Influencia de los esfuerzos en el macizo rocoso

Influencia de los esfuerzos en el macizo rocoso
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Cuando el minado procede a poca profundidad respecto de la superficie, la estabilidad de las excavaciones está condicionada principalmente por la influencia de la estructura de la roca.
A medida que la profundidad del minado aumenta (mayor encampane), en general los esfuerzos naturales en toda la masa rocosa también van incrementándose, debido principalmente al peso dela roca sobreyacente o denominada también carga litostática. Cuando se apertura una labor minera en esta masa rocosa, se rompe el campo de esfuerzos naturales y se induce un nuevo estado de esfuerzos en la roca circundante a la excavación.

Conforme avanza el minado, los esfuerzos inducidos pueden concentrarse en ciertos lugares de las excavaciones, en otros pueden disiparse. Particularmente en las áreas de concentración de esfuerzos, éstos pueden exceder la resistencia de la roca, generando problemas de inestabilidad en la masa rocosa de las excavaciones y creando problemas potenciales de caída de rocas.

En términos de la estabilidad de las labores mineras, la influencia de los esfuerzosen la masa rocosa puede ser simplificada considerando a los siguientes tipos generales de terrenos:

Influencia de los esfuerzos
Esfuerzos en roca masiva o levemente fracturada Dependiendo de la intensidad de los esfuerzos, en este caso pueden ocurrir descostramientos astillamientos, lajamientos, reventazones y hasta estallido de rocas Estos tipos de falla son típicos particularmente en rocas duras pero frágiles.

En el país se observan estos fenómenos en rocas volcánicas, intrusivas y sedimentarias (calizas) asociadas a yacimientos polimetálicos y auríferos, en donde el minado se lleva a cabo entre profundidades de 500 a 1300 m, que es la máxima profundidad que han alcanzado algunas minas.

Cuando una roca está fallando, genera ruidos (chasquidos y golpes), principalmente en el frente de avance. Cuando se escuchan ruidos de la roca en un área de la mina que normalmente es silenciosa, la zona debe ser rastreada. Algunas excavaciones son muy ruidosas porque la roca está continuamente relajándose. También es importante considerar cuando estas áreas se convierten en áreas silenciosas, por que esto implicaría un potencial fallamiento de la roca, debido a que se encontraría relajada y aflojada, constituyendo riesgo inminente de caída de rocas.

Esfuerzos en roca fracturada
En condiciones de altos esfuerzos, la falla de la roca ocurre de manera similar a lo indicado para rocas masivas o levemente fracturadas, como resultado de deslizamientos sobre las superficies de discontinuidades y también por trituración de los bloques rocosos. Asimismo, en el país ocurren estos fenómenos en rocas volcánicas, intrusivas y sedimentarias (calizas) asociadas a yacimientos polimetálicos y auríferos, en donde el minado se lleva a cabo entre profundidades de 500 a 1300 m.

Además, se debe señalar también que los esfuerzos acentúan las formas de fallamiento de la masa rocosa formando cuñas, bloques tabulares o lajas, bloques irregulares, entre otros.
Una masa rocosa fracturada sujeta a esfuerzos tensionales, sufrirá un relajamiento de esfuerzos, siendo más propensa al colapso. Para mantener estable este tipo de masas rocosas, se deberá buscar mediante la instalación del sostenimiento, un estado de esfuerzo compresional en la periferia de la excavación.

Esfuerzos en roca intensamente fracturada o débil
En este caso, en condiciones de altos esfuerzos, ocurren fallas de tipo dúctil o plástica, en donde la masa rocosa circundante a una labor minera falla por deslizamiento a través de las superficies de las discontinuidades y por trituración de las piezas rocosas. En rocas débiles, los esfuerzos producen altas deformaciones en los contornos de la excavación, con levantamiento del piso.

Esfuerzos en roca estratificada
En rocas estratificadas, plegadas o lanadas, pueden ocurrir procesos de rotura frágil como el mostrado en la figura. La separación o despegue del techo o caja techo inmediatos, su cargado y deflexión hacia el vacío minado ya no solo ocurre por efecto de la gravedad, sino que son acentuados por la acción de los esfuerzos.

En condiciones de altos esfuerzos también puede ocurrir el levantamiento del piso de la excavación, problema relacionado principalmente al método de minado de cámaras y pilares.

Esfuerzos en presencia de fallas y zonas de corte
En zonas de fallas geológicas o zonas de corte presentes en la excavación, los esfuerzos hacen que la roca sea más propensa a soltarse o aflojarse. Como estos rasgos estructurales generalmente son continuos, persisten sobre dimensiones que exceden a la excavación, siendo necesario examinar también la posibilidad y consecuencias del deslizamiento bajo la acción de los esfuerzos.

Esfuerzos en rocas expansivas
Este tipo de rocas en presencia de agua presentan características de hinchamiento por la actividad de expansión química. Este abultamiento de la roca genera presiones que pueden llevarla al colapso o dañar los sistemas de sostenimiento. El problema de hinchamiento de la roca, puede ocurrir a cualquier profundidad del minado.

Influencia del agua subterranea
En rocas masivas o levemente fracturadas, la presencia del agua no tiene influencia significativa. En rocas fracturadas o estratificadas, la influencia del agua en las fisuras es un aspecto importante a considerar. Cuando en las fisuras hay presencia de agua, ésta ejerce presión y actúa como lubricante, además puede lavar el relleno débil de las fracturas, complicando la situación de la excavación.

En rocas intensamente fracturadas, la presencia del agua acelera el proceso de aflojamiento, especialmente en ambientes de altos esfuerzos donde el aflojamiento de la roca será muy rápido.

La observación de cambios en la humedad, en el techo y paredes de la excavación, ayuda en el reconocimiento de posibles fallas de la roca, como resultado de las variaciones de los esfuerzos. Si el agua empieza a filtrarse a través de la roca dentro de un área que es normalmente seca, es un signo de que la roca está pasando por cambios de esfuerzos. Estos harán que las fracturas se abran o se extiendan, empezando a manifestarse la humedad. De igual manera, si un área normalmente con presencia de agua empieza a secarse, también deberá tomarse como una indicación de que la roca está ganando esfuerzos.

La presencia de agua en las fallas geológicas y zonas de corte, influye significativamente en la estabilidad de la masa rocosa de una excavación.
La presencia de agua en la roca intemperizada y débil, puede acelerar el aflojamiento y actuar como lubricante para producir deslizamientos. En ambientes de altos esfuerzos, la situación de la estabilidad de la masa rocosa se complica.

Finalmente, en las rocas expansivas, el agua es el detonador del hinchamiento de las mismas, con la consecuente generación de altas presiones y deformaciones que pueden llevarla a la falla o a dañar los sistemas de sostenimiento.

Es importante considerar que la presencia de agua ácida daña a los sistemas de sostenimiento, produciendo corrosión a los elementos de fierro, acero y deterioro del concreto. Con el tiempo, los elementos de sostenimiento perderán su efectividad, creando situaciones de peligro de caída de rocas. Otro aspecto a ser tomado en cuenta como peligro de una caída de rocas, es la influencia del agua del relleno hidráulico sobre las condiciones de estabilidad de la masa rocosa de las excavaciones.

Si no se implementan sistemas adecuados de drenaje del agua de relleno, las filtraciones debilitarán a la masa rocosa del entorno, particularmente a las rocas débiles, haciéndolas propensas al aflojamiento.

Foto:NTN24

Artículo publicado en Seguridad Minera Nº55. tomado de’Manual de geomecánica aplicada a la prevención de accidentes por caida de rocas’ Comité de Seguridad Industrial, Sociedad Nacional de Minería, Petróleo y Energía