Control de la vibración del terreno

Además de una correcta y completa secuencia de detonación de todos los taladros involucrados en la voladura de masas, un objetivo importante es la minimización de daños a las estructuras circundantes (como ejes, pilares, etc.) por la excesiva vibración. La

sobrepresión por la voladura también puede causar daños significativos a los sistemas de ventilación. En consecuencia, las secuencias de iniciación deben diseñarse con un peso de carga por retardo uniformemente distribuido a través de la duración de la voladura de masas. El objetivo es prevenir períodos de alta concentración explosiva en una voladura. A menudo, la cantidad de explosivo que se detona en un intervalo específico de tiempo está limitado a 1000 kg. El intervalo óptimo de retardo entre cargas detonantes sucesivas para minimizar la interacción de ondas sugerido por Heilig (1999) ha sido la mitad de la duración de la vibración de una carga individual de taladro. Para la mayoría de los tipos de roca subterránea (para una distancia de hasta 200 m de la voladura) este valor determinado por Heilig ha sido aproximadamente 20 ms.

También se pueden determinar los efectos del peso de la carga por distribución de retardo a través de una voladura mediante el monitoreo de la voladura para asegurar que se ha minimizado el número de cargas que inician para un período de 20 ms. En

emplazamientos mineros cercanos a un pueblo o ciudad, la práctica estándar es monitorear la vibración de superficie de todas las voladuras de tajeo que excedan las 100,000 toneladas. La experiencia en monitoreo indica que los valores de vibración de superficie obtenidos del monitoreo de superficie muy probablemente cambian de un lugar a otro. Es posible que debido a las discontinuidades geológicas de gran escala o los efectos de los vacíos o masas de relleno mineras, algunos emplazamientos podrían experimentar niveles mayores que los monitoreados a distancias más cortas. La Figura 6.50 muestra la velocidad de partícula pico monitoreada (PPV) de un monitoreo de largo plazo de voladura de superficie en los linderos de alquiler en las Minas de Mount Isa

(aproximadamente a 1 km de la voladura). En las Minas de Mount Isa, las vibraciones inducidas por voladura de tajeo son generalmente aceptables para la comunidad. El nivel histórico de quejas es bien bajo y jamás se ha vinculado ningún daño a la propiedad con las actividades de voladura subterránea a gran escala. En consecuencia, tomando como

base los datos de largo plazo recolectados en las Minas de Mount Isa, se sugiere un criterio adecuado que se puede alcanzar realísticamente en tajeo de subniveles, que es el

siguiente:

1. La superficie PPV de 10 mm/s puede excederse hasta en un 10% del número total de voladuras diarias.

2. El nivel no puede exceder 20 mm/s en ningún momento, inclusive durante las voladuras de masas.

FIGURA 6.50

Niveles de vibración de superficie de voladuras de masas en las Minas de Mount Isa. Velocidad pico de partícula (mm/s)

Voladuras de masas Toneladas por voladura Total de voladuras diarias. Voladuras de masas.

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Refuerzo y Soporte de Roca

7.1 Introducción

El objetivo del sostenimiento o fortificación es mantener excavaciones seguras y abiertas para su propósito y vida útil previstos (Villaescusa, 1999a). En un contexto de tajeo abierto, la eficacia de una estrategia de sostenimiento es importante por dos razones esenciales: la seguridad del personal y del equipo comprendidos dentro del desarrollo del tajeo, y lograr la extracción más económica de mineral con una mínima dilución de los muros de tajeo definitivos.

El tipo de sostenimiento o fortificación requerido en un lugar específico de tajeo depende de varios factores, que incluyen resistencia de la masa rocosa disponible, geometría de excavación, esfuerzos presentes en la roca, prácticas de voladura y proceso de la erosión o exposición a la intemperie (véase la Sección 1.4). Podrán emplearse dos técnicas de estabilización para mejorar y mantener la capacidad portante de una masa rocosa cerca de los límites de una excavación subterránea (Windsor y Thompson, 1992):

• Refuerzo de roca

Se considera “refuerzo”, de manera exclusiva, a los sistemas de componentes instalados en los taladros perforados en una masa rocosa; por ejemplo, la varilla roscada encapsulada en cemento, los estabilizadores de fricción y el anclaje con pernos de roca. Los elementos de refuerzo constituyen una parte integrante de una masa rocosa reforzada.

• Soporte de roca

Se considera “soporte”, de manera exclusiva, como los sistemas de componentes que se ubican en los frentes expuestos de las excavaciones; por ejemplo, las mallas, barras planas, el hormigón proyectado o shotcrete, y los arcos de acero. Los elementos de soporte son externos a la roca y responden a un movimiento interior importante de la masa rocosa que rodea a una excavación. Los elementos de refuerzo brindan una estabilización efectiva al ayudar a una masa rocosa a sostenerse a sí misma (Hoek y Brown, 1980). Ello se logra impidiendo que se desmorone y mejorando las propiedades de auto-interconexión de una masa rocosa. Un patrón de refuerzo fortalece a la masa rocosa expuesta alrededor de una excavación, impidiendo el desprendimiento de bloques sueltos e incrementando la resistencia al cizallamiento de las discontinuidades geológicas intersecadas por los elementos de refuerzo. Ello da como resultado una zona reforzada que ayuda a redistribuir los esfuerzos alrededor de las excavaciones y asimismo minimiza la dilatación de las discontinuidades geológicas preexistentes. Una cuidadosa voladura y una correcta limpieza de la galería reducen la cantidad de roca suelta que deberá soportarse; por consiguiente, incrementa el comportamiento auto-estabilizante de una masa rocosa.

En las minas de tajeo abierto por subniveles, la principal forma de estabilización de la excavación es provista por el patrón de refuerzo instalado en las diversas excavaciones de desarrollo del tajeo. Se requiere un soporte de roca tal como el provisto por la malla y el hormigón proyectado a fin de brindar limitación superficial en un patrón de refuerzo ubicado en los límites de la excavación. El refuerzo controla la estabilidad general de la excavación a través de las acciones de refuerzo del enchavetado, arqueo, viga mixta o compuesta (Windsor y Thompson, 1992), mientras que la malla o el hormigón proyectado sustentan los pequeños trozos de roca suelta que potencialmente pueden desprenderse dentro de un esquema de empernado (Figura 7.1).

Se puede considerar que el sostenimiento consiste de combinaciones de sistemas de refuerzo y de soporte. Es práctica normal diseñar el refuerzo de modo que actúe conjuntamente con el soporte para formar un esquema de sostenimiento (Windsor y Thompson, 1992). Esto es, el sostenimiento es inmovilizado por una plancha mantenida en su lugar por el sistema de refuerzo. Si esta interacción en el collar del sistema de refuerzo falla, el esquema de sostenimiento no será eficaz en retener a la

roca inestable. Otro importante aspecto del diseño de sostenimiento es su respuesta general al volumen de deformación de la masa rocosa y la velocidad a la cual ésta ocurre.

FIGURA 7.1

Soporte y refuerzo de una masa rocosa fragmentada en bloques sometida a alto esfuerzo.

7.2 Terminología

Thompson y Windsor (1992) desarrollaron una clasificación para describir las formas, funciones, mecánica básica y comportamiento de los diferentes sistemas de soporte y refuerzo de roca comercialmente disponibles. El método clasifica a los sistemas de refuerzo actuales dividiéndolos en tres categorías básicas para explicar los mecanismos básicos de la transferencia de carga entre los elementos de refuerzo y una masa rocosa. El método facilita una descripción y comparación de dispositivos dentro de una categoría específica o entre categorías independientes. Las categorías se muestran en la Figura 7.2 y son descritas como Acoplado Mecánico Continuo (CMC por sus siglas en inglés), Acoplado por Fricción Continua (CFC) y Acoplado Mecánico y de Fricción Discontinua (DMFC). Algunos dispositivos típicos de refuerzo se agrupan de acuerdo a esta clasificación en la Tabla 7.1.

Tipo Vista longitudinal del elemento de refuerzo

CMC Región de superficie inestable Región interior estable CFC Región de superficie inestable Región interior estable DMFC Región de superficie inestable Región interior estable

FIGURA 7.2

Clasificación de la acción de refuerzo. (Después de Thompson, A.G. y Windsor, C.R., Un sistema de clasificación para el refuerzo y su uso en el diseño, en T. Szwedzicki, G.R. Baird, y T.N. Little, eds., Proceedings of the Western Australian Conference on Mining Geomechanics (Actas de la Conferencia sobre Geomecánica de Minas de Australia Occidental) Kalgoorlie, Australia Occidental, Australia (8-10 junio 1992, páginas 115-125, Western Australian School of Mines, Kalgoorlie, Australia Occidental, Australia).

TABLA 7.1

Clasificación de Dispositivos de Refuerzo Típicos

Tipo Descripción

CMC Barras con lechada de cemento/resina en columna completa (perno CT cementado, barra deformada, barra roscada y Posimix cementado)

Cables con inyección de cemento (cordón simple y geometría modificada) CFC Estabilizadores de fricción (perno split set, perno de fricción y perno Swellex) DMFC Anclas mecánicas (pernos CT y HGB sin cementar, carcasa de expansión, ranura y

cuña)

Anclajes simples de cemento / cartucho de resina (perno de paleta, barra deformada y Posimix sin aglomerante)

Fuente: Thompson, A.G. y Windsor, C.R. Un sistema de clasificación para el refuerzo y su uso en el diseño, en T. Szwedzicki, G.R. Baird, y T.N. Little, eds., Proceedings of the Western Australian Conference on Mining Geomechanics (Actas de la Conferencia sobre Geomecánica de Minas de Australia Occidental) Kalgoorlie, Australia Occidental, Australia (8-10 junio 1992, páginas 115-125, Western Australian School of Mines, Kalgoorlie, Australia Occidental, Australia).