[Escrito por Miguel A. Berrocal] Históricamente, el primer reporte del fenómeno de estallido de rocas ocurrió en 1972, en la mina Kolar (India) de Goldfields; pocos años después, se registraron eventos en minas de Sudáfrica, Rusia, China, Estados Unidos, Canadá y Chile.
En el Perú, el fenómeno de estallido de rocas se presentó por primera vez en la mina Yauliyacu de Glencore Perú, sucesivamente se han tenido reportes en la mina Uchucchacua de Compañía de Minas Buenaventura, mina Papagayo de Compañía Minera Poderosa, mina MARSA y mina El Provenir de Compañía Minera Milpo, entre otras minas. También ocurrió en la construcción del túnel transandino Olmos, en el 2010.
Los eventos por estallido de rocas constituyen riesgos que afectan la seguridad de las personas, calidad de las operaciones, infraestructura, pérdida de producción y reservas, en algunos casos incrementando los costos de operación.
1. Estallido de rocas
Muchos investigadores han dedicado esfuerzos para encontrar métodos de predicción, prevención y mitigación del estallido de rocas. Sin embargo, los resultados aún no son muy alentadores. Entendemos al estallido de rocas como el desprendimiento súbito y violento de bloques de roca. Son producidos en ambientes de incremento de concentración de altos esfuerzos, inducidos por la voladura, activación de fallas, excavaciones sin rellenar y otras condiciones, produciéndose con mayor énfasis en rocas elásticas (ígneas y metamórficas), como por ejemplo las rocas silíceas y otros minerales afines.
El estallido de rocas se produce cuando la roca es incapaz de resistir los esfuerzos de onda de una fuente o foco, hasta su punto de rotura. Cuando una roca está próxima a estallar, se generan constantes sonidos de relajación (chasquidos crepitantes), con astillamiento, desprendimiento y expulsión de rocas, desde pequeñas a grandes fragmentos.
2. Mecanismo de los estallidos de roca
Independientemente del volumen vacío y la inestabilidad de las excavaciones subterráneas, el estallido de rocas está asociado al evento sísmico (por condiciones naturales o provocados por el hombre), con liberación de esfuerzos de un foco o fuente de energía. El mecanismo de los estallidos de roca, lo exponemos en tres etapas:
Etapa I: Al producirse la liberación de esfuerzos desde la fuente o foco se transmiten ondas de compresión por la roca, generando la creación de grietas radiales.
Etapa II: La onda de compresión se propaga por la roca y cuando ésta alcanza una cara libre, se refleja como onda de tracción.
Etapa III: Cuando las ondas de compresión son mayores que las ondas de tracción, se producen grietas con descostramiento, produciéndose el estallido de rocas. (Ver Fig. 1)
Ubicación de la fuente o foco
La ubicación de las fuentes y foco de los estallidos de roca, pueden originarse desde cualquier instante y posición. Algunos ejemplos los exponemos en la figura 2, donde el foco puede situarse al lado izquierdo (sector a), techo (sector b), y diagonal (sector c) de la excavación, así como también en el frente posterior de la excavación (sector d).
3. Prevención y mitigación de los estallidos de rocas
Actualmente, tenemos disponibles métodos que permiten monitorear los eventos sísmicos y permiten responder responden a preguntas como ¿cuándo y donde ocurrió el evento sísmico? o ¿cuál fue la magnitud del evento sísmico? Analizando estas preguntas y sus respuestas posteriores, estas se situan en un tiempo pasado, solamente evaluan los daños, sin determinar ni poder predecir la ocurrencia del evento sísmico. El propósito del presente artículo consiste en presentar técnicas preventivas, identificando lugares vulnerables y de mitigar en lo posible los efectos del estallido de rocas.
Sectores vulnerables para la ocurrencia de estallido de rocas
Los sectores vulnerables de la excavación son las áreas planas. Al impactar perpendicularmente sobre un plano, las ondas y los rayos atravesarán con facilidad ese sector, tal como la sección de tipo baúl (Fig. 3b).
Mitigación del estallido de roca en el contorno de la excavación
Para conseguir la mitigación de la energía liberada del foco o fuente en el contorno de la excavación, pueden diseñarse formas de excavación con sección cóncava con el objetivo de desviar o deflactar las los rayos, logrando incrementar la presión interna radial (Pi) de la abertura hacia el contorno del macizo rocoso. Para mitigar los estallidos de roca, la geometría favorable de la excavación son las formas de tipo elipsoidal: circular, herradura o baúl. Con esta condición, los rayos son desviados o reflejados del contorno de la excavación, con daños mínimos a la excavación, tal como en la figura 4 (b) donde la sección de excavación es de tipo herradura.
Para definir el radio de curvatura, de manera que la presión interna radial (Pi) sea efectiva, proponemos diseñar formas o secciones de geometría elipsoidal utilizando la técnica del Método Detonación de Taladros (MDT), que además determina la dirección y magnitud de los esfuerzos In situ, parámetro k. El Método de Detonación de Taladros (MDT) se adecua a las condiciones anisotrópicas y heterogéneas del macizo rocoso.
Mitigación del estallido de roca en el frente de la excavación
El frente de cualquier excavación es un lugar vulnerable y de alta frecuencia por estallido de rocas. En este caso se recomienda realizar taladros disipadores, para atenuar la capacidad de la onda y el rayo, disminuyendo el impacto al frente de la excavación. (Fig. 5).
El cálculo de la longitud (L) y el volumen de vacíos de los taladros disipadores (VVa) está relacionado al área vulnerable (AV) del frente de perforación y sectores planos de la excavación.
4. Sostenimiento de excavaciones
Para condiciones de estallido de rocas, el sistema de soporte que se instala debe contribuir al equilibrio del campo de esfuerzos y la elipse de esfuerzos, amortiguando o absorbiendo la energía liberada. El soporte para condiciones de estallido de rocas debe reunir características elásticas, flexionantes y deformable. A continuación, algunos elementos:
Malla tejida romboidal
Malla tejida de alambre de acero, de presentación romboidal con aberturas de 2”, 3” y 4”. Se amoldan al contorno de la excavación (en oquedades y rocas sobresalientes), deformables, elásticos y de alto comportamiento a la flexión. Diseñado para soportar y absorber una importante cantidad de energía.
Pernos Swellex
El perno Swellex de acero tubular es un tipo de anclaje expansivo, construido por plegamiento hacia su interior en toda su longitud, con la finalidad de reducir su diámetro para ser introducido en el taladro. Es resistente a la tracción, compresión o flexión y buen porcentaje de alargamiento. Una vez inflado, genera una fuerza radial perpendicular a su eje en toda su longitud.
Cimbras
Se trata de perfiles cuya sección resistente se asemeja a la letra griega W. Son conocidos con el nombre de Marco Omega, por sus propiedades de deformación. Por su naturaleza elástica y de comportamiento deslizante es ideal para condiciones de altos esfuerzos. Usualmente, están conformados por tres segmentos que se deslizan entre sí, sujetados y ajustados con uniones. Además, son ideales para rocas RMR V.
Elementos combinados
Se recomienda instalar pernos swellex y malla romboidal, combinada con el shotcrete.
Miguel A. Berrocal Mallqui
Ingeniero de minas con más de 25 años de experiencia, especializado en Geomecánica, con capacidad de interpretar las condiciones que propician la inestabilidad, diseño de técnicas de autosoporte y soporte de las excavaciones en rocas masivas (cuerpos) y/o roca estructural (vetas y mantos). Actualmente, se desempeña como consultor en Geomecánica del Perú EIRL, desempeñando sus servicios en minas del Perú, Colombia y Nicaragua. Expositor en diversos eventos mineros, con temas propios de mecánica de rocas, fue profesor del curso de mecánica de rocas en la Universidad Nacional de Trujillo (2004). Autor del libro Estabilidad de excavaciones en minería subterránea (2015). Contacto: geomecanicadelperu@gmail.com.
Bibliografía
- ALZATE LOPEZ, Héctor. Física de las ondas. Universidad de Antioquia, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Instituto de Física; Medellín – Colombia; Marzo 2006.
- BERROCAL MALLQUI Miguel A., Estabilidad de excavaciones subterráneas. Agosto 2015, (página146-148) Primera edición, Lima – Perú.
- RIQUELME A. SILVIA, Las misteriosas explosiones de rocas, Boletín minero, mayo 1990, Chile
- CAVIERES ROJAS, PATRICIO; Silva Quintana, Manuel, El fenómeno de estallido de roca en la Mina El Teniente, Boletín minero, mayo 1990, Chile
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