Coste del m3 perforado y volado

(excepto excavacin subterrnea)

10.1 Generalidades

10.2 Datos tcnicos de la perforacin y voladura

10.3 Costes

10.3.1 Equipo de perforacin

10.3.2 Varillaje

10.3.3 Explosivo

11. Vibraciones por voladura

1. Mtodos de Perforacin

Os hago primero una clasificacin de los distintas sistemas de perforacin.

A percusin

Con martillo en cabeza

A rotopercusin Con martillo de fondo

Sistema COPROD (de Atlas Copco)

Mtodo ODEX (Se basa en el escariado continuo, la broca es excntrica y es una perforacin con

martillo en cabeza; el sistema es adecuado para ir entubando el taladro a medida que

Perforacin se va practicando ste; cuando se decida, el equipo gira en sentido contrario un par de

revoluciones, la broca pierde su excentricidad pudindose extraer por el interior de la

tubera de revestimiento).

Rotativa con tricono (Se utiliz en principio en la perforacin de pozos petrolferos)

Rotativa con corona de diamantes (Se utiliza especialmente en trabajos de investigacin, para extraer una muestra

de roca - testigo para su anlisis).

Nota

Repito una vez ms, y lo seguir haciendo a lo largo de este Libro, que una clasificacin dificilmente puede ser perfecta.

Pero tenemos que convivir con la imperfeccin.

Una alternativa puede ser no hacer nunca una clasificacin, pero creo que es peor.

La perforacin a percusin (pura) creo que no existe (ejemplo de la nota que acabo de escribir ).

Porque, incluso cuando intentamos hacer un pequeo taladro golpeando con un martillo sobre un clavo o broca, solemos ir dando pequeos giros

a dicho clavo o broca.

Y el sistema de perforacin ms comn, al menos en nuestro mbito de Obra Civil, es el de rotopercusin .

Otra de las muchas clasificaciones que se pueden hacer es, por ejemplo, la que divide los sistemas de perforacin en

- Perf. neumtica

- Perf. hidrulica

He copiado de Atlas Copco, de su Drilling Method Guide, unos dibujos muy intuitivos. Son los que podeis ver a continuacin.

(No son fotocopias ni recortes, los he copiado a huevo, con las herramientas de dibujo del excel).

El cuarto, rotativa con tricono, es un aadido a los tres de Atlas Copco.

Con martillo en cabeza Con martillo en fondo Sistema COPROD Rotativa

(The tophammer method) (The down the hole method) (The COPROD system) con tricono

T

2. Varillaje (Drilling tools)

Aado a veces, entre parntesis, el nombre en ingls, que suele aparecer en fascculos, en relacin de materiales de empresas fabricantes,

en anuncios, etc.

2.1 Generalidades

Llamemos varillaje a la herramienta que se aade al martillo, en el frente, para poder excavar o hacer los barrenos o taladros (voy a intentar usar

la palabra barreno , parece que en temas de perforacin y voladura se usa ms que la palabra taladro; es posible que a veces se me escape esta ltima).

El varillaje puede constar de una sola pieza (es el caso de las barrenas integrales), o de varias piezas.

Collarn El varillaje, en este caso, consta de una sola pieza

- Barrenas integrales Cada barrena tiene una longitud determinada que no puede variarse.

Culata Boca Las barrenas integrales se agrupan en series, y dentro de cada serie el dimetro

disminuye a medida que aumenta su longitud (el dimetro del barreno disminuye con la

profundidad).

Con estas barrenas slo se llega a dimetros de 35-40 mm.

- Barra roscada

Adaptador Manguito Barra Broca

Con fondo gris intento sealar las partes roscadas.

El varillaje con barra roscada da mucho ms juego.

Permite:

- Utilizar distintos modelos de martillos cambiando el adaptador.

- Utilizar distintos modelos y tamaos de brocas.

- Ir aadiendo barras para perforar barrenos de mayor longitud y sin disminuir el dimetro del mismo.

- Tipos de barra roscada

- Barra roscada con culata integral

(Barra culata) Tiene una culata integral en uno de sus extremos y rosca en el otro, con lo cual se

pueden utilizar con aquellas perforadoras que inicialmente fueron diseadas para

barrenas integrales y se puede hacer con ellas, por ejemplo, un barreno de 3.200 mm

de longitud con un dimetro uniforme de 45 mm.

Los tipos de culata y rosca van implcitos en su denominacin, por ejemplo, H25-R25.

Luego lo veremos.

- Barra de avance

En estas barras, el extremo roscado que conecta con el adaptador tiene mayor dimetro

que el extremo en el que se enrosca la broca.

Los varillajes con este tipo de barra contienen una sola barra; se puede cambiar el

tamao de broca y el tipo de adaptador pero no aadir barras.

Este tipo se utiliza fundamentalmente en la perforacin de tneles.

- Barra de extensin

Estas barras s son empalmables.

Pueden ser cilndricas o hexagonales, y poseen rosca de la misma dimensin en

Hehagonal Redonda ambos extremos.

Su denominacin, R38 por ejemplo, se refiere al tipo de rosca ( R ) y al grosor de la

barra en mm ( 38 ), aunque el n de la denominacin no coincide exactamente con el

espesor en mm de la barra.

Las distintas denominaciones, rosca tipo R, rosca tipo T, etc. tienen que ver

con el paso y el ngulo de perfil de la rosca.

2.2 Barrenas integrales

Culata Barra Boca

L

Boca de bisel vista de frente

Luego veremos que existen las brocas de botones para "barrenas integrales" (que ya pasan a no ser tan "integrales").

En este caso la boca ya no viene solidaria con la barrena ( y va a pasar a llamarse broca en lugar de boca); a una misma barrena se le pueden

acoplar distintas brocas.

A este tipo de varillaje un poco especial con culata y brocas se le designa como equipo cnico (luego lo vemos).

Existen dos tamaos de barrena integral, la de 19 mm y la de 22 mm.

- Barrena integral de 19 mm (3/4")

Estas barrenas tienen:

- Culata hexagonal de 19 mm x 108 mm

- Barra tambin hexagonal de 19 mm

- Boca de bisel

- La seccin de la barra es de este tipo d siendo d = 21,5 mm

Y dentro de este tamao de 19 mm existen varias series:

400 1,3 29 Podis observar que un barreno de 4 m de profundidad, perforado con la serie 21, no

800 2,2 28 tendr el mismo dimetro en toda su longitud sino que disminuir con la profundidad.

1.600 3,9 27 Ahora quizs entendis una frase que escriba antes al hablaros de barras roscadas

2.400 5,7 26 con culata integral:

3.200 7,5 25 ...y se puede hacer con ellas, por ejemplo, un barreno de 3.200 mm de longitud con un

4.000 9,2 24 dimetro uniforme de 45 mm. .

400 1,3 24

800 2,2 23

600 1,7 27

1.200 3,0 26

2.400 5,7 24

400 1,3 35

800 2,2 34

Repito : las barrenas integrales no se empalman.

Para hacer un barreno de 2,4 m de longitud con la serie 24, por ejemplo, se empezara taladrando con la barra de 600 mm, se seguira

con la de 1.200 y se acabara con la de 2.400 mm.

Dentro de cada serie, al ir aumentando la longitud de la barra va disminuyendo un poco el dimetro de la boca .

22

24

25

f de boca

(mm)

Peso aprox.

(kg)

21

SerieLargo L

(mm)

- Barrena integral de 22 mm (7/8")

Estas barrenas tienen:

- Culata hex. de 22 mm x 108 mm

- Barra tambin hexagonal de 22 mm

- Boca de bisel

- La seccin de la barra es de este tipo d siendo d = 25 mm

Y dentro de este tamao de 22 mm existen tambin varias series, que no detallo pero s resumo.

Desde Hasta Desde Hasta Desde Hasta

11 800 7.200 3,0 22,9 34 26

12 800 8.000 3,0 25,3 40 31

13 400 2.000 1,8 6,7 34 30

16 600 2.400 2,4 8,0 35 32

2.3 Equipo cnico

Existen dos tipos

- Barrenas cnicas

- Barrenas cnicas con extremo de culata roscado

2.3.1 Barrenas cnicas

Broca de botones

L Broca en cruz

En este tipo las tenemos de dos tamaos: de 22 mm y de 25.

f de boca (mm)Serie 11

Largos de barrena (mm) Pesos aprox. (kg)

- Barrenas cnicas de 22 mm ( 7/8" ) hex.

Culata de 22 mm hex. x 108 mm

Cono de 7, 11 y 12

400 1,7

800 2,9

1.830 6,0

2.000 6,5

2.435 7,8

3.050 9,9

3.200 10,1

4.000 12,7

Las barrenas de cono 11 y cono 12 no detallo pero s resumo.

Desde Hasta Desde Hasta Desde Hasta

11 610 8.000 2,4 24,9 32 41

12 610 8.000 2,3 24,8 27 41

- Barrena cnica de 25 mm ( 1" ) hex.

Culata de 25 mm hex. x 159 mm

Cono de 12

Largo L

(mm)

Peso aprox.

(kg)

Brocas a utilizar

f en mm

f de boca (mm)

Cono 12

30 - 32 - 35

Largos de barrena (mm) Pesos aprox. (kg)Cono

Peso aprox.

(kg)

Cono 7

Brocas a utilizar

( f en mm)

3.965 15,3

Largo L

(mm)

35 - 38

2.3.2 Barrenas cnicas con extremo de culata roscado

R32 Hex. 25 mm 12

2.475 9,7

Seccin de barra 28,5 mm 2.780 10,5

3.090 12,0

3.400 13,2

R32 Hex. 28 mm 12

2.000 10,2

Seccin de barra 32 mm 2.600 13,5

2.800 14,3

Nota

Las brocas de botones se fabrican con un dimetro algo mayor que la dimensin dada: de 0,5 a 1 mm ms.

Una broca de 36 mm medir como mnimo 36,5 mm de nueva. Esto se hace por el rpido desgaste inicial de los botones.

Cuando tenga importancia, se ha de tener tambin en cuenta que el dimetro del barreno resultante ser, segn la composicin de la roca, de 1 a 3 mm mayor que

el de la broca (es importante conocer este dato en los barrenos para pernos o bulones de entibacin).

Peso aprox.

(kg)

Peso aprox.

(kg)

Largo L

(mm)

Largo L

(mm)

2.4 Varillaje para perforacin de galeras

R25 mm (1") para broca de rosca 25 mm Barra culata Broca de botones

22, 25 y 28 mm R25 mm

L

Adaptador Manguito Barra de avance, hex. Broca en cruz

R32 mm R32 mm R32 mm 25 mm R25 mm

L Equipo de escariado

Distintos tamaos de barras (siempre para broca de rosca 25 mm):

- Barra culata

108 mm Hex. 22 mm R25 mm

265 - 610 - 760 - 1000

1200 - 1830 - 2435 - 3200

159 mm Hex. 25 mm R25 mm

255 - 3200 - 3700

159 mm Hex. 28 mm R25 mm Todas las brocas son de

2700 rosca R25, lgicamente

- Barra de avance, hexagonal

R32 mm Hex. 25 mm R25 mm

2100 - 2400 - 2600 - 2675

2800 - 2750 - 3090 - 3700

Largos L (mm)Brocas a utilizar

( f en mm)

33 - 35 - 37

38 - 41 - 45

R28 mm (1 1/8") Broca de botones

Broca gua

Adaptador Manguito Barra de avance hex.

Broca en cruz

R28 mm

Equipo de escariado

Distintos tamaos de barra (siempre para broca de rosca 28 mm):

R 32 mm Hex 28 mm R28 mm

Todas las brocas son de

R 38 mm Hex 28 mm R28 mm rosca R28, lgicamente

R 32 mm Hex 32 mm R28 mm

R 38 mm Hex 32 mm R28 mm

2400 - 2750 - 3090 - 3700

2900 - 3090 - 3700 - 4310

3090

Brocas a utilizar

( f en mm) Largos L (mm)

37 - 38 - 41

43 - 45 Dimetros de escariado:

64 - 76 - 89

102 - 127

2475

4000 - 4310 - 4920

Existen tambin las series R32 mm y R35 mm , que resumo a continuacin.

Desde Hasta Desde Hasta

Barra de avance hexag.

Barra de avance redonda 2.400 6.100 41 102 89 127

Barra MF hexagonal

Barra de avance hexag.

Barra de avance redonda

Barra MF hexagonal

Barra MF redonda

2.5 Varillaje para perforacin de banqueo y produccin

Diversos esquemas

Barra culata (hex.) Slo en la serie R25 mm

Barra de extensin, hexagonal

Barra de extensin, redonda

Barra de avance, redonda

Barra MF, hexagonal

D

Seccin de barra hexagonal.. ... d

Seccin de barra redonda. ... d

127

Brocas a utilizar

( f en mm)

48 102

R32 mm

Serie

R35 mm 3.700 89

Dimetros de escariado

6.100

Largos L (mm)Tipos de barras

R25 mm (1")

Tipo d (mm)

Hex 22 24,8

Hex 25 28,5

1830 - 2435 - 3050

MF, hex 25 28,5

Existen tambin las series R28 mm, R32 mm , R/FI 38 mm, FI 45 mm y FI 51 mm , que resumo a continuacin.

Desde Hasta

Hexagonal

MF hexagonal

Redonda

MF redonda

Hexagonal 1.220 3.050

MF redonda 915 5.530

Hexagonal 3.050 3.660

MF redonda 1.525 6.095

Redonda 3.050 6.095

Redonda 3.660 6.095

MF redonda 1.830 6.095

Rosca atrs Rosca adelanteBrocas a utilizar

( f en mm)

38 - 41 - 45 - 51

1220 R25

R25

R25

R25

Barra

R25

B culata Hex

22 Culata de 108 mm de long

Culata de 159 mm de long

255 - 3200 - 3700

2700

265 - 610 - 760 - 1000

R25

B culata Hex

25

1200 - 1830 - 2435 - 3200

Culata de 159 mm de long

Longitudes L (mm)

R25

R25

R25915 - 1000 - 1220 - 1525

610 - 1220

B culata Hex

28

38

3.660 48

48

Serie Tipos de barrasLargos L (mm) Brocas a utilizar

( f en mm)

R28 mm 3.050 3.050

FI 45 mm 70 115

64

FI 38 mm 64 102

R32 mm 915

FI 51 mm 89 127

Perforacin con Tubos TDS Broca de botones

Adaptador Tubo de extensin Tubo de extensin

Broca escariadora

L

L (mm) Peso (kg) f ext (mm)

1525 34 76

1830 40 76

3660 76 76

1525 38 87

1830 45 87

3660 81 87

6100 134 87

2.6 Varillaje para el sistema COPRODCome se vi al comienzo de este captulo, el varillaje se compone fundamentalmente de un tubo exterior, que es el que gira, y de una barra por

el interior del tubo, que es la que transmite la percusin.

Hay otra serie de elementos que completan el varillaje (adaptador de tubo, gua de barra, tubo-broca, barra-broca, anillo de tope, etc.).

Se resumen a continuacin los modelos de tubo-varillaje y los tamaos de broca disponibles para cada uno.

105 - 110 - 115 - 127

Brocas a utilizar

( f en mm)

89 - 102 - 152

Tubo

Tipo

TDS 76

de rosca ST 58

Longitud del tubo/barra

principales

mm

TDS 87

de rosca ST 68

Modelo de varillaje

COPROD 76

COPROD 89

3660 90 - 95 - 102 - 105

115 - 127 - 140

140 - 152 - 165

Brocas disponibles

f en mm

7500

5000 140

300

5000

7500

102 - 115 - 127

140 - 152

Longitud aprox. del

varillaje completo

mm

6100

3660

COPROD 127 6100 385

COPROD 102

Peso varillaje completo

kg

170

2.7 Varillaje para la perforacin con martillo en fondo(Down the hole drilling equipment) Tubo de perforacin

Del folleto..Accesorios de perforacin

SECOROC

(Una compaa del Grupo Atlas Copco)

En la perforacin con martillo de fondo se emplean unos determinados martillos, unos tubos de perforacin especficos y una serie de brocas

hasta dimetros importantes.

Voy a relacionar slo algunos para que tengais una idea.

Brocas

f exterior Peso / Long f exterior Largo L f(mm) (kg / mm) (mm) (mm) (mm)

No tengo datos

COP 64.2 142 95 / 1213 114 1000 - 6000 152254

COP 44 98 38 / 958 76 / 102 1000 - 3000 105140

COP 32 77 23 / 849 70 - 76 1500 - 3000 85100

L

Martillos Tubos de perforacin

Marca_Modelo

COP 84. 2 L 160 139 /1230 203254

Ingersoll-R DHD 112 160 311...445

3. Martillos perforadores (rock drills)

Nota importante:

A continuacin voy a mostraros martillos neumticos y martillos hidrulicos. Los primeros funcionan con aire a presin y los segundos con aceite

a presin (a este aceite se le suele llamar lquido hidrulico).

Pero tened en cuenta que todos los equipos de perforacin necesitan aire a presin, independientemente de que el martillo sea neumtico o

hidrulico.

Si el equipo de perforacin lleva martillo neumtico , necesitar aire para hacerlo funcionar, pero tambin para el barrido del barreno: aire a

presin que continuamente se va inyectando en el fondo de dicho barreno y que va sacando al exterior el detritus de la perforacin.

Si el equipo de perforacin lleva martillo hidrulico , no se necesitar aire para el martillo pero s para el barrido.

Hay equipos de perforacin, la mayora, que ya llevan incorporado el compresor de aire. En caso contrario hay que aadir al equipo de perforacin

otra mquina, el compresor de aire.

3.1 Martillos neumticos manuales

(Pneumatic handheld rock drills)

Peso

kg L/s m3/min

RH 572E..23 37 2,2

RH 658L24 58 3,5

BBD 15E16 22 1,3

RD160 17

RD240 23

RD620 13

3.2 Martillos en cabeza (Top hammer)

3.2.1 Martillos neumticos

(Pneumatic rock drills)

kg L/s m3/min kW

BBC 120F. 69 175 10,5 7,2

COP 131EB 179 258 15,5 11,1

VL 140 191 354 21,2 9,3

Consumo de aire

19 x 108 / 22 x 108

Consumo de aire a 6 bar Barrena hex

mm

22 x 108

22 x 108

48 - 76

mm

Rango de dimetros de

perforacin

R32, R38, T38

Modelo

Peso VarillajePotencia de

impacto

R32, T38 48 - 89

Tipo

Atlas Copco

64 - 102T38, T45

Modelo

Atlas Copco

Sandvik

3.2.2 Martillos hidrulicos (*)

(Hydraulic rock drills)

kg kW

COP 1022HF. 55 5

COP 1028.. 51 6

COP 1032 Serie.. 112 7,5 / 10

COP 1238 Serie.. 151 14 / 18

COP 1240.. 185 12

COP 1640.. 193 16

COP 1840. 184 19

COP 2550CR 242 25

COP 2560 187 25

COP 1838 171 20

COP 4050ME 390 40

HC - 109RP (Montabert) 18

HEX 1.. 5,5

HL 300. 8,0

HL 510. 15,5

HL 810 T. 21

(*) Funcionan con una presin hidrulica de 200 bar aprox.

3.3 Martillos con el sistema COPROD

kg kW

COP 2550CR. 242 25

COP 4050CR 435,00 40

mm

23 - 45

23 - 45R28, R32

76/87 mm tubes

T38, T45

T51, T60

64 - 104

COPROD 76 y 89

T51

H22, H25

Tipo

Varillaje

90 - 127

Tipo mm

45 - 89

VarillajePotencia de

impacto

Rango de dimetros de

perforacin

51 - 102

T51

Ext. 45, 51 mm

89 - 127

R32, T38, T45

Rango de dimetros de

perforacin

Potencia de

impacto

Sandvik

76 - 115T38, T45, T51

89 - 127

ModeloPeso

Peso

R32, R38, T38

38 - 89R32, R38, T38, T45

R32, T38, T45

R32, T38, T45, T51

105 - 180

Modelo

Atlas Copco

Atlas Copco

HL 1560 T51/60 mm MF rods

33 89 - 152

COPROD 89-102-127-140

89 - 140

Ext. 32, 38, 45 mm

Ext. 25, 28, 32 mm

Integral 19, 22, 25 mm

HL 1060 T 2551/60 mm MF rods

76/87 mm tubes

76 - 127

51 - 89

38 - 64

22 - 45

35 - 64

90 - 127

45 - 89

3.4 Martillos de fondo Estos martillos son neumticos(DTH hammers)

kg mm 10 15 20 25 30

COP 34 ( COP 32) 27 84 90 110 180 210 -

TD 35.. 30 79 90 110 180 210 -

COP 44 ( COP 42) 38 98 100 155 215 295 -

COP 54 ( COP 52) 66 120 150 220 310 400 495

COP 64 ( COP 62) 96 142 150 280 395 500 610

RH 550 100 - 150 400

El martillo de perforacin va en este caso en el fondo del barreno; en el otro extremo del varillaje, en cabeza, va la unidad de rotacin, que es la

que hace girar a la tubera.

Las unidades de rotacin pueden ser neumticas o hidrulicas.

Las unidades de rotacin de Atlas Copco para martillos de fondo cubren un rango de dimetros de perforacin de 70 - 254 mm y llegan a un

par de rotacin de hasta 6.400 Nm.

- Unidades de rotacin neumticas

kg 20 40 60 0 20 40 60

DHR 45A. 125 60 90 100 1.500 1.050 650 100

DHR 56A 235 120 175 210 3.200 2.100 1.000 50

- Unidades de rotacin hidrulicas

Peso Par mx. Pres mx veloc mx

kg Nm bar r.p.m.

DHR 45 H.. 3", 4", 5" 111 2.200 175,00 80,00

DHR 6 H45 3", 4" 180 3.000 175,00 136,00

DHR 6 H56. 5", 6" 180 3.900 210,00 107,00

DHR 6 H68. 4", 5", 6" 180 5.100 175,00 68,00

DHR 6 H78. 6" 180 6.400 175,00 54,00

Modelo

Presin (bar)

PesoConsumo de aire (L/s a 6-8 bar) segn

revoluciones por minutoPar de rotacin (Nm) segn revoluciones por minuto

Rango de dimetros de

broca recomendados

mm

Consumo de aire (L / s)

Modelo de martilloPeso f exterior

90 - 165

Atlas Copco

Atlas Copco

Atlas Copco

Para mart.

de fModelo

156 - 178

92 - 105

Sandvik

92 - 105

110 - 125

134 - 152