01_Metodos de perforacion

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Capítulo 1
METODOS DE PERFORACION DE ROCAS
1. INTRODUCCION
La perforación de las rocas dentro del campo de las
voladuras es la primera operación que se realiza y tiene
como finalidad abrir unos huecos, con la distribución y
geometría adecuada dentro de los macizos, donde alo-
jar a las cargas de explosivo y sus accesorios inicia-
dores.
Los sistemas de penetración de la roca que han sido
desarrollados y clasificados por orden de aplicación son:
A -Mecánicos. Percusión
. Rotación. Rotopercusión
B -Térmicos . Soplete o lanza térmica. Plasma. Fluido caliente
. Congelación
C -Hidráulicos. Chorro de agua. Erosión
. Cavitación
D -Sónicos .Vibración de alta frecuencia
H -Nucleares . Fusión
. Fisión
A pesar de la enorme variedad de sistemas posibles
de penetración de la roca, en minería y obra pública la
perforación se realiza actualmente, de una forma casi
general, utilizando la energía mecánica. Por este moti-
vo, en el presente manual se tratarán exclusivamente
los métodos mecánicos, pasando revista a los funda-
mentos, útiles y equipos de perforación de cada uno de
ellos.
Los componentes principales de un sistema de perfo-
ración de este tipo son: la perforadora que es la fuente
de energía mecánica, el varillaje que es el medio de
transmisión de esa energía, la boca que es el útil que
ejerce sobre la roca dicha energía y el fluido de barrido
que efectúa la limpieza y evacuación del detrito produ-
cido.
2. TIPOLOGIA DE LOS TRABAJOS DE
PERFORACION EN EL ARRANQUE CON
EXPLOSIVOS
Dentro de la amplia variedad de los trabajos de exca-
vación con explosivos, se han desarrollado un gran nú-
mero de máquinas que dan lugar a dos procedimientos
de perforación:
A. Pertoración manual. Se lleva a cabo con equipos li-
geros manejados a mano por los perforistas. Se utili-
za en trabajos de pequeña envergadura donde por
las dimensiones no es posible utilizar otras máquinas
o no está justificado económicamente su empleo.
B. Perforación mecanizada. Los equipos de perfora-
ción van montados sobre unas estructuras, de tipo
mecano, con las que el operador consigue controlar
todos los parámetros de la perforación desde unas
posiciones cómodas. Estas estructuras o chasis pue-
den ir montadas sobre neumáticos u orugas y ser au-
tomotrices o remolcables.
Por otro lado, los tipos de trabajo, tanto en obras de
superficie como subterráneas, pueden clasificarse en
los siguientes grupos:
A. Perforación de banqueo. Es el mejor método para
lavolad urad erocasyaq uesed ispo nedeu nfrente Iibre
para la salida y proyección del material y permite una
sistematización de las labores.
Se utiliza tanto en proyectos de cielo abierto e interior
con barrenos verticales, generalmente, y también hori-
zontales, en algunos casos poco frecuentes.
B. Perforación de avance de galerías y túneles. Se
necesita abrir un hueco inicial o cuele hacia el que
sale el resto de la roca fragmentada por las demás
cargas. La perforación de los barrenos se puede lle-
var a cabo manualmente, pero la tendencia es hacia
la mecanización total con el empleo de jumbos de
uno o varios brazos.
15
E -Químicos . Microvoladura.Disolución
F -Eléctricos .Arcoeléctrico.
. Inducción magnética 4'
G-Sismicos . Rayo Láser
C. Perforación de producción. Este término se utiliza
en las explotaciones mineras, fundamentalmente
subterráneas, para aquellas labores de extracción
del mineral. Los equipos y los métodos varían según
los sistemas de explotación, siendo un factor común
el reducido espacio disponible en las galerías para
efectuar los barrenos.
D. Perforación de chimeneas. En muchos proyectos
subterráneos de minería y obra pública es preciso
abrir chimeneas. Aunque existe una tendencia hacia
la aplicación del método Raise Boring, aún hoy se
utilizael método de barrenos largos y otros sistemas
especiales de perforación combinados con las vola-
duras.
E. Perforación de rocas con recubrimiento. La perfo-
ración de macizos rocosos sobre los que yacen le-
chos de materiales sin consolidar obligan a utilizar
métodos especiales de perforación con entubado.
También se emplean en los trabajos de perforación y
voladuras submarinas.
F. Sostenimiento de rocas. En muchas obras subte-
rráneas y algunas a cielo abierto es necesario reali-
zar el sostenimiento de las rocas mediante el bulona-
do o cementado de cables, siendo la perforación la
fase previa en tales trabajos.
3. CAMPOS DE APLlCACION DE LOS
DIFERENTES METODOS DE
PERFORACION
Los dos grandes métodos mecánicos de perforación
de rocas son los rotopercutivos y los rotativos.
- Métodos rotopercutivos. Son los más utilizados en
casi todos los tipos de roca, tanto si el martillose si-
túa en cabeza como en el fondo del barreno. .
- Métodos rotativos. Se subdividen a su vez en dos
grupos, según que la penetración se realice por tritu-
ración, empleando triconos, o por corte utilizando bo-
cas especiales. El primer sistema se aplica en rocas
de dureza media a alta y el segundo en rocas blan-
das.
Atendiendo a la Resistencia a Compresión de las ro-
cas y al diámetro de perforación, se pueden delimitar los
campos de aplicación de los diferentes métodos tal
como se refleja en la Fig1.1.
Por otro lado, según el tipo de trabajo que se realice
en minería u obra pública de superficie los equipos que
más se utilizany diámetros más comunes para las vola-
duras en banco se recogen en la Fig. 1.2.
Figura 1.1. Campos de aplicación de los métodos de perforación en función de la resistencia de las rocas y
diámetros de los barrenos.
Del mismo modo, se reflejan en la Fig. 1.3 los equipos
más frecuentes en los distintos métodos de minería
subterránea y datos característicos de la perfora-
ción.
Otros criterios que intervienen en la selección de los
16
equipos de perforación son: económicos, de diseño me-
cánico, mantenimiento y servicio, capacidad operativa,
adaptabilidad a los equipos de las explotaciones y a las
condiciones del área de trabajo, (accesibilidad, tipo de
roca, fuentes de energía, etc.)
MARTillO EN CABEZA
'O
«Cl.
500 ..
u::'0-
c::w
«.J 400
.JCl.::. MARTilLO ENW(f;Q 300 FONDO
U(J)zw 200 -wc::
/I-Cl. ROTACION CON TRICONO(J)::'-o
/(J)U 100W
0::«
I
ROTACION CON TREPANO
DIAMETRO
(PuIQ) 1" 1 1/2" 2" 3'" 3 1/2" 5" 6" 9" 12" 15"
BARRENO
(mm) 22 3338 41 51 64 76 89 127 152 230 300 381
<r
RANGO DE PERFORADO<I4S.""""-ES
" OAHCO'"""DES 4LTASPtOOOuce.-.
APLICACION
IANeOSPEDUEIio.
.. ....cos ... DIOS..1( ..
/
/
METOOO DE EXPLOTACION
TECNICA DE
PERFORACION
y VOLADURA
/
EQUIPO DE
PERFORACION
APLICABLE
/
D4TDS DE PERFORACION
- TI PO DE BOCA
./
. DIAMETRO DE PERFORACION
1
38 - 48Imm)
. PROFUNDIDADDELBARRENO 3.0- 5.5
1m)
/
RENDIMIENTO DEL EQUIPO
DE PERFORACION (m / h I
-CON MARTILLO NEUMAT.cO
- CON MARTILLO HIDRAULICO I ea - 110
PERFORACION +VOLADURA
/
- RENDIMIENTO DE ARRANQUE
1m' Iml)
./
./
METODOS DE
PERFORACION
EN BANCO
~.)y,,¡
,\\\~,~,
OBRAS DE
CONSTRUCCION
MINERIA A
CIELO ABIERTO
Figura 1.2.
PERFORACION ROTOPERCUTIVA
MARTI llO
EN CABEZA
MARTillO
EN FONDO
TRITURACION
PERFORACION ROTATIVA
CORTE
180-2DOmm
poco eomun)
~
¡g¡
180-200 mm
poco eomun)
j j
80-440 mm
13'" -17"'"
i
80-251 mm
13'.-9'.,
~
Métodos de perforación en trabajos a cielo abierto (Atlas Copco).
CAMARAS y PILARES
,~ l
~
i, .)
d
27.127 mm
"'-S')
76."6 mm
138' "1
I
11
~j
,.-,
.....
Q ~
CAMARAS ALMACEN CORTE Y RELLENO
~
1=:§m
"..
I
~'
I
~-
I
~
~
l\\
I
~=
PORGALER'AS - -~ . ~~-- -
~
-
~ ,. BANQUEO
-. -1 VERTICAL
BANQUEO
HORIZONTAL
PERFORACION ! PERFORACION IPERFORAClON IPERFORAClON
~~~~~CD:LNTEI~~~~:~~~;~ VERTICAL HORIZONTAL
~ lli ..,,¡&::. \1 nl'W
JUMBO PARA
I
CARRO SOBRE
I
VAGON
I
JUMBO PARA
I
,"RFORADORA
I
PERFORADORA
PERFORAC'ON ORUGAS PERFORADOR PERFORACI?N MANUAL CON MANUAL CON
DE GALER'AS DE GALER'AS COLUMNA'EMPUJADOR
*@I *@I§ .I*"~
64-76 33- 38
SISE REQU'ERA 3.0- 4.0
60-75 15 -25 20-40
125- 35) n,
1.5- 2.0 3.0- 4.0 0.9-1.2
El ==
HUNDIMIENTOPOR
SUBNIVELES
'w~
PERFORAClON
EN ABANICO
UN' DAD DE
PERFORAClON
C,RCULAR
. ~
SUBNIVELES CON
BARRENOS ENABANICO
IJ
PERFORAClO. CIRCULAR
O EN ABANICO
*It
SUBNIVELES CON
BARRENOS PARALELOS
iVC_R , LBH)
nn
--
./!{rr
BARRENOS PARALELOS
~
UN'OAO CON
I
UN'DAO ESPE-
¡
VAGON SOBRE ORUGAS CON
BARRA,BRAZO ClAL PARA MARTILLO EN FONDO DE
DE PERFORA- PERFORACION ALTA PRESION
CION EN ABANICO
@I ~I* ~
48- 51 4B- 51164)
.
38-48 29-33 29-33 48-511641
12 -15
200 - 240
240 - 300
LB-2.3
15-20 15-253.0- 4.0 2.0- 2.5 2.0 - 3.5
50-60 100 - 12060-70 8-12 10-15
no 120 - IBD90-110 n, n,
1.5-2.5 1.5 -2.5
1.0-1.4 0.7 -0.9 0.7 -0.9
Figura 1.3. Métodos de perforación en trabajos de explotación subterráneos (Atlas Copco).
@ AW
105 - 115 152- 165
50-60 50-60
50 50
"' no
B-1O 14-18
17
Jll
'9-127mm I 76-216mm13'"-S) I 13'-8"'1
"
¡I
g Id li
4. CLASIFICACIONDE LAS ROCASY
PROPIEDADESFISICASPRINCIPALES
La perforación de barrenos se realiza, casi en la totali-
dad de los casos, en masas rocosas, por lo que es inte-
resante antes de iniciar una obra conocer los diferentes
tipos de materiales que se presentan y sus ~ropiedades
básicas.
Estas características de las rocas dependen en gran
medida de su origen, por lo que a continuación se des-
criben los tres grandes grupos que existen.
4.1. Clasificación de las rocas por su origen
4.1.1. Rocas ígneas
Las rocas ígneas son las formadas por solidificación
de una masa fundida, mezcla de materiales pétreos y de
gases disueltos, denominada magma. Si la roca se ha
enfriado en contacto con el aire o el agua de la superfi-
cie terrestre, se la clasifica como roca ígnea "extrusiva"
o volcánica. Cuando el magma se enfría por debajo de
la superficie terrestre se forma una roca ígnea "intrusi-
va" o plutónica.
La velocidad de enfriamiento del magma da lugar a
que los minerales cristalizados tengan tamaños de gra-
no grandes si es lenta y pequeños si es rápida. En el pri-
mer caso se forma una roca denominada pegmatita y en
el segundo una aplita. Un caso intermedio lo constituye
el pórfido,en el que se observan grandes cristales den-
tro de una masa o matriz de grano fino. Los tres tipos se
encuentran generalmente en forma de diques con po-
tencias de uno a decenas de metros. El caso más nor-
mal es el de una velocidad de enfriamiento moderada,
que da lugar a una roca masiva con un tamaño de grano
medio, de 1 a 5 mm.
Durante el proceso de enfriamiento de un magma su
composición varía, pues se produce una cristalización
fraccionada, de acuerdo con la presión y temperatura de
@G~ ,.l1li v../,°'"
Figura 1.4. Ciclo geológico de las rocas.
18
cada momento. También, el líquido residual puede reac-
cionar con los minerales ya solidificados y cambiar su
contenido químico. Además, la composición química ori-
ginal de los magmas puede haber sido muy distinta.
Las diferentes condiciones físicas y químicas que se
dan durante la solidificación de un magma hacen que
exista una gran variedad de rocas ígneas. Ellas están
formadas por diferentes minerales, de diversos tamaños
y agrupados de distintas formas, dando por resultado
que sus características físicas y químicas sean muy he-
terogéneas. Por lo tanto, su comportamiento ante la
fragmentación, corte, desgaste y meteorización puede
ser variado; aunque las rocas ígneas sin meteorizar, a
efectos de su perforación, son todas duras y compactas.
Si la roca tiene un contenido en SiO2superior al 62%,
geoquímicamente se la denomina ácida, entre ese valor
y el 52% intermedia, entre 45 y 52% básica, y finalmente
con valores menores del 45% es ultrabásica. En el mis-
mo sentido que las rocas ígneas son más pobres en síli-
ce, a la vez son más ricas en silicatos ferromagnesia-
nos. Las ácidas son más abrasivas y duras que las bási-
cas; pero éstas últimas son más densas y resistentes al
impacto que las primeras.
4.1.2. Rocas metamórficas
Las rocas metamórficas son las originadas por impor-
tantes transformaciones de los componentes mineraló-
gicos de otras rocas preexistentes, endógenas o exóge-
nas. Estos grandes cambios se producen por la necesi-
dad de estabílizarse sus minerales en unas nuevas con-
diciones de temperatura, presión y quimismo.
Estas rocas son intermedias en sus características fí-
sicas y químicas, entre las ígneas y las sedimentarias,
pues presentan asociaciones de minerales que pertene-
cen a los dos tipos. Así se encuentran en ellas minera-
les, como el cuarzo, los feldespatos, las micas, los anfí-
boles, los piroxenos y los olivinos, esenciales en las ro-
cas ígneas, pero no tienen feldespatoides. Como en las
rocas sedimentarias, pueden tener calcita, dolomita, síli-
ce y hematites; pero no tienen minerales evaporíticos.
También, aparecen en ellas minerales comunes a los
dos tipos, como son: la turmalina, el zircón, la magneti-
ta, el topacio y el corindón; todos ellos son minerales
. muy estables en cualquier medio exógeno o endógeno.
Existe una serie de minerales, que son muy específi-
cos de las rocas metamórficas, pudiendo formar parte
de los granos de las rocas detríticas, debido a su estabi-
" lidad en los ambientes exógenos y otros son a la vez
productos de alteración meteórica de minerales de ro-
cas endógenas. Realmente la meteorización es un pro-
ceso de transformación mineralógica con carácter físico
y químico, pero a temperatura y presión bajas.
4.1.3. Rocas sedimentarias
Las rocas sedimentarias se forman por la acumula-
ción de restos o detritus de otras rocas preexistentes,
por la precipitación química de minerales solubilizados o
por la acumulación de restos de animales o vegetales.
En el primer caso se producen los sedimentos detríti-
cos como son las gravas, conglomerados y arenas en
cuya precipitación interviene la gravedad. En el segundo
se encuentran, por ejemplo, las evaporitas o rocas sali-
nas precipitadas por la sobresaturación de una salmue-
ra sometida a una intensa evaporación. Las terceras
son las acumulaéiones de conchas, esqueleto¡; de ani-
males o restos de plantas, como son las calizas conchí-
feras, los corales y el carbón. Este último grupo se sub-
divide en bioquímicas organógenas y bioquímicas mine-
rales, según que sus componentes sean de la química
orgánica o de la inorgánica. En el primer caso están los
carbones y el petróleo, y en el segundo las calizas, dolo-
mías y rocas fosfáticas.
En una primera clasificación de las rocas sedimenta-
rias se tiene en cuenta su proceso de formación, des-
pués se consideran los tamaños de los granos, las ca-
racterísticas de la unión de los mismos, además de los
tipos y cantidades de sus minerales componentes.
4.2. Propiedades de las rocas que afectan
a la perforación
Las principales propiedades físicas de las rocas que
influyen en los mecanismos de penetración y consecuen-
temente en la elección del método de perforación son:
- Dureza.
- Resistencia.
- Elasticidad.
- Plasticidad.
- Abrasividad.
- Textura.
- Estructura.
- Características de rotura.
4.2.1. Dureza
Se entiende por dureza la resistencia de una capa ~u-
perficial a la penetración en ella de otro cuerpo más
duro.
En una roca es función de la dureza y composición de
los granos minerales constituyentes, de la porosidad de
la roca, del grado de humedad, etc.
La dureza de las rocas es el principal tipo de resisten-
cia a superar durante la perforación, pues cuando se lo-
gra la penetración del útil el resto de las acciones se de-
sarrollan más fácilmente.
Las rocas se clasifican en cuanto a su dureza por me-
dio de la "escala de Mohs", en la que se valora la posibic
lidp.d de que un mineral pueda rayar a todos los que tie-
nen un número inferior al suyo. Tal como se refleja en la
Tabla 1.1 existe una cierta correlación entre'la dureza y
la resistencia a la compresión de las rocas.
TABLA 1.1
4.2.2. Resistencia
Se llama resistencia mecánica de una roca a la pro-
piedad de oponerse a su destrucción bajo una carga ex-
terior, estática o dinámica.
Las rocas oponen una resistencia máxima a la com-
presión; comúnmente, la resistencia a la tracción no
pasa de un 10 a un 15% de la resistencia a la compre-
sión. Eso se debe a la fragilidad de las rocas, ala gran
cantidad de defectos locales e irregularidades que pre-
sentan y a la pequeña cohesión entre las partículas
constituyentes,
La resistencia de las rocas depende fundamentalmen-
te de su composición mineralógica. Entre los minerales
integrantes de las rocas el cuarzo es el más sólido, su
resistencia supera los 500 MPa, mientras que la de sili-
catos ferromagnésicos y los aluminosilicatos va-
rían de 200 a 500 MPa, y la de la calcita de 10 a
20 MPa. Por eso, conforme es mayor el contenido de
cuarzo, por lo general, la resistencia aumenta.
La resistencia de los minerales depende~del tamaño
de los cristales y disminuye con el aumento de éstos.
Esta influencia es significativa cuando el tamaño de los
cristales es inferior a 0,5 mm.
En las rocas la influencia del factor tamaño en la re-
sistencia es menor, debido a que también intervienen
las fuerzas de cohesión intercristalinas. Por ejemplo, la
resistencia a la compresión de una arenisca arcosa de
grano fino es casi el doble que la de granos gruesos; la
del mármol constituido por granos de 1 mm es igual a
100 MPa, mientras que una caliza de granos finos - 3 a
4 IJ.m- tiene una resistencia de 200 a 250 MPa.
Entre las rocas sedimentarias las más resistentes son
las que tienen cemento silíceo. En presencia de cemen-
to arcilloso la resistencia de las rocas disminuye de ma-
nera brusca.
La porosidad en rocas con una misma litología confor-
me aumenta hace disminuir la resistencia, puesto que
simultáneamente disminuye el número de contactos de
~~~ ROCAS SEDIMENTARIAS
60
ROCAS
METAMORFICAS
ROCAS
IGNEAS
100
'"
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I
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cr
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UJ
o..
400
NOTA: RCS = Resistencia a la Compresión Simple
Figura 1.5. Resistencias a la compresión más Trecuente de
los diferentes tipos de rocas.
19
CLASIFICACION DUREZA MOHS RESISTENCIAA LA
COMPRESION(MPa)
Muy dura +7 + 200
Dura 6-7 120 - 200
Medio dura 4,5 - 6 60 - 120
Medio blanda 3 - 4,5 30 - 60
Blanda 2-3 1O- 30
Muy blanda 1 - 2 -10
las partículas minerales y las fuerzas de acción recípro-
cas entre ellas.
En la resistencia de las rocas influye la profundidad a
la que se formaron y el grado de metamorfismo. Así; la
resistencia de las arcillas yacentes cerca de la superfi-
cie terrestre puede ser de 2 a 10 MPa, mientras que las
rocas arcillosas, que fueron sometidas a un cierto meta-
morfismo pueden alcanzar los 50 - 100 MPa.
Por otro lado, la resistencia de las rocas anisotrópicas
depende del sentido de acción de la fuerza. La resi$ten-
cia a compresión de las rocas en el sentido perpendicu-
lar a la estratificación o esquistosidad es mayor que en
un sentido paralelo a éstas. El cociente que suele obte-
nerse entre ambos valores de resistencia varía entre 0,3
y 0,8, Y sólo para rocas isotrópicas es igual a 1.
En la Fig. 1.5, se indican los intervalos frecuentes de
resistencia a la compresión de los diversos tipos de
rocas.
4.2.3. Elasticidadu
La mayoría de los minerales constituyentes de las ro-
cas tienen un comportamiento elástico-frágil, que obe-
dece a la Ley de Hooke, y se destruyen cuando las ten-
siones superan el límite de elasticidad.
Según el carácter de deformación, en función de las
tensiones provocadas para cargas estáticas, se consi-
deran tres grupos de rocas 1) Las elasto-frágiles o que
obedecen a la Ley de Hooke, 2) Las plástico-frágiles, a
cuya destrucción precede la deformación plástica;
3) Las altamente plásticas o muy porosas, cuya defor-
mación elástica es insignificante.
Las propiedades elásticas de las rocas se caracteri-
zan por el módulo de elasticidad "E" y el coeficiente de
Poisson "y". El módulo de elasticidad es el factor de pro-
porcionalidad entre la tensión normal en la roca y la de-
formación relativa correspondiente, su valor en la mayo-
ría de las rocas varía entre 0,03 . 104Y 1,7' 105MPa, de-
C<l'
10 20 30 40 50 60
DEFORMACION, mm (x106)
Figura 1.6. Curvas de tensión-deformación de diferentes
tipos de rocas.
20
pendiendo fundamentalmente de la composición mine-
ralógica, porosidad, tipo de deformación y magnitud de
la carga aplicada.
Los valores de los módulos de elasticidad en la mayo-
ría de las rocas sedimentarias son inferiores a los de los
minerales correspondientes que los constituyen. Tam-
bién influyeen dicho parámetro la textura de la roca, ya
que el módulode elasticidad en la dirección de la estrati-
ficación o esquistosidad es generalmente mayor que en
la dirección perpendicular a ésta.
Elcoeficiente de Poisson es el factor de proporcionali-
dad entre las deformaciones longitudinales relativas y
las deformaciones transversales. Para la mayoría de las
rocas y minerales está comprendido entre 0,2 y 0,4, Y
sólo el cuarzo lo tiene anormalmente bajo, alrededor de
0,07.
4.2.4. Plasticidad
Como se ha indicado anteriormente, en algunas ro-
cas, a la destrucción le precede la deformación plástica.
Esta comienza en cuanto las tensiones en la roca supe-'
ran el límitede elasticidad. En el caso de un cuerpo ideal-
mente plástico tal deformación se desarrolla con una
tensión invariable. Las rocas reales se deforman conso-
lidándose al mismo tiempo: para el aumento de la defor-
mación plástica es necesario incrementar el esfuerzo.
La plasticidad depende de la composición mineral de
las rocas y disminuye con el aumento del contenido de
cuarzo, feldespato y otros minerales duros. Las arcillas
húmedas y algunas rocas homogéneas poseen altas
propiedades plásticas.
La plasticidad de las rocas pétreas (granitos, esquis-
tos cristalinos y areniscas) se manifiesta sobre todo a al-
tas temperaturas.
4.2.5. Abrasividad
La abrasividad es la capacidad de las rocas para des-
gastar la superficie de contacto de otro cuerpo más
duro, en el proceso de rozamiento durante el movimien-
to.
Los factores que elevan la capacidad abrasiva de las
rocas son las siguientes:
- La dureza de los granos constituyentes de la roca.
Las rocas que contienen granos de cuarzo son su-
mamente abrasivas.
- La forma de los granos. Los más angulosos son
más abrasivos que los redondeados.
- El tamaño de los granos.
- La porosidad de la roca. Da lugar a superficies de
contacto rugosas con concentraciones de tensio-
nes locales.
- La heterogeneidad. Las rocas poliminerales, aun-
que éstos tengan igual dureza, son más abrasivas,
pues van dejando superficies ásperas con presen-
cia de granos duros, por ejemplo, los granos de
cuarzo en un granito.
Esta propiedad influye mucho en la vida de los útiles
de perforación.
En la Tabla 1.2 se indican algunos contenidos medios
de diferentes tipos de roca.
(tj' 300
a..
z' 260
O
ü;
w
g: 200
,.
O
()
150
..J
100
()
Z
W
1-
(/) 50
ü;
wa: .
O
TABLA 1.2.
4.2.6. Textura
La textura de una roca se refiere a la estructura de los
granos de minerales constituyentes de ésta. Se mani-
fiesta a través del tamaño de los granos, la forma, la po-
rosidad, etc. Todos estos aspectos tienen una influencia
significativa en el rendimiento de la perforación.
Como los granos tienen forma lenticular, como en un
esquisto, la perforación es más difícil que cuando son
redondos, como en una arenisca.
También influye de forma significativa el tipo de mate-
rial que constituye la matriz de una roca y que une los
granos de mineral.
En cuanto a la porosidad, aquellas rocas que presen-
tan una baja densidad y son consecuentemente más po-
rosas tienen una menor resistencia a la trituración y son
más fáciles de perforar.
En la Tabla 1.3 se muestra la clasificación de algunos
tipos de rocas atendiendo al contenido en sílice y tama-
ño de los granos.
En la Tabla 1.4 se recogen algunas de las propieda-
des características de diferentes tipos de rocas, según
origen.
TABLA1.4. PROPIEDADES DE LOS DIFERENTES TIPOS DE ROCA SEGUN SU ORIGEN
4.2.7. Estructura
Las propiedades estructurales de los macizos roco-
sos, talescomo esquistosidad, planos de estratificación,
juntas, diaclasas y fallas, así como el rumbo y el buza-
miento de éstas afectan a la linealidad de los barrenos,
a los rendimientos de perforación y a la estabilidad de
las paredes de los taladros.
En la Fig. 1.7 se clasifican los macizos rocosos a par-
tir del espaciamiento entre juntas y la resistencia del
material rocoso.
21
CONTENIDO CONTENIDO
TIPODEROCA EN CUARZO TIPODEROCA ENCUARZO
(%) (%)
Anfibolita 0- 5 Mica neis O - 30
Anortosita O Mica esquisto 15 - 35
Diabasa 0- 5 Norita O
Diorita 1O- 20 Pegmatita 15 - 30
Gabro O Filita 10 - 25
Neis 15 - 50 Cuarcita 60 - 100
Granito 20 - 35 Arenisca 25 - 90
Grauvaca 10 - 25 Pizarra 10 - 35
Caliza 0- 5 Pizarra grano fino O - 20
Mármol O Taconita O - 10
PESO TAMAÑO FACTOR RESISTENCIA
TIPODEROCA ESPECIFICO DE GRANO DE ALA
(Vm') (mm) ESPONJAMIENTO COMPRES10M
(MPa)
Diorita 2,65-2,85 1,5-3 1,5 170-300
Intrusiva Gabro 2,85-3,2 2 1,6 260-350
Granito 2,7 0,1-2 1,6 200-350
Ignea
Andesita 2,7 0,1 1,6 300-400
Basalto 2,8 0,1 1,5 250-400
Extrusiva Riolita 2,7 0,1 1,5 120
Traquita 2,7 0,1 1,5 330
Conglomerado 2,6 2 1,5 140
Sedimentaria Arenisca 2,5 0,1-1 1,5 160-255
Pizarra de grano fino 2,7 1 1,35 70
Caliza 2,6 1-2 1,55 120
Dolomita 2,7 1-2 1,6 150
Neis 2,7 2 1,5 140-300
Mármol 2,7 0,1-2 1,6 100-200
Metamórfica Cuarcita 2,7 0,1-2 1,55 160-220
Esquisto 2,7 0,1-1 1,6 60-400
Serpentina 2,6 - 1,4 30-150
Pizarra 2,7 0,1 1,5 150
rv
rv
TABLA 1.3. CLASIFICACION DE LOS TIPOS DE ROCAS
Fuente: DEARMAN, 1974; íSRM, 1981.
Grupo genético SEDIMENTARIAS METAMORFICAS IGNEAS
Estratificada Foliada Masiva-diaclasada
Estructura
Detritica Cristalina o vitrea (criptocristalina
Tamaño Cuarzo, feldespatos Depende Minerales ligeramente coloreados:Granos de cuarzo, feIdespato 50% de granos 50% de granos finos Rocas Cuarzo, feldespato, mica y minerales feldespáticosde grano Textura
y minerales arcillosos son de carbonatos son de rocas ígneas organoquímicas
micas y minerales de ia roca
(mm) oscuros aciculares matriz Acida Intermedia Basica
Granular Granos
muy
Los granos son fragmentos de rocas.
redondeados Pegmatita
gruesa U)'" Granos"
Granos redondos: Conglomerados. Calcirudita60 'C angulosos:"
Granular
cr:
Granos angulosos: Brecha.
Brecha
volcánica Granito Diorita Gabro
gruesa
2
Arenisca: Los granos son fundamentalmen-
te fragmentos de minerales. U)'"
Areniscacuarcitica:95%decuarzo,poros " Rocas salinas: Gneis: Cuarcita,U) '1:'" vacíos o cementados. '" .", Halita, anhldrita. Bandas alternas mármol,Granular U) "o Arcosa: 75% de cuarzo, hasta el 23% fel- .!:j Calcarenita 'O yeso, caliza, de minerales granulitas, Microgranito Microdiorita Doleritamedia c: -¡¡; >Q)
despato, poros vacíos o cementados. () dolomia y turba, granuiares-< corneanas,
Grauvaca: 73% de cuarzo, 15% matriz detr;-
N
lignito, hulla o laminares anfibolita'1:
tica fina, fragmentos de feldespato y ro-
Q)
()
caso
Tabas
0,06 volcánicas
Granular
U) Fangolita'"
fina ";e Pizarra:Fangolitafisible.:2
0,002
o Calcilutita Riolita Andesita BasaltoU) Limolita: 50%de partículasde granofino.'"
Granular U)g
muy
. Argilita: 50% de partículas de grano muy
fina <! fino.
Vítrea Pedernal Cristales volcánicos: Obsidiana, resinita, taquilita
MUYGRANDE
GRANDE
MEDIA
BAJA
A ROCA RESISTENTE
1000 100 10 t 0,1
ESPACIAMIENTODEJUNTAS(cm)
C ROCABLANDA D ROCAt.lUYBLÁNDABROCAt.lEDIA
Figura 1.7. Clasificación de los macizos rocosos
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BIBlIOGRAFIA
- ATLAS COPCO: «Manual Atlas Copco». Cuarta edición,
1984.
- HEINZ, W. F.: «Oiamond Orilling Handbook». Sigma Press
(Pty) Limited. 1989.
- LOPEZ JIMENO, C. et al.: «Factores Geomecánicos que in-
fluyen en la Selección de Equipos de Arranque en Minería y
Obras Públicas». ITGE. 1986.
- LOPEZ JIMENO, C. et al.: «Manual de Tecnología de Perfo-
ración y Aplicaciones de los Sondeos». ITGE. 1994 (En im-
prenta).
- SANOVIK-COROMANT: «Manual de Perforación de Rocas.
Teoría y Técnica». 1983.
23
GRANDE I MUYPEQUEÑO
A
-+
B
D