1. IGME - Mecánica de Rocas en Minería Metálica Subterránea [1991]

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    21-Dec-2015

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Mecnica de rocasaplicada a la minerametlica subterrneaP. Ramrez Oyangrenl .dela Cuadra rizarH. lan HuertaE. 6rijalbo Obesoi INSTITUTO GfOl061C0 Y MINERO DE ESPAA0 O$'24MECNICA DE ROCAS APLICADA A LA MINERIAP. Ramrez OyangrenDr. Ingeniero de Minas. Catedrtico de Labo-reo de Minas y Mecnica de Rocas- ETSIMM.D. Luis de la Cuadra e IrizarDr. Ingeniero de Minas. Catedrtico Emritode Laboreo y Mecnica de Rocas - ETSIMM.R. Lan HuertaE. Grijalbo ObesoIngenieros de Minas. Colaboradores de la Ctedrade Laboreo y Mecnica de Rocas de la ETSIMM.* La realizacin de este libro ha sido financiada por el Instituto Geolgico y Minero de Espaa, medianteConvenio con la Escuela Tcnica Superior de Ingenieros de Minas de la Universidad Politcnica de Madrid.PROLOGOEl Instituto Geolgico y Minero de Espaa (IGME) desarrolla, desde hace ya 15 aos, unalabor sistemtica de asimilacin y difusin de la Geotecnia Minera, en lnea con el notable desarro-llo de esta rama del saber durante las ltimas dcadas. Confluyen en ella la Geologa Aplicada,la Mecnica de Rocas y de Suelos con la Ingeniera, pero, de ese cruce fructfero de disciplinastan amplias, slo se enfocar en este trabajo la sistematizacin y difusin de su tecnologa msbsica aplicada a la Minera Metlica SubterrneaEl IGME ha realizado numerosos estudios (a disposicin de quien se interese por ellosen su centro de Documentacin) que alcanzan prcticamente todos los temas de Geotecnia Mi-nera. Desde la Geotecnia de Taludes o la de Presas de residuos y Escombreras a la Caracterizacinde Estratos afectados por Labores Mineras, pasando por el Control de Vibraciones producidaspor Voladuras o los aspectos geotcnicos de Tajos y Cmaras de Explotacin, todos han sidotocados en esta actividad sistemtica Dentro de este contexto de actividad cotidiana se insertala publicacin de este Manual, que intenta ocupar un hueco bibliogrfico existente en la biblio-grafa minera de habla hispana, de uno y otro lado del Ocano.La finalidad ltima de este trabajo es exponer la metodologa que debe guiar el dimensio-nado de minas metlicas, subterrneas, mediante la aplicacin de la mecnica de rocas.Comienza el estudio con una exposicin de los criterios usuales para seleccionar el mto-do de explotacin ms adecuado para el aprovechamiento de un yacimiento mineral. entre di-chas directrices destacan las propiedades mecnicas de las rocas y macizos rocosos, que sonestudiados por la Mecnica de Rocas.Contina, despus, con una descripcin , ajustada a los fines de este trabajo, de los mto-dos de explotacin ms utilizados en el mundo, poniendo, siempre que ello es posible, ejemplostomados de la realidad minera espaola Para cada uno de esos mtodos, se sealan las circuns-tancias que los hacen ms aconsejables, poniendo nfasis especial en los aspectos relacionadoscon el comportamiento mecnico de los terrenos que, como se mencion anteriormente, son degran importancia por lo general y, en ocasiones, descritos. Se precisan tambin los elementos dela estructura subterrnea minera que deben ser dimensionados, y explica cmo utilizar para ellola mecnica de rocas. As pues, el mtodo propuesto hace uso de tres modelos geolgico, geotc-nico y matemtico, de los que se describen el acopio de datos y los estudios pertinentes paracomponerlos.Como es sabido, toda modelizacin entraa simplificaciones, que, sin el oportuno con-trol, pueden dar lugar a errores importantes de diseo. Por ello, se complementa el estudio po-sitivo con otros sobre los aparatos utilizados para ello. La vigilancia atiende a: la prevencin deinestabilidades catastrficas, el reconocimiento de los procesos de rotura en zonas de la mina,la deteccin de estructuras subterrneas inestables o, simplemente, la obtencin de datos com-plementarios para mejora det diseo aplicado , a travs del consiguiente perfeccionamiento de losmodelos de base disponibles.El estudio termina con unas recomendaciones, de carcter general, sobre eldimensionadode las minas subterrneas espaolas.No ser, por fin, ste un Manual solitario, sino que forma parte de un bloque de variosManuales sobre estos temas (Geotecnia de taludes mineros de carbones explotados a cielo abier-to, Escombreras y Presas de Residuos, Geotecnia marina de estructuras offshore. Subsidencia mi-nera, etc.) que irn viendo la luz progresivamente.Estoy convencido de que este libro y los que estn en preparacin contribuirn a un dise-o ms seguro y econmico de las operaciones mineras en los pases de habla hispana.Jos Enrique Azcrate MartnDirector del Ins ti tuto Geolgico yMinero de Espaa.PROLOGOEste trabajo tiene por objeto exponer la metodologa que debe seguirse para el dimensionadode minas metlicas subterrneas, mediante la aplicacin de la mecnica de rocas, con la idea de quepueda ser utilizada en el diseo de las actuales y futuras minas espaolas.El estudio da comienzo con una exposicin de los criterios que se utilizan mundialmentepara elegir el mtodo de explotacin ms adecuado para un yacimiento mineral. Como se tendrocasin de comprobar, entre dichos criterios destacan las propiedades mecnicas de las rocas y ma-cizos rocosos, que son estudiados por la mecnica de rocas.A continuacin, se hace una descripcin suficientemente detallada para lo que se requiereen este trabajo, de los mtodos de explotacin ms utilizados en el mundo, poniendo, siempreque es posible, ejemplos de la minera espaola.Para cada uno de los mtodos, se sealan las circunstancias en que son aconsejables, poniendoespecial nfasis en los aspectos relacionados con el comportamiento de los terrenos que, como semencion anteriormente, son de gran importancia generalmente y, en algunos casos, son decisorios.Se indican tambin los elementos de la estructura subterrnea minera que deben ser dimensionados,y se explica cmo se puede utilizar para ello la mecnica de rocas.Despus de esta presentacin de los trminos reales y prcticos en que se plantea el problemaen los diferentes mtodos de explotacin existentes en la actualidad, entre los que se han destacadolos utilizados en Espaa, se ha comenzado a exponer la metodologa clsica empleada en mec-nica de rocas para atacar el problema del dimensionado de minas metlicas subterrneas. Esta me-todologa consiste en la realizacin de tres modelos: geolgico, geotcnico y matemtico.Cada uno de los elementos de los mencionados modelos, se describe con todo detalle en estetrabajo y, cuando es necesario, se expone, adems, la forma de obtener la informacin correspo-ndiente. Es decir, se describen los estudios a realizar para componer cada modelo y la forma deefectuarlos.Como es sabido, toda modelizacin entraa considerables simplificaciones, que pueden darlugar a errores importantes en el diseo. Por ello, se ha considerado interesante hablar, en este tra-bajo, de la vigilancia de las minas subterrneas y de los aparatos utilizados para ello. La vigilanciapuede tener por objeto: prevenir inestabilidades catastrficas, estudiar el proceso de rotura dezonas de la mina, detectar estructuras subterrneas inestables o, simplemente, obtener datosparamejorar el diseo. Esta mejora puede lograrse modificando los modelosgeolgico, geotcnico ymatemtico, para que reflejen lo mejor posible la realidad y permitan predecir el comportamientomecnico de la mina.El estudio termina con unasrecomendaciones, de carcter general, sobre el dimensionadode las minas metlicas subterrneasespaolas.3INDICEpg.PROLOGO............................................................. 1CAPITULO1 ........................................... ................9Clasificacin de los mtodos de explotacin.1. Definicin .- 2. Geometra y sistemas del mtodo.-3. Justificacin de la clasificacin.- 3.1. Ex-plotaciones con sostenimiento natural .- 3.2. Explotacionescon sostenimiento a rtificial .- 3.3. Expl o-taciones por hundimiento.- 3.4. Explotaciones especiales.- 4. Criterios yorientaciones para la selec-cin del mtodo.- 4.1. Generalidades.- 4.2. Clasificacin de criterios .- 4.3. Posicinespacial, formay tamao del criadero.- 4.4. Valor ydistribucin de las leyes del mineral .- 4.5. Propiedades geome-cnicas y qumicas del mineral y de la roca encajante.- 5. Seleccin del mtodo. Fases de la misma.-5.1. Recopilacin de datos .- 5.2. Estudio de la Mecnica de las Rocas .- 5.3. Costo y capital necesa-rio.- 5.4 . Eleccin del mtodo y planificacin de la mina.CAPITULO II .......................................................... 21Labores preparatorias.1. Preparacin general de la mina .- 2. Preparacin de la explotacin.CAPITULO 111 .......................................................... 29Explotaciones con sostenimiento natural.- Introduccin.1. Cmaras y pilares.- 1.1. Cmaras conpilares ocasionales.- 1.2. Cmaras con pilares sistemticos.-1.3. Ejemplos.- 1.4. Aplicaciones en Espaa .- 1.5. Ejemplos .- 2. Cmaras vacas.- 2.1. Arranquedesde niveles.- 2.2. Ejemplos.- 2.3.Aplicacin en Espaa.- 2.4. Ejemplos.- 3. Cmaras vacas congrandes barrenos.- 3.1. Grandes barrenos en abanico.- 3.2. Grandes barrenos de banqueo.- 3.3.Grandes barrenos con voladura en crter . 3.4. Ejemplos.- 3.5. Aplicacin en Espaa.- 3.6. Ejemplos.CAPITULO IV ..........................................................'59Explotaciones con sostenimiento artificial.1. Introduccin .- 2. Cmaras Almacn.- 2.1. Ejemplos.- 2.2.Aplicacin en Espaa.- 2.3. Ejem-plos.- 3. Cmaras con rebanadas ascendentes rellenas .- 3.1.Ejemplos.- 4. Rebanadas unidescentesrellenas.- 4.1. Generalidades .- 4.2. Ejemplos.- S. Explotaciones entibadas.- 6.Aplicaciones en Es-paa.CAPITULO V .......................................................... 85Explotaciones por hundimiento.1. Generalidades.- 2. Huecos y pilares hundidos .- 3. Bloquehundido.- 3.1. ejemplos.- 4. Niveleshundidos.- 4.1. Ejemplos.- S. Aplicacin en Espaa.- 5.1. Ejemplos.CAPITULO VI ..........................................................99Explotaciones especiales.1. Introduccin.- 2. Recuperacin de pilares.- 3. Recuperacin de pilares horizontales .-4. Recupe-racin de pilares verticales .- 4.1. En cmaras vacas.- 4.2. En rebanadas rellenas.- S. Recuperacinpor huecos.- 6. Aplicacin en Espaa.CAPITULO VII ......................................................... 107Modelizacin de la mina1. Introduccin .- 2. Modelo Geolgico .- 3. Modelo Geomecnico.- 4. Modelo matemtico.5Pg.CAPITULO VIII .........................................................113Modelo geolgico1. Introduccin.- 2. Identificacin del material .-2.1. Litologa.- 2.2. Meteorizacin de las rocasEscalas y litologa.- 2.3. Caractersticas resistentes : Consistencia de lossuelos y dure-za de las rocas .- 3. Estructura del macizo rocoso .- 3.1. Estructura y dominio estructural .-3.2. Su-perficies de discontinuidad .- 4. Caracteres geomecnicos de las discontinuidades.- 4.1. Orientacin.-4.2. Espaciado.- 4.3. Dimensiones.- 4.4. Rugosidad .- 4.5. Apertura.- 4.6. Relleno.- 4.7. Circu-lacin de agua .- 4.8. Nmero de familias.- 4.9. Tamao de los bloques.- S. Flujo deagua en elmacizo rocoso .- 5.1. Conceptos generales.- 5.2. Redes de flujo.- 5.3. Investigacin hidrolgicadel macizo rocoso.- 6. Toma de datos.- 6.1. Toma de datos en superficie.- 6.2.Toma de datosen profundidad .- 7. Representacin grfica de la informacin geolgica .- 7.1. Presentacinde re-sultados .- 7.2. Fuentes de error en el registro de los datos estructurales.CAPITULO IX .................. *........................................173Modelo geomecnico.1. Propiedades mecnicas de los materiales rocosos.- 1.1. Introduccin .- 1.2. Comportamientode las rocas en compresin.- 1.3. Velocidad de carga.- 1.4. Anisotropa.- 1.5. Influencia del tamaoy de la forma sobre la resistencia . Efecto de escala .- 1.6. Teoras de lamicrofisuracin .- Desarrollode las microfisuras bajo tensiones de traccin y compresin.- 1.7. Rotura de las rocas . Criterios derotura : Mohr, Coulomb- Navier y Hoek.- 1.8. Tensinefectiva y disminucin de la resistencia conla humedad.- 1.9. Base terica del anlisis elasto - plstico .- 1.10. Plasticidad.- 2. Propie-dades mecnicas de las discontinuidades.- 2.1. Resistencia alcorte.- 2.2. Dilatancia.- 2.3.Rigidez.- 3. Determinacin de las tensiones naturales en la corteza .- 3.1. Introduccin.- 3.2. Mto-do de los medidores mecnicos.- 3.3. Mtodo de las clulas triaxiales.- 3.4. Mtodo de la clula ex-tensomtrica "doorstopper".- 4. Ensayos para determinar las propiedades mecnicas de las rocas.-4.1. Introduccin .- 4.2. Ensayo de compresin simple.- 4.3. Ensayo de compresin triaxial.- 4.4.Ensayo de corte directo .- 4.5. Ensayo de carga puntual .- 4.6. Determinacin de la resistencia a trac-cin.- 4.7. Ensayo de porosidad y densidad.- 5. Clasificaciones geomecnicas de los macizos5.1. Introduccin.- 5.2. Clasificacin de Terzaghi.- 5.3. Clasificacin de Protodyakonov.- 5.4. Cla-sificacin de Lau ffer.- S.S. Clasificacin de Deere ( R.Q.D.).- 5 .6. Clasificacin de Louis.- 5.7. Cla-sificacin a pa rtir del RSR .- 5.8. Clasificacin de Barton.- 5.9. Clasificacin de Bieniawski ( RMR).-5.10. Discusin sobre los sistemas de clasificacin.CAPITULO X ..........................................................271Modelo matemtico1. Introduccin.- 2. Mtodos numricos .- 2.1. Introduccin.- 2.2. Los modelos contnuos.- 2.3.Los modelos discontinuos .- 2.4. Modelo de los elementos finitos .- 2.5. Ejemplo de la utilizacin delM.E.F.- 2 .6. Mtodo de las diferencias finitas.- 2.7.- Ejemplo de la utilizacin del mtodo de dife-rencias finitas.- 2.8.- Mtodo de los elementos de contorno.- 2.9. Ejemplo de aplicacin del mto-do de los elementos de contorno.- 2.10. Mtodo de las integrales de contorno.- 2.11. Ejemplo deaplicacin del mtodo de integrales de contorno a interseccin de tneles .- 2.12. Mtodo de desplaza-miento discontinuo .- 2.13. Ejemplos de aplicacin del mtodo de desplazamiento discont nuo.- 2.14.El modelo de bloques.- 2.15. Ejemplo de aplicacin del modelo de bloques.- 3. Diseo de cavidadessubterrneas.- 3.1. Distribucin de tensiones alrededor de cavidades subterrneas aisladas.- 3.2. Dis-tribucin de tensiones alrededor de abert uras mltiples (cmaras y pilares ) en macizos rocosos com-petentes, masivos y elsticos .- 4. Diseo de pilares.- 4. 1.Mtodos anal ticos y numricos.- 4.2. Dis-tribucin de tensiones en los pilares segn la inclinacin del yacimiento.- S. Diseo de techos en te-rrenos estratificados.- 5.1. Introduccin.- 5.2. Techos asimilables a vigas.- 5.3. Techos asimilablesa placas.- 5.4. Influencia de las fisuras en el diseo de techos .- S.S. Teora del arco para el diseode techos fracturados.-6. Roturas relacionadascon la estructura; geolgica.-6.1 . Estabilidad de huecosa distintas p rofundidades.- 6.2. Roturas dependientes de la estructura .- 6.3. Anlisis por computa-dor de inestabilidades estructuralmente controladas.-.- 6.4. Influencia de la excavacin sobre rotu-ras controladas estructuralmente.- 6.5. Influencia de las tensiones existentes "i situ" sobre inesta-bilidades controladas estructuralmente.- 7. Explotaciones por hundimiento .- 7.1. Introduccin.-7.2. Concepto de diseo .- 7.3. Excavacin del hueco inicial bajo el yacimiento.- 7.4. Mecanismos dehundimiento.- 7.5. Extraccin del mineral y movimientos del terreno alrededor de los huecos produ-cidos .- 7.6. Influencia de confinamiento sobre el hundimiento .- 7.7. Influencia de las tensionesnaturales .- 7.8. Repercusin del hundimiento en superficie y sunsidencia.6Pg.CAPITULO XI .........................................................337Instrumentacin1. Introduccin.- 2. Medidor mecnico de deformaciones. Descripcin y aplicaciones .- 3. Tuboextensomtrico. Descripcin y aplicaciones.- 4. Medidor de deformaciones de pilares . Descripcin yaplicaciones.- S.Instrumentocontrolador de descensos de techos . Descripcin, instalacin y apli-caciones.- 6. Extensbmetros instalados en sondeos.- 6.1.Tipos de extensmetros .- 6.2. Forma deejecutar el sondeo.- 6.3. Tipos de anclajes y colocacin en el sondeo.- 6.4. Toma de datos e in-terpretacin.- 6.5. Fuentes de error del instrumento.- 7. Clulas de carga y clulas de presin. Ti-pos, instalacin y fuentes de error en las medidas.- 8. Medidas de cambio tensional . Inclusionesrgidas .- 8.1. Tipos de instrumentos.- 8.2. Determinacin de la tensin al.- 9. Microsismos.-10. Estratoscopio .- 11. Movimientos de superficie por topografa.- 11.1. Movimiento horizontal.-11.2. Movimiento vertical.- 11.3. Pendiente.CAPITULO XII ......................................................... 357ConclusionesReferencias ........................................................... 3617CAPITULO 1CLASIFICACION DE LOS METODOS DE EXPLOTACION.1. DefinicionesLa explotacin subterrnea de los criaderos metlicos es ms antigua que la del carbn y la po-tasa. Numerosos metales como el oro, plata, hierro, cobre, plomo, mercurio, etc., han tenido unaimportancia capital en las antiguas civilizaciones. El aprovisionamiento de estas materias primas erala mayor preocupacin del hombre antiguo.La existencia del criadero bastaba para empezar su laboreo. El concepto de "criadero econ-micamente explotable" no se conoca an. La rentabilidad careca de importancia frente a la pose-sin del mineral.No es de extraar que al nacer el Laboreo de Minas en *estas condiciones, nacieran numerososmtodos para ponerlo en prctica, gracias al ingenio de aquellos hombres que, al crear la minera,iniciaron los mtodos de laboreo.Se define el mineral como "compuesto qumico inorgnico que se presenta naturalmente,con una composicin qumica suficientemente precisa y unas propiedades fsicas que lo distinguen".Hay catalogadas ms de 2.000 especies.Dentro de los minerales, este trabajo se va a referir a aquellos que contienen metales, llamadospor ello minerales metlicos, bien diferenciados de los no metlicos y de los combustibles.Los minerales metlicos pueden agruparse del siguiente modo :- Metales preciosos : Oro, Plata, Platino.- Metales bsicos : Cobre, Plomo, Zinc, Estao.- Metales siderrgicos : Hierro, Niquel, Cromo, Manganeso, Molibdeno, Wolfranio, Vanadio.- Metales ligeros : Aluminio, Magnesio.- Metales electrnicos : Cadmio, Bismuto, Germanio.- Metales radiactivos : Uranio, Radio.Se consideran como criaderos unas concentraciones de minerales tiles que despus de su labo-reo y tratamiento, se usan como materias primas para otras industrias.Desde el punto de vista minero, de estos criaderos se consideran varios tipos que sepueden9definir en tres grupos, atendiendo a la forma en que se presentan :' Filones ': que son grietas , fisuras , fracturas o fallas planas en los macizos rocosos rellenas porprecipitacin de minerales en solucin o por inyeccin de minerales del magma.Pueden tener pendientes variadas, aunque predomina la prxima a la vertical; sus potenciasoscilan mucho y el largo o corrida puede tener cientos de metros.'Masas", "Bolsadas" o "Lentejones" son aquellos criaderos de forma lenticular en los que lapotencia es de tamao comparable a las otras dos dimensiones, y adems, va disminuyendo hastadesaparecer, de acuerdo con la forma del criadero."Tabulares ", "estratiformes" o "Filones Capas" son aquellos que o estn mineralizados en laestratificacin o son filones coincidentes con ella.En los tres casos, las potencias , pendientes y dems caractersticas pueden ser las mismas.La ley de un mineral es el porcentaje en peso del metal contenido por tonelada de mineral,aunque su forma de combinarse en sus minerales sea variada.La importancia de la ley es clara, ya que el valor del metal recuperado es el que paga los gastosde la mina y de la preparacin y fundicin de la mena, ms el beneficio.Es la ley del criadero la que marca el lmite ("cut off") hasta el que el mismo es o no explo-table.Este lmite est muy relacionado con las circunstancias econmicas del momento y, dentrode ellas, con el mtodo de explotacin que se aplique. [ 112. Geometra y sistemas del mtodoSe conoce por geometra de un mtodo de explotacin la disposicin de las diferentes laboresnecesarias para el arranque del mineral del criadero.Estas labores son las mismas en todos los mtodos subterrneos, si bien varan en suposicin,tamao y nmero.En todos los casos hay una altura de explotacin determinada por la divisin de la minaen pisos. En cada piso hay que considerar dos plantas y en cada planta al menos una galera, galerade base o galera de cabeza. En muchos casos se dispone de dos galeras en cada planta: galeras decabeza y base dentro del mineral y galeras en direccin en la roca del muro.Entre planta y planta se establecen comunicaciones con labores verticales o inclinadas, llama-das chimeneas, para paso de aire, personal y servicios varios. El nmero de chimeneas, distancias,etc., son elementos caractersticos de la geometra de cada mtodo.Son fundamentalmente variadas y caractersticas de cada mtodo las labores de arranque,carga, relleno, etc., dentro del bloque creado entre planta y planta. Este bloque tiene adems unageometra muy variada por su situacin, sentido del arranque, etc.Los denominados "sistemas" se refieren a los aspectos tecnolgicos del mtodo, y concreta-mente a las tecnologas aplicadas en las distintas fases del laboreo y sus servicios auxiliares.As,pueden distinguirse los sistemas siguientes en cada uno de los mtodos :Perforacin y voladura (mquinas, esquemas, tipos de explosivos, etc.).Sostenimiento (tipos de entibacin, control de huecos, etc.).- Transporte (variantes del mismo en la explotacin y general).Elementos auxiliares (ventilacin, desage, seguridad, alumbrado, etc.).10Avance de labores - Minadores ymquinas similares.Arranque (mecanizacin delmismo).De este modo, cada criadero ser apropiadopara emplear un mtodo determinado, y dentrodel mtodo, habr que elegir los sistemasms convenientes.Incluso un sistema puede serdecisivo para la eleccin de un mtodo entre dos querenan,por otros aspectos, condiciones similares.3. Justificacin de la clasificacin.La gran cantidad de factoresque pueden considerarse pararealizar una clasificacin de losmtodos de explotacin subterrneaslo serviran para hacerlasumamente confusa.Los diferentes autores hanrealizado numerosas clasificacionessegn el punto de vista con elque se enfoque. Atendiendo alsistema de transporte, stepuede ser sobre vas y arrastre con loco-motora, o se suprime la va y eltransporte puede ser con autocamionesvolquetes, camiones lanza-deras, cargadoras-transportadorasL.H.D., o bien, sistemas de transportadorescontinuos (bandas,blindados, etc.).Si se enfoca la clasificacin por ladireccin del arranque se tienen los siguientesgrupos: ascen-dentes, descendentes, en direccin de lacorrida, en retirada, etc.Se ve, por tanto, que estospuntos de vista para una clasificacin,que se refieren a aspectosparciales, dan una reducida indicacinde las condiciones apropiadas del criadero, y sise quierenrecoger todos los aspectos sera una listainterminable e intil.La importancia de las caractersticas delmacizo rocoso en la posibilidad de aplicacin de unmtodo de explotacin, y su influenciaen el dimensionado de las explotaciones, pueden servircomo criterios para realizar una clasificacin de losmismos, basada en la resistencia del citado ma-cizo rocoso, comprendiendo en l noslo las rocas en las que arma el criadero,sinotambin las queconstituyen el mismo y son objeto del laboreode la mina.Las caractersticas de un criadero puedenhacerlo favorable o no para el control delterreno yla estabilidad de los huecos quecorrespondan a un mtodo determinado.En toda labor minera que abre unhueco, la roca que lo limitaavanza poco a poco hasta unlmite de rotura; al llegar a estelmite, hay que adaptar el mtodo ycon frecuencia el mtodo evo-luciona.El control del hueco abierto puede variardesde la aplicacin de un sostenimientofirme, conpilares o macizos rgidos, pasando por undescenso controlado del techo, con convergencia gradualdel hueco, hasta el hundimiento total delmismo y del terreno superior.Se pueden pues considerar con Le Chatelier, los tresprincipios fundamentales o tres manerasde controlar el hueco minero :- Sostenimiento firme con pilares rgidos.- Sostenimientos flexibles o rellenoque controla y mejora el hundimiento.- Hundimiento total.Entre los mtodos integrados enel segundo grupo, los hay que son mixtos con losgruposprimero y tercero.Los factores de potencia y pendientedeterminan subdivisiones ms o menos claras dentro decada grupo.11Esto se puede conseguir con un verdadero hundimiento inducido y progresivo, o bien, ate-nundolo con relleno del hueco. Para ello es preciso que se pueda sostener la roca que rodea al hue-co por debajo de su lmite de rotura el tiempo suficiente para asegurar el trabajo de los mineros enel frente de arranque.En una primera fase, se rebajan o disminuyen los pilares, que se complementan con entibacino relleno y, en otros casos, se sustituye por relleno completo.Se consideran en este grupo los siguientes mtodos :- Cmaras almacn. (Shrinkage stopes)- Con pilares.- Sin pilares.- Con relleno posterior.- Rebanadas ascendentes con relleno. (Cut-and-fill stopes)- Rebanadas descendentes con relleno. (Undercut and fil)- Explotaciones entibadas. (Timber supported stopes)3.3. Explotaciones por hundimiento.Entre los mtodos propios de este grupo se pueden distinguir claramente dos variantes: la pri-mera comprende aquellos en que el hundimiento final se produce en etapas controladas para atenuarlas alteraciones superficiales, de modo que las zonas de fractura, compresin y descenso se compen-sen todo lo posible; la segunda agrupa aquellos mtodos en que, por el tamao de los huecos o lascaractersticas del criadero, el hundimiento no es controlable en superficie y destruye el equilibriooriginal del macizo rocoso. En este caso, al terminar la carga del mineral, se presentan en los puntosde carga las rocas estriles de los hastiales y recubrimiento.En consecuencia, la filosofa de los mtodos comprendidos en este grupo es diametralmenteopuesta a la de los del grupo primero . Si se quiere preservar alguna zona de superficie, hay que dejarsin explotar la parte del criadero que corresponde al macizo de proteccin, valindose de los corres-pondientes planos de fractura del hundimiento.Se consideran los siguientes mtodos- Cmaras y pilares hundidos.Bloques hundidos. (Block caving)Niveles hundidos. (Sublevel caving)Rebanadas unidescendentes hundidas . (Top slicing)3.4. Explotaciones especiales.En este grupo se incluyen los mtodos empleados en la recuperacin de macizos y pilaresabandonados en los mtodos anteriores y que tienen caractersticas particulares. [2] [6]4. Criterios y orientaciones para la seleccin del mtodo.4.1. Generalidades.Los criterios y orientaciones que deben tenerse en cuenta para seleccionar el mtodo de ex-plotacin ms adecuado para el laboreo de un determinado criadero, estn influenciados por una13serie de parmetros cuya importancia vara con la situacin geogrfica, el nivel de desarrollo de latecnologa y de la economa del pas donde se encuentray, adems, el factor tiempo. Es decir, quelos parmetros de los que depende esta seleccin , unos son de valoracin fcil y otros de valoracindifcil, y slo pueden considerarse fijos en un lugar y tiempo determinados.Los cambios que la evolucin econmica y tecnolgica introducen con el tiempo obligan a re-visar peridicamente los mtodos de laboreo.No es fcil ofrecer una clasificacin de criterios de seleccin de mtodos, y por ello. slo de-ben indicarse de forma muy general. Las variaciones e influencias recprocas de todos los prametrosque han de tenerse en cuenta en esta seleccin, obligan a solucionar el problema con la ayuda decriterios subjetivos de la experiencia, como complemento de los deducidos lgicamente. Por ello,el tema se expondr con ms detalle al tratar cada mtodo en su captulo correspondiente.Una primera idea, bastante generalizada, consiste en comenzar la seleccin siguiendo el ordeninverso , es decir, eliminando, a la vista de los parmetros principales , aquellos mtodos que claramen-te no sean apropiados al caso concreto que se considera . De esta manera se consigue limitar losmtodos a considerar a unos pocos, llegndose con frecuencia al caso de tener que elegir entre slodos soluciones posibles. Al llegar a este momento, se har un anlisis comparativo para una eleccindefinitiva. Este sistema negativo de seleccin no consigue definir el mejor mtodo, ya que en la prc-tica, al tener que adaptarse a los parmetros del caso concreto, aquel resultar ser una variantede un mtodo-tipo o una combinacin de varios.Por todo ello, y ante :la responsabilidad de quien haya de decidir en la eleccin final del mto-do, es aconsejable no precipitarse y tomar el tiempo necesario para lograr una solucin ptimaantes de comprometer el capital y personal necesarios en toda empresa minera.4.2. Clasificacin de criterios.Los criterios de seleccin deben basarse en una serie de parmetros fundamentales que puedenclasificarse en los grupos siguientes :a) Parmetros dependientes de la naturaleza del criadero- Posicin espacial del criadero, forma y dimensiones.- Valor y distribucin de las leyes del mineral.- Propiedades geomecnicas y qumicas del mineral y la roca encajante.b) Parmetros relativos a la seguridad, higiene, bienestar en el trabajo y legislacin oficial.c) Medios financieros para iniciar y desarrollar el beneficio del criadero.d) Trabajos y labores complementarias.4.3. Posicin espacial, forma y tamao del criadero.La profundidad y situacin del criadero con relacin a la superficie es un parmetro que haceaumentar las tensiones en el mismo.En cuanto a la. potencia, vara ampliamente, desde fracciones de centmetros (minerales demetales preciosos) hasta decenas de metros. La corrida y pendiente de los criaderos presentan tam-bin grandes variaciones . De hecho, es frecuente encontrar variaciones importantes de potencia enpequeas distancias. Es evidente que los mtodos de laboreo sern muy diferentes segn se trate decriaderos en grandes masas o de filones delgados y segn sea la inclinacin.144.4. Valor y distribucin de las leyes del mineral.Si el mineral es rico , se tender a elegir un mtodo que permita la mxima recuperacin delmismo , aunque pueda resultar caro.En cambio , para mineral de baja ley es preciso seleccionar un mtodo minero de bajo costo,aun cuando por ello se produzcan prdidas de mineral. En resumen, para un criadero determinado,un anlisis econmico comparativo entre dos mtodos indica que se puede sacrificar ms mineralsi el yacimiento es de baja ley que si es de ley alta.Una mineralizacin errtica, en forma de bolsadas, lentejones o filoncillos delgados en una rocaestril, exige un laboreo selectivo que se cia lo ms posible a las zonas ricas para evitar al mximola dilucin.Si los minerales de la mena y sus leyes se distribuyen uniformemente sobre la mayor parte delcriadero, no es necesario ir a un mtodo selectivo.Los criaderos con contornos mal definidos, cuyas leyes varan gradualmente dentro de laroca encajante, requieren un mtodo de laboreo selectivo, asociado con rigurosos muestreos decontrol para definir los contornos.El valor del mineral o metal explotado puede fluctuar dentro de lmites muy amplios, quedependen de las circustancias econmicas. Yacimientos que se consideraran en otra poca comode baja ley y no explotables, por lo que se abandonaron entonces, pueden resultar beneficiableshoy por haber variado las circustancias.Si una zona de mineral de baja ley se encuentra prxima a otra de ley ms alta, se debe estu-diar la posibilidad de aplicar un mtodo que permita la recuperacin del mineral de ley ms baja.4.5. Propiedades geomecnicas y qumicas del mineral y de la roca encajante.Cuando se abre un huecoen la corteza terrestre se produce un desequilibrio en la misma.Al extraer una parte del macizo rocoso, caracterstica de toda labor minera, se produce inevitable-mente la eliminacin del soporte de la masa rocosa restante , lo que da lugar a una alteracin en lascondiciones de equilibrio. En el sentido ms amplio, se puede considerar que: al aumentar el tama-o del hueco se produce inevitablemente el derrumbe por hundimiento de la masa rocosa que lorodea. Este fenmeno puede ser una propiedad deseable para la aplicacin de ciertos mtodos. Enotros casos hay que tomar las medidas necesarias para proporcionar un soporte adecuado al macizorocoso para su estabilidad.La posibilidad de aplicacin de los distintos mtodos de minera depende fundamentalmentedel grado en que el mineral y las rocas de los hastiales vayan a resistir sin apoyo, y de la posibilidadde que los mtodos hagan frente al sostenimiento final de los huecos excavados. La moderna cienciade la Mecnica de Rocas estudia los factores que relacionan los fenmenos de presin en el interiorde las minas con los requisitos que deben cumplir los sistemas de sostenimiento.Esta disciplina no se ha desarrollado an lo suficiente como para resolver de forma exactaeste problema, pero constituye una buena herramienta que ha ayudado en buena parte a las minasa encontrar los mtodos mejor adaptados a sus condiciones.La resistencia de la masa mineral y del macizo rocoso de los hastiales son caractersticas f-sicas importantes para seleccionar el sistema de arranque y el dimensionado de labores , as como pa-ra determinar el tiempo que los huecos abiertos permanecern estables y el sostenimiento necesario:Pero el trmino "resistencia " es un concepto complejo que no responde a una medida absoluta,ya que se refiere no slo a la resistencia caracterstica de la masa de roca intacta en s misma, sinotambin al efecto de las fracturas, juntas y planos de debilidad de la masa, su disposicin geomtrica15y espaciado, as como a su comportamiento en el tiempo. Una masa rocosa puede ser resistenteen una direccin y dbil en otra. La resistencia de la roca "in situ" cambia con la direccin y laposicin. Cerca de planos de falla el terreno puede ser muy dbil, mientras que es resistente aalguna distancia.Los componentes qumicos del mineral y de la roca de los hastiales pueden influir en lascaractersticas resistentes de los mismos. Al exponer la roca a la accin del aire y de los agentesatmosfricos, sta sufre una serie de cambios fsicos y qumicos que hacen variar sus propiedades,convirtindola en roca "meteorizada", [2] [3] (6)S. Seleccin del mtodo. - Fases de la misma.Se indican en este apartado los datos necesarios para seleccionar un mtodo apropiado deexplotacin subterrnea y las fases que conviene seguir en esa seleccin. En realidad es un procesoiterativo que sigue durante toda la vida del criadero.Se parte del hecho de que el criadero est bien definido, con reservas suficientes para empe-zar su laboreo, pero que an no se ha realizado ninguna labor minera.Los parmetros que deben considerarse en primer lugar son :-Geometra del criadero.-Distribucin de la ley.-Resistencia de la masa mineral y de los macizos rocosos del techo y muro.-Costos de laboreo e inversiones de capital precisos.-Productividad ptima.-Tipo y posibilidades de mano de obra.-Consideraciones ambintales.-Otras consideraciones locales.Los cuatro primeros son los que ms influyen en la seleccin del mtodo.Para realizar el estudio necesario de los anteriores parmetros en orden a seleccionar el mtodo,deben seguirse dos etapas. En la primera deben eliminarse los mtodos que claramente no son apli-cables.Los mtodos que queden se ordenarn segn los costos mineros, condiciones ambientales,produccin necesaria, exigencias de mercado, etc. Hecho sto, se pasa a la segunda etapa, en la quedeben hacerse dos anteproyectos de los mtodos que aparecen como mejores, calculando sus costosy los gastos de inversin para fijar la ley lmite y calcular las reservas explotables. Durante esta fasede planificacin se presentarn problemas con los mtodos elegidos y habr que introducir modi-ficaciones en los mismos. Dada la gran inversin que necesita una mina en la actualidad, se haceindispensable acertar en la eleccin del mtodo.5.1. Recopilacin de datos.Para seleccionar un mtodo y comenzar su anteproyecto es preciso disponer de planos y cortesgeolgicos, de un modelo de distribucin de leyes del criadero, y conocer las caractersticas mec-nicas de las rocas del mismo, muro y techo. Muchos de estos datos se obtienen de testigos de son-deos.La interpretacin geolgica bsica es importantsima en cualquier evaluacin minera. En losmapas y secciones geolgicas se indicarn los principales tipos de rocas, zonas alteradas, estructu-ras principales, tales como fallas, estratos, ejes de pliegues, etc. Pueden tambin indicarse las zonas16de trastornos en mapas transparentes, que puedan superponerse sobre los geolgicos.El rea incluida en estos planos debe extenderse en sus mrgenes a dos veces la profundidaddel criadero, para 'asegurarse de prever los futuros daos que pueda ocasionar la mina. Es muyimportante disponer de mapas de nivel y secciones bien interpretadas, para definir la distribucinde las leyes y propiedades caractersticas del criadero desde el punto de vista de la mecnica derocas.Durante la primera etapa del estudio de viabilidad hay que definir la geometra y distribucinde la ley del criadero. La primera se caracteriza por su profundidad con relacin a la superficie,potencia, buzamiento y forma general. La distribucin de la ley clasifica los criaderos en uniformes,gradualmente variables y errticos, segn que aquella sea constante, vare por zonas o tenga una dis-tribucin caprichosa.Durante la segunda etapa, se determinarn las reservas explotables. Para ello se necesita un mo-delo que recoja la geometra y la distribucin de leyes.Los trabajos de geoestadstica han contribuido a mejorar las tcnicas de evaluacin. Paraello debe conocerse bien la geologa del criadero, y se debe disponer de suficientes datos, para po-der interpolar con seguridad. Si esto no es as, o los sondeos estn demasiado separados, quizsse pueda preparar el modelo por el mtodo tradicional de considerar los pesos de influencia inver-samente proporcionales a las distancias.La geometra queda caracterizada por los parmetros siguientes :-Profundidad:Pequea (< 150 m), mediana (150 - 600 m) y alta (> 600 m)-Potencia : Estrecha (< 10 m ), media (10-30 m ), grande (30-100 m ) y muygrande (> 100 m )-Pendiente : Echada (< 201), media (20-55),y vertical (> 55)-Forma : Tabulares o en masa, segn que la potencia sea mucho menor que las otrasdos dimensiones o de un rango comparable.Para definir la geometra y distribucin de leyes de un criadero, necesario en la fase primera,debe dibujarse un modelo del mismo, con planos de plantas y secciones a la misma escala que losgeolgicos, divididos en bloques y con colores segn las leyes. Estos planos pueden superponersea los geolgicos para indicar las rocas dominantes y sus relaciones en el volumen del criadero.5.2. Estudios de mecnica de rocas.Los estudios de mecnica de rocas necesarios para elegir el mtodo de explotacin ms ade-cuado para un yacimiento mineral, son prcticamente iguales a los que deben realizarse para proyec-tar la mina. Estos estudios sern descritos con toda la extensin necesaria en sucesivos captulosde este trabajo, por lo que no se estima necesario detallarlos aqu. No obstante, parece conve-niente mencionar que, como se expondr ms adelante , los estudios geotcnicos deben realizarseen varias fases. La primera fase corresponde precisamente al estudio de viabilidad, que es cuando sedecide el mtodo de explotacin ms adecuado para la mina , si bien , en algunos casos, no es posi-ble llegar a seleccionar un nico mtodo de explotacin y son dos los que pasan a- ser estudiadosen la fase de proyecto.En la primera fase del estudio geotcnico, el nmero de datos de que se dispone no es, normal-mente, muy grande, por lo que puede ser necesario suplir la falta de informacin con la experiencia.De ah el criterio de que en esta fase intervengan ingenieros con mucha prctica en el tema.5.3. Costo y capital necesario.Est claro que, al elegir un mtodo para explotar un criadero, debe preferirse el que consiga17el menor costo por tonelada extrada, con el beneficio mayor y ms rpido posible. Terminada laprimera fase de seleccin, en la que se eliminan los mtodos que no son posibles tcnicamente,los restantes se ordenan por orden de sus precios de costo. Varios autores actuales los han clasifi-cado as, por orden de menor a mayor coste :-Bloque hundido. (Block caving)-Cmaras vacas. (Open stoping)-Niveles hundidos. (Sublevel caving)-Cmaras y pilares . (Room and pillars)-Cmaras almacn. (Shrinkage stopes)-Rebanadas con relleno. (Cut and fill stopes)-Rebanadas hundidas. (Top slicing)-Explotaciones entibadas. (Timber supported stopes)Una vez completada la primera fase del estudio de seleccin del mtodo, se debe tener en cuen-ta la intensidad de la explotacin, la disponibilidad de mano de obra y consideraciones ambienta-les y de otro tipo, especficas del caso en estudio.La influencia de la financiacin slo se valorar despus de haber reducido el estudio a losdos mtodos ms adecuados.La intensidad. de la explotacin puede decidirla el mtodo elegido. Sin embargo, a veces lascondiciones de la zona exigen una produccin que sea ms alta o ms baja que las convenientespara que el mtodo sea rentable. Entonces hay que tantear una solucin de compromiso.Influye naturalmente el mercado del mineral que se va a explotar, y la cantidad y calidadde la mano de obra disponible.Las condiciones ecolgicas, ambientales, etc., tienen cada da ms influencia en la seleccinde los mtodos.5.4. Eleccin del mtodo y planificacin de la mina.Como se ha visto, el estudio de la posibilidad de aplicacin comprende dos fases por lo menos.En la primera se describe la geometra del criadero, la distribucin de la ley del mineral, y las pro-piedades mecnicas de las rocas. A continuacin se eliminan aquellos mtodos que no se adaptena los parmetros ya definidos para el criadero. Los mtodos que queden se ordenarn segn sus cos-tos de explotacin, producciones convenientes, posibilidades y calidad de mano de obra, conside-raciones ecolgicas y otras de carcter especfico.Sicholas y Marek en 1981 presentan la Tabla 1 para orientacin en la 1 fase del estudio deseleccin.En la segunda fase, se determina la explotabilidad del criadero; en primer lugar, por el preciodel mineral, posibilidades de produccin y ley del criadero. El precio del mineral no se puede con-trolar; pero la produccin y la ley vienen fijadas por la. "ley lmite" (cut-off), que a su vez se cal-cula como resultado de la planificacin de la mina y del costo previsto. La ley-lmite (cut-off)es aquella para la que, en las condiciones de precios actuales del material, el valor de ste es iguala su costo total.Aunque la fijacin de la ley-lmite es fundamental como base de un proyecto minero, los in=genieros no se ponen de acuerdo sobre la forma de conseguirlo.Algunos proponen un proceso simple que consiste en utilizar slo los costos directos, indi-rectos y de fundicin, sin incluir los costos de capitalizacin como hacen otros.Los costos directos por tonelada de laboreo y de preparacin se obtienen en los trabajos preli-18TABLA 1RESISTENCIATIPO DE CRIADERO PENDIENTE METODO APLICABLEMineral HastialesTabular estrecho Echada Fuerte Fuertes Cmaras con pilares ocasionalesCmaras y pilares.Tabular potente Echada Fuerte Fuertes Cmaras con pilares ocasionalesCmaras y pilaresDbil/ Dbiles Rebanadas hundidasFuerteFuerte Fuertes Cmaras abiertas'T'abular muy potente Echada - - - - Como en masasfilones muy Verticales Fuerte/ Fuerte/ Cmara almacenestrechos dbil dbil Rebanadas rellenasExplotacin entibadafilones estrechos Echada - - - - Como en los tabulares estrechosPotencia superior Vertical Fuerte Fuertes Cmara vacaa la entibacin Cmara almacneconmica Rebanadas rellenas- - - - Dbiles Rebanada rellenaMallas cbicas- - Dbil Fuertes Cmaras rellenasMallas cbicas- - - - Dbiles Rebanadas hundidasMallas cbicasEchada - - - - Como en tabulares potentes o masas.filn ancho Vertical Fuerte Fuertes Cmaras vacasCmaras almacnCmaras con niveles- - - - - - Rebanadas rellenas- - - - Dbiles Niveles hundidosMallas cbicas- - - - Fuertes Cmaras almacnCmara con nivelesRebanadas rellenasMasas - - Dbil Dbil/ Niveles hundidos- - - - Fuerte Bloques hundidos- - - - - Mallas cbicas-- - - - - Mtodos mixtos19minares de planificacin de la mina; esos costos no incluirnel capital de equipo, pero s la reposi-cin del mismo y el material. Tambin deben incluirse lavigilancia, beneficio marginal y otros.costos indirectos (para determinarlos se obtendr informacinde otras minas similares ). Las cargaspor transporte, fundicin y beneficio permiten calcular un costopor tonelada, empleando unaestimacin razonable del resultado del proceso.La Diferencia entre este mtodo y los dems est en que nointervienen en l los costos porcapital, tales como los de equipo minero, construccin de instalaciones, pozos ypreparacionessubterrneas. Si se incluyeran esos costos, la ley lmite sera ms alta, y porello, bajara la produc-cin.El argumento para no incluir los costos de capital es el siguiente : aquellas toneladas que seeliminen al incluir estos costos de capital tienen un valor que ayuda apagar los intereses y amorti-zacin del capital; adems, los costos de capital son soportados normalmente por el tonelaje demineral de alta ley producido en los primeros aos de vida de la mina.Con la ley-lmite y el plan de explotacin resultante, se pueden estimar las reservas explota-bles y el "flujo de caja" anuales y, con ello, calcular sihay suficiente beneficio para hacer frente alas.amortizaciones e intereses del capital. [3 ] [4) [6)20CAPITULO IILABORES PREPARATORIAS1. Preparacin General de la Mina.Uno de los problemas que se plantean en la preparacin de una mina es el de definir el tipo delabores de acceso al criadero subterrneo, ya que stas pueden iniciarse con un pozo, una galerainclinada o por medio de rampas. Antes de tomar una decisin hay que considerar cuatro factores:la profundidad del criadero, el tiempo disponible para la preparacin, el costo yel tipo de transpor-te exterior que se elija.Para el transporte con cintas, la pendiente de las galeras no debe pasar de 1/3;el transportecon camiones exige pendientes entre 1/7 y 1/9, y en el caso de pozos deextraccin se llega a lavertical.Al aumentar la profundidad, el acceso por galeras inclinadaso rampas deja de ser interesante,pues su longitud es de tres a nueve veces la del pozo vertical.Ello no solo encarece su construccin, .sino que tambin aumentan los gastos de transporte y conservacin.Un pozo, segn su seccin, profundidad, mtodo deprofundizacin y tipo de roca, tienesiempre un costo por metro muy elevado, considerandola perforacin, infraestructura, equipos yrevestimiento. El costo de la preparacin de galeras conpendiente 1/3 viene a ser por trminomedio la tercera part e del pozo . As pues, con pendientesinferiores a 1 /4 resultan ms caras que unpozo vertical. Si puede simultanearse el avance de la galeracon la produccin de mineral en-lasexplotaciones, de modo que la maquinaria puedaalcanzar la plena utilizacin , el costode la prepa-racin puede bajar. Si el criadero aflora en superficie y sepuede empezar a producir rpidamenteencuanto se accede a l, puede ser tan econmico abrir unagalera poco inclinada comoprofundizarun pozo.El avance especfico de una galera inclinada puede ser deunos 23/30 m por semana conmtodos convencionales (las perforadoras de plenaseccin o "topos" no se han generalizado aneneste tipo de trabajos), aunque pueden llegar a lograrse hasta 8 mpor da.En pozos poco profundos y sin equiposespeciales de profundizacin slo se logranavances de215 m a 10 m por semana.Para pozos de unos 500 m en los que merece la pena la mecanizacin, seconsiguen avances de 30 m por semana.Esos avances altos se logran con equipos bien adiestrados y maquinaria especializada, que slose encuentran en empresas que se dediquen a estos trabajos especiales de profundizacin de pozos.En cambio, una galera inclinada puede avanzarse con mineros calificados de la propia empresa,dotados de equipos normales de produccin.Una decisin importante es la del tipo de transporte que se elija para la mina.Los camiones pueden subir rampas con pendientes de hasta 1/9 a velocidades de 8 a 10 km/hcompletamente cargados de mineral; pero deben cargarse en el frente o a travs de un coladero, yviajar directamente al punto de descarga.Si se elige el transporte con vagones y la extraccin por pozo vertical,los vagones se cargan enla galera de base del piso, a travs de un coladero, se transportan hasta el pozo y retornan vacos.No es un sistema tan flexible como el transporte con camiones. Sin embargo, la velocidad de trans-porte en el pozo es de 45 a 50 km/h en la mayor parte del circuito, con una duraccin de "cordada"de 40 a 80 segundos para mover de 10 a 20 t de mineral. Cuando el criadero es profundo, el pozo esindispensable para extraer grandes cantidades de mineral de forma econmica.Estudios completos sobre el transporte con camiones y galeras en rampa demuestran que stees antieconmico a profundidades mximas comprendidas entre 180 y 240 m.No obstante, el acceso por galera en plano inclinado es interesante en el caso de emplear cintastransportadoras de materiales. En la prctica, en criaderos minerales en masa, es bastante corrienteemplear la preparacin diseada en la Figura 1. Los primeros aos se extrae el mineral por el planoinclinado, con lo que se da tiempo a profundizar el pozo vertical principal. De esta forma, comonormalmente la vida media de la flota de camiones es de 4 a 5 aos, se inicia el circuito del pozo enese momento, si no fuera preciso hacerlo antes por razones econmicas.En filones estrechos, en los que para abrir un paso a los camiones sera preciso franquear loshastiales en las galeras , es mejor emplear vagones y profundizar un pozo desde el principio. Esposible realizar el transporte por galeras de pendiente 1/2 (planos inclinados), pero las velocidadesmximas seran de 16 a 25 km/h y, adems, las galeras tienen que ser rectas.Por otra parte, las galeras con rampas en espiral se preparan bien al muro, y as se evitan lasprdidas por macizo de proteccin, necesarios al penetrar en el criadero con los planos inclinados.Tambin la dureza de las rocas, el exceso de agua, la presencia de arenas u otros inconvenientesobligan a desechar algunas soluciones tcnicas ms econmicas y a decidirse por el pozo vertical, queresiste mejor y es ms fcil de profundizar en terrenos falsos y difciles.Desde el pozo o el plano inclinado, segn se decida, se avanzan transversales para cortar elcriadero a intervalos regulares prefijados, que completan el acceso al mismo y determinan otrastantas plantas, que lo dividen en pisos de explotacin.La altura de estos pisos depende del mtodo de explotacin, de la pendiente del criadero y deotras caractersticas del mismo. Con fuertes pendientes la altura oscila entre 50 m y 90 m, pero notodos los pisos se preparan de igual forma para el transporte. En la figura se muestra un esquema deuna mina en la que se conectan varios pisos con rampas de bajada de mineral hasta una estacin demolienda comn.Adems, los pisos se conectan verticalmente con chimeneas de paso o de ventilacin segn loscasos. Las chimeneas se perforan en la masa mineral por sistemas cclicos convencionales de perfo-racin, voladura y carga, o bien con perforadoras especiales de chimeneas. Las chimeneas cortas o22Y Y R[% y IY i i i Y Y iICORTA IR r r r r Yk'Yi Y N N ' N x% Y , 1 Y RY k Y F t i Y`[ k `%} iR I I 'i Y'k Y'Y'`x }'Y Y `x iM Y Y i y k i Y R` Y f i R _Y x N Y Y f f Y Y %: yk` Y Yk` 'Y Y {R R Y y' x R R f:S_Y" Y kY k k k i Y Y N k t (,fhiik F`%I VZO'I ""[i r, [' Y" Y KPILAR'N R K Y %ice;:1yy1-) Y R [ t kY Y Y Y N r k k;!S.1Y k Y k x i `Y i,DE ttii. .rg,,Fk ar Y FDE Y x i k , ;,...r;: Y } VENTILA_CION I,' " Y i [WRONAyLMx.^1:y i k % Ra .y*F14,I.A.-',IJ,Ctiw""RK Ri R Y' Y**. Y j `..x.- `ak }K}Y YYY``Rr Yi i Y % Y Y Y Y Y Y %t `''rY{*[*r"r *Y *Y*Y*%*%CAMARA% *'TRAAiS%ERSAL I x%i%x Y`f' Y` 'x' ` ' ` Y' Y i Y;J k'POZO*kYk` x M Y k{i1yli JI ' i '** K*K*K*'" *{* r `i'K l.rt. ." i.'PR/MClPAL` " k " y fiMPA7kx'`x"[ i%Yak*kk*Y R**Y*k **aiyQ,F* Y"r'["[ CARGADERO,"a' `ikir%"c yx `y y'`i Y a x Lr:1*"yYY R 11 `Y" Y "Y[t * . Y*='r'''''"*r ' PASO DEN'` Y . Y :','..' i.x...-..*'*PASO TCNOrk k'jir fs+y ESTRILY `} [ [ } } 's r y ti,.; MINERAL ` Y R r " F' a i k x x:>YM.. ti;..t:x' k i i i Y ' R Y yY a`Y % % M x `x coladeros, hasta 8 m., se suelen avanzar a mano de modo convencional. Las ms largas deben meca-nizar su avance y dividir la seccin en dos compartimentos separados; el ms pequeo sirve paraventilacin y paso, y el mayor para almacenar la roca arrancada.2. Preparaciones en la explotacin.En los criaderos en masa, una vez cortado el mineral con el tranversal de acceso desde el pozo,se prepara una planta abriendo una red de galeras que delimitan en la mism una serie de seccioneso cuarteles, a cada una de las cuales corresponde un punto de carga, pocillo o piquera (Figura 2).Las explotaciones estn situadas en el trozo de criadero comprendido entre dos plantas con-secutivas y se inician cargando el mineral arrancado en los puntos de carga (PC) y sacndolo por laplanta inferior.Estas explotaciones consisten en labores que abren espacios libres en los que tienen salida lasvoladuras, hasta ampliar la explotacin a las dimensiones de trabajo normal.En algunas minas se suprimen los puntos de carga individuales y se usa como cargadero elfondo de la explotacin. El mineral se vuela de forma continua., cae al fondo y all se carga directa-mente.Las explotaciones se realizarn por cualquiera de los mtodos que se describen en los captulossiguientes, elegido segn las caractersticas de las rocas de los hastiales y del propio mineral. Sepueden dejar macizos para proteger las galeras y chimeneas, o para separar las cmaras y huecosde las explotaciones. El macizo de la galera se deja horizontalmente a lolargo de la misma y sobreella, o alrededor de ella si la potencia del criadero es mayor que la seccin, paraprotegerla y dejarespacio donde montar los cargaderos (si no se prescinde de ellos, en cuyo caso se suprime este ma-cizo). Tambin para proteger la galera de cabeza y las explotaciones que estn sobre ella, se deja unmacizo de proteccin inferior horizontal por debajo y a lo largo de la misma. En muchos casosse recuperan estos macizos al abandonar la galera, lo que suele hacerse por cualquiera de los mto-dos de "mallas cbicas", o "rebanadas rellenas" en caso de minerales resistentes; si el mineral esdbil, se vuelan los macizos en masa o se hunden sobre el hueco de la explotacin inferior.En los criaderos estrechos en forma de filn slo se necesita una galera en cada planta, que seadapta al contorno del criadero, y los cargaderos se disponen en lnea a intervalos adecuados.La preparacin de cualquier tipo de criadero se planifica por adelantado y se completa durantesu avance, al arrancar el mineral.En filones estrechos, las galeras de base se realzan unos metros y se preparan por adelantadolos cargaderos en este hueco. De este modo, la preparacin de cargaderos, guas y chimeneas puedeavanzarse adelantndose en 1 1/2 a 2 aos, creando explotaciones de reserva que pueden ponerseen explotacin en 4 5 meses.En las explotaciones que se llevan con relleno, los coladeros pueden dejarse dentro d ste,colocando un revestimiento con mampostera, cuadros de entibacin y tablas, o bien con tubos dechapa prefabricados; en los dos ltimos casos, estos revestimientos se apoyan sobre vigas empo-tradas, de madera o de hierro. El dimetro interior suele ser suficiente para permitir fijar escalas.Los pocillos de servicio pueden tener secciones de 2,5 k 2,5 :m y estar dotados de instalaciones deextraccin. Si el mtodo de explotacin suprime los coladeros y se carga con palas mecanizadasautomotoras, se pueden preparar rampas en el muro del criadero.En otros casos los coladeros se perforan dentro del mineral del macizo de la galera de base.24PPCPOZO DEter`.}i%` .:Y.,:,..VENTILACION11.2 -E29PCCONTACTOPCPCMINERAL-ROCAPOZO DEEXTRACCIONPC. Punto de cargaSeccin horizontalPREPARACION DE CR A DERO EN MASAFIG. 2EMBUDONIVEL1ysigyII. \TAQUEOREJILLAlh/IjCOLADEROG1'COMPUERTAilll . y11GALERIA1lk\iDE `oII iTRANSPORTE/ilIMiHIRCARGADERO SOBRE GALERIAFIG. 325Los'cargaderos son las labores y dispositivos que regulan la carga delmineral en los elementosde transporte , y son intermedios entre el arranque y el transporte y la extraccin. Se preparan enel macizo inferior , en la base de las explotaciones o cmaras, o bien comunicadoscon ellas a tra-vs de un sistema de coladeros y rampas de paso de mineral. Cuando estn directamenteen la basede una cmara tienen la forma de coladeros, embudos o tolvas. La forma se fija porel tipo de cargadel mineral.Pueden disponerse cargaderos de gran capacidad para cargar el mineral a un camin volquete,o instalar varios cargaderos pequeos a lo largo de la galera de base para cargar en vagonesde mina(Figura 3).La disposicin puede ser simple o doble y simtrica.El mineral puede caer por gravedad a travs de una tolva reguladora, o por un coladero situadoentre el relleno y montado sobre el piso de la cmara.Las compuertas reguladoras causan interrupciones en la produccin al atascarse con los bloquesgrandes, por lo que deben evitarse stos colocando en el paso de mineral una rejilla formada por.ba-rrotes de acero, separados de modo que no dejen pasar los trozos grandes de roca o mineral, mien-tras los tamaos ms pequeos pasan con facilidad; la separacin entre barras vara segn los casosentre 0,3 m y 0,6 m.Los bloques que no pasan se "taquean" o rompen con cargas ("tacos") de explosivos o conmartillos quebrntadores de aire comprimido. Cuando el atasco se produce en el interior de los pa-sos o coladeros, se "taquean" con cargas explosivas que se fijan en el extremo de una prtiga para in-troducirlas y sedisparan desde fuera, en lugar seguro . En los coladeros entre relleno la: rejillasse colocan en su boca superior, en el piso de la explotacin. Del mismo modo se protegen las chime-neas de paso o ventilacin.Cuando se elimina el cargadero y el macizo inferior de la cmara, para cargar con pala o siste-ma LHD, el diseo se indica en la Figura 4. La parte baja de la corona permite un buen controlde la salida del mineral.En caso de no eliminar los coladeros, el mineral arrancado por la voladura en la explotacincae a travs de ellos por gravedad a una galera de arrastre y taqueo. En ella, la cuchara de unaarrobadera o scrper puede arrastrarlo por el piso de la galera hasta un coladero de carga por el quecae, a travs de una rejilla, a los vagones situados en la galera de base. (Vase Figura 5).En muchos mtodos de explotacin, particularmente en las rebanadas ascendentes rellenas, sesuele bajar el mineral a travs de rampas y coladeros hasta la planta general de transporte (Figura 1).situada en. la cota ms baja de la mina. En esta planta se instalan la molienda y un sistema de trans-porte . principal mecanizado , lo que resulta ms econmico y productivo que montar pequeas ins-talaciones en cada planta . En toda la mina debe aprovecharse la fuerza de la gravedad lo ms posi-ble para bajar el mineral a la planta inferior de transporte; para ello hay que preparar un sistema detolvas o almacenes reguladores sobre dicha planta , de modo que haya uno para cada tipo o ley demineral y otro para los estr iles . El vaciado de estos almacenes o tolvas se hace automticamentepor dispositivos mecnicos, y el mineral pasa previamente por un sistema de molienda primaria paraadecuar la granulometra a las condiciones del transporte. Un sistema intermedio enlaza este al-macn con el sistema general de transporte , bien por cintas o bien por vagones.La mayora de los grandes cargaderos de mineral se perforan en la roca de los hastiales, a lolargo del criadero.Los coladeros entre el relleno, revestidos con tubos de chapa prefabricados , suelen tener unavida equivalente a 100.000 - 150.000 t de mineral cargado; as, en el caso de explotaciones de100 m de largo y. 12 m de potencia, la altura til del piso quedara limitada a 30 m. aproximada-26I'IBOCA DE. ..... CARGA r,.\:i\ ,/... :11:x:_ .//.j'% 'CAMARACargadero LHD '' _-ii%'M- 7,CARGA DIRECTA SISTEMA LHD.FIG. 4COLADEROSCABRESTANTE+1- ,'I+:.- t GALERIAPOLOEA DE DERETORNOACCESO/1/t \! l1 111`i\'``.11' I":_I!I/ .. . 1 - {.! I.r.1.\.I.ti 11 11.,ii.ARROBADERA-COLADEROGALERIA DETRANSPORTE,r .CARGADERO CON SOBREGUIA DE RASTREOFIG. 5mente . Pero por razones econmicas la altura de pisosdebe ser lo mayor posible, por lo que habrque preparar ms de un coladero con entubado de acero , loque puede encarecerlo . La alternativaes preparar los coladeros en el hastial en roca . [31151161 [8]27CAPITULO IIIEXPLOTACIONES CON SOSTENIMIENTO NATURALIntroduccin.Se incluyen en' este captulo aquellos mtodos en los que, por la naturaleza del macizo rocoso(roca de los hastiales y mineral), el arranque se realiza abriendo huecos que, debidamente dimensio-nados, se sostienen por s mismos , sin hacer intervenir medios artificiales de fortificacin o relleno.Segn las condiciones geomecnicas y las dimensiones del criadero se pueden considerardos grupos de mtodos de explotacin : el denominado de "cmaras y pilares" y el de "cmaras va-cas", que realmente slo se diferencian en el tamao de las cmaras y en la forma de realizar elarranque del mineral . En , realidad en los dos mtodos se prepara la mina en forma de huecos perma-nentes.1. Cmaras y pilares. (Room and pillrs)Este mtodo se caracteriza por realizar el arranque del mineral de una manera parcial, dejandoabandonadas part es del mismo en forma de pilares o columnas que sirven para sostener el techo.En estas explotaciones debe arrancarse la mayor cantidad posible de mineral, ajustando las seccionesde las cmaras y de los pilares a las cargas que deben resistir.Tambin implica un espaciado lo ms uniforme posible de los huecos y de los pilares , pero encriaderos*pequeos se da a menudo el caso de una distribucin aleatoria de los pilares.Las dimensiones de los pilares se pueden determinar por comparacin entre su resistenciay la tensin vert ical media que acta sobre ellos.La resistencia de los pilares depende del material de que estn constituidos (roca o mineral)y de las discontinuidades geolgicas (fallas, estratificacin , juntas), que los atraviesan. Del materialque constituye el pilar interesa , fundamentalmente, su resistencia a compresin simple que, como sever en el captulo dedicado al modelo geomecnico , depende, entre otros factores, de la forma.ytamao del pilar. De las discontinuidades interesa su orientacin y su resistencia al corte.Cuando el pilar es atravesado por' una discontinuidad cuya resistencia al corte es inferior a su.buzamiento, se romper , a menos que se coloquen elementos de contencin adecuados. En estos29casos, las dimensiones del pilar no se deben fijar por comparacin entre la carga a que est some-tido y su resistencia, sino que se establecen de forma que la discontinuidad no quede- descalzada;es decir, el diseo de los pilares es principalmente geomtrico y se basa en el levantamiento geo-tcnico de las discontinuidades de la mina.Para calcular la tensin vertical media sobre los pilares , pueden utilizarse , segn casos, comose describir ms adelante al hablar del mtodo matemtico , los mtodos tradicionales (rea atri-buida , cavidad en un medio infinito , etc.) o los mtodos numricos (elementos finitos, diferenciasfinitas, desplazamiento discontinuo , etc.).El diseo de las luces de las cmaras, es decir; la fijacin de las distancias entre los pilares,presenta una dificultad superior al problema del dimensionado de stos, y se realiza, normalmente,por mtodos. empricos.Sin embargo , como se ver en el captulo dedicado al modelo matemtico , cuando se tratade yacimientos estratificados (poco fracturados) o masivos, el diseo de las cmaras es relativa-mente simple . Pero, por desgracia, estas circunstancias se dan rara vez en las minas metlicas sub-terrneas.Dentro de este mtodo se pueden considerar dos variantes, segn que los pilares se aban-donen slo cuando las circunstancias lo exijan o se haga una disposicin sistemtica de ellos.La aplicacin de este mtodo es apropiada a criaderos echados o con poca pendiente, que noexcedan de los 30. Tambin debe ser la roca del techo y el mineral suficientemente resistente.En relacin con ello, el concepto de estabilidad del techo o del mineral es muy flexible. Si se au-menta el nmero de pilares o se reduce el ancho de las cmaras, se puede compensar la calidadpeor del terreno, pero ello se har a costa de perder mineral, por ello se procura aumentan la esta-bilidad de las cmaras y pilares empleando el empernado. .Es de aplicacin universal en yacimientos tabulares sedimentarios, como pizarras cuprferas,yacimientos de hierro y otros.Se pueden considerar tres sistemas en la aplicacin de este mtodo de cmaras y pilares,segn la pendiente del filn o capa : El primero se aplica al caso de pendiente horizontal y pseudo-horizontal , o en caso de rebanadas en criaderos de gran potencia . El segundo sistema se aplica encaso de pendientes entre 20 y 30 y lleva consigo una variacin de los transportes para adaptar-los a las pendientes . En el tercer sistema en capas de 30 y ms, el arranque y las cmaras se dispo-nen de modo que la pendiente de los pisos "y rampas se adapten al material de transporte.1.1. Cmaras con pilares ocasionales (Open - stoperooms with randon pillars)La caracterstica principal de este mtodo es que se procura dejar los pilares en las zonasestriles o de ms baja ley del criadero, o donde las condiciones tensionales y la debilidad deltecho * lo exijan , por lo que su distribucin es aleatoria y ocasional . Esta irregularidad en la geome-tra del mtodo impide la normalizacin de los sistemas de explotacin, y con ello sube el costo.Adems, en minas profundas es mala prctica minera el dejar pilares ocasionales que soncausa de fuertes concentraciones de tensin , que dan lugar a transtornos, como grietas irregularesen los hastiales , hundimientos sbitos, fenmenos de "estallido de rocas", etc.En consecuencia es un mtodo que resulta anticuado y solo aplicable en condiciones muyfavorables.1.2. Cmaras con pilares sistemticos (Open - stope rooms with regular pillars)En este mtodo, que es el ms generalizado , los pilares se disponen segn un esquema geo-30mtrico regular. Puede ser de seccincuadrada, circular orectangular, y constituirse como colum-nas o a modo de muros continuosque separan las cmaras.La funcin del pilar en este mtodoes soport ar el techo de la cmara , quepuede no coinci-dir con el techo del criadero.Se diferencia del mtodo de CmarasVacas no solo por el tamao de las cmaras, sino por-que durante el arranque se van elaborando lospilares y abriendo los huecos , en unciclo continuo.En general , este mtodo, que tambin puede denominarsede "huecos y pilares" o de "huecospermanentes", es de aplicacin indicadaen criaderos echados, con pendientesentre 01 y 30.Tanto el mineral como el techodeben tener suficiente resistencia. Siel techo no es muy slidohay que acondicionar las dimensionesde las cmaras y pilares a estacircunstancia , aumentandocon ello las prdias de mineral.La preparacin de la explotacin consiste soloen perforar dos galeras o guas de cabezay de base, y , entre ellas, galeras depenetracin en el macizo as delimitado, unas paralelas a lasguas y otras perpendiculares , entre lasque se dejan los pilares, que se arrancan hasta alcanzar lasdimensiones calculadas (Figura 6) o bien se abrencmaras separadas por pilares alargados en formade muros (Figura 7).Naturalmente , este mtodo debe adaptarse a lascondiciones de cada criadero, por lo quesurgen realmente tantas variantes comocriaderos.liB Seccin A-AGALERIADETRANSPORTEi GALERNADEEXPLOTACIONt1ATESTEROSSeccin 8-B100CAMARAS Y PILARESFIG. 631GALERIA _ DECABEZA.:r,: ; .Filn anchoPILARIZ CARGADEROSONDEOSDE LA'r' Filn estrechoMALLACARGADEROGALERNA _ y.4 4 411yERPDE'GALERNABASEDETRANSPORTEPLANTA SECCIONMINA DE ELLIOT LAKE (CANADA)FIG. 71.3. Ejemplos- Caspe (Canad) (Figura 8): Criadero formado por calizas resistentes, impregnadas de mineralde cobre, con una pendiente de 23 que disminuye en profundidad. La potencia es de 35 m, la co-rrida de 1000 m y la profundidad entre 150 y 540 m.La preparacin de la explotacin se realiza a partir de unas galeras inclinadas , con 10 porciento de pendiente , situadas en la roca del muro, a 12 m del mineral ,por la que puedencircularvehculos pesados. Desde esta galera se corta el criadero con transversales a intervalos verticales de12 m que lo dividen en tres rebanadas entre techo y muro.Empezando por la rebanada del techo , se arrancan las tres con barrenos horizontales, emplean-do jumbos de dos brazos, palas cargadoras y camiones de 30 t.Estas galeras o cmaras tienen 15 m de ancho, y los pilares 23 x 12 m; el arranque de lascmaras empieza con alturas de 6 m a 15 m en la parte del techo y alcanza de 30 m a 39 m al llegaral muro.Los techos se controlan con empernado y se sanean y vigilan con plataformas mviles sobrebrazos extensibles.El rendimiento total de estas minas es de 35 t por hombre y da ,con una produccin diariade 6.000 t.- Elliot Lake (Canad) (Figura 7): Este criadero est formado por bancos deconglomeradoimpregnado de mineral , con un 15 por ciento de uranio, con una potencia variable entre1,8 m y 6m. El techo es de grawaca y el muro de granito resistente , aunque afectado pordiques y fallasfrecuentes . La pendiente es de unos 23.32PILARESBLi1 1-4,1ti17PlantoTECHOCMARASMURO13BANCOS - - - - -Seccidn B-BMINA CASPE(CANADA)FIG. 8La explotacin se iniciaabriendo en el filn dos galeras o guasparalelas, en direccin, se-paradas 120 m segn la pendiente delfiln. Paralelamente a estas guas, seperforan al muro gale-ras en direccin en roca , que servirnpara el transporte hasta el pozo deextraccin.La galera del muro y la gua secomunican por coladeros regularmente espaciadospara la car-ga del mineral . Las dos guas secomunican entre s por dos chimeneasparalelas, perforadas segnla pendiente y siguiendo el techo delbanco mineralizado . Para asegurar laventilacin se abren enel macizo pequeos recortes quecomunican las dos chimeneas.El mineral arrancado se rastreacon arrobadera mecnica hasta uncoladero , situado en la base, quecomunica con la galera delmuro . Se sondea al muro, a part ir de lachimenea , para conocer la potencia til del criadero ,forman-do una malla de 15 m segn lapendiente por 7 , 5 m en direccin.A part ir de cada chimenease ensancha la cmara en direccin , enrebanadas de 1,5 m de an-cho, hasta alcanzar una anchura de 20 men cada cmara , separada de lasiguiente por un pilaralargado de 3 m de espesor.A continuacin se arranca el banco del murohasta descubrir ste . De este modo , al finalque-dan cmaras de 120 m x .20 m. con laaltura del banco , separadas por pilares largos de 120mx 3 m. El arranque se hace con barrenos yvoladura.El mineral arrancado se rastrea en la cmarahasta el coladero de carga, con una arrobaderamovida por un cabrestante colocado enla base de la cmara.El techo , por ser un conglomeradoresistente, permite esta superficie libre, si bien avecesse ayuda con empernado sistemtico.33- Denison (Canad) (Figura 9): Criadero de mineralde Uranio. Potencia de caja de 2 m a 11 m,pendiente media 19 , oscilando entre 00 y 600, yprofundidad de 265 m a 1100 mToda la preparacin se lleva dentro del mineral. Lascmaras tienen 22 m de anchura con laaltura de la potencia del mineral, y los pilares son alargados y de 8 m de espesor.Las cmaras tienen 80 m de largo.Se emplea perforacin para voladura con jumbos parapendientes de 0 a 12; con barrenoslargos entre 12 y 38; y con jaula sistema Alimax params de 38'.Si la potencia crece se dan dos o tres pasadas dearranque en forma de bancos.La carga se realiza con cargadoras L.H.D. y seemplea transporte interior con cintas.La preparacin se hace con tres galeras en direccin.La central sirve para el transporte al pozoy las laterales como base de cmaras desde lasque se arrancan stas en forma inclinada, como seve en la figura. [2] [6] [7] [8] [9]1.4. Aplicacin en Espaa.Con independencia del caso de minas pequeas en lasque este mtodo seguir aplicndosepor su economa y sencillez, solo es aconsejablesu aplicacin en minerales pobres donde no impor-ta la prdida de criadero que suponen lospilares sistemticos.Por ello, su aplicacin ms indicada est en loscriaderos de mineras de hierro pobrey en al-gunas minas metlicas de ley pobre concondiciones apropiadas de pendiente y potencia.En la actualidad estos mtodos deexplotacin estn siendo sustitudos por los decmaras va-1. PERN::tf.'=i>: ` ?yf.4*.1.=Fi:.:,,... ryi;.,.. _' s2. CARGA: v:='%4r" ^;.;::;,.pT.y:j'if ;:, =S,'t.BRAOO*-.ti.; ,rtcc t ?'='?.iys,4.DESESCOM:*:zF:,:r{.:rR= y?..;.:a;..DESESCOMBRADOr: '..f F. s ==s.;fss':`?9 :t :r,Htlii:;S.}r`^. ..i.Yf'"... .: .rxN: .. rr7,.{..`L arf.a'.. ==.ris;:{:A.,!y:ZSit.ii=.x ,xrs^.rt>'f.:,; ` ::%:, Ia : rr.r ` ;{. t;.:; ,tiiK rk}ul:tzsi:,y..t?,,:...z t.. i;::,t ':v:;"s.:.:.;'i::.r.:At'ry_:....J= '"v.:rtf'a.L..;,.q,ji.iyj!s`i_.Y..z.tti+'..:itf:i:.i'rlu?:w:Hl'Y5w^il:A. 4'i.ys:jt.::z'.Y:C%i:-iltt.(' F :T+'' "trl' Sww (' V"r7iyr.Z:'t=31S':-'..v.:,i:'.yv',, OVvieM";..;%,-1KS9:t.trj.{ Hj13." Y:yj\. '.:r:?iH;"%t?:'szJ tirii ..y;..:afa_:' i.,'4 ,. 'iaiy-...,,;..+^s :;:.: ..: 4'a^' a,ir;' rLt3&i ;esa, ff::;Si .A.... , r"rz"'';3r.:;C;rh.,,;i:?.a ?:.r..f'r.?:....-7 ;i`4,Y.."...eli, I::I.:It r,.t,{3iic%jF.y:.:jj::+.,?;i:.iifr.':%:esalZ:SL;i._: :i!?".;{:i>?.r. ki%%::=i:{f. +::`.. ,q : ;rd:'::Y.':!-. 1'.ft+cs: :3`:n :< '%aY;;ii'r...c..;;, .c.kz 6 -- Galeria de avance^C:S+.Y V:?;, t... i i t=w v,. 4 ri:js,;7:r.-.:..;:Vt. +T (S;i:Y.R1tifo`.si.:+'y'.ryiy'S 'jE'`,:lT Ay.':tilA,I . 'fi::T: }= i`,ti;'_tk,;;flJ. wpG tt,j:J. .: l Go ,iy .S.C1iwJ::sY '.yi:..' lF...4;.' zrrt 1r'fi:.1 .S ; tSc>1v ;7lf 1 '}zt:( +A.:.. jt ;S.r.:.:3:.%:i"fctiwF"KyyAi:ri't 1Y. r:S ;ti4`!yv=^yfrya. 7.t' . :wcas, con o sinrelleno posterior pararecuperacin de pilares,o por los de rebanadas rellenas..Su aplicacin principalse ha realizado en lasminas de hierro subterrneasde la zona Norte,y tambin se empledurante muchos aos en lasmasas de pirita del distritominero de Ro Tinto.Un caso excepcinal esel de las minas,dezinc de Reocn(Santander), en las que se aplicaa pesar de ser uncriadero de ley muy alta.1.5. EjemplosMINA JULIA (Bilbao) -(Figura 1 0).Criadero de carbonatode hierro (siderita), quearma entre unmuro de arenisca calcrea (psa-mita) y un techo demargas potentes, mso menos arenosas ymicceas (cayuela).":x:' ' CayueloCalizo `=>'s Mnerolxxr ..4f. v.r w xw+ y4 +x +x rw r rw s a xrY r rxY w7r `rY xQO...n. wjx+o,l'aioarOQY w {Y as'q;[DI.a c jsr`YY+0802YA.Ai w111III!`i,4ii... ..vrSeccin horizontalMINA JULIA (VIZCAYA)FIG. 1035La masa de siderita es de forma irregular ,con una potencia de 100 a 140 m entre techo ymuro . La pendiente es de unos 28 enpromedio . La zona de caliza metalizada tiene una anchuravariable entre 40 m y 70 m en horizontal en. lasdistintas plantas.Esta mina se ha explotado por cmaras y pilaresdividindola en cuatro rebanadas horizonta-les de 17 m de las que fueron realmenteexplotables dos.El laboreo se realizaba abriendo unos huecosen direccin (guas) y otros normales a loshastiales (calles) de una anchurade unos ocho m, dejandoentre ellas pilares de 8 m x 8 m. Loshuecos se abren rebajndolos en bancos de 2 m ylos pilares tienen alturas de 10 m a 15 m, llegandoa 20 m en algn caso.Para reforzar los pilares se deja un macizo continuohorizontal en la entreplanta , de espesorvariable alrededor de 5 m.Las prdidas por mineral abandonado pasandel 50 por ciento.MINA DE REOCIN ( Santander) - (Figura 11).Criadero de mineral complejo de galena , blenda y pirita con leyes del 1,62 por ciento Pb y12 por ciento de Zn. Tiene 3500m de corrida por 700 m segn la pendiente; secompone de trescapas metalizadas superpuestas de 25 dependiente media.La capa del muro es la ms metalizada ,con potencia de unos 5 m ; muro de doloma, y techode 13 m , tambin de doloma que lo separa de lacapa intermedia menos metalizada , de unos 4 mde potencia de caja , con techo tambin dedoloma y tercera capa del techo con metalizacinmuy pobre y potencia de caja. de 4 m.El conjunto de la zona de estratos conmetalizacin tiene una potencia de 45 m entre dolomay metalizacin.El techo de doloma es rgido y con roturasbita, frgil , con un banco homogneo de 200 m.En la preparacin de la explotacin seavanzan en cada planta dos galeras en direccin, unapor el techo dentro de la caja (gua) y otraen la caliza margosa del muro (galera dedireccin).Cada 150 m se unen estas galeras con un recorte.Las plantas , que se han abierto cada 60 mde cota vertical , se unen entre s conchimeneas(rampas de vent ilacin), en cada punto de encuentrodel recort e con el filn. Estas rampastienen5 m. x3 m.Queda as dividido el criadero en cuartelesde explotacin, que se arrancan porel mtodo decmaras y pilares . Los pilares son corridos entoda la altura del piso , con slo recortesintermediosde 2,5 m x 2,5 m , dispuestos cada 20m. El arranque de lascmaras se hace con. un tajo ascendentedividido en bancos, y su anchura vara de 8 m a 8,5m , dejando entre ellas pilares de 8 m deancho.El rendimiento del arranque es de 43 t/jornal.El inconveniente de este mtodo es que slo seextrae el 55 por ciento del criadero, lo queplantea un gran problema de recuperacin de pilarespara aprovechar lo ms posible el 45 porcientodel mineral que se abandona en ellos.El tema est en estudio en esta mina, ya queadems el hundimiento sbito de la misma, hacepocos aos , revela que el mtodo no es eficaz parasu estabilidad.36GUA DE CABEZA}ys.,.p'r.`1ssI "p.%ZY ^r.F Ts..y4r.k t Y Frjet U' YR':lt'_tyfrtu;:.tf+,N..FiK.'MIr +Y^' !%.:: ami` ,:.:_ +c?.. ..n,'.mos.i:f;h{.s';?` .,,g- t..t .,r'".`>Yy0?>:,r't':'?1 .S. VL'f4 ,Y.r i' ty T +y.{T -YI{*'.a^ ,J`trJlip ^".1y2:i"1^V:.,.;. r., ifi, t{t,r^';{7Ys,*wl'K1 yisily:if4 yv4... i y' i.:tt, , . hp>e-`ti:-iS^%'r3^rt,.L,.::t.;'w, > r. :t t, f?r:.+. r-Yifs:.? .ami 4r"%1,'l..:Y. ti _a_:rl.:w r7).:x"cr..,,.i,,:...;., r,r,..K.'.- K'ria CSaf..;:,.....::,yft 4 J-7.'s,'.:yJ} tw yy ,t%}:%..t,in_i{'x:i'-,yfi,: `t yM1K J_GY:a_^.iti a4iw. ^C? t ff ,Ilrt )% t^l .yl:sj%i/s.N.iTtVl,r' LnzAt .??:aS:M: +^-r4,1YR:;;::%;?ar,aI.rtY' ' Y r ^?C%:%'v';ry" 7ri, -%i:s;ii:''rkYC.:s .R?i .:!Gt2Y3::1r.)2. Cmaras vacas. (Open stoping)Estos mtodos de sostenimiento natural se diferencian de los anteriores en que" las cmarasson las verdaderas protagonistas en la explotacin, no slo por su tamao mayor, sino porque lospilares se van modelando ms lentamente y slo cuando aquellas terminan de arrancarse.Las cmaras vacas slo pueden emplearse en minerales resistentes y firmes, con hastiales deroca igualmente resistente. El mineral se arranca y el hueco queda sin sostenimiento.En los criaderos de tamao pequeo, como en lentejones y bolsadas, la cmara puede ser desus mismas dimensiones. Pero en general, el largo de las cmaras queda limitado por la resisten-;ia de la corona de mineral; el ancho puede ser el del criadero, si no es excesivo, o se divide sten caso contrario.Se pueden preparar paralelas a los hastiales o normales a ellos segn la potencia y otras ca-ractersticas del criadero.2.1. Arranque desde niveles. (Subleve stoping)El mtodo de arranque desde niveles es una variante del mtodo de cmaras vacas de gran pro-duccin, que normalmente se' emplea slo en criaderos muy regulares, en los que el mineral y laroca de los hastiales son resistentes. El mtodo se caracteriza por su gran productividad debidoa que las labores de preparacin se realizan en su mayor parte dentro del mineral. Se prefieren loscriaderos de pendiente alta, en los que el mineral puede caer por gravedad en el hueco abierto.Estos mtodos se aplican hoy principalmente a criaderos de fuerte pendiente y que permitenla perforacin de barrenos largos de banqueo o en abanico. Estos mtodos necesitan una prepara-cin larga y se requiere que el criadero sea potente.La distancia ptima entre niveles depende de dos parmetros: el costo y la dilucin, y entre losque se buscar una solucin de compromiso. Los costos, en general, disminuyen al aumentar la altu-ra (tendencia actual) pero aumentan con ello la dilucin y algn costo particular, sobre todo al re-cuperar los macizos de proteccin y pilares.Como se ver ms adelante, las cmaras longitudinales, al descubrir una superficie mayor dehastiales, son peores para la dilucin que las ' transversales. Pero estas ltimas necesitan unos pilaresque representan normalmente el 50 por ciento del mineral del criadero, mientras en las longitudi-nales es mucho menor.La tendencia actual en relacin con la distancia entre niveles es hacerla cada vez mayor;las cifras oscilan entre .100 y 130 m para toda la cmara y los niveles cada 30 m de altura.Excepcionalmente se ha utilizado este mtodo en criaderos de poca pendiente, pero su efi-cacia es mucho menor. Se puede emplear en criaderos verticales de poca potencia, hasta un mnimode 7 m , con niveles paralelos a los hastiales . En criaderos potentes pueden trazarse las cmarasen direccin perpendicular a los hastiales, como "labores de travs". En general, el mtodo bsicose adapta a las condiciones de cada criadero.Este mtodo se inici, segn se cree, en el Canad. Por la amplia preparacin previa que nece-sita se precisa disponer de medios para realizar una fuerte inversin, pero en compensacin es unode los de menor costo y de mayor garanta de seguridad. Hay que tener en cuenta estas condicionesal elegir el mtodo, que, por otra parte, es de los mejores en condiciones adecuadas del macizo ro-coso.Es deseable una configuracin regular del criadero, ya que la perforacin y voladura con barre-nos largos, que es la tendencia moderna, es poco compatible con el seguimiento de contornosirregulares.38Es importante seleccionar correctamente la altura del piso en la preparacin de la mina, ya questo influye en el tamao ptimo de las cmaras. Esta altura oscila en este mtodo entre 60 m y130 m.Puesto que en este mtodo se crean grandes huecos, que quedan sin rellenar ni sostener y queestn sometidos a los choques ssmicos causados por las grandes voladuras, el macizo rocoso debeser estructuralmente estable.Esto requiere una alta resistencia de la roca a la compresin, unido a unas caractersticasestructurales favorables, sin juntas , fallas o planos de estratificacin excesivos.El desplome o desprendimiento de roca de un hastial puede comprometer la explotacin, oal menos causar dilucin en el mineral que se va a extraer. Un derrumbe de mineral a gran escalaocasiona prdidas de niveles y bloqueo de coladeros y cargaderos, lo que necesita un taqueo consi-derable. Cuando menos, se pueden cortar barrenos de voladura ya preparados, dificultando su em-pleo o perdiendo las cargas ya realizadas.Es importante que se establezca bien la estructura geolgica del criadero, pues de ello dependefundamentalmente la altura de pisos y el tamao de las cmaras.Geometra del mtodo.En primer lugar, como ya se ha dicho, la disposicin de las cmaras con relacin al criaderopuede ser de dos tipos: longitudinal o * transversalcon respecto a la direccin del mismo. La pri-mera se aplica en criaderos cuya potencia no sobrepase la anchura posible de la cmara, o sea,alrededor de 20 m segn la calidad del terreno. Cuando la potencia sobrepasa las dimensionesconvenientes para la estabilidad de la cmara se pasa a la disposicin de Cmaras Transversales.Para evitar el desplome de la corona de la cmara, cuando el techo no es muy firme, antes dela recuperacin de los pilares y para proteger sus labores y huecos de los pisos superiores de la mis-ma, puede ser buena regla dejar un macizo de corona de la misma altura que la potencia del criadero(anchura de la cmara).Con esta orientacin de las cmaras su longitud en direccin depende de la posibilidad deauto-sostenimiento de los hastiales. Con 100 m de altura de cmara se suele fijar de forma empri-ca, como primera aproximacin, en 50 m.En la disposicin transversal, las cmaras se orientan de techo a muro, normalmente a la direc-cin del criadero, y su longitud ser igual a la potencia de ste. Generalmente se limita a unos 80 m.Si la potencia es mayor se puede introducir un pilar longitudinal, que acorta la cmara y refuerzalos pilares entre cmaras.Las anchuras de este tipo de cmaras son similares a las de las longitudinales.El dimensionado de los pilares entre cmaras se realiza siguiendo el mismo mtodo que en elcaso de las explotaciones por cmaras y pilares, si bien, aqu hay que tener en cuenta las laboresrealizadas en el interior del pilar, que disminuyen su resistencia.En lo que se refiere al dimensionado de las cmaras , es decir, a la distancia entre pilares, sontambin vlidas las consideraciones que se hicieron al hablar de las explotaciones por cmaras ypilares.Ambos temas, es decir, tanto el dimensionado de las cmaras como el de los pilares, se tratanen detalle en captulos posteriores de este trabajo.En todo caso, las condiciones locales del terreno son de influencia decisiva y sus indicacionesdeben tenerse en cuenta, extremando la prudencia en las dimensiones proyectadas.Para realizar la geometra del mtodo, se inicia la preparacin de la cmara disponiendo carga-deros en el fondo. Las labores se inician con una galera de cabeza y otra de base, seguidas de ni-39veles a intervalos en toda la altura de la cmara. En el extremo previsto de la mina se abre una chi-menea, y desde ella, una roza a todo lo ancho y alto de la masa mineral que ocupar la futura c-mara, y con unos 4 m de espesor. Simultneamente, se preparan las labores inferiores desde la ga-lera de base, que forman los cargaderos.El arranque se realiza desde los niveles con voladuras adecuadas, que desprenden rebanadasverticales del frente de la cmara, con salida inicial hacia la roza previamente preparada, desplomn-dose el mineral sobre las tolvas o embudos del fondo.La disposicin de los barrenos para esta voladura caracteriza dos variantes del mtodoA) Arranque de banqueo con barrenos paralelos (Figura 12).En criaderos verticales este sistema tiene la ventaja de poder dar un espaciado uniforme a losbarrenos con unas condiciones ideales de distribucin de energa y de rotura.1aii= /';/s\`tiWi\` /- \'- x'll11;=11='n ` .-;.:CS..........._... ::: '^> ; :.?: iar.;..,c;\`Ih\\;lhl:\ II=\'\\7/1\.\\II\I`\\\liti\'I:G.:C:il f 3{ t :..t ,tyi,1' +. ::!y 4lic:\/_!!X11=;\ \4il / 1,'\.x.117/_ _= .,:I Li 1 }a I 'BANQUf :tt,:~}=,x.,: \;;-:;...2{:y:;::_r,;.,:.-:, 3^. 3..y-. ENEA:.:1\1.11=11 / l - \/. `':t_.,:. *-.t:'.wy_;.,< :.:-_tl'DEASO /{'II\Cy'If/-II\/\\,CARGAOR -- v''i_`\L\t _\\\ .\1. ` 'i'\\L\\_ lINi l\11UCAMARA DE BANQUEOFIG. 1240La cmara en su conjunto se prepara como se ha expuestoanteriormente. Una vez abierta laroza frontal, para iniciar el arranque , y comenzando por 'el nivel ms bajo, seprepara una cornisaen cada nivel y a todo lo ancho del frente de arranque , como se ve en la figura.Desde estas cornisas se perfora con barrenos paralelos descendentes, que despus se vuelan. Lavoladura se comienza por abajo y se hace en orden ascendente nivel a nivel. La distancia entre ni-veles vara entre 6 m y 20 m y el personal ha de trabajar con cinturones de seguridad.En la actualidad este mtodo ha sido sustituido con ventaja por el de "Banqueo con grandesbarrenos" y por ello se emplea cada vez menos y slo en casos muy especiales.B) Arranque con barrenos en abanico (Figura 13).En este sistema se pueden perforar los barrenos, segn el esquema de abanico, con la seguridadque da el perforarlo dentro de la galera del nivel. As puede llevarse la perforacin tan adelantadacomo se quiera, limitada slo por el riesgo de perder barrenos por los desplomes de roca al avanzarla labor./=\1s\ _\ =:1'//_ ='//.a\-_ / t .y: w.rLr....=J'.:1%Ar J .., - -{.'.i:.=II\\\i/ii,\a//_I"17//\ 11i\ \ \ %l:. aml4}r S`:_ =\\ \\-\VII ,_,.f *!,'i.cjfsi. . r11,.r`Yr:_ / -11 \\ , I II /\11%/ - ./i "".?s=us;YSt":?}'x J 1\i.% \Ily I /.//%\,//`t=i"\ .i_.tv r`:-11.ALEfd9 PE TRAN RTE\'- I CARGADERO\ '% \\ \ 1j/ /% /;If\^\\c' /I\711CAMARA DE ABANICOFIG. 1341La distancia entre niveles depende, entre otros factores, de la posibilidadde controlar la di-reccin de los barrenos para asegurar un "espaciado' y "piedra" correctosen los.fondos extremosde los mismos. Esta tecnologa progresa constantemente.Normalmente se comienza la voladura por los niveles ms bajos, pero preparandola perfora-cin y carga de todos los barrenos antes de iniciar la voladura. Se suelenperforar hasta seis abanicosen cada nivel, volndose slo los tres primeros de una vez; algunas veces se vuelan de unoen uno,para examinar su efecto.El diseo del abanico es de gran importancia para conseguir buenafragmentacin y un mximode recuperacin. Los parmetros que hay que tener en cuenta son :- Longitud de perforacin ptima : de 20 m a 24 m , pasados loscuales se hace ms difcilel control de la desviacin de los barrenos.- Fragmentacin : puede lograrse reduciendo la "piedra" o el "espaciado" de losbarrenos.La primera vara entre 1,6 m. y 3,3 m y lo mismoel "espaciado" de los fondos de losbarrenos. Una buena fragmentacin evita el "taqueo".- La distancia entre niveles y el ancho de la cmara influyen en ladisposicin del abanicoy en el nmero de barrenos. Aunque tambin la influencia puede serinversa, pues la magni-tud de los barrenos puede determinar la distancia entreniveles y el nmero de los mismos.Tambin los barrenos largos de cada abanico puedenentrecruzarse con los del siguiente,para mejorar la fragmentacin.- La presencia de estratos, juntas y fallas,puede ayudar o estorbar y debe tenerse en cuenta.- Es indispensable el empleo de detonadores deretardo en la voladura, empezando en el aba-nico por el barreno vertical; en cmara estrecha seconsume ms explosivo por toneladapara la misma fragmentacin.Ventajas e inconvenientes.Las ventajas de este mtodo, sobre todo en su primeravariante, son :- El trabajo es contino, sininterrupcin para rellenar.- El costo por tonelada es bajo y exige poca mano de obra.- La relacin de la produccin a la preparacin es alta.- Hay gran seguridad para el personal (no tiene que entrar en la cmara).- La ventilacin es buena.- La conservacin es mnima.- Toda la maquinaria se recupera -al terminar cadacmara.Los inconvenientes ms sealados son :- No es posible la explotacin selectiva. La ley medianecesaria hay que mantenerla combinan-do el arranque de varias cmaras.- Es necesario un servicio de mantenimientode equipos riguroso y por ello caro.El serviciode mantenimiento es ms caro que el deproduccin.2.2. Ejemplos.Thynag (Irlanda?.(Figura 14).Criadero de caliza mineralizada con Plomo,Zinc, Cobre y Plata; en unapotencia de 12 m a42i.'t----oGALER IA DECABEZA =` tiI ,'---- -_----jd NIVELES \\i.\\PLANOS DEBARRENOSi,------- NIVELESGALERIADETRANSPORTESeccin Plantode nivelMINA DE TH YNAG(IRLANDA)FIG. 1445 m, pendiente de 55 a60 y profundidad de 105 m.La preparacin se inicia pordos galeras en estrilal techo del criadero yparalelas al mismo,en las plantas de cabeza ybase de explotacin. Entreellas se abren dos galerasde nivel que dividenla altura de explotacinen tres subpisos de 24 m , 30 m y30 m.Desde estas cuatro galeras se recortael criadero hasta el muro, con recortescada 30 m. Si-guiendo al muro , se avanzan guas endireccin . Cada 30 m seenlazan stas con chimeneas.A partir de estas chimeneas ,empleadas como cueles , seabren rozas transversales alcriaderoy desde ellas se inician las cmaras .Estas tienen 18 m deancho , separadas por macizosde 12 m enel centro de los cuales van los recortes.Desde las guas del techo y delmuro se perforan barrenosen abanico en planos paralelosque se vuelan . El mineral cae sobrelos embudos de cargadel fondo de la cmara en los quese re-coge con palas L.H.D. [6 ] [7] (10]2.3. Aplicacin en Espaa.Sus posibilidades de aplicacin msimportantes estn en los criaderos de hierrode Galicia,Len y Asturias , con filones-capa depotencia media y bastante pendiente. Tambin se utilizan enlas masas de hierro de Vizcaya yen otras masas de mineralesmetlicos . Salvo en los primeramentecitados se considera hoy mseconmico y productivoel acudir a los mtodos de grandesbarrenos,como ha ocurrido en toda la mineramundial, donde esta evolucin esevidente.La simplificacin que losbarrenos grandes, con las modernas tecnologasde perforacin auto-dirigida y de voladura , aportan a losmtodos de cmaras vacas, permiten aesta minera subterr-nea competir con las explotaciones a cieloabierto en productividad , rendimiento ycostos.43Pero, adems, el ms profundo conocimiento de la Mecnica de Rocas y sus condiciones deaplicacin prctica en el dimensionado de las cmaras y pilares, con un mejor control de su estabi-lidad, gracias a los adelantos en los instrumentos que lo hacen realmente eficaz.Finalmente, todos los adelantos en la tecnologa de carga y transporte , que permiten unagran simplificacin de las preparaciones, eficacia y aumento de rendimiento en el conjunto de lasexplotaciones.Con todo ello, los mtodos que se incluyen en este apartado pueden considerarse como las va-riantes ms modernas de "cmaras vacas", que han permitido luchar con la competencia planteadapor la minera a cielo abierto a la subterrnea.Todas estas modernizaciones se han aplicado a las variantes de arranque con voladuras, conesquemas en abanico y en barrenos paralelos, como luego se ver.En ambos casos, las ventajas son :Productividad elevada y poca mano de obra.Costos reducidos.- Concentracin de la produccin en pocos frentes.- Supresin de paradas en la actividad productiva.- Gran seguridad del personal, que trabaja siempre fuera de la cmara.- Buen control del macizo por ser fijos los avances del frente.- Posibilidad de empleo de machacadoras mviles en el quebrantadoprimario y secundario.Los inconvenientes son :- Gastos elevados en preparacin.- Necesidad de controlar bien la planificacin y la produccin.- No puede emplearse una explotacin selectiva.- El control de leyes es ms difcil.3.1. Grandes barrenos en abanico. (Subleve! stoping)Las cmaras vacas, con voladuras en abanico desdeniveles, han podido simplificarse eliminan-do muchos niveles, gracias a las nuevas tecnologasque han permitido ir alargando los barrenos ycontrolando, de modo suficiente, su desviacin. De este modo se haconseguido separar los nivelescada vez ms y dejarlos reducidos, en algn caso, a slouno.En la Figura 16 se representa esta variante en el casode una masa de mineral de hierro.La preparacin de la cmara comienza por laapertura de una galera de base para transportedel mineral y otra de cabeza y, como en el caso general,entre ellas se prepara la explotacin conlas chimeneas extremas. Las labores de cargapueden prepararse, comoen la figura, con un nivel detaqueo bajo los embudos y sobre la galera detransporte, o bien, como sever en los sistemassiguientes, con supresin de tolvas y cada alfondo de la cmara, llevando la galera de transporteal muroPor debajo de la galera de cabeza, se abre unnivel de voladura, separadode aqulla por unmacizo'de proteccin.En el frente final del macizo de la cmarase abre una roza vertical de salida devoladura y,simultneamente, se descalza el mismo , abriendo losembudos desde los coladeros inferiores.El laboreo de la cmara se inicia a partirde la roza frontal del macizo, convoladura de barre-nos largos dispuestos en abanico; stosse perforan desde el nivel como seve en la figura. El mineralarrancado cae a los embudos delfondo de la cmara y se vaevacuando por los coladeros a los vago-nes o volquetes, o bien. se saca concargadoras L.H.D., a travs derecortes del fondo de la cmara,segn el sistema empleado.45Bd-1A1wycyw..:.wY- .'..tit.'..;!,"yr_,.yyi! :....;;.rlt.....tco.,-` YS.:+5:1iF2:.'Y :i'tw;.5-; ::.'YJi%r.?'.;w:..: r.jM,:tia>'''in'!1',SfF' .e 'y!''''CYY'ri`Y:`yTTTT__.. ._..__._.00BALZQ-12-_ 48Seccin A-A Seccin B-BGRANDES BARRENOS EN ABANICOFIG. 16Se suelen volar varios abanicos, que se separan de 3 a 5 ni segn la calidad del mineral y eldimetro de los barrenos, empleando microrretardos.Terminado el arranque del macizo de la cmara, se perforan los macizos y pilares de entre-pisos y entrecmaras con barrenos profundos y se vuelan para recuperarlos.3.2. Grandes barrenos de banqueo (Figura 17). (Blas! hule)Como ya se ha indicado anteriormente, ste mtodo es la variante moderna de las cmarasvacas con barrenos de banqueo desde niveles. En esta variante se suprimen los niveles, y las cmarasse preparan a partir de las dos galeras de cabeza y base de explotacin, entre las que se perfora unachimenea de comunicacin en la pared frontal prevista en la cmara. En estas galeras de cabezay base se practica un realce de unos 4 ni y se ensanchan hasta la dimensin que se haya previstopara la cmara . A continuacin se inician las voladuras alrededor de la chimenea, empleada comocuele , para dejar preparado el frente de arranque de la cmara. Queda as individualizado el bloquede mineral de la cmara , limitado por dos rozas o espacios abiertos, en cabeza y base, de 4 m dealto y, el largo y ancho que se dimensione para la cmara, y por el frente con una roza vertical conun -espesor de 2 m a 3 m , el ancho de cmara y la altura del piso. As queda el frente en forma debanco, cuya altura depende de las dimensiones de la cmara y de las posibilidades de perforacinde los barrenos. En el estado actual de la tecnologa se consideran los 60 ni como la altura mximaptima.46K,:;4ti-+f': 5..1i:.Litiyy^.st5 '_::,..H-tYBorrenosduro `'`':fi." % 'V'.,{:::y(} . r:'t:7777I[.;: ?fr: Y:. 3.3. Grandes barrenos con voladura en Crater (Figura 18). (Vertical CraterRetreat)Esta variante es conocida como mtodo de cmaras V.C.R.,que podemos traducir por "C-maras con Voladuras Crter en retirada ascendente".La geometra del mtodo es igual al caso anterior , y seempieza por delimitar un bloquedel criadero entre dos galeras de base y cabeza que se realzan a 4 m y se ensanchan hasta comple=tar el ancho de la cmara (normalmente la potencia del criadero).Estas galeras se enlazan con la estructura general de la mina, y permiten por su altura el pasode las grandes perforadoras y cargadoras.Desde el hueco de cabeza se perfora una malla de barrenos a travs del bloque demineral:las mallas estn dispuestas en muchos casos en cuadradosde 2,4 m a 3 m de lado, con dimetrosde 165 mm., hasta comunicar con la roza de base. Lalongitud de los barrenos, igual a la altura delbloque, oscila entre 40 m y 52 m y depende de la posibilidad deperforar sin que los barrenos sedesven sensiblemente.Para la voladura se aplica la tecnologa de las cargasesfricas de explosivos que, tericamente,son las que producen el crter ms eficaz; en la prcticase ha demostrado que equivalen a estas car-gas las cilndricas con una relacin 1/6 entre dimetro y alturade carga.'11 GALERIA DE CABEZA 1'=\1,ice,I ami.\\\/ 'GALERNA EN DIREUWON=1119=Seccin lonaitudnolSeccin transversalGRANDES BARRENOS CR ATERFIG. 1848Normalmente las cmaras tienen una seccin de 60 m x 10 m (aunque pueden llegar a 150 mx 30 m) y la altura, antes indicada, entre 48 y 60 m.En cada voladura se arranca una rebanada horizontal del bloque mineral, de unos 4 m de es-pesor, a partir del cielo o corona del hueco inferior. El mineral arrancado cae al fondo de la cmara,desde la que se carga con mquinas L.H.D. por recortes que enlazan con las galeras de transporte.Para la carga de los barrenos se opera del modo siguiente :- Se mide la profundidad del barreno desde arriba.- Se tapona el fondo y se sella con tierra impermeable.- Se carga el explosivo, con un cebo apropiado unido a un cordn detonante. El centro degravedad de la carga debe estar a 1,80 m aproximadamente del fondo del barreno, depen-diendo del dimetro.- Se retaca con 2 m de agua sobre la carga, o con arena y grava hasta 25 mm de dimetro.- Se coloca el retardo O en el centro, y los dems siguiendo el esquema hasta los hastialesy fondos.- Se enciende la voladura.El mineral volado debe sacarse en parte para hacer sitio a la voladura siguiente y el resto quedaalmacenado para contrarrestar la tensin de los hastiales.Ventajas de V.C.R. :- Elimina la preparacin de la chimenea y la roza frontal.- Mejora la fragmentacin.- Reduce la dilucin del mineral.- Puede aplicarse en criaderos que no aguantan el banqueo.3.4. Ejemplos.Kild Creek (Canad) (Figura 19).Criadero de oro; potencia hasta 180 m ; corrida 600 m; pendiente 70 a 80.Cmaras de 20 m de ancho y 30 m de largo, abiertas en sentido longitudinal y transversal,con una altura entre niveles de 100 ni. Entre las cmaras se dejan pilares de 25 m de espesor.La perforacin para la voladura se realiza con perforadoras rotativas y barrenos de 200 mm,"espaciado" de 5 m y "piedra" de 4,5 m. La cmara tiene una galera colectiva que enlaza con losembudos y se une a las galeras de transporte con recortes, provistos de extractor mecanizadodel mineral.Stripa (Suecia). (Figura 20).Criadero de mineral de hierro con ley de 50 por ciento, arma en un gneishomogneo y conbuenos hastiales. Pendiente de 23 y potencia de 20 m.La disposicin de la explotacin se muestra en la Figura 20.La preparacin se inicia con unplano inclinado que se comunica con la gua de cabeza, en mineral, por medio derampas; y, tam-bin, con los embudos, recortes y galeras de rastreo, en estril almuro.Los pisos tienen una altura de 50 m. En la parte inferior se colocan los embudosseparados, unos15 m. Las cmaras tienen 50 m de anchopor 20 m de alto y largos mucho mayores. Los barrenosse preparan en abanico, con 20 m de largo.49_25CAMARA 25PILAR20._-PILARGALERIA DE 1 1PLANTA DEPERFORACION CABEZAtQtOWs ti coQ w QtCALERADE CARGA-CAMARARECORTE_ RECORTE(GALERIA COLECTORA1tSeCCinMINA KILD CREEK (CANAD)PlantaFIG. 19CHOqf,'n%.TVf.MUROa%;;$v..;,,,l;0,11I 1,T11//-VII. 1%'\i11=:y;:\I , -,\a.u aro 11A1I/y`Ili/``,1_I\{-''`' t=gis1,_ ii:1 I' 'I li==\/11\%i=/11,/=111 \!=1n\\1=15MINA STRIPA (SUECIA)FIG. 2050Mufulira (Zambia) (Figura 21).Criadero de cobre con pendiente de unos 55 y 20 m de potencia, con techo generalmentebueno.Se preparan cmaras de 41 m de largo y 50 m de altura, separadas por pilares de 12 m.Esta preparacin se inicia con galeras en direccin, en estril al muro, en las plantas de cabezay de base, desde las que se recorta el criadero . Despus , y dentro del criadero, se avanzan otras dosguas paralelas a techo y muro en la base de la cmara ; se deja un pilar horizontal de proteccinPILARPCORONACABLES DEENCENDIDOARENArhas i:,;I :NIVEL DENAFOPERFORACIONDETONADORvCEXARENAIBARRENOSJ65 mm+-ARENA+BARRENOSI55mm `NIVEL DE RASTREO-----------------'YS'l:fREJILLAysr.y;t'..'_: .:>^^; MANGUERASOmmGALERIA DE,OTRANSPORTESeccidn transversalDisposicin de la cargoMINA MUFULIRA(ZAM BIA)FIG. 2151de 15 m de altura sobre la galera principal de transporte, quese abre al muro y en estril paralela alcriadero; esta galera se comunica por medio de coladeros y rampones conrejilla con la galerade base de cmara, que es una galera de rastreo y taqueo. Esta seenlaza con la cmara por una odos filas de embudos. Para tener un cuele inicial de la voladura,se perfora en el muro, en mineral,una chimenea de 1,8 m de dimetro.Los embudos se perforan y vuelan con barrenos convencionalesen abanico de 55 mm dedimetro. Abiertos stos, queda un banco til de 52 m , que se vuela con barrenos de 165 mm dedimetro que se cargan como indica la figura.Retirada la carga de la cmara, se perfora y vuela desde losrecortes al macizo horizontalsuperior a la cmara para que el mineral caiga en ella y se cargue por sus embudos.Homestake (U.S.A.) (Figura 18).Criadero de oro con distribucin diseminada y variable en pizarras con cuarzo, pirita, arsenio-pirita y pirrotina. Con pendiente de 30 a 80. Potencia entre 3 m y 30 m y corrida de 122 ni.Arma en rocas precambrianas con resistencias a compresin simple de 275 MPa.Se explota por cmaras vacas de 45,7 m de alto, 61 m de largo y anch medio de 10,7 mcon voladura V.C.R.La voladura se perfora con perforadoras de martilloen el fondo de 165 mm de dimetro y unmodelo de esquema con mallas de 2,4 m x 2,4 m. a 3 m x 3 m , segn la roca, y con inclinacionesentre 451 y 501 con la horizontal.La carga se realiza con pala L.H.D.La voladura arranca rebanadas ascendentes de 4,27 m con cargas de explosivo de alturasvariables entre 2 m y 1,2 m segn las pendientes de barrenosde 50 a 80.En esta mina los costos y rendimientos comparados de los mtodos empleados son los siguien-tes en 1980 :Rendimiento CostoRebanadas rellenas . 15,1 t/h ..... 1045 ptas/tBarrenos largos ..... 22,8 " ..... 1071V.C.R. ........... 31,6 " ..... 751(Estos resultados se refieren slo al arranque en la cmara). 1 61 [71 [8] 1111 [12] [131 [14]3.5. Aplicaciones en Espaa.En toda la minera de criaderos metlicos que por sus condiciones fsicas y geotcnicas lopermiten, se ha extendido la aplicacin de estos mtodos por todas las regiones mineras espaolas.En Andaluca, en la zona metalognica de Huelva, se encuentra en pleno trabajo el mtodode cmaras con grandes barrenos de banqueo.En las Vascongadas, en la minera del hierro, tambin se aplica una variante de este mtodo.En Galicia, en la minera del plomo y zinc, se est aplicando, con barrenos en abanico.En el criadero de cinabrio de Almadn acaba de estrenarse este mtodo en la variante V.C.R.En resumen, estos mtodos son los ms generalizados y positivos, siempre que el criaderoreuna las condiciones apropiadas.523.6. Ejemplos.MINA ALFREDO (Huelva) - (Figura 22).En 1981 esta mina ha implantado el mtodo de grandes barrenos de banqueo , en cmarasvacas , en la parte del criadero conocida por "cloritas".Este criadero , formado por rocas clorticas metamrficas , con mineralizacin de cobre, deestructura tabular , prxima a la vert ical , forma una envolvente al muro de la gran masa de piritasSan Dionisio.El criadero tiene una corrida de 400 m , potencia entre 20 m y 50 m y profundidad envertical de 500 m , desde la superficie.Para seleccionar el proyecto se ha realizado un proceso de optimizacin , con anlisis financieroy tcnico de las posibles alternativas . Estos estudios unidos a los de mecnica de rocas para laestabilidad de la mina condujeron a aplicar las conclusiones siguientes :- Cmaras de 20 m de ancho y pilares de 12,5 m de ancho.- Alturas de banqueo ptimas de 70 m.- El banco est limitado por una roza de 4 m en la parte alta y otra igual por debajo, al-canzando la cmara una longitud variable con la potencia de la clorita sobre 40 m.(20 ni a 60 m).- La voladura se dispone con barrenos de 165 mm perforados con martillo en el fondo , con unarelacin piedra y espaciado 5 m x 3,5 m.MINA ALMADEN (Ciudad Real) - (Figura 23).Criadero de Cinabrio , formado por tres bancos de cuarcita mineralizados con pendiente de80.El primer muro es de pizarras , pero pegado a la cuarcita lleva un sill de roca volcnica irregular,que llega a 1 m , de potencia y en ocasiones desaparece.El primer banco, con potencia de 7 a 10 m , tiene de techo 10 m de pizarra y cuarcitas. Elsegundo banco tiene 5 m de potencia . Sigue otra intercalacin de cuarcita de 5 m y el tercer bancomineralizado de 4 m. El techo final es de pizarras deleznables.La corrida es de unos 450 m.Al disminuir la ley y aumentar la regularidad geomtrica del criadero se ha decidido apli-car las "cmaras vacas con voladura crter" (VCR).Las cmaras tienen 5 m de ancho y 35 m de alto entre la gua superior y el nivel de tolvas oembudos , y una longitud segn la corrida de 46 m.La voladura se hace segn las normas siguientes :- Barrenos de 165 mm con una malla de 3 x 3 m.- Carga de 18 : kg cada barreno con c.d.g. a 1,79m de la corona.- Relleno y taco de agua, y tapn inferior.- Cada voladura arranca una rebanada de 4 m.- Consumo especfico de explosivo 650 g/t.53 rgs':'i t:.'r'.f..Z;t".iii},rrtp} .,;ry;(' ik.i:...:,..+..,:tiYi} a.T,zl y 'ik,(u, n . %r.; w,a,Y,.ity,4>*`.i:..?`'tii/' ':j,'sr,'-;` 3';t;,._:!l:: ,c't .i+'1.::^.. >pfi':r:q . y3:`.L,i`+li;tR,:'r. ,'J,'.':i=..` '^:'slasw.y::?.`': '%:.',`.`S.'Kt{fi?JSY'f >3:,i11'Yt %Irw;4::i.2S.-KifJ's1. T'. 4t:1 ?s-,`'iyes.- }a;:f.'.s.^.r!.:.Yqjr :7't :YIr"xt,.`2ir;z ,t!iYYN1::X'.Y.-10,9.:'i:.t v al'y4(:g;..;y ;;N;:a,. 'Tk k3j{'' . '1f:4tar07.;;Y:, f.7}.il2 .5_vt..;i%;1f `;.,ry :;ifi.-5,;s', ?,'^3:>f. :SS':{c",Y..,t.Jtii:3A'":.?ttiny' y z,:y'cy.r., ii4is?'A,'.'s^'i:: `:J%:.:;ti..,J.?; ititt''k'' ris iSF,i'ra:.t:y,":7i:rJ >''.:1?j..:'f'bz .Perspectivat:"*fYr^t .=.;-.aii'ti+tyt`t`3={.:'r': `s:.::kh irti-- Y:t:t:!,:'.:s }:'j;?3;:ljy ::cr;i;aYtj:;: .tt.; I-w. Z::qf,:`fr ti' lr i ' il';t'`,yL:S:i-N. .fr!f.lf.a.2.+J,S%..=::iiZCy:'t'Y;::ry :%i`i. a::Y:':rjSy1..,:ii::'. ...3!T,i''7iS! "F1,7+'t' ti1:.1.1#`if' ' _ 4:j.???d ''iC.6 ; .ta. r'ft:t.. -sa-iirrf r>ngY'?i1:.:....:' i Ca r 4 1,f :Ylysv .7 ^i.+ii..y. -i7.,Jrx:?.yt'i,l2i t . si. ^tt)ti:.l';:^0 ,+3'.:.!:?:.?;''iVr+ayJ;y, r.t't. ^ is ;syrtirk?1; n .' ' ffi,!;:i':1 ?:Sa.,;,+iih:f;^rTi :.t.. !i``^:lr`:i{~^'iSt`:Y..}`'"' : ::: ,r.Y,:, `.: ;:iBARRENOS GRANDES {,y.a5y.fli'1::'rTl::4A,SCrx4'y ''a1.,~....br:d,_tiT^.:+,c,{J a(i. . '+F,i..= J:'J?:3;`,r:%.,e;t> r;Yter ;J^::3 c.'rs)r: r,:='+ir jr+i:r.V'lyr nytii.a1rk rr.. l.(: + .y='t,.:L*i,.. ,tsG,:j; .N. r;SaE;P x.'t,A'im xi ;,.t,:::;s .,s,:e `ii:i'`: 3:ci l. `r23 ''^t!'';,ej.'.lii4+:,, jt:'i.'y. 1.,ff,%i..$,i:Y_. ::.':,:'>,,rsRES,t".'/4 :7.'fL1;5;y ,.!:X;r...i`i:aei"., leiF;.dY.';q.'a. w et t,q=s a >'"KSti,::.ra;r::.r2,y,>r..sd:.; ' iK%6i..'Yf;;f;.'1.: !;;':: +:;E.;; ` 1..;. .''.'t'3*,1f,:,1J' pSrtti.,..... #R:F=%ag4i't:titjL:.:ypi!;:'?{'r..a... bti,a.;.\tiy ..1?:>::,.:.`.ta.C..G. '`..',` :.t.:..r. :aL].,a v..%tf9t' ;%`;iyti;yc:'.. .r' 'cf,. ,'l.:: '.tc.w:c':k{.' 7i ;r::i:yN..};..ly.r `::iwiil.=brr . '':!:_;i i. 't. ^F. _c,.,t%.l.'w:snwi 5'':i.11 i' 'i il:j w'.1i..,y.lpf./y,:rrY;\Ni^''tijs:if;f:`'y'h:' ^4'f''ti`i'`i.i.:.;?:;L!%.opAYj!j-;` a',ri ti3< ':,;irj.:yt.2...,,'.!T'ii4:.wkE:wi;;.a3;.":t.;:3'j;:;'a;: ;itirr'i "rti.'1>.M:''47%..ti'y',12. ' :!,,ttirti:@;4.:,,i r p .:.":i.., t.'ry>,S1i,..T' ;::;il'{+,,l,:;q.Fi:ii:':=ris;;cn':i'lyil.:e':t::LS: Lt;vi:!it %;Y.` :Yt:Ni;. Y.t,,. a; t .t: -{:CL r''-iy..t .;,,.'fRi?ni .x:; ;:tii ::n `Y:y ;Sj.,w{%::iFn..J.l:"'`?.i\.: .:ct,i,L 1:.`Sa>t:It; 4Jn;'tyt te?yActir.ry.4i.`.:: 1:...:; ci: :..h,JS4C,?`t;' RHt.:v+j2_'C'ar..`.7!:rl^TL"S i%yii.4s`>: i r:;,. 'jt}.,a,:;-f:s 1K: ^ 7.;y _' ,:.. :; t`i:..F: ..:! ' z i; .,.:'.x"i MlNER4L' ..Yl3j}! ;> ' ^.4' t' rtia!- }res':3tli aa:`ar_. . t$c ;%-vi.b`,::?c.,sal';;; .. ;Y:r.r,.r,..;;r :7'.lL, ik',t:c.(r;..^'aw! F:tif...: `t.a:;. ::4 t.!':?:.:'.::::SUE[70 utriS.;.,.F.1,.. rfia+ :iL:%7.rsic, .i r r::MS._!'M;fJ?}"31ya". i3,'`J w.?t_F,, .v ti:.r . ;... y?!6; . z.a '7 f lnr..a#: .,:r '`g i t, .';''rit.` .'"ti' 't'ti',^'' .c^art :.A.iitf !M2;:. +=.n.Y.'?.r .tik; .:%:+. i:'F;k" t r,i, +a sa!1. ..: :Jirt:Lf::7:..':'a:Y:yS .r...... ....::>.........,.y,t.:.MV..Sr%thilE:: r...V-r,,!r3::. ,.. .,,).:_.w!t..,.ySeccin longitudinalMINA AL FREDO ( HUELVA)FIG. 2254IIII=IIviII/I // /\\ /-ice r=\':I%liiT'-.,IIIN\tr/'r`/%//I:71%.\I.11I, `vT 11i11\/'I1 ll1/'//il1// /il_l%_//i:r,N/Ili,\,\\III.ll,\'.\\/%illy.rf,:Ir11%I/IYIII/14ll_=ili //11,GALERIA DE CABEZA..iii: K'v'+. ' 4-!:..:li')i.Zi: =L',:iry, tY c....}.q.,;r1Y7:73}aTC:if:.v:.i'Yr `;ln[' c":t.ia.. Y'^ : - .71'MS}r' y,.f' I!t;.i.rii??`rl.}t':J.y/}.t. 223SKI:y.YC;yjr.r '.4YJY.. iY,:,w>q..j . .....s:w"y.%.''A:;a =:- i;;.z-sv.' 't; rv: 2?.'' j' >r Xt s'r`,.K:;r ry rYt 'rH..1.:C S. 9^ ;.'3,bcasi.? tz.'r' }.tJqar`VIS v ` ':apit3 h tr*..-.?r`','rw.;.r:.';7;:'r-f!YC 4+,'!;.:r.13:. >:...:34..:jt.rn: r4.%;. ir,.;r',X,.,r+=y . s..za rn. ::.ritiva;rJ;.vJ:Sri. .tpL:i!1>;,:r... r, .re .Nrea J :.7':I' ...k.... s'.. t /.SFr.:tit.+.....r1i`.;r i.,.=y.ri.1i.>.f':;iy,!i ?i'."2!r; C St'.:. {rYSiriry:c:4,i xtK+" a;}t,.trt.. HrVEE jaseIN7..'412 .,x_;.. .:>iG,.? :_ ri'ti. ''+'iy;y,'.:,.7..t,: ..;rit;r'h:1;yfc,S:C:>r;.i:r .\aA7. r.,lrr..C -2/4:" ia..%i.:''-...vc:S.:'%i^^:.;.: ':ri ili:' f :`tiia Y..,vNt.ss3 'i...:.r .3C' ;i:.:s'lY%' , L;.'::tSy -.,.iri~iF`;%x.r'I:.'.ta:?:3n,:t:y}+is`;rfaKtir:T%sawr:^itlui{'%3j;:.S.''v...c'2^'..-``::'Y{.;z. ti',.Y ...:fi:^4STw 2.. n. L3=: J:,1'^ri._`r,t'` nrx..,;, s+: :Fi'/tlzr2R+z,Gi. ri' ..s::.`tt.'.2GA.ER/A DE BASE\i \ '\/I/ii.% ';\/ .U. y !/Gr\0_-\II-r.i: r, l= t..JI. /r.ltlI -11..=II:.ill./.Ilii}i.il. \:.II'-t:/i./mar.. .. ,\t.lll .\C!/M INA ALMADEN (CIUDAD REAL) II rFIG.2355itMINA RUBIALES (Lugo) - (Figura 24).Criadero de plomo y zinc mineralizado en una zona de intensas tensiones y deformacin,de unos 30 m de espesor y pendiente casi vertical. Se presenta en forma de mineralizaciones arrosa-riadas e irregulares.El mtodo empleado es de cmaras vacas con grandes barrenos sistema V.C.R.Para preparar las cmaras se avanza en la planta de cabeza una galera principal paralela a ladireccin del criadero y en el hastial. Desde ella se recorta a intervalos para dividir el bloque encmaras (16 m ) y pilares (20 m ).Paralela a la base del criadero (bloque) se avanza otra galera o nivel de transporte desdela que tambin se recorta el criadero para preparar los cargaderos y la tolva o embudos del fondo dela cmara. Esta ltima se prepara con barrenos convencionales en abanico.Por debajo de este nivel, tambin se abre la galera general de transporte.Desde los recortes superiores, se perforan barrenos en abanico de 165 mm de dimetro,que se vuelan por el sistema de crter (V.C.R.), preparando el fondo previamente. Cada voladu-ra arranca una rebanada de 3 m de espesor, en sentido ascendente. El mineral arrancado en cadavoladura se carga para dejar hueco para la prxima.Se colocan pernos de resina para soporte de corona y hastiales.El pilar de corona, de 15 m de altura, se recupera parcialmente desde una chimenea finalperforada en el centro de la cmara.Q4F 1.1 Oda. '. i 7I qe 'I1 jrti'?.AI I } !i.N,`F I .oilBUOFr,1,r,:.CARGADEROG4`FR-4Ftir.PQNSCOLADEROC_CAMARAM INA RUBIA LES (LUGO)qlRrF P. MARFIG. 2456lRAMPAS 1 \EN I I\,(` ESPIRALI )r- - RAMPA-- y2-7. CMARASSeccidn horizontalNIVEL DEORACIONIPERf00 Ol0TRANSVERSAL70 GUTA DEPERFORACIONCARGAY CARGASeccin verticalM INA BODOVALLE(VIZCAYA)FIG. 2557MINA BODOVALLE(Vizcaya) - (Figura 25).Criadero sedimentario de siderita en una formacinde calizas. La ley es de 37 por cientode Fe . El muro es de calizas arenosas (psamitas ) yel techo de margas ("cayuela" ), y en la zonade esta explotacin el criadero tiene 350 m Jecorrida , 250 m de anchura y 60 m de poten-cia media.La extraccin del mineral se hace por unplano inclinado de 700 m de largo equipado concinta transportadora y el criadero se explotapor cmaras de 25 m de anchura, entre pilares de 20m con una longitud equivalente a la potencia horizontal del criadero (entre 60 m y 270 ni ) y sualtura media es de 60 m.Para el dimensionado se ha realizado un estudio geotcnico previo.Las cmaras tienen un nivel de perforacin intermedio como se ve en la figura, y se sitancon su eje a 750 con la direccin del criadero. Estas cmaras se enlazan con galeras, recortes yrampas en espiral que las unen con la rampa de acceso.Por la galera inferior circulan vagones que se cargan con pala frontal y van a descargar encoladeros. Las voladuras se realizan con barrenos paralelos perforados desde el nivel central ensentido ascendente y descendente , de 20 m de longitud. Desde la galera de base se prepara elembudo con barrenos en abanico de 15 m. Una chimenea sirve de cuele para iniciar la voladura.[15][16][17]58CAPITULO IVEXPLOTACIONES CON SOSTENIMIENTO ARTIFICIAL1. Introduccin.Se comprenden en esta denominacin aquellos mtodos de explotacin minera en los que loshuecos, al no poder sostenerse por s mismos, necesitan que se empleen elementos artificiales parasujetar sus costados o hastiales y controlar su corona.Los medios que hasta hoy se han utilizado para este sostenimiento son :- El propio mineral arrancado al producir el hueco, del que parte se deja en el mismo pararellenarlo y estabilizarlo de forma provisional. Es el mtodo de "Cmaras Almacn".- Las tierras estriles de procedencias diversas que se introducen en el hueco y lo rellenanestabilizndolo de forma definitiva. Son los mtodos de "Relleno".- Finalmente, puede utilizarse el sostenimiento o fortificacin del hueco con madera y conotros materiales, que tambin lo estabilizan temporalmente. Son los mtodos de."Explota-ciones Entibadas".Aunque en cada caso veremos, en su apartado correspondiente, los detalles que condicionanestos mtodos, podemos decir, de forma muy general, que los parmetros geomecnicos sern msfavorables para las cmaras almacn, si los hastiales y la corona tienen cierta consistencia y el mine-ral no propende a autocompactarse. El mtodo de relleno se emplear con hastiales falsos y cuandolas circustancias exijan la total seguridad de impedir daos, graves en la superficie. Finalmente, elmtodo de explotaciones entibadas es apropiado para filones estrechos con hastiales suficientementeconsistentes, o para masas y filones de contorno muy irregular. [21 [612. Cmaras Almacn. (Shrinkage Stopes)Este mtodo es apropiado para filones verticales, con no mucha potencia y suficiente regula-ridad de hastiales para permitir la cada por gravedad del mineral.El criadero debe tener unas caractersticas geomtricas anlogas a las necesarias para los mto-dos de sostenimiento natural descritos en el Captulo anterior. Se trata de un mtodo de transi-cin.59Utilizan como sostenimiento artificial el propio mineral arrancado, que se deja en la cmaray a esto deben su nombre. Cuando la superficie de la roca queda expuesta a la meteorizacin, sedisgrega y afloja y con los trabajos mineros se inducen tensiones en ella. Si la roca en laque se abrela cmara es de consistencia media, se desprendern lisos o bloques, pero si seva rellenando la c-mara con el mineral arrancado la roca se frena en su despegue y nocae. Sin embargo, las cmarasalmacn no deben emplearse en el caso de hastiales con rocas friables porque pueden presionarsobre el mineral arrancado y dificultar su salida en la carga. Alquebrantar el mineral virgen con lavoladura, los fragmentos a granel ocupan mayor volumen que "in situ". Estaexpansin se conocecomo "ndice de esponjamiento" y suele variar de 1,3 a 1,5veces (lo que quiere decir que el volu-men se incrementa entre el 30 y el 50 por ciento), segn el grado de fragmentacin.Segn la potencia del criadero o anchura de cmara se pueden adoptar cuatro formas en la geo-metra de la base de la cmara. En la primera (Figura 26 (a) )se suprimen los macizosde la galerade base y el mineral se carga sobre una "encamada" de madera,reforzada por la entibacin (paraello la potencia tiene que ser pequea). En la segunda (Figura 26 (b)) y con potencias mayoresse suprime la entibacin y se abren embudos en el macizo de galera.En el caso de producirse bloques grandes que deben taquearse,se emplean unas sobreguasde taqueo , entre la gua y la explotacin. Se da como intervaloprctico conveniente entre carga-deros el de 8 m a 10 m , lo que permite una carga en buenas condiciones y tambin un piso de tra-bajo llano sobre el mineral almacenado. Para iniciar la preparacin de la explotacin, se empiezapor perforar una chimenea en el centro de la futura cmara y otraen el centro de los macizoslaterales de separacin entre cmaras; estas chimeneas sirven tambin para la ventilacin. Otrasve-ces, se montan dentro de la cmara, entre el mineral, en la parte del muro, coladeros entubadoscada 45 60 m , para paso de personal y entrada de aire; se puede tambin utilizarventiladoresauxiliares para forzar la ventilacin del aire en la cmara. Otras veces, se preparan slo laschimeneasextremas.Finalmente el sistema ms moderno (Figura 26 (c)) consiste en suprimir el macizo de la guade base y colocar una galera de transporte al muro, desde la que se recorta la basede la cmaray se extrae el mineral con palas y mquinas L.H.D.Con hastiales y techos apropiados se ha llegado a anchuras decmaras de 25 m. Pero stono supone siempre un menor costo. Para filones de largo y ancho que puedan justificarlo,.debenconsiderarse los mtodos por grandes barrenos.A veces, en filones anchos, las cmaras se abren en direccin transversal alfiln. Cada cmarase separa de la adyacente por un pilar de mineralvirgen, para reducir la luz o vano excesivo de lasmismas.El mineral se arranca a lo largo de la cmara, por rebanadas en "realces" sucesivos de 2 a 3,5mde altura y con el ancho de la cmara, con barrenos horizontales overticales de 3 a 4 m Je largo;con estos ltimos, pueden perforarse ms metros y dar voladuras de mayortonelaje, utilizando re-tardos para el encendido de las mismas; adems, son independientes los ciclos deperforacin y vo-ladura. El mineral arrancado sirve de piso de trabajo.El ciclo de explotacin consiste en perforar, volar, cargar y empernar, acompaado porunaextraccin parcial peridica de mineral arrancado, ya que despus de cada voladura el minerallle-na todo el hueco de la cmara y hay que sacar el 40 por ciento del mismo por los cargaderosinfe-riores hasta recuperar un nuevo espacio vaco libre de 2 m entre el mineral arrancado y la coronavirgen, que se perfora de nuevo. Si el mineral se vuela con barrenos horizontales, es preciso cargar-lo antes de cada voladura. El mineral que queda en la cmara se mantiene a un nivel quepermitasu uso como piso de trabajo para cada realce, hasta que se alcance el nivel del pilar decorona.En ese momento empieza la operacin de vaciar todo el mineral almacenado. Debe calcularsela cantidad de mineral a extraer; si se descarga en exceso ser preciso montar sobre el piso demine-60ral almacenadoandamios para que losmartillosperforadores alcancen la corona.A vecespuedeparecer que el pisoest a la alturacorrecta, comoconsecuencia de tenerun hueco debajo,enel in-terior del mineralarrancado; si este huecose hunde, puedeatrapar a algnminero en su desplome.Para que seansatisfactorios losalmacenamientos en lacmara, el mineraldebe descenderlibremente. Unmaterial arcilloso odemasiado finopuede originar huecos"colgados". Pueden"ta-quearse" desde arribapara eliminarlos ,pero suele serdifcil hacerlo ;adems, el mineral no debecompactarse, ni tampocoprovocar fuegossubterrneos odeterioros en sualmacenamiento en la c-mara.En algunos casos,la extraccinperidica por loscargaderos de baseaumenta los riesgosde ac-cidente y la dilucin delmineral, por deteriorode los hastiales.Para evitarlo se pueden dejarencip::..lr:;:rt.'ti}w+`i;}''. ti,T;-t:,'ti.Y. .:iyt:'L"A ;:':T.r7' _:: 1,, '!'l'r i.T_-. ,:Y','::lr.Y::.'Yi:Jy.i!.'`i'VYYit.il....:: .'f.T'.p....S.t,.` aS. < . - J: .:ir.'l... X: +:c;.....;'j.... i' hr,i iE . er . rir..:Fie4' . n;l;I:'Y1.;S:%` :1.:('i ''3:. `LC:r .,t'...'7'. 'O: .`.:at>a.+r.. ..Ga : c.cS.R. 7..7i"':w:t:- ..i :5:;!.:4':.'.fat::r. ..,F''T:'f?3d: Y...>r.=4`. ..oi.r.:: .r..^ :..i:,.v/.,..tq;.. ;:f ..._;:r: ....ra::K+.':.T.y.l Y.:t- .iL:{.:. "R}!.vt.' 4\' 'J.'l 1fit,ii.i...CJl.`>ti .., :.iR\. '.:+5 .inal a medida que se sube el realce.El mineral y zafras se cargan por los recortes , con pala, a los vagones. que circulan por la galeraen direccin del muro.Primero se carga solo el exceso de mineral por esponjamiento.= :::(j:. ?w1i..:-...:t;.':{,;;..'l:.,:f::}Yt__' _...4":1:-A _\.:..'!:'r:4Por no ser muyresistente el techo dela cmara, sedejan tabiquesde proteccinde 1 m de es-pesor cada 9 m.As queda lacmara dividida ensubcmaras de 9m de ancho.El rendimiento delarranque era de 60 t.M1 I4Yt7N KDt ,t'.Y. , iyt+:?rE:i::w:r:%ir.7i: -.}ia+. :Ti;:i;t'- - f::i`: vr.t,. - _,:%ski;`: {,'y' 'fi::hT ..Y.' :'T;` :Y.: :'tia.:.,y!, .E .,t....:yFi: fi.': ';ti.;titi:ti .=Y,..2_,.i..: t ..taz` s: /,:iY..A,Itw ..Yi:.,Y1t.,:1 - IItoa? 3 ti'j sis:'%'e::a7:.:: :Rt.}.. ;:i?: .! .\' : :?'':`,i:Y::'f.L' .{.1J: .ls' .h>. :'t :si: '?zr.)'+T' ,'.-1.. ?:;:^.izwt:!j=..:;/..1-3 +t .ice. .fsz:.-a ..y. ?. [..:.i :'_ 'z.'iP i{.:S:..:.:'t :j.11: ..YiJi^.'' 7 Ji:.1':'%t'!,;t ('t+,+;.1'i:}r..4 :r t..s'tF,.. :It \ 7:r.,.:-: Pu ,fia :r.ej:gt+r)z s -{,:,:''. /I 'tt4ti /I 11'.;iIIg;':};;a i:} :r7.r777.MINA WAGNER(LEON)FIG. 323. Cmaras con rebanadasAscendentes Rellenas . (Figura33). (Cut-and-fillstopes)En este mtodo elmineral se arrancaen rebanadas sucesivashorizontales o inclinadas,traba-jando en sentidoascendente desde lagalera de base, comoen las cmaras almacn.Sin embargo,el mineral se saca amedida que se arranca;el hueco que seproduce al sacar el mineralse rellenacon estriles siguiendo alfrente a una distanciamayor o menor segnlos casos, o bien, slose em-pieza el relleno cuando se completael arranque deuna rebanada. Entreel relleno y la coronavirgen del mineral se deja unhueco suficientepara que se puedatrabajar en la perforacinde la re-banada siguiente sindificultades. Este ciclorepetido de perforacin,voladura, carga y relleno eslocaracterstico del mtodo.El relleno sirve, en primer lugar,para sostener lasparedes o hastiales de lacmara. En minaspequeas el relleno puedeproceder de los estriles producidospor el arranque de la cmarao por laslabores preparatorias generales de lamina y, en caso necesario,de labores especialesrealizadas coneste fin. En trabajos mineros de msimportancia,el relleno se componede arena, grava oestrilesdel lavadero deslodados.Para evitar desprendimientos derocas en zonas falsas,localizadas, se empleancastilletes,estemples y pernos como complementodel relleno.Este mtodo es uno de los msextendidos en la minerametlica moderna y seconsideracomo una alternativa del mtodo de"Cmaras Vacas", quese prefiere cuando puedeemplearsepor las caractersticas resistentes de los hastiales ydel mineral.Los mismos equipos de perforacinpueden emplearse con las RebanadasRellenas y enlas68`. 'iz.:..ah:::+ F V'};;'i. tii'.w.hiily j.z; ..;?:5: ll::..:ij.r`:..:z.'f..y...::.iy ft .', ittiN,.ser' '1 5-` i ,::..+r:.'.tri,.r.l.Para preparar las cmaras en este mtodo, se part e de la galera de transport e general , situadaa unos 12 m - 15 m del fondo de la futura cmara; desde un recorte de esta galera se practica unarampa de acceso , que alcanzar al fondo de la cmara a la altura antes indicada , cortando entoncesel criadero con un recorte de techo a muro, en lo que ser el centro de lacmara . Alcanzado el muro,se sube una chimenea en mineral que enlaza la cmara con la planta de cabeza del piso. Esta chime-nea servir para el servicio general y tendr suficiente seccin para ello; ir provista de escalas ymecanizada con un cabrestante para las maniobras de los equipos . Tambin sirve como entradade aire a la cmara, y la salida de aire se realiza por los dos extremos de la misma, por dos chimeneasde menor seccin que se preparan en estos puntos y tambin al muro del criadero (Figura 34).Los coladeros pueden dejarse entre el relleno o prepararlos al muro, separados unos 8 m -10 m del mineral , para mayor seguridad . La ventaja principal del acceso conchimenea es que la pre-paracin de la explotacin es barata y rpida , y se puede empezar a producir muy pronto . Por con-tra, presenta -el inconveniente de que es difcil sacar piezas grandes por la chimenea, ya que las uni-dades grandes del equipo , comocargadoras y jumbos, quedan encerradas en la cmara . Por ello,los trabajos de preparacin y mantenimiento deben realizarse dentro de la misma cmara en condi-ciones ' poco apropiadas . En caso de avera grave, no queda otra solucin que desarmar la mquinay sacarla por la chimenea de servicio a los talleres.Tampoco pueden variarse estos equipos de una cmara a otra y han de tener su capacidad adap-tada a la produccin de una sla cmara.CHIMENEA DEVENTILACION PASOCHIMENEA DESERVICIOPASOCHIMENEA DE`\\EMPERNgOVENTILACIONCOMPLETO12REcO 1Egp.ALVE1RA0spoftCARGADEROREBANADAS RELLENASFIG. 34La prctica minera vara de una mina a otra , pero comunmente se emplean barrenos ascenden-tes en las voladuras , perforados con jumbos de uno , dos o tres brazos . Los esquemas tienen 1,8 mde "piedra" y 1,2 m de "espaciado". Se emplea NAFO, salvo que haya agua , lo que obliga a em-plear explosivo gelatinoso.El control de los esquemas de perforacin es riguroso y adems se debe pagar en funcin de70la eficacia de la voladura.La experiencia indica que se consiguen mejores resultados con barrenos inclinados de 10a 301 con la vertical y echados hacia adelante , en direccin del avance. As se consigue una granulo-metra que facilita la carga , pues el mineral entra mejor en la cargadora.La altura media de rebanada es de 3 m - 4 m. Los bloques grandes se taquean a medida que sepresentan.Una cmara grande puede dividirse en varias conectadas entre s como secciones de trabajo;de este modo, pueden producirse ms toneladas en una misma voladura.La experiencia demuestra que es mejor arrancar desde los extremos de la cmara hacia el cen-tro, salvo que la disposicin de los planos de crucero de la masa mineral exigieran hacerlo en unadireccin.El trabajo empieza con la perforacin y voladura, seguida de la carga, de modo que los jumbos,seguidos de las cargadoras , no queden encerrados por el montn de mineral arrancado; el relleno secoloca segn las necesidades a medida que avanza el arranque. Si la resistencia de mineral y hastialeslo permite, se puede arrancar toda la rebanada y rellenarse de una sola vez.El aire para la ventilacin debe entrar por la planta inferior de la mina:cuandose dejan colade-ros entre el relleno, el aire penetra por ellos, con lo que se presenta elproblema de que, al secarse elrelleno, el aire arrastra muchos polvos,y tambin que el mineral volado puedetapar esos pasos.Por ello es mejor que el aire entre por la rampa de acceso a lachimenea central y salga porlas dos chimeneas perforadas en el mineral en los extremos de la cmara.El relleno se compone de arena y estriles molidos del lavadero; tambin pueden aadirse rocasde las labores preparatorias. En la cmara se reparte con pala L.H.D. o arrobadera, si es relleno seco.El relleno hidrulico se baja por la cmara y se distribuye con tuberas. La bajada puede hacersepor gravedad a travs de agujeros de sondeo.Las arenas del relleno se tratan para que el tamao menor de 10 micras nollegue al 10 porciento, de modo que pueda drenarse el agua en la cmara con facilidad y as resulta unasuperficiefirme sobre la que pueden trabajar los mineros y emplear la maquinaria casiinmediatamente.El drenaje se hace por decantacin y filtrado. Para ello secolocan en el relleno de cada cmaravarios tubos perforados de drenaje y filtrado, recubiertos con arpillera, a travsde los cuales escurreel agua. Adems,los accesos a la cmara se cierran a medida que sube el nivel delrelleno, con cierresporosos, para que el agua pueda escurrir.Se ha medido la convergencia producida en el hueco inicial, por lacompactacin del rellenocon arena, y los resultados obtenidos oscilan entre 10 - 20por ciento de la potencia.Con objeto de facilitar la recuperacin de losmacizos entre cmaras,se ha ensayado el conso-lidar el relleno agregndole del 6 por ciento al 10 porciento de cemento para que fragey alcanceresistencias a la compresin de 0,7 - 1,0 MPa. 'Para evitar las prdidas y dilucin del mineral porrelleno, se puede lanzar una capa de cementoy arena de pocos centmetros sobre la superficie de relleno .Pero siempre penetran en l algunostrozos de mineral que habr que recuperar, pudiendoaceptar un 5 por ciento de prdida de mine-ral en el relleno. Mineros experimentados puedenrebajar estas cifras.Los coladeros y pasos se protegen conbrocales o barreras, para evitar accidentes, yse retiranal dar las voladuras. Segn las caractersticasgeotcnicas del mineral, se puede empernar lacoronacon pernos largos cuando el macizo se aproxima asus ltimos realces; estos pernos semezclan des-pus con la masa mineral volada, lo que ocasionainconvenientes en la carga y molienda. Algunasminas tienen que colocar pernos en corona comomedida rutinaria de seguridad.En las rebanadas rellenas conarranque por barrenos verticales se necesitan unasdimensiones71de hueco descubierto que, si la corona o los hastiales son demasiado dbiles, pueden no soportarlos.En estos casos podr emplearse la voladura con barrenos horizontales y el avanceen una sla direc-cin.Los barrenos horizontales pueden emplearse tambin para seguir los apfisis o salientes decriaderos irregulares con ley alta. En todo caso, la produccin baja, y con ella el rendimiento porhombre y relevo.El relleno de una cmara con barrenos horizontales no puede completarse hasta que se ha ter-minado de arrancar; entonces se saca la maquinaria y se rellena la cmara hasta la corona. El aire deventilacin pasar por el hueco entre corona y relleno,producido por las irregularidades de la coronay el asiento del relleno; en algn caso habr que forzar la ventilacin con tuberas.Si no se utiliza la mecanizacin L.H.D. para este mtodo, lo ms corriente es utilizar el rastreodel mineral con arrobadera o scrper, llevndolo desde el frente al coladero ms prximo, bien di-rectamente o por intermedio de una "estacada" o puente; sta puede girar alrededor del coladeroy tener un recorrido de hasta 50 m en cada direccin, En este caso los coladeros entre el rellenodeben ir revestidos. El relleno baja por dos chimeneas situadas en los extremos de la cmara. Sobreel relleno se coloca un piso provisional de tablas para el recorrido de la arrobadera, evitando una di-lucin excesiva del mineral en el relleno.Las rebanadas rellenas son un buen mtodo para ser empleado en la recuperacin de pilares.Las ventajas del mtodo de Rebanadas Rellenas son- Sus costos por preparacin son menores que los de las Cmaras Almacn, CmarasVacascon Niveles y con Barrenos Largos.- Pueden dar produccin rpidamente.- El mineral sale a medida que se arranca y con ello el capital inmovilizado es menor, se evi-tan los problemas de oxidacin y los fuegos.- Se necesita poca mano de obra.- La vigilancia es fcil por estar el trabajo muy concentrado.- La seguridad es grande , slo se trabaja en zonas que no han tenido tiempo de meteorizarse.- La ventilacin es sencilla.- Hay poca dilucin del mineral.- El taquo puede hacerse en la cmara, evitando atascos en los coladeros.- La estabilidad en la cmara y en el conjunto de la mina es grande, gracias al relleno.- Permite la colocacin de estriles del lavadero.Por el contrario, los inconvenientes son :- La produccin por cmara es irregular, por lo que hay que arrancar varias para compensar.- Se necesita un buen suministro de tierras para relleno.- Esto resulta caro, llegando al 50 por ciento del costo total.- Los finos residuales del tratamiento de estriles ocasionan problemas de estabilidad de es-combreras.3.1. Ejemplos.Cerro de Pasco (Per ) - (Figura 35).Criadero de pirita y silicatos, en rocas volcnicas, de 1960 m de corrida, 326 m de ancho72NIVEL SUPERIOR4;e,>sLl;rJt.`.% ^.."%?;J:iy%...r^te\.n'::d7l YVS.:s/wc%'.i+L::Z !`:++yaf,''!tir-`/// z7`s.+i: r,`.;:rL:-'.`,: . p, ;r*ctv, :;lq t nx3, \l iIMIZII... ry;'p:+..b.t,. u -.K,rN^ %y'Z-Z4 :wJffi'v \:.:_?..:.MSi,r%ah}+sSiC\zt','u,;s:-:fy.. .i?{{Kti..,+:ahi4::e::..K///f/ .:'=i:;i:'r"+G-di''t,:r'si::'p.Y,;_tz....-"riy:Fr': ,:yY:;w to!,:%ai K's4; INIVEL INFERIORSeccin vertical IDEAL (esquemtica)Relleno3.5.7 CMARAS ARRANCADAS Y RELLEAS' -= - Mineral4.6. PILARESEN ARRANQUE Y RELLENORocaI3. CMARAS EN ARRANQUE Y RELLENOSHormignRELLENO SINCEMENTO -ESTEMPLESPOR RECUPERARHALLA DEACEROPLACANPvoDetalle derecuperacin de pilaresCE RRO DE PASCO (PERU)FIG. 35PILAR730y 800 m de profundidad . Mineralizado en bolsadas irregularesde Plomo-Zinc y de Cu-Ag; tambinen filones de Cobre-Plata . Ley media 3,5 por ciento de Plomo, 9 porciento de Zinc y 3 onzas/t dePlata.La explotacin es una variante llamada "michi" all, en la que los cuerpos sedividen en Cma-ras de 8 m y pilares de 5 m de ancho, con un largo medio de 33 m.Estas cmaras, arrancadas en rebanadas ascendentes, se rellenan con rellenohidrulico, em-pleando los materiales gruesos de los "relaves" del lavadero. Las cmaras se abren entre dos galeras,de cabeza y base, y son servidas por chimeneas de paso normales que no se indican en la figura.Los pilares se arrancan en rebanadas descendentes , en las que se coloca como piso una placa de re-lleno cementado en la proporcin 1 /9 y apoyada en una malla de acero, sobre unos redondos demadera . de eucalipto, en forma de montera; esta placa tiene 1 m de espesor. Una vez fraguado,se rellena encima.Al abrir la rebanada inferior se utilizan estemp!es para sostener los redondos de eucaliptoy la placa sirve de corona.Avoca (Irlanda) - (Figura 36).Criadero de mineral de Cobre en forma de filn de 10 m de potencia, 75 de pendiente,con techo friable.Se hace una preparacin con galeras de cabeza y base en el filn,separadas 200 m.Las rebanadas ascendentes se llevan en forma de cmaras de banqueo, para lo que el piso sedivide en niveles de unos 17 m de altura, que se arrancan en retirada hacia el centro y en sentidoascendente, rellenndolos. Al muro se suben dos chimeneas, una para bajar mineral y otra de relle-no. Unos planos inclinados, tambin al muro , sirven de acceso a los niveles. Estos se ensanchan entoda la potencia del filn, 10 m y con 3 m de altura,y se avanzan hasta los lmites de la explota-cin; finalmente se perforan y vuelan las cmaras. Se sostiene el techo con pernos y se rellena amedida que se extrae el mineral con pala L.H.D.GALER/A DE CABEZA11 ami' / ICHIMENEA -NIVEL I, iIIII 11 NIVELCHIMENEAii CHIMENEAINICIAL INIVELINICIALiROL,14iNIVEL - l32ISCCION E-Eii IIGALERIA OE BASEMINA AVOCA(IRLANDA)FIG.' 3674Cobar (Australia ) - (Figura 37).Criadero de Cobre y Cobre-Zinc , formado por cuatro filones de 10,5 m de potencia media,701 - 80 de pendiente y corridas entre 130 m y 350 m.Se arranca en rebanadas ascendentes de 3,5 m de altura y se rellena con relleno hidrulico.El acceso se hace por una rampa por el muro paralela al criadero y separada 15 m , con pen-diente 1 / 7, y desde ella se corta el filn con recortes. La evacuacin del mineral se hace por mediode coladeros situados en el muro . Se rellena los 30 cm superiores de cada rebanada con rellenocementado . Se perfora con barrenos ve rt icales y algunas veces horizontales . Se puede arrancarmedia cmara y rellenar otra media . [61 [71 (171 [191 (201PLANO INCLINADOCARGADERO 11 4'MERELLENOHIDRULICO 1l COLADERO11 'CARGADEROMINA COBAR (AUSTRALIA)FIG. 373.2. Aplicaciones en Espaa.El mtodo de rebanadas rellenas se aplica en Espaa en los filones conhastiales no muy firmes(le la zona de Sierra Morena y en otras minas filonianas como la de Osory Almadn.Tambin en las cloritas 'de Ro Tinto se emple estemtodo de explotacin mecanizado,que fue sustituido por el de cmaras vacas con grandes barrenos, yaque la dilucin que producaen el mineral era excesiva.Otra aplicacin clsica es la de la mina de la Zarza enTharsis (Huelva).3.3. Ejemplos.MINA ALMADEN (Ciudad Real) - (Figura 38).Este criadero, , yadescrito en el Captulo IV, con el mtodo V. C.R. que se ap licarecien-temente, aplic este otro mtodoen la forma a quehacemos referencia ahora . Es deaplicacin75,:a::-p, -..t. ,-r'd?.'ri'ro1:L '+.!iKis:i: y:': s7.ii` j.^!:z; ti:;^.;.'Ti,(Y,::cGwLz.'1':.rli ..e:y/...rol. 1 ,,".T_. :Y .{../ ..Iwi".` :/ ":1::L-'t ' xs ,ta..::.'+? I \_?' vw' .ti:: S$i::r>``l'':.,.I;j._:y ri:,{ \Men las zonas del criaderoque son altas en ley yexige una explotacin ms selectiva yrigurosa.Un cuartel tipo sera el siguiente:Distancia entre plantas o alturade piso 50 m.Galera en direccin, enestril, al muro delcriadero y desde ella recortescada 60 m al criadero.Galeras en direccin conel ancho del filn y 5,5m de alto que serevisten dejando una gale-ra de 2,5 x 2 m.El revestimiento consisteen dos bases lateralesde hormign armadode 0,80 m deespesory sobre ellas dos murosde 0,70 m y 1,710 mque sirven de apoyoa una encamada deperfilesrellenos con ladrillos en sushuecos.Entre las galeras decabeza y base seperforan tres chimeneaspor cuartel . parapaso de venti-lacin y rellenos, situadas a 55m entreejes.En el revestimiento, en laparte del muro sepreparan las tolvas decarga de los coladeros,separados 10 m a 15 m.A partir de estemomento se arranca laprimera rebanada ycomienza el arranque.Los colade-ros se preparan con tubosde chapa de 1 m dealto por 1,60 mde dimetro, unidos portornillos.El arranque se haceperforando enrealce, voladuraen rebanadas de 2 m ,sostenimiento de co-rona y hastiales conpernos de resina.Deszafre y rellenocon palas diesel.El relleno est formadopor escoriasde la calcinacincon granulometra0/30 mm.MINA DIOGENES(Ciudad Real) -(Figura 39).Criadero de plomo,formado por unfiln de galenade 2200 m decorrida, potenciade cajade 1,80 m. Pendiente 70.Techo de pizarra deconsistencia variable ymuro poco firme.En conjunto hastialesdeficientes.Se prepara con guasseparadas 50 m,unidas por chimeneascada 60 m quese perforan consonda y sirven paraventilacin y bajadade rellenos.El arranque se hace enrealce, rebanadasde 2,50 m deancho, perforadaen un solo testero.ApSECC/ON A-B.'-lt:"iF-w (ti ^h4, r,1r/r.'v!.`....rt:z..',E^?:!i.r ' .A. =/;ji;ti3::.i:Y..f^Ni.a.':_,,.,,y!?L\... r(F'!::;'1' 4,.1> . w'. r'1i/,\',':t4'r.rT::.?i'.::j ra ..:3t a'':r.Yr S n`.>:fii..,. -rK:::Si=w43Y'.f j%..xy}s,{`k,.!jrl'.:.-=L:.;!y,S'%6+'..t:i1 :Y\`,1T u' II:i:Z ?:?L:;r. ;s; GrT:i ':J J-it :^ri'i.:^} s^, r.'`- pi ',r.' !!E.,?{: \it,,;4;.J..,1w;Ji::,.:: gx:*:}.r;.3. CEi1.+`}^:TlC i:=o`l;'ss,2,.wil:'}.:..=r.:iw'rYSx+.G.'d. 'jy ',`' ...r.;` ,\::ti:aJ-`Fl;rl:.: J..? :y3:j5',,,..,.. n1.+;L: 'l'.:tii?: % i fyt7 :II.+: 'evr.. s.rLtLk'i.+a. i'F;t's%.Gtic:Us",is;'e u s-:k.`^'`^r \ i.,3+.'tYp 'f: S;[Li:rit:t.,?^SSice'7 .ZM.,,C .{::zir. W`M!t....a'r;,x::,?. Fv: '';yas;;:..t:x..:5:?-si. : ':c; %11''ijgs .S S+, w??,.;:.i'.a;f ,...ii;:' :.!C?Bit.:i:.H-.ijti 5;:.4^ 1.Sir`,M4atI 141 +\,r'sr'';1,:+. }s .t .trr :s,: Sri%,%: ' a`'y/.. w"''grrr7rY`\iii.::{:swrs.1=?S?*i:Yr,.:F: t,c' .:ti. ?s. ; stRP:>S)qq l .serty;: t x}.} y. w.. "^-'\iaFitK,:.r S e+;` :i: lyt..J?kC'p;+',s.;ci-i.%+ :;7C'wti%i fd_......3,',>,..:!' 4:.. ie.}.:.BMINA DIOGENES (CIUDAD REAL)FIG. 3977El mineral baja por coladeros , que se conservanentre el relleno, bien entubados, separados50 m unos de otros . El desplazamiento de las zafrashasta las tolvas y el movimiento del rellenopara su extensin por el hueco de realce, se realizacon arrobadera accionada por dos tambores.Junto a los coladeros se preparan pasos de personalentubados.Se emplea relleno de dos tipos: 1) estriles degravimetra acondicionada procedente del exte-rior y 2) estril arrancado en las labores de roca y de laganga.MINA DE LA ZARZA (Huelva) - (Figura 40).Minas de pirita de unos 2900 m de corrida , con potenciamedia de 100 m y profundidad de350 m . Al muro de la masa se sita un mineralcomplejo formado por menas de cobre , plomo yzinc . La masa es subvertical y se explota en unbloque de seccin de- 200 x 600 m , dividida en pisosde 60 m de altura.Las cmaras se disponen en direccin , con longitudesde hasta 600 m y 25 m de ancho,con macizos entre ellas de 12 m de espesor.En el arranque se hacen las rebanadas de 4,5 m de espesor yel mineral arrancado se cargacon palas L . H.D. que lo descargan en coladeros , desde losque se cargan los trenes de transporte.El relleno preparado en el exterior se lleva a la galera superior y se descarga por chimeneas.La rebanada se rellena , dejando 3,2 m de hueco , con palaL.H.D., que extiende el relleno en todoel piso de la cmara.A medida que sube el relleno se preparan los coladeros de descarga del mineral , distanciados100 m.'t:iY, r..' ' :y?: :ii;`+tw1: 1.'' :r'.yrVl: ,. .y: .',:'t i .ti F W `1r,`: l/r..:i` 7+=.1ti :q :;,r..Y;.`zas ilK'1' 1,'.-r,::'w:t"is:::: 9.?us . Aa'w-.s.. 'tf '.: : 'v, a :;$c ;a:.:YSs::i.%J..:. J..srr: ..:r'' s':i ..)..,.- sl.:-ar) 1]:: o--: .'.ar'+::i.T: ,.:: '+4..i. ..R..;v:pA ':i`:..gvs::::...,!!L ... st...i .c...,A.::.or_l.S. i'; ur,. :Yt: .: da't%. ararr::;/;Fti,.'J:a :....3:':' ..ir.`':,r .r.eTr;:%.,. ;:kF, .. Y-!'s.'! tr:.e:.sw:.:.;, r.? %.1r: ri..-'Yr .wx 7 .5 s! .p.,i.. r;: .;t:: .y. .-Y:77:'.r':+... :f- :'< . G".:::K.l :w'r ...an:;:r{:. ..,Y9 .y.yir %.qr+,:d,1 : Cu' : f;- , ,. ....,. y'y^.t :.C-.. 't `t.;i%'i:1{!..F Q. .+:+,.`i!,:>(`;Nt::.i -r:L .r ;? v`':iji S ^:i,r:.:.8-.o,w:3 FF.:`.' ; k: V .:. .J::......, Mr 4K% igasc %.: ':',ti'::-:rx:;:,r: v.!. j. :.i::;.. :k;.r.riadt 1:si:- y t>r...'jS^a,.+,ti{i t i:i;'IhVariante 1ll:il '.I 'it':.y.\ '; .;.:.'_`P ARROBADERAIl; 'sirstJ :'i.: l J: i sh..` ,iYSe explota en rebanadas de 3 m con labores de travs, detecho a muro de 2,5 m a 4 m ,qe se rellenan segn se van arrancando. El hastial se consolida con pernos.Despus de una preparacin convencional,se inicia el arranque de una rebanada nivelando supiso con un breve relleno de mineral que sirve de colchn; se abre una roza en los hastiales para an-clar la armadura de una losa de hormign armado de 30 cm de espesor.El mineral se saca con arrobadera o con cargadora. Con esta variante se ha mejorado el mtodopasando de 5,5 t/h a 10,5 t/h. [7] (2115. Explotaciones Entibadas. (Timber supported stopes)Se incluyen en este apartado los mtodos en los que el hueco creado por el arranque del mine-ral se conserva por medio de un sostenimiento artificial sistemtico, generalmente constituido poruna entibacin de madera. En el caso de filones estrechos,esta entibacin puede reducirse a estem-ples simples acuados entre techo y muro. Este sistema, llamado tambin Explotacin en RealceEntibado, exige mineral claramente resistente y hastiales moderadamente estables.Incluso en estos casos, estos mtodos tienden a desaparecer por antieconmicos. Son muy cos-tosos por la mano de obra y la madera que exigen, pues necesitan un personal muy cualificadodifcil de conseguir hoy.El arranque en este caso se lleva en realces y los barrenistas trabajan sobre andamios apoyadosen la entibacin (Figura 44).En este mtodo, el vano de la cmara que se deja entre los dos pilares laterales, que lo sostie-nen en parte, est sostenido adems por estemples. Estos se colocan,segn un modelo geomtrico,para apoyar andamios, como pisos de trabajo, los revestimientos de chimeneas, tolvas, etc., y parasostener cualquier zona dbil de los hastiales.Se emplea algo en pequeas minas, donde compite con el mtodo de "Cmaras Almacn",siempre que se disponga de entibadores no muy caros.:.,%i..r5..i;i.%S:iJF'ti> :twr%f..t`.,::y;;i x: t`!'i?. .r::ility r:'^S:i::i5'fii7bT+:.rJ,:;_{.,'yi, :;i$'it;Jt:f>C`? :;=:i;Jv:: -`';rRAMPAS!EchoMUROGALERIA DECARGAConjunto (D(ono filn) Seccin (detal le)EXPLOTACIONES ENTIBADASFIG. 4482IN\11/I%II.Elemento der\\ - - - -j.\ T. mollaas200Conjunto7090200MALLAS CUBICASFIG. 45Detalle (en mm )Otro mtodo de explotacinentibada, en masas o filonespotentes, es el llamado de"MallasCbicas", en el cual el arranque serealiza en las cmaras enrebanadas ascendentes,y loshastiales, eincluso la corona, se sostienencon una armaduraconstituida por cuadrosregulares, que se ensam-blan formando cubos interconectadosque logran lneas desostenimientocontinuas en tres direc-ciones, cada una en ngulo rectocon el plano de las otrasdos. El mineral searranca en forma dehuecos cbicos del tamao de una"malla" de entibacin. Lamalla normalizada se componede cua-tro estemples o pies derechos,cuatro monteras ocabezales y cuatrotornapuntas (Figura 45).Los primeros son verticales y las otrasocho horizontales. Estaspiezas que originalmente erancuadra-das y ensambladas con un labradode carpintera, sehan sustituido en lasaplicaciones modernaspor apeas redondas de 2 m conensambles de chapa,como indica la figura.En ;general, estas cmaras serellenan posteriormente.La nica aplicacin,enalgn caso, de estemtodo,es la recuperacin de macizosde mineral muyfracturado y de pilaresentre huecos o re-llenos.En cualquier caso, el arranquese realiza enrebanadas ascendentes, de laaltura de la malla c-bica, colocando cada estructura demallas sobre lainferior y bien ensambladacon ella. [2] [7]5.1. Aplicaciones en Espaa.Como ya se indic en elapartado nm. 5, estosmtodos con entibacintienden a desaparecerpor la. dificultad y caresta delpersonal especializadoque necesitan.Sin embargo, en algn casode la fase detrasiego del mineralalmacenado, puede serpreciso en-tibar el hueco de las cmarasalmacn, en filnestrecho,y aplicar el sistema.Esto ocurre en algunamina filoniana de SierraMorena , en la que,por razones deseguridad, serealiza esta entibacin.Ms interesante resulta laaplicacin al sistemade "Mallas Cbicas"en la operacinde recuperacinde pilares residuales de losmtodos de cmaras vacas,cmaras almacn yrellenas, etc., en los quepuede utilizarse de formaparcial o total en algncaso.As, es de aplicacin para estaltima operacin en las masas yfilones potentes de Huelva, Gali-cia, Almadn, etc.83CAPITULO VEXPLOTACIONPOR HUNDIMIENTO1. Generalidades.En este captulo se incluyen dos tipos de mtodos de hundimiento. En los primeros, se llevaste con el control suficiente para que al ceder el techo sobre el muro, seguido por el recubrimiento,el proceso se lleve de modo que la repercusin en superficie sea relativamente pequea y con despla-zamientos soportables.En el otro grupo de mtodos el hundimiento se hace sin control y el tamao de los huecos permi-te movimientos y roturas que destruyen la estructura original del macizo rocoso, llegando inclusoa presentarse, al final de la extraccin, las rocas estriles del recubrimiento y hastiales en los carga-deros de la mina.Si bien en otros mtodos, como las cmaras vacas, se pueden producir daos en superficie,en los mtodos de hundimiento stos se producen deliberadamente. Se sabe por experiencia que siun hueco sin sostener, con dimensiones suficientes, alcanza el lmite de resistencia de las rocas, sehunde, y la repercusin en superficie se extiende en unas dimensiones que dependen de las carac-tersticas resistentes de las rocas.El hundimiento se basa en un principio diametralmente opuesto al de los mtodos con soste-nimiento natural, con pilares o macizos rgidos. De modo que, si se quiere asegurar que una zonade la superficie permanezca sin daos o con control de los mismos, una vez que se produce el hun-dimiento completo de un hueco subterrneo, hay que atenerse a los conocidos lmites o ngulosde fractura que se indican en la Figura 46.Estos mtodos quedan limitados en su aplicacin a aquellos criaderos que hunden favorable-mente, de modo que el mineral hundido se extraiga econmicamente por los cargaderos inferioresdel hueco. Por ello y por el grado de selectividad, estos mtodos estn en competencia con lascmaras vacas.An est por determinar la profundidad lmite de explotacin econmica del hundimiento.Los factores determinantes son las tensiones, la posibilidad de controlar el entorno y los costos deconservacin de las galeras de la zona inferior al hueco. [2] [6]85LIMITE DE HUNDIMIENTO CURVASDE HUNDIMIENTOSE'CCIONLINEALIMITENGULO DUNDIMINTOunoI-HIPOCRITIC,4SECCIONCRITICA HIPRCRITICREAREAHIPOCRITICACRITICA1 2 3 t5 6 7 8XPLANTAARFAHIPERCRITICADEFORMACION PORCOMPRESIONDEFORMACION POR TRACCIONZONA NEUTRA1I I SECCION-NGULO DE- INGULO DEFRACTURA IH1pVDIM1ENTOGRAFICO DE HUNDIMIENTOFIG. 462. Huecos y pilares hundidos (Figura 47).Este mtodo de explotacin, conocido tambincomo mtodo de Lorena , por ser all dondenaci y se sigue aplicando intensamente.Su aplicacin est indicada en capas horizontales demineral de hierro , o bien en rebanadas,de unos 5 m de potencia media.La preparacin se inicia en cuarteles partiendode unas galeras "primarias" de transportege-neral, de las que parten otras "secundarias" y"terciarias" que dividen la capa en bloques o cuar-teles de 100 x 100 m.Esos bloques se dividen por galeras de 5,5 mde ancho , separadas 18 m entre centros , dejan-do un macizo intermedio , como se ve en la figura . Estos macizos se vanrebajando de seccin con la-bores en retirada y finalmente se hunden , lograndouna recuperacin del 85 por ciento del mi-neral.86Y.''d:tii'1i`'i'i1z.Xyt+3wt;L.yrJ:A7:?Yi`1=:43iL.y:s:' YZ.:i'G^Nvil:".+`r%y;' t.M `::rfLi'{`^T:=(i::Jv;:,-sl_.f:w`iT:i':T''fqS'^.s.-``i:%r..i...y,;d:A",`'-'w,,.i:s%v::Sir.i"'.:i^?z' :r:'y'..!t:t2:.i^ist+,': +a`J.Y.:wi.'',+.RfrS;M.dsit!i< `%:4i:'1 en:ft,.., . 4ti. :r:t .f:'-:i3%.+;C...,trs.'yy:%:r?L: - s :+.:\rri,!ilt..'t'."2 >:R it:'..+c:c ).;..i-!c::ii'i.Lk;Ktic yr 34,,7,fJt%i:.i5:. b.!i , .L;. ,t.....d;.r''.x.:i,.r. ,F',yl:r,,y.t,b:=,:=:st.,t,j. ..:L.ar.R1. ,L ij. r:s`/hy:J::i7 i::v.';.M't:: . jy :rM : y''J-.L,"1)i:itt}!=ti':::tt}:s'}i'a-:'::L.::1:y:'V.:t.Y,i]:.y.,::,.;+t;.;1'Ki:``sR/4,;.IY^.,.. mz. =,} h;r.'.M'J. PILAR REDUCIDO,,; , t. ,y, ,..-uii ,, P1LAR RESIDUAL t7fi5== Y:Se logra as un buen rendimiento y control del techo.Otros mtodos ensayados actualmente realizan un hundimiento parcial , de forma que al aban-donar bloques aislados de mineral , el hundimiento se atena y no se propaga a la superficie. 1171[22]3. Bloque hundido . (Block caving)Este mtodo consiste en arrancar un bloque de mineral en un criadero de grandes dimensionespor hundimiento del mineral , que se va sacando por la base del bloque.Se empieza por dividir el criadero en grandes bloques cuya seccin horizontal es generalmentesuperiora 1000 m2 .En la base se abre una gran roza horizontal , con lo que se le quita a la masa mineral su apoyo.Se prepara la masa con una red de galeras y chimeneas entrecruzadas en el muro. La roza permiteal mineral fracturarse y hundirse . La zona de fractura sube progresivamente en toda la masa. A me-dida que progresa el hundimiento, la fragmentacin mejora , el mineral se quebranta y as puede car-garse en la base , en los numerosos puntos de carga (Figura 48).El mtodo necesita para su aplicacin , adems de criaderos potentes , las condiciones siguien-tes- Un mineral que hunda y se fragmente naturalmente bien , una vez socavado en su base.- Un muro bastante resistente, ya que toda la estructura de la explotacin se perfora en l.- Superficie sin problemas para poderla trastornar con fuertes grietas y simas.La aplicacin ms corriente de este mtodo es en criaderos de hierro o de minerales pobresmuy diseminados.Para la preparacin del bloque a hundir se empieza por perforar una serie de galeras de cargadispuestas segn un esquema regular; stas se enlazan con la base del bloque, o con la roza, con em-budos y chimeneas. Estas galeras sufrirn fuertes presiones . Todos los trabajos se deben terminarantes de cebar el hundimiento.Durante la produccin o hundimiento no se perfora, salvo para romper algn bloque de dema-siado tamao. Para conseguir recuperar bien el mineral y evitar la mezcla con estriles es precisoconseguir que la superficie superior del bloque que se hunde forme un plano continuo.Para ello se necesita un control riguroso de la cantidad de mineral que se saca en cada puntode carga inferior.La fragmentacin se realiza naturalmente, y los atascos pueden causar problemas muy serios yprdidas de mineral y ensuciamiento del mismo.En el estudio de la calidad del macizo es til el parmetro de "calidad de roca" (R.Q.D.)Los ensayos en probetas, para determinar la resistencia a la rotura, no son tan interesantes como elconocer la condicin del mineral para fragmentarse en trozos pequeos. Para ello debe estudiarsela disposicin de cruceros, juntas y planos de estratificacin.No debe dejarse hueco importante entre el mineral suelto cado y el macizo que se fragmenta,pues si ste se desploma, produce una verdadera explosin al comprimir el aire del hueco, con unasecuela de daos y vctimas.Como el terreno est fracturado por el hundimiento es fcil que penetren en l las aguas desuperficie y las de los mantos acuferos e inunden las labores. Debe preverse una capacidad de bom-beo para las mximas avenidas que puedan esperarse . Cuando progresa en profundidad el hundi-miento y los restos de los hastiales van rellenando el hueco, las rocas actan como una esponja ylas escorrentas del agua de lluvia deben encauzarse en superficie.Si existe un gran acufero habr que disponer bombas fuertes que eleven el agua desde debajode la base del hundimiento.Las ventajas del mtodo de bloques hundidos son :- Costo de produccin bajo; es casi tan bajo como el de las cortas.- Una vez que el hundimiento empieza, se consigue una produccin elevada.- Pueden normalizarse las condiciones , aumentando la seguridad y eficacia de trabajo.- La frecuencia de accidentes es claramente baja.Los inconvenientes son :- La inversin de capital es grande y la preparacin larga.- La mezcla de mineral y estriles, as como las prdidas de mineral, elevadas.- Hay que vigilar rigurosamente la descarga del mineral y sto es difcil.- El mineral de baja ley, prximo al recubrimiento y los bordes del criadero, se ensucia ex-cesivamente, si el control del hundimiento no es demasiado bueno.- No es posible la explotacin selectiva de mineral de alta y baja ley. Slo puede extraersetodo junto.- Como en la Cmara Almacn, el mineral se oxida.893.1. Ejemplos.La Encantada (Mjico) - (Figura 49).Criadero en masas irregulares mineralizadas conleyes altas de plata yplomo. Por su forma seconocen como "chimeneas" y estncerradas por su parte alta poruna bveda ovoide que al pro-fundizar se hace cnica.Los hastiales son resistentes, compuestosde calizas alteradas o no. Pero elmineral es falso,por lo que se aplica el bloque hundido.El mineral se ensucia al mezclarsecon la caliza de los hastiales al 50 porciento. La caliza delhastial, en el contacto, contiene 60 g/tde plata y se criba para separarla. La parteestril se empleacomo relleno en otras zonas msprotundas.El mineral y la caliza mezclados se cargan con palaL.H.D. y se vierten en coladeros para cribar-los, molerlos y transportarlos.POZOMARIA ISABELPOZOSAN FRANCISCONI VENIVELlisNIVEL:,., `\I I1 U !4 WRAL HUNDIDONIVELMINA MASPROFUNDA>I,,1., ,,\!,+\x`,11%' li',/.,,\.1_Jl;,,.CARGADEROSSeccinMINA LA ENCANTADA (MEJICO)FIG. 49Mina Grace (EE.UU.) - (Figura 50).Criadero de magnetita, en forma de lentejn, de 730 m de profundidad, 300 a 400 m de lar-go en direccin y 130 m de potencia, con 35 de pendiente. Formado por un estrato decalizasque se mineraliza en hierro, con 44,4 por ciento de ley.El bloque hundido se inicia abriendo galeras de transporte en direccin (1), en el muro, se-paradas 15 m del criadero. A 11,4 m de esta galera se abre otra de voladura (3), que se comunica90APLANTA A 1 IifS:};ryII 1111MUROBOJt5mt .?1/!mSECCION 8-aSECCION A-AMINA GRACE ( ESTADOS UNIDOS)FIG. 50con la anterior por recortes (2) cada 15 m. Desde la galera ( 3) se socava el criadero por el muroper-forando y volando embudos, con pegas dispuestas en abanico (4) con lo que se va dejando un huecoabierto (5) sobre el que se produce la cada del mineral triturado porel autohundimiento cebado enel bloque.La carga se realiza con cargadoras L.H.D. por los recortes de carga (2) y se lleva elmineral a laspiqueras o molinos de trituracin primaria . [ 61 [71 [171 [2314. Niveles hundidos . (Sublevel caving)En este mtodo se divide cada piso del criadero en nivelesde 8 a 15 m de distancia en vertical.En cada nivel se recort a el criadero de muro a techo desde una guaen mineral situada al muro.Esta gua enlaza con una piquera o pozo-tolva que comunicalos recortes de las plantas de cabezay base del piso . Las galeras de recorte de cadnivel se colocan alternadas y a pa rt ir deellas seperforan barrenos ascendentes , paralelos a los hastiales odispuestos en abanico (Figura 51).Para empezar el arranque se abre una roza al techo de cadamacizo de nivel , que servir de sali-da a la voladura , y se arranca en retirada de techo amuro.Simultneamente hay galeras de nivel en arranque , encarga, en perforacin y en preparacincomo se ve en la figura.El mineral desprendido por la voladura se cargacon cargadora L.H.D. y se transporta hasta lapiquera del muro, por donde pasa el piso debase.Los estriles del techo siguen en su hundimiento almineral de corona y pueden ensuciarloal final de la carga . Esta debe pararse cuandoel porcentaje de estril es excesivo.La dilucin vara entre el 10 por cientoy el 35 por ciento, y elmineral perdido entre el 5 porciento y 20 por ciento.91HUNDIDO UNDIDONIVELES HUNDIDOSFIG. 51Este mtodo se aplica en criaderos verticales o en los de gran espesor vert ical.Necesita un mineral algo consistente que no precise entibacin en las galeras, que deben seramplias para que las cargadoras y jumbos circulen libremente.Conviene que el techo hunda regularmente, porque es preciso que las rocas del hundimientose apoyen constantemente sobre el mineral no extrado.El terreno superficial debe permitir desplomes y daos importantes sin crear problemas graves.A causa de la dilucin y prdidas de mineral slo se aplica este mtodo en minerales de pocovalor, sin problemas de tratamiento en la concentracin. Sin embargo, en criaderos con ley variablepuede aplicarse la explotacin selectiva con este mtodo.Se empieza la preparacin perforando las galeras de los niveles , con lo que se arranca el20 por ciento del mineral . Hay que subir varias piqueras que enlazan las plantas de cabeza y pie depiso y los niveles . Por ellas se baja el mineral y pasa el personal y el material , aunque para estos lti-mos servicios se prefiere hoy abrir en el muro rampas en espiral.El factor ms importante de controlar es la descarga del mineral arrancado debajo de la masade rocas quebrantadas, pues stas tienden a fluir en forma de elipsoide. La cantidad que tiende afluir est limitada en la base por ngulos de talud de 65/70. Este cambia rpidamente en el casode trozos gruesos y cierra en arco la parte alta, quedando colgado. El movimiento de los cargaderosadyacentes, si estn cerca, destruye al arco.Por otra parte la inclinacin de los barrenos en relacin con el macizo debe considerarse comose ve en las figuras.Al revs que en las cmaras abiertas, estos barrenos se disparan con. mineral y roca sueltapesando sobre ellos, lo que produce un efecto de confinamiento.La mejor disposicin del frente y la fragmentacin ms favorable se consigue inclinando los92barrenos hacia adelante. Un ngulo tpico es de 20/300, o sea, que los barrenos forman un ngulode 70/800 con la horizontal. La piedra de los barrenos es de 1,5/1,8 m y en cada voladura se dis-paran dos o tres filas de barrenos, con detonadores de retardo en cada voladura.El mtodo de niveles hundidos es quizs el ms afectado por la dilucin del mineral. Un man-to de escombros de roca sigue descendiendo sobre las voladuras individuales en los macizos de mi-neral. Cada vez que se carga mineral desde una galera (nivel ), la roca de encima ce verticalmente.Debe calcularse previamente el volumen de mineral a cargar, as como tomar muestras para co-nocer su calidad. La ley media por voladura se calcula por las muestras de cuatro niveles adyacentes.En cada disparo pueden volarse de 500 a 1000 t. Cuando tres muestras seguidas del final del descen-so pasan del margen admitido para la ley del mineral (cut-off), se para la carga.El ensuciamiento crece rpidamente hacia el final de la carga. Con 70 por ciento de mineralrecuperado puede haber 15 por ciento de dilucin y con el 90 por ciento la dilucin sube al 20/30por ciento. Se necesita estudiar cuidadosamente muchos informes . para calcular la proporcin derecuperacin econmica ptima.Una vez que se confirmen las condiciones favorables del descenso del hundimiento en este m-todo, se ajusta el volumen de mineral cargado en cada voladura por un compromiso entre la dilu-cin y la recuperacin del mineral.Ventajas de los niveles hundidos :- Permiten la minera selectiva en criaderos semiresistentes o falsos con hastiales falsos.- Pueden aplicarse a criaderos pequeos con flexibilidad.- Se pueden mecanizar mucho.- Si la resistencia es dbil cerca de la superficie y fuerte en profundidad, los mismos equipossirven al cambiar el mtodo a cmaras vacas mecanizadas.La preparacin es menor que en el bloque hundido, ya que slo se mantienen muy pocoshuecos durante mucho tiempo. La produccin se consigue rpidamente.El mineral se extrae continuamente y no tiene tiempo de deteriorarse ni de arder.- Puede emplearse con minerales hmedos y enlodados que no sirven para el bloque hundidoo la cmara almacn.- Es mucho ms econmico que otros mtodos para terrenos falsos, especialmente los de ma-llas cbicas y rebanadas unidescendentes.- No se pierden pilares de mineral.- Se pueden utilizar para recuperar pilares grandes por hundimiento entre el relleno.Inconvenientes :- Hay que tolerar un alto ensuciamiento (20/30 por ciento) o una mala recuperacin.- La ventilacin de los frentes es difcil; cada nivel exige normalmente tubera de ventilacinsi se emplea equipo diesel.- Se producen daos importantes por repercusin en superficie.934.1. Ejemplos.Kirunavara (Suecia) - (Figura 52).Criadero de magnetita en forma de lentejn alargado de 4 km de corrida, profundidad 1000m y potencia media d 90 m. Pendiente 700, con 65 por ciento de Fe.El muro es bastante resistente y el techo es un prfido cuarcfero.El acceso se realiza a travs de varias rampas transversales con pendientes del 11 por cientoy otras adicionales y en espiral para servicios. Se puede llegar con coches a cualquier zona de la mina.Las secciones tienen 1 km de largo, con tres o cuatro niveles en arranque o preparacin.Cada seccin lleva una piquera cada 100 m y abiertas en el muro, que sirven para almacenar y sacarel mineral de cada clase por la planta inferior.En cada nivel se lleva una galera en estril por el muro y otra paralela por el mineral a 15 m. 20 m de la anterior. Desde ellas se perforan galeras alternas en cada nivel, transversales de muro atecho con secciones de 5 m x 3,5 m , separadas 10 m entre ejes, con un macizo intermedio de 5 ni.El arranque se hace perforando en abanico, volando y cargando con pala L.H.D. Se arranca de te-cho a muro, abriendo una roza al muro previa.El esquema de tiro y la calidad del mineral se controlan rigurosamente.Tanto este control como el de trfico estn regulados y programados por ordenador. [2] [24]4.2. Aplicaciones en Espaa.No son corrientes las aplicaciones en Espaa de los mtodos de hundimiento y slo se tienennoticias de una aplicacin en las minas de hierro de Cala, del mtodo de niveles hundidos, que fuesustituda por minera a cielo abierto, y de un proyecto reciente en las minas de hierro en Santan-der, del mtodo de bloque hundido.raMINA DE KIRUNAVARA (SUECIA)FIG. 5294Tambin se plane una explotacin de este tipo en el Manto de los Azules en Cartagena, quefue sustituida por una explotacin a cielo abierto.Mina Dcido (Santander) - (Figura 53).Criadero de hidrxido de hierro. Explotado con anterioridad a cielo abierto y en subterrneoy, por ello, muy quebrantado por lo que las labores en su interior son inviables. Por esta razn seha elegido el mtodo de Bloque Hundido . Est metalizado en cabeza , con techo de doloma en laparte no desmontada por la mina a Cielo Abierto. La potencia es de 40 m a 45 m y el muro es decaliza.Para iniciar el hundimiento del macizo , las galeras de socavado y descarga se sitan debajode las labores preparadas en la mina anterior , y. perpendiculares a la direccin del criadero, separadas10 m entre ellas . Una galera de transporte bordea todo el criadero con cota 7.5 m ms baja quelas labores de socavado . Las galeras de socavado se enlazan con una galera de acceso y con otra deventilacin.Desde las galeras transversales se perforan y vuelan los abanicos de socavado del bloque paracebar la bveda en su hundimiento . Se empieza por abrir los embudos de salida y la roca de expan-sin en la forma del esquema de la figura. Estos cargaderos se abren cada 5 m.La carga en los transversales de seccionado con arrobadera (scraper) o pala en coladero desdedonde se cargan los camiones de la galera de transporte.Mina de Cala (Huelva) - (Figura 54).Criadero de magnetita de 1200 m de corrida, 70 m de potencia y 300 m de profundidadreconocida. Pendiente entre 65 y 90.Este criadero, antes de decidir su explotacin a Cielo Abierto, se prepar y explot por elm-todo de niveles hundidos.Se acceda por un socavn principal de gran seccin para circulacin de camionesmineros pe-sados.Los niveles estaban separados 10 m en altura y unidos con una rampa de 10 porciento de pen-diente al socavn.En cada nivel se llevaba una galera general , en el hastial de acceso delsocavn , y una serie derecortes de techo a muro separados 16 m entre ejes. Estos recortes van alternadosen cada nivelcon relacin a los inmediatos inferiores y superior . Unagalera en direccin , en todo lo largo delcuart el , de 400 m de largo , enlaza estos recortes con lasrampas de unin del socavn.El arranque se realizaba de techo a muro y escalonado en sentidodescendente, perforando10 barrenos en abanico a part ir de cada nivel . Los abanicos se daban en planosseparados 1,5 m.La carga se haca desde las minas con pala frontada a camin ,que lo transportaba directamentea superficie.956ALRIA DEVENTILACIONet`ww :y, ter. y ?' iy ? c!,;,jfy rrskitt'.% :fi.'s.;: si:: rsy . w'L. i:.us.:........ .*:':..i:?.iri.`?yi'::ip:.ti'?M ... ,:.ar... YCargaderos Seccion verticalMINA DICIDO (SANTANDER)FIG. 5396.1 I\ /I 'i: Zi':'+`II4'-"i",,%:%j '=y-'.i \\ =.1g"pMUROi/;:: 1.i>=iY.'r"ci,:'r'.".Sr.'rkr:\_\ ...srw.., ;a- 343!:: : :%'j // IITECHOvil1 s,/1 ::'tYr 4Mi'7.1:FS.s .e. SO:y. \' %'/~ti" .yirt`G"i'Y:vr}i'j':ol.1\\i.jGSeccin B - B\\y:xr'''Y)%':gil/1=l/, =r:.>,. :illF!-''':'4"_:yf.?!Yp.ves,.\i' /iI1^(y `1i>N'.,Si 1f,}++a 1 j\V II C:::i >$iis ? rL r..r/ \\II.\\ :T7;:.tirCAPITULO VIEXPLOTACIONES ESPECIALES1. Introduccin.Se consideran en este captulo aquellos mtodos mixtos de los anteriores o de transicinentre ellos. En general son aquellos procedimientos que se emplean para recuperar los macizosy pilares expresamente abandonados para poder arrancar el mineral con seguridad en los anterio-res mtodos.Se tienen en primer lugar aquellos mtodos de huecos permanentes, que al crecer la minaen profundidad ofrecen pocas garantas de estabilidad, por lo que tienen que rellenarse los pisossuperiores para poder trabajar por debajo de ellos. A esto se une que los pilares entre huecos y losde corona entre pisos ocupan una cantidad de mineral cada vez mayor, llegando pronto a suponerla mayor parte del criadero.Por esta razn se ha implantado el relleno previo de los huecos abiertos y la preparacin delmismo con cementacin para arrancar el mineral de los pilares y macizos con mayor seguridad.Otra manera de recuperar los macizos y pilares es la de realizar el arranque en las cmarasy, una vez terminado, arrancar los pilares de corona y los de separacin entre cmaras por un sis-tema de hundimiento.Este mtodo es mixto de las explotaciones con sostenimiento natural y de las de explotacinpor niveles hundidos.Otra variante es el paso de ciertos mtodos de hundimiento de niveles al de cmaras de almacno ms bien bloques hundidos.Los mtodos ya descritos de cmaras abiertas y los de rebanadas con rellenos dejan sin explo-tar macizos o pilares horizontales y verticales para limitar los pisos y las cmaras.A medida que las minas progresan en la direccin y profundidad del criadero, la importancia deeste mineral abandonado crece y su recuperacin se hace imprescindible.Se considera en general ms fcil la recuperacin de los pilares verticales que la de los horizon-tales por ser ms fcil trabajar con relleno al lado que bajo el relleno. Por ello los mtodos tratan deeliminar los macizos horizontales. Se pueden citar dos ejemplos de esta tendencia :- En primer lugar las cmaras vacas actuales son, para un volumen dado, ms altas y con me-nos seccin de base que las que se proyectaban hace unos aos. Una de las razones de estaevolucines que se espera reducir con ello los macizos horizontales superiores de proteccin.99- En los mtodos de rebanadas horizontales rellenas, la tendencia es la de elevar la alturaentre plantas, llegndose a pasar de los 200 m, con lo que se disminuyen los macizos horizontales.Tambin se procura reducir el macizo de proteccin horizontal protegindolo con cables anclados.Con el desarrollo de esta tecnologa se podr alcanzar en el mtodo de rebanadas rellenas una recu-peracin elevada del criadero.La gran aceptacin y aplicacin del relleno hidrulico cementado en la minera de los ltimosaos ha tenido como resultado una amplia flexibilidad para los proyectos de recuperacin de pi-lares en la prctica. La filosofa a seguir en este caso ser aadir cemento al relleno para que stepermanezca fijo cuando se abre un minado junto a l. 0 bien si el relleno falla, lo haga en bloquesque puedan mantenerse separados del pilar de mineral.2. Recuperacin de pilares.Los mtodos de recuperacin del mineral abandonado en pilares y macizos de explotacinsin provocar hundimientos, difieren en el sistema de sostenimiento. La recuperacin con el mtodocle relleno, con o sin mallas cbicas previas, es un trabajo perfectamente normalizado y razonable,tanto en arranque ascendente como descendente. Es de esperar un trabajo duro y fuertes presionesdel terreno, pero se puede asegurar que, con mineros experimentados, se consiga una recuperacindel mineral decasi el 100 por cien. Cuando los pilares estn muy machacados y debilitados, los m-todos de relleno cementado descendentes compiten con xito con los ascendentes.Los. mtodos de explotacin por cmaras vacas permiten a veces la recuperacin de los pilaresempleando un sostenimiento con entibacin, con prdida de algo de mineral. Pero si la ley delmineral del pilar es alta, puede convenir por razones econmicas el rellenar las cmaras y as conse-guir la recuperacin mayor que le permita el arranque con relleno.No existe un sistema universal para estas recuperaciones. Cada trabajo suele convertirse en unproblema especial muy influido por las circustancias de cada criadero. Lo nico general es que en elcaso de poder emplear la tcnica de barrenos largos se facilita mucho el problema. En casos excep-cionales solo puede lograrse una "rapia" del pilar y no su recuperacin.Pueden pues, presentarse los casos de recuperacin de pilares horizontales o verticales, que acontinuacin se expresan :3. Recuperacin de pilares horizontales.Si se emplea el mtodo de rebanadas unidescendentes rellenas, con refuerzos de losas armadasde relleno cementado, que ya se ha expuesto en el prrafo 4 del captulo IV, se resuelve el problemagrave de la recuperacin del pilar horizontal de corona de cmara.Se exponen a continuacin la recuperacin de pilares en otros mtodos en los que se deja aban-donado el pilar horizontal de corona en la fase de arranque del mineral de la cmara.Se recogen los aspectos comunes al problema que plantea esta recuperacin de pilares decorona.En primer lugar se describe la recuperacin de un macizo que se extiende desde la parte supe-rior de una cmara arrancada por rebanadas rellenas ascendentes, hasta la base de la cmara rellenadel piso superior; una distancia total de unos 30 m. (Figura 55).La situacin del minado, que muestra la figura, es que el relleno en las cmaras sobre la zonade arranque no est cementado. Existe el peligro potencial de que este relleno penetre en el huecode arranque del pilar, ocasionando el abandono de los cargaderos e incluso la prdida del mineral100I/11 30Seccion longitudinalSeccin transversalRECUPERACION DEPILARES HORIZONTALESEN CAMARASRELLENASFIG. 55arrancado en el pilar.El relleno se retienesolo por un estrechamientopreparado en la base delcargadero.Otro caso se presentaen la Figura 56,con tres tiposde cmaras conpotencias de 4 m , 4ma 8 m. y 8 m a11 m. En los tres casosse vierte elrelleno cementado enel tragante delcargadero dela cmarasuperior al pilar que setrata de arrancar.Debido al retrasoque pueda ocasionarsepara lacementacin del tapnindicado y lasventajas que, encompensacin, se consiguenal trabajar conms facilidad, deberrealizarse un anlisiseconmico del diseo delas operacionesmineras.\ulil llJla; \\p;I %\\lf1111 \ ::o; (}. ' SIL \// o / IIIZi Q Qt:iyi/s//'I%\/.U`:RELLEN.T7/:e:.:y.../%\j'1-11hQ t:eZf:.. c: ` \17.11\ 'CEMENTADOrqr ir r,--30Seccion longitudinalSeccin transversalRECUPERACION DE PILARESHORIZONTALESEN CAMA RASRELLENASFIG. 55arrancado en el pilar.El relleno se retiene solo por un estrechamientopreparado en la base del cargadero.Otro caso se presenta en la Figura 56, contres tipos de cmaras con potencias de 4 m , 4 ma 8 m. y 8 m a 11 m. En los tres casosse vierte el relleno cementadoen el tragante del cargadero dela cmara superior al pilar que se trata de arrancar .Debido al retraso que pueda ocasionarse paralacementacin del tapn indicado y las ventajas que, encompensacin , se consiguen al trabajar conms facilidad , deber realizarse un anlisiseconmico del diseo de las operaciones mineras.Md7Jk\RELLENO/ ' r4 'Ili// 1 1-//11P 22:> (I_Q'IICEMENTA00'..'.. ..r'.= \\_ VII ,. ..;>r:,:.llla\''WC'II`II//.j// "`Fb+`'- \%llN!V L11 , /_` NIVE VELSecciones transversalessegn potencias )CARGADERO CEMENTADOFIG. 56El fin principal del relleno cementado vert ido es servir como un tapneficaz para prevenirmovimientos del relleno no cementado encima de lazona de trabajos de recuperacin del macizo.101Aun en el caso de que el hormign pobre del tapn falle , bajo cargas normales en las direcciones delbuzamiento o la corrida , tales fallos se producen por arqueado progresivo . Cualquier relleno quefalle se coloca como un bloque sobre el mineral quebrantado del pilar y la extraccin del mineral delpilar se completa antes de que el proceso de arqueamiento llegue a repercutir en el relleno sin ce-mento.Este mtodo es ms positivo que el descrito anteriormente , pero tiene varios inconvenientes:algn mineral se pierde si el muro se acua y adems las extensas preparaciones horizontales paracargaderos , y conexiones con coladeros son necesarias como en el primer caso.El mtodo ms moderno utilizado para la recuperacin de estos macizos horizontales se basasobre el empleo de cables anclados en el macizo mineral cuando la labor se acerca al final del agota-miento del mineral contenido en el bloque de la cmara.Esta proximidad permite continuar con las rebanadas rellenas sin interrupcin , no necesitandocambiar de mtodo para el arranque del pilar . Ello elimina tambin la necesidad de preparacionesy prdidas de mineral en la zona de los cargaderos para situar el rellen.Sin embargo el mtodo de voladura del pilar, descrito en primer lugar, es un mtodo seguroy de elevada productividad y capaz de recuperaciones de mineral buenas . Queda por probar si elmtodo de anclado con cables es tcnica y econmicamente competitivo , especialmente para cria-deros anchos y mltiples.4. Recuperacin de pilares verticales.4.1. En Cmaras Vacas.El caso general de un criadero extenso , de ley media a baja, que encaja en un terreno razona-blemente resistente que ha sido minado por el mtodo de cmaras vacas se muestra en la Figura 57.Este tipo de criaderos y estos sistemas de mineras son cada vez ms corrientes , con lo que los m-todos de recuperacin son ms aplicados cada vez en ellos.SECUENCIALIMITE DEL MINERAL/\.%I111,/..'::.a"..:,e`lj, . \,/=\\//\,t`-Sufli:(:i:'?'':.y-4 3%S-ry`r so :c!: `?i "S.'takt=. L.IL.:ts'Ci:.-`I//_IIT y,2z'.:.:::1i?.v'Fi.M$. :j_'-: iti>M-..-AVANCE: /,:II% X11 q,\='\;C. CmaraP PilarSECUENCIA DEEXPLOTACIONDERECUPERACIONDEPILARESVERTICALESFIG. 57102La antigua planificacin general de esta minera de arranque de cmaras y recuperacin de pi-lares se ha . regido por la secuencia siguiente- Arranque de las cmaras 1 y 2.- Arranque de las cmaras 3 y 4.- Voladura del pilar 4 y extraccin del mineral con la mayor velocidad antes de que loshastiales cedan en exceso.- Relleno del hueco completo de las cmaras 1 y 2 y del pilar 4, tan rpidamente como fueraposible.- Voladura del pilar 6 . Extraccin lo ms rpida posible del mineral y relleno igualmentedel hueco conjunto de las cmaras 3 y 4 y pilar 6.- Extraccin del pilar 5, entre relleno seco de poca cohesin y rellenado a medida que searranca por niveles hundidos.- Luego se repeta la secuencia , arrancando en direccin.Esta forma de trabajar tiene varios inconvenientes :- Mala recuperacin del mineral del pilar.- Dilucin muy alta del mineral tanto por la roca de hastiales como del relleno.- Imprecisin para la planificacin del trabajo.- Dificultades para el control del terreno.- Necesidades de exceso de medios en momentos puntas de carga de mineral y relleno.El sistema ms empleado en la actualidad se rige por la secuencia siguiente- Arranque del mineral en las cmaras 1, 2, 3, ...- Relleno de las mismas , con relleno -cementado.- Recuperacin de los pilares en el mismo orden y en direccin , manteniendo el debido inter-valo entre relleno y la recuperacin.- Rellenar el hueco del pilar con relleno cementado o dejarlo sin rellenar.Estos ltimos sistemas pueden en lo posible eliminar los inconvenientes de los antiguos . Mejorala recuperacin , reduce el ensuciaminto y sepueden prever mejor la planificacin , los trabajosy el control del terreno.Los sistemas de relleno de las cmaras vacas con relleno cementado antes de recuperar los pi-lares, son los siguientes :- Vaciar la cmara y rellenarla con relleno hidrulico cementado.- Vaciar la cmara y rellenar con una. mezcla de relleno hidrulico cementado y relleno derocas estriles.- Arrancar el mineral de la cmara, rellenando con estriles hasta arriba a medida que seextrae . Cementar la parte de las paredes de la cmara , vertiendo relleno hidrulico cementa-do, para crear unos muros cementados en los costados del macizo del pilar (Mtodo Geco).Es muy variable el criterio de seleccin del mtodo de explotacin, en la recuperacin de pi-lares. Pueden elegirse :- Niveles hundidos entre paredes laterales de relleno cementado.- Cmaras Vacas entre paredes de relleno cementado , que pueden llegar hasta alturas de100 m.103La seccin esquemtica de la Figura 58 muestra los aspectos bsicos ms importantes de unarecuperacin de pilares entre rellenos cementados.Segn los casos,hay mucha variedad para seleccionar las dimensiones de cmaras y pilares,porcentajes de cemento, detalles del mtodo minero y otros.`IMITE DELCR/ADERONIVEL DERELLENOCMARA PILAR CMARA PILAR CMARA PILAR ENRELLENA VACIO RELLENA R 0 RELLENA PREPARA-CION,1 INIVEL DECARGALIMITE DELCRIADERO SESQUEMA DE RECUPERACION DE PILARESCON RELLENO CE MENTADOFIG. 584.2. En Rebanadas Rellenas.El mtodo tradicional de recuperar los pilares por rebanadas horizontales ha sido el empleodel sostenimiento con mallas cbicas, pero ms recientemente se ha ido cambiando al mtodo derebanadas rellenas.Para prevenir el desplazamiento del relleno desde las cmaras primarias a los huecos de la re-cuperacin de los pilares, se suele emplear la entibacin o mejor el relleno cementado. Lo primerotiene la ventaja de contar con una barrera rpidamente; slo donde ello sea necesario y no en todoslos puntos de la cmara. Los inconvenientes son, no obstante, el elevado consuno de madera y demano de obra muy especializada y cara, por lo que los costos aumentarn en proporcin. Emplean-do relleno cementado, mejor que la entibacin, se abarata el costo.S. Recuperacin de pilares por hundimiento.Los mtodos de sostenimiento natural , cuando los huecos o cmaras tienen dimensiones gran-des, son muy sensibles a las presiones del terreno, ya que el ideal terico que se basa en el dimen-sionado de los pilares es dificil que se pueda mantener en criaderos de mucha potencia, corrida yprofundidad; en ellos hay que tener en cuenta los efectos del tiempo y de la explotacin de lospisos siguientes en la estabilidad de los pisos superiores. Como para equilibrar esta ser preciso am-pliar los pilares hasta lmites que pasarn del 50 por ciento del mineral del criadero, puede ser pre-ferible aplicar una secuencia mixta de cmaras vacas seguida de hundimiento de los pilares y104La antigua planificacin general de esta minera de arranque de cmaras y recuperacin de pi-lares se ha . regido por la secuencia siguiente- Arranque de las cmaras 1 y 2.- Arranque de las cmaras 3 y 4.- Voladura del pilar 4 y extraccin del mineral con la mayor velocidad antes de que loshastiales cedan en exceso.- Relleno del hueco completo de las cmaras 1 y 2 y del pilar 4, tan rpidamente como fueraposible.- Voladura del pilar 6. Extraccin lo ms rpida posible del mineral y relleno igualmentedel hueco conjunto de las cmaras 3 y 4 y pilar 6.- Extraccin del pilar 5, entre relleno seco de poca cohesin y rellenado a medida que searranca por niveles hundidos.- Luego se repeta la secuencia, arrancando en direccin.Esta forma de trabajar tiene varios inconvenientes :- Mala recuperacin del mineral del pilar.- Dilucin muy alta del mineral tanto por la roca de hastiales como del relleno.- Imprecisin para la planificacin del trabajo.- Dificultades para el control del terreno.- Necesidades de exceso de medios en momentos puntas de carga de mineral y relleno.El sistema ms empleado en la actualidad se rige por la secuencia siguiente- Arranque del mineral en las cmaras 1, 2, 3, ...- Relleno de las mismas, con relleno-cementado.- Recuperacin de los pilares en el mismo orden y en direccin, manteniendo el debido inter-valo entre relleno y la recuperacin.- Rellenar el hueco del pilar con relleno cementado o dejarlo sin rellenar.Estos ltimos sistemas pueden en lo posible eliminar los inconvenientes de los antiguos. Mejorala recuperacin, reduce elensuciamiento yse pueden prever mejor la planificacin, los trabajosy el control del terreno.Los sistemas de relleno de las cmaras vacas con relleno cementado antes de recuperar los pi-lares, son los siguientes :- Vaciar la cmara y rellenarla con relleno hidrulico cementado.- Vaciar la cmara y rellenar con una. mezcla de relleno hidrulico cementado y relleno derocas estriles.- Arrancar el mineral de la cmara, rellenando con estriles hasta arriba a medida que seextrae. Cementar la parte de las paredes de la cmara, vertiendo relleno hidrulico cementa-do, para crear unos muros cementados en los costados del macizo del pilar (Mtodo Geco).Es muy variable el criterio de seleccin del mtodo de explotacin, en la recuperacin de pi-lares . Pueden elegirse :- Niveles hundidos entre paredes laterales de relleno cementado.- Cmaras Vacas entre paredes de relleno cementado, que pueden llegar hasta alturas de100 m.103macizos de base y corona, con lo que se consigue una recuperacin completa del mineral del criade-ro.Estos mtodos se aplicarn en caso de no importar los daos violentos en la superficie, comoen el caso de los hundimientos totales. El arranque por este mtodo no puede ser selectivo y su apli-cacin acarrea una dilucin importante.En la Figura 59 se indica este mtodo aplicado a un filn profundo, vertical y de gran poten-cia y corrida. Se ve en ella que los primeros pisos, que ya se han hundido y propagado su hundimien-to a superficie, o a la labor previa a cielo abierto si existe, se inician con una secuencia de arranquedescendente,, de modo que el perfil de la zona de mineral quebrantado tiene una seccin transver-sal en forma de V. Con ello se consigue un terreno firme debajo de cada cmara en arranque y pila-res en recuperacin por voladura.La figura es una seccin longitudinal esquematizada en la que se ve el proceso del mtodo.Primero se ha preparado el criadero en pisos de 100 m de altura y en cada piso se preparan cmarasde techo a muro, con 20 m de ancho, separadas por pilares de 25 m. Entre piso y piso, se deja unmacizo de corona de 20 a 25 m.Se empieza por arrancar las cmaras por el sistema de grandes barrenos ya expuesto. Termina-do el arranque de las cmaras ms prximas al hundimiento, se perforan los pilares de corona ylos de separacin de entrecmaras en contacto con la voladura anterior, volando a continuacinestos pilares longitudinales y verticales. [2] [25]ROCA SUELTAsINERALMINERALS UELTUELTO1 1 i O;Q QL CAMARA EN ARRANQUEPILAR EN RECUPERACIONSeccin longitudinalRECUPERACIO N DE LOS PILA RESCON HUNDIMIENTOFIG. 595.1. Aplicaciones en Espaa.Las aplicaciones de los diversos sistemas derecuperacin de pilares son numerosas en lasminasmetlicas espaolas.En los Distritos Mineros de Huelva, Galicia yVizcaya, se estn aplicando, o estn en investiga-cin varios de los casos de recuperacinde pilares que se han considerado en este captulo.105CAPITULO VIIMODELIZACION DE LA MINA1. Introduccin.Para disear minas metlicas subterrneas, hay que acudir a modelos de los macizos rocosos,constituidos por elementos estructurales bien definidos. Sin embargo, los modelos son siempreuna simplificacin de la realidad; por este motivo hay que comparar los resultados obtenidos en es-tos estudios con experiencias anteriores y someterlos a un perodo de comprobacin en la propiamina antes de dar por vlidos los resultados procedentes de los modelos. El dimensionado de unamina requiere, en general, la realizacin de tres modelos :a) Modelo geolgico. En este modelo se representan esquemticamente los caracteres litol-gicos, estructurales e hidrogeolgicos del macizo rocoso.b)Modelo geomecdnico. Aqu se representan las propiedades mecnicas de las rocas y de losmacizos rocosos, as como las propiedades mecnicas de las discontinuidades. En este modelose incluyen tambin los ensayos para determinar las mencionadas propiedades y las tensiones exis-tentes en el macizo rocoso.c) Modelo matemtico. En este modelo se integran los dos anteriores, obtenindose como re-sultado de las formulaciones matemticas utilizadas, una visin del comportamiento de la mina.Como ya se ha mencionado, al ser los modelos una simplificacin de la realidad es impres-cindible realizar,una vez abie rta la mina , un programa de instrumentacin , para comprobar la validezde los resultados obtenidos del modelo matemtico.Para dimensionar una nueva explotacin minera , se procede por etapas. Aunque se puedeexcluir alguna, estas etapas son : viabilidad, anteproyecto, proyecto y explotacin. Las tres prime-ras fases son anteriores a la apertura de la mina, por lo que su duracin es pequea. En cada una deestas fases se realizan los tres modelos anteriormente mencionados, siendo de especial importancialos de la cuarta etapa de la mina.A continuacin se hace una somera descripcin de los tres modelos mencionados . (Vasela Figura 60).107[ S T R Y C T Y N ACARACTERES S(OMECANICOS Y E T( O N 19 A C lo NDISCONT INYIDAD(SMODELOGEOLOGICON 1 0 R O L 0 ( 1 A L 1 T 0 L 0 R 1 APROPIEDADES NECANICASCAL1 0 A 0 M A C 1 1 0MACIZO ROCOSO R 0 CO S 0TENSIONES NATURALES PROPIEDADES NECANICASMODELODIN CONrIMU IDADESGEOMECANICOCALIDAD ENCAVACION PROPIEDADES NECANICASMATERIALESMODELOS CONTINUOS EOYILIERIO LIMITEMODELOMATEMATICOMODELOS DISCONTINUOSMODELOS PARA EL DIMENSIONADODE UNA MINAFIG. 601082. Modelo Geolgico.Para confeccionar el modelo geolgico, en primer lugar se hace una recopilacin de la informa-cin geolgica existente sobre la zona en estudio . Esta informacin se esquematiza en un planogeolgico de superficie del yacimiento, cuya escala debe estar comprendida entre 1 : 100.000 y1 : 10.000. Para proporcionar informacin ms detallada , necesaria para el diseo de la mina,hay que confeccionar mapas y planos a escala 1 : 1000 e incluso 1 : 100. En estos mapas se incluyentambin diversos cortes geolgicos en profundidad.A continuacin se procede al levantamiento geolgico de la zona situada sobre la masa mine-ral, a una escala del orden de 1 : 5000. En este levantamiento se pone especial nfasis en la parteestructural, determinndose los diversos dominios estructurales, que son las zonas delimitadaspor discontinuidades geolgicas dentro de las cuales la estructura del macizo rocoso es prctica-mente homognea; tambin se obtienen los elementos de la estructura del macizo rocoso, como fa-llas, diaclasas, pliegues, estratificacin, etc.: asimismo se determina el tipo de rocas y mineraliza-ciones y se hacen las observaciones pertinentes sobre las discontinuidades geolgicas del yacimiento,tales como orientacin, espaciado, dimensiones, rugosidad, apertura, relleno, circulacin de agua,nmero de familias y tamao de los bloques que aqullas definen.El levantamiento geolgico en superficie, normalmente, debe ir complementado por un estu-dio en profundidad del macizo rocoso. Los datos en profundidad se toman desde galeras o me-diante sondeos desde la superficie. La toma de datos en galeras, se realiza de una forma anloga ala seguida en los afloramientos. Los sondeos,adems de servir para delimitar el yacimiento en pro-fundidad y determinar las reservas y leyes de mineral, se deben utilizar para obtener toda la informa-cin geolgica posible, reconstruyendo la muestra completa del testigo del macizo rocoso en un es-tado lo ms prximo posible a su condicin original. El testigo se describe cuidadosamente, pan,obtener informacin sobre los caracteres geomecnicos de las discontinuidades.El estudio del macizo rocoso en profundidad es muy importante a la hora de dimensionar lamina y decidir el mtodo de explotacin ms adecuado. Para este fin, los testigos deben tener undimetro de 54 mm como mnimo y la perforacin debe realizarse con corona de diamantes.En las fases preliminares de la elaboracin del mapa geolgico, no se suele disponer de testigos;sin embargo, en estas fases,se indica el nmero de sondeos que hay que realizar, as como sus em-plazamientos y orientaciones, una vez obtenida la informacin pertinente para determinar la proba-ble orientacin de las discontinuidades. En la fase de proyecto hay que realizar un nmero bastanteelevado de sondeos.En la fase de explotacin se seguirn realizando sondeos, pero desde las galeras, obtenindoseas nuevos datos para completar el modelo geolgico.Por ltimo, para concluir el modelo geolgico, toda la informacin geolgica recopilada ylas medidas de campo anotadas en el cuaderno de campo o registradas en una grabadora, se transfie-ren a mapas, planos, etc., a intervalos de tiempo regulares , preferiblemente cada da; esto es espe-cialmente importante en las fases iniciales del diseo de la explotacin minera, para detectar yeliminar la informacin errnea que podra transferirse a otras fases posteriores del proyecto. Enel modelo geolgico,tambin se obtendrn las distintas familias de discontinuidades y su orientacinmedia, mediante la proyeccin equiareal de los polos de los planos, determinndose, asimismo, ladispersin de las familias de discontinuidades.3. Modelo Geomecnico.El modelo geomecnico es el elemento de enlace entre los modelos geolgico y matemtico;en l se cuantifican los parmetros del modelo geolgico con objeto de que puedan ser procesadosen el modelo matemtico.109Para elaborar este modelo hay que definir las propiedades mecnicas de los materiales rocososy de las discontinuidades. En el modelo geomecnico tambin se evalan las tensiones existentes enel macizo rocoso.Las propiedades. mecnicas de los materiales rocosos deben incluir el estudio del comporta-miento de las rocas en compresin y su anisotropa. Una parte muy importante de este modeloes el estudio de la influencia del tamao y forma de las probetas sobre su resistencia, para obtener,al final, unas relaciones que permitan extrapolar los resultados obtenidos sobre probetas de peque-a escala, en laboratorio, a escala real, y as poder dimensionar los pilares de la mina. Asimismo,seproceder a un estudio de la rotura de las rocas, definindose los distintos criterios de rotura.Los ensayos que se suelen realizar para determinar las propiedades mecnicas de las rocas sonlos de compresin simple, traccin (brasileo) y triaxial, mediante los cuales se pueden determinarlas resistencias a compresin y traccin, los mdulos de elasticidad y coeficientes de Poisson y lascohesiones y fricciones internas de los materiales. Hay que hacer notar que, a excepcin de la fric-cin, las dems propiedades de los materiales dependen de la escala del ensayo y de la esbeltezde la probeta ensayada. Este hecho es fundamental cuando se trata de estimar la resistencia de pi-lares que no presentan discontinuidades geolgicas.Cuando cabe la posibilidad de que la rotura se produzca segn discontinuidades geolgicaspreexistentes, es esencial conocer su resistencia al corte para estimar la estabilidad de la mina.Los ensayos de laboratorio para determinar las propiedades mecnicas de los materiales rocososy de las discontinuidades deben dar comienzo en la fase de viabilidad e irse intensificando en las ul-teriores fases.Las propiedades mecnicas de los macizos rocosos deben incluir el estudio de los mdulos deelasticidad, coeficientes de Poisson, cohesin y friccin. La determinacin de estos parmetrosslo puede ser una aproximacin y se realiza mediante ensayos de laboratorio, modificndose losresultados en funcin de las caractersticas del macizo rocoso deducidas del levantamiento geol-gico.Tambin se pueden estimar las propiedades mecnicas de los macizos rocosos con la ayuda delas clasificaciones geomecnicas de los mismos, por ejemplo, las propuestas por Barton, Lien y Lundey por Bieniawski.El estudio de las propiedades mecnicas de los macizos rocosos debe dar comienzo en la fasede viabilidad y continuar en las de anteproyecto, proyecto y explotacin, aunque los ensayos"in situ" no se suelen realizar hasta las fases de proyecto y explotacin.En este punto, cabe mencionar tambin las tcnicas utilizadas para la medida de tensionesexistentes en el macizo rocoso, basadas en mtodos de perforacin de un sondeo concntrico alsondeo inicial para liberar el campo natural de tensiones. Estos ensayos no se suelen realizar hastala fase de proyecto, excepto cuando se presupone que el campo tensional natural es muy anisotr-pico.4. Modelo Matemtico.Con el modelo matemtico se trata de calcular las tensiones y deformaciones en una mina,tomando en consideracin las discontinuidades del macizo rocoso.En la mayora de los casos no es posible encontrar una solucin exacta de los sistemas deecuaciones que se plantean, por lo cual se recurre al clculo numrico.El macizo rocoso puede considerarse como un medio continuo, cruzado por distintas fami-lias de discontinuidades, o bien, como un medio discontinuo, de tal forma que se asim ila a un con-junto de bloques individuales.110Los mtodos continuos pueden ser de dos tipos : los que consideran todo el slido alrededorde la mina y los que slo subdividen el contorno de la mina . Al primer grupo pertenecen los mto-dos de diferencias finitas y elementos finitos, que permiten la introduccin de interfases en el s-lido continuo para representar las discontinuidades geolgicas del macizo rocoso . Al segundo grupopertenecen los mtodos de desplazamiento discontinuo , elementos de contorno e integrales de con-torno, en los que los contactos entre diferentes materiales y las discontinuidades se tratan comocontornos internos que hay que subdividir . Si se puede hacer la suposicin de que el macizo rocosoes homogneo , istropo y elstico , los mtodos continuos , que solo consideran el contorno de lamina,son los ms econmicos.Cuando se est en presencia de un campo tensional de baja intensidad , como en el caso delanlisis del flujo del material en una explotacin por hundimiento , los modelos discontinuos sonmuy tiles , ya que la deformacin del terreno tiene lugar principalmente como consecuencia delmovimiento de bloques de roca delimitados por discontinuidades. En un principio , los programasdisponibles consideraban que los bloques eran rgidos , suposicin que no es vlida en la mayorade los casos; en la actualidad , ya se puede disponer de programas que consideran que los bloquesson deformables, con la posibilidad de rotura.Los modelos matemticos se empiezan a utilizar en la fase de viabilidad del proyecto del di-mensionado de una mina metlica subterrnea, pero de una forma simplificada , de tal forma que enla mayor parte de los casos se pueden obtener soluciones exactas . En la fase de proyecto , se utili-zan modelos numricos complejos.La validez de los modelos matemticos debe corroborarse mediante medidas "in situ",realizadas al comienzo de la explotacin . Segn la concordancia de estos resultados , puede serconveniente modificar el modelo inicialmente utilizado o variar los parmetros del macizo rocosointroducidos en ste.El dimensionado de la mina queda finalizado cuando al comparar las tensiones y deformacio-nes previstas por el modelo matemtico con las admitidas por el macizo rocoso en el que se encuen-tra situada la mina, se obtienen probabilidades de rotura ocoeficientes de seguridad admisibles.111CAPITULO VIIIMODELO GEOLOGICO1. Introduccin.Se ha denominado modelo geolgico de un macizo rocoso a la representacinsimplificada delos factores de tipo geolgico que lo definen, de cara a la resolucinde los problemas geotcnicosque plantea el diseo de las minas metlicas subterrneas.En el modelo geolgico se pondr especial atencin en la parte estructural delmacizo rocoso.El proceso que se va a seguir para llegar a la representacin final de losfactores geolgicosque definen el modelo, partiendo de la informacin geolgica disponible del macizo rocoso,constade una fase preliminar de recogida de toda la informacin sobre topografa,fotografas areas ygeologa. Los factores geolgicos a tener en cuenta son los siguientes :- Litologa y meteorizacin.- Estructura del macizo rocoso.- Caracteres de las discontinuidades.Flujo de agua en el macizo rocoso.A continuacin, en los siguientes epgrafes, se liar unadescripcin en detalle de todos estosfactores, as como de la metodologa a seguir para su estudio,tanto en superficie como en profundi-dad, por medio (le sondeos o en galera en lamina.Por ltimo, se' indica la forma de representar dichosfactores para que puedan ser utilizadospor el ingeniero; asimismo, se mencionan lasfuentes de error ms frecuentes en el registro de losdatos estructurales.Toda esta informacin se utiliza para realizar unlevantamiento geolgico, a escala 1 : 5000o similar, de los factores geolgicos anteriormentemencionados. En este levantamientogeolgicose utilizarn observaciones dirigidasprincipalmente a las discontinuidades presentesen el yaci-miento.Estos levantamientos geolgicos irn acompaadosde cortes, grficos, diagramas, tablas,etc.Tambin se analizar la orientacin media y la dispersin de lasfamilias de discontinuidades,me-diante la proyeccin equiareal, cuyo fundamentose explica en un epgrafe posterior.Para la realizacin de este captulo, se han seguidolas orientaciones de la SociedadInternacio-nal de Mecnica de Rocas. [27]y [28]1132. Identificacin del material.2.1. Litologa.Este apartado comprende el estudio de las Rocas.El concepto "roca" no se ha definido con tantaprecisin como otros conceptos, por ejemplo,el de mineral ; por tanto, los lmites quecomprende este trmino no estn bien determinados. As,se puede considerar la roca como elelemento constructivo fundamental de la litosfera o, tambin,como un conjunto de agregados mono opoliminerales.El ciclo geoqumico de las rocas es el siguiente:Primero se form la corteza rocosa; los materialesfludos procedentes de zonas profundashan seguido y siguen actualmente sucamino de ascenso hacia la superficie terrestre. Estos materia-les, que consisten en una masa rocosa fluda,en la que pueden coexistir fases slidas, lquidasy gaseosas, se denominan magmas.Cuando los magmas ascienden zonassuperiores, se produce suconsolidacin. Esta consolidacin puede producirsebien en superficie o bien a una determinadaprofundidad.En caso de producirse la consolidacinen superficie, sta tiene lugar de manera brusca y, portanto, no se forman cristales grandes; aveces la roca queda vitrificada. As seoriginan las rocasvolcnicas.Cuando la consolidacin se produceen profundidad, los cristales se pueden ir desarrollando,debido al enfriamiento lento; as se forman lasrocas intrusivas.El conjunto de rocas volcnicas e intrusivas constituye lasrocas gneas.Las rocas quedan expuestas a laerosin; sus componentes son destruidos y transportadosendisolucin o llevados en suspensin por las aguassuperficiales, hasta que, por ltimo, llegan al mar,donde se depositan. Los materiales, ms omenos ordenados, depositados en los fondos marinosvan sufriendo una compactacin bajo elefecto de nuevos sedimentos. Mediante este proceso, seforman las rocas sedimentarias.En ciertas zonas, al acumularse los sedimentos,se produce un hundimiento del fondo marinoy una elevacin del grado geotrmico; de estaforma, las fases que en superficie estaban en equili-brio, pasan a ser inestables al ir ganandoprofundidad, producindose una recristalizacin. Adems,las rocas preexistentes, debido a las fuertespresiones laterales que existen en profundidad, seplie-gan. En este proceso se originan las rocasmetamrficas, que se caracterizan por su orientacinmineral , que les d un aspecto foliado.2.2. Meteorizacin de las rocas. Escalas.La meteorizacin de las rocas se refiere a lamodificacin sufrida en la composicin o estruc-tura de una roca situada en la superficieterrestre o en sus proximidades, debido a la accin deagen-tes atmosfricos.Existen dos clases de meteorizacin, segn se produzca unadesintegracin de la roca por agen-tes fsicos, o una descomposicin por agentesqumicos, incluyendo esta ltima la disolucin.Generalmente los efectos fsicos y qumicos de lameteorizacin se producen simultneamente,pero depende del clima el hecho de que una uotra sea predominante.La meteorizacin fsica comprende :1.- Arranque directo de partculas porerosin.2.- Congelacin del agua en grietas y fracturas.3.- Cambios de volumen en la roca, debidos avariaciones de la temperatura.1144.- Accin de las plantas, especialmente de las raices de los rboles.La meteorizacin qumica comprende una serie de reacciones de oxidacin, hidratacin,hidrlisis, carbonatacin y disolucin, en las cuales los reactivos ms importantes son : el agua, eloxgeno , el dixido de carbono y los cidos orgnicos.El clima es el factor que condiciona el tipo de meteorizacin que se producea) Meteorizacin fsica en climas clidos y secos, o fros y secos.b) Meteorizacin qumica en climas clidos o templados y hmedos.La desintegracin afecta a la zona ms superficial, favoreciendo la descomposicin posterioren climas templados.La descomposicin produce cambios de composicin de la roca y alcanza mayor profundidaden el macizo rocoso.En Espaa, debido al clima, la meteorizacin ms frecuente es la que produce una descompo-sicin del macizo rocoso, especialmente en la zona norte del pas.La meteorizacin no llega normalmente a la profundidad de las minas subterrneas, pero unavez abierta la mina, s se puede meteorizar ligeramente la roca.A causa de la meteorizacin, la roca sana pasa a suelo, normalmente a travs de una serie deestados intermedios; las escalas de meteorizacin estn basadas en la clasificacin de estos estadosintermedios.Se han creado una serie de escalas empricas para el trabajo de campo. Pueden establecerseotras escalas ms precisas, utilizando, por ejemplo, la alteracin de la dureza, que se puede determi-nar mediante el martillo de Schmidt; tambin se puede emplear la variacin de velocidad de propa-gacin de las ondas P.A continuacin se presentan dos escalas de meteorizacin, una propuesta por D.G. Moye parael granito (Tabla 2) y otra basada en ella, que se utiliza sobre todo para las rocas sedimentariasde origen detrtico: areniscas, limolitas y argilitas (Tabla 3). Ambas tablas se han obtenido de lapublicacin "Propiedades Mecnicas de las Rocas y de los Macizos Rocosos" [29]Existe tambin un perfil tipo de meteorizacin de rocas metamrficas e gneas intrusivas,propuesto en 1971 por Deere y Patton, que comprende cinco niveles que se corresponden aproxi-madamente con los cinco grados de meteorizacin de la escala de D.G. Moye.TABLA 2ESCALA DE METEORIZACION DEL GRANITO(Segn D.G. Moye)GRADO DEDENOMINACION CRITERIOS DE RECONOCIMIENTOMETEORIZACION1 Sana Roca no meteorizada . Las micas ylos feldespatos estnlustrosos.II Sana con juntas teidas de Las caras de las juntas estnmanchadas o cubiertas conxidos. hematites y limonita, peroel bloque de roca entre juntasno est meteorizado.III Moderadamente meteorizada Claramentemeteorizada a travs de la petrofbrica que seobserva por manchas de xidos de hierro y ligera descom-posicin de los feldespatos , pero la resistencia es muy si-m ilar a la roca sana.IV Muy meteorizada Meteorizacinacusada de conjunto , pero con resistenciatal, que piezas aproximadamente de 25 cm2 de seccintransversal no pueden romperse a mano.V Completamente meteorizada Rocaintensamente meteorizada con aspecto de suelo quepuede romperse y desmenuzarse a mano, pero se puede re-conocer todava la fbrica original.115TABLA 3ESCALA DE METEORIZACION DE LAS ROCAS SEDIMENTARIAS DETRITICAS(Basada en la de D.G. Moye)GRADO DEMETEORIZACIONDENOMINACION CRITERIOS DE RECONOCIMIENTO1 Sana Roca no meteorizada. Conserva el color y el lustre en todala masa.II Sana con juntas teidas de xido Las caras de las juntas estn manchadas de xidos peroel bloque unitario entre juntas mantiene el color y el lustrede la roca sana.111 Moderadamente mateorizada Claramente meteorizada a travs de la petrofbrica, recono-cindose el cambio de color respecto de la roca sana. Elcambio de color puede ser desde simples manchas a varia-cin de color en toda la masa, generalmente a colorestpicos de xidos de hierro. La resistencia de la roca puedevariar desde muy anloga a la roca prado 11 a bastante msbaja, pero tal que trozos de 25 cm2 Je seccin no puedenromperse a mano.IV Muy meteorizada Roca intensamente meteorizada, que puede desmenuzarse amano y romperse, aunque sus elementos son perfectamentereconocibles.V Completamente meteorizada. Material con aspecto de suelo, completamente descompues.to por meteorizacin "in situ", pero en el cual se puedereconocer la estructura de la roca original.Los elementos constitutivos de la roca se encuentran dife-renciados, aunque totalmente transformados.El grado de meteorizacin del macizo rocoso lia quedado descrito en las escalas de nieteori-zacin del granito y en la de las rocas sedimentarias detrticas de D.G. Moye. En cuanto al grado demeteorizacin (o alteracin) del material rocoso en los labios de las discontinuidades, se puede des-cribir tal como se presenta en la Tabla 4.TABLA 4GRADO DE METEORIZACION DE LOS LABIOS DE LAS DISCONTINUIDADESTERMINO DESCRIPCIONFresco No hay signos visibles de meteorizacin del macizo rocoso.Descolorido El color es distinto del que tena el material original sano. Hay que indicar el grado de cambiode color original. Tambin hay que mencionar el caso en el que el cambio de color slo afectaa determinados minerales.Descompuesto La roca est meteorizada hasta alcanzar el grado de un suelo en el que la fbrica del materialtodava permanece intacta , pero algunos o todos los granos minerales estn descompuestos.Desintegrado La roca est meteorizada hasta alcanzar el grado de un suelo en el que la fbrica del materialoriginal todava permanece intacta . La roca es friable, pero los granos del mineral no estn des-compuestos.2.3. Caractersticas resistentes.Durante el levantamiento geotcnico es preciso identificar las propiedades resistentes de suelosy rocas.2.3.1. Consistencia de los suelos.Para identificar los suelos cohesivos, por ejemplo arcillas, limos arcillosos y combinacionesde arcillas y limos con arena, generalmente poco drenados, se utilizan ensayos manuales; estos ensa-yos se emplean sobre todo, en minera subterrnea, para material de relleno de las discontinuidades.(Tabla 5).116TABLA 5IDENTIFICACION DE LOS SUELOS COHESIVOSTENSION DEGRADO DESCRIPCION IDENTIFICACION DE CAMPO COMPRESIONSIMPLE EN MPaS 1 Arc il la muy blanda El puo de la mano penetra fcilmente 0,50dificultad.2.3.2. Dureza de las rocas. Martillos de Schmidt y gelogo.El martillo de Schmidt consiste en un dispositivo sencillo que registra el rebote de un cilin-dro metlico que, impulsado por un muelle, choca contra la superficie de la roca.El mart illo L permite medir valores de la resistencia a compresin simple de la roca , compren-didos entre 20 MN/m2 y 300 MN/m2.Bart on y Choubey han propuesto la siguiente frmula para calcular la resistencia a compre-sin simple de la roca, partiendo del ndice de rebote :Log (a,) = 0,00088 7R + 1,01, donde :oc = resistencia a compresin simple de la capasuperficial de la Roca (MN/m2)y = densidad seca de la roca (KN/m3)R = ndice de rebotePara la utilizacin correcta de esta frmula, el martillo debe colocarse verticalmente hacia aba-jo sobre una superficie Horizontal, es decir, en la condicin de rebote mnimo.En la Figura 61, se representa grficamente la ecuacin de Barton y Choubey para distintospares de valores de R yy[29]A continuacin se presentan las correcciones para reducir el rebote (r) del martillo de Schmidtcuando ste no est colocado verticalmente hacia abajo.REBOTE HACIA ABAJO HACIA ARRIBA HORIZONTALr a = -90 a = -45 a=+900 a=+450 a = 010 0 -0,8 - - -3,220 0 - 0,9 - 8,8 - 6,9 -3,430 0 -0,8 -7,8 -6,2 -3,140 0 -0,7 -6,6 -5,3-2,750 0 -0,6 -5,3-4,3 -2,260 0 - 0,4 -4,0 - 3,3 - 1,7117Los nmeros de rebote en la prctica van de 10 a 60. El nmero ms bajo se aplica a las ro-cas ms dbiles (resistencia a compresin simple a, 150 MPa). Las rocas muy dbilesy extremadamente dbiles no se pueden ensayar con el martillo de Schmidt tipo L. Para una re-sistencia de la roca determinada, el nmero de rebotes es mnimo cuando el martillo se utiliza verti-calmente hacia abajo (rebote contra la gravedad) y mximo cuando se coloca verticalmente haciaarriba.EDISPERSION MEDIA DE LA RESISTENCIA PA{%AZ LA MAYOR PARTE DE LAS ROCAS (MN/m2) DENSIDAD DE LA ROCA%.:Uase,_aoaas "W .100 I ,sosWSeo "ciue1 w "LLCLKN/3_J 7/7/77/7/7/7w44wachivMARTILLO VERTICAL HACIA ABAJOWacS 10 15 20 25 30 35 40 4550 SSGRAFICO DE CORRELACION PARA EL MARTILLO DE SCHMIDT (L). RELACION ENTRELA DENSIDAD DE LA ROCA. LA RESISTENCIA A COMPRESION Y EL NUMERO DE REBOTE. SEGUN MILLER (1945)FIG. 61La correlacin dada en la figura anterior se aplica solamente a ensayos con el martillo verti-cal hacia abajo.El movimiento del bloque cuando se le golpea puede ser una de las causas que expliquen losrebotes muy bajos obtenidos en un determinado conjunto de resultados. Raras veces se obtienenlecturas altas. En el siguiente ejemplo se ve la manera de obtener un valor medio real de los valores118obtenidos para dos familias de discontinuidades.a) Juntas en granito, rugosas y planas.44, 36, 38, 44, 32, 44, 40, 34, 42, 44Media de las cinco ms altas: r = 42,8(media de 8 conjuntos de 10 ensayos: r = 43)b) Juntas onduladas cubiertas de calcita en rocas corneanas rugosas.28, 28, 30, 30, 28, 24, 24, 28, 30, 20Media de las cinco ms altas: r = 29(media de 3 conjuntos de 10 ensayos: r = 30)Martillo de gelogo. Se presenta en la Tabla 6 una clasificacin de la dureza de las rocasen seis grupos, segn su comportamiento frente al martillo de gelogo.TABLA 6DUREZA DE LAS ROCAS FRENTE AL MARTILLO DE GEOLOGOVALOR APROXIMADO DEGRADO DESCRIPCION IDENTIFICACION DE CAMPO LA RESISTENCIA ACOMPRESION SIMPLE MPaR 1 Roca muy dbil Deleznable bajo golpes fuertes con la parte 1,0-5,0puntiaguda del mart illo geolgico; puededesconcharse con una navaja.R 2 Roca dbil Puede desconcharse con dificultad con una 5,0 - 25navaja ; se pueden hacer marcas poco profundasgolpeando fuert emente la roca con la punta delmartillo.R 3 Roca media No se puede rayar o desconchar con una navaja; 25 - 50las muestras se pueden romper con un golpe fir-me con el martillo.R 4 Roca dura Se necesita ms de un golpe con el mart illo 50 - 100geolgico para romper la muestra.R 5 Roca muy dura Se necesitan muchos golpes con el martillo 100 - 250geolgico para romper la muestra.R 6 Roca extremada- Slo se pueden romper esquirlas de la muestra >250mente dura con el mart illo geolgico.3. Est ructura del macizo rocoso.3.1. Estructura y dominio estructural.Dominio estructural es la masa de roca delimitada por discontinuidades geolgicasdentrode la cual la estructura es prcticamente homognea.Estructura del macizo rocosoes el conjunto de fallas, diaclasas, pliegues y dems caracters-ticas geolgicas que definen una determinada regin, en la que existen una serie dedominios estruc-turales perfectamente definidos y diferenciados entre s.3.2. Superficies de discontinuidad.Las superficies de discontinuidad puedenaparecer durante la formacin de la roca o bienposteriormente, por causas tectnicas. Al primer tipo de superficies de discontinuidadcorresponden119los planos de estratificacin, los planos de laminacin y la foliacin primaria de las rocas plutni-cas. Al segundo tipo de superficies de discontinuidad corresponden la esquistosidad, la pizarrosidady las fracturas, que comprenden las fallas y las. diaclasas. Cuando se mencione el vocablo "junta",ste estar referido solamente a las diaclasas.A continuacin se van a definir los conceptos anteriormente mencionados.1.- EstratoEs un nivel simple de litologa homognea o gradacional, depositado de forma paralela a lainclinacin de la formacin. Est separado de los estratos adyacentes por superficies de erosin.Donde aparece un slo tipo litolgico, pueden ser difciles de reconocer.2.- Planos de laminacinEstas superficies de discontinuidad le dan a la roca un aspecto laminar de lechos muy delga-dos. Son debidos a la presin orognica.3.- FoliacinSe debe al paralelismo de pequeos lechos compuestos por uno o varios elementos dominantesde la estructura, cuando esta estructura no es debida a la estratificacin.4.- EsquistosidadUna roca presenta esquistosidad cuando tiene una estructura en lminas u hojas paralelas, deorigen tectnico, que puede corresponder a :a) "Esquistosidad de fractura" o "pliegue-fractura". Est producida por una multitud demicrofallas o micropliegues-falla muy prximos (espaciados del orden de algunos mil-metros), que se superponen a una deformacin continua apreciable y que separan lminassin producir orientacin de los minerales. Es sub-paralela al plano axial de los pliegues.b) "Esquistosidad de flujo". Es un fenmeno debido a un aplastamiento que origina unreajuste de la textura de la roca, con orientacin paralela de todos los minerales,-.planos,recristalizaciones y disoluciones orientadas. El resultado es la aparicin de una anisotro-pa general, pero sin que existan discontinuidades. Es subparalela a la estratificacin.c) "Foliacin". Se prujuce a continuacin de la esquistosidad de flujo, cuando aumentanlas condiciones de presin y temperatura, alcanzndose el metamorfismo: as se generanminerales metamrficos orientados, cada vez de talla mayor y la roca se convierte en unaserie de hojas con diferenciacin mineralgica entre cada dos planos. Es subparalela a laestratificacin.5.- PizarrosidadEs la propiedad de las rocas de aspecto laminar, tales como las pizarras, que pueden dividirseen hojas delgadas.6.- FracturasSon planos de discontinuidad' originados cuando la roca ha estado sometida a un esfuerzotectnico que sobrepas su lmite de rotura-Dentro de las fracturas tenemos las fallas y las juntas.a) Falla . Se origina cuando las dos secciones que separa la fractura han sufrido desplazamien-to, una respecto a la otra, paralelamente a la fractura. La magnitud del desplazamientopuede variar entre milmetros y decenas de kilmetros.120b) Junta. La discontinuidad se denomina junta cuando el desplazamiento relativo de lasdos secciones que separa la fractura es nulo o prcticamente nulo.4. Caracteres geomecnicos de las discontinuidades.4.1. Orientacin.La orientacin de una discontinuidad en el espacio viene dada por la pendiente de la lneade mxima pendiente, medida desde la horizontal, buzamiento, y por la direccin de la pendientemedida desde el norte verdadero en el sentido de las agujas del reloj, acimut. (Vase Figura 62).La tendencia de los ingenieros Nque trabajan en geotecnia es definiruna discontinuidad mediante la direc-cin de buzamiento y el buzamiento,en lugar del rumbo y buzamiento.As, por ejemplo, 240/20 indica quela direccin de buzamiento es 240y el buzamiento 20, de esta formano hay confusin posible y es bastan-te til cuando se procesan los datoscon un ordenador. 0 AntLa orientacin de las disconti-nuidades en una determinada estruc-tura es un indicador de las condicio-nes que originan inestabilidad o defor-FIG. 62maciones excesivas. La orientacinde unas discontinuidades respecto a otras determinar la forma de los bloques.Es conveniente medir un nmero suficiente de orientaciones para definir las diversas fami-lias de juntas. Se suelen hacer alrededor de 150 medidas.4.2. Espaciado.El espaciado de las discontinuidades adyacentes es el factor determinante del tamao de losbloques de roca. Si las familias de discontinuidades presentes tienen una separacin pequea,la cohesin del macizo rocoso es pequea, mientras que aquellas discontinuidades que estn muy se-paradas originan bloques de gran tamao engranados entre s.La importancia del espaciado es mayor cuando existen otros factores condicionantes de ladeformacin del macizo rocoso, como, por ejemplo, una resistencia al corte pequea y un nmerosuficiente de discontinuidades para que se produzca el deslizamiento.El espaciado tambin tiene gran influencia en la permeabilidad del macizo rocoso y en lascaractersticas internas que condicionan la circulacin de agua.4.3. Dimensiones.Este apartado se refiere a la extensin o tamao de una discontinuidad. Este parmetro se pue-de cuantificar observando las longitudes de las superficies estudiadas en los afloramientos.Normalmente los afloramientos rocosos son pequeos comparados con el rea o longitud delas discontinuidades y las dimensiones reales de stas slo se pueden estimar de una forma aproxi-mada. Algunas veces se puede medir la longitud segn el buzamiento y la longitud segn el rumbo y121de aqu se estima el tamao de la discontinuidad.En cuanto a la terminologa utilizada, las familiasde discontinuidades pueden ser continuas,:subcontinuas y discontinuas, segn su tamaorelativo.Se puede definir el tamao de las discontinuidadesde acuerdo con la siguiente tabla :Continuidad muy pequea < 1 mContinuidad pequea 1 - 3 mContinuidad media 3 - 10 mContinuidad alta 10 - 20 mContinuidad muy alta > 20 m4.4. Rugosidad.La rugosidad de una discontinuidades un factor muy importante, determinante de la resis-tencia al corte. La importancia dela rugosidad disminuye al aumentar laapertura, el espesor de re-lleno o cualquier desplazamiento sufrido conanterioridad.En general la rugosidad deuna discontinuidad viene caracterizada por una ondulacin (las on-dulaciones a gran escala que estnen contacto originan una expansin cuando tiene lugar un despla-zamiento cortante, ya que son demasiadograndes para que se rompan en el desplazamiento) y poruna aspereza, que es una rugosidad a pequea escala, quevara cuando se produce un desplazamien-to cortante al romperse los pequeospicos de roca, a menos que la resistencia de los labios de ladiscontinuidad sea elevada o que la tensinaplicada sea pequea.En la prctica, la ondulacin afecta a la direccin inicial dedesplazamiento cortante relativaal plano medio de la discontinuidad, mientras que laaspereza afecta a la resistencia al corte que seobtiene en una muestra en el laboratorio o a mayor escala, "in situ",mediante un ensayo de cortedirecto./. Ensayo enlaboratorioLa ondulacin puede definirse2. Ensayo ' .nsltu 'mediante el ngulo i (Vase Figura63).En los casos en que el deslizamiento2 est controlado por dos planos de dis-continuidad que se cortan, la direc-cin del desplazamiento es paralelaa la lnea de interseccin de los dosplanos.Si no se conoce la direccin del des-plazamiento ms probable, se debemedir la rugosidad en tres diniensio-nes, en lugar de dos. Esto se puede lle-var a cabo con una brjula y un cli-FIG. 63nmetro de disco.4.5. Apertura.La apertura es la distancia perpendicular que separa las paredes adyacentes de roca de una dis-continuidad abierta, en la que el espacio que interviene tiene agua o aire. Por consiguiente, se dis-tingue el trmino "apertura" del de "espesor de relleno" (Vase Figura 64).Las discontinuidades que estaban rellenas de arcilla, por ejemplo, y en las que dicho materialha sido parcialmente lavado, entran dentro de este apartado.122Las grandes aperturas pueden ser el resultado de desplaza-mientos cortantes de las discontinuidades que tienen una rugo-sidad y ondulacin apreciables, o bin pueden estar produci-das por tracciones, por lavado o por disolucin. Las discontinui-dades verticales o inclinadas que se han abierto en tensin comoresultado de la erosin de un valle o de una retirada glaciar,pueden tener aperturas muy grandes.En la mayora de los macizos rocosos las aperturas queexisten en profundidad son pequeas, probablemente inferioresa medio milmetro, comparadas con las aperturas de decenas , 01scontinuidod cerradacentenas o incluso miles de milmetros de aquellas que hansido lavadas. A no ser que las discontinuidades sean excepcio-nalmente suaves y planas, en lo referente a la resistencia al cor-te, el hecho de que en una junta cerrada la separacin sea de0,1 mm de 1 mm , apenas tiene influencia. Sin embargo,debido a la conductividad hidrulica, incluso en las juntas mscerradas, la separacin puede ser significativa al cambiar las ten-siones normales efectivas y, por tanto, la resistencia al corte.El problema que se presenta es que la observacin visualde pequeas fracturas no proporciona datos suficientementefiables, ya que las -aperturas visibles vienen influ das por losmovimientos producidos por voladuras o por los efectos super- Discontinuidad abiertaficiales de la meteorizacin. La importancia de las aperturasEspesorse pone en evidencia mediante ensayos de permeabilidad.4.6. Relleno.El material de meteorizacin que rellena las discontinui-dades puede tener su origen en la descomposicin de la roca oen la desintegracin.DESCOMPUESTO: La roca est meteorizada hasta el gra-do de "suelo" en el que la fbrica original del material est to-dava intacta, pero alguno de los granos minerales estn des-compuestos.Discontinuidad rellenaDESINTEGRADO: La roca est meteorizada hasta la con-dicin de "suelo" en el que la fbrica del material est todavaintacta. La roca es friable, pero los granos del mineral no estnFIG. 64descompuestos.El relleno se refiere al material que separa los labios adyacentes de una discontinuidad, porejemplo, calcita, clorita, limo, etc. La distancia perpendicular entre las paredes de la discontinuidadse denomina "espesor" de la discontinuidad rellena, diferencindose este trmino del de "apertura"deuna discontinuidad.Debido a las muchas posibilidades existentes de relleno de las discontinuidades, se presentangran nmero de conductas diferentes, especialmente en lo referente a la resistencia al corte, defor-mabilidad y permeabilidad.Las conductas a corto plazo y a largo plazo pueden ser muy diferentes y puede inducir a errorconsiderar condiciones favorables que se pueden producir a corto plazo.Las diferentes conductas fsicas dependen de muchos factores; los ms importantes son1231) Mineraloga del material derelleno.2) Tamao de las partculas v granulometra.3) Relacin de:sobreconsolidacin.4) Contenido de agua y permeabilidad.5) Desplazamientos cortantesprevios.6) Rugosidad de lasparedes.7) Espesor.8) Fracturacin o aplastamiento de los labios de ladiscontinuidad.En cada ensayo se anotan losfactores anteriores, utilizando descripciones cuantitativas dondesea posible , junto con esquemas yfotografas en color de los casos msimportantes.Para todos los tipos de discontinuidades decampo, debe determinarse la fraccin arcillosadel relleno, ya que es de gran intersa la hora de estimar la resistencia al corte a largo plazo. Estoltimo es de especial importanciacuando existen arcillas expansivas. Se deben tomar muestrascuando exista duda acerca de la mineraloga yefectuar el anlisis correspondiente.Cuando se analiza la fraccin ms fina delrelleno, hay que determinar :1.- Fraccin arcillosa (i < 2 K)2.- % que pasa por el tamiz 200 (74 u)3.- Lmites de Atterberg, determinandoel lmite lquido y el lmite plstico.La fraccin ms fina de relleno, suele serel material ms dbil y su consistencia se puede de-terminar durante el levantamientogeotcnico tal como se expuso en la -tabla 5.La resistencia al corte sin drenaje de los suelosrepresentados con los grados S 1 a S6, de la tablaanteriormente citada, es igual a la mitad de la resistencia a lacompresin simple correspondiente.Sobre este tema hay que hacer las siguientes observaciones :1) Se pueden sustituir los ensayos manuales paradeterminar los grados SI a S6 por un pene-trmetro, que da lecturas ms exactas.2) La alteracin hidrotermal delmaterial arcilloso y la deposicin de productos hidroter-males complicar la identificacin mineralgica de los rellenos, yaque hay que indicar losproductos que no estn asociados con la petrografade la roca de la discontinuidad.3) En el caso de que haya existido un desplazamientoprevio de los estratos potencialmentems dbiles, por ejemplo, de la arcilla de relleno, loque es puesto en evidencia por las es-trias de deslizamiento, la relacin de sobreconsolidacin(OCR) de la arcilla no ser im-portante, ya que la resistencia de la discontinuidad estar muy prxima a la resistenciaresidual de la arcilla.Si no se sospecha que haya existido desplazamiento, el ndice (OCR) es importante, puestoque la resistencia al corte de pico de la arcilla intacta drenada, puede ser mucho ms alta que la re-sistencia residual.4.7. Circulacin de agua:La circulacin de agua a travs de los macizos rocosos resulta principalmente del flujo de aguaa lo largo de las discontinuidades (permeabilidad secundaria ). En el caso de ciertas rocas sedimenta-rias, sin embargo, la permeabilidad "primaria" del material rocoso puede ser de una importanciatal que la circulacin de agua se produzca principalmente por los poros de la roca.A este respecto, hay que hacer las siguientes observaciones :1.1 Los planos de estratificacin y losestratos de rocas sedimentarias tienen una permeabilidadprimaria elevada, posibilitan la conexin hidrulica de grandeszonas en los macizos124rocosos sedimentarios . Estas conexiones hidrulicas tan eficientes tienen , no obstante,poca importancia en macizos rocosos gneos o metamrficos , con ausencia de juntas ofallas de escala regional.2.` Las fallas , a veces, contienen brechas altamente permeables adyacentes a zonas arcillosasmuy impermeables . Por lo tanto, la conductividad hidrulica puede ser muy anisotrpicae incluso el flujo de agua puede quedar confinado a un plano paralelo al de la falla. De aquse deduce que es prematuro describir una zona de falla como seca si un tnel o una galerade exploracin de desage no ha atravesado totalmente la discontinuidad.El porcentaje de agua que circula por las discontinuidades , a grandes rasgos, es proporcionalal gradiente hidrulico y a la permeabilidad direccional ms importante; esta proporcionalidaddepende del tipo de flujo . El fl ujo a alta velocidad a lo largo de las discontinuidades abiertas puedeoriginar prdidas de presin debidas a la turbulencia.Niveles hidrostticos irregulares y niveles freticos colgados pueden encontrarse en los macizosrocosos cruzados por discontinuidades permeables persistentes , tales como , diques , discontinuidadesrellenas de arcilla , etc. Es de gran importancia la prediccin de estas barreras potenciales de flujoy de los niveles freticos irregulares asociados a ellas, especialmente en el caso de que dichas barrerassean atravesadas por tneles, pues pueden producirse avenidas de agua a alta presin.Las filtraciones de agua causadas por drenaje en el interior de una excavacin subterrnea, pue-den tener graves consecuencias en los casos en que el descenso del nivel hidrosttico pueda origi-nar un asentamiento de las estructuras apoyadas en depsitos arcillosos.4.8. Nmero de familias de discontinuidades.El comportamiento y el aspecto de un macizo rocoso estn dominados por el nmero defamilias de discontinuidades existentes en l. El comportamiento est especialmente afectado porel nmero de familias de discontinuidades , que determina el grado en el que el macizo rocosopuede deformarse sin que se produzcan roturas en la roca . El aspecto del macizo rocoso se ve afec-tado por el nmero de familias, que determinan la forma de rotura por voladura , que tiende a ocu-rrir a lo largo de discontinuidades preexistentes . En la Figura 65 se puede ver el efecto del nmerode familias de juntas sobre el aspecto de un macizo rocoso.(a) (b)FIG. 65En el caso de la estabilidad de un tnel , generalmente , tres o ms familias constituyen un blo-que tridimensional , que tiene ms grados de libertad para la deformacin que si en el macizo rocosohay menos de tres familias.125Por ejemplo una filita con foliacin muy marcada, con una sola familia de juntas muy poco es-paciadas puede dar unas condiciones en la perforacin de un tnel igualmente buenas que en el casode un macizo de granito con tres familias de juntas muy espaciadas. La proporcin de roturasdebido a las voladuras depende principalmente del nmero de familias.Cuando se anota el nmero de familias, hay que distinguir las familias de juntas sistemticasde aqullas que no lo son. En general, las juntas sistemticas sern rasgos continuos, con juntas in-dividuales paralelas o subparalelas, mientras que las juntas no sistemticas aparecen al azar, tantoen planta como en seccin. Los problemas que surgen en la identificacin de las familias cuando nose pueden distinguir fcilmente en el campo, pueden reducirse utilizando ensayos estadsticos paraidentificar las tendencias de la distribucin de los polos trazados en las redes polares equiareales.Las discontinuidades secundarias tales como las que se pueden desarrollar paralelas a la estra-tificacin, o paralelas a la foliacin y clivaje, deben incluirse en la estimacin "local" del nmero defamilias, si se considera que el mtodo de excavacin utilizado alterar el macizo rocoso suficiente-mente para que dichas discontinuidades se pongan de manifiesto.4.9. Tamao de los bloques.El tamao de los bloques es un indicador muy importante de la calidad del macizo rocoso.Las dimensiones de los bloques vienen determinadas por el espaciado de las discontinuidades, porel nmero de familias y por el tamao de las discontinuidades que delimitan los bloques potenciales.El nmero de familias y su orientacin determina la forma de los bloques resultantes, que pue-den tomar una forma aproximada de cubos, romboedros, tetraedros, lminas, etc. Sin embargo, lasformas geomtricas regulares son la excepcin, ya que las juntas de cualquier familia raras vecesson constantemente paralelas. Las juntas de las rocas sedimentarias suelen producir los bloquesms regulares.Las propiedades combinadas de tamao de los bloques y resistencia al corte entre los bloques,determinanel comportamiento mecnico del macizo rocoso bajo condiciones de tensin dadas.Los macizos rocosos compuestos de grandes bloques tienden a ser menos deformables. En casosexcepcionales el tamao del bloque puede ser tan pequeo que se produce un "flujo" del terreno.El tamao de los bloques puede describirse por medio de la dimensin media de los bloques ca-ractersticos (ndicelbdel tamao de bloque), o por el nmero total de juntas que intersectanuna unidad de volumen del macizo rocoso (cmputo volumtrico de juntas, J).5. Flujo de agua en el macizo rocoso.En la elaboracin de este punto se han seguido las directrices dadas por el CANMET (31).La restante informacin se ha obtenido de la publicacin "Diseo de Taludes en Rocas Compe-tentes" (32).5.1. Conceptos generales.Se llama agua subterrnea a la que se encuentra en la zonade saturacin bajo el nivel fretico.Las aguas subterrneas proceden principalmente de la infiltracin de las aguas metericas, ta-les como el agua de lluvia, del hielo y de nieve fundidos, y de los escapes por filtracin de cursos deagua, lagos, embalses u otros depsitos de agua. Hay aguas subterrneas que ascienden de los magmaso proceden de las lavas; son las aguas juveniles. Tambin puede encontrarse agua subterrnea quequed retenida al mismo tiempo que se formaron las rocas gneas o sedimentarias.Entre el nivel fretico y la superficie hay una zona no saturada por la cual el agua se infiltrapara pasar a la zona saturada o quedar retenida en las proximidades de sta, debido a la capilaridad.En la zona de saturacin,el agua llena todos los poros de los suelos y todas las cavidades de las rocasinfrayacentes.126A veces aparecen zonas saturadas de agua por encima de la zona principal, limitadas por nive-les impermeables.La prdida del agua subterrnea, o descarga, se produce por evaporacin superficial, transpi-racin de las plantas y manantiales.Se puede realizar un balance hidrolgico de la cuenca de la zona en estudio; el agua proceden-te de las lluvias es igual a la suma del agua de escorrenta, infiltracin , evaporacin y transpira-cin reales.Para que el clculo de la infiltracin sea de cierta fiabilidad, hay que conocer con bastanteaproximacin las caractersticas climatolgicas de la zona (pluviometra, temperaturas), as comolas caractersticas topogrficas, vegetacin, cursos de aguas con sus caudales, etc.En el apartado de "geologa regional' hay quehacer una parte del estudio hidrogeolgico, conrecopilacin de datos, reconocimientos de campo y fotografas areas; tambin habr que tenermuy en cuenta el aporte de agua de las zonas cercanas.5.2. Redes de flujo de agua en los macizos rocosos.5.2.1. GeneralidadesEl flujo de agua a travs de los macizos rocosos se produce principalmente por las disconti-nuidades, es decir, por la llamada "permeabilidad secundaria". Tambin puede ser importante,sobre todo en rocas sedimentarias, la "permeabilidad primaria" que depende del material en s.El flujo de agua depende de las caractersticas topogrficas y geolgicasdel macizo roco-so.Bajo una diferencia de presin determinada, los diversos tipos derocas se pueden clasificarcon respecto al flujo de agua segn su conductividad hidrulica o permeabilidad.La permeabilidad se define como la velocidad del flujo de agua bajo una diferencia de presindeterminada.En rocas ms o menos homogneas y rgimenlaminar, la permeabilidad viene definidapor la ley de Darcy : Q = A. k. i , donde :Q = caudalA = seccin de pasoi = gradiente hidrulicok = coeficiente de permeabilidadEl trmino gradiente se emplea, normalmente,para designar la pendiente de una lnea o de unplano. En general, la superficie de un nivel freticolibre es curva. Considerando un puntoA situa-do a una distancia horizontal "1" de otro punto B,se puede definir el gradiente hidrulico medioentre los puntos A y B como (Vase Figura 66) :i = h/lLa carga hidrulica total en un cierto puntoesla suma de la altura sobre el plano dereferencia yde la altura de presin h =P+ z, donde es ladensidad del agua. ALa permeabilidad del macizo rocososuele serbastante superior a la de la roca intacta,debido a que, ecomo se dijo anteriormente,el flujo se produceprincipalmente a lo largo de discontinuidades,diacla-F IG. 66sas, fisuras, canales de disolucin, etc . NIVEL FREArICO127La permeabilidad del macizo rocoso puede variar bastantecon la direccin, ya que los planosde estratificacin y los sistemas principales de diaclasassuelen tener orientaciones definidas y esprecisamente a travs de estas discontinuidades por donde tiene lugar unaparte importente delflujo de agua. Entre las discontinuidades habr una serie de caminos mejor o peor comunicados,con posibles rellenos arcillosos impermeables, que podrn ser ms o menos continuos y abiertos.Todos estos conductos, constituyen las "redes de flujo de agua" en los macizos rocosos. Para expre-sar la permeabilidad a travs de los conductos individuales de las redes de flujo,se utiliza la per-meabilidad equivalente del conjunto del macizo rocoso en una cierta direccin.La siguiente frmula nos proporciona la permeabilidad equivalente de una serie de juntasparalelas y con bordes no rugosos."N" es el nmero de juntas por centmetro.N.e3.7, donde :K =s"e" es la abertura de las juntas."" es la viscosidad delagua."y" es la densidad del agua.A continuacin se presenta en laTabla 7, diversas permeabilidades para suelos,rocas y ma-cizos rocosos, que se han definido deacuerdo con su permeabilidad, es decir,se han clasificadosegn que su permeabilidad sea media oalta (acuferos), que sea intermedia(acuitardos) o que seamuy baja (acuicludos).TABLA 7CLASIFICACION DE SUELOS, ROCAS Y MACIZOS ROCOSOS SEGUN SU PERMEABILIDADPermeabilidad ROCAK - cm/seg. INTACTASUELOS10-10 Pizarra10=9Granito I- Arcillas 10-sl0-619O 7o. 10-5Roca con juntas - Arenas arcillosasEC.+o conrellenos Limosb10-4arcillosos Arena limosaO10-3Roca algo i Arena finaQ fracturadaArenas limpiasm10-210-Roca bastante Arenas gruesas km-,ufracturada piar, gravas conarenas limpiasX1dd _010 t Roca intensamenteGravas limpias2 fracturada102128Las rocas gneas intrusivas suelen ser bastante impermeables en profundidad , con excepcin delas zonas de falla.Las areniscas pueden tener permeabilidad intergranular, aunque sta no suele ser muy elevada,y tambin tienen permeabilidad debido a la fracturacin.En las calizas , dolomias y yesos puede haber conductos de disolucin o cavernas , originndosepermeabilidades muy altas. Las dolomas pueden tener permeabilidad intergranular o tambin de-bida a brechificacin interna cuando proceden de calizas.Cuando existe una alternancia de rocas ms o menos duras , se produce una gran anisotropa,ya que la permeabilidad de los estratos ms duros es mucho mayor , debido a que suelen estarms fracturados. Las alternancias ms frecuentes son de calizas y margas o areniscas y pizarras.Las alternancias de bancos muy finos , tipo flysch , son en general muy impermeables en profun-didad.La permeabilidad tambin puede verse muy aumentada en zonas de fallas sin relleno y confracturacin intensa en sus bordes.Para tener una visin del comportamiento del agua subterrnea, hay que conocer la direccinde la estratificacin, presencia de fallas con o sin relleno , zonas fracturadas y alteradas , conductosde disolucin, la mayor o menor permeabilidad de los diferentes niveles, etc, que gobiernan la mag-nitud y direccin del flujo de agua en el macizo rocoso.5.2.2. Redes de flujo, utilizacin y representacin grfica.Las redes de flujo sirven para la representacin grfica del flujo de agua subterrnea y dela distribucin de las presiones en el terreno. Las redes de flujo tambin son tiles para el proyectode los drenajes y sistemas de desage y permiten evaluarse as los caudales de infiltracin y losgradientes hidrulicos.Se construyen mediante una serie de lneas de corriente o de flujo , que son los caminos que si-gue el agua, y las lneas equipotenciales, que son las que unen los puntos que tienen la mismacarga hidrulica total , h =P+ z; estas lneas son perpendiculares a las lneas de flujo (VaseFigura 67).Por lo tanto , las presiones de agua a lo largo de una lnea equipotencial no sern iguales , aumentan-do con la profundidad , ya que al disminuir "z" aumentarP. En los piezmetros situados a lolargo de una misma lnea equipotencial los niveles de agua sern iguales.El valor de cada lnea equipotencial vendr dado por su altura sobre el plano de referenciacuando P-- es nulo , o sea, en el punto de interseccin con el nivel fretico.En los terrenos homogneos e istropos la red de flujo tendr lneas de flujo y equipotencialesperpendiculares.En terrenos anistropos y heterogneos , las variaciones de permeabilidad tienen mucha in fluen-cia en la distribucin de presiones . En este caso no sern perpendiculares las lneas de la red de flu-jo.Cuando el flujo es horizontal en materiales istropos y bajo superficies planas , las lneas equi-potenciales sern practicamente verticales. En este caso , la medida del nivel fretico en sondeospuede dar suficiente informacin para determinar la dist ribucin del flujo y de las presiones, siem-pre que la permeabilidad sea tal que al perforar el sondeo no descienda el nivel fretico ni tampocosuba debido al agua de perforacin.Cuando no ocurre lo anteriormente expuesto , o sea, con materiales anistropos o heterogneos ycon superficies no horizontales , la distribucin de presiones dentro del macizo rocoso se mide con pie-zmetros o se determina por medio de tcnicas analticas a partir de los datos de permeabilidad, geol-129SUPERFICIENIVEL FREATILINEAS DEFLUJOTONELLINEASEQUPOTENCIALESFIG. 67gicos, etc., obtenidos con anterioridad.En igualdad de circunstancias, la velocidad de las aguas subterrneas es mxima donde laslneas de corriente se encuentran ms apretadas.El flujo de agua a travs de terrenos con permeabilidades diferentes se produce de forma pa-recida a la de los rayos de luz cuando atraviesan materiales con diferentesvelocidades de propaga-cin. Las lneas de flujo cambian de direccin en los contactos entre terrenos siguiendo la ley delmnimo esfuerzo y el agua fluye la mayor distancia en terrenos ms permeables. Los ngulosde entrada "a" y de salida "(3" en el lmite de dos terrenos de permeabilidades diferentes siguenla relacin (Vase Figura 68) :tg l3 __k1donde,ig a k2k1 es el coeficiente de permeabilidad del primer terrenok2 es el coeficiente de permeabilidad del segundo terrenoA partir de las redes de flujo se pueden calcular los caudales de infiltracin. Enlos terrenosistropos, el caudal que fluir entre las lneas de corriente ser A Q, siendo el mismo a lo largodetodos los canales. El caudal total Q es :Q=EDQ=Nf. AQdonde Nf es el nmero de canales de flujoSiendo A h la prdida de carga entre dos lneas equipotenciales, la diferencia de carga entre130a ilernno ! / IK,KsTerreno 2 K1tgaK b tg aaK1 > K2FIG. 68dos puntos separados porN.lneas equipotenciales ser :h=Lh.Ne (1)Al ser el terreno istropo, la distancia entre lneas contguas de flujo y equipotenciales es si-milar (a) en la Figura 68; aplicando la ley de Darcy se iene queAQ=K.i.a=K.Ah.a=K.Ah (2)apor tanto, sustituyendo h de (1) :Q=K,h.NfNeSi el terreno es anistropo, se toma la permeabilidad efectiva. Ke = V' KX.KZ ; Kx y Kz.pueden ser las permeabilidades horizontal y vertical K. y Kv , o tambin la mxima y la mnima,Km X. y Km (n.El gradiente hidrulico "i" est relacionado con la velocidad "v" del flujo de agua y con elcoeficiente de permeabilidad "K", segn se vi en la frmula de Darcy (2). La velocidad "v" es pro-porcional al gradiente hidrulico "i" y al coeficiente de permeabilidad "K", cuando existan flu-jos laminares o turbulentos :v=K.iPara mayor facilidad en los clculos, se admite que el coeficiente K a una determinada tempe-ratura para un mismo material es constante.5.2.3. Construccin de las redes de flujo.Para obtener la red de flujo de un macizo rocoso, se acude a mtodos grficos, elctricos onumricos con un ordenador.Los datos necesarios para obtener la red de flujo son :Presiones en varios puntos representativos obtenidas mediante piezmetros.Situacin del nivel fretico.Valores de las distintas permeabilidades.Disposicin geolgica.131A) Mtodo grfico.Suponiendo que el terreno sea homogneo e istropo, las lneas de corriente y las equipo-tenciales sern perpendiculares, formando una malla.Primero hay que definir los lmites del dominio de flujo, tales como una posible base imper-meable, el nivel fretico y los lmites del rea en estudio. La situacin del nivel fretico, cuyo cono-cimiento es fundamental, tiene que estimarse mediante los datos obtenidos de los piezmetros,pozos o sondeos.A continuacin se dibujan las lneas de corriente. Despus se dibujan las lneas equipotencia-les, comenzando desde la parte de aguas arriba. Se divide la superficie fretica en alturas igualesde tal forma que esta divisin origine una distancia entre las dos primeras lneas equipotencialesigual a la existente entre las de corriente. Cuando se ha hecho esta divisin , las siguientes lneasequipotenciales se comienzan a dibujar desde la interseccin del nivel fretico con esas divisiones.Como comprobacin de que la red as obtenida est bien dibujada, se pueden trazar lneasdiagonales a los cuadrados debiendo obtenerse otra red ortogonal.En medios anistropos, antes de dibujar la red de flujo, hay que modificar la escala segn unadireccin en la cantidadFK; por ejemplo, si la permeabilidad horizontal es mayor que la verti-cal, el dibujo deber comprimirse en sentido horizontal o ser exagerado en vertical segn la relacinrv , debiendo volver todo a la escala natural, no quedando ya una red ortogonal.KhEn los terrenos anistropos las lneas cambian de direccin en los contactos de terrenos dediferente permeabilidad, segn la relacin anterior, variando las dimensiones de los rectnguloscurvilneos de la red de flujo.B) Mtodos elctricos.Se basan en la analoga entre la ley de Darcy y la de Ohm. La equivalencia que se planteaes :Caudal unitario intensidadGradiente hidrulico - diferencia de potencial.Permeabilidad -.conductancia (inversa de la resistencia).Para obtener las redes de flujo se puede utilizar un papel conductor o bien cuadrados de lneasde tinta conductora o tambin se pueden utilizar resistencias entre diversos puntos.En el caso de papel conductor, las redes de flujo en medios anistropos se obtienen cambian-do una escala del papel de forma similar al mtodo grfico.Con la tinta conductora se simulan la anisotropa y la heterogeneidad mediante mayores espe-sores de lneas, cuadrados o rectngulos de dimensiones variables , orientando la malla en la direc-cin de mayor a menor permeabilidad. Si se utilizan resistencias se pueden variar de forma anlogaa lo anteriormente expuesto.Los lmites de agua arriba y abajo, as como los drenajes, galeras de drenaje, etc ., se simulanmediante tiras metlicas. Entre los dos lmites se establece una diferencia de potencial y con un elec-trodo conectado a un voltmetro se va recorriendo el papel resistivo o con tinta conductora, pudien-do dibujar las lneas de igual diferencia de potencial elctrico, que equivalen a las lneas equipoten-ciales de la red de flujo.132C) Mtodos numricos.Se utilizan cuando la estructura es muy compleja. Los mtodos ms usuales son el de eleme-tos finitos y el de diferencias finitas.S.3. Investigacin hidrolgica del macizo rocoso.1.- Estudios geofsicos.Los mtodos geofsicos que se utilizan principalmente son los elctricos; de esta forma selocalizan fallas o niveles de distinta resistividad; en algunos casos se pueden obtener directamenteindicaciones sobre la permeabilidad.2.- Sondeos.En los sondeos se pueden hacer ensayos de permeabilidad y posteriormente se colocanpiezmetros. El inconveniente que existe con este mtodo es que como los ensayos de permeabi-lidad en los sondeos afectan a zonas pequeas, para obtener una permeabilidad representativa delmacizo rocoso hay que hacer una malla de sondeos muy cerrada.Los sondeos tambin se pueden utilizar para hacer diagrafas.3.- Pozos de mayor dimetro.Se utilizan fundamentalmente para ensayos de bombeo; con piezmetros auxiliares se puedeobtener un valor representativo de la permeabilidad.4.- Galeras de investigacin.Adems de llevarse a cabo en ellas una investigacin geolgica, se pueden hacer ensayosde permeabilidad.5.3.1. Medida de las presiones.El valor de las presiones de agua subterrnea es un dato fundamental para la obtencin delas propiedades hidrulicas del macizo rocoso.Las presiones se miden con unos aparatos llamados piezmetros, que se instalan en los sondeos,generalmente uno por sondeo, aunque, si el dimetro de ste es suficiente, se puede instalar ms deun piezmetro por sondeo, aunque esto no es recomendable para profundidades mayores de 10 me-tros.El piezmetro debe medir las presiones en un punto o en un pequeo entorno alrededor delpunto elegido, para lo cual se sella bien en la zona en estudio. Este sellado debe ser comprobado,aunque para sondeos de gran longitud esta comprobacin es muy difcil.El volumen de agua necesario para que funcione un determinado tipo de piezmetrono debealterar las presiones del entorno del punto de medida; esto indica la necesidad de elegir el piez-metro adecuado para cada punto, dependiendo de la permeabilidad del terreno. As pues, no se de-ben utilizar piezmetros que requieren mucho volumen de agua, como son,por ejemplo,los piez-metros usuales de columna de agua, en terrenos poco permeables.Los tipos de piezmetros existentes en el mercado sonPiezmetro abierto o de columna de agua.Piezmetro de manmetro o tubo cerrado.Piezmetro de diafragma.Piezmetro elctrico.Piezmetro de medida continua.1331.- Piezmetro abierto o de columna de agua.Mide la presin segn la altura de la columna de agua dentrodel tubo ; esta altura se puedemedir con una sonda elctrica , que consiste en dos electrodos que cierran un circico al entrar encontacto con el agua, o tambin se puede medir mediante sondas mecnicas.Las ventajas de este piezmetro son su bajo costo y la facilidad de lectura ; sus inconvenientesson las dificultades que presenta en la lectura en sondeos inclinados y profundos y tambin la faltade utilidad en terrenos de baja permeabilidad , ya que al necesitar mucho volumen de agua , el tiem-po de respuesta es muy alto . Se utilizan cuando la permeabilidad es mayor de 10-6 cm/s. El di-metro del tubo debe ser el menor posible, sin entorpecer la lectura de los niveles.2.- Piezmetro de manmetro o tubo cerrado.Necesita un volumen de agua medio o bajo . Casi no se utiliza, debido al gran inconvenienteque se presenta en la lectura al existir la condicin de que la lectura del manmetro no pueda estarmuy por encima del punto ms bajo de agua.3.- Piezmetro de diafragma.Necesita poco o muy poco volumen de agua . La presin sobre el diafragma hace que stecierre o abra una vlvula, debindose dar otra presin , desde la superficie a travs de tubos , por me-dio de aire o aceite, para abrirla o cerrarla de nuevo . As se puede deducir la presin sobre el diafrag-ma.4.- Piezmetro elctrico.Necesita un volumen de agua muy pequeo . La presin del agua sobre el diafragma originadefl exiones, que son medidas mediante bandas extensomtricas de diversos tipos . La ventaja de estepiezmetro es su aplicacin para control remoto; el inconveniente es su alto costo.Instalacin del piezmetro.La zona de medida en el sondeo en donde se instala el piezmetro se llena con arena o gra-villa, cementando el resto; se pone en el borde de la arena un obturador o bien un filtro de arenams fina y un tapn de arcilla, hecho por ejemplo a basede bolas de bentonita , para evitar cementar dicha arena.=rl U'% (Vase Figura 69).5.3.2. Medida de las permeabilidades.LECHADAq7r La medida de las permeabilidades se realiza en sondeos,pozos y tneles.Como se ver en el apartado de registro de sondeos, alrealizar la perforacin hay que anotar las prdidas de aguaARCLLA ==- =o aire de circulacin , las zonas fracturadas , los niveles msRUO DE!a5H0omITA N IHay quereomenos duros , etc. Hay que registrar los niveles de aguaARENA !/, 'varias veces al da , sobre todo al comenzar por la maana50cm'?`11'LECHADAyal finalizar por la tarde ; conviene observar estos niveles/l-durante varios das . Se puede utilizar un grfico para di-bujar los niveles en el comienzo diario de la perforacinJ.!.!: y a lo largo de ella , y as observar su evolucin relativa aFIG. 69la profundidad , etc. (Vase Figura 70).A continuacin se realizan las observaciones anteriores en una serie de sondeos y se correlacio-nan entre ellas, de forma que se puedan estimar las zonas ms o menos permeables , elegir las zonas134de apoyo de los obturadores en las pruebas de agua, SONDEOevitando las zonas blandas o fracturadas, y compararlos tramos ensayados con los testigos.Hay que hacer notar que, debido al alto costo deSlos sondeos con recuperacin de testigo, muchas vecesse sustituyen stos por sondeos efectuados a percusinIvy completados posteriormente con registroselctricos,radiactivos, snicos, etc, que son las llamadas "dia-!sgrafas" o "logs", que suministran datos sobre la litolo-ga, fracturacin, porosidad, permeabilidad, etc.En las galeras de investigacin o drenaje, se midenlas caractersticas geolgicas y de afluencias deagua envarios puntos, observndose el descenso del nivel freti- FIG. 70co, originado por el efecto de drenaje queproduce lagalera en piezmetros colocados para este fin.5.3.3. Ensayos de permeabilidad.5.3.3.1. Ensayos de permeabilidad ensondeos.Para realizar este tipo de ensayos, se aplicauna carga hidrulica, normalmente positiva, ya continuacin se mide el caudalque se origina hacia dentro o fuera de laformacin. Estos ensayosse efectan entre la entubacin yel fondo, entre ste y un obturador,entre dos obturadores, etc.Pueden ser de carga variable o constante,debindose hacer siempre por debajo delnivel fretico,que es el caso normal en las galeras de minas (30),ya que lo que impone la situacinde las galerases la localizacin del yacimientomineral (Vase Figura 71).Los obturadores pueden ser mecnicos,que se ensanchan con el pesodel varillaje, o neumti-cos, que se hinchan con aire pormedio de un tubo auxiliar.SUPERFICIALES\\ \ \SECO A PARTIRDE AOU1\ ` \ LA CANTIDAD DE /NFILJRACION` DECRECE CON EL GRAO/ANTEPRECIPITA=N DE AGUA EN LA BOYERAE /NFILTRACIAN POR GRIETAS Y FISURASEN LAS PAREDES Y EN EL SUELO1.- Situacin razonable de unagalera .. 2.- Situacin media deuna galera . 3.- Situacin desfavorable obligadapor el emplazamiento de la masa mineral.FIG. 71135Debido al hecho de que la entubacin no ajusta perfectamente al terreno, deben utilizarseobturadores entre la zapata que sujeta la tubera de entubacin y el terreno, cuando las pruebas serealizan por debajo de la entubacin.1.- Ensayos de carga variable.La zona del sondeo que se va a ensayar, limitada por el fondo del mismo, entubaciones uobturadores, se somete a una columna de agua por encima del nivel esttico. Se va midiendo el des-censo de la columna con respecto al tiempo, calculndose as la permeabilidad.La longitud de la zona a ensayar depende del tipo de terreno y de su supuesta permeabilidad.En suelos o rocas muy fracturadas y permeables se utiliza el mtodo Lefranc, que se puede empleartanto para carga variable, como para carga constante, y consiste en dejar una cavidad de 20 30cm de longitud vaca o con grava.En rocas que no estn muy fracturadas, el tramode ensayo debe ser superior a 3 metros, pu-dindose hacer sobre longitudes cada vez mayores y solapadas del sondeo.La permeabilidad de un medio continuo equivalente al ensayado es:h2,3. log (h2)r w reKeLndonde,t2tt lL sen a. r- 1oL = Longitud de la cavidad de ensayo.rN, = dimetro de la tubera.a = inclinacin del sondeo con la horizontal.ro = radio de sondeo.re = radio de influencia (es la distancia a la cual la influencia del ensayo ya no esperceptible).h, y h2 = alturas de agua en los tiempos tt y t2Con las alturas y tiempos se hace un grfico, en escala logartmico. el cociente de las alturasy en escala normal, los tiempos, obteniendo as la pendiente S del grfico, debiendo ser tomadala mayor (Vase Figura 72).'reLa relacinrvara entre 100 y 1000. En terrenos muy permeables se puede tomar la ciframs alta, con lo cual Ln i` 7. As, para sondeos verticales, la frmula de la permeabilidadqueda simplificada:or2Kc = 0,133 . S . -wm/sLh0.8hlhrosh oc012 PENDIENTE FINAL0.2FIG. 72al0 s 10 Is 20t (m a)1362.- Ensayos de carga constante.La zona del sondeo que se va a ensayar es sometida a una presin constante de bombeoo tambin se puede aplicar una altura de columna de agua por encima (o debajo) del nivel esttico.La presin de inyeccin se mide en superficie en el caso de bombeo o en el sondeo en el caso decolumna de agua.Cuando las rocas no estn muy fracturadas, se utiliza la inyeccin por bombeo en tramos deunos 5 metros , en escalones crecientes y decrecientes , sin que la presin mxima exceda la mitadde la presin del recubrimiento ( H. -y).Ensayo Lugeon . En sondeos profundos, los escalones de presin utilizados normalmenteson, por ejemplo : 2, 5, 10, 5 y 2 kg/cm2, anotndose las admisiones en cada etapa y dibujndose ungrfico , que puede indicar si se est lavando el relleno de las juntas , o ensanchndolas por la presin,etc. (Vase Figura 73).Q0 02S IO P PLAVADO DE RELLENOS SELLADO DE FRACTURAS FRACTURACION HIDRAUUCA0 QAPERTURA DFLUJOFRACTURAS PORTURBULENTOPRSIONLUJO TURBULENTOY FRACTURACIONFLUJOLAMINARP ENSAYO FINALP0. Admisiones P. PresionesFIG.- 73Ensayo Lefranc. Se utiliza en rocas muy fracturadas o permeables para tramoscortos y sinbombeo a presin.La permeabilidad de un medio equivalente vienedada porKc = Q . Lnre donde,2 ir L he ro137L = longitud del tramo ensayado.Q = admisin.he = altura de agua sobre el nivel esttico.re = radio de influencia.ro = radio de la cavidad.Como la relacin Q/he suele variar para cada escaln de ensayo, si se usan diferentes presio-nes, se puede tomar la pendiente de la secante del grgico Q - he para un determinado porcenta-je de la presin mxima.rLa frmula anterior se puede simplificar considerando:Ln e = 7, Q en litros/min y las de-ms dimensiones en metros , resulta :ro1,857Kc =hQ. 10-scm/sLeEl valor de he ser :Phe =ythm - hg , donde,P = lectura del manmetro en superficiey = densidad del aguahm = altura del manmetro sobre el nivel esttico del agua en el terrenohg = prdida de carga en las tuberasLa unidad Lugen es el equivalente a una admisin de 1 litro/min/m, a 10 kg/cm2 de presinde inyeccin en el manmetro exterior.Segn la frmula anterior, para 1 Lugen resultara una permeabilidad Kc = 1,857 . 10-'cm / s. Sin embargo, esta equivalencia no suele ser correcta, ya que para obtener la unidad "Lu-gen" no se ha tenido en cuenta la altura del manmetro sobre el nivel esttico ni se han considera-do las prdidas de carga a lo largo de la tubera.Considerando una mayor carga de agua que la real , debido a la altura entre la superficie y elnivel esttico, o un valor algo inferior de Ln re- , se obtiene 1 L_1.10-Scm/s, que es valor quese considera en la prctica.ro5.3.3.2. Ensayos de bombeo en pozos.Tienen la particularidad de que afectan a un gran volumen de terreno, pero son carosy difciles de interpretar . Se utilizan sobre todo en acuferos horizontales.El procedimiento que se sigue en estos ensayos es colocar una serie de piezmetros a distintasdistancias del pozo, que varan logartmicamente, debiendo estar el piezmetro ms cercano al po-zo a menos de 6 metros. Se observan los descensos de aguas producidos en los puntos donde se hancolocado los piezmetros al bombear agua del pozo. De esta forma se puede tener una idea de lapermeabilidad.6. Toma de datos.6.1. Toma de datos en superficie.6.1.1. Geologa regional.Las condiciones geolgicas estructurales que definen una zona determinada, son producto de1381la historia geolgica de la regin circundante. Por lo tanto, los tipos de roca, fallas, pliegues y jun-tas, en el rea relativamente pequea en que se mueve el ingeniero , forman parte de un modelomucho mayor que refleja el proceso geolgico a gran escala a que estuvo sometida la regin . A veces,puede ser muy interesante conocer el proceso geolgico de la regin , ya que de l se pueden deducirlas tendencias estructurales que pueden pasar inadvertidas si slamente se tiene en cuenta la infor-macin detallada procedente del macizo rocoso a nivel local.Se han llevado a cabo estudios geolgicos en la mayor parte del mundo y estos estudios se pue-den encontrar en revistas cientficas o en planos que son propiedad de bibliotecas locales, univer-sidades u organismos gubernamentales. Es importante localizar la informacin ya existente que cu-bre el rea en estudio y conviene estudiar esta informacin tan pronto como sea posible en el pro-yecto.Tambin se han realizado fotografas areas de muchas partes del mundo. Las fotografas debuena calidad pueden proporcionar una informacin muy til de las caractersticas estructurales yde algunos fenmenos bajo la superficie terrestre. Las fallas y otras discontinuidades lineales de ma-yor orden, normalmente son muy fciles de identificar, pero es necesario ser un especialista paralocalizar zonas de hundimiento o roturas que han tenido lugar en cavidades que han alterado eldrenaje local, que dan como resultado pequeos cambios en el color o distribucin de la vegeta-cin superficial. El examen estereoscpico de pares adyacentes de fotografas areas es bastantetil en zonas donde existe un relieve topogrfico importante, ya que puede darse el caso de quese localicen antiguos deslizamientos u otras caractersticas que pueden ser importantes a la horade disear el proyecto en su conjunto.6.1.2. Observacin de afloramientos.En una primera etapa en el proyecto de una excavacin subterrnea, puede darseel caso de que no se pueda tener acceso al macizo rocoso a la profundidad a la que se va a construirla excavacin; bajo estas circunstancias, se debe utilizar la roca que aflora en superficie para obte-ner la mxima cantidad de informacin sobre los tipos de rocas y caractersticas estructurales delmacizo rocoso. Habitualmente, los lechos de los ros son una fuente importante de informacinsobre los afloramientos, particularmente donde fluyen corrientes fuertes que han erosionado el ma-terial superficial y que han dejado la roca interior al descubierto. Cuando el rea que aflora a la su-perficie es limitada, o cuando se considera que los afloramientos que son accesibles se han vistoalterados intensamente por la meteorizacin, puede ser recomendable proceder a la excavacinde trincheras o pozos. A veces, tambin puede ser necesario una excavacin posterior, pormediode voladura, en el lecho rocoso; en tales casos, hay que tener mucho cuidado de no destruir la infor-macin en el proceso de voladura. Otras veces, es suficiente limpiar la superficie del afloramientocon un chorro presurizado de agua o de aire para poner al descubierto elmacizo rocoso.Adems de la identificacin de los tipos de roca, los afloramientosde superficie se utilizanpara la medida de la inclinacin (buzamiento) y orientacin (direccin de buzamiento)de lascaractersticas estructurales, tales como:planos de estratificacin, clivaje y planos de juntas.Se puede ahorrar mucho tiempo y energa si estasmedidas se efectan con los instrumentosque estn diseados especficamentepara ello. El equipo que hayque utilizar debe incluir lossiguientes instrumentos:- Brjula geolgica tipo Clark, con nivel de burbujaincorporado.- Clinmetro.- Cinta mtrica de 10 m de longitud mnima.- Regla plegable de 2 m de longitud mnima ,graduada en mm.139- 10 m de alambre ligero o hilo de nylon con marcas dibujadas en rojo a intervalos de 1 m, yen azul a intervalos de 10 cm.- Cuatro discos circulares delgados de varios centmetros, hechos de aleacin ligera.- Lmina calibrada para estimar la anchura de las aberturas ms delgadas.- Spray de pintura blanca.- Equipo de lavado de afloramientos.- Bolsas de plstico para la toma de muestras de 1 2 kg de material de relleno de discon-tinuidades.- Tubos portamuestras.- Martillo de gelogo.- Cuchillo duro u otra herramienta anloga.- Cmara fotogrfica.- Martillo de Schmidt tipo L, con tabla de conversin.6.1.2.1. Procedimiento operativo para estimar los valores de los caracteres geomecdni-cos de las discontinuidades.A continuacin se describen los mtodos para realizar el levantamiento geotcnico de loscaracteres geomecnicos de los macizos rocosos que han sido mencionados anteriormente1.- OrientacinSe mide la inclinacin (buzamiento) del plano medio de la discontinuidad, con el clinmetro,y se expresa en grados, con dos cifras (00 - 90").Se mide al acimut del buzamiento (direccin de buzamiento), en grados, contando en el sen-tido de las agujas del reloj desde el norte verdadero, con tres cifras (000 - 360).La direccin del buzamiento y el buzamiento se anotan en este orden, con el nmero de trescifras, separado con una barra del de dos cifras, ej.: 010 /05'.Es conveniente medir un nmero suficiente de orientaciones para definir las diversas familiasde juntas de los dominios estructurales dados. Se deben tomar entre 80 y 300 medidas; este nmerovara con el rea y con la dispersin de las discontinuidades.2.- EspaciadoDonde sea posible, se coloca la cinta mtrica perpendicular a la traza del afloramientode la discontinuidad. Si esto no es posible, hay que hacer correcciones para obtener el espaciadoverdadero.El espaciado ms frecuente se calcula mediante :S = dm sena , donde"dm" es la distancia ms frecuente obtenida. (Vase Figura 74).Es conveniente presentar la variacin del espaciado mediante un histograma.Hay que tener en cuenta que las fracturas producidas por las voladuras deben excluirse cuandose procede a medir el espaciado de las discontinuidades.En los casos en que existan afloramientos limitados o nulos, para estimar el espaciado se pue-den utilizar mtodos ssmicos de refraccin, hasta 20 30 m de profundidad. Se ha encontrado queexiste una relacin entre el nmero de discontinuidades por metro y la velocidad VP de la ondalongitudinal o de compresin, P.140.`? ICARAINACCESIBLEFamilia nm. 1---------Familianm.2 I I-.-.-.-.-.-.-.-.- Familia nm. 3CI MS2=d2sena2`r L d2FIG. 74Para cada familia de discontinuidades se anota el espaciado mximo S (mx), el mnimo S(mn) y el modal S. Las distribuciones se presentan en histogramas, para cada familia de juntas.Se utiliza la siguiente terminologa :DESCRIPCION ESPACIADOEspaciado extremadamente cerrado .... < 20 mm.Espaciado muy cerrado .............. 20-60 mm.Espaciado cerrado .................. 60-200 mm.Espaciado moderado ................ 200-600 mm.Espaciado abierto .................. 600-2000 mm.Espaciado muy abierto .............. 2000-6000 mm.Espaciado extremadamente abierto ..... > 6000 mm.3.- DimensionesSe describen los afloramientos de roca o dominios reconocidos segn el tamao relativode las diferentes familias de discontinuidades presentes. Es interesante disponer de un pequeoesquema que nos refleja grficamente estos trminos, para ver el tamao relativo de lasdiversasfamilias de discontinuidades (Vase Figura 75).FIG. 75141Segn su tamao, las diversas familias de discontinuidadesse describen como sistemticas,sub-sistemticas y no sistemticas.Las discontinuidades que se extienden fuera del afloramiento se deben diferenciar de aquellasque terminan en roca en el afloramiento y de las que terminancontra otras discontinuidades.Las longitudes medias de las trazas medidas para cadafamilia pueden describirse segn el si-guiente esquema :Persistencia muy baja ...................< 1 ni.Persistencia baja ....................... 1 - 3m.Persistencia media ...................... 3 -10 m.Persistencia alta ......................... 10 - 20 m.Persistencia muy alta .................... > 20 m.Una familia sistemtica de discontinuidades con muchas discontinuidades que se extiendenfuera del afloramiento es ms persistente que otra familia sub-sistemtica de discontinuidades conpredominio de terminaciones contra otras discontinuidades . Las discontinuidades no sistemticastendern a tener muchas terminaciones en roca.4.- Rugosidada) Perfiles linealesSe seleccionan las discontinuidades accesibles y que se supone que vayan a interveniren caso de que exista una rotura cortante.Segn las dimensiones de cada plano de discontinuidaden estudio , se coloca , o bien la reglaplegable de 2 metros , o el alambre de 10 metros , sobre el plano de discontinuidad paralelo a la di-reccin media del deslizamiento potencial . Las distancias perpendiculares ( y) desde la regla plegable(o alambre ) hasta la superficie de discontinuidadse anotan con una precisin de 1 milmetro paradistancias tangenciales !x) dadas . (Vase Figura 76).ii, Para dar un valor correcto de larugosidad se toman los intervalos (x)12aproximadamente de un 2 por cientode la longitud total medidaSe anotan juntas las lecturas x e y,con el acimut y el buzamiento de la di-i reccin medida.Hay que observar/ sobre todo, losBUZAM/ENJOperfiles de rugosidad mxima, mni-P/EDRAIiAPARENTEma y media.PEQUEI/A sGPARTE NO UTILIZABLE OF.PUNTOLA REGLA PLEGL4BLEEn caso de que el perfil sea tan cor-MAS ALZOD 2mto que no se pueda obtener directa-mente la ondulacin , se anota stautilizando la regla plegable y el clin-F IG. 76 metro.Por ltimo , se toman fotografas representativas de las superficies de rugosidad mxima, mni-ma y media , con una regla de un metro colocada en la superficie fotografiada.b) Brjula y clinmetro de discoSe seleccionan las discontinuidades que sean accesibles y que se supone que vayan a interve-142nir en caso de una rotura por cortante.Los ngulos de rugosidad (i) a pequea escala se miden colocando el disco mayor (por ejemplode 40 cm de dimetro) sobre la superficie de discontinuidad en 25 posiciones diferentes, por lomenos, anotando el buzamiento y la direccin del buzamiento para cada posicin. Se repite estemismo procedimiento con los discos de otros dimetros. A continuacin se anotan los datos en for-ma de polos en una red equiareal y se dibujan lneas de contorno de igual nmero de polos.Los ngulos mximos de rugosidad para un tamao de disco dado, se pueden trazar para cual-quier direccin de deslizamiento potencial. La tangente de estos ngulos mximos de rugosidadmultiplicada por la longitud de la base (dimetro del disco dado) da el desplazamiento (expansin)que tiene lugar perpendicular a la discontinuidad, para un desplazamiento cortante igual a la longi-tud de base dada. Se analizan as diversas longitudes de la lnea de base (diferentes dimetros delos discos) y de esta forma se obtiene una curva de expansin. Esta curva dar una visin generaldel proceso de corte cuando existen unas roturas mnimas de las asperezas. Por tanto, este mtodoes ms apropiado en rocas duras con bajos niveles de tensiones de corte.c) Trminos descriptivosA veces pueden existir limitaciones de tiempo para determinar la rugosidad (por ejemplo,durante la fase de viabilidad del proyecto); en este caso se utilizan dos escalas descriptivas de obser-vacin de la rugosidad: escala pequea (varios centmetros) y escala intermedia (varios metros).La escala intermedia de rugosidad se divide en tres grados: escalonada, ondulada y plana.La escala pequea tiene tres grados para cada una de las divisiones de la escala intermedia: rugosa,lisa y pulida. El trmino "pulida" slo se utiliza si existe una evidencia clara de desplazamientocortante previo a lo largo de la discontinuidad.De esta forma, tenemos una escala con 9 grados de rugosidadI. Rugosa (o irregular), escalonadaII Lisa, escalonadaIII Pulida, escalonadaIV Rugosa (o irregular), onduladaV Lisa, onduladaVI Pulida, onduladaVII Rugosa (o irregular), planaVIII Lisa, planaIX Pulida, planaEsta escala queda ilustrada en la Figura 77Tambin puede haber ondulaciones a gran escala , de varias decenas demetros , superpuestas alas escalas pequea e intermedia. En tales casos hayque anotar estas caractersticas, por ejemplo,lisa ondulada (clase V), con ondulaciones a gran escalade 10 metros de longitudde onda y 50 cmde amplitud.Existe otra escala de rugosidad, -que presenta 10 perfiles de 10centmetros cada uno, rela-cionados con el JRC, que es el coeficiente derugosidad de la junta,que, en posterioresfases delestudio, se utilizar para calcular la resistencia al cortede la discontinuidad. (Vase Figura 78).143RUGOSALISA2PULIDAESCALONADARUGOSALISA2PUL IDAJONDULADARUGOSA12 LISAJPULIDAPL ANAFIG. 775.- Resistencia de los labios de la discontinuidadLa resistencia de los labios de las discontinuidades puede expresarse de la siguiente forma:a) Grado de meteorizacin del macizo rocoso y del material rocoso. Viene descrito bajoel apartado de meteorizacin.b) Ensayos manuales. Los ndices de los ensayos manuales vienen detallados en la Tabla 4Se debe tomar el material de las paredes de las discontinuidades o en todo caso material representa-tivo de las paredes.c) Ensayo del martillo de Schmidt. El martillo de Schmidt se aplica en direccin perpen-dicular al labio de la discontinuidad que nos interesa ensayar. Se debe ensayar la superficie de la rocabajo condiciones de saturacin para dar el resultado con ms margen de seguridad. La superficiedebe estar limpia de materiales sueltos, por lo menos debajo del martillo.Si el impulso del proyectil por el muelle del martillo de Schmidt es suficiente para moverla superficie ensayada, el rebote resultante ser artificialmente bajo. Esto se puede notar tambinpor el ruido producido, ya que se produce un sonido hueco. Estos resultados no se deben tener encuenta. Por esta misma razn, este ndice de campo no es conveniente en macizos rocosos sueltos,que contienen discontinuidades muy poco espaciadas. (En estos casos, se debe extraer un bloque deroca y realizar el ensayo sobre una superficie firme).En cada superficie de inters se realiza un nmero de ensayos tal que los resultados sean re-presentativos, por ejemplo 10 ensayos por discontinuidad o 10 ensayos por unidad de rea de unadiscontinuidad grande, etc. No se toman en consideracin` las cinco lecturas ms bajas de cada grupo144PERFILES DE RUGOSIDAD JRC1 0-22 2- 43 4-64 6- 85 8-106 10-127 12-148 14-169 16 - 1810 18 - 20.0 5 10cm EscaloFIG. 78145de 10 y se anota el valor medio (r) de las cinco lecturas mayores.6.- AperturaHay que lavar los afloramientos sucios cubiertos de tierra . Esbastante til rociar pinturablanca a lo largo de las lneas de medida deseadas ; de esta forma , las discontinuidades ms delga-das son ms fcilmente visibles . Es fundamental disponer de una buena iluminacin.Las aperturas ms delgadas se miden aproximadamente con lminas calibradas, mientras quelas aperturas mayores se miden con una regla graduada en mm. Se anotan las aperturas de todaslas discontinuidades que intersectan a la lnea de medida . Por otro lado, las variaciones de la apertu-ra de las mayores discontinuidades se miden a lo largo de la traza de la discontinuidad.Es importante tener en cuenta que las aperturas visibles en un afloramiento rocoso son apertu-ras alteradas , debido a la superficie de meteorizacin o al modo de excavacin . Por estas razones,las aperturas medidas son probablemente mayores que aquellas que existen dentro del macizorocoso.7.- RellenoSe miden los espesores mximo y mnimo de las discontinuidades rellenas y se estima elespesor ms frecuente (promedio ). Si existen grandes diferencias entre los espesores mximo y m-nimo , esto puede ser indicio de que han existido desplazamientos cortantes , especialmente si las pa-redes estn alternadas o sin meteorizar.En los casos importantes , es conveniente hacer esquemas de campo en los que se indicanlas condiciones de los labios de la discontinuidad (o sea, grado de fracturacin o alteracin asocia-dos). En la Figura 79 se muestran algunos ejemplos.Cuando se sospecha que existen arcillas expansivas o se identifican stas , como, por ejemplo,montmorillonita , y donde la condicin de expansin es crtica para la estabilidad , se toman mues-tras . para realizar los ensayos de hinchamiento libre y de hinchamiento bajo presin . Donde sea po-sible, se registra el contenido de agua "in situ " y se toman las muestras en bolsas selladas.En cuanto al tamao de las partculas , el mtodo de descripcin de la granulometra dependerdel caso. Para estimar el porcentaje de arcilla , limo, arena y partculas de roca , es suficiente unasomera descripcin cuantitativa de la granulometra.Los tamaos de las pa rt culas se pueden clasificar de acuerdo con la escala modificada deWentworth (Vase Tabla 8) :TABLA 8ESCALA MODIFICADA DE WENTWORTH1. Cantos ................. 200 - 600 mm.2. Guijarros ............... 60 - 200 mm.3. Grava de grano grueso ..... 20 - 60 mm.4. Grava de grano medio ..... 6 - 20 mm.5. Grava de grano fino ....... 2 - 6 mm.6. Arena de grano grueso ..... 0,6 - 2 mm.7. Arena de grano medio ..... 0,2 - 0,6 mm.8. Arena de grano fino....... 0,06 - 0,2 mm.9. Arcilla, limo ............ < 0,06 mm.Hay que determinar cuidadosamente si ha existido desplazamiento cortante previo en ladiscontinuidad (superficies de deslizamiento , juntas cruzadas , desplazadas , etc.) Esto debe anotarsejunto con una estimacin aproximada de la relacin de consolidacin (OCR) de cualquier rellenoarcilloso.146En lo que se refiere al contenido de agua y a la permeabili-dad de una discontinuidad rellena , y en part icular con rellenoarcilloso , se ver el procedimiento del estudio en el prximopunto.8.- Circulacin de aguaAdems de la descripcin de la hidrogeologa local, hayque describir la circulacin de agua en las juntas o familias dejuntas ms relevantes, con relacin a la estabilidad . Es conve-niente obtener una informacin meteorolgica adicional con da-tos sobre lluvias, temperaturas, etc.Tambin es conveniente estudiar la posibilidad de forma-cin de hielo, de especial importancia en las boquillas , que ori-gina un bloqueo de los canales de drenaje y, por lo tanto,produce una elevacin de la presin de agua.,Se estudian las fotografas areas para obtener una visindel tipo de drenaje en conjunto y deducir los niveles hidros-tticos probables . ( Los niveles hidrostticos pueden venirindicados por el desarrollo de la vegetacin a lo largo de fallasy diques). Tambin hay que tratar de averiguar las variacionesestacionales de los niveles hidrostticos.En las fases preliminares de la elaboracin del mapageolgico , la descripcin de la hidrogeologa local se realizade una forma bastante limitada . Probablemente no se dispon-dr de sondeos para realizar ensayos de bombeo , ni pozospara la determinacin de los niveles de agua , ni instalacionespiezomtricas.Por lo tanto , la hidrogeologa tendr que ser interpretadaa partir d e las predicciones geolgicas de las situaciones de losacuferos , de la orientacin probable y situacin de las barrerasimpermeables al flujo y de las direcciones probables de circu-lacin de agua y niveles hidrostticos . De todos estos datos sedecidir la situacin de una serie de sondeos para realizar losensayos precisos para la determinacin de los niveles de agua,instalaciones piezomtricas y bombeo.A continuacin se presenta , en la Tabla 9, una serie de es-calas descriptivas para evaluar el grado de filtracin de' unadiscontinuidad.La circulacin de agua en una discontinuidad individualrellena o no rellena , o en familias especficas de discontinuida-des, se describe con detalle en el apartado de "toma de datosen galeras".9.- Nmero de familias de discontinuidades.Frecuentemente , el nmero de familias es funcin deltamao del rea observada para elaborar el mapa geolgico.En la investigacin preliminar conviene anotar todas las fami-lias presentes . El reconocimiento de familias individuales seFIG. 79147TABLA 9GRADO DE FILTRACION DE UNA DISCONTINUIDADDISCONTINUIDADES SIN RELLENOGrado defiltracin DESCRIPCION1 La discontinuidad est muy cerrada y seca. El flujo de agua a travs de la misma no pareceposible.II La discontinuidad est seca, sin evidencia de flujo de agua.III La discontinuidad est seca, pero muestra evidencia de flujo de agua, por ejemplo,moho descolorido, etc.IV La discontinuidad est hmeda, pero no se observa circulacin de agua.V La discontinuidad muestra filtraciones de agua, gotas de agua ocasionales, pero no flujocontinuo.VI La discontinuidad muestra un flujo continuo de agua. (Hay que estimar el caudal en litros/minuto y describir la presin, por ejemplo : baja, media o alta).DISCONTINUIDADES CON RELLENOGrado defiltracin DESCRIPCION1 Los materiales de relleno estn fuertemente consolidados y secos, parece muy improbable laaparicin de un flujo debido a la permeabilidad muy baja.II Los materiales de relleno estn hmedos, pero no hay agua en circulacin.III Los materiales de relleno estn hmedos, con gotas ocasionales de agua.IV Los materiales de relleno muestran signos de lavado, con flujo de agua continuo. (Se estimael caudal en litros/minuto).V Los materiales de relleno estn lavados localmente, con un considerable flujo de agua a lo largode los canales de erosin. (Estimacin del caudal litros/minuto y de la presin, baja, mediao alta).VI Los materiales de relleno estn completamente erosionados pbr el agua; se experimentan pre-siones de agua muy elevadas, especialmente sobre el primer afloramiento. (Estimacin del cau-dal en litros/minuto y descripcin de la presin).148lleva a cabo a la vez que se realizan las medidas de orientacin . Puede ser necesario medir ms de150 juntas y el nmero de familias se determina contorneando los polos trazados en una red polarequiareal . Si las orientaciones son persistentes, se puede reducir bastante el nmero de medidasde juntas a realizar para definir el nmero de familias.En las fases ms detalladas de las investigaciones de campo, se anota el nmero de familiaspresentes localmente . El reconocimiento visual del nmero de familias debe ir acompaado de unsistema de numeracin con fines de identificacin . Por ejemplo , la familia ms sistemtica y persis-tente puede marcarse como "familia nm. 1 ", y as sucesivamente . Tambin se pueden numerarlas familias en orden de importancia respecto de la estabilidad.10.- Tamao de los bloquesEl tamao de los bloques se puede expresar de las formas que se presentan a continuacin1) Indice del tamao del bloque (lb). El ndice puede estimarse seleccionando, a simple vis-ta, una serie de bloques de tamao medio y tomando sus dimensiones medias . El ndicepuede alcanzar desde milmetros hasta varios metros. La precisin se da con un margen deerror del 10 por ciento.Cada dominio estructural se caracteriza por unalbmedia , junto con la extensin del do-minio.2) Cmputo volumtrico de juntas ( J). Se define como la suma del nmero de juntaspor metro para cada familia de juntas presente. Tambin se pueden incluir las disconti-nuidades que estn al azar, pero generalmente influirn poco en los resultados.El nmero de juntas de cada familia se cuenta a lo largo de la familia pertinente perpen-dicular a la primera . Se sugiere un muestreo de 5 10 m. Despus se presentan los resul-tados en juntas/ metro.Un resultado corriente para tres familias de juntas y algunas juntas al azar, contadas alo largo de 5 6 10 m, perpendiculares a la lnea de muestreo , puede ser el siguiente :Jv = 6/10 +24/ 10 +515+1110J = 0,6 r 2,4 r 1,0 e 0,1 = 4, 1 /m3 (bloques de tamao medio)Los siguientes trminos descriptivos dan una idea del tamao del bloque correspondiente.DESCRIPCION J (Juntas/m3)Bloques muy grandes................. < 1,0Bloques grandes...................... 1 -3Bloques medios ..................... 3-10Bloques pequeos ................... 10 - 30Bloques muy pequeos ............... > 30Los valores de J >60 representan la roca triturada , tpica de una zonatriturada libre dearcilla.3) Macizos rocosos. Los macizos rocososse describen segn la siguiente terminologa, paradar una impresin del tamao de los bloques.1 Masivo Pocas juntas o espaciadomuy amplioII En bloques Aproximadamenteequidimensional.III Tabular Una dimensinconsiderablemente ms pequea que las otras dos.IV Columnar Una dimensinconsiderablemente ms grande que las otras dos.149V Irregular Grandes variaciones del tamao yforma de los bloques.VI Triturado Muy anlogo al "cubo de azucar".En la Figura 80 se pueden apreciar cuatro esquemas de configuracin: en bloques (a),irregular (b), tabular (e) y columnar (d).Observaciones1.- Indice del tamao de los bloques(lb)-El valor promedio de los espaciados individuales mediosSi- S2 etc, (ver "espaciado") puede no dar un valor realista delb si hay ms de tres familias, ya que si la cuarta familia est am-pliamente espaciada, aumentar artificialmente el valor de lbEn el caso de rocas sedimentarias, dos familias de juntasQperpendiculares entre s, ms estratificacin, constituyen una for-ma muy comn de bloques cbicos o prismticos. En tales casos,lb se define con mucha precisin :S1 + S2 + S3Ib = 3 --t2.- Cmputo volumtrico de juntas (J,).Hay que hacer notar queJ. no es iguala 1 +-1 *.... + 6S1 S2 SEl clculo de J se basa en los espaciados medios, no en losespaciados ms frecuentes. Normalmente,sin embargo, los re-sultados sern anlogos.Las discontinuidades ocasionales al azar no afectan aprecia-blemente al valor de JV, a menos que el espaciado de las juntassistemticas sea amplio (entre 1 y 10 m).Existe una correlaccin entre J y el RQDRQD=115-3,3JcRQD = 100 para J < 4,5Estas relaciones son muy tiles para estimar el orden de mag-nitud del RQD cuando no se dispone de datos de sondeos.3.- Datos de orientacinLos datos de orientacin proporcionan informacinadicional descriptiva para tener una mejor visin de la forma deuna estructura anisotrpica de bloques, por ejemplo, estratos conbuzamiento muy inclinado, bloques columnares, etc. Cuando lasdimensiones de los bloques son razonablemente isotrpicas, basta dslo describir la forma, por ejemplo, bloques cbicos, rombo-dricos, prismticos, tetradricos, irregulares, etc.6.1.2.2. Impreso para la toma de datos en el campoFIG. 80En la Tabla 10 se indican las caractersticas geolgicas150TABLA 10IMPRESO DE TOMA DE DATOS EN AFLORAMIENTOSPUNTOTIPOORIENTACION CONTINUIDAD METEORI-METEORO-ZACION LACIRCULA- RESISTEN-DE DEOESPACIADOSUPERFICIE RELLENOZACION DEIOSDCION DELACIAOBSER-PLANOACIMUTSegn rumboLA ROCATINUIDADAGUAVACION Segnbuzamiento< 1 m 1- 3 3 -10 10 -20>20 m < 2 cm 2 6 6.20cm0.2m2m6 >6.ONDULACgNJ.C.R. TIPO ESPESORM11 Falla 210 60 xxx IS' 4S mmJuntaJuntaEstrati-ficacin2znque deben figurar en el impreso de toma de datos de afloramientos.6.1.3. CalicatasCuando el macizo rocoso tiene sobre s un delgado recubrimiento de suelos, se puede ac-ceder al mismo mediante zanjas que permitan realizar un estudio de las caractersticas geolgicasdel macizo. En la Tabla 11 se presenta el impreso de registro de una calicataTABLA 11IMPRESO DE REGISTRO DE UNA CALICATAESTRUCTURAPROFUNDIDAD LITOLOGIASIMBOLO GRAFICO METEORIZACIONGEOLOGICAEstratificacin160-3-junta 80 -25Junta 60 - 3-6.2. Toma de datos en profundidad.Normalmente, la informacin recogida en superficie no es suficiente para obtener el modelogeolgico de la futura mina, por lo que es necesario completarla mediante la tonta de datos en pro-fundidad. Esta toma de datos puede realizarse mediante galeras, sondeos y geofsica.La toma de datos en galeras se lleva a cabo de una forma anloga a la explicada liara la obser-vacin de afloramientos en superficie, si bien, existen ciertas diferencias que se van a explicar acontinuacin :1.- OrientacinEl equipo constar de brjula y clinmetro. Adems, cuando la roca es muy magnticao existan interferencias causadas por tubos de hierro, rales , lentejones de mineral, etc, en lugar de labrjula se utiliza una clino-reglay una cinta de 50 metros, o bien se puede utilizar un transportadorde ngulos para hacer la lectura directa.Se coloca la cinta de 50 metros paralela a los hastiales del tnel y orientada convenientemente.A continuacin, para medir la direccin de la pendiente se utiliza una clino-regla colocando unlado paralelo a la cinta. Despus se corrigen las lecturas respecto al norte verdadero. La pendientede las discontinuidades se mide utilizando una longitud base de la pendiente que exceda la longi-152tud de onda de las ondulaciones superficiales, aunque esto ltimo muy pocas veces es posible.2.- PersistenciaEn caso de afloramientos limitados, puede resultar imposible medir las longitudes de las dis-continuidades en las direcciones del rumbo y del buzamiento; por este motivo, para obtener diagra-mas de frecuencia precisos para cada familia de discontinuidades, hay que aprovechar grandes hue-cos. como zonas de interseccin de tneles, etc.3.- AperturaLos tneles perforados a mquina o realizados con precorte, proporcionan una informacinmucho ms segura de las aperturas inalteradas.4.- Circulacin de aguaEn el caso de una construccin que acta como drenaje de un macizo rocoso, como ocurrecon los tneles, es muy til realizar la descripcin del caudal general dividido en secciones indivi-duales, que vienen impuestas por las diferentes estructuras rocosas atravesadas por el tnel. Estodebe llevarse a cabo con gran rapidez despus de la escavacin, ya que los niveles hidrostticoso almacenamientos de agua se pueden vaciar rpidamente. Las descripciones se basan en la Tabla 12.TABLA 12CIRCULACION DE AGUA EN GALERIASGRADO DEFILTRACION DESCRIPCION1 Paredes y bvedas secas, no se detectan filtracionesII Pequea filtracin; determinadasdiscontinuidadespresentan un goteo de agua.111 Afluencia media; determinadasdiscontinuidadespresentan un caudal continuo (se estima el caudalen litros/minuto/ 10 metros de tnel excavado).IV Gran afluencia; determinadasdiscontinuidades pre-sentan fuertes caudales de agua (se estima el caudalen litros/minuto/ 10 metros de tnel excavado).V Afluencia excepcionalmente elevada;determinadasfuentes de caudales extraordinarios. (Se estima elcaudal en litros/minuto/10 metros de tnelexca-vado).Los socavones y pozos de exploracin pueden no estarjustificados econmicamente duranteel trabajo de investigacin preliminar "in situ". Sinembargo, stos se convierten en necesarios enuna fase posterior del proyecto de una excavacinsubterrnea, cuando es preciso el acceso fsicoa la mina.Se puede construir un pozo o tnel de pequeodimetro con mucho menos soporte queunagran excavacin y de aqu que el costo de los accesosde exploracin pueda mantenersebajo,ademsde que se logra un gran avance. Una excepcin a esteprincipio de realizar tneles ypozos de explo-racin pequeos, tiene lugar cuando se ha tomado unadecisin en firme paraproceder con el pro-yecto y cuando se requiere un acceso parauna construccin subterrnea de grantamao, en la cualse van a introducir equipos de grandesdimensiones en una fase tempranadel proyecto. En talescircunstancias, se puede excavar un pozo o tnelque, adems de servir deacceso, proporcioneinformacin geolgica. La nica desventajade esta solucin es queel acceso al pozo o tnel tiendea ser una va de trnsito muy ocupado yel ingeniero puede encontrardificultades para accedera los afloramientos de roca, quenecesita para elaborarel mapa geolgico. La tarea delingenieroen esta operacin se hace muy difcilcuando, en inters de laapariencia o seguridad, se procede acubrir toda la roca con hormign proyectado.1536.2.2. Sondeos. Toma de datos.La perforacin de sondeos que da mejor resultado para obtener informacin acerca de lasdiscontinuidades , es la que utiliza corona de diamantes conrecuperacin del testigo.A no ser que el proyecto bajo consideracin forme parte de un programa de desarrollo a largoplazo, con una necesidad continua de perforacin con diamante , como ocurre en una gran mina,no se recomienda comprar un equipo de perforacin; en este caso , se contrata un equipo de perfo-racin , con personal incluido , ya que la experiencia del sondista es un factor muy importantepara conseguir una buena recuperacin de testigos.En cuanto a las mquinas de perforacin, las hidrulicas son esencialescuando se persigue unagran recuperacin del testigo. El control independiente del empuje permite que el trpano se ajustea la velocidad de avance msadecuada, segn la dureza de la roca que se est perforando,en particular , se atraviesan rpidamente las zonas meteorizadas y de falla, antes de que hayan sidoerosionadas por el agua de perforacin. Tambin es importante disponer de una serie de velocida-des de perforacin que permitan el ajuste de las velocidades de rotacin para los diversos trpanos.Normalmente, no se suele disponer de testigos en las fases preliminares de la elaboracindel plano geolgico. Sin embargo , en estas fases debe indicarse el nmero de. perforaciones que hayque realizar , as como sus emplazamientos y orientaciones, basadas en la informacin existente dela probable orientacin de las discontinuidades.El propsito del programa de perforacin geotcnica es reconstruir la muestra completa detestigo del macizo rocoso en un estado lo ms prximo posible a su condicin original; esto slose puede conseguir si el testigo pasa al interior de un tubo fijo (que no gira ) en el tubo portatesti-gos, de tal forma que el giro del tubo exterior al que est unidoel trpano no gire al frgil testigo.Adems de describir detalladamente el testigo, se inspeccionabien el agujero del sondeo, para ob-tener informacin sobre los caracteres geomecnicos de las discontinuidades.6.2.2.1. Equipoa) Cinta mtrica de 3 m de longitud como mnimo , graduada en mm.b) Transportador de ngulos u otra escala similar para la medida de ngulos entre el ejedel testigo y las discontinuidades.c) Periscopio de perforacin, cmara de TV; indicador delnivel de agua (del tipo decontacto elctrico); adems ,cables y dispositivo de elevacin apropiado para la longi-tud del sondeo y para el equipo seleccionado.Cuando se realizan perforaciones profundas desde la superficie, se gasta mucho tiempo y ener-ga al retirar las varillas de perforacin al final de cada operacin de perforacin. Se puede evitarmucho esfuerzo utilizando un cable que permita que el tubo portatestigos se saque al exterior alfinal de cada operacin. Este tubo portatestigos se baja por el centro del varillaje de perforacinmediante un cable y se utilizan una serie de abrazaderas para anclar el tubo portatestigos al trpano;estas abrazaderas se sueltan cuando el tubo portatestigos se ha llenado,y mientras se recupera eltestigo se mantiene inmvil el sistema de perforacin.6.2.2.2 . Toma de datos.Antes de realizar las observaciones , se procede al lavado del testigo . Sin embargo , cuandoexisten discontinuidades con relleno y rocas arcillosas alterables con la humedad , no se debe lavar.Antes de hacer observaciones detalladas del testigo , se debe contemplar ste en su conjunto,para determinar los lmites estructurales (dominios) y las caractersticas geolgicas.Se debe medir y anotar el testigo total recuperado ( r), definido como la suma de las longitudesde todos los trozos de testigo recuperado expresado en tanto por ciento respecto a la longitud to-154tal perforada. Cuando el testigo est muy fragmentado , se estima la longitud de tales trozos tratan-do de acoplar los diferentes fragmentos recuperados y estimando la longitud de testigo que repre-sentan los fragmentos.El testigo recuperado se utiliza para describir capas individuales a lo largo de todasu longitud y no unidades de roca definidas estructuralmente . Los resultados obtenidos de larecuperacin en un macizo rocoso de poca calidad , dependern mucho del equipo de perforaciny de la habilidad del sondista . Tambin se debe anotar las prdidas de testigo que se producen en laextraccin de ste . Es importante darle instrucciones al sondista en el sentido de anotar cuidadosa-mente la profundidad al principio y al final de la perforacin en zonas donde existan prdidas detestigo. Las zonas interesantes perdidas se deben sustituir por piezas de madera con marcas en am-bos extremos.La frecuencia (f) se define como el nmero de discontinuidades naturales que intersectanuna unidad de longitud de testigo recuperado; se tiene en cuenta para cada metro de testigo. En estecmputo se deben desconectar las fracturas producidas por un manejo poco ciudadoso del testigoo en el proceso de perforacin, pero solamente cuando dichas fracturas se pueden distinguir clara-mente.El R.Q.D. (Rock Quality Designation ) es un factor de recuperacin modificado, en el cualse anotan todos los trozos de testigos de longitud superior a 10 cm y se expresan como porcentajede la longitud total perforada. Se descuentan los trozos ms pequeos, procedentes de juntas muyprximas, fallas o meteorizacin.Si se rompe el testigo durante el manejo, o en el proceso de perforacin (o sea, si las fracturasson frescas ms que superficies naturales), se colocan juntos los trozos rotos y se cuentan como unasla pieza.El material que es ms dbil que la roca encajante , tal como salbanda arcillosa sobreconsoli-dada, se descuenta, incluso si aparece en trozos de 10 cm o ms de longitud.Las longitudes de los trozos de testigos se deben medir a lo largo de . su eje , de tal forma quelas discontinuidades que tienen lugar paralelamente al agujero perforado, no mermen los valoresdel R.Q.D. obtenidos en el macizo rocoso. Se deben anotar, separadamente , los valores obtenidosen estratos individuales, dominios estructurales, zonas de debilidad, etc. y proporcionar un esquemamucho ms preciso de la situacin y espesor de las zonas con valores muy pequeos o nulos delR.Q.D.Al realizar el registro del sondeo hay que tener encuenta los aspectos que se describen acontinuacin :l.- OrientacionLa orientacin e inclinacin de las discontinuidades estructurales delmacizo rocoso son facto-res extremadamente importantes a considerar enrelacin con el diseo de una excavacin subterr-nea. Por tanto , a pesar de que un programa deperforacin haya tenido mucho xito en lo referentea la recuperacin del testigo , se perder muchainformacin interesante en el caso de que no se hayaintentado orientar el testigo.Se anota la orientacin aparente de lasdiscontinuidades que intersectan el testigo, utilizandoun transportador de ngulos para medir los ngulosagudos de interseccin (0) con respecto al ejedel testigo(50). Si el sondeo es vertical , los ngulos (90-0)representarn el buzamiento verda-dero de las discontinuidades, pero sin orientar el testigono se podr conocer la direccin del buza-miento.Si se realizan dos o tres sondeos no paralelosen un macizo rocoso donde existen sealesreconocibles, tales como estratificacin o foliacin, sepuede deducir la direccin del buzamiento155y el buzamiento de dichas caractersticas, utilizando mtodos grficos.Para registrar la "orientacin`, se utiliza la columna de "estratificacin" cuando se trata de ro-cas sedimentarias y de rocas metamrficas que conservan la estratificacin. En dicha columnase anota el buzamiento en grados de la estratificacin; en las dems columnas se anota el buzamien-to de los restantes planos de discontinuidad existentes en el testigo, respecto al plano de estratifi-cacin ms prximo.La orientacin de los planos de discontinuidad respecto a la estratificacin, se consigue orien-tando el testigo segn unos ejes imaginarios, de forma tal que el rumbo de la estratificacin coin-cida con la direccin AC de dichos ejes. Segn este criterio, se puede ver en la Figura 81 el rumboy el buzamiento de la estratificacin; el rumbo sera AC y el buzamiento 600 B. La junta tendraun rumbo AC y ui' buzamiento de 30 D.a-oCESTR.4T/FICACION - \\JUNTAFIG. 81 FIG. 82Conviene anotar el valor del buzamiento de los estratos cada metro de testigo como mnimo.En las rocas metamrficas no estratificadas y en las gneas, se pueden orientar las fracturas.relativamente al plano de discontinuidad ms frecuente y que, a su vez, pudiera identificarse en losafloramientos.Phillips y Ragan, han descrito unos mtodos para establecer la orientacin e inclinacin de losestratos, a partir de horizontes guas o planos de estratificacin que han sido atravesados por dos oms sondeos no paralelos.La orientacin del testigo en un slo sondeo, normalmente, depende de la utilizacin de algnaparato de orientacin, que se utiliza durante el programa de perforacin.El mtodo Christensen-Hugel, utiliza un mecanismo de escritura que traza lneas paralelassobre el testigo, segn ste va penetrando en el tubo portatestigos.El mtodo Craelius, de Atlas Copeo, para orientacin del testigo, utiliza una herramientaque se fija en el tubo portatestigos. Se proyectan hacia el fondo del agujero perforado una serie depernos paralelos al eje del sondeo y se toma as el perfil de la parte saliente del testigo dejado enla operacin previa de perforacin, segn se ve en la Figura 82.La orientacin del aparato se determina relativamente a la varilla de perforacin en el emboqui-llamiento del agujero, o en el caso de un agujero inclinado, se utiliza una esfera que lleva unos mar-156cadores que definen un plano vertical a travs del eje del agujero. Cuando se recupera el testigo,el primer trozo se coloca segn el ferfil de los pernos y se van ensamblando los otros trozos de tes-tigo, para obtener la orientacin de las caractersticas estructurales con relacin al primer trozo.Hay otros sistemas de orientacin que consisten en perforar un agujero de pequeo dimetroal final del sondeo; a continuacin, se introduce una brjula en el interior de este agujero de menordimetro y se recupera en la prxima operacin de testificacin , o tambin se puede cementaruna barra en el interior del agujero, para reforzar el testigo y tambin para obtener la orientacindel mismo. Esta tcnica se conoce como "mtodo de muestreo integral", y se puede utilizar cuandose requieren testigos orientados de mucha calidad en roca muy meteorizada; sin embargo, debidoa su alto costo y tambin al tiempo necesario para esta operacin , slo se debe utilizar para evaluarzonas extremadamente crticas en el macizo rocoso.Tambin se pueden utilizar sistemas de televisin o cmaras para examinar las paredes de lossondeos y , de este modo, orientar los testigos , pero los resultados obtenidos con estos aparatospocas veces son satisfactorios ; adems, se puede gastar mucho tiempo debido a averas elct ricasy mecnicas en estos equipos que originalmente no fueron diseados para operar bajo condicionestan severas.Se ha desarrollado tambin una herramienta barata para obtener una impresin del interiordel agujero perforado con diamante. Por ejemplo, un impresin tomada en un agujero de 7 cm dedimetro en arenisca , muestra el grano grueso de la roca , as como muchas fisuras abiertas . El mate-rial de impresin es una pelcula llamada parafilm M, que se presiona contra las paredes del sondeomediante un tapn de caucho que se expansiona. Combinando este aparato con algn sistema deorientacin o inspeccin del sondeo, se obtiene informacin sobre la orientacin de las fracturas enel macizo rocoso, que es independiente de la alteracin del testigo.2.- EspaciadoEl espaciado , o la frecuencia de las discontinuidades, tambin puede determinarse medianteel anlisis de un testigo y por tcnicas de visualizacin del sondeo, tales como cmaras de TV,cmaras fotogrficas, etc.El espaciado S depende de la longitud L, medida a lo largo del eje del testigo entre disconti-nuidades naturales adyacentes de una familia, y tambin depende del ngulo agudo 9 de estas dis-continuidades con el eje del testigo.As: S=Lsen0Los ngulos 6 entre el eje del testigo y las juntas individuales de una familia dada de disconti-nuidades, son menos precisos que los obtenidos de afloramientos, debido ala posibilidad de ondula-cin de las juntas y a la rugosidad.Las zonas no recuperadas de testigo, hacen que este procedimiento no sea vlido. Sin embargo,si las juntas que intersectan el testigo tienen ngulos de interseccin 6 muy distintos, o caracters-ticas superficiales muy diferentes (capas mineralizadas , rugosidad, etc.), se pueden estimar los es-paciados representativos en un nmero suficiente de puntos a lo largo del testigo de forma que seobtengan buenos resultados.3.- Tamao de las discontinuidades.Si no se realiza una red de sondeos muy cerrada , no ser posible estimar el tamao de lasdiscontinuidades con los datos del testigo o con las observaciones del sondeo . Cuando los sondeosperforados estn muy prximos, se necesita una correlacin muy cuidadosa para tener unos resulta-dos vlidos del tamao de la familia de discontinuidades.4.- Rugosidad.Las principales caractersticas de la rugosidad del labio de una discontinuidad yla correspon-157diente resistencia al corte a escala real, no se pueden obtener de losdatos proporcionados por un s-lo testigo. Sin embargo, normalmente, en una superficie sepuede estimar cierto grado de planaridad(plana, curvada, irregular), y cierto grado de suavidad (liso,suave, rugoso). Este procedimiento essuficientemente bueno utilizando las escalas grficas de rugosidad,pero con las escalas reducidasa cm y: mm respectivamente.La inspeccin del agujero con cmaras de TV, generalmente, no da unosresultados aceptables.5.- Resistencia de los labios de la discontinuidad.Se pueden utilizar sobre el testigo los procedimientos ya descritos,que se utilizan en las des-cripciones de campo, es decir: grado de meteorizacin delmacizo rocoso, grado de meteorizacindel material rocoso, martillo de Schmidt, cte.Como el testigo proporciona una lneade muestreo del macizo rocoso, pueden observarsedirectamente una serie de caractersticas segn la penetracinde la meteorizacin en las paredes dela discontinuidad, y, por consiguiente, se pueden describircon bastante precisin. Adems, el testi-go proporciona muestras preparadas para ensayosmecnicos.Cuando se est estimando la resistencia de los labios de unadiscontinuidad, es preciso revisarcuidadosamente si los trozos de testigo estn correctamenteacoplados. La falta de acoplamientopuede indicar prdida de material de relleno, desplazamientos cortantes otrituracin de los labiosde la discontinuidad, muy meteorizada, durante elproceso de perforacin.6.- Apertura.La apertura de las discontinuidades intersectadas por sondeos slo sepuede estimar si seutiliza un mtodo de testificacin continuo.Si dos piezas de testigo adyacente nopueden acoplarse estrechamente a lo largo de una discon-tinuidad y si son visibles ciertos vacos sepuede utilizar el trmino "abierto" en la descripcinde las discontinuidades.Se sabe que lo que parece ser una discontinuidad abierta o parcialmente abiertaen el testigo,realmente puede haber estado cerrada "in situ", en el caso de que no se hayan recuperado materia-les ms blandos de relleno, o si se ha producidoalgn material procedente de desgaste o de meteo-rizacin durante la operacin de perforacin.Se pueden utilizar cmaras de TV o periscopios con buenosresultados, para distinguir las ca-ractersticas mencionadas de discontinuidad abierta o cerrada,aunque las aperturas de las juntasms delgadas no se pueden medir consuficiente precisin. Esto ltimo no tiene importancia en losmacizos rocosos muy permeables, ya que lo que interesa en estos casos son lasdiscontinuidadesabiertas.7.- RellenoEs poco probable recuperar en una cantidad apreciable losmateriales ms blandos de relle-no, a menos que se utilice un mtodo de testificacin continuo, o que se utilice unequipo de perfo-racin de mucha calidad, (ej.: doble o triple tubo de testificacin, tubos interiores yflujo de aguacontrolado). Seguramente, slo se vern trazas de arcilla en las paredes de una discontinuidadtesti-ficada por un mtodo convencional. El material de relleno debe ser descritocon claridad, referenteal espesor, mineraloga y resistencia.Donde la recuperacin del testigo es menor del 100 por cien y se sospeche que se han perdidocantidades de material de relleno significativas, se realizarn intentos para estimar el espesor, situaciny orientacin de las zonas presumiblemente rellenas. Los registros del perforador pueden ser de granvalor; en estos registros se hacen constar datos como velocidad de avance, prdidas de agua, tipode residuos de roca extrados por el fluidode perforacin y color de dicho fluido.15BLas incertidumbres que rodean al parmetro "relleno" y su gran importancia en los casosdonde aparecen deformaciones, filtraciones de agua, etc, justifican la utilizacin de sistemas especia-les de recuperacin y tcnicas visuales en el agujero.8.- Circulacin de agua.Las observaciones realizadas sobre el testigo, pueden proporcionar informacin indirectade los niveles de infiltracin de agua. El hierro teido de un color pardo-rojizo . normal-mente, indica la zona del macizo rocoso que est situada sobre el nivel hidrosttico medio. Tambinse puede producir una oxidacin en las paredes de una discontinuidad situada debajo del nivelhidrosttico, pero con poca frecuencia. Normalmente, el hierro teido con ms intensidad apareceen las zonas donde existe una variacin del nivel hidrosttico.Pos supuesto, los agujeros de los sondeos proporcionan el medio de averiguar los niveles fre-ticos directamente, utilizando unos instrumentos con contactos elctricos que se bajan al interiordel agujero. Adems,en los registros de los perforadores se puede encontrar informacin adicionalde la situacin de los niveles hidrostticos. Tambin se pueden inspeccionar las paredes de los son-deos utilizando periscpios y cmaras de TV para ver los horizontes de filtracin de agua.Existen varios mtodos para estimar la permeabilidad del macizo rocoso, que han sido descri-tos anteriormente.9.- Nmero de familias.La cantidad de informacin que se puede obtener del testigo y de la observacin del aguje-ro del sondeo, depende de la orientacin de los sondeos respecto a las familias existentes y de sulongitud relativa respecto al espaciado de las juntas.La observacin de los testigos es ms fcil si se realizan una serie de sondeos que intersectena las diferentes familias con ngulos diferentes. Hay que realizar, por lo menos, dos sondeos no pa-ralelos, para obtener datos fiables.El nmero de familias observadas en superficie probablemente es mayor que el observadoen profundidad. Al comparar las observaciones superficiales con las realizadas en un tnel, se havisto que la afirmacin anterior no slo es debida a las limitaciones del sondeo.10.- Tamao de los bloques.El trmino "tamao del bloque" es una descripcin compleja del macizo rocoso, que com-prende el espaciado , nmero de familias, tamao y orientacin de las discontinuidades.Para estimar con rapidez el tamao aproximado de los bloques de las observaciones del testigo,se selecciona a simple vista una serie de trozos caractersticos de testigos y se toma el promedio desus dimensiones. Se puede estimar de esta manera cada unidad de roca o dominio. Si se realiza elsondeo de forma que ste intersecte a todas las familias presentes de discontinuidades (como, porejemplo, un sondeo diagonal en el caso de un sistema cbico de juntas), entonces el "ndice detamao del bloque", (lb ), se puede obtener en primera aproximacin por el mtodo descrito. Esbastante til disponer de un registro que muestre , junto a la descripcin del testigo, la variacindel ndice I..Para anotar todos los datos descritos anteriormente , no existe un formato normalizado, yaque los datos de inters varan de un proyecto a otro y, por consiguiente , hay una serie de datosque no presentan inters, dependiendo de cada proyecto. En la Tabla 13 se presenta un modeloderegistro muy interesante.Los datos de los sondeos pueden representarse en unos modelos de registroque estn dividi-dos en una serie de columnas , en las cuales se presentan los siguientes factores :dimetro de labatera; dimetro de la tubera; prdida de agua durante laperforacin; profundidad en metros;159TABLA 13IMPRESO DE REG ISTRO DE SONDEOSSONDISTAxSONDEO NSIST. PERF. YONGULo DIREC3Z HOJA DENIVEL FREAT. EMPIEZA TERMINASUPERFICIE FECI-IAYFIORA HORA HORAPROFUNDIDAD D______ _________LA TUBERIAC A FECHA_______ESTRUCTURA_______-DESCRIP- METEORI-. FRACTURAC.BUZAMIENTO EN GRADOS- u ClONZACION N/30cm. - ________ _________- RQDJUNTAS Ol--.-------o_________1 2 3 4 5A A.B 8 8C C CD D D.AESP. TIPO 20 60smbolos grficos; RQD, recuperacin, tanto por ciento; descripcin; meteorizacin; fracturacin;buzamiento en grados de las juntas; rugosidad; relleno, especificando el espesor y tipo de relleno.Encabezando la hoja del registro de sondeo, tambin se har constar otra serie de datos que iden-tificarn el sondeo, y que caracterizan el tipo de operacin, como son: sondista; sistema de perfo-racin; ngulo con la horizontal; direccin; coordenadas x y z; nivel fretico; fecha y hora; pro-fundidad de la tubera y nmero del sondeo.11.-- Almacenamiento del testigo.Habiendo gastado gran cantidad de dinero en la perforacin con diamente, para recuperartestigos de alta calidad, se debe tener cuidado de que se almacenen los testigos en forma tal queestn protegidos de la influencia de los factores atmosfricos o de personas ajenas , y tambin de for-ma que sea posible acceder a un determinado testigo sin gran esfuerzo fsico. Dejar el testigo sinalmacenar para su inspeccin es razonable durante la operacin de perforacin, pero no se debehacer por un perodo ms largo.Por ltimo, hay que hacer mencin de la utilizacin de la geofsica cuando se va desarrollan-do una red de sondeos. En este caso, las tcnicas de exploracin geofsica se pueden extendermucho. Muchas tcnicas desarrolladas por la industria petrolfera se pueden utilizar ahora en la inge-niera civil y aplicaciones mineras. Se pueden realizar medidas ssmicas en los sondeos y, correla-cionando las medidas de diferentes sondeos, se puede obtener una informacin muy til de las ca-ractersticas locales del macizo rocoso.6.2.3. Mtodos geofsicos.Debido al alto costo de la exploracin del subsuelo mediante perforacin con diamanteo excavando trincheras o pozos de reconocimiento, el emplazamiento de una excavacin subterr-nea pocas veces se investiga tan completamente como sera de desear.Los mtodos geofsicos se pueden utilizar para obtener una interpretacin inicial de lazona ensu conjunto, que puede ayudar a los tcnicos en la optimizacin del programa de exploracinde la zona.Mossman y Heim han recopilado una serie de tcnicas geofsicas que son aplicables a excava-ciones subterrneas (vase Tabla 14).Los mtodos geofsicos que comprenden el uso de gravmetros, magnetmetros y resistividadelctrica, pueden utilizarse para obtener estimaciones de las propiedades de las rocas tales como laporosidad y densidad; sin embargo, estos mtodos dan una informacin relativamente pequeade las caractersticas estructurales del macizo rocoso y, a veces, puede ser muy difcil interpretarlos resultados.Los mtodos ssmicos no dan resultados satisfactorios en todas las zonas y son los ms carosde entre los mtodos geofsicos. Por otro lado, cuando las condiciones geolgicas son adecuadas,los mtodos ssmicos pueden dar una buena informacin acerca de la disposicin estructural y con-figuracin de los estratos rocosos y sobre la situacin de las discontinuidades geolgicasmayores, ta-les como fallas.La interpretacin de las medidas geofsicas y ssmicas es un proceso complejo y se requieremucha experiencia prctica por parte del tcnico antes de que los resultados puedan tomarse consuficiente confianza. Por esta razn, cuando sea posible, conviene contratar a un especialista.7. Representacin grfica de la informacin geolgica.Los mapas producidos como resultado de los estudiosgeolgicos regionales descritos anterior-161TABLA 14TECNICAS DE EXPLORACION GEOFISICA PARA EXCAVACIONES SUBTERRANEASMETODO P R 1 N c i i oZONA GEOLOGICA DE UTILIZACIONAPLICACIONES LIMITACIONESCOSTOMide la densidad totalde las rocas. Cualquiera. Profundidad efectiva en Medidas de cambios late- No proporciona me-Medidas enio'8 gals. Precisinexceso 1000 m. La inlensidad de la rales de tipos de rocas. didas directas de la i x io-'7 gais.seltal decrece con el cuadrado de la Situacin, de cavidades geometra de las ro-profundidad. subterrneas. cas.La coberturaes esfrica alrededorGRAVIMETRICOde un punto.IntermedioMide las intensidades magnticastota. Cualquiera,pero principalmente gnea.Detecta la presencia de No proporciona me-tes en gammas para uncampo totalLa profundidad no es selectiva, pero lacuerpos metlicos locales didas directas de lade 1 gamma, 2,5 - 10gammas pa- intensidadde campo decrece con elEs til para detectar fa. geometra de las ro-ra el campo vertical y 10 gammas cuadradode la distancia desde lalbs e intrusiones gneas cas.MAGNETOME-para el campo horizontal. Lacobertu- situacindel observador,de menor imporancia,ra es puntual, mide lasintensidadesBajointermedioTRICOde campo.Medidas de la conductividad elctri-Cualquiera, pero principalmente paraExploracin de masas mi- Resultados a menu-ca relativa de las 'rocas enohmiosevaluacin de recubrimientos y altu- nerales,localizacin de do ambiguos,REGRESIVIDADdesde 3 x l9 ohzns. Coberturaras piezomtricas. Profundidad efec-acuferos, depsitos deELECTRICAlineal en distancias cortas.tiva 1000 m.grava y perfiles de lechosrocosos.intermedioMide la amplitud y el ngulo deAplicacin testricti-ELECTROMAG.fase del campo electromagntico. Co-va. Resultados am-bertura puntual.bNETICOSCualquieraLocalizacin de acuferosguos.Bajo aintermedioTABLA 14 (CONTINUACION)ZONA GEOLOGICA DEM E T O DO PRINCIPIo APLICACIONESLIMITACIONES COSTOUTILIZA C IONRADIOMETRICO Medidas dereadicin de rayos CualquieraProspeccin de mineral radiac. Solo mide manifestaciones Bajo(ESCINTILO-'y,2,5 x102miliroentgensftivo. superficiales . A menudohora, a unas 4000 Iecturas/seqse utiliza en sondeos.M ETRO)Cobertura puntual.Mide los tiempos de trnsito Rocas gneas, metamrficas o sedi. Medida de la profundidaddelSe requiere una calibracin Alto, pero cubreREFRACCION de la energa inducida con expIo. mentarjas. Profundidad efectiva de lecho rocoso. Determinacindede la velocidad para deter. una zonaampliasivos, vibraciones en I0 segun. O a 200 m. las velocidades de lasondasminaciones profundas, NoSISMICAdos. Presin 2 x seg Para profundidades mayores se nc s y P en la zona derefraccin,da buenos resultados en lO a 10 m. cesita una gran extensin hori. para obtencin de laspropie.taludes inclinados. No esLa cobertura es lineal para cual. zontal de la operacin. dades de las rocas. Configurarentable para pequenosquier espaciado horizontal desea. cin y continuidad delas sutrabajos.do. perficies rocosas.REFLEXIONMide los tiempos de trnsito de Principalmente rocas sedimentarias. Mide la profundidad yconti- Se requiere una calibracin Altola energa inducida de varias fuen. Profundidad efectiva 200 m nuidad de los estratos rocosos. de la velocidad para deter.SISMICAtes en i- segundos. Presin hasta profundidad ilimitada. Localizadiscontinuidades tales minar la profundidad. 2 x 10 seg. = a 8 m decre.como fallas. Proporciona datosciendo con la profundidad. Co.sobre las condiciones de estra.bertura lIneal para cualquier espa.tificacin.ciado horizontal deseado.-aO)________________________________ ________(')mente , normalmente se presentan a una escala entre 1 : 100.000 y 1 : 10.000 . Para proporcionarinformacin ms detallada necesaria para el diseo de una excavacin subterrnea hay que realizar ma-pas y planos a una escala de alrededor de 1 : 1000 o incluso 1 : 100. Adems, el tipo de informacinincluida en tales planos y los registros y notas que le acompaan deben ser tales que se pueda rea-lizar una clasificacin del macizo rocoso.Normalmente , las medidas de campo se tienen anotadas en un cuaderno de campo o bienregistradas en una grabadora , que es un excelente medio de recopilacin de notas de campo. Esimportante que esta informacin sea transferida a mapas , planos , etc, a intervalos de tienipo regu-lares , preferiblemente cada da . Esto asegura la deteccin de anomalas aparentes mientras que elacceso al a floramiento todava sea fcil y as se pueda eliminar la informacin errnea que (le otraforma podra ser peligrosamente transferida a una fase ulterior del proyecto.Es fundamental que los datos anotados en los mapas sean inteligibles para los ingenierosque trabajen en otros aspectos del proyecto.7.1. Presentacin de los resultados.A) Orientacin.1.- El mtodo ms sencillo de presentacin de los datos es la utilizacin de smbolos derumbo y buzamiento colocados en su adecuada situacin sobre el plano geolgico de la zona. 1=1nico problema que presenta este mtodo es la limitacin de espacio sobre el plano geolgico pa-ra representar muchas discontinuidades.Se utilizan diferentes smbolos para completar la informacin , por ejemploItjuntasItestratificacin\--foliacinTambin se dibujan en el plano geolgico los a floramientos de las mayores discontinuidades.Por ejemplo , se pueden utilizar lneas gru esas continuas para representar las discontinuidadespersistentes que son visibles y lneas gruesas discontinuas para discontinuidades supuestamentepersistentes pero que estn cubiertas localmente.2.- Bloques-diagramaEn este mtodo se presentan diseos en perspectiva de la zona en estudio . Es interesantecuando se quiere ver una relacin entre la estructura de la labor de ingeniera y la estructura rocosa.(Vase Figura 83). En estos diagramas tambin se puede dibujar un elipsoide que da los vectoresde las tensiones principales , que ayuda a la orientacin ptima de la estructura.SO (a) (b)FIG. 83164De esta forma se pueden representar muchos tipos de estructura, por ejemplo, emboquilladode tneles, taludes rocosos, etc.En la Figura 83 (b), los vrtices excavados dan una impresin visual de la estructura rocosa.Los juegos de juntas se numeran y se orienta el bloque respecto al norte verdadero.3.- Rosetas de juntasEn este mtodo se presentan un gran nmero de medidas de orientacin de una formams cuantitativa que en el mtodo anterior (Vase Figura 84).Las medidas se representan en un crculo graduado de 0 a 360 mediante lneas radiales,con intervalos de 10. El nmero de observaciones se representan a lo largo de los radios utilizandocrculos concntricos que representan 5, 10, 15 observaciones, o las que sean necesarias. El inter-valo de las observaciones del buzamiento, no puede representarse en el interior de la roseta, por lotanto, se coloca exteriormente al crculo.En general, las medidas de rumbos, o direccin de buzamientos de las discontinuidades subho-rizontales no tienen mucha precisin y, por lo tanto, no se representan en este diagrama.4.- Proyeccin esfrica.Hay diversos tipos de proyec-cin esfrica; la ms usual es la "pro-yeccin esfrica equiareal". La dis-tribucin espacial de los datos se ha- .';ce sobre la red de Lambert o de rtSchmidt. La red de Wulf se utilizaen el caso de que la proyeccinconserve los ngulos (proyeccin con-forme). = -Fw-., i- Proyeccin equiareal.-90Un punto A de la superficie de la zeesfera se proyecta hasta B, siguiendo >iun arco de circunferencia de radio OAy centro O, siendo O el punto decontacto entre la esfera y una su-horizontal sobre la que la es-perficiefera est apoyada (Vase Figura85). Repitiendo este proceso para un 3Snmero de puntos definidos por laFIG. 84interseccin de paralelos y meridianos,con el mismo espaciado sobre la superficie de la esfera, se obtiene una red equiareal. Esta red tieneun dimetro mayor que el de la esfera, y para que el dimetro de la red sea igual que el de la esfera,el radio de cada punto de la red se reduce mediante el coeficiente 1 kJZEuirFIG. 85 FIG. 86cU'.1165- Proyeccin conformeLa proyeccin conforme (conserva los ngulos ), se obtiene de la siguiente forma : La proyec-cin C de un punto A de la superficiede la esfera se define mediante la interseccin de la recta ZAcon el plano horizontal que pasa por el centro de la esfera , siendo Z el znit de la esfera. (VaseFigura 86).Aunque se utilizan ambas proyecciones para el anlisis de datos geolgicos estructurales. engeneral , se prefiere la proyeccin esfrica equiareal , ya que la red est dividida en unidades de igualrea y esto permite la interpretacin estadstica de los datos estructurales.Hay que hacer notar que una vez decidida la proyeccin que se va a utilizar , hay que continu;n-con la misma representacin a lo largo del anlisis en cuestin.-- Proyeccin stereogrfica de un plano y su polo.Un plano de discontinuidad a/p tiene una representacin nica por medio de un crculomximo o tambin mediante un polo en una semiesfera de referencia cuando el centro de la esferaest situado sobre el plano de discontinuidad . Se utiliza como referencia el hemisferio inferior.(Vase Figura 87).Los datos anteriores se proyectan sobre una red equiareal para tener una representacinbidimensional de las discontinuidades.N360JJ 0N DISCONTINUIDAD - D30 seLWW 270 90 E30\\ \ \ 1 2,40 60 120\l 1 210 150180(uJ 5FIG. 87El polo P de la discontinuidad D es el punto de interseccin de la normal al plano con el he-misferio inferior . El polo se traza en una red equiareal polar , llevando el buzamientoQdesde el cen-tro de la red hacia la periferia sobre la lnea que define el rumbo . Los ngulos se miden en elsentido de las agujas del reloj.Para trazar el plano como un crculo mximo en una red ecuatorial equiareal , el rumbo (a +90)se encuentra desde el norte sobre la periferia en el sentido de las agujas del reloj , utilizando un pa-pel transparente superpuesto en el que se marca el N, que se puede girar sobre el centro de la circun-ferencia . El buzamiento se traza medido desde la periferia hacia el.centro.Para determinar la densidad de polos , se pueden trazar lneas de igual nmero de polos sobrela red de Schmidt . (Vase Figura 88).B) Tamao de las discontinuidades.A la hora de registrar en el plano geolgico el tamao de las discontinuidades , es bastante166o t360 W270';FALLA :t`.90ElaoFIG. 88til anotar el tipo de terminacin. Las discontinuidades que se extienden fuera del afloramiento(x) deben distinguirse de aqullas que visiblemente terminan en roca en el afloramiento (r) y deaqullas que terminan contra otras discontinuidades (d).Una familia de discontinuidades con un gran nmero de terminaciones ( x) es ms continuaque otra que tenga muchas terminaciones (d). Una familia de discontinuidades de pequeo tamaotendr muchas terminaciones (r). Por lo tanto, a la hora de registrar las discontinuidades en elplano geolgico, se hace constar un nmero que es la longitud en metros de la discontinuidad,seguido de las letras x, r, d. Por ejemplo, 8 (dx) es una discontinuidad de 8 metros de longitudcon una terminacin contra otra discontinuidad y la otra terminacin invisible, porque se extiendems all del afloramiento. Todos estos datos tambin se anotan en los bloques diagramas o en lasfotografas.Donde los afloramientos tienen dimensiones adecuadas, se dibujan histogramasde frecuenciacon las longitudes de las trazas de los planos de las discontinuidades para cada familia.Los datos de las terminaciones que se han anotado en cada discontinuidad, se presentan enforma de un ndice de terminacin Tr,para el macizo rocoso en su conjunto o para determinadosdominios elegidos previamente.Se define T, como el porcentaje de las terminaciones de las discontinuidades que acaban enroca (Er) en relacin al nmero total de terminaciones (Er +Ed +Ex). Como cada traza tiene dosterminaciones, hay que multiplicar por dos el nmero total de discontinuidades observadas paratener el nmero total de terminaciones.T(E r) x 100%` 2 x (nm. de discontinuidades observadas)C) Rugosidad.a) Perfiles linealesSe trazan las lecturas (x) e (y) a la misma escala. Los perfiles que representan la rugosidadmxima, mnima y media se dibujan en la misma pgina para hacer ms fcil la comparacin. En 'lasgrficas se debe incluir una escala. Adems, hay que presentar, con los perfiles, fotografas de lassuperficies pertinentes que muestran la rugosidad mxima, mnima y media.b) Brjula y clinmetro de discoLas medidas de campo del buzamiento y direccin de buzamiento obtenidas con los dife-167rentes dimetros de discos, se trazan como polos en una red equiareal para cada disco. Esto se puedecombinar y presentar en una sla red.D) Aperturaa) Se utilizan los siguientes trminos para describir las aperturas :APERTURA DESCRIPCION l0 mm Ancha---------------------------1 - 10 cm Muy anchalo- 100 cm Extremadamente ancha Aspecto "abierto-> 1 m Cavernosab) En cada familia de discontinuidades se anotan las aperturas medias (las ms frecuentes)c) Las discontinuidades individuales que tienen aperturas notablemente ms anchas ograndes que el valor medio, se deben describir con precisin, junto con los datos deorientacin y situacin.d) Tambin hay que adjuntar fotografas de las aperturas extremadamente amplias o ca-vernosas.E) EspaciadoA continuacin se presenta en la Figura 89 un ejemplo de histograma en el que se ve la dis-tribucin del espaciado.F) MeteorizacinSe anotan los grados de meteorizacin reconocibles del macizo rocoso en croquis simplifi-cados y en secciones verticales, con una explicacin suficientemente clara de los grados de meteori-zacin : 1, 11, III, etc.El grado de meteorizacin del material rocoso de las discontinuidades individuales o de fa-milias especficas de discontinuidades, se describe del siguiente modo, por ejemplo : "familia dejuntas nm. 1; mayora de paredes moderadamente descoloridas, aproximadamente 20 por cientoinalteradas".G) RellenoSe presentan los siguientes resultadosa) Geometra - espesor168IO9a.6O tC3 =t 1,2 200 ...................................Muy alta60 < a, < 200 ............................alta20 < aAl alcanzar la resistencia mxima se presentan dos comportamientos distintos del pilar segn eltipo de techo. (ver Figura 92).fmox---H fmax------d XGELS aaCOb0C p(a) FIG. 92(b)Las rectas AE y AG representan la rigidez del techo o muro para un determinado pilar.En la Figura 92 a, al aumentar la deformacin desde el punto C, correspondiente a la resis-tencia mxima del pilar, al punto D, la mina libera una energa dada por el rea ACDH y el pilarslo puede absorber la energa equivalente al rea ACDJ. Por consiguiente queda un excesode energa equivalente al rea AJH. Esta energa provocar una rotura explosiva del pilar.En la Figura 92 b el techo libera menos energa de la que puede absorber el pilar y la si-tuacin es estable. De esta forma, la resistencia del pilar va disminuyendo, pero controladamen-te, producindose, en todo caso, algunos desprendimientos en los paramentos.La rigidez local del techo es variable con el tiempo, por lo cual un pilar que en un determinadomomento est en una situacin estable, puede alcanzar un estado inestable despus de ciertotiempo.El hecho de que el comportamiento sea frgil o dctil depende de la rigidez relativa de laroca que soporta la carga y del sistema de aplicacin de la carga; as, en los ensayos de laborato-rio, la probabilidad de rotura frgil se reduce utilizando prensas rgidas.El conocimiento de las curvas completas tensin- deformacin de las rocas y macizosroco-sos frgiles, es fundamental paraanalizar el comportamiento de los pilaresde roca sometidos aaltas tensiones en las excavaciones subterrneas.En los ensayos a compresin simple y en los triaxiales con presiones de confinamiento,a3, pequeas, se podr observar una cada muy rpida de la . resistencia de la roca en el mo-mento de sobrepasar la resistencia mxima, si la prensa es suficientemente rgida.La fragilidad de la roca viene definida por la pendiente de la curva tensin-deformacina partir del punto de resistencia mxima. Por consiguiente, la fragilidad viene dada por:aM - aReMdonde:- elal = resistencia mximaaR = resistencia residualeR y el son las respectivas deformaciones.En los ensayos efectuados en laboratorio, se ha encontrado que la fragilidad disminuye1761al aumentar la presin de confinamiento 03.Por otra parte , la fragilidad disminuye al aumentar la temperatura. A continuacin se presentaen la Figura 93, las curvas de tensin-deformacin de una serie de ensayos triaxiales realizados porVonrKarmansobre mrmol de Carrara . tr - 31 VJ VT- V3^.OMPORTAMIENTO COMPORTAMIENTO COMPORTAMIENTO COMPORTAMIENTOFRGIL DUCTIL CONDUCTIL SINDUCTIL CONREBLANDECIMIENTO REBLANDECIMIENTOENDURECIMIENTOs.G 23,5MPFIG. 93Q;= 50 MR7,=326MP1.3. Velocidad de cargaLa resistencia de las rocas es una propiedadque depende del tiempo . Considerando estefactor, por una parte se tiene que la magnitudde la tensin que ocasiona larotura, desciende expo-nencialmente a un valor lmite cuando eltiempo tiende a infinito . Por otra parte est la capacidadde la roca de soportar una tensin mayor perodurante un corto espacio de tiempo , siendoste, porejemplo , el tiempo de paso de la onda detensin producida por una voladura . Al realizaren el la-boratorio el ensayo de compresin simple,normalmente no se est en ninguna de estas dos situacio-nes lmite , sino en una intermedia.El ensayo se realiza aplicando la carga sobre la muestrade una forma progresiva , partiendo decero ; estudiando una serie de ensayos llevados a cabocon distintas velocidades de aplicacin de lacarga , se observan distintos valores para la resistencia dela roca . De esto se desprende que es nece-sario normalizar el proceso , lo cual se puede conseguirnormalizando o bien la velocidad de cargao la velocidad de deformacin . En un material elstico , ambasvelocidades son iguales, pero parala mayora de las rocas esta propiedad no se cumple.En una se rie de ensayos llevados a cabo en granito de Westerley ,se ha recogido la informa-cin referente a la. in fl uencia de la velocidad de carga sobre laresistencia a la compresin triaxialde la roca y se ha llegado a la conclusin de que laresistencia puede descender hasta un 50 porciento disminuyendo la velocidad de carga en 4 rdenes de magnitud. Engeneral , al ser ms rpi-da la aplicacin de la carga , la muestra de roca ensayada ser ms resistente.Normalmente lasvelocidades de aplicacin de las cargas que aparecen en minas subterrneas noalcanzan el lmitea partir del cual habra que tener en cuenta los efectos producidos por dichasvelocidades.El hecho de que se produzca una disminucin de laresistencia de la roca al disminuir la ve-locidad de aplicacin de la carga , se explica segn Manrique (74)mediante la teora de la micro-fisuracin de Mc Clintock y Walsh. (33).Al disminuir la velocidad de ap li cacin de la carga, tambin disminuyela velocidad de desliza-miento de las superficies de las microfisuras yacerradas, con lo cual aumenta su resistencia a lafriccin y como consecuencia de ello, aumenta laconcentracin de tensiones en los extremosde las microfisuras . De este modo la propagacinde las microfisuras es ms rpida, haciendo quelaresistencia de la roca sea menor.177Tambin puede observarse que la variacin de la resistencia a la friccin se hace ms acusadacuando aumentan las tensiones normales o laterales.A continuacin se presentan,en la Figura 94 , las curvas tensin-deformacin obtenidas porBieniawski sobre arenisca de grano fino para distintas velocidades de aplicacin de la carga.1251005 AOS7S--1 AO1 MESSOQ1DIA25---1 HORA10MINUTOS05 10 15 20OEFORMAGON AXIAL x 103TENSIONES-DEFORMACIONES EN ARENISCASPARA DISTINTAS VELOCIDADES CONSTANTES DE DEFORMACIONFIG. 941.4. AnisotropaLos materiales isotrpicos son aquellos cuyas propiedades fsicas no varan respecto a la direc-cin considerada para su medida.La anisotropa de las rocas puede considerarse tanto desde el punto de vista de la textura comode la deformacin y la resistencia.1.4.1. Anisotropa texturalEn cuanto a la textura, la isotropa perfecta de la roca aparece en muy raras ocasiones, ya quepara que esto suceda, los cristales y las fisuras de la roca deben estar distribuidos de una forma alea-toria.Las anisotropas texturales pueden tener un origen en el proceso de sedimentacin, consisten-te en la deposicin de capas sucesivas. Otra causa de anisotropa textura son las deformaciones queproducen una orientacin de los granos minerales segn los planos de esquistosidad.Desde el punto de vista mecnico, la anisotropa ms importante es la producida por la fisu-racin. Al aumentar la tensin de confinamiento, el cierre de las fisuras hace que este tipo de aniso-tropa sea menos importante.1.4.2. Anisotropa de resistenciaLa distribucin no aleatoria de las fisuras produce una anisotropa de resistencia en las rocasde comportamiento frgil.178La anisotropa de resistencia se determina mediante ensayos a traccin , ya que la resistenciaa la traccin es mxima cuando sta se ejerce paralelamente a los planos de fisuracin y mnimacuando se ejerce perpendicularmente a dichos planos.La vari acin de la re sistencia a compresin simple puede estudiarse por medio de ensayos reali- !zados con probletas talladas con orientaciones diferentes respecto de los ejes de anisotropa.En los esquistos que slo tienen una direccin de esquistosidad , la orientacin de la probetaviene determinada por el nguloaque forma la normal a la direccin de la tensin de compresinmxima con el plano de esquistosidad. Cuando el nguloaes menor de 30 se produce una ro-tura frgil ; cuando 0 es mayor de 30, hasta 90 , se produce una rotura por cizallamiento segn losplanos de esquistosidad.La resistencia a compresin simple es muy distinta dependiendo del tipo de rotura que seproduce.En los ensayos triaxiales , al aumentar la presin de confinamiento, aumenta la resistencia alcizallamiento segn los planos de esquistosidad y aumenta la resistencia a rotura frgil , aunque si-guen apareciendo ambos tipos de rotura.Jaeger (34) ha determinado las condiciones bajo las cuales se QIproduce el deslizamiento a lo largo de la discontinuidad AB, pa-la situacin que se presenta en la Figura 95.raSi la discontinuidad - tiene una resistencia alcorte dada por:T=C+atg (1) /donde:C es la cohesin de la superficie'jes el ngulo de friccin; Ael deslizamiento tendr lugar cuando:2 (C +03 t90)(2)-- -alZa3+(1 -tg 95 tg /3)sen2/3Cuando la desigualdad (2) no se cumple para determinadosQivalores de C, 0, a3 y 3, en estos casos no puede existir desliza-miento a lo largo de la discontinuidad y la nica alternativa esFIG. 95la rotura de la roca , independientemente de la discontinuidad.En la Figura 96 se puede ver grfi-camente los mrgenes del ngulo 3 paralos que se produce la rotura por desli-zamiento sobre la discontinuidad . ROTURA PORMATERIALSe ha comprobado experimental-mente que la relacin (2) slo es vlidaROTURA POR DESLIZA-parapara los casos en que la discontinuidad MIENTO SOBRE LAest bien definida en una muestra de ro-`DISCONTINUIDADcas; sin embargo , dicha relacin no esvlida para rocas cuya anisotropa esuna caracterstica propia del material ,030 60 sotal como en el caso de las pizarras.FIG. 96179A continuacin se va a estudiar el caso de dos discontinuidades y su efecto sobre la resistenciade la roca (ver Figura 97).En la Figura 98 se representa , en coordenadas polares, la variacin de la resistencia al de laprobeta en funcin del ngulo 0 de la discontinuidad AB con la vertical.La variacin de la resistencia al debida a la discontinuidad CD viene representada por la lineadiscontnua en el diagrama al, en la misma figura.VQjdXA DFIG.97FIG.98Esta curva es idntica a la representada para la discontinuidad AB, pero girada un nguloa, que es el ngulo que forman las dos discontinuidades , medido en el mismo sentido que el n-gulo a.La resistencia de una probeta que contiene varias familias de discontinuidades viene definida,segn Bray (35), por la envolvente de menor resistencia a las curvas de resistencia individuales.Para ilustrar la influencia de varias familias de discontinuidades idnticas sobre la resisten-cia de la probeta, en la Figura 99, se presentan las curvas de resistencia obtenidas sobre ensayosen pizarra.De esta figura se deduce que al ir aumentando el nmero de discontinuidades en un macizorocoso, la resistencia del macizo rocoso tiende a ser cada vez ms isotrpica.180wAx xxt7 c b120 120 120 510030100 //-44/ ' /80\\\ /i 2080803030b 60b60 601020560QLa anisotropa de resistencia tambin puede estudiarse medianteensayos en los que las cargasde compresin se aplican en diversas direcciones, normalmente a 00, 15, 30,450, 600, 750 y90, respecto a los planos de discontinuidad. Los resultados de estosestudios se pueden concre-tar en los siguientes puntos:1. Las rocas muestran la mxima resistencia a la compresin en direccin perpendicular a ladiscontinuidad.2. Los valores mnimos de la resistencia a la compresin suelen producirse para las cargas cuyosngulos0 varan entre 300 y 450 respecto a los planos de discontinuidad.La anisotropa de las rocas estratificadas sometidas a cargas de compresin, se puede clasificarsegn la relacin a,mdx . /que es el llamado coeficiente de anisotropa, siendo a, la re-sistencia a compresin simple de la muestra.COEFICIENTE DE ANISOTROPIACLASE DE ANISOTROPIAk = 1,2 Casi isotrpica1,2 < k < 2 Anisotropa pequea2 < k < 4 Anisotropa moderada4 < k < 6 Anisotropa altak > 6 Anisotropa muy alta1.5 Influencia del tamao y forma sobre la resistencia . Efecto de escalaI.S.1. IntroduccinLa prediccin de la resistencia de los pilares de una mina a partir de ensayos llevados a cabo en.laboratorio sobre probetas del mismo material que el pilar, es un tema que ha sido tratado durantevarios aos por muchos investigadores, sin haberse conseguido unos resultados definitivos.No obstante, estas investigaciones han llegado a algunas conclusiones importantes, tal comoel hecho de que la resistencia a compresin aumenta cuando decrece la relacin altura/anchura delpilar, disminuye cuando aumenta su volumen y es mayor cuando aumenta el confinamiento del pilar.Sin embargo, no se han alcanzado unos criterios sobre la forma de pasar de los resultados de los en-sayos en laboratorio a una estimacin de la resistencia del pilar. As, se han ido desarrollando alo largo del tiempo una serie de teoras, de las que a continuacin se hace un resumen.Salamon y Munro propusieron la siguiente frmula, basndose en la experiencia minera.a,= k w4 - ha (3)donde:o, es la resistencia a compresin del pilarw es la longitud del lado de la baseh es la altura del pilark, a,Qson constantes182Baushinger obtuvo la siguiente relacin:a = 0,778 + 0,222w(4)Ocudonde:Oc es la resistencia a la compresin simple del prisma W hu,,, es la resistencia a compresin simple del cubo W = hW es la dimensin lateral mnimah es la altura del prisma.Partiendo de una serie de ensayos realizados sobre probetas cbicas, Millard ha llegado a lasiguiente relacin:Ocu=k2hd(5)En otras ecuaciones se relaciona la resistencia a compresin simple de las muestras con supeso. Tambin se han encontrado relaciones entre la resistencia a compresin uniaxial de una rocay el cociente entre el volumen de la probeta y el de otra de anchura unidad (Coates).En la Figura 100 se puede observar la influencia del tamao del testigo sobre su resistencia.1.3aIRb e1'2 SIMBOLOROCA ENSAYADA PORvNOLO MRMOL MOGIOo CALIZA KOIFMANIJ vGRANITO BURCHARTZ ET ALao BASALTO KOIFMAN oc oJ QC 5Q p18oLAVA DEO BASALTO - ANDESITA MELEKIDZEW1C50 doCABRO ILNICKAYA MRMOLILN!CKAYA2 NO GRANITO HOSKINS & HORINOj 'A CUARZO DIORITA PRATT T AL0.9-0NORITA BIENIAWSKI2 QQ DWzO.B i0, 750 100 150 200250CVAMETRO DE LAFIG. 100PROBETA EN mm183La curva ha sido obtenida de ensayos de compresin simple realizados sobre probetas de dife-rentes rocas, dividiendo los resultados obtenidos por la resistencia de una probeta de 50 mm dedimetro y del mismo material. De esta forma los datos presentados son adimensionales y, adems,se eliminan las diferencias debidas al contenido de humedad, forma de la probeta, velocidad de car-ga, etc.Cuanto mayor sea el tamao de grano de la roca que se va a ensayar, mayor debe ser el dime-tro de la probeta. En muchas investigaciones se ha llegado a la conclusin de que el tamao de lasroturas internas definidas por Griffith en el mecanismo de fractura es del mismo orden que el ta-mao de grano del material. Teniendo en cuenta esta suposicin, se aconseja que la relacin entrelos dimetros de la muestra a ensayar y el tamao de grano sea como mnimo 1011 e, incluso,2011.A continuacin, se indica la dependencia entre la resistencia a compresin simple y el tama-o de un pilar de una mina.El volumen V de un pilar de seccin cuadrada es:V= W2 h,siendo:W la lonfitud del lado de la base, y,h la altura del pilar.Sustituyendo V en la ecuacin propuesta por Salamon y Munro (1967) para estimar la re-sistencia de los pilares:ac =k W, ha, resulta:a =a - 2 Qdonde : 3k = (W/h) aV bb= a+(6)3Para W/h = 1, V. Se observa que la resistencia del pilar depende de su volumen, eskdecir, de su tamao.Los valores que hay que determinar en laboratorio son los de k, a y Q, as como el tamaoa partir del cual o, permanece constante. Para determinar dichos valores, hay que realizar ensa-yos para una serie de muestras comprendidas en un intervalo de tamao suficientemente amplio,por ejemplo, entre 50 mm y 0,9 m, ya que, en general, a partir de dicho tamao se considera quela resistencia de la probeta vara poco.En la Figura 101, se observa la influencia del volumen del pilar sobre su resistencia, segndiversos autores.Mediante estudios estadsticos, basados en la teora de la similitud, de los resultados de losensayos llevados a cabo en laboratorio e "in situ" y observaciones sobre pilares, J.A. Panek(1980) ha desarrollado una expresin para predecir la resistencia de los pilares de una mina, queconsidera la geometra de los mismos y las propiedades mecnicas de los materiales del pilar, deltecho y del piso. La interpretacin de los resultados obtenidos en los ensayos se realiza mediante unanlisis multivariable para evaluar por separado los efectos de las dimensiones y las propiedades delos materiales del pilar. La diversidad de resultados obtenidos por otros investigadores se debe enparte a que los datos obtenidos, que dependen de muchas variables, se han interpretado por proce-dimientos de anlisis para un solo factor simultneamente, lo que ha dado lugar casi siempre a184formaciones errneas. Por consiguiente, las ecuaciones anteriormente expuestas slo tienen unvalor histrico y no deben ser utilizadas en la prctica.\ l,6bI.LC 42080.6SALAMON Y MUNROutOPROMEDIOGREENWALD El ALBIEN/AWSKY0,11 HOLLANO Y GADDY0101 1 t0 100 1000 !0000 100000VOLUMEN DEL PILAR (pies)FIG. 1011.5.2. Modelo matemtico fundamentalEn todo este apartado se trata de aplicar los conceptos del anlisis dimensional de Lan-ghaar (37), o la teora de la similitud para obtener una relacin fundamental o un modelo matem-tico que exprese la resistencia de un pilar de una mina como funcin de sus parmetros estructura-les ms relevantes. Los ensayos sobre muestras de forma prismtica y sobre pequeos pilares se in-terpretan segn esta relacin funcional, que inicialmente se expresa de una forma simple, pudien-do ser modificada segn los datos procedentes de los ensayos. El mtodo es slo parcialmente em-prico porque en l se utilizan relaciones y resultados demostrables por el anlisis terico de ten-siones.La creacin de un pilar en una mina quitando el material que lo rodea, origina los siguientesfenmenos (ver Figura 102):X11 1..Efe... .'/i`f.uv .(Q) (b)FIG. 102 Un aumento de la carga total sobre el pilar que se distribuye uniformemente y de tal formaque la mayor concentracin de tensiones, al principio, tiene lugarsobre la zona perimetral. Una disminucin en la altura del pilar, que se produce uniformemente. Una expansin lateral del pilar que se produce tambin uniformemente, considerando las fuer-185zas de confinamiento a lo largo del techo y del piso.La distribucin de tensiones en los pilares es un problema complejo. Un estudio de los an-lisis realizados hasta la fecha , muestra que las distribuciones de tensiones y desplazamientos en elpilar dependen del mdulo de deformacin y de la distribucin de las tensiones de corte en la zonacargada , que puede ser funcin de los coeficientes de friccin y Psjf de la resistencia al corte y de-formabi lidad a lo largo de las superficies que delimitan el p ilar en el techo y muro.Es preciso establecer una dependencia directa entre los parmetros estructurados y la cargamxima en el pilar.Los parmetros utilizados son los siguientes:h, W, bdimensiones del pilar , altura , anchura (dimetro de un pilar cilndrico ), longitud W b).d,,d2,d3parmetros representativos de las distribuciones de frecuencia de los defectos en la capaminada (espaciado medio de la longitud de las juntas , fracturas , etc.) en las tres direccio-nes principales.E,E,, Er mdulos de elasticidad de la capa , techo y muro.vs, vr , vr coeficientes de Poisson del material de la capa , techo y muro.I5/r, s /r coeficientes de friccin entre la capa y el techo y entre la capa y el muro.p mxima resistencia a compresin del pilar.S tensin de compresin del pilarcorrespondiente a la resistencia mxima, definida porP/rea del pilar , que es un promediode las tensiones sobre la superficie del pilar , comn-mente llamada resistencia acompresin.k1, ci constantes.A continuacin se define una relacin funcional general segn unas relaciones adimensionalesindependientes formadas por los parmetros ante ri ores:S di W b ErErdids=fW h Eps/r .slr Yr . vr . vs ,d, ... (7)E,s 2 3Para dos sistemas (un modeloa escala reducida y un pilara escala real) que son similares, losargumentos de la funcin fldeben tener el mismo valor numricopara el modelo y para el pilar,ya que las dos estructurasson geomtricamente similares ,con anlogas distribuciones de car-ga.Finalmente se combinan las relaciones adimensionales en forma de una funcin explcita queexpresa las relaciones fsicas, segn se han medido en los ensayos reales, de la conducta estructural.La experiencia sugiere que la funcin tomar la forma de un producto en lugar de una suma defunciones de las relaciones adimensionales . Es decir , para todos los valores de S, la relacin multi-plicativa produce el mismo cambio relativo de la resistencia del p ilar debido a un cambio dado deW/h, en lugar de considerar dicho cambio en trminos absolutos . Una forma simple de esa funcines el producto de las potencias de las relaciones adimensionales , que ofre ce varias posibilidades, se-gn convenga , y puede utilizarse hasta que los resultados de los ensayos demuestren que existe otraforma mejor de la funcin que exprese dichas relaciones:S _ (d ` (W 1` 2 b1`aE ja(E `6 ` / 1 ` 8(_1)C 9( _L) `10a t 11 ... (g)Es_kO tw1h! 1w I 1 J 1 Es_).S(ps/r) s/r) 1 vr vr vs t d2rLos datos de los ensayos procedentes de distintas fuentes se utilizarn para calcular los valoresde los exponentes c,. En general , se espera que los exponentes alcancen un valor entre 0 y 1.1.5.3. Formas reducidas del modelo matemtico para anlisis de datosDebido a que se dispone de muy pocos datos donde se estudie el efecto de ms de dos variablestales como ih W W/h, la ecuacin debe reducirse a formas ms simples con objeto de analizar186los datos de que se dispone. Se obtienenlas formas simplificadas ms comunes suponiendoque todos los factores que no aparecen en las nuevas ecuaciones permanecen constantes y por lotanto su influencia sobre S se tiene en cuenta por medio de un cambio de valor de la constante KEn general, el valor de K refleja diferencias en las propiedades inherentes a los materiales ensayados,influencias de factores desconocidos o que no se han medido y las unidades de medida empleadas.1.5.4. Influencia del tamaoPara ver la influencia del tamao sobre la resistencia a compresin simple de la probeta, se rea-lizan una serie de ensayos con probetas de forma constante, es decir, li'/h constante, donde "W" esla anchura ae la probeta y "h" su altura.En primerlgar, se realizan los ensayos sobre probetas cbicas de lado h. Se somete a com-presin simple una serie de probetas cbicas de distintos tamaos, obtenidas de la mina en lasmismas condiciones y suponiendo que todos los ensayos se realizan con las mismas caractersticas(prensa, velocidad de carga, etc.). Del resultado de los ensayos se deduce que :CuC=KIW (9)En segundo lugar, se ensayan, en las mismas condiciones que en el caso anterior, una serie deprismas de base cuadrada y de distintos tamaos (la forma es constante, es decir, W/h = cte ' 1).As resulta:1 c1ac = K2(10)WLas ecuaciones (9) y (10) difieren solamente en la constante K La nica variable es el tamao.Por consiguiente (1/W)1 indica el efecto del tamao sobre la resistencia a compresin simple de laprobeta, a, Como la influencia del tamao es la misma en ambos casos, cualquier forma de probetase ver influenciada por el tamao segn (1/W)`1. Por consiguiente, al aumentar el tamao de laprobeta, disminuye su resistencia. Esto se explica debido a que la rotura se origina como re-sultado de una extensin progresiva de las microfisuras internas del material; al aumentar el tamaode la probeta, aumentan las probabilidades de que exista una microfisura de tamao y orientacincrticas que haga que se desarrolle la fisuracin con ms facilidad.1.5.5. Influencia de la forma- Ensayos sobre cilindros o prismas cuadrados con W constante:Si se ensayan en una prensa de laboratorio una serie de prismas de roca, todos de la mismaanchura pero de diferentes alturas, obtenidas en una determinada mina, se puede suponerque las pro-piedades mecnicas de la roca y de los discos de la prensa son las mismas en todos los ensayos. Laecuacin (8) se reduce a:/S=k31 h)c2 (11)S=Ka(111 (W )C2 (12)WhLa ecuacin ( 11) es la expresin ms simple de los ensayos : S es una funcin de la altura del pi-lar, que es el nico factor variable. No obstante, puede interesar analizar S en funcin de la relacinanchura/altura, ecuacin (12), que necesariamente contiene tambin (1/W)`l, identificadacomo el187efecto del tamao en las ecuaciones (9) y (10).- Ensayos sobre cilindros o prismas cuadrados, conficonstante:En este caso la ecuacin (8) se reduce a:S=K5 (W)2-d16 (13).S = K6(W)(14)hLa ecuacin (13) expresa los ensayos en la forma ms simple: S es una funcin de la anchuradel pilar, que es el nico factor variable. Tambin puede interesar demostrar la dependencia de Sde W/h, ecuacin (14).Se observa que el efecto del tamao se expresa necesariamente como funcin de W cuando la an-chura de la muestra es constante, ecuacin (12), y como funcin de h cuando la altura de la muestraes constante, ecuacin (14). Adems, la relacin W/h, en general tiene una mayor influencia sobreS en una serie de ensayos realizados con probetas de anchura constante, que en una serie de ensa-yos con probetas de altura constante, ya que C2 >c2-C1 . (Esto ha sido una fuente de confusinen la interpretacin de los datos de los ensayos). Para ciertos materiales o determinadas condicio-nes del ensayo, la influencia del tamao es despreciable, c1 se aproxima a cero, y la influencia deW/h sobre S es igual para ambos ensayos de anchura constante y altura constante. Inversamente,si los anlisis de los datos revelan poca diferencia entre los exponentes de W/h para ensayos de an-chura constante, comparados con los ensayos de altura constante, entonces se deduce que la in-fluencia del tamao es despreciable segn los datos de los ensayos, cualquiera que sea la raznpara ello.1.5.6. Consecuencias y conclusiones relativas al efecto del tamao y la formaDe los muchos parmetros que pueden utilizarse para especificar las dimensiones, tamao,forma y volumen de una probeta cilndrica o de un prisma de seccin cuadrada, slo dos son in-dependientes; para un prisma de seccin rectangular, se necesita un tercer parmetro indepen-diente. En lo expresado hasta ahora, la influencia de la altura del pilar sobre a, se expresa me-diante (1/h)`2, de tal forma que el coeficiente c2 puede ser denominado "efecto de la altura h"Anlogamente, la influencia de la anchura del pilar sobre a,_ se expresa mediante W` 2 -`1y el coe-ficiente c2 -c, se denomina efecto de anchura W . La influencia de la forma se expresa por.(W/h)12 cuando W es constante y por (W/h)12-`1 cuando h es constante; el exponente del efectode la forma no es constante. Finalmente, la influencia del tamao se expresa mediante (1/W)"cuando W/h es constante,(1/W)d1 cuando W es constante y (l/h)'1 cuando h es constante; aunquela influencia del tamao sobre a, no tiene una expresin constante, el exponente c, es siempre elmismo y se denomina "efecto del tamao".Las ecuaciones (12) y (14) pueden expresarse como:S= K7V2-el(l/h)`2(15)que es el producto del efecto de anchura por el efecto de altura. Esto quiere decir que cuando Sse expresa en la forma:S=KWa (1/h)P.el efecto del tamao desaparece , aunque el exponente del efecto del tamao es necesariamenteigual a188Una vez que se ha elegido la forma de la ecuacin (8), la dimensin que se utilizar para expre-sar la influencia del tamao viene obligada; tampoco se pueden intercambiar W y h segn convenga.Las ecuaciones utilizadas para analizar los datos deben proceder de la ecuacin (8). Adems, paradescribir adecuadamente la influencia de W/h sobre S, se debe tener en cuenta la variacin simult-nea de W y h. La falta de observacin de estas condiciones, como en las frmulas de Salamon yMunro y Baushinger, por ejemplo, ha dado como resultado una gran confusin en la interpretacinde los datos de los ensayos y en el paso de los resultados de los ensayos de laboratorio a pilares aescala real.1.5.7. Diseo y anlisis de los ensayos de laboratorioPara obtener unos resultados relevantes, el diseo de un ensayo y el anlisis de los datosobtenidos tienen que basarse en un modelo matemtico que se.aplique segn las condiciones delensayo. Una investigacin experimental de la resistencia a la compresin, frecuentemente compren-de ms de un factor (h, W. , etc.). Si se determina la influencia de la variacin de dos o ms fac-tores, se puede sponer la influencia de la variacin de cualquier variable independientementede las otras, llevando a cabo un experimento factorial, como el propuesto por Fisher (38). Unexperimento factorial comparado con la investigacin de un solo factor al.mismo tiempo, tieneuna mayor eficacia, ya que los factores se evalan con la misma precisin mediante menor nmerode ensayos, una mayor comprensin (adems de los efectos de los factores simples, pueden evaluar-se sus interacciones), y una base inductiva ms amplia, debido a que los valores numricos derivadosde los experimentos son vlidos para todas las combinaciones de valores de los factores.Las investigaciones experimentales del pasado sobre la resistencia a compresin de probetasde forma prismtica se han concentrado en averiguar la influencia del tamao y de la forma, conpocas excepciones. La observacin de los parmetros de la ecuacin (8) sugiere que es preciso rea-lizar una investigacin de la influencia de las condiciones de contorno, para completar el vaco exis-tente entre los valores obtenidos para muestras de pequeo tamao en laboratorio y los valores delas resistencias de los pilares en la mina.La dependencia de la resistencia del pilar respecto de las condiciones de confinamiento po-dra establecerse mediante experimentos factoriales en los que los materiales de los discos de laprensa puedan sustituirse sistemticamente y su friccin y deformabilidad se caractericen y sepuedan medir apropiadamente. Para que las relaciones E,/E, y E./ES se investiguen en un rangosuficientemente amplio de forma que se aproximen, por ejemplo, a las relaciones de un pilar en la mi-na, los platos de la prensa deben fabricarse con materiales de un mdulo E mucho ms bajo queel del acero, tal vez mediante una serie de arcillas consolidadas, limolitas y areniscas obtenidas delas minas en las que se disean los pilares, de forma que se consigan unas propiedades uniformesrazonables.Para estudios de pilares en rocas ms duras, se puede utilizar calizas, areniscas y granitos paraensayar los pilares, teniendo en cuenta las condiciones del techo y del piso. Hay que tener cuidadocon la cuestin del tamao adecuado del disco de la prensa. El espesor debe ser por lo menos 'deun tamao igual a la anchura de la muestra , debido al principio de Saint Venant, segn el cual la pre-sin de la muestra afecta a los discos de la prensa en una profundidad del orden del dimetro dela muestra. Los platos hechos de roca pueden necesitar unos refuerzos como, por ejemplo, unabanda de acero a lo largo de la circunferencia para evitar la excesiva expansin lateral.Una vez que se han determinado la influencia de los mdulos de los discos de la prensa y lafriccin, puede ser preferible realizar los ensayos con discos de metal con un valor de E muchoms bajo que el del acero, tales como aleaciones de aluminio, determinando E. v y , medianteensayos realizados por separado e introduciendo estos valores en la ecuacin.189Otro procedimiento consiste en ensayar Mn pilar de pequeo tamao en la mina (Greenwaldet al., 1941 ; Bieniawski , 1969, Wagner 1974). En este caso la muestra se obtiene mediante un cortealrededor del macizo , que todava no ha sido afectado por el cambio de tensiones , de forma que elpilar permanezca unido de una forma natural al techo y al piso de la excavacin , para representarexactamente las condiciones de contacto . Sin embargo , han aparecido problemas en el control dela deformacin horizontal en los extremos del pilar, comparables a los problemas de los ensayosllevados a cabo en prensas . La tendencia ha sido crear un confinamiento excesivo en los p il aresensayados "in situ".El clculo de los valores de la resistencia media a partir de anlisis multivari ante de los datosde ensayos , puede hacerse de varias formas . En el siguiente ejemplo , se expone un procedimientooperativo de fcil comprensin.Se supone que los testigos obtenidos en una serie de sondeos son de tres dimetros, 5, 10 y20 cm y se ensayan con W/h = 1/2, 1, 2 y 3 para determinar un total de 12 valores de la resisten-cia; todos los dems factores se supone que permanecen constantes. Se escribe la ecuacin (12),por ejemplo , para cada uno de los resultados de los ensayos correspondientes a W/h = 3,S4=K]4 [1/(W=5)]`1 [W/h=31`2 (16)S4 =K14 [l/(W= 10)]`1 [W/h=3]`2 (17)S4 =K4 [(1/(W= 20)]`' [W/h = 3]`2(18)donde S4 indica el cuarto nivel de W/h . Sumando estas tres ecuaciones y dividiendo por 3 se ob-tiene un valor de la resistencia media para W/h = 3 (el promedio se hace de la misma forma con losotros dimetros de los testigos):Sa=K1aG[W/h= 3]`2donde :G= 1(1/5)`1 + (1/10)`1 + (1120)`1113(19)El valor medio de la resistencia para cada uno de los otros tres valores de W/h viene dado me-diante la misma . expresin , excepto el cambio W/h = 3 a W/h = 1/2, 1 y 2 respectivamente;K14 y G son idnticos para los 4 valores promedios . Por consiguiente , utilizando la ecuacin ( 15), sepuede analizar el valor medio de la resistencia (S, , S2, S3, S4) como funcin solamente de W/hen el supuesto de que los dems parmetros permanezcan constantes. La in fluencia del tamaopuede obtenerse utilizando el mismo procedimiento , pero promediando sobre los valores de W/h enlugar de hacerlo sobre los dimetros de los testigos . Si no fuera por el hecho de que cada uno delos cuatro valores promedios se toman sobre la base de los mismos tres valores de W, los cuatrovalores de G no seran idnticos , y as los valores promedios de S dependeran de los valores de Wque forman partedel ensayo, adems de la variacin deW/h ,.ypor consiguiente, no se po-dra determinar la influencia de W/h independientemente de la in fluencia de W.La aproximacin ms simple para analizar los datos que pueden representarse como el pro-ducto de los efectos de muchos factores , consiste en transformar la relacin fundamental en unaforma logartmica ; la ecuacin (8) se transforma de este modo en una combinacin lineal de mu-chos efectos diferents.log S =1o K+ c lod i w bE,fE.,g1 gW+c2 logh + c3 logW+ c4 log + cs log+c6 log o,+E,+ c7 logsIf + ......(20)De esta forma se puede obtener una solucin multilineal por mnimos cuadrados que sea el190equivalente n-dimensional de completar los datos de una lnea recta x, y. Esto significa quela ecua-cin completa proporciona un valor medio del conjunto de_S correspondiente a cualquier combina-cin especificada de los valores de muchas variables independientes. El anlisis multilineal no nece-sita que los parme tros incluidos en el modelo matemtico (la ecuacin reducida) permanezcanconstantes o tengan exactamente una dimensin especfica . Sin embargo, en elensayo hay que me-dir todos los parme tros de la ecuacin reducida y tenerlos en cuenta en el anlisis.Por otro lado,hay que tener cuidado a la hora de interpretar los resultados de un ensayo , a no serque se pueda su-poner que todos los factores que no aparecen en la ecuacin reducida permanecen constantes paratodas las series de datos.Como regla general se debe intentar lograr que todos los parmetros estn cubiertos de ma-nera uniforme , para protegerse de los peligros que supone rea lizar una extrapolacin ms all delos lmites de los datos de los ensayos, aunque se pueden conseguir resultados ms econmicoscon los ensayos asignando una mayor proporcin de ensayos a las combinaciones de los parme-tros de mayor importancia tcnica.Mediante anlisis mult ilineal, se puede determinar independientemente la in fluencia de cadafactor a partir de las influencias de los dems factores. En muchos casos, repitiendo la solucinmediante mnimos cuadrados , se puede observar una gran diferencia entre la influencia aparentede un factor considerado aisladamente y la influencia verdadera, cuando se han tenido en cuenta losefectos de los otros factores variables.El valor de R2, que es el cuadrado del coeficiente de.correlacin mltiple, da una indicacinde la efectividad en conjunto de la forma reducida de la ecuacin que representa una serie de datosde ensayos , que iguala la proporcin de la variabilidad en S que se representa por la ecuacin com-pleta ; R2 > 0,9 indica una buena adecuacin de los datos; R2 < 0,7 indica una mala correlacinpara medidas fsicas. Si cualquier factor considerado aisladamente tiene una influencia despreciablesobre S, el correspondiente ci es muy pequeo (< 0,1) y su presencia o ausencia en la ecuacin com-pleta tiene una influencia mnima sobre los valores calculados de los otros ci. Contra mayor sea larelacin de cualquier ci con su error estandar, mayor ser la confianza en su valor calculado. Sinembargo, si cualquier ci no es por lo menos dos veces su error estandar , se tiene motivo suficientepara dudar de que el factor tenga una influencia apreciable sobre S dentro de los datos que se estnanalizando. Si un factor dado vara en un pequeo intervalo (< 20 % ) en los ensayos que se estnanalizando, es probable que se llegue a la conclusin de que no es importante, debido a que suerror estndar tender a ser grande con respecto a su in fluencia sobre S.1.5.8. Estimacin de la resistencia de los pilaresCuando se trata de predecir la conducta de los pilares, a veces se tiende a aplicar directamentelas frmulas obtenidas de ensayos de probetas en el laboratorio . Sin embargo , para utilizar los re-sultados de los ensayos con objeto de predecir la conducta de una estructura subterrnea de la queno se han tomado muestras para los ensayos , hay que asegurarse de que se cumplen ciertas condicio-nes de semejanza respecto a las propiedades del material , la geometra y las condiciones de contornoentre las probetas ensayadas y el pilar.Otro problema que se presenta es la limitacin en la extrapolacin de los resultados de losensayos, ya que no se puede asegurar que una tendencia se cumpla indefinidamente . La extrapo-lacin se fundamenta en los siguientes factores: Influencia del tamao : Al aumentar el tamao del pilar, su resistencia disminuye.Influencia de la forma : Al aumentar la relacin altura/anchura, la resistencia del p ilar disminu-ye.191 Influencia de las discontinuidades : Al aumentar el nmero de discontinuidades (fallas, jun-tas, etc. ), la resistencia del pilar disminuye ..La orientacin de las-discontinuidades es un fac-tor muy importante para la resistencia del pilar.Teniendo en cuenta los resultados obtenidos de los ensayos, para calcular la resistencia del pi-lar no es suficiente un promedio de los resultados de las series de ensayos realizados ; el procedimien-to correcto consiste en agrupar los resultados por frecuencias para obtener la funcin de densidadcorrespondiente , supuesto que todos los ensayos se hayan realizado en las mismas condiciones y conla misma tcnica.Con la funcin de densidad se puede calcular la probabilidad de que el valor de la resistenciareal del pilar sea igual o mayor que el valor finalmente asumido para el diseo del mismo. Por otraparte , si se supone que el efecto de escala se ha tenido en cuenta considerando slamente la rela-cin W/h entre los ensayos y los pilares, los resultados obtenidos al estimar la resistencia del pilarpueden variar considerablemente si se utiliza, por ejemplo, probetas de 10 cm de altura o de 50 cmpara predecir la resistencia de un pilar de 2 m de altura . Adems, si slo se ha variado h en los ensa-yos, entonces no se tiene una base suficiente para predecir la resistencia de un pilar de mayor an-chura que las probetas ensayadas . En este caso se puede tener en cuenta el efecto de escala, en loreferente a la anchura, acudiendo a otras series de ensayos , pero esto trae consigo el riesgo de que larelacin adimensional dl /W de la segunda serie de ensayos sea diferente que la de la primera seri e(dl es un parmetro que representa el espaciado medio de las discontinuidades en la capa explotada,segn la direccin principal 1).La confusin en la extrapolacin de los resultados de los ensayos de laborato rio de pequeaescala a escala . de campo, puede evitarse con la relacin fundamental de paso de unos aotros, que puedeescribirse segn la ecuacin (8) expresada en trminos de dimensiones y propiedades de los pilare sde la mina que se van a disear.Como ejemplo , suponiendo que existe una similitud adecuada en la carga impuesta (com-presin uniaxial u otra carga especificada ) entre la probeta ensayada y el pilar cuya resistenciase va a predecir, y que los ensayos de laboratorio e "in situ " se llevan a cabo sobre muestras pro-cedentes de la capa en la que se desea conocer la resistencia del pilar , tal que E., vr, d1Id2y dl Id3,sean iguales para los pilares a escala real; entonces la relacin de paso se reduce a:( bc31 I c4 IEESprcdichoa1 W 1 cl h 1 c2wwsj) C51Psr 1 cb ustl c7Vr)ca(-V9c9predi'chosEISlconocidoLLL \\\ d ` / cl \\\ W!!!c2jl c3 rc4E,cscb!1c7 ` lcg1c9(21)/(Erksr/uslfl vr / vI,]conocidosL W / \ h /\W) 1 E.Sconocidoen la parte de la izquierda de la ecuacin (21) viene dado por la forma reducida de laecuacin (8) que se determina a partir de los datos de los ensayos ; para que los valores de las rela-ciones adimensionales utilizadas en la parte de la derecha del denominador de la ecuacin (21) seanconsistentes, stos deben ser los mismos que los utilizados para evaluar la forma de la ecuacin (8).La ecuacin (21) ofrece dos aproximaciones para la determinacin de la relacin Spdlho/Sorondoque permiten calcular o predecir la resistencia del pilar1. Si cada relacin adimensional en la ecuacin (21) toma el mismo valor numrico para losensayos que para los pilares, entonces predleholSeonocido - 1,sean o no conocidos los valo-res de cl, ya que cl toma los mismos valores en el numerador que en el denominador. Si se192ensaya el material de la capa (laboratorio o "in situ") entre los materiales reales del techo ydel piso, esta condicin se cumplir mucho mejor que ensayando con la prensa probetasentre discos de acero, ya que los parmetros de friccin y deformabilidad pueden ser repro-ducidos con mucha ms precisin. Conseguir el valor adecuado de d, /W en un ensayo de unapequea muestra puede ser difcil; aunque se podra esperar que la influencia del error fuerapequea si cl es pequeo, no se conoce bien el fenmeno de la influencia del tamao, porlo que hay que realizar una investigacin adicional.2. Si cualquiera de las relaciones adimensionales de la ecuacin (21) tiene un valor diferente pa-ra los ensayos que para los pilares , la relacinSpredtoha/ S,,o,,aase puede calcular a partirde la ecuacin (21), determinndose los valores reales de estas relaciones adimensionalespara las probetas y para los pilares (de forma que puedan introducirse en la ecuacin (21)) sison conocidos o se pueden determinar los valores de los correspondientes cl. El segundomtodo es mucho menos restrictivo que el primero en las condiciones impuestas por losensayos, permitiendo la utilizacin de mayor cantidad de datos de ensayos. El estado actuales que no se ha llevado a cabo una investigacin suficiente para establecer valores fiables delos exponentes c4 a c9, o una funcin alternativa apropiada de E3, E,, Ef 1I, v, y vf paraespecificar las condiciones del contorno.Mientras tanto, para predecir la resistencia a la compresin de los pilares de la mina , basndo-se en los ensayos de laboratorio, se necesitan muestras de la capa, techo y piso, para hacer las pro-betas que se ensayarn en laboratorio y los discos de la prensa, de forma que las relaciones adimen-sionales E,IE3... etc., sean las mismas en los ensayos que en el pil ar de la mina, incluso si no se hanmedido. Como se llevar a cabo un nmero de ensayos elevado, se puede tener la oportunidad deverificar a grandes rasgos los valores de c., y posiblemente hacer una investigacin limitada de losfactores supuestos para considerar las condiciones de contorno, adems del objetivo primario, queconsiste en determinar un promedio especfico del valor de la resistencia a compresin. Estosensayos pueden organizarse como un experimento factorial, variando cuantos factores sea posibleen unas cantidades lo ms amplias posibles . La estimacin de la resistencia , basada en ensayos conprobetas de tamaos y formas simples( por ejemplo, cubos), no es necesaria, es ineficiente y ade-ms, los resultados as obtenidos no se pueden generalizar. Se obtendr una solucin multilineal pormnimos cuadrados, incluyendo cuantos factores sea posible . Utilizando las formas apropiadas dela ecuacin reducida (8), la determinacin de los valores de la resistencia a compresin puede com-pararse con los resultados de los ensayos obtenidos para la misma capa por otros investigadores. k iSi el nmero de ensayos es limitado o si cualquiera de los ci no es varias veces mayor que su errorstandard, puede preferirse confiar en los valores publicados. Si es as, los valores seleccionadosc,sesustituyen en la ecuacin , y entonces se obtiene una nueva solucin multilineal por mnimos. cua-drados hecha para K y para los restantes c,. El resultado final ajustado puede ser de la siguiente forma:1 0,48W0,73,0S = 1680 (W) , = 1680(_L),73(W)025= 16801)0,48 (W / 0,251 h I(22)Como la ecuacin (22) describe una estructura conocida formada por los mismos materialesque la estructura de los pilares de la mina y teniendo las relaciones adimensionales iguales a las delpilar de la mina , la relacin de extrapolacin de los ensayos de laboratorio a los pilares de tamao real(ecuacin 21) muestra que cuando se sustituyen las dimensiones del pilar de la mina en la ecua-cin (22), el valor resultante de S es el valor supuesto de la resistencia a compresin del pilar.193 :Si se estima la resistencia de un pilar a partir de ensayos de compresin convencionales llevadosa cabo con discos de acero en una prensa, la extrapolacin del laboratorio al tamao real mediantela relacin de la ecuacin (21) se reduce///a:predicho =(&echo \c4\ Eiso \cs(l4ap 1 techo\c6(papalpiso )c7 ( vocero) c8(vacero) c9(23)Scorwcido cero cero Nrocaacero broca acerovtecho VpisoSeenocido, que es el valor obtenido de una relacin similar a la ecuacin (22),se desviar del verda-dero valor de S predicho en la medida en que la parte de la derecha de la ecuacin (22) sea diferen-te de la unidad. El error puede ser pequeo si los exponentes son pequeos.La influencia de la friccin no parece ser muy grande. El coeficiente de friccin entre roca yacero alcanza valores entre 0,4 y 0,8 dependiendo de la presin de contacto y de la rugosidad de lasuperficie. Esto implica que s1, 6 lus/f para un pilar de la mina diferira como mximo de los valo-res obtenidos para la muestra ensayada entre discos de acero. Si los exponentes del efecto de fric-cin son pequeos (c6 + c7 = 0,22), la correccin de Spredichocomo consecuencia del efecto defriccin sera un aumento de menos del 16 por ciento.Por otro lado, Er y E, para rocas de techo y muro suelen ser solamente alrededor de 1110 delvalor propio de las placas de acero. Si c4 + c5 = 0,25, que se considera un valor representativo,Spredichoquedara reducido en un 44 por ciento al efectuar la correccin por el mdulo de lasplacas de acero en dos unidades.Contra mayor sea el valor de v, y vf, el pilar ser ms dbil. Suponiendo que para las rocas i'r yvf tienen un valor entre 0,15 y 0,35,comparado convocero. 0,28,y que c8+ c9 -- 1, la correc-cin para v de los discos de acero de la prensa sera aproximadamente de un 87 % de aumento a un 25de disminucin sobre el Spredicho.La influencia de la longitud del pilar es pequea.considerando pilares de igual altura. unlar rectangular de dimensiones lateralesW X n - W tiene la misma superficie que un pilar cuadradonil2 w Xn112.W y por tanto, comparando losvalores respectivos del producto.(1 /1i )i X (W/h)c2 -c 1(b/W)C3para los dos pilares , esto significa que la resistencia de un pilar rectangular es menor o igual a la deun pilar cuadrado de igual rea sic3!IQ1/2 (c2-c,) - 1/6. Como los elementos de volumen a lo lar-go del contorno libre del pilar estn menos confinados, y por lo tanto tienen menos capacidad decarga que los del interior del pilar, en general, un pilar cuadrado debera ser ms resistenteque un pi-lar rectangular de igual superficie, ya que el pilar cuadrado tiene una menor relacin permetro/rea.Por lo tanto, cualquier valor dec3 > 1/2 (c2 -el) no es aceptable, ya que esto implicara no sola-mente que un pilar rectangular es ms resistente que un pilar cuadrado, sino que adems, un pilarinfinitamente estrecho y largo sera la configuracin ms resistente para una superficie dada del pi-lar. En el lmite ms bajo, c3 = 0, (b/W)c3 = 1, y de aqu se deduce que b no tiene ninguna influen-cia sobre la resistencia , lo cual est de acuerdo con el valor de la resistencia calculado en un pilarbasndose en su anchura mnima . Esto implicara que, con la anchura y altura constantes, aumen-tando la longitud de un pilar de b = W a b > W, no se consigue aumentar el confinamiento (y porconsiguiente no se aumenta la resistencia), lo cual no concuerda con la realidad. Las anterioresconsi-deraciones indican que e3 debe estar en el intervalo de 0 a 1/2 (c2-c,)o c3 1/10. Utilizando elconcepto de intervalo de confianza, se puede interpretar que los datos de Bieniawski y Sheoreycoinciden con esta conclusin.El anlisis precedente indica que se pueden seleccionar los valores de c, basndose en verifica-ciones preexistentes, o calcular los valores de los ensayos de resistencia a compresin. c, y e2 tienenun amplio margen de variabilidad.La forma de la ecuacin fundamental (8) implica que la resistencia a compresin disminuyepor cada pequeo incremento de tamao. Debido a la dispersin normal en los valores de los resul-tados de los ensayos, realmente es imposible detectar diferencias en la resistencia entre muestras194en las que la variacin de tamao es muy pequea (< 1,5/1). Por consiguiente, se piensa que se haalcanzado un lmite a partir del cual el efecto del tamao deja de ser significativo (Bieniawski yVan Heerden, 1975; Bieniawski, 1969, Pratt, 1972).Si se extrapolan las estimaciones de la resistencia a un tamao doble que la mayor probeta en-sayada, se supone que se puede alcanzar suficiente precisin en el caso de que la influencia del ta-mao se considere nula, pero esto sera muy distinto si se considerase el caso de que la resistencia deun macizo rocoso de 100 metros de longitud es la misma, por unidad de volumen, que un macizorocoso de 1 m. Parece pues prematuro llegar a conclusiones en lo referente al efecto del tamao, entanto.no se disponga de resultados de ensayos realizados a mucha mayor escala que los actuales.Adems, es mucho ms fcil, en cuanto a procedimiento operativo, calcular los parmetros a partirde los datos proporcionados por los ensayos y de aqu extraer las conclusiones pertinentes.Para conseguir pasar de los resultados de los ensayos a pequea escala, realizados en laborato-rio, a pilares en la mina , hay que extrapolar la tendencia observada en los ensayos de laboratorio.Considerando la ecuacin (8), se puede decir que al tener en cuenta el efecto de escala, en cualquierrelacin adimensional que tenga un valor numrico del orden de 2 3, probablemente slo se come-ter un pequeo error, que no ser muy diferente de la unidad; en este caso, la eleccin de los valo-res de los correspondientes exponentes c. no es crtica. Adems,la representacin del modelo mate-mtico mediante una ley potencial permite afirmar lo siguiente: si se ha podido estimar la resistenciade un pilar de 20 m de anchura, la estimacin de la resistencia de un pilar 2 6 3 veces mayor slo in-troducir un pequeo error porcentual.Hay que tener en cuenta, adems, que aunque los valores de c; obtenidos de una forma total-mente adimensional fueran transferibles de una mina a otra, no se puede tener en cuenta la influen-cia de las condiciones de confinamiento del techo y del piso sobre los pilares, condiciones que nor-malmente varan de una mina a otra, ya que no se han determinado con suficiente precisin los va-lores numricos de c4 a c9 . El anlisis presente ofrece dos alternativas:1.0 Modelizar las condiciones de contorno en los ensayos, de forma que las probetas ensayadasy los pilares de la mina satisfagan las condiciones de similitud.2.0 Aprender a caracterizar y medir el confinamiento de los extremos de los pilares.Mientras tanto, la determinacin de los parmetros estructurales relacionados con roturas depilares a gran escala, continuar siendo muy til, en cuanto a prediccin de la resistencia de los pila-res.1.5.9. Consecuencias de este estudioPara predecir la resistencia a compresin simple de los pilares de una mina, hay que tener encuenta tres aspectos del problema: en primer lugar, el establecimiento de la funcin que relaciona laresistencia a compresin simple con los parme tros estructurales ms relevantes ; en segundo lugar, lainterpretacin de los resultados de los ensayos con respecto a las relaciones funcionales, y por lti-mo, basndose en dichas relaciones y en resultados numricos, la prediccin de la resistencia de unpilar a escala real en la mina.La teora de la similitud se aplica para desarrollar una expresin adecuada para la resistenciamxima de los pilares o de las probetas en los ensayos de compresin, en trminos de geometra yde las propiedades mecnicas de los materiales del pilar, techo y piso. El anlisis multivariable deeste modelo matemtico fundamental indica que, cuando se aplica un anli sis en el que se estudiaslamente el valor de una variable, se puede llegar con facilidad a conclusiones errneas y a confu-siones a la hora de aplicar las leyes de extrapolacin de los resultados. Se puede analizar adecuada-mente la transformacin logartmica del modelo matemtico fundamental mediante la tcnica es-tadstica del anlisis de regresin multilineal para calcular por separado la influencia de los par-195metros estructurales, as como la precisin de estas estimaciones, y tambin para evaluar en qumedida la forma reducida del modelo concuerda con los datos.La aplicacin de las condiciones de similitud se traduce en una ecuacindel efecto de escala, pormedio de la cual se puede estimar la resistencia de un pilar a escala real en la mina, en base a los da-tos proporcionados por ensayos de las muestras y observaciones depilares rotos de diferentes ta-maos y bajo condiciones concretas. Mediante la utilizacin del anlisis multivariable,se puede ob-tener un promedio. conjunto de una serie de resultados diversos, que evala la influencia de cadafactor por separado, permitiendo asignar de antemano uno o ms de los exponentes cj, en caso deque no se pueda disponer de las observaciones necesarias para hacer una estimacin con suficienteprecisin. La utilizacin cada vez mayor del anlisis multivariable facilitar ulteriores avances en lacomprensin del problema de la resistencia de pilares, ya que proporciona un procedimiento efec-tivo para analizar los efectos de las dimensiones del pilar y de las condiciones de contorno.Con el anlisis multivariable se han estudiado una serie de conjuntos de valores de los datospublicados procedentes de ensayos realizados con anterioridad, para obtener unos valores numri-cos de los exponentes cj en la ecuacin fundamental. Los resultados obtenidos proporcionan unabase para la estimacin de los efectos de los factores estructurales en ausencia de determinacionesespecficas de los ensayos. No obstante, es necesario que los ensayos determinen las caractersti-cas especficas de la resistencia de la capa que se va a explotar, que estn incluidas en la constan-teK.El anlisis de la ecuacin fundamental implica que el xito final en la prediccin de la resisten-cia de los pilares a partir de los datos procedentes de ensayos de laboratorio, depende del grado enque las condiciones de contorno de las superficies superior e inferior de la probeta ensayada repre-sentan las condiciones del pilar en la mina, o tambin, de que se tengan en cuenta dichas condicio-nes de contorno er los clculos para pasar de los resultados de los ensayos de pequea escala, enlaboratorio , a escala real , en la mina.La influencia del tamao y de la forma se puede establecer de muchas maneras. Como la ecua-cin fundamental se expresa por medio de un producto de potencias de relaciones adimensionales,el exponente de la influencia de la altura de la probeta es igual a la suma del exponente de la in-fluencia del tamao ms el exponente de la influencia de la anchura.El anlisis de los datos de los ensayos disponibles sugiere que el exponente de la influenciade la anchura es constante,. igual a 1/3, segn la relacin geomtrica (rea del pilar)'/2/(volumendel pilar)'13 esto significa que con un pilar de altura h y configuracin lateral (b/h) constantes,la resistencia a compresin del pilar es proporcional a la raz cbica de la anchura del pilar.Por ltimo, se ha averiguado que la influencia del tamao parece que no es constante, sino quees una caracterstica que vara con el tipo de material del pilar; el exponente de la influencia del ta-mao vara de 0 a 1/2. La influencia de la altura se puede obtener superponiendo (de forma multi-plicativa) una influencia variable del tamao sobre la in fluencia constante de la anchura. Se pondrespecial atencin en la investigacin de la naturaleza de las discontinuidades en las rocas.1.6. Teoras de microfisuracin. Desarrollo de las microfisuraciones bajo tensiones de traccin ycompresin.1.6.1. Teora de GriffithEsta teora explica el hecho de que la resistencia a traccin de la roca, considerada como ma-terial frgil, sea inferior a la que tericamente debera tener, considerando las fuerzas de cohesininternas.Griffith (39) supone la existencia de microfracturas dentro del material, asimilables a elip-ses de alta excentricidad que se van desarrollando segn aumenta la tensin de traccin o de com-presin sobre l probeta para alcanzar una situacin inestable, producindose la rotura. Las tensio-196nes de traccin se desarrollan en los extremos de una fisura cuando el eje mayor de la misma esperpendicular a las tensiones de traccin que actan sobre la roca o bien cuando el eje menor de laelipse es perpendicular a las tensiones de compresin que actan sobre la roca, existiendo una seriede estados intermedios.Considerando una de estas fisuras asimilada a una elipse de parmetros, a, b, siendo "a" muchomayor que "b", situada en una placa infinita que est sometida a traccin al perpendicular al ejemayor de la elipse, en la superficie de la fisura aparecer una tensin mximaamx, dada por:aamx.= 2 alpdonde:p es el radio de curvatura4 4 4Q q QMAX2a es la longitud de la fisuraEsta tensin mxima aparece en losQextremos de la fisura (ver Figura 103).Si p ---> 0, la elipse tiende, a ser unafractura plana y la tensinamxtiende ainfinito.Para que se propague la fisura en la FIG. 103placa, se tiene que liberar una determi-minada energa de deformacin. La diferencia de energa entre los estados no fisurado y fisurado dela placa es:E, = Z-11a,(24)Anlogamente al razonamiento seguido en el clculo de la energa superficial de un lquido,la energa superficial de la fisura es:Es=4a T (25)siendo T la energa especfica de superficie, parmetro caracterstico de cada material.La aparicin de la fisura ha consumido una energa ET, cuyo valor es el siguiente:ET=Ed -E7raE a2l -4aT(26)Cuando la tensin mxima de traccin sobrepasa un determinado umbral, la fisura se propa-ga, producindose la rotura frgil. Este umbral se corresponde con el mximo de la energa ET.a ET= 0 (condicin de mximo) (27)aaConsiderando la relacin (26) al ser en la rotura aET=a0, resulta que:aEd= aEsa a aaes decir, para que se propague la fisura, el incremento de energa de deformacin debe ser igual a la j197variacin de la energa especfica de superficie.Por consiguiente , la traccin mxima es:l Ia=VE (28)Esta tensin de desarrollo de la fisuracin , segn se ha comprobado con numerosos ensayos, seencuentra muy prxima a la resistencia a la traccin de la roca, por lo que estos dosvalores se con-sideran iguales.al = arCuando al > o,, se producir la rotura.En la ecuacin (28), se puede ver que la tensin necesaria para producir la rotura frgil varainversamente a la longitud de la fractura existente . Por ello la resistencia a la traccin de un ma-terial frgil viene impuesta por la mayor fractura existente antes de la aplicacin de la carga.Las tensiones de traccin tambin se desarrollan en los extremos de las microfisuras que es-tn orientadas con diferentes ngulos respecto a la normal a la direccin de carga , tanto para car-gas de traccin como de compresin.Se considera una microfisura de forma elptica , sometida a unas tensiones a, y a2 en el in-finito , que estn inclinadas respectivamente f3 + ir/2 yQrespecto al eje mayor de la elipse.Se utilizan las coordenadas curvilneas i y1,donde1=toes suficiente pequeo.En estas condiciones , se obtiene la tensin tangencial a,en la superficie de la elipse.Para encontrar los valores extremos de a,en la superficie , se deriva la funcin obtenida de a,con respecto a ri.As resulta que los valores mximos o mnimos de a.se producen en los puntos definidos porzlyir+17.Una vez obtenidos los valores extremos ae de a,, , se estudia la variacin de ae con respectoa Q, derivando a, respecto aQy se halla su valor mximo que se obtiene , (ver Figura 104), cuando:cos 2 p= -2(ai a3 )(a, + a3)(29)al ser 1 cos 2 (31 < 1, resulta que2(al + a3 ) > al - a3 6 al + 3 a3 > 0 30)y el valor correspondiente de ae es:a = -(a' 030(31)e4(a , +a3)toDe (29),Sio3 =a, ,13=45si a3 = 0 (3= 600 y el plano ms favorable para la rotura est inclinado 30 re specto a ladireccin de compresin a, -Si03 la < - 1/3, la rotura se producir cuando la tensin principal menor iguale a la resisten-cia a traccin uniaxial , a3 = To ; el ngulo de rotura ser de 0.k198Si a310 1> - 113, el mximo valor de ae respecto a 0 se produ-ce cuando 0= 900; en este caso, es decir, para al = - 303:2a3Qe (32)0Al ser 7 , la resistencia a la traccin, de forma que a3 = - Tosegn (32), la tensin mxima en la rotura viene dada por: yae = - 2 To1SoQ3(33)XEliminando aetode (31) y de (33), resulta:(a1-Q3)' -8To(al +a3)=0la rotura se producir cuandoFIG. 104(Q1 -03)Z= 8To01 +03El ngulo de rotura en este caso ser:cos 213 =1al -a 32 a l + Q 3En el caso de compresin uniaxial, a3 = 0 y al = ae . De aqu resulta que a, _l To.Sin embargo, la prediccin hecha por la teora de Griffith sobre la relacin entre la resistenciaa compresin y a traccin, no se corresponde con la realidad, ya que dicha relacin varia entre 10y 50.1.6.2. Extensin del criterio de rotura de Griffith. Criterio de Me Clintock y Walsh.Mc Clintock y Walsh (33) han propuesto un criterio de rotura para el caso de tensiones biaxia-les, donde las tensiones de compresin son suficientes para cerrar las microfisuras y hacer intervenirla accin de las fuerzas de rozamiento entre las superficies de la fractura.Existen dos magnitudes criticas, que son la tensin crtica en los extremos de la fractura, defi-nida por el valor de la resistencia a la traccin uniaxial del material,y el coeficiente de friccin entrelas superficies de la microfisura, ya que al cerrarse las microfisuras hay que tener en cuenta las fuer-zas de rozamiento que se desarrollan en la superficie de la microfisura.La suposicin de partida de Mc Clintock y Walsh se basa en los efectos de la energa aplicadapor la fuerza de compresin sobre las microfisuras del interior de la roca. Estos efectos son:1. Una parte de la energa se consume en cerrar las microfisuras. Para ello se requiere una tensinam .2. Otra parte de la energa se disipar al tener lugar desplazamientos a lo largo de lasmicrofisuras.La tensin de friccin viene dada por rf = pa, que se opone al deslizamiento, donde esel coeficiente de rozamiento.La tensin normal a que acta sobre la superficie de la microfisura es:Qn=Q1 -am'199donde al es la tensin de compresininicialmente aplicada.3. El resto de la energa produce una acumulacin de tensiones en losextremos de las microfisu-ras, que pueden alcanzar una magnitud tal que stas se desarrollen de forma inestable y se pro-duzca la rotura de la roca.Suponiendo que en una determinada probeta de roca la energa necesaria para cerrar las fisu-ras permanece constante, cuanto mayor sea el deslizamiento entre las superficies de las microfisu-ras, se consumir ms energa por este concepto y, por consiguiente, se acumular menos energa enlos extremos de las microfisuras, con lo cual aumentar la resistencia de la probeta.1.7. Rotura de las rocas . Criterios de rotura: Mohr, Coulomb-Naviery HoekEl estado de tensiones en cualquier punto de un slido viene definido por las tensiones prin-cipales a,, 02 ya3. Se adopta el convenio de denominar al a la tensin principal mayor y U.-, a lamenor.El estado tensional del slido en el momento de la rotura. viene definido por una superficiedel tipo:f(a1,02,a3)=0Esta relacin es el criterio de rotura del material. Realizando medidas experimentales en dife-rentes condiciones, se puede llegar a determinar la forma de dicha superficie.Considerando la regin a, > 0, en la Figura105 se representan los datos normales disponiblesde la mencionada superficie. Estos datos son: 1 r- Resistencia a la compresin uniaxial a, = ue ya2=a3=0.Jc- Valores de al, a2 y a3 quese obtienen en en- 1sayos triaxiales. Dichos puntos estn situadossobre la curva o,, T.1.7.1. Criterio de MohrSegn la teora de Mohr, el material se plasti-o se romper cuando la tensin de corteao2ficaren el plano de rotura alcance un determinado valor,que depende de la tensin normal a que acta so- '2bre dicho plano, o bien, si la tensin principal detraccin mxima alcanza el valor de la resistencia FIG.105a la traccin T,,. es decir,03= T.Mediante los ensayos de laboratorio, se obtienen una se ri e de crculos, uno por cada ensayo.Estos crculos representan el estado tensional del material en el momento de la rotura, en ejes a, r.La relacin 'r0 = f (u,,), definida como la envolvente de los crculos de Mohr, es una curvade tipo parablico que divide el plano a, r en dos zonas, de tal forma que para un estado de tensio-nes del mate rial representado por un circulo situado completamente en el interior de la envolventedefinida anteriormente, crculo 1 de la Figura 106, el material no se romper.Cuando el crculo representativo de las tensiones del material es tangente a la envolvente, pun-to C de la figura en el crculo 2, el material se romper segn un plano que forma un ngulo 6 con latensin de compresin a3. Por ltimo, cuando el crculo es secante a la mencionada envolvente,puntos A y B de la figura en el circulo 3, en la zona comprendida entre A y B, exterior a la envol-vente, se han superado las tensiones lmites del material y ste s romper; en realidad es imposiblela existencia de un crculo de este tipo en la roca.200ZONA DE ROTURAA ENVOLVENTE DE LOSCIRCULOS DE MVHRIT20&lO Q3TqIA'ZONA DE ROTURAFIG. 106Considerando el crculo 2, de radio R2, que representa el estado tensional de la roca en el mo-mento de la rotura, se define el coeficiente de seguridad de una roca sometida a un estado tensionaldefinido por el crculo 1 , de radio R l , como el cociente R2 /R l .Si se somete la probeta a una compresin hidrosttica , al quedar reducido a un punto elcrculo que representa el estado de tensiones de la probeta, sta no se romper en ningn caso.1.7.2. Criterio de Coulomb-NavierDada la imposibilidad de encontrar una solucin matemtica de la envolvente definida porMohr, Te =f (uo ), en el c ri terio de Coulomb-Navier se obtiene una aproximacin de la envolventesuponiendo que dicha envolvente es una recta.La ecuacin de dicha recta es:ro=(So + aa tg O); que es la llamada "recta de Coulomb".El signo se debe a la simetra de los crculos respecto al eje a; por consiguiente aparecern2 rectas tangentes a la serie de crculos.So, ordenada en el origen , define la cohesin del mate ri al.0, pendiente de la recta , define el ngulo de rozamiento interno.Este criterio de rotura , adems predice el plano por donde se supone que romper el mate-rial.Teniendo en cuenta la recta de Coulomb y las relaciones entre al ,03,7e, ae y tg 0 que se de-ducen de la Figura 107, se puede obtener la relacinentre a y a3 en el momento de larotura.i1----- /1 ol-03a'+0 3 al-03sen20 = So+tgcos22 2 21012eEn la rotura , 2 0 = 90 - y la ecuacin anterior pa-d e b sa a:U-aJJ aL+a3Ol-a3-3cos o = So + tg 0l 1 2 -2seno ,FIG. 107De esta ltima frmula, se obtiene al :11201cos +1 + sen al =2Sol -sen031 -senoCuando03 es cero, v1 representa la resistencia a l compresin, que se representar mediantevc.o = 2 Sacos1 - senEl estado tensional en el momento de la rotura, definido por o, y 03, teniendo en cuenta lasdos ltimas relaciones, es el siguiente:a vc+ l+sen oa1 -seno3Esta relacin puede utilizarse como criterio de rotura.El criterio de Coulomb-Navier no es vlido cuando se trata de rotura a traccin. En este casoel criterio seguido es el de la "tensin mxima", segn el cual la rotura se producir cuando al, 02 6U3alcancen el valor de la resistencia a traccin del material, To ; el plano de rotura ser perpendi-cular a la direccin de dicha tensin.Para obtener la recta de Coulomb, hay que ajustar una recta tangente a todos los crculos. De-bido a diversos factores inherentes a la roca y a los ensayos, este ajuste no tendr una solucin mate-mtica exacta, ya que habr una serie de crculos que corten a la recta de Coulomb y otros que seaproximen a ella sin ser tangentes ni secantes.El procedimiento de ajuste de la recta de Coulomb ser el siguiente:Se obtienen los puntos de r positivo, de los crculos de Mohr, definidos por/ al+032/yse obtiene la recta de regresin de mnimos cuadrados de "y" sobre "x" correspondiente a dichospuntos.y+rS3(x-),donde:S.r es el coeficiente de correlacinxsySx , SYson las desviaciones tpicas de x1 e y fx, y son las medias aritmticas de xf e yfm, l = E E (x, - x) (y, - j ) es la covarianzarLa recta as obtenida es del tipo:y = m x +Yom es la pendienteyves la ordenada en el origenMediante una serie de consideraciones matemticas se pasa de la recta anterior a la recta tan-gente a los crculos.tg 0 es la pendientey =Xtg + So (SSo es la ordenada en el origenLas relaciones entre ambas rectas son:202arc sen mS =YoS.coso1.7.3. Criterio de Hoek y BrownEl criterio propuesto por Hoek y Brown (40), va dirigido a estimar la resistencia triaxial de losmacizos rocosos. Es un criterio experimental, que se expresa mediante la frmula siguiente:a, = a3 +'/m al 03 + Sae'(34)donde:al es la tensin principal mayor en la rotura.a3 es la tensin principal menor aplicada a la muestra.cees la resistencia a compresin simple de la roca.m y S son constantes que dependen de la roca y del macizo rocoso.A continuacin se representa grficamente, en la Figura 108, la relacin (34)2 JWrh kI,COMMPPRESIONTRIAXIALCOMPRESIONUN/AXIAL1 F;TRACCIONUNIAXIALo- TRACCIOW COMPRESION-TENSION PRINCIPALDE CONFINAMIENTOMININA Q3FIG. 108La resistencia a comprensin simple de la probeta se obtiene de la relacin (34) para 03 = 0.Ocs-v S ac203Cuando la roca est intacta , acs= ac y S = 1.Para rocas con fracturacin S < 1La resistencia a la traccin uniaxial d la muestra se obtiene de la ecuacin (34) para a3 = 0,resultando:a=2a,(m-mLa relacin ( 34) del cri te rio de Hoeky Brown se puede expresar de la siguiente forma:(al -a3 )2=m ac- a3+Sa2Haciendo que la - a3)2 =Yy a3 =x :y = m + S a2m ac es la pendienteasS. a2 es la ordenada en origenLa ecuacin ante rior representa la recta de regresin de mnimos cuadrados de "y" sobrexAdems de la relacin existente entre las tensiones al y a3 en la rotura , a veces conviene ex-presar el criterio de rotura por medio de la relacin entre la tensin normal y la tensin cortantesobre un plano que forma un nguloQcon la direccin de la tensin principal mxima ; de aqu,resultar 2(al -03 ) sen23a=2 (al + a3) -2(al - 03)cos 2Cuando se conoce la inclinacin 3 de la superficie de.rotura (porejemplo , rotura por diaclasa), r y a se pueden determinar directa-mente de las ecuaciones anteriores . (Ver figura 109).1.8. Tensin efectiva y disminucin de resistencia con la humedad- Tensin efectiva.El concepto de la tensin efectiva fue introducido por Terzaghien 1923 ; estableci el principio de que la resistencia de los suelossaturados, as como su cambio de volumen, no dependen de la ten-FIG. 109Sin total ap licada sino de la tensin efectiva a', dada por la diferen-cia entre la tensin total aplicada a y la presin de poro u.a'=a-u (35)Esta frmula ha sido modificada posteriormente por el mismo Terzaghi , aunque los diversosautores no se han puesto de acuerdo sobre cual de las dos aceptar.La modificacin de la frmula original consiste en diferenciar los materiales segn su porosi-dad, ya que dicha relacin original entre la tensin efectiva y las presiones en los poros no parececorrecta para materi ales de porosidad baja, como ocurre con la mayora de las rocas y el hormign;para estos materiales se ha propuesto la siguiente frmula:o' = a - (1 - nb ) u (36)donde:204nb es la porosidad del material.La relacin (35) es aplicable a las rocas siempre que la estructura porosa de la roca est sufi-cientemente interconectada y la velocidad de aplicacin de la carga sea suficientemente baja parapermitir que la presin . del fluido interno se equilibre durante el ensayo . Cuando las rocas tienenmuy baja permeabilidad, se requiere velocidades de aplicacin de la carga extremadamente bajas.Hay que hacer notar que la tensin de corte T no se ve afectada por la presin de poro u, yaque dicha tensin de corte es funcin de la diferencia entre las tensiones principales mayor y me-nor.al =v1 -ua2=Q 2- UT -f (Q1 - Q2) -f1 (Q1 - Q2)Influencia del aguaAdems de los efectos anteriormente expuestos de la presin del fluido interno de los poros dela roca, tambin puede tener bastante influencia sobre la resistencia de la roca la presencia de fluidoen los poros sin estar sometido a presin.En una serie de ensayos llevados a cabo por Broch, se ha encontrado que la resistencia a com-presin simple de las rocas disminuye notablemente cuando la muestra est saturada . Por ejemplo:v,, (muestra seca)Qc (muestra saturada)Cuarzodiorita 1,5Gabro 1,7Neis (foliacin perpendicular) 2,1Neis (foliacin paralela) 1,6Al realizar los ensayos hay que asegurarse de que la humedad de la muestra no haya variado,ya que es frecuente que al estar los testigos almacenados cierto tiempo, los resultados obtenidosde los ensayos presenten cierta dispersin debido al distinto tiempo de almacenamiento de lostestigos ; esto ocurre especialmente en rocas sedimentarias.Cuando existan dudas sobre las condiciones de humedadde la muestra , el ensayo se realizarcon la muestra saturada mejor que seca.1.9. Base terica del anlisis elasto-plsticoVolviendo a la curva tensin-deformacin de una probeta sometida a tensiones triaxiales, alir incrementando la carga sobre la probeta desde 0 a oA , la deformacin ir aumentando desde0 a SA . Al llegar al punto A , la energa almacenada ser la definida por el rea OA SA 0. (ver Fi-gura 110).Si en este punto se aumenta ligeramente la tensin aA que acta sobre el pilar, comienzaa romperse la probeta . Esta rotura, como ya se ha visto , puede producirse de una forma vio-lenta o gradual . Ahora se considerar este ltimo caso..Cuando la rotura se produce gradualmente , la probeta puede presentar cierta resistencia,a pesar de haberse iniciado la rotura . Es la zona AB de la curvaanterior.Esto ltimo es especialmente aplicable a los pilares de explotacin que se encuentran si-205IIII B05aFIG. 110tuados dentro de un cuartel rodeados por pilares barrera , cuya misin es la de soporte local deltecho . Sin embargo , los pilares de barrera , deben calcularse de forma que puedan soportar el cuar-tel entero , prescindiendo de los pilares de explotacin en este clculo . La razn de esto es asegurala estabilidad del cuart el.Al alcanzar el pilar de explotacin la mxima capacidad de carga debido a la apertura de nue-vos huecos (punto A de la figura), comienza una fracturacin interna del pilar y un desprendimien-to en las zonas ms dbiles de los paramentos donde se ha producido una mayor concentracinde tensiones . En estas condiciones , el pilar contin a deformndose con cargas ms reducidas.Los valores de la carga mxima real y de la rigidez despus de la rotura del pilar slo puedenobtenerse mediante medidas realizadas " in situ".1.10. Plasticidad1.10.1 . Ideas generales de plasticidadLa plasticidad es la propiedad que presentan los cuerpos de adquirir deformacin permanentecuando las fuerzas externas a que estn sometidos dejan de actuar sobre stos . Se caracteriza porqueno se puede encon trar una relacin nica en tre tensiones y deformaciones.En la figura 111 se observa la diferencia existenteentre un material elstico y uno plstico. -El material plstico sigue una curva de descargadistinta de la de carga , mientras que el material elsti-se carga y se descarga siguiendo la misma curva.cofiEn la Figura 112 se considera un material elasto-perfecto.plsticoEl comportamiento de un material elasto-pls-tico es tal que por debajo de un cierto nivel de tensio-nes, el material tiene las caractersticas de un cuerpoFIG. 111 E206perfectamente elstico, y por encima delmencionado nivel de tensiones ,funciona como un cuerpoperfectamente plstico . La tensin lmiteque separa ambos niveles es la llamada " tensin defluencia", caracterizada por el hecho de quelas deformaciones sonindeterminadas.Finalmente , se considera el caso en el quese modifica el lmite elstico(ver Figura 113).irGAR6AV ltES . El trmino ' - no puede serdespre-ciado.2.A continuacin se considerala aplicacin de - aX -al paraleleppedo dela Figura 129 (a).Para calcular la deformacin del cilindrose realiza la superposicin de dos equilibrios:a) deformacin plana del paraleleppedo(ver Figura 129 (b) bajo la accin de-ax(e2 = e' = 0).b), deformacin debida a la aplicacin detensiones iguales y opuestas a las que sedesarrollan en lasbases del paraleleppedo en equilibrio.(ver Figura 129 (c).zzo- --vo- - -v 3do- -vo-o- `h aao- -o ad3d(a) (b) (c)FIG. 129Las componentes de la tensinpara un cilindro con la condicin de deformacin plana en co-ordenadas cilndricas, r, O. zvienen dadas por:0'=-(M+Ncos26)ax (20)o=-(M-Ncos20)a.(21)dZ = - 2m' M Qx (22)r = N sen 2 9 u(23)= rze = 0 (24)Mn1 + (1-2 ')(E/E')(n'/n)= 1 + ; n' =1 + 'N2(1-)3 - 4 +(E/E')(n'/n)229Transformando las ecuaciones anteriores de coordenadas cilndricas a coordenadas carte-sianas resulta:aX (M+N)a(25)aY (M -N)ax (26)a.' =-2'M ax (27)ys Z =TZ X= r y = O (28)Las componentes de las deformaciones de la clula, teniendo en cuenta la ley de Hooke y lastensiones anteriores, son:Ex[(1-2')n'M+n'N]ax(9)1 -ey = , [(1 - 2,g') nM - n'N] ax (30)ez =0 (31)7y= = 7zX = 7Xy = 0 (32)El equilibrio (b) resulta de la aplicacin de la tensin aX a las bases del paraleleppedo (Figura129); Como el dimetro de la clula es pequeo comparado con las dimensiones del paraleleppedo,y E' normalmente es mucho menor que E, se puede suponer que entre las secciones AB y CD de la fi-gura 129(c) la deformacin de la clula cuando se liberan las bases del paraleleppedo, se obtienesustituyendo az por - - ax en las ecuaciones (17), (18) y (19).Siendo aZ = - ax resulta:EX= E;(m M - ) aX (33)e, = aX (34)Superponiendo el equilibrio (b) y el (a), se obtiene la expresin de las deformaciones en la c-lula entre las secciones AB y CD debido a la aplicacin de -a,.E, =_m'M+ n'N +iaX (36)x EEE'm' M - n'N + 'ax (37)YE' EEi = ax / (38)7YZ = 7sx = yxy =0(39)siendo:-230m'= (1 - 2 ') [(1- ')1 ( 1-)jn'/nSiguiendo un proceso anlogo al anterior, para la liberacin de la tensin ay, resulta:e'=m'N-n'N'+'a (40)x --E'Eyey,m'M+n'N 'ay (41)E' EEz =Eay (42)tiyZ =Y.,.= yzy = 0 (43)3.- Deformacin debida a la aplicacin de -rxyEl efecto de la liberacin de la tensin de corte Txy , puede calcularse de los resultados aite rio-res superponiendo los efectos de una traccin aX = - Txy y una compresin a}, = rX y que actanen planos perpendiculares a los ejes OX y OY respectivamente . (Figura 130).y"Y-xY5Y45Kzxy XxFIG. 130Con respecto al sistema auxiliar de ejes X e Y, la deformacin de la clula viene definida porlas siguientes ecuaciones , superponiendo las ecuaciones (36 a 39) y (40 a 43) segn los nuevos ejesXeY:mM + n'N +mM-nN+l (44)1)eX(\ E' E , l TXy + E' E / Txym 'M - nN ti m'M -nNely = E, + E Txy - ( E'+E, Txy (45)231Ez = (rxy - T,y) (46)'%yz- yzx - ^r.,y = 0(47)Simplificando estas relaciones anteriores , resulta:2nNEx = -E'Txy (48)e; =2Enrxy (49)e.,= 0(50)=,=,7yzryzx- Txy = 0 (51)Por consiguiente , las componentes de la deformacin de la clula en los ejes x,y,z son:e'' =Ey=ez=0 (52)ryz =7zx = 0(53)4nN(54)TxyE 'rxy4.- Deformacin debida a la aplicacin de - ryz y - rZx.Para el problema de un slido con una inclusin cilndrica sometido a tensiones de corte, noexiste solucin analtica.Primero se va a considerar el equilibrio de un paraleleppedo con un agujero circular.La aplicacin de - ryz a dicho paraleleppedo produce un estado tensional dado por:ax = ay = az = 0 (55)rd2 sen 2 0(56)zx =4r2ryzd 2ryz = +4rzcos 20)ryz (57)Txy = 0 (58)Estas relaciones se verifican a cierta distancia de las bases del paraleleppedo ; 0 y r son las coor-denadas polares del punto del macizo rocoso (Ver.Figura 131).En el lmite del agujero r =2; , por consiguiente:ax = oy = az=O (59)Tzx= ryz sen 2 0(60)ryz =-(l+cos20 ) Tyz (61)De aqu se deduce que el promedio de rzx es cero a lo largo de la seccin transversal y ryz varadesde 0 en los puntos B y D (0 = 90 y 2700) hasta - 2 ryZ en los puntos A y C (0 = 00 y 1800).232zdwtYJE.,YDESPLAZADOD yPUNTO DEL ?L4QZO ROCOSOAXFIG. 131Esto indica que la tensin de corte TyZ alcanza un valor que es el doble del valor aplicado al parale-lepfped o.Considerando las tensiones anteriores, dadas por las ecuaciones (59), (60) y (61), las deforma-ciones vienen dadas por:ex = ey = EZ =0 (62)yzxd2 sen 2 0Tyz(63)=4 r2 Gyyz= -G1 +4d2cos 2 9 Ty2 (64)7xy= 0 (65)G es el mdulo de elasticidad transversal o mdulo de rigidez.GE2(l+)En un sistema de referencia asociado a un elemento de rea en el punto 0 de la figura anterior,contenido en el plano OXY, los desplazamientos del slido son:u =0v =0W=Gsen9(4r+rjTyZ233La seccin del agujero permanece plana despus de la deformacin, aunque gira un ngulo igualal valor supuesto en los puntos A y C, 'yyz = - 2Tyz/G.La rotacin del agujero es pues el doble de la del slido sin agujero.Cuando el agujero est relleno con una inclusin plstica , se suponeque la clula impide los des-plazamientos del borde del agujero , o sea, se supone que el cilindro sufre la deformacintiyz = - 2TG4 E TyzPara justificar esta suposicin, hay que tener en cuenta que U = V = 0 en la pared del agujero,es decir, no existen tensiones en el cilindro debido a los desplazamientos U yV.Como E' E, se puede suponer que el desplazamiento Wse transmite a la clula, exceptoen las proximidades de los puntos B y D. En estos puntos el valor real de Tyzes cero mientras que elvalor que se ha supuesto es ryz = G'Tyz donde G'= E'/2 (1 + p'). Como debe haber continuidad enel valor de las tensiones de corte, esto indica que se producir una alteracin en el entorno de B y D.Esto originar desplazamientos W a lo largo del eje "y" (incluyendo al cilindro), cuyo valor viene in-dicado en la figura anterior. En la parte interior de la clula, donde estn las bandas extensomtri-cas, esta alteracin no ser importante y por tanto se tomar:4ntiyz =ETyzy anlogamente4nryzx =ETzx5.- Deformacin final de la clulaSuperponiendo los efectos ya tratados , las deformaciones en la clula debidas a la liberacin detensiones vienen dadas por:Ex,m'M+nN +!l'vx_ m'M_nN + 'aymMuzE'E E' E E m'M-nN o_(mM+nIV '\ MM - E c ` + x + -- ay - QzE' E E' E EEz = Ux +ay - Qz4ntiyz . - E Tyz4nyzx = E Tzx4 n'N7xy E TxYdonde:n=1+; n'=1+'; m= 1m=(1-2')l'n'234M=1-N=2(1-)1 + (1-2 ')(E/E')(n'/n) 3-4 + (E/E')(n'/n)Teniendo en cuenta las relaciones (5) del punto 3.3.1, se obtienen los valores dee.',e;, ee ,'y ,7Z 7zy y de aqu, conociendo las constantes elsticas de la roca y de la clula, previamentedeterminadas en laboratorio , se resuelve el sistema ante rior , obtenindose las 6 componentes de latensin que define el estado tensional en el punto del macizo rocoso en estudio.3.3.3. Descripcin del mtodoEl mtodo consiste en la realizacin de un sondeo de dimetro D = 135 mm , en -el punto don-de se va a determinar el estado tensional ; continuacin , se perfora un sondeo coaxial de 37 mm dedimetro , con una longitud de unos 90 cm, comenzando en el fondo del sondeo anterior; en lasparedes del sondeo de menor dimetro se ce-menta una clula triaxial . Se toman las lecturasiniciales en cada banda extensomtrica y a con-CABLEtinuacin se sobreperfora para liberar las tensi o-ELECTRICOnes y obtener as un testigo cuyo dimetro escomo mnimo de 75 mm , normalmente igual aD. Los cables se mantienen conectados a lasbandas extensomtricas para realizar las lectu-ras a inte rvalos regulares , mientras se van pro-duciendo las deformaciones debidas a la libera-?i'RESINAcin de tensiones . Por ltimo , teniendo enEPOxicuenta las deformaciones obtenidas , se calcula$'j el estado tensional en el punto en estudio. Se04 / // CELULApuede conocer la evolucin de las tensionesa # continuando el sondeo de pequeo dimetro y17 SONDEO DEcementando una clula en un punto cercanoLIDERACIONal anterior estudiado (ver Figura 132).dUDE TENSIONESLa clula de plstico presenta la ventaja deFIG. 132ser til a pesar de la existencia de agua, aunqueresulta problemtico pegar la clula a la roca; por otro lado , al estar las bandas embebidas en la clu-la de plstico , las deformaciones de las bandas extensomt ricas se vern mucho menos afectadas porlas discontinuidades y por las heterogeneidades que en el caso de que las bandas estuvieran pegadasdirectamente sobre la roca.Para que las tensiones que se desarrollan entre la clula y las paredes del sondeo sean peque-as, el mdulo de elasticidad E' de la clula debe ser bajo ; por otro lado, dicho mdulo tiene que serlo suficientemente alto para que la rigidez de las bandas extensomtricas sea despreciable.Las lecturas en cada banda extensomtrica pueden tomarse a intervalos regulares durante eltranscurso de la sobreperforacin ; as, se pueden obtener curvas que muestran la evolucin de laslecturas, haciendo posible la deteccin de irregularidades y la eleccin de los puntos inicial y finalde lectura , teniendo en cuenta los efectos de la temperatura del agua de perforacin . Lo ideal seriaque la temperatura del agua fuera la misma que la de la roca en el punto donde se realiza la lectura.Una vez que se ha extraido del sondeo el testigo , ste se corta transversalmente en diversos tro-zos y se inspecciona el contacto entre la roca y la clula plstica para verificar la perfecta adherenciaentre ambos.2353.3.4. Ejecucin de los ensayosNormalmente conviene realizar este ensayo segn el siguienteorden:1. En la seleccin de los puntos de ensayo hay que evitar aquellos en losque existe agua y nopuede ser evacuada fcilmente. ,2. La situacin de los puntos de ensayo debe estar precedida de una investigacin geolgica afondo y un programa de perforacin muy detallado con estudio de los testigos obtenidos.3. Hay que evitar los cambios de temperatura durante los ensayos . En este sentido, adems deutilizar un buen equipo de perforacin , hay que regular la velocidad de sobreperforacinpara evitar el sobrecalentamiento.4. Para evitar los efectos trmicos, hay que determinar la temperatura en el punto de ensayoy utilizar agua mantenida a temperatura constante durante la perforacin . De todas formasconviene utilizar una banda extensomtrca para corregir los efectos trmicos y as elimi-nar las deformaciones que no estn producidas por cambios tensionales.5. Hay que adecuar el programa de lectura para seguir el proceso de relajacin de tensionescompleto para la mayora de los ensayos . El proceso de relajacin completo es el siguiente:(ver Figura 133).PROFUNDIDAD DE PENETRACION (cm)250010 20 JO 40 50 60 70 BO 90 100Y zooso-100-2!0 s0-508 X9250y 200-)pilar seaparalela a sus paramentos, es decir , s ":..;; ,cuando:X1.`7,5 r, e= 9 -aAlserrai+tgX = H = m tg 9w s-m tg9 = tg(9 - a)a=0 - arc tg (m tg 9)F IG. 194R=y.Z(W+B)m sen 9[41sen (9-a)Este tipo de pilares , as como los pilares de yacimientos horizontales o ligeramente inclina-dos, estn sometidos a tensiones de compresin en sus extremos , siendo en la seccin horizontal amedia altura del pilar donde se produce una distribucin de tensiones ms uniforme . En estos pi-lares, donde HJW > 1,5, la parte central del pilar en altura , trabaja a compresin simple . La tensinde compresin en este caso viene dada por :cosa[51W. Rsegn el valor de R obtenido anteriormente, la tensin de compresin es :-t. Z (W +aB)=wcos aYcose 9 + m sen2 9 [614.3.Determinacin de la distribucin de tensiones en los pilares mediante medidasefectuadas "in situ"El mtodo utilizado con ms frecuencia es el de la sobreperforacin. Las medidas efectuadas"in situ " proporcionan unos resultados que dependen demasiado de las condiciones locales de las}312minas. Por consiguiente, estos resultados no pueden generalizarse; as los mtodos de determinacinde tensiones "in situ" slo se utilizan para comprbar la validez de las teoras aplicadas.5. Diseo de techos en terrenos estratificados5.1. IntroduccinEn los techos sobre cavidades subterrneas se pueden diferenciar dos zonas, la parte superiory la parte ms prxima a la excavacin; esta ltima se denomina "techo inmediato" y comprendeuno o ms estratos que se han despegado del resto de los estratos superiores. El despegue del techoinmediato del resto de los estratos es debido a que en formaciones sedimentarias los estratos sonplanos y potentes y sus uniones son dbiles.La carga que acta en el techo inmediato es slo su peso propio, ya que despus del despeguedel techo, dejan de actuar las fuerzas litostticas de los estratos superiores.En estos casos, se puede calcular la distribucin de tensiones y momentos flectores en eltecho teniendo en cuenta la teora de vigas o de placas y tambin mediante mtodos numricos.La teora de las vigas supone que el techo inmediato es asimilable a una serie de vigas deanchura unidad, de luz igual a la anchura de la excavacin y empotradas por sus dos extremosen los pilares. Esta teora es aplicable cuando la longitud del techo de la excavacin es mayorque el doble de su luz, adems, el techo en estudio no debe estar prximo a una interseccin conotra cmara.La teora de las placas es aplicable al diseo de techos cuando no se cumplen las dos condicio-nes de aplicacin de la teora de las vigas.A pesar de las investigaciones realizadas, la base fundamental para el diseo de techos siguesiendo la experiencia.5.2. Techos asimilables a vigas5.2.1. Resmen de la teora de flexin de las vigas rectas.Para disear un techo aplicando tanto la teora de las vigas como de las placas, se tendrnen cuenta las siguientes condiciones :- Las capas deben ser de espesor uniforme- La flexin del techo es debida exclusivamente a su peso propio- El techo inmediato est empotrado en ambos extremos- La roca de cada capa debe ser homognea, istropa y con un comportamiento linealmenteelsticoA continuacin se va a hacer un breve resmen de la teora de la flexin de las vigas rectascargadas uniformemente y empotradas en sus dos extremos.Los supuestos para el desallorro de la teora son :- La viga est compuesta de un material homogneo, istropo y elstico- La longitud de la viga debe ser ocho veces mayor que su espesor- La seccin transversal de la viga debe ser uniforme y tener un plano longitudinal de simetra- Las secciones planas antes de la deformacin permanecen planas despus de la misma- Al ser muy pequeos la flecha "y" y el ngulo de la fibra neutra antes y despus de la de-formacin, el radio de curvatura de la fibra neutra puede expresarse por R = - d2y/dx2- Las cargas se consideran aplicadas en el plano de simetra y perpendiculares al eje longitu-dinal de la viga.Las tensiones mximas de compresin se producen en la parte inferior de la viga en los empo-313tramientos; las de traccin, en la parte superior de laviga en los empotramientos y lastensionesde corte mximas tienen lugar en lafibra neutra, en el plano xz,tambin en los empotramientos.La tensin de corte se anulaen el centro de la luz; en estepunto,la tensin de traccin, que tie-ne lugar en la parte inferiorde la viga, alcanza un valorigual a la mitad de la traccin mxima;anlogamente , la tensin de compresin,que tiene lugar en laparte superior de la viga, alcanzala mitad del valor mximo.Las tensiones en los empotramientosvienen dadas por las siguientesexpresiones :umx =2.t(traccin o compresin) [ 1)3 3yL [2 (7m x =-T medio = -2 4-la -flecha mxima,fmx'que se produce en el centro de la luz, tiene el siguiente valor :.? L4fmx-32.E.t2 [ 3 1donde:L es la longitud de lavigat el espesor de la vigay el peso especficoE el mdulo de elasticidad longitudinal5.2.2. Clculo de la luz mximacuando el techo inmediato esta formadopor un estratoAsimilando el estrato que formael techo a una serie de vigas de ancho unidad, larelacinde la tensin normal y de cortemximas, segn se acaba dever en el punto 5.2.1. es :amx _ 2L(41fmx 3tCuando la luz del techo essuperior a cinco veces su espesor, latensin de traccin es algomayor que el triple de la tensinde corte; dicha tensin de traccinmxima se toma como basede diseo de la luz mxima de lacmara, ya que la resistencia a la traccinde una roca es inferiora su resistencia al corte.Considerando un coeficiente de seguridad Ft, entre 4 y 8, ysiendo To la resistenciaa la trac-cin de la roca, resulta que :amx.FtTo151y L22tFt=Toy la luz mxima en este caso tiene el siguiente valor :TotL=2[61y FtEn techos calculados paramucho tiempo, se adoptar Ft =8.314El hecho de adoptar un coeficiente de seguridad elevado es debido al desconocimiento de al-gunos fenmenos que se producen, as como a la extrapolacin de los resultados de la resistencia deprobetas en laboratorio a escala real . Por otra parte, al asimilar los techos a vigas o placas , hay quehacer una serie de suposiciones que simplifican el problema , pero que a la vez hacen que se pierdaprecisin.En el diseo de techos deben considerarse las condiciones ms desfavorables estudiando la per-sistencia de las diversas familias de discontinuidades que pueden aparecer en el macizo rocoso.5.2.3. Clculo de la luz mxima cuando el techo inmediato est formado por dos o msestratos.Las suposiciones de partida que se hacen son las siguientes :- Los dos estratos tienen la misma longitud y la misma anchura- La flecha de los dos estratos es igual en cualquier punto- El estrato superior est cargando al inferior con una carga uniformemente repartida- El estrato inferior soporta al estrato superior con la misma carga por unidad de longitud- El coeficiente de friccin de los dos estratos es nuloPara realizar el dimensionado de los techos formados por dos estratos, hay que distinguir doscasos segn la relacin carga por unidad de longitud / rigidez a la flexin.a) Cuando la mencionada relacin es menor para el estrato superior que para el inferior, losdos estratos actan independientemente , con lo cual son aplicables las relaciones obtenidasen el punto 5.2.2. para cada estrato , as como la relacin (6) que proporciona la luz mxima.b) Cuando la relacin carga por unidad de longitud/rigidez a la flexin es menor para el es-trato inferior que para el superior , el estrato supe rior estar totalmente apoyado sobre elinferior y por lo tanto ste estar sopo rtando parcialmente el peso del estrato superior. Eneste caso habr que desarrollar unas nuevas relaciones anlogas a las del apartado anterior.Al estar los dos estratos en contacto continuamente, debido a la menor rigidez a la flexindel estrato superior, las flechas de ambos estratos sern iguales (Vase Figura 195).La flecha de una viga doblemente empotraday cargada con una carga q por unidad de longi- v_tud se expresa mediante ji-fgx2(L-x)2224 E. l17]:-dondex es la abcisa del punto donde se obtiene la flechaL es la longitud de la viga 'q es la carga uniforme por unidad de longitudI es el momento de inercia de la vigaFIG. 195f, =(q1 +0q).x2 (L - x)2 [81' 24. El .I,Aq es la carga adicional por unidad de longitudejercida por el estrato superior sobre el inferiorEn el estrato superior, la flecha viene dada por:(q2 - Aq) .x2 (L - x)2[91f224 E2 I2315Al ser f1 = f2 resultaq1 +Aq=q2 q[9)El .I1 E2.I2de donde :q2 ElI1- ql E2 12q=El11+E212[10)Entrando con este valor en las relaciones anteriores que daban el valor de las flechas f1 y f2q1 +q2fl = f2 =E1 112+E2 12x2(L - x)2[11]24. 2Con esta ltima relacin se puede ver que cada estrato se comport a frente a la flexin del mis-mo modo que si la carga por unidad de longitud y la rigidez fueran iguales a la carga media por uni-dad de longitud y a la rigidez media de los dos estratos.A continuacin se van a obtener unas relaciones paraamx' T mxyfmxanlogas a las ob-tenidas anteriormente , cuando el techo inmediato estaba constituido por un solo estrato . Para es-te fin , se puede calcular el valor de un peso especfico ficticioyade forma tal que al sustituir elpeso especfico y por ya en las relaciones amx,Tmxyfmxobtenidas para un estrato, resultenotras relaciones aplicables al caso del techo inmediato formado por dos estratos.Siendo b la anchura de las dos capas y t 1 y t2 sus espesores , las cargas q por unidad de longi-tud y los momentos de inercia I resultan ser :q1 =y1. b.t1 I1 = 12 .b.t1q2 72.b.t212= 12 .b.t2El peso especfico ficticioy,para una anchura b = 1, se define de tal forma que .ya .ti=y1 ti + qSustituyendo este valor de Oq por el valor de Aq hallado anteriormente, al igualar las flechasfl y f2,y despejando ya, se tiene :_ El t12(yl t1 + 72 t2)ya El t13 + E2 t23 2)Por consiguiente , las tensiones mximas y la flecha , teniendo en cuenta las relaciones obteni-das para el caso del techo inmediato constituido por un estrato , sernal mx7, L2 [13]=2 t1-r1 mx3.ya.L [14)=4316ya .f1 mxL4=[15]32 . El.tl 2Para n estratos , cuyas relaciones carga por unidad de longitud /rigidez a la flexin van aumen-tando hacia los estratos superiores, el peso especfico aparente 'ya ser :nEl .t12E'Yiti'Ya=i1[16]nEElti.3i=1Esta relacin es aplicable hasta un determinado estrato tal que al considerar el estrato inmedia-tamente superior ,yapermanece prcticamente constante.Cuando los estratos que forman el techo inmediato estn inclinados un ngulo 9 , la cargapor unidad de longitud que acta sobre el techo , responsable de la flexin del mismo,viene dadapor :qi = qhcos 6siendo qh la carga por unidad de longitud que actuara sobre el techo si ste fuera horizontal.5.2.4. Influencia de las tensiones naturales horizontales sobre la estabilidad de techosestratificadosPara . estudiar la influencia de las tensiones horizontales, se parte del modelo de viga expues-to en el apartado 5.2.1., teniendo en cuenta, adems, que la viga est sometida a una fuerza axial F,siendo :F = Sh . t por unidad de anchura.Sh es la tensin horizontal existente en el macizo rocosot es el espesor de la vigaEl momento en el centro de la luz de la viga tiene el siguiente valor :_ t L2 6 (v - sen v)Mcentroy24 [ v2 sen vsiendo :[171Y3 ShvLE t2y el momento en el empotramiento es :M-yt L2 r 3 (tgv-v) 1 [18]emp = 12 v2 tg v JComo se puede observar , comparando con los momentos flectores obtenidos cuando no sontomadas en consideracin las tensiones naturales horizontales , ahora los momentos flectores se venincrementados debido a la tensin horizontal Sh. Si la viga no est perfectamente empotrada, losmomentos flectores en el punto medio van aumentando progresivamente , hasta llegar al caso de unaviga simplemente apoyada sometida a una carga horizontal, cuyo momento flector es mximo enel centro de la luz de la viga y viene dado por :317y.t.L2 r 2(1-cosv)[191Mmx - g 1v2 cos vEl hecho de que la viga est ms omenos empotrada en los pilares, dependede la rigidez delos mismos. Al ser menos rgidos los pilares,los empotramientos no son tanperfectos y la curvaturade la viga en dichos puntos disminuye,con lo cual disminuyen los momentosflectores que son pro-porcionales a la curvatura de la viga. Sinembargo, esta reduccin de tensiones en la viga al disminuirlos momentos flectores en losempotramientos est limitada a M = y L2/16 t, ya que a partirde este instante, los momentosen el centro de la luz de laviga empiezan a ser mayores que en losempotramientos.La tensin total que acta a lo largode la viga ser la suma de la tensin horizontal existente,Sh y la debida al momento flector.atotal = Sh +aflectorLa relacin anterior deja de servlida cuando se produce el pandeo de la.viga; por tanto, pa-ra estar seguros de que el pandeono se va a producir, el valor de Shdebe estar limitado a 1/20 delvalor de la compresin longitudinal que producirapandeo; esta compresin tiene el siguiente valor:ir2.E.t2ae3 LZque, con la condicin anteriormente mencionada, haceque :E t2Sh6 L2valor que normalmente es superior a las tensioneshorizontales existentes en los macizos rocosos.5.2.5. Influencia sobre la estabilidad del techode las fuerzas verticales debidas a presionesde fluidosVolviendo a las ecuaciones [11 y [31 expuestasen el apartado 5.2.1. deamx Y fmx,con-siderando adems una presin uniforme P, resulta :y .L2P L2 [201amx-2.t + 2t2f-y. L4P L4max32 Et2+32 E t3[2112 . To . t(y + P/t) FtL-II[221donde Ft es el coeficiente de seguridadPara suprimir los efectos tandesfavorables que puedentener los fluidos a presinsobre laesta-bilidad de los techos, sepueden realizar una serie desondeos de drenaje desde la mina ,dirigidosaltecho.5.3. Techos asimilables a placas5.3.1. Clculo de los momentosflectores y flechasDada lacomplejidad del problema, para su resolucinse acude a mtodos numricostalcomo318el mtodo de diferencias finitas, propuesto por Wright (70). De los resultados obtenidos de estos es-tudios con ordenador, se deduce, que cuando los pilares tienen una disposicin regular , el momentomximo positivo se produce en el eje de las cmaras y el mximo momento negativo , en los vrt i-ces de los pilares. Cuando la distribucin es al tresbolillo , la distribucin de momentos mximos esanloga al caso de distribucin regular de pilares.En cuanto a las flechas , las flechas mximas del techo se producen en las zonas de interseccindel eje de la cmara con el eje de los enlaces entre cmaras, cuando los pilares estn colocadosregularmente . Si stos estn colocados al tresbolillo , la flecha mxima se produce en el eje de los en-laces.En la Figura 196 se presenta una distribucin de momentos flectores y flechas de una explo-tacin por cmaras y pilares con pilares regulares y otra con pilares al tresbolillo.Para simplificar la resolucin del problema del clculo de las tensiones y momentos flectoresmximos en techos asimilables a placas, se supondr que las intersecciones de los enlaces con las c-maras se producen en ngulo recto.Teniendo en cuenta la complejidad del problema, se recomienda utilizar un mtodo numri-co, ya que los mtodos grficos pierden precisin y se introducen errores del orden del 20 30 porciento.5.3.2. Influencia de la rigidez, tamao y forma de los pilares sobre el valor de los momen-tos y flechas en el techoSe define el factor C como un coeficiente que relaciona entre s los siguientes factores: ri-gidez de la placa, rigidez de los pilares y distancia entre ejes de los mismos . El valor C viene dadopor:C =4(1 - 2)(_..a)( H t3) (231Esdonde : es el mdulo de Poisson de la placa en direccin horizontalEp es el mdulo de elasticidad del pilar en direccin verticalE.es el mdulo de elasticidad del techo en direccin horizontalA es la distancia entre ejes de los pilaresH es la altura de los pilarest es el espesor de la placaAl aumentar el factor C, tanto los momentos mximos como las flechas mximas disminuyen.Por consiguiente :Al aumentar la rigidez del pilar, los momentos y flechas mximas disminuyen , ya que un au-mento de la rigidez del pilar implica un aumento de la relacin Ep/H, con lo cual el factor Caumen-ta.Al aumentar la distancia A entre los ejes de los pilares , el factor C tambin aumenta.Al aumentar la altura H de los pilares, el factor C disminuye.Un problema que se presenta en la determinacin del factor C, es la cuanta en que los pilaresse hunden en el techo o en el piso , dato necesario para hallar su altura efectiva.Como es natural, al aumentar el tamao de los pilaresrespecto a la luz de las cmaras y de losenlaces, los momentos disminuyen , considerados stos envalor absoluto. Lo mismo sucede con lasflechas (Vase Figura 196).3193 -012---- - - -PILAR- -j- -iI\\\I /11. FLEWASPLARESI REGULARESTi-tio,roo2oai- - - -- -- ,PILR-- -I. FLECHASPILARES ALI TRESBOLILlOFIG. 196320.02r I r i0PILARJ, ~ENTOS HAXIHOS.PILARES REGULARES00:02O/5.b Ilac y'bcson los buza-mientos verdaderos de las lneas de interseccin ab, ac y be.La altura h de la cua,se encuentra determinando los ngulosI'act' Y Pbct 'que representan losbuzamientos de las lneas de interseccin ac y be en un plano vertical perpendicular al eje de la exca-vacin.Los ngulos0act''O bct''se obtienen mediantetg Oactg Obctg %ace'tg 'bct'--sen 0acsen0bc3296.3. Anlisis por computador de inestabilidades estructuralmentecontroladasEl anlisis por computador de la estab ilidad estructural est justificado cuando se trata de unaexcavacin suficientemente grande en la que es necesario realizar muchos clculos para estudiar laestabilidad de un gran nmero de cuas. El anlisis estereogrfico de la estbilidad de las cuas esespecialmente til a la hora de comprobar la estabilidad de cuas aisladas.Se supone que las cuas estudiadas en el punto anterior tienen un tamao mximo segn el vanoo los paramentos de la excavacin ; adems, no se tiene en cuenta la situacin de las cuas ; estas su-posiciones son admisibles en un estudio preliminar de la estabilidad de la excavacin , pero en un es-tudio ms detallado que comprenda numerosas cuas,no se puede partir de unos supuestos tan con-servadores.El anlisis de la estabilidad de las cuas y bloques considerando sus dimensiones reales y susituacin ha sido propuesto por Croney, Legge y Dhalla (71).Los datos de entrada que hay que suministrar al ordenador, consisten en la situacin y orien-tacin de todas las discontinuidades importantes. El programa proporciona un desarrollo plano dela excavacin, mostrando todas las discontinuidades. Se sitan todas las cuas y bloques formadaspor tres o cuatro discontinuidades, junto con la superficie de la excavacin, y se comprueba la posi-bilidad de cada o deslizamiento para cada cua. Cuando la cua o el bloque en cuestin es cinem-ticamente inestable, el ordenador anota las coordenadas de todos los vrtices de la cua, el rea dela base y el volmen y altura de la cua o bloque. Esta informacin se puede utilizar para calcularla fuerza de anclaje necesaria para tener un factor de seguridad determinado en cada cua o bloque.Se realizan varias pasadas del programa en el ordenador para diversas orientaciones de la exca-vacin y se adopta aqulla en la que existe el mnimo volmen de cuas potencialmente inestables.El problema se complica cuando el macizo rocoso est atravesado por muchas familias de disconti-nuidades anlogas en cuanto a su resistencia; la eleccin de la orientacin ms favorable es ms di-fcil y hay que estudiar un nmero suficiente de orientaciones para decidir la ms apropiada.6.4. Influencia del tamao de la excavacin sobre roturas controladas estructuralmenteSe considera el ejemplo de una excavacin en la que el eje de la misma es paralelo a la direccinde la lnea de interseccin de las dos fa-milias de juntas existentes, cuyo espaciadoes de 30 cm.La galera excavada es de seccin cua-drada , segn se ve en la Figura 207. Las zo-nas sombreadas adyacentes a la galerams pequea de la figura muestran que unagalera de 1,80 x 1 ,80 m de seccin origi-na unas cuas inestables de aproximada-mente 1 , 10 m3 por cada metro de longi-tud de la galera.Si en estas condiciones se decide abriruna galera de 3,60 x 3,60 m, las zonassombreadas mayores muestran que las cu-as inestables en este caso son de unos6,20 m3 por cada metro de longitud deFIG. 207 galeraPor consiguiente , el incremento de volmen de la zona inestable al aumentar el tamao delaexcavacin, es aproximadamente proporcional al incremento de la seccin transversal de la misma.3306.5. Influencia de las tensiones existentes "in situ " sobre inestabilidades controladas estruc-turalmenteCuando se trata de excavaciones realizadas a grandes profundidades o cuando las tensiones ho-rizontales son muy elevadas, no se pueden despreciar estas fuerzas a la hora de estudiar la estabili-dad de las cuas , tal y como se hizo en los puntos precedentes . Sin embargo , hasta el momento nose conoce bien la influencia de las tensiones "in situ" sobre cuas o bloques cinemticamente ines-tables , por lo que slo se puede tratar el problema en casos muy particulares.Por ejemplo , en el caso ilustrado en la Figura 208, la esta-bilidad de un bloque de altura hb, peso P y sometido a una ten- hsin normal un, se puede expresar por la condicin de equili- bbrio lmite mediante : U;,Psenaan=2hbtg0[1] P Pnes el ngulo de rozamiento de las superficies de la disconti-nuidad .EXCAVAC/ONCuando la tensin normal mediaunobtenida de la distri-bucin de tensiones alrededor de una cavidad y del peso del blo-que, es menor que el segundo miembro de la ecuacin [ 1 ], esFIG. 208necesario reforzar el bloque , ya que ste ser inestable.En otros casos, hay que tener en cuenta que al realizar una excavacin prxima a otra preexis-tente , debido a la nueva distribucin de tensiones alrededor de la primera excavacin , cuas o blo-ques que eran perfectamente estables pueden llegar a ser inestables . En estas condiciones, lo msprudente es no tene r en cuenta el soport e proporcionado por las tensiones del terreno al estudiar laestabilidad de las cuas en la primera excavacin.7. Explotaciones por hundimiento7.1. IntroduccinLa explotacin por hundimiento de bloques de un macizo rocoso se distingue de otro tipode explotaciones, en la necesidad de que la masa mineral que va a ser extrada se hunda despus derealizar una . abertura en forma tabular debajo del yacimiento mineral; el hundimiento se debe poderprever y controlar por razones de seguridad y operatividad.Un yacimiento mineral que se hunde con mucha facilidad , puede presentar problemas especia-les en lo referente a los sistemas de sopo rte en las galeras de acceso a la explotacin , donde debeexistir estabilidad.La extraccin completa de un bloque previamente hundido, cuyas dimensiones pueden serde 50 a 100 metros de lado y de 100 a 300 metros dealtura , tiende a crear un gran vaco, originan-do cambios significativos en la distribucin de tensiones en el macizo rocoso y una migracin de laroca colindante hacia el vaco creado . Estos fenmenos aparecen muy prontoen el desarrollo deuna mina y conducen a problemas adicionales en lo referente al control del movimiento delterrenoen las zonas de explotacin, en la roca adyacente a la cmara de hundimiento y enel rea de .subsi-dencia sobre la mina.La mecnica de una operacin de hundimiento comprendegran cantidad de variables geotc-nicas, incluyendo la determinacin de las tensionesnaturales , las propiedades estructurales de unmacizo rocoso cruzado por varias familias de juntas ,las propiedades del flujo de los fragmentosde roca despus del hundimiento , la estabilidad de las galeras y la estabilidad ydesplazamientos331de la estructura rocosa que rodea a la masa mineral.La obtencin de unos resultados fiables para predecir la capacidadde hundimiento , se consi-gue mediante medidas "in situ" de las propiedades de los macizosrocosos , ensayos de laboratorio,anlisis matemticos de los problemas y medidas del comportamiento de la estructura subterrneadentro y fuera de la mina mediante la comparacin de las predicciones tericas con las caracters-ticas reales de la mina.Los problemas de control del terreno son inevitables en una situacin donde los movimientosdel mismo se producen en tan gran escala y donde se espera que el macizo rocoso se hunda contro-ladamente en una determinada zona pero sea estable en otra.Para proyectar respuestas efectivas a estos problemas de control del terreno , se necesita cono-cer primeramente lo que est ocurriendo , no slo en la zona donde se observan los sntomas, sinoen una zona ms amplia que comprende todo el macizo rocoso sobre el rea total de extraccin,estudiando los efectos que se producen tanto en superficie como en el interior.En la mayor part e de las explotaciones , el problema del diseo de las aberturas para provocarel hundimiento del terreno , es un problema de interaccin entre los huecos excavados . Para ilustrarsto , en la Figura 209 viene una seccin simplificada de una serie de aberturas realizadas a lo largodel nivel de extraccin en una explotacin por hundimien-to de bloques y sobre estas aberturas hay una seccin sim-plificada de un sistema de cmaras y pilares en el nivelen que se va a realizar el hueco inicial para provocar elhundimiento . En esta fase del desarrollo de la mina, lastensiones alrededor de las aberturas en el nivel de extrac-cin se ven influenciadas solamente de una forma modera-da por las aberturas del nivel en que se ha realizado el hue-' co inicial para provocar el hundimiento y viceversa. Porlo tanto , las tensiones alrededor de las aberturas se obtie-nen aproximadamente mediante la distribucin de tensio-nes alrededor de aberturas simples o mltiples en roca;FIG. 209estos valores fueron descritos por Obert y Duvall (47).Una vez que los pilares del primer nivel de arranque se han volado para provocar el hundimien-to (Vase Figura 210 ), la situacin cambia repentinamente. La abertura situada sobre el nivel deextraccin , ahora puede aproximarse a una abertura en forma de valo y esta abertura tiende adesviar el campo vertical de tensiones.A. medida que transcurre el hundimiento , la cmara se77; transforma en una abertura mucho mayor de forma rec-tangular o cuadrada rellena de roca. Si la roca no est so-portando la mayor parte del campo de tensiones , esta aber-tura puede considerarse , para cuestiones de diseo , como siestuviera vaca; las tensiones que actan entre las aberturas,%, ,%.,%,y' mayores y menores cambian totalmente (Vase Figura211). Cuando el hundimiento avanza hasta la superficie,el material hundido soporta algunas tensiones , pero muchomenores que si el material estuviera intacto ; esta condicinFIG. 210es anloga a la de una inclusin..'blanda en uncuerpo r-gido , tratado por Donnell (72).Al llegar a este punto, las galeras de extraccin estn sujetas a concentraciones de tensionessimilares a las producidas por una trinchera rellena de material sine consolidar (Vase Figura 212).El desarrollo de las aberturas debajo de la zona de corte inicial es la parte ms importante del332h3MA,.L!ti:i'v?:yti....,Q'w^. 4:;4''x`*;:X*ab.. `. ryp,yiy+jd =yj,:}{p."t::1`!a '` yo1:4` ;?t3.;f'.e,(t..t?dpFIG. 211FIG.lJ212sistema de explotacin por hundimiento y normalmente estas aberturas reciben la peor partede las variaciones del campo tensional y consecuentemente necesitan un mximo cuidado en cues-tin de soporte y ;mantenimiento . Merrill y Johnson (73) han realizado un anlisis completo de lasvariaciones de concentracin de tensiones durante la perforacin del hueco inicial situado sobre losniveles de extraccin.En la mayora de los casos,el hundimiento progresa hacia la superficie por medio de un arcocontnuo que se va desplazando hacia arriba . Sin embargo , hay lugares aislados donde el terrenohundido cae en forma de bloques segn fracturas bien definidas en el macizo rocoso . Cuando el hun-dimiento llega hasta la superficie o cerca de ella y las tensiones laterales en el terreno han desapareci-do (excepto para la roca fracturada en el hundimiento ), el terreno en la superficie adoptar una for-ma plana y continuar cediendo hacia la zona de hundimiento.7.3. Excavacin del hueco inicial bajo el yacimientoEl mtodo de explotacin por hundimiento,realizando una cavidad previa debajo del yacimien-to, difiere de la mayora de los otros mtodos en que el hundimiento es una parte esencial del pro-ceso de excavacin y comprende el movimiento de millones de metros cbicos de roca a lo largo.de distancias de cientos de metros.El macizo rocoso debe caer por su propio peso de una manera que se pueda prever y controlardespus de que se haya realizado una excavacin en forma tabular debajo del yacimiento mineral.Un mtodo comn de la creacin de este hueco es perforar una serie de galeras y volar lospilares intermedios. Los anlisis tcnicos de la estructura subterrnea y la experiencia prcticamuestran que los problemas de soporte del terreno en las galeras realizadas para excavar este huecoy en los accesos para la extraccin de mineral , situados debajo de dicho hueco , son menores utili-zando el sistema de extraccin por retirada a lo largo del hueco, de acuerdo con una secuencia talque el hueco se desarrolle aproximadamente de forma circular u ovalada , para evitar la formacinde esquinas entrantes b pilares aislados que soportan altas concentraciones de tensiones.El anlisis terico de las tensiones muestra que el efecto de la excavacin tabular deuna aber-ra en un campo de tensiones de compresin,es una redistribucin de las tensiones preexis-tentes que rodean a la abertura de forma quese libera totalmente la tensin vertical de com-presin dentro de la zona marcada con Ru(en la Figura 213) por encima y por debajo / / R/ / / / / v 1 / / / / / /del hueco tabular perforado , originando ten-siones de compresin mayores que las norma-.5 A sles en la zona C cerca del final del hueco. 's2En respuesta a la liberacin de tensiones deascompresin , el terreno por debajo de la aber-turase mueve hacia arriba (v) y el terreno porF IG. 213encima de la abertura va cediendo.3337.4. Mecanismos de hundimientoSi la relacin de tensiones naturales horizontales a verticalesexcede de 112, no se desarro-llan tensiones de traccin en la zona R de la figura anterior. Si Sh/Sv< 1 /2 las tensiones de trac-cin en la zona R pueden causar algn desprendimiento inicial en forma de domo. En cualquier ca-so, para que el hundimiento prosiga continuamente hacia arriba por encimadel domo o arco, la ro-tura del macizo rocoso debe iniciarse mediante algn tipo de roturapor compresin o rotura cortan-te, ya que no existen tensiones de traccin.Una aproximacin del clculo del hundimiento consiste en analizar el macizo rocoso como unmedio homogneo y continuo, suponiendo que puede producirse la iniciacin de la rotura, si latensin de corte calculada es mayor que la resistencia al corte del macizo rocoso, ya sea a lo largode la roca misma o a lo largo de planos de debilidad.En una segunda aproximacin, se considera el proceso de rotura con ms detalle. Si las juntasnaturales de la roca estn rellenas con materiales relativamente ms plsticos que la roca, por ejem-plo, materiales arcillosos, los fragmentos de roca limitados por estas juntas se desplazarn ligeramen-te debido a las tensiones de compresin en el arco y por lo tanto,el arco se hundir progresivamen-te, abriendo espacios entre los bloques, que van perdiendo su integridadestructural; de esto se dedu-ce que cuanto mayores sean los espesores de relleno de las fallas y juntas que intersectan la lneadel arco, ms fcilmente se hundir el arco sometido a tensiones de compresin continuas y se vol-ver ms dbil, tendiendo a la rotura.Otro modo de rotura es la cada por gravedad o extrusin(favorecida por los minerales arci-llosos procedentes de zonas cizallas, astilladas o trituradas queintersectan el arco). Cada pequeofragmento que cae,deja parcialmente sin confinamiento el fragmentoadyacente. De este modo vancayendo progresivamente todos los pequeos fragmentos que rellenan el espacio entre dos bloquesen un junta . Al perderse el confinamiento del bloque, ste puede caer. Las zonas de cizalladura ms.amplias que el espaciado medio de las juntas,ocasionarn cadas de los bloques limitados por las jun-tas. Cuando aparece una zona de cizalladura de mayor tamao que las anteriores, que intersectael arco, puede ser suficiente para iniciar el hundimiento. Por consiguiente, segn esto, contra mspequeo sea el espaciado entre zonas de cizalladura, ms probable ser el hundimiento.El hundimiento natural del macizo rocoso situado sobre la excavacin tabular inicial ,se produ-ce pus mediante un desprendimiento progresivo de fragmentos que caen a una velocidad controla-da, evitndose as la creacin de un hueco demasiado grande si dichavelocidad de cada es muy ele-vada, o la detencin del hundimiento si dicha velocidad es demasiado baja.En el caso de que la cavidad creada en la parte inferior del yacimiento no sea suficiente paramantener un hundimiento continuo de ste, se perforan abanicos de taladros alrededor de la zonaque se pretende hundir.Por ltimo, hay que calcular el vano de la cavidad para que se produzca el hundimiento contro-lado. Esto se consigue mediante anlisis tericos basados en las propiedades del macizo rocosoconsiderado, especialmente las referentes a resistencia y. caractersticas de las familias de disconti-nuidades.Hasta el momento presente, se han conseguido resultados muy diversos en las prediccionessobre la capacidad de hundimiento de los macizos rocosos.7.5. Extraccin del mineraly movimientos del terreno alrededor del hueco producidoEn la operacin de extraccin del mineral, algunos de los bloques son demasiado grandespara pasar a travs de los coladeros; incluso, algunos bloques que pueden pasar por los coladeros,son demasiado grandes para las mquinas de carga y transporte. Para evitar estos problemas, se po-334Jdra realizar una voladura secundaria de estos bloques o bien proceder a un taqueo mecnico de losmismos; sin embargo, ambas operaciones son caras y, adems, interrumpen el rtmo normal de pro-duccin.La distribucin de tamaos de bloques, es decir, la fragmentacin del mineral que llega a lospuntos de carga, depende de la distribucin de fracturas y planos de debilidad en el macizo rocosooriginal. La prediccin de dicha distribucin de tamaos es un problema geomecnico de especialimportancia.Los bloques de mineral que se van desprendiendo, al principio son considerablemente mayoresque los que llegan a los puntos de carga, debido a que aqullos se ven sometidos a diversas fuerzas,como por ejemplo, el peso del material desprendido con posterioridad que yace sobre los bloquesque van a ser cargados, fuerzas de rozamiento con los bloques vecinos durante la cada del material,etc.En estudios sobre modelos realizados a pequea escala del flujo de partculas en una colum-na suficientemente alta, que simula la carga del mineral hundido, se puede observar una zona conforma de embudo, F, en la Figura 214, en las que las partculas se mueven rpidamente hacie elpunto de carga. Cerca de la parte inferior, las paredes del embudo estn inclinadas unos 70 respec-to a la horizontal. Al aumentar la altura de la columna, la inclinacin de las paredes del embudo tien-de a aumentar, llegando en algunos casos a valores prximos a 900. Las partculas situadas fuera de lazona activa de carga tienen un movimiento descendente y hacia el embudo, pero dicho movimientoes muy lento; sus desplazamientos decrecen rpidamente, tendiendo a cero al alejarse del embudo.Los lmites de esta zona se pueden describir como un segundo embudo (F2 en la Figura 214). Las in-clinaciones de las paredes del embudo son funcin de la distribucin de tamaos de las partculas:contra ms finas sean las partculas, las paredes delembudo se inclinan ms. As, para bloques grandes, - se puede aumentar el espaciado de los coladeros demineral./ /La disminucin del confinamiento debido al Fmovimiento parcial del material en el embudo F2permite que se produzca una liberacin de tensiones,con el consiguiente movimiento de la roca prximaal embudo (F3 en la figura 214).La carga activa en el primer embudo, la migra- . ' , \ ' -- - - - - -cin de partculas en el segundo embudo y los movi-mientos de la roca prxima a este segundo embudo,producen un fenmeno de debilitamiento del maci-rocoso en toda la zona de hundimiento, facili- bezotando la cada de bloques. Sin embargo, los despla-zamientos de roca producidos al debilitarse el macizoFIG. 214rocoso originan daos estructurales afectando a los soportes de las galerasde acceso prximas ala zona de hundimiento.7.6. Influencia del confinamiento sobre el hundimientoLa resistencia a compresin de un macizo rocoso no esconstante; por cada.. MPa-de disminu-cin de la presin de confinamiento, la resistencia a compresindel macizo rocoso puede disminuiren 3 6 4 veces la mencionada cantidad.El hundimiento del macizo rocoso se ve facilitadopor cualquier mecanismo que reduzcaelconfinamiento a que est sometido, ya que el macizorocoso situado sobre el hueco inicialmenteexcavado comienza a fracturarse debido atensiones de compresino cortantes.3351La prdida de resistencia del macizo rocoso junto a la zona de hundimiento,no es efectiva entoda la zona prxima a la excavacin tabular inicial, ya que el macizo rocoso en la regin K (Va-se Figura 214) no puede desplazarse lateralmente y adems todava permanece fijo por su base. LaFigura 213 muestra la rpida disminucin de la deformacin V hacia el lado opuesto de la excava-cin. Cuando se extrae la franja U (Vase Figura 214) se elimina gran parte del confinamientola-teral de la regin K. Continuando la extraccin del siguiente bloque , se va eliminandoprogresiva-mente el confinamiento de la regin K, consiguindose, al finalque no exista restriccin algunaparalos desplazamientos laterales y producindose , por lo tanto , una disminucun de la resistencia de laroca a lo largo de la parte inferior del bloque, que entonces puede empezar a desprenderse.Se puede conseguir una mayor disminucin del confinamiento mediante la excavacin de ranu-ras para liberar la regin K por uno o ms lados.La estructura del hueco formado sobre la excavacin inicial , debido a que las cadas de rocatienden a dejar tras de s zonas arqueadas , puede tomar forma de domo, medio domo o la cuartaparte de un domo, dependiendo del nmero de lados abie rtos , 0, 1 2, como se puede ver en laFigura 215.La estabilidad de un domo completot12 depende , por una parte , de la compresin\\ \ longitudinal segn planos verticales y, lx,IL otra, de la compresin,de menor importan-cia que la anterior, debida al confinamientoy que acta segn lneas sobre planos hori-- _ _- (4) (c,) zontales . Si se extrae mediante cort es vertica-les,la mitad o las tres cuartas partes del domo,se elimina una parte importante de las doscompresiones anteriormente mencionadas, re-sultando que la mitad del vano mximo es-table es sucesivamente menor para medio do-mo o la cuarta part e de un domo, que para tindomo completo , es decir, Lo /2 >Ld12/2 >(a,1 (ca) Ld(4/2.El procedimiento habitual para llevar aFIG. 215 cabo,en la prctica ,las anteriores operaciones,es mirar una zona ( bloque ) de determinadasdimensiones, de forma tal que la longitud y anchura de la zona minada , L L/2, sea mayor que elvano mnimo para que se produzca el hundimiento de un determinado macizo rocoso , en cualquiersituacin considerada , es decir, domo completo, medio domo o la cuarta parte del domo.La relacin aproximada 4 : 2 : 1 existente entre vanos de hundimiento para un domo comple-to, medio domo o la cuarta part e de un domo , observada en distintos tipos de roca, pone eneviden-cia la teora del domo y la del factor de confinamiento en el desarrollo del hundimiento.7.7. Influencia de las tensiones naturalesLa estabilidad de un arco en un macizo rocoso tiende a aumentar con la profundidadde lamina , debido al aumento de las componentes horizontales de las tensiones naturales .Esto se po-ne especialmente de manifiesto en macizos rocosos que contienen pocas discontinuidades yjuntas uotros defectos , sobre todo, si no se encuentran discontinuidades planas inclinadas , ya queno existeningn mecanismo aparente que pueda deteriorar la estructura del arco . La extraccin delprimerbloque de mineral en los mencionados macizos rocosos puede ser muy difcil . Por otraparte, unavez que se ha extrado el primer bloque , cada vez va siendo ms fcil el hundimiento dezonas336prximas a dicho bloque , a causa del fenmeno anteriormente mencionado del debilitamientoque se produce alrededo.r de la zona hundida,debido a la migracin de partculas y liberacin dedeformaciones y al efecto adicional de debilitamiento del macizo rocoso que puede lograrse en lazona del macizo rocoso donde se extrae el bloque inicial , retirando dicho bloque inicial de la zonade hundimiento ; es decir, el campo de tensiones naturales : parece no tener una importancia princi-pal, aparte del hundimiento de un primer bloque.7.8. Repercusin del hundimiento en superficie : Subsidencia l iiCuando se detiene el hundimiento y se contina la extraccin del mineral , se van creando gran-3es cmaras , que ofrecen el evidente peligro de que se produzcan ondas de compresin de aire a altasvelocidades debido a ulteriores hundimientos del yacimiento ; por este motivo , es fundamental que-l hundimiento alcance hasta la superficie del terreno.Para controlar el lmite superior d la cavidad , se puede realizar un sondeo que ir siendo in-:erceptado por la cavidad segn va progresando sta ; en este sondeo se puede instalar un sistemajue detecta las profundidades de una serie de anclajes , o bien cementar dentro de l, un cableiue indica donde se va produciendo la rotura . Tambin se puede comprobar peridicamente el cali-)re del sondeo.La migracin de fragmentos de mineral hacia el embudo activo , mencionado anteriormente,Vase Figura 214) produce en superficie una "cubeta" de hundimiento de mayortamao que el-nismo embudo , que al principio no se puede detectar a simple vista . La deteccin del inicio de esta:ubeta de hundimiento se realiza midiendo peridicamente los desplazamientos del terreno, tal y:omo se ver en el punto que trata de la instrumentacin.Mediante la obtencin de los valores de los desplazamientos , tanto vert icales como horizonta-es, y midiendo su direccin , se tienen unos datos importantes para interpretar una serie de factores-elacionados con el fenmeno de subsidencia, tales como : la situacin y tamao de los vacos que;e van produciendo bajo la superficie , la interpretacin de los fenmenos que se observan en la fasele extraccin del mineral (tipo de roca, distribucin de tamaos de mineral , dilucin , etc.), la in-luencia de discontinuidades estructurales importantes (juntas y fallas, unidades estratigrficas d-)iles o resistentes , etc.) y por ltimo , la velocidad de expansin de la cubeta de hundimiento, cuyo:onocimiento puede ser de especial importancia si, por ejemplo , sta se dirije hacia un pozo o edifi-:acin.Teniendo en cuenta la experiencia obtenida de otras minas, el lmite exterior del hundimientoactivo vertieal , viene marcado por un embudo cuyos lados estn inclinadosentre 60 y 70, estan-lo delimitada la cubeta de hundimiento por un embudo cuyos lados tienen una inclinacinde unos15.337CAPITULO XIINSTRUMENTACION1. IntroduccinEn los aos anteriores a 1960, cuando la Mecnica de Rocas no estaba reconocida como unamateria de,-mucha importancia en los diseos de estructuras subterrneas , no se llevaban a caboprogramas de instrumentacin con el rigor y medios que stos requieren; as, los resultados de lascampaas de medida casi siempre se tomaban de una forma muy excptica.En la actualidad , debido al gran desarrollo que est experimentando la Mecanica de Rocas ya la necesidad de comprobar "in situ" las diversas teoras desarrolladas para el dimensionado de es-tructuras subterrneas en roca , existe una clara tendencia a la instrumentacin ; esto ayuda tambina controlar el comportamiento de la excavacin durante su construccin , mejorando de este modolas condiciones de seguridad.Con la instrumentacin se pretende obtener una informacin previa para el diseo de excava-ciones subterrneas y un conocimiento del comportamiento de la excavacin segn va evolucio-nando la misma, as como la influencia de otras excavaciones prximas al hueco inicial.Con los extensmetros se obtienen datos sobre las deformaciones de los pilares, los paramentosde un tnel y los techos de cavidades subterrneas . Con estos instrumentos tambin se puede de-terminar el despegue de los estratos que forman el techo de las excavaciones realizadas en macizosrocosos estratificados.Cuando no se pueden instalar estaciones de medida entre techo y piso para estudiar el descensodel techo, cabe colocar instrumentos especialmente diseados para ello.La carga sobre los paramentos de cavidades subterrneas se estima mediante clulas de cargay de presin , que se colocan con las bases paralelas a la superficie donde se va a medir la carga.Mediante las inclusiones rgidas,se determina la variacin de las tensiones en un punto , pero no lastensiones absolutas en el mismo , para lo cual existen otros instrumentos ya descritos con anterio-ridad al tratar el tema del Modelo Geomecnico.Debido al elevado precio de la instrumentacin , hay que elegir cuidadosamente el programa deinstrumentacin ms adecuado para lograr un equilibrio entre los objetivos perseguidos por lainstrumentacin y el coste de la misma.A continuacin se describirn algunos de los instrumentos existentes en el mercado.3392. Medidor mecnico de deformaciones2.1. Descripcin del instrumentoCon este instrumento se mide la deformacin entredos puntos de medida que se anclan en laroca. Los puntos de anclaje del aparato se cementan en la roca, perforando pequeos agujeros de12,5 mm de dimetro.El rango de medida del aparato est comprendido entre 51 y 254 mm y la precisin en la medi-da es de 0,0025 mm.Siendo A L el desplazamiento medido y L la distanciainicial entre puntos de anclaje, la defor-macin e viene dada por :E=AL/LAdems del aparato en s, hayque disponer de una barramaestra de acero especial con unbajo coeficiente de dilatacin tr-CORRECTOR TORNRto DEmica. Con esta barra se calibraAPRIETE el cero mecnico del instrumentoy tambin se realizan las correc-TORNILLO DEciones precisas debidas a los efec-PUNTO DRETROCESOtos trmicos. (Vase Figura 216).APOYO DEREFERENCIA 1..CONTACTO DE2.2. AplicacionesDETECCION El medidor mecnico de defor-maciones se utiliza fundamental-6mente para cuantificar las defor-maciones de los pilares, de losparamentos de un tnel y de lostechos de cavidades subterrneas.El instrumento se puede utili-F IG. 216zar de dos formas diferentes: laprimera, midiendo a lo largo deuna sola direccin y, la segunda, segn tres direcciones. Al primer tipo de aplicacionescorrespondeel control de separaciones de fisuras,o bien el control del movimiento de corte cuando los puntosdeanclaje se sitan en lados opuestos de la discontinuidad.Otras aplicaciones son la medida de deformaciones verticales en un pilar o paramentode untnel y la medida de las deformaciones de cuadros metlicos de soporte, con los puntosde anclajeen los miembros de acero del cuadro.La aplicacin ms general es la consistente en situar tres direcciones demedida, orientadas a60 y formando un tringulo equiltero entre s. Las deformaciones en las tres direcciones deme-dida o51 e2 yE3 se determinan dividiendopor L los A L correspondientes que se hanmedido,jL1, OL2 y AL3 (Vase Figura 217).Las deformaciones principales Ep y Eq y sus orientaciones9pyoqse determinan mediantelas siguientes ecuaciones, Obert y Duvall, (47) :ep3(El+ E2 + E 3)+T[(E1- E2)2+(E2-E3)2+ (E3 - El)21112340Eq= 3 (E12+ E3)- 3 E(1 -E2)2+(E2-E3)2+(e3-E)21112_ (1)-1 V-- (E2 3)epq2 ig 2c.i- e2-E3donde, Bpq es el ngulo desdeE l a E p6qmedido en sentido contrario al de las agujas delreloj.Si :bpE" E3y.E2+E3 E3 y .E2 + E3 >2El, entoncesE24 5 2e,, entonces690ensayo de hinchamiento en laboratorio, seran aqullas debidas a los gradientes de humedad o he-terogenidad dentro de la muestra.3. Tubo extensomtrico3.1. Descripcin del instrumentoEl tubo extensomtrico est formado por una serie de tubos telescpicos, un reloj indicadory asientos de contacto al final de los tubos, para medir la variacin de la distancia entre puntos deanclaje en el techo y en el piso de la galera.La precisin del reloj indicador es de 0,0025 mm. La longitud total del tubo telescpico sesuele ajustar en incrementos de 0,3 m y 25 mm, mediante pernos que se colocan en una serie de agu-jeros realizados en los tubos y espaciados con mucha precisin . Los instrumentos que hay en el mer-cado tienen unas longitudes de medida de 0,9 a 1,8 m, de 1,8 a 3,4 m, de 3,4 a 5 , 2 m y de 5,2 a7,6 m.Los asientos semiesfricos de contacto , que son de acero inoxidable , se introducen dentro delos agujeros de las cabezas de los pernos situados en el techo de la mina, siendo este un procedi-miento de anclaje muy barato . Hay que proteger las estaciones del piso mediante un tubo para pre-venir cadas de roca.Los puntos de anclaje del piso deben realizarse en roca firme, de otra forma las lecturas se ve-rn afectadas por movimientos del suelo debidos a vibraciones provocadas por ulteriores voladuraso tambin por el paso de maquinaria cerca de la estacin de medida.Como instrumento accesorio del tubo extensomtrico , hay que disponer de una barra maestrade acero especial con bajo coeficiente de dilatacin trmica, utilizada como referencia para calibrarel tubo extensomtrico. Las magnitudes de los errores introducidos por el desgaste de los asientos decontacto y el manejo del cero en el reloj indicador se miden fcilmente con la barra maestra.Sin embargo , los errores debidos a la temperatura no se pueden determinar con la barra maestra;por este motivo hay que colocar un termmetro junto al tubo extensomtrico y realizar una lecturapor cada medida de deformacin efectuada ; de este modo, si es necesario , se hace la correccindebida a la temperatura.ESTRATO 1Si el extensmetro es del mismo acero espe-cial que la barra maestra, los errores debidos a la `_ \-11 ESTRATO 2temperatura son mnimos.El instrumento se coloca tal y como se mues-tra en la Figura 218.CONTACTOEl procedimiento operativo es el siguiente :ASIENTONMIESPERICOCONICO Se toma una lectura inicial de cero ; a conti-nuacin se van tomando lecturas con periodici-dad diaria , semanal o mensual . La diferenciaTUBOSECCIONEXTENSOMETRICOentre una de estas lecturasyla lectura inicial deDE TUBO CUBIERTAcero es la convergencia durante el intervalo deDEPROTECCION tiempo dado.}\ ii r ANCLAJEFIG. 2183423.2. AplicacionesEl tubo extensomtrico se utiliza para medidas de convergencia entre techo y piso en funcindel tiempo (la velocidad de convergencia da una indicacin de la estabilidad o inestabilidad del te-cho); una segunda utilizacin de este instrumento es como medidor de las separaciones que se pro-ducen entre estratos del techo por medio de la colocacin de varios puntos de anclaje en diversoshorizontes del techo.4. Medidor! de deformacin de pilares4.1. Descripcin del instrumentoEste instrumento est diseado para medir la expansin lateral de los pilares; si se colo-ca verticalmente tambin pueden efectuarse medidas de movimientos de techos o separacionesde estratos. El instrumento mide los desplazamientos relativos entre dos puntos de anclaje con. unaprecisin de 0,025 mm.La ventaja de este aparato estriba en que puede construirse con relativa fac il idad en el tallerde la mina, utilizando pernos de techo y otras piezas de metal que se pueden obtener con faci-lidad.En la Figura 219 se presenta el instrumento y su instalacin.El anclaje superior de la Figura 219 se introduce en el barreno mediante la herramienta deinstalacin que encaja en la varilla de 16 mm de dimetro del perno de expansin situado en eltecho . La varilla de 6,4 mm de dimetro, que se atornilla al final de la varilla de 16 mm de dimetro,transmite el movimiento del punto de anclaje superior hacia abajo, a travs de un agujero ms anchoexistente en el perno de cabeza exagonal de 101,6 mm de longitud (punto (4) en la Figura 219).El movimiento relativo de los puntos de anclaje se mide en un reloj indicador. La base del medidorse presiona contra el bloque de acero inoxidable (punto ( 1) de la Figura 219). El eje del reloj in-dicador pasa a travs de un agujero en su base y se pone en contacto con el extremo de la barrade acero inoxidable de 6,4 mm de dimetro.PLACA DEANCLAJE DEAMLLA D7ACEfiOEXPANSIONACERO SUAVEACOPLAOORINOXIDABLECEMrRADORANCLA.,Lr DED CAUCHOXPANS/OH1 ? 3HERRAMIENTADE INSTALACIONFIG. 219Con este instrumento, normalmente, no es necesario realizar correcciones por temperatura,ya que habitualmente los cambios de temperatura en la roca son insignificantes.4.2. AplicacionesEl medidor de deformaciones de pilares se puede colocar horizontal o verticalmente, segnse explica a continuacin.La aplicacin ms frecuente de este instrumento es como comprobador de la estabilidad de343los pilares. Para este fin, se perforan agujeros horizontales en el interior del pilar. Se instala el ins-trumento y se miden los desplazamientos entre un punto de anclaje. cercano al centro del pilar yotro punto de anclaje en el borde del mismo. Las lecturas se toman con la periodicidad que se juzgueoportuno en cada caso. La velocidad de expansin lateral de un pilar da una medida muy importan-te de la estabilidad del mismo, ya que, frecuentemente, cuando se aproxima la rotura de un pilarse forman lascas verticales en los paramentos.Otra aplicacin consiste en colocar varios aparatos en sondeos verticales realizados en el te-cho de la mina, con anclajes en diferentes horizontes para medir la separacin de los estratos en fun-cin del tiempo. Normalmente, los anclajes superiores estn en el mismo horizonte en cada sondeo,mientras que los anclajes inferiores estn situados en diferentes horizontes, utilizando diferenteslongitudes de tubo (punto (2) de la Figura 219).5. Instrumento controlador de descensos de techos5.1. Descripcin del instrumentoEste aparato consiste en una serie de anclajes de muelles que se colocan a diversas profundida-des en un solo sondeo perforado en el techo de la mina. El movimiento del anclaje se transmiteal extremo exterior del sondeo mediante un alambre. Las medidas se obtienen con relacin al an-claje del extremo exterior del sondeo. Se utiliza un peso de 2,3 kg para mantener el alambre tirantemientras se toman las lecturas. Las lecturas se efectan en un reloj indicador con graduaciones de0,025 mm, midindose la distancia entre un botn de bronce fijado al alambre y una caperuza debronce asegurada al anillo anclado en el emboquillamiento del sondeo.Los componentes del instrumento, cuyo esquema aparece en las Figuras 220 y 221,se puedenfabricar fcilmente, excepto los muelles y el reloj indicador.El anclaje de muelle puede utilizarse en sondeos cuyos dimetros varan entre 31,8 y 44,5mm. El dimetro del sondeo en el emboquillamiento debe ser de 41,3 mm como mnimo, para an-clar el anillo de cobre en dicho emboquillamiento.Los anclajes, junto con el alambre fijado a los mismos, se empujan hasta la profundidad desea-da en el sondeo. mediante la herramienta de instalacin, tal como se puede ver en la Figura 221Al igual que con el medidor de deformaciones de pilares, normalmente no hay que realizar co-rrecciones de temperatura, ya que los cambios de temperatura en la roca suelen ser insignificantes.La graduacin del cero en el reloj indicador se comprueba simplemente extendiendo completa-mente el eje del instrumento y anotando la lectura del indicador en ese momento.5.2. InstalacinEn la Figura 221 se indican los pasos a seguir en la instalacin del instrumento.1.1 - Se coloca el anillo dentro del sondeo y se ancla en el lugarelegido. Para conseguir unbuen anclaje, se puede utilizar una resina de secado rpido. A continuacin se quita la tapa 'delani-llo.2.' - Se empujan los anclajes junto con los alambres hasta laprofundidad deseada. Despusde instalado cada anclaje se pasa su alambre a travs de sucorrespondiente agujero en lacaperuzay se fija y asegura el botn de bronce.3 - Cuando todos los anclajes estninstalados, los alambres pasados y fijados losbotones,se vuelve a colocar y a asegurar la caperuza sobrela parte inferior del anillo.3444.* - Con el instrumento contro-lador de descensos de techo completa- DIALmente instalado, se ajustan las posicio-INDICADOnes de los botones de bronce de formaque las lecturas del cero en el reloj in-dicador se situen aproximadamente enel centro de la escala. A continuacinse anotan las lecturas del reloj indicadorpara cada uno de los alambres.MUELLE5 - Se toman ms lecturas con in-tervalos de tiempo prefijados; as, si apa-rece una fisura entre los puntos de an-APOYOclaje 2 y 3, por ejemplo, las lecturas enPLANOlos puntos 1 y 2 permanecen invariables,mientras que las lecturas en los puntos FIG. 220I?mm3 y 4 cambiarn.ANCLAJE ', a\5.3. Aplicaciones%!r1111v 11.ILa primera aplicacin del instru-mento de control de descenso de techosALAMBRE"'pII;I /rDE ACERL = tI . Ues la medida de la separacin de los estra-tos en el techo de la mina, en funcindel tiempo. En este caso, se coloca unanclaje a bastante profundidad, del or-den de 4,5 m. Se colocan otros anclajesa 0,5; 1,5 y 2,5 m o a otras distanciaspreviamente elegidas, de forma que se 3:1rII jfpuedan medir los despegues previstos delos estratos.Una segunda aplicacin del ins-CAPERU25BOTON/'RRAM/ENTAtrumento es el control del hundimientoPARA INSTALARdel techo cuando no se pueden instalarLOS ANCLAJESestaciones de medida entre techo y piso, . 11 l.r \\j% .debido a las condiciones poco propi-ANCLAJE1 -' 'ciar del lII.'rpiso u otros factores, como pasoNil.de maquinaria, etc. En este caso, el an-%ANCLAJE2 II.claje superior ms elevado debe situarsesaijl II% fuera de la zona de influencia del hueco.ANCLAJE .36. Extensmetros instalados en sondeosKiltI_ANCLAJE