Pernos de anclaje y factores que inciden en la caída de rocas

Las empresas creadoras de bienes o servicios, enfrentan actualmente una fuerte competencia por efecto de la globalización de los mercados y la utilización de modernas tecnologías de comunicación, que han permitido el acceso a la información y el contacto con cualquier empresa productora en el mercado.

La situación anterior ha llevado a las empresas productoras de bienes a cambiar la forma de relacionarse con el cliente: interactúa con ellos, con la finalidad de buscar la manera de mejorar los productos. Dicha relación no solo se enfoca para el proceso de venta, sino también para ofrecer un servicio de postventa. De esta manera, las empresas pueden mantener el liderazgo en el mercado, revisando y mejorando constantemente los procesos involucrados.

Lo anterior exige a los productores realizar un mejoramiento continuo en el proceso, siendo proactivos para evitar las situaciones de crisis que puedan provocar los productos o servicios de postventa en los mercados en los que actúan. Asimismo, debe anticiparse a problemas derivados de la competencia, las materias primas, pérdidas por desechos, pérdidas de tiempo en la fabricación de productos, etc.

En este caso particular, la fabricación de pernos para reforzamiento de rocas no puede abstraerse al concepto de calidad total y mejoramiento continuo, ya que el servicio que presta es importante para mantener la seguridad en faenas mineras subterráneas, túneles rodoviarios y ferroviarios, estabilización de taludes, etc. Es decir, evitar accidentes en aquellos lugares de alto tránsito que, de no mediar algún tipo de fortificación, serían zonas de alto riesgo.

Estos pernos permiten mantener la integridad de la excavación, sometida a esfuerzos, de manera que actúe como un todo. Es decir, fijando cualquier tipo de roca suelta o estrato, anclándola profundamente a la roca madre o mejorando la fricción entre las discontinuidades.

El mejoramiento continuo para estos sistemas se obtiene cuando todos los involucrados, es decir, clientes, empresa productora y trabajadores, están orientados hacia el mismo propósito de calidad. Este propósito no es otro que entender las necesidades del cliente, satisfacerlas y de ser posible excederlas.

Por otro lado, el cliente debe utilizar estos sistemas apropiadamente. Lo mismo ocurre con su instalación, la que debe ser controlada eficientemente para cumplir con los procedimientos de manera correcta. Lo anterior permitirá obtener el máximo de rendimiento del sistema.

En el mercado globalizado actual se debe competir en igualdad de condiciones con empresas tanto nacionales como internacionales, en términos del diseño del producto, costo y calidad. Esto último involucra la facilidad, tanto en el transporte como en la operación misma. Por lo tanto, el fabricante de pernos debe tener presente las necesidades reales del cliente para entregar productos de alta calidad y competitivos en materia de costos.

Por otra parte, la relación de confianza que se va generando entre productor y cliente en un mercado globalizado es frágil, por las infinitas opciones de compra y servicio integral que posee el cliente. De esta manera, la empresa fabricante de pernos, el distribuidor y el cliente, si no son capaces de detectar (control de calidad), prevenir (garantía de calidad) y mejorar continuamente (calidad total) las fallas en los productos, por muy mínimas que estas sean, puede hacer naufragar la sociedad empresa-proveedor-cliente.

La gravedad que puede tener un perno que se fatigue sin mediar una causa que lo explique, que podría ser producto de una mezcla deficiente en las materias primas de la producción del acero, o una mezcla de cemento-agua no apropiada por parte del operador, puede amenazar fuertemente la permanencia de la empresa productor en el mercado. Esto se debe a que un cliente insatisfecho transmitirá a una mayor cantidad de pares la información de esta situación si la comparamos con un cliente satisfecho.

Por otro lado, el cliente puede perder la oportunidad de utilizar, tal vez, un producto de alta calidad y rendimiento por el solo hecho de no manejar la información adecuada, los principios esenciales y los fundamentos que rigen el comportamiento de estos sistemas.

La calidad total lleva a detectar los puntos débiles y a corregirlos no solo en normas y medidas, sino también con cambios en la mentalidad de trabajo y con un mayor cuidado en la forma en que se debe enfrentar el trabajo ante la necesidad del cliente.

En el caso de las excavaciones, quienes las construyen pasan a formar parte de un servicio de construcción minera, cuya clientela estará constituida por los diversos usuarios que existen en las obras civiles (generación de electricidad, tráfico de vehículos, galerías mineras etc.). Por lo anterior, en este texto se presentan los elementos principales de ingeniería para el análisis de reforzamiento de excavaciones.

Gunnar Nord (2005), en “Controllable Rock Reinforcement” cita el ejemplo de un túnel de 80 m2 de sección el que está siendo desarrollado en caliza fracturada con estratos arcillosos, a través de un par de fallas mayores, con 350 m de sobrecarga y un significativo flujo de agua; la fase de perforación ha decrecido desde 40%, del tiempo total de perforación hace 20 años, a sólo el 20% en la actualidad.

La figura adjunta muestra el desarrollo de la perforación y operaciones auxiliares en 25 años. Nótese que las diferentes fases del ciclo han tenido el mismo desarrollo. El shotcreting muestra una positiva tendencia a reducir el tiempo, mientras que el carguío de limpieza presenta un notable menor avance. Si se consideran pernos con lechada a columna completa e instalados con un Jumbo o con un equipo automático para apernado, el incremento en productividad no guarda relación con la fase de perforación. En el caso tratado se registra un 10% solamente. Lo anterior verifica que esta fase es un cuello de botella para el ciclo de excavación.

Seguridad en excavaciones

Reduciendo la exposición por caída de rocas en minería

La caída de roca es uno de los mayores riesgos para los trabajadores de la industria minera subterránea. El desarrollo y la implementación de un efectivo Programa de Gestión para reducir los accidentes por caída de roca, o un sistema de gestión que incorpore un equipo de trabajo conformado por la gerencia, staff de ingenieros, operarios, y asesores, puede ayudar a reducir los riesgos asociados a la caída de roca y, en ciertos casos, eliminarlos.

La base de datos que se ha generado a partir de los resultados de las investigaciones realizadas, tanto por los organismos fiscalizadores estatales, como por las investigaciones internas que llevan acabo los profesionales responsables de la gestión de Prevención de Riesgo y Seguridad al interior de las empresas, permiten indicar que existe una serie de elementos agentes comunes, que contribuyen o son factores relevantes en las causas que generan los eventos de caída de roca.

¿Por qué ocurre la caída de roca?

La caída de roca o planchones se produce cuando por razones diversas, el macizo rocoso colapsa o falla, lo que genera una inestabilidad y por acción de la gravedad esta masa se desliza en forma repentina. Por ello, el objetivo principal del diseño de los sistemas de refuerzo para las excavaciones subterráneas, es ayudar al macizo rocoso a soportarse. Es decir, los sistemas de refuerzo básicamente están orientados a controlar la “caída de rocas” que es el tipo de inestabilidad que se manifiesta de varias maneras, siendo las más importantes las fracturas debidas a situaciones del tipo:

• Gravitatorio (desprendimiento o desplazamiento)
• Violentas o explosivas

La mayor o menor gravedad de las consecuencias de este planchoneo depende únicamente de la previsión o medidas de control adoptadas.

Controlar los riesgos de accidentes a personas, equipos y pérdidas de materiales producto de la inestabilidad que presenta una labor durante su apertura, constituye una preocupación primordial que debe ser considerada en la planificación de las labores mineras.

Factores que inciden en la caída de rocas en minería

A continuación se indican algunos factores relacionados con aquellos aspectos operativos y otros agentes mecánicos que han sido identificados como elementos recurrentes en los resultados de las investigaciones realizadas, no todos son causantes del fenómeno de caída de rocas en minería, pero han contribuido en cierto grado como parte del o los mecanismos que originó la caída de roca.

Factores geológicos
Se relacionan directamente a las características del macizo rocoso; tipo de roca, alteraciones, fallas, discontinuidades o diaclasas, lo que origina el debilitamiento y luego el desprendimiento de rocas.

Factores ambientales
Los cambios bruscos de temperatura, la humedad y la presencia de agua subterránea, son factores que contribuyen a debilitar la roca.

Campo de esfuerzo
Cuando las excavaciones llegan a grandes profundidades se originan grandes esfuerzos en la masa rocosa, lo que origina fracturas y luego la caída de rocas.

Método de explotación
Un método de explotación inapropiado al tipo y calidad de roca, influye en la inestabilidad de la excavación y del entorno del macizo rocoso.

Efectos por tronadura
El uso excesivo de explosivos en una tronadura debilita las paredes y el techo de la excavación, lo que provoca la generación de microfracturas y apertura de diaclasa, las que pueden provocar caída de roca.

Perforación deficiente
No conservar el paralelismo de las perforaciones contribuye a formar zonas de sobreexcavación y cuñas que pueden desprenderse.

Corrosión del elemento estructural
• Uso de acero negro, sin encapsulado en ambientes agresivos.
• Fracturas del “grout” en terrenos sujetos a permanentes cambios de tensiones y por no considerar un pre-tensado del elemento.
• Pérdida de “grout” por un encapsulado incompleto del elemento, lo que permite que la infiltración de agua erosione el “grout”.
• Cambio del pH, volumen y propiedades químicas, de las aguas de infiltración subterránea.

Incorrecta instalación del sistema de estabilización
• Pernos instalados con equipo mecanizado tipo Jumbo en excavaciones pequeñas con ángulos menores a la normal de la superficie (subhorizontal).
• Longitud de encapsulado menor que la especificada.
• Dosificación incorrecta del “grout” o lechada de cemento.
• Longitud de anclaje insuficiente en roca sana.
• Diámetro de perforación inadecuado para el tipo de sostenimiento a emplear (anclaje por fricción, perno resina).

Diseño incorrecto o aplicación inapropiada del sistema de estabilización
• Escasa capacitación del personal (incluidos ingenieros y operador) en la identificación de cuñas y otras estructuras geológicas riesgosas.
• Personal no competente para el análisis, evaluación e inspección visual de condiciones de riesgo del macizo rocoso.
• Colapso y caída de roca dañada por el efecto del proceso tronadura y un mal proceso de saneamiento al iniciar el proceso de apernado.
• Aplicación del perno de anclaje por fricción para el control de grandes bloques.
• Uso solo de perno de anclaje como refuerzo para la estabilización, en zonas donde se requiere una combinación de refuerzo+soporte, mediante la aplicación de shotcrete y malla u otro elemento a ser colocado en la superficie para prevenir el colapso de la roca.
• Instalación insuficiente del número de anclajes para obtener un factor de seguridad adecuado a las condiciones del área a estabilizar.
• Instalación y orientación inadecuada con respecto a la superficie a estabilizar.

Cambio del mecanismo de carga en el anclaje
Alteración del mecanismo de carga sobre el anclaje, debido al movimiento de una estructura geológica o a cambios en el campo de esfuerzo. Esto genera una alta probabilidad de falla del sistema de refuerzo, porque este fenómeno no es evaluado objetiva y oportunamente.

Experticia del recurso humano de operación
Bajo conocimiento especifico sobre los objetivo de las labores de control y calidad, en las operaciones orientadas a mantener la estabilidad de las excavaciones subterráneas, a nivel de todo el recurso humano involucrado en las actividades de estabilización, sean supervisores y operadores.

Alineamiento de los objetivos de la fortificación
Existencia de un desalineamiento entre los objetivos del diseñador de los sistemas y los instaladores u operadores, lo que lleva a tener malos resultados en la gestión global de la estabilidad de las excavaciones.

Interacción de factores críticos
La coexistencia de alguno o varios de los factores enumerados anteriormente, que pueden contribuir en diferente grado de importancia a generar condiciones de inestabilidad sobre el macizo rocoso en el tiempo, por ejemplo; la falta de monitoreo y retroalimentación de la existencia de eventos de riesgo por parte de la operación ya sea de eventos individuales o colectivos a consecuencia de factores tales como: presencia de agua, lajamiento y eventos sísmicos por incremento del campo de esfuerzo, y daños en los sistemas a consecuencia de las operaciones productivas, todos estos factores críticos sumados, evidentemente generan condiciones de riesgo y de colapsos de las excavaciones subterráneas y de superficie.

Control del daño como consecuencia de la caída de rocas en minería

Mecanización de la operación de fortificación

Los eventos de colapso de la roca si bien es cierto normalmente se producen en frentes en desarrollo y en cámaras de explotación, también pueden presentarse en áreas previamente estabilizadas. Por ello, la mayoría de las operaciones mineras está tendiendo a convertir la operación manual de estabilización en totalmente mecanizada, de manera de conseguir una mayor productividad y, lo más importante, evitar exponer al trabajador a una área no estabilizada.

En operaciones mineras donde se ha llevado a mecanizar las operaciones de estabilización, se ha reducido el número de eventos en los frentes de operación donde normalmente se producía el mayor número de colapsos, ahora se producen en otras áreas de las operaciones mineras y a consecuencia de otros fenómenos, básicamente relacionados con eventos de origen cinético y deslizamientos de grandes cuñas.

Accidentabilidad

La falla del techo es la inestabilidad más común que aparece en la mayoría de las excavaciones de obras civiles y minas subterráneas, ya sean estas de pequeña o gran escala y para distintas especies explotadas. Del mismo modo, podemos afirmar, y así lo muestran las estadísticas, que una gran parte de los accidentes fatales son asociados a falla del techo.

En general, los accidentes por desprendimiento de rocas, si bien han disminuido, comparado con décadas pasadas, sigue constituyendo una de las cuatro o cinco categorías de las principales causales de los accidentes ocurridos en la minería. Cabe destacar que esta disminución, por supuesto, se ha debido a la capacitación de los operarios y, en forma muy importante, a la implementación de elementos de soporte y reforzamiento de las masas rocosas. De allí la importancia de los sistemas de reforzamiento en situaciones estructuralmente controladas y presencia de altos niveles de esfuerzos.

Factores que inciden en la caída de rocas en minería es un artículo publicado en la revista Seguridad Minera n° 102. Escrito por el Dr. Ing. Alfonso Carvajal Rojas, en colaboración con Eugenio Santander y José Castillo.