SECCIN MECNICA DE ROCASCAPACITACIN IN SITU IDENTIFICACIN DE CUAS

INTRODUCCION Uno de los mayores riesgos en el minado subterrneo es la cada de rocas. Por esta razn, es esencial que el personal de la mina sepa identificar en el campo las rocas sueltas y conocer que acciones debe tomar.Como apoyo al Sistema de Gestin de Seguridad SISOMAR el nuevo sistema que se propone pretende ser un aliado importante para la alcanzar las metas trazadas en cuanto a produccin y seguridad.

1. IDENTIFICACIN DE PROBLEMAS EN EL TERRENOEn el da a da de las operaciones mineras hay factores que influyen en la estabilidad de la masa rocosa de las excavaciones subterrneas, que son: La litologa, Intemperizacin y alteracin, La estructura de la masa rocosa, Los esfuerzos actuantes, La presencia de agua subterrnea, La forma, el tamao y orientacin de las excavaciones, La secuencia de avance del minado, La voladura, y El tiempo de exposicin abierta de la excavacin sea temporal o permanente.

1.1 Influencia de la Litologa, Intemperizacin y AlteracinEl tipo de roca influye en las condiciones de estabilidad de la masa rocosa de las excavaciones, por ejemplo, las margas, tufos y tobas volcnicas de textura granular o brechoide, caracterizadas por su baja densidad y alta porosidad, son rocas que absorben rpidamente la humedad y se deterioran, pudiendo llegar paulatinamente al fallamiento si es que no se adoptan medidas de control de la estabilidad de la masa rocosa de las excavaciones.

Zona de alteracin silcea o cuarzo sericita, asociada con la mineralizacin de la veta, en donde ocurren rocas de calidad regular.2. Zona de alteracin intermedia, correspondiente a las cajas inmediatas, donde ocurren rocas de mala calidad y propensas al fallamiento.Zoneamiento simplicado de una Estructura mineralizada tipo veta

Zona de alteracin perifrica de las cajas, en donde la roca mejora su calidad, sin embargo, las fracturas presentan minerales de clorita formando superficies lisas. Zona de roca estril no afectada por la alteracin, en donde ocurren condiciones geomecnicas caractersticas de los macizos rocosos.

Falsa caja

1.2 Influencia de la litologa, Intemperizacin y AlteracinEn roca masiva o levemente fracturadaLas rocas masivas se caracterizan por presentar pocas discontinuidades, con baja persistencia y ampliamente espaciadas, generalmente son rocas de buena calidad. Estos tipos de rocas ofrecen aberturas rocosas estables sin necesidad de sostenimiento artificial, solo requieren de un buen desatado o sostenimiento localizado.Roca masivaExcavacin

En roca fracturadaLa roca fracturada se caracteriza por presentar familias de discontinuidades conformadas principalmente por diaclasas, por lo que se les denomina tambin roca diaclasada.

Cuas bi-planaresCua eliminada campoCuas tetrahedrales campoDesplome de una cuas tetrahedrales

Desprendimiento de lajasDesprendimiento bloques tabularesBloques irregulares Bloques irregulares en la excavacin

En roca intensamente fracturada y dbilPresenta muchos sistemas de diaclasas y otras fracturas, cuyo espaciamiento es mnimo las cuales crean pequeas piezas o fragmentos rocosos, constituyendo por lo general masas rocosas de mala calidad. Roca altamente fracturadaExcavacin en roca altamente fracturada

En roca estratificadaLas principales caractersticas de los planos de estratificacin son su geometra planar y su alta persistencia, las cuales hacen que estos planos constituyan debilidades de la masa rocosa, es decir planos con baja resistencia. Excavacin en roca estratificada

Excavacin en roca estratificada con alto buzamiento

En roca con presencia de fallas y zonas de corteLas fallas y zonas de corte pueden presentarse como estructuras aisladas o como estructuras mltiples, en este ltimo caso, la situacin de la estabilidad de una excavacin es fuertemente complicada por la influencia adversa.Presencia de fallas en la excavacinPresencia de zonas de cortes mltiples en la excavacin

1.3 Influencia de los EsfuerzosToda excavacin en un macizo rocoso esta sometida a esfuerzos en diferentes direcciones de los cuales los ms representativos son:Esfuerzo vertical; V, (eje Y)Esfuerzo horizontal; H, (eje X) Esfuerzo horizontal; H, (eje Z), el eje Z, coincide con el eje de la excavacin. v (Y)

H (X)H (Z)

Supongamos que tenemos un canal con agua que discurre lentamente y si en ese canal colocamos una piedra cuadrada; en el grfico la direccin de las corrientes estn representadas por flechas, entonces:Las corrientes chocan con el obstculo cuadrado y cambian de direccin bruscamente.Esas corrientes que representan a las presiones en una excavacin, se estabilizarn desordenadamente y en la prctica originarn cada de rocas.

Si la piedra cuadrada por el efecto de las corrientes cambia de forma cuadrada a redonda, se observa que el agua discurre suavemente, sin impactar fuertemente en ningn contorno de la piedra redonda, sin embargo se nota cambios de rumbo de las lneas de agua, en mas menos 3 dimetros, lo mismo sucede en las aberturas que se realizan en el macizo rocoso.

Anlogamente, se aprecia en la Figura de la izquierda donde a partir del ejemplo del canal de agua, se dibuja en lnea entrecortada el perfil de un cerro con la misma abertura con las presiones ejercidas sobre esa abertura. En la Figura de la derecha se nota el perfil solamente del cerro macizo rocoso incluida la abertura realizada (seccin tipo bal).

1.4 Influencia del Agua SubterrneaLa presencia del agua no tiene influencia significativa cuando al roca es masiva o ligeramente fracturada, sin embargo en rocas altamente fracturadas o estratificadas, la influencia del agua en las fisuras es un aspecto importante a considerar. Cuando en las fisuras hay presencia de agua, sta ejerce presin y acta como lubricante, adems puede lavar el relleno dbil de las fracturas, complicando la condicin de estabilidad de la excavacin.

En las rocas expansivas, el agua es el causante del hinchamiento de las mismas, con la consecuente generacin de altas presiones y deformaciones que pueden llevarla a la falla o daar los sistemas de sostenimiento

1.5 Influencia de los ancho, alto, forma y orientacin de las excavaciones ANCHO Y ALTOEl ancho y alto de una excavacin tiene que ser de acuerdo a las condiciones que presenta la masa rocosa. Cuando las condiciones no lo permiten y se intenta hacer crecer el tamao de la excavacin, se genera un peligro potencial, cuando el tamao de la excavacin crece, los techos, paredes o cajas estn expuestos a mayores rasgos estructurales de la masa rocosa. Luego, los bloques y cuas que se autosostenan cuando la excavacin era pequea, ahora tienen menos autosostenimiento, lo cual representa un peligro potencial.

FORMALa forma de una excavacin, tambin ser tendr influencia favorable o desfavorable en las condiciones de estabilidad de la masa rocosa de dicha excavacin. En general, las formas esquinadas representan condiciones desfavorables para la estabilidad, mientras que los contornos redondeados favorecen a la estabilidad. Las formas rectangulares, pueden exhibir altas concentraciones de esfuerzos en las esquinas que pueden resultar en la falla. Un techo plano puede exhibir concentraciones de esfuerzos de traccin y tambin resultar en una falla. Sin embargo el arqueo de los techos de los tajeos, elimina los esfuerzos crticos y ofrece una abertura estable sin peligro de falla.Excavacin inseguraExcavacin segura

ORIENTACIN La direccin preferencial de avance de la excavacin es determinada por el rasgo estructural dominante de la masa rocosa. Las excavaciones deben ser realizadas en la direccin preferencial, debe tener condiciones ventajosas de estabilidad. Cuando se mina en la direccin menos favorable, puede alterar o debilitar la estabilidad de la masa rocosa, representando peligro de cada de rocas.Lo ideal para tener condiciones de estabilidad favorables el avance de la excavacin debe ser perpendicular, cruzando al sistema principal de discontinuidades o al rumbo de los estratos, fallas principales y zonas de corte de la masa rocosa.Familia de Discontinuidades

1.6 Influencia del esquema y secuencia de avance del minado El esquema y secuencia de minado, involucra realizar una serie de excavaciones con varias formas, tamaos y orientaciones, que tienen funciones especficas para el proceso de minado. Estas excavaciones son de tres tipos:

Los tajeos o fuentes de produccin de mineral (aberturas temporales).

Los accesos y aberturas de servicios (aberturas permanentes).

Los tajeos por lo general son de dimensiones considerables, es por eso que el rea de influencia de la masa rocosa es mayor que otros tipos de excavaciones aumentando la inestabilidad de estos tajeos. Los efectos adversos pueden ser disminuidos o eliminados, por apropiados esquemas y secuencias de avance del minado.Mtodo de explotacin por cmaras y pilares

Al realizar excavaciones adyacentes cercanas a los tajeos, que inicialmente se encuentran estables, la concentracin de los esfuerzos en la periferia de la excavacin, puede llevar al colapso, generando peligro de cada de rocas.Zona influenciada

El minado cerca de estructuras principales como fallas, diques tambin es de vital importancia ya que a medida que se aproxime minado a estas estructuras comienzan a concentrarse los esfuerzos ocasionando finalmente el colapso de la excavacin. Concentracin de esfuerzosColapso

1.7 Influencia de la perforacin y voladuraLas malas ejecuciones en perforacin y voladura pueden ser causante de la falla del terreno.Las vibraciones, pueden causar el fracturamiento de la masa rocosa ocasionando la cada de rocas. Para esto es necesario un minucioso desatado.La voladura puede tambin afectar a la masa rocosa ya sostenida y debilitarla a tal grado que los bloques rocosos podran quedar colgados con los pernos de roca o caer sobre el piso. Voladura mal ejecutada Voladura ejecutado correctamente

RESUMENLas fallas en una excavacin subterrnea puede ser ocasionadas por:

El movimiento de cuas o bloques de roca en una excavacin por la accin de la gravedad, presencia de agua (presin y lavado de fracturas), esfuerzos insitu, vibraciones por la voladura y equipos, y/o;Falla de la roca intacta por sobresfuerzos (Estallido de rocas).

Clculo del RMR y Q. Ejemplo Clasificacin geomecnica del macizo rocoso RMR (ROCK MASS RATING)Es una herramienta que sirve para evaluar y comprender la naturaleza de la masa rocosa, diseando sistemas de clasificacin que sern determinantes para elegir el mtodo de minado. Esta informacin debe ser conocida por toda la gente que esta involucrada en el diseo de la excavacin y el uso en minas en operacin, como: El ingeniero de planeamiento, gelogo, supervisores de la mina y mineros.

Qu es un macizo rocoso? Uno macizo rocoso podra ser caracterizado por la presencia de varias familias de fracturas (juntas) o sistemas de estructuras, cuyo sistema de estructuras tiene caractersticas mecnicas.Macizo rocoso1, 2 y 3 son familias de discontinuidadesde un macizo rocoso

Parmetros ms importantes del RMRResistencia del material de la roca intactaEstas pruebas de resistencia son sometidas a ensayos en los laboratorios de mecnica de rocas.

RQD (Designacin de la Calidad de la Roca )

Se define como el porcentaje de piezas enteras de 100mm o mas, que se recuperan del largo total de un barreno saca testigos:

Su formula: RQD(%) = 100 Longitud de piezas enteras mayores de 100mmLargo del barrenox100% RQD = 15+10+14+12+10100RQD = 60%

Parmetros ms importantes del RMR

Para el ejemplo nuestro valor salio en el rango de 50 - 75% asi podemos afirmar que estamos frente a una roca de tipo regular y tiene una valoracin de 13.Testigos de perforacin

Espaciamiento de las discontinuidades

Es la distancia perpendicular entre discontinuidades Adyacentes, el cual determina el tamao de los bloques de roca intacta. Cuanto menos espaciado tengan, los bloques sern ms pequeos, y cuanto ms espaciado tengan, los bloques sern ms grandes.Espaciamiento

Condicin de las discontinuidadesVerificar como se presentan las superficies, contorno y forma de la discontinuidad tomando datos de: Apertura, relleno, meteorizacin, ondulacin, persistencia y rugosidad. Ondulacin Rugosidad Apertura

Presencia de agua subterrnea

Este parmetro es determinante para clasificar al macizo rocoso, ver si las discontinuidades presentan agua el la superficie de las paredes o se encuentran hmedas aqu la siguiente tabla de valoracin.

Ajuste por orientacin de las discontinuidades

Ejemplo:Se desea hacer una excavacin subterrnea sobre material granito cuyo macizo rocoso presenta una familia de discontinuidad de 50 de buzamiento en contra la direccin de la excavacin. El ndice de carga puntual es de 9MPa y valores de RQD de 60. las junturas ligeramente abiertas asperas tambin ligeramente abiertas con una separacin de < 1mm, son espaciadas en 200mm. Con presencia de humedad.

TIEMPO DE AUTOSOSTENIMIENTO

Determinacin de ndice de Calidad Tunelera QAl igual que el RMR, tambin sirve para la clasificacin Geomecnica.

La roseta es una informacin de tipo estadstica, sirve para la toma de decisin al momento de escoger la direccin de la excavacin. Evitando as en la mayor frecuencia de cada de rocas.Familia de discontinuidades transversales a la galera.Galera subterrnea debe mantener la perpendicularidad con respecto a las familias de discontinuidades, aqu podemos ver tres familias de juntas.

FIN