Estructuras naturales y artificiales de sostenimiento

El sostenimiento es un término ampliamente utilizado para describir los procedimientos y materiales aplicados a mejorar la estabilidad y mantener la capacidad portante de la roca circundante a la excavación.

El objetivo principal de un sistema de sostenimiento es movilizar y conservar la resistencia inherente de la masa rocosa, de tal manera que la excavación pueda autosostenerse, señala el documento Manual de geomecánica aplicada a la prevención de accidentes por caída de rocas, publicada por la Sociedad Nacional de Minería Petróleo y Energía.

En el caso del minado subterráneo, se pueden utilizar para el sostenimiento de las labores mineras las estructuras naturales y estructuras artificiales, indican los especialistas.

Estructuras naturales

Están referidas a la utilización de la misma masa rocosa para crear estructuras que ayuden a mejorar las condiciones de estabilidad de las excavaciones. Entre ellas tenemos el efecto arco en los contornos de la excavación, las diferentes formas de pilares y los escudos.

El efecto arco

El arqueo de los contornos de las excavaciones, principalmente en el techo, favorece las condiciones de estabilidad de las labores mineras subterráneas, minimizando la necesidad de utilizar sostenimiento con estructuras artificiales.

Sin embargo, cuando la masa rocosa presenta rasgos estructurales con condiciones para formar bloques o cuñas potencialmente inestables, es recomendable acomodarse al arreglo estructural de la masa rocosa, particularmente en el techo. Se malogrará la estética de la excavación, pero esto significará un trabajo seguro.

Los pilares

Las diferentes formas de pilares son utilizadas como estructuras naturales para sostener a la masa rocosa circundante a las excavaciones asociadas al minado subterráneo.

Los escudos

Esta estructura natural consiste en dejar una capa de mineral en los hastiales del tajeo, principalmente en la caja techo, en situaciones donde las rocas encajonantes son de mala calidad y el mineral es de mejor calidad.

Esta capa de mineral de 0.5 a 1 m de espesor, funciona como sostenimiento de la roca de mala calidad de las cajas, recomendándose que tenga continuidad en todo el hastial. Si por alguna razón se extrae parte del mineral de los escudos, estos pierden su efectividad y provocan situaciones de peligro.

Estructuras artificiales

Entre las estructuras artificiales debemos distinguir el reforzamiento de la roca o también denominado sostenimiento activo y el soporte de la roca o también denominado sostenimiento pasivo. En el reforzamiento de la roca, los elementos de sostenimiento son una parte integrante de la masa rocosa reforzada. En el soporte de la roca, los elementos de sostenimiento son externos a la roca y responden a las deformaciones de la masa rocosa circundante a la excavación, hacia el interior de la misma.

Un buen ejemplo de sostenimiento activo son los pernos de varilla corrugada cementada o con resina (instalados sistemáticamente), los cuales se tensan cuando la masa rocosa se deforma, interactuando con la roca de manera similar como lo hace el refuerzo de acero con el concreto en obras de ingeniería civil.

Un ejemplo de sostenimiento pasivo son las cimbras de acero, en tanto que son externos a la masa rocosa y solo responden al movimiento progresivo de la masa rocosa aflojada, hacia el interior de la excavación. Similarmente ocurre en el sostenimiento con madera.  El sostenimiento de las labores mineras subterráneas generalmente combina los efectos del de la roca, con elementos tales como pernos de roca y cables y el soporte, con elementos tales como el concreto lanzado (shotcrete), malla metálica, cintas de acero (straps) y cimbras de acero.

Debemos señalar además que en nuestro medio, la madera en sus diferentes formas de utilización constituye otro elemento de sostenimiento (soporte); asimismo, los diferentes tipos de relleno de tajeos, particularmente el relleno cementado.  Es muy importante tomar en cuenta que la instalación de refuerzo y soporte de la roca, debe llevarse a cabo como parte del ciclo de excavación, para incrementar el autosostenimiento de la masa rocosa circundante a la excavación.

Entre los elementos de sostenimiento están: pernos de roca (de anclaje mecánico, de varillas de fierro corrugado o barras helicoidales, ancladas con cemento o con resina, split sets y swellex), cables, malla, cintas de acero (straps), concreto lanzado (shotcrete) simple y con refuerzo de fibras de acero, cimbras de acero, gatas, madera (puntales, paquetes, cuadros, conjunto de cuadros), relleno y algunas otras técnicas especiales de estabilización de la masa rocosa.

Controles instrumentales de la estabilidad

En la actualidad, existe una cantidad impresionante de técnicas para el control instrumental en la construcción de excavaciones subterráneas en general. No se pretende aquí cubrir todo este tema, sino proporcionar algunos aspectos que pueden ser de utilidad práctica en el control de la estabilidad del minado subterráneo.

[Lea: Técnicas alternativas de sostenimiento]

El mejor método de controlar la estabilidad de una labor minera es la inspección visual continua de las superficies de la excavación por parte del personal de la mina, según esto, los trabajos para mantener o restablecer condiciones seguras alrededor de una excavación, variarán desde el correcto desatado hasta la colocación de sostenimiento adecuado y éstos deben ser llevados a cabo permanentemente.

En situaciones especiales puede ser útil realizar mediciones de los desplazamientos del terreno, para lo cual se pueden emplear instrumentos sencillos, sólidos y confiables, como por ejemplo un extensómetro de cinta (tape extensometer) para mediciones de convergencia, es decir para medir las deformaciones de los contornos de una excavación.

Otra instrumentación podrían ser los controles topográficos con equipos de estación total para medir el desplazamiento de puntos de referencia, asociados a problemas de inestabilidad de la masa rocosa por efectos del minado, ya sea ubicado en subterráneo o en el terreno de superficie.

También podría ser útil disponer de un sismógrafo para controlar las vibraciones del terreno por efecto de la voladura, con el fin de evaluar los daños a la masa rocosa de las excavaciones o mejorar las técnicas de voladura.

Finalmente, siendo los pernos de roca uno de los sistemas de sostenimiento más utilizados en el minado subterráneo, sería útil disponer de un ensayador de pernos de roca (rock bolt tester), a fin de controlar la efectividad de este sistema de sostenimiento.