EXPLOSIVON.

KAREN MARYORY GALLO RODRIGUEZCOD. 20121013

ESCUELA DE INGENIEROS MILITARESINGENIERIA CIVIL

EXPLOSIVOS2015

EXPLOSIVON.

KAREN MARYORY GALLO RODRIGUEZ.COD. 20121013

Presentado como nota Parcial en el área de:

EXPLOSIVOSAl ingenierio:

JOSE MATOMA BONILLA

ESCUELA DE INGENIEROS MILITARESINGENIERIA CIVIL

EXPLOSIVOS2015

INTRODUCCION

Este trabajo es una investigación acerca de los explosivos sus usos, características y la reseña histórica, presentes en nuestrasvidas para trabajos de minería, en la construcción y en las milicias y en la industria. Es de gran importancia y debe ser usada de manera adecuada de acuerdo a las normas instauradas ya que su mal uso podría ocasionar accidentes graves y hasta la muerte, asi que tener conocimientos sobre estos nos da una gran ventaja en el buen uso de ellos.

Los explosivos son de uso destructivo, para la debilitación de materiales, normalmente en obras de construcción civil.

Las características que debemos tener en cuenta y que son de gran importancia a la hora de usar explosivos son la potencia y la energía desarrollada, la densidad, la resistencia al agua, la sensibilidad y la velocidad de detonación.

EXPLOSION

“Una explosión es la liberación simultánea de energía calórica, lumínica y sonora (y posiblemente de otros tipos) en un intervalo temporal ínfimo. De esta forma, la potencia de la explosión es proporcional al tiempo requerido y su orden de magnitud ronda los gigavatios.” Definición de Wikipedia.

Se llama explosión al paso extremadamente rápido de una sustancia química de un estado a otro, se presenta como un escape súbito y repentino de gases, acompañado de altas temperaturas, sacudidas y ruidos estrepitosos. Los productos gaseosos originados se dilatan rápidamente, comprimiendo el aire circundante y formando una onda explosiva. La presión del gas se mueve hacia fuera como un fuerte viento detrás delfrente de la onda explosiva llamado “frente de choque.

Cuando se produce una explosión, se forman gases altamente comprimidos que alcanzan altas temperaturas y crean presionesde alrededor de 700 toneladas por pulgada cuadrada (635.040 Kg. por cm2) en la atmósfera que rodea el punto de la explosión. Estos gases en expansión se propagan hacia el exterior con velocidades que llegan a alcanzar hasta 13.000 millas por hora (20.920,9 kilómetros por hora), comprimiendo el aire circundante que forma la onda de presión explosiva.

La onda de presión explosiva se propaga hacia fuera en una formación esférica como la ola de un maremoto gigante, golpeando y destrozando todo objeto que encuentra a su paso.Cuanto mayor es la distancia que recorre la onda de presión desde el punto de detonación, tanto mayor es su desaceleración hasta que llega a convertirse en una onda sonora y luego a disiparse completamente.

Esta onda se llama “onda de presión explosiva” y forma lo quese conoce como “frente de choque”. La tasa de disipación de los efectos explosivos es proporcional a la raíz cúbica de ladistancia entre la explosión y el objetivo.

La presión de la detonación se decae o se disipa rápidamente y la segunda fase es prácticamente inmediata o casi conjunta con la fase de la detonación, esta es la fase de la propagación de la onda del choque y de tensión. Cuando el frente de onda se mueve encontrará discontinuidades e interfaces y en estos puntos, una cierta energía se transfiere a través y algo se refleja detrás.

Durante y después de la detonación, la onda de tensión se propaga y la alta temperatura y presión de la los gases se extienden por las grietas radiales y por cualquier fractura oempalme de la discontinuidad, la energía del explosivo tomará

siempre la trayectoria de menos resistencia.

CLASES DE EXPLOSIONES

Los explosivos por su forma de reacción pueden clasificarse en: mecánica, química, nuclear.

a. MECÁNICA

Una explosión mecánica consiste en la conversión gradual de una sustancia, como el agua, en gas o vapor. La presión creciente del vapor dentro de un recipiente sobrepasará la resistencia estructural del recipiente como, por ejemplo, cuando explota una caldera de vapor.

b. QUÍMICA

Una explosión química es la conversión casi instantánea de una sustancia sólida, liquida o gaseosa en un gas de mucho mayor volumen, ésta actúa por procesos de reacción química dedetonación producidos por efectos de una onda de choque. Todos los explosivos fabricados, salvo los nucleares, son explosivos químicos.

c. NUCLEAR

Una explosión nuclear puede ser provocada por fisión 5 , o división del núcleo de un átomo, o por fusión, o sea, la unión mediante considerable presión de los núcleos de los átomos. Los nucleares están vinculados a la desintegración demateriales reactivos, como Uranio 235 y Plutonio, proceso quedesprende inmensas cantidades de energía. Su empleo actual esen el campo militar.

EFECTOS EN LA EXPLOSIÓN

El cambio de una sustancia explosiva a un estado gaseoso se considera como una explosión, la cual en el momento en que sedesarrolla en su máxima expresión hace que se originen cambios físicos que alteran el estado original de los cuerposen el medio. Se debe tener en cuenta que su efecto depende básicamente de la cantidad y tipo de sustancia explosiva que haya reaccionado, del mayor efecto de la explosión depende que se presenten ciertos secuelas que trataremos a continuación.

a. SOBREPRESIÓN

La sobrepresión es la acumulación concentrada de la presión normal existente en el medio ambiente, que por medio de una explosión, hace que por milésimas de segundos ésta se concentre en determinados lugares, comprimiendo los elementosy materias existentes en ellos, causándoles daños físicos. Las ondas de sonido disminuyen su intensidad con la distanciade acuerdo con ciertas leyes de atenuación. Las variables de interés en este caso son la sobrepresión del aire Sp, que es equivalente al ruido generado por las voladuras, la distanciaal punto de detonación Ds y la carga máxima de explosivo por unidad de retardo Q. La ley de atenuación de la onda de sonido puede ser calculada para cada caso en particular si sedispone de mediciones del ruido generado por un cierto númerode voladuras, a diferentes distancias. En el caso en que no se disponga de esta información, se puede utilizar la siguiente expresión:

Sp= 82(Ds /Q ^ 1/3 )-1.2

Donde:

Sp: Sobrepresión en (lb/in2)

Ds: Distancia al punto de la voladura en (ft)

Q: Carga Operante en (lb)

La expresión anterior fue tomada del Manual para el uso de Explosivos de Du Pont S.A. (1983) que gobierna la atenuación de voladuras no confinadas.

b. Térmico (Calor de explosión)

El efecto térmico es la producción de calor causado por la explosión. Éste varia en función del explosivo detonado, por lo general un explosivo lento tendrá un efecto incendiario demayor duración que un explosivo alto, sin embargo, este último producirá una temperatura mucho mayor, a menos que losmateriales en cuestión sean muy combustibles, el efecto térmico será normalmente insignificante.

Los efectos térmicos generalmente causan menos daño que los efectos explosivos, salvo cuando se emplean mezclas de combustibles hidrocarbúricos, aire y los explosivos lentos son de 4 a 28 veces mayor que el calor producido por la detonación de TNT. Una explosión puede ocurrir tanto al aire libre a presión atmosférica constante, como en una cámara confinada donde el volumen es constante. En ambos casos, la reacción libera la misma cantidad de energía, pero un explosivo no confinado gasta una parte determinada de energíaal empujar el aire circundante. En una explosión confinada, se dispone de todo el calor liberado como energía útil.

c. Fragmentación

Una bomba de fragmentación ordinaria se construye colocando un explosivo dentro de un recipiente frágil como, por ejemplo, un tubo de metal. El explosivo detonado rompe entonces el recipiente y produce fragmentos que son lanzados a gran velocidad dependiendo del tipo de explosivo utilizado.

Estos fragmentos se propagan volando en línea recta y pueden causar danos o la muerte a grandes distancias.

d. Efecto de concentración

Las ondas de presión pueden torcerse, deformarse y concentrarse rebotando en superficies reflectoras (por ejemplo, barreras o capas térmicas atmosféricas) para causar un refuerzo de la presión explosiva. Tales reacciones pueden hacer que estas ondas se propaguen a distancias extraordinarias. Las inversiones de la temperatura atmosférica de baja altura pueden ocasionar un efecto de concentración importante y una desviación de los vientos fuertes pueden provocar una concentración a favor del viento.

e. Onda de choque

La rápida expansión de los materiales de la bomba produce un impulso de altas presiones, también llamado onda de choque, que se mueve desde la bomba en explosión hacia fuera con mucha rapidez.

La rápida expansión de la bola de fuego genera una onda de choque como cualquier explosión, pero de una potencia muy superior, ya que puede aplastar o barrer elementos dañándolosmuy seriamente o destruyéndolos por completo, ya que más que "empujar" por su duración lo que hace es estrujar.

f. Onda sonora

La onda sonora es un pequeño exceso de presión que transmite con una velocidad solo dependiente de la naturaleza del medioen que se propaga. En una mezcla de gas oxhídrico dicha velocidad de la onda sonora sería de 514 m/seg., a cero grados centígrados.

g. Presión impelente

La onda de presión impelente se forma en el instante de la detonación y comprime la atmósfera que la rodea. Este aire comprimido se conoce como el frente de choque. Ésta es el máspotente y destructiva de los efectos producidos por la detonación de los altos explosivos.

h. Presión depresiva

La onda de presión depresiva sigue a la onda impelente y forma un vació parcial, lo que hace que el aire comprimido y desplazado invierta su marcha y se precipite hacia llenar el vació creado por la onda de presión impelente. Esta precipitación hacia dentro del aire desplazado moverá tambiénlos objetos que encuentre en su camino hacia el punto detonación. Aunque la onda depresiva o de presión es menos potente y dura mucho más que la onda impelente.

i. Presión incidente

Es la presión que viaja en ángulos rectos (90 grados) en dirección de la trayectoria del frente de choque. Una personaque se encuentre de pie detrás de una barrera en la línea de la trayectoria del frente de choque de la explosión experimentaría una presión.

j. Presión dinámica

Es el resultado de la velocidad de fuertes vientos y la mayordensidad del aire detrás del frente de choque.

k. Presión reflejada

Cuando la onda de presión explosiva golpea cualquier superficie en su trayectoria, se produce una amplificación rápida de la presión como resultado de la acumulación y la reflexión de la onda al rebotar en la superficie. Esta

reflexión se produce, aunque la superficie expuesta falle o se derrumbe. La onda reflejada se aleja de la superficie objetivo y se disipa a la misma velocidad proporcional a la raíz cuadrada de la distancia recorrida desde la superficie reflejada. Cualquiera que sea la dirección, la presión se refleja siempre en ángulos rectos con la superficie expuesta.

La superficie reflejada no determina la amplificación de la onda reflejada. Una pared de concreto reforzado y una ventanade cristal producirán la misma reflexión de la misma onda incidente. Esto se debe a que la onda de choque explosiva viaja a una velocidad más rápida que el tiempo de respuesta de la superficie reflectora. Por consiguiente, la onda se ha reflejado y se ha disipado antes de que la estructura expuesta pueda responder al incidente experimentado.

l. Efectos atmosféricos y terrestres

Cuando se detona un explosivo en la superficie del suelo, parte de la energía penetra en la tierra como una onda de choque terrestre y parte se refleja volviendo a pasar a la atmósfera. La onda reflejada se combina y refuerza la onda incidente en la atmósfera.

En situaciones reales, el suelo disipa parte de la energía enforma de craterización y sacudida terrestre. El grado de disipación varía en función del tipo de superficie de que se trate. Si se produce una craterización importante, la energíaexplosiva de aire equivalente será 1,8 veces la cantidad explotada en la superficie.

La pendiente de la superficie terrestre influye en el efecto de una onda explosiva, las que se inclinan gradualmente ocasionan un aumento formando una onda Mach6 .

Otros factores que influyen en los efectos de las ondas explosivas son los cambios de la temperatura ambiente y de lapresión, las estaciones, la altitud, la humedad relativa, la niebla, la lluvia y la irregularidad de las superficies del suelo.

m. Efectos biológicos

La capacidad del cuerpo humano para soportar los efectos de la presión explosiva varía en función de la duración, la cantidad de presión y la orientación del cuerpo respecto a ladirección de la onda explosiva (de pie o en posición boca abajo).El siguiente cuadro indica los efectos explosivos de corta duración sobre personas no protegidas, donde LPC7 es libras por pulgadas cuadradas.

PROCESO DE DETONACION.

El proceso de detonación de un explosivo se conoce como la propagación de una onda choque, que viaja a través de la carga explosiva y la velocidad a que se desplaza se le llama Velocidad de detonación y se expresa en Ft/Seg. o en Mt/Seg.

ENERGIA LIBERADA POR LOS EXPLOSIVOS.

Durante una explosión muchos tipos de energía son liberados, esta energía se puede dividir en la energía útil capaz de dartrabajo es aquella energía utilizada en el cumplimiento del objetivo de la voladura, llamada Energia de Trabajo y en la Energia de Desperdicio que no toma parte en el rompimiento dela roca y que se manifiesta en forma de Calor, Luz, Sonido y Energia Sísmica.

La energía de trabajo se debe en un 15% a la energía de choque del explosivo y en un 85% a la energía producida por los gases generados en la reacción de los explosivos. En barrenos confinados son utilizados explosivos que producen una alta generación de gases y la presion se incrementa de acuerdo al volumen de gas liberado y a la temperatura de la reacción. En cambio los explosivos con alta energía de choque son utilizados principalmente en detonaciones no confinadas tales como plasteo, demoliciones, etc.

En cuanto a las formas en que la energía se desperdicia destacan dos principalmente:

ENERGIA SISMICA:

Es producida por el movimiento de las ondas de choque a través del suelo y existen dos clases de energía sísmica:

Ondas de cuerpo:

Primarias (Ondas P): Son ondas de cuerpo que se propagan a mayor velocidad, por lo que a cualquier distancia del foco son registradas primero, de allí su nombre. Al propagarse hacen vibrar las partículas en el mismo sentido del tren de ondas, produciendo compresión y dilatación a su paso. Son conocidas también como ondas longitudinales. Estas ondas pueden propagarse a través de los sólidos, los líquidos y losgases, pues estos se oponen a un cambio de volumen cuando soncomprimidos y recuperan su forma elásticamente.

Estas ondas generalmente viajan a una velocidad 1.73 veces delas ondas S . Velocidades típicas son 1450m/s en el agua y cerca de 5000m/s en el granito.

En un medio isótropo y homogéneo la velocidad de propagación de las ondas P es:

Donde K es el módulo de incompresibilidad, μ es el módulo de corte o rigidez y ρ la densidad del material a través del cual se propaga la onda mecánica. De estos tres parámetros, la densidad es la que presenta menor variación por lo que la velocidad está principalmente determinada por K y μ.

Secundarias (Ondas S): Son ondas de cuerpo que hacen vibrar las partículas en sentido perpendicular al de su propagación.Tienen velocidades menores que las ondas P. También son conocidas como ondas transversales o de corte. Como los fluidos (líquidos y gases) no pueden resistir esfuerzos de corte, no transmiten las ondas S.

Observando un registro sísmico (sismograma), puede verse una importante diferencia entre estos tipos de onda. Las ondas P son más rápidas, por lo que llegan primero al sismógrafo, luego llegan las ondas S, y finalmente las ondas superficiales. La velocidad promedio de las ondas P a través del granito (roca) es de 6 km/seg, y en el mismo material lasondas S tienen una velocidad de 3,5 km/seg aproximadamente. La densidad y las propiedades de la roca influyen en estas velocidades, por lo que son diferentes para cada material, sin embargo para cualquier sólido, las ondas P generalmente son 1,7 veces más rápidas que las ondas S, es decir, la velocidad de propagación de éstas ondas corresponde al 58% delas ondas P.

Además de la diferencia de velocidad, estas ondas tienen diferente amplitud. Por lo general las ondas S tienen una mayor amplitud que las ondas P, pero las ondas que causan la mayor destrucción en un terremoto, son las ondas superficiales, que tienen amplitudes mucho más grandes que las ondas internas.

ONDAS SUPERFICIALES:

La tierra constituye un medio finito, limitado por su superficie. Cuando las ondas generadas en el foco alcanzan lasuperficie son influidas por esta discontinuidad y aparecen ondas de superficie. De esta manera las ondas superficiales son producidas por las ondas de cuerpo y se dividen en ondas Rayleigh y ondas Love:

Love (Ondas L): Son ondas superficiales que se propagan de manera similar a las ondas S haciendo vibrar las partículas horizontalmente en sentido perpendicular al de propagación, pero sin movimiento vertical, generando grandes esfuerzos de corte.

Rayleigh (Ondas R): Son ondas superficiales que tienen un movimiento similar a las ondas en la superficie del agua, haciendo vibrar las partículas sobre un plano que apunta en dirección de la trayectoria de las ondas, con movimientos elípticos y verticales simultáneamente.

Las ondas superficiales no solo tienen amplitudes mayores a las ondas de cuerpo, sino que además tienen periodos más largos y debido a su movimiento en especial el de las ondas L, son particularmente peligrosas para las fundaciones de lasestructuras. Las ondas L y R solo se propagan en discontinuidades del medio o en interfases de un medio a otros. La velocidad de las ondas superficiales es aproximadamente 0,9 veces a la de las ondas transversales.

GOLPE DE AIRE:

El sonido es la

transmisión de energía a través de la atmosfera, no se transmite en el vacio ya que necesita un medio de transmisión. Las ondas del sonido de una explosión son ondasde compresión que tienen una velocidad en función de la temperatura del medio.

El ruido es la porción del golpe de aire que se encuentra en la parte audible del espectro, variando de 20 a 20,000 Hertz,en las voladuras realizadas en las partes no urbanas el daño proviene principalmente de la concusión de aire y no del ruido, el nivel de concusión producido en una voladura a cielo abierto depende de la distancia al punto considerado y del peso de la carga explosiva máxima detonada por retardo.

https://avafp.blackboard.com/bbcswebdav/pid-603255-dt-content-rid-4782956_1/courses/ESING_11394_2015/MODULO%20EXPLOSIVOS%20I.pdf

http://sismoclub2011-1.wikispaces.com/Ondas+de+Superficie#Love Raleigh

http://sismoclub2011-1.wikispaces.com/Ondas+de+Cuerpo

http://tesis.uson.mx/digital/tesis/docs/6351/Capitulo2.pdf