Evaluación de Caída de Rocas

Los bloques que existen en el macizo rocoso son originados por la intersección de múltiples familias de discontinuidades; por lo tanto, a mayor número de familias de discontinuidades, mayor es la cantidad de bloques y más amplio es el rango de tamaño y forma de estos. En general, las discontinuidades son generadas por los siguientes factores: asociados a la propia formación de la roca (planos de estratificación o bandeamiento), cambios térmicos (enfriamiento), esfuerzos tectónicos (plegamientos, intrusiones, etc.) y descompresión por erosión de la cobertura; es decir, son el resultado de los eventos geológicos que han ocurrido en la región (y en esa zona en particular) desde que la roca se formó.

Cuando un macizo rocoso es cortado, la cara de corte queda libre de esfuerzos confinantes y esto hace que el macizo quede libre para deformarse lateralmente por descompresión. Este proceso de liberación hace que los bloques de roca paulatinamente se separen entre sí y las discontinuidades aumenten su abertura, reduciendo así la fuerza de fricción entre ellas; dejando de esta forma los bloques cada vez más libres para moverse. Este efecto de descompresión es mayor en la cresta del talud porque es la parte más superficial del macizo rocoso, la cual ha estado expuesta por más tiempo al intemperismo; por lo tanto, es en esta zona donde se espera que las discontinuidades estén más abiertas. La voladura no controlada empleada en el corte, sin duda ha alterado localmente el macizo rocoso, incrementando la abertura de las discontinuidades y dejando una capa superficial de roca floja.

Hay que tener en cuenta que la fuerza de gravedad actúa en todo momento y cuando un bloque no puede ser equilibrado por las fuerzas de fricción y trabazón (rugosidad macroscópica) en las discontinuidades, éste termina por caer. El tema de caída de rocas puede ser visto como un problema de estabilidad superficial del talud, mientras que la caída de fallas planares, en cuña y toppling puede ser visto como un problema de estabilidad intermedio a profundo, dependiendo de las dimensiones de los bloques comprometidos.

Una característica que hace que aumente el riesgo de caída de rocas en la zona de estudio en particular, es la corta distancia que existe entre el talud y la faja, ya que si fuera mayor, podrían construirse estructuras para contenerlas y/o controlar su caída, tales como: cunetas de gran tamaño (cunetones), barreras de protección

(terraplenes armados o sin armar, muros de gaviones con relleno de suelo) o barreras dinámicas. La falta de espacio sólo deja la posibilidad de controlar el problema directamente en la misma cara del talud y esto sólo se puede lograr con una malla de acero tendida sobre todo el talud y asegurada en el perímetro mediante cables de acero y cáncamos.

La trayectoria que siguen las rocas que caen de un talud es compleja pero depende en gran medida de la geometría de éste, la forma de los bloques y de la inclinación promedio de cada uno de sus tramos. En el caso de un talud uniforme, cuando la pendiente es menor a 45°, los bloques ruedan. Cuando la pendiente está comprendida entre 45° y 80°, los bloques rebotan contra la cara del talud. Finalmente, cuando el talud es casi vertical (> 80°), los bloques caen verticalmente en caída libre (DUNCAN, 2005). Con la finalidad de determinar la zona afectada por la caída de rocas, se realizó un análisis de sensibilidad con el programa RocFall de la firma Rocscience. Los resultados de estos análisis de pueden apreciar en las Figuras N° 29 y 30

El análisis mencionado se realizó en 16 secciones transversales correspondientes a la ubicación de las celdas geomecánicas e incluyó los siguientes pasos:

a) Importación de la geometría del talud. Está geometría debe estar en formato dxf. b) Ingreso de los parámetros generales de la roca, tales como: tipo de roca y peso

específico.

c) Asignación de las propiedades del contorno o perímetro del talud. Según el material seleccionado en las tablas guía del software. Se asignan de manera automática los valores del coeficiente de restitución por rebote en cada material. d) Definición de los puntos del talud a partir de los cuales se desprenderán los

bloques de roca.

e) Definición de las velocidades horizontales de despegue de los bloques de roca,superponiéndolas en cada punto seleccionado anteriormente. En este caso se han considerado las siguientes cinco velocidades horizontales: 0, 0.25, 0.50, 0.75 y 1.0 m/s. Además los pesos de bloque empleados en el análisis fueron 17 y 164 Kg.

f) Análisis de las trayectorias de caída de los bloques de roca desde los puntos seleccionados en el talud.

g) Determinación de la energía cinética con que llegan los bloques de roca a los diferentes puntos de impacto.

A partir de las trayectorias obtenidas, se ha establecido que un gran porcentaje de las rocas impactará contra la faja; así como, contra otros componentes importantes de la misma, tales como: el magneto, la torre de contrapesos y los motores. Este impacto puede ser directo o indirecto (después de rebotar contra el terreno). La zona afectada por impacto de rocas (ya sea directo y por rebote) abarca prácticamente toda la longitud de la faja (~ 365 m) y su ancho varía entre 13 y 28 m. La línea entrecortada de color rojo indica el límite de la zona de impacto directo, la cual se inicia en el pie del talud. Como se puede ver, la zona de los motores es la más crítica porque recibirá el impacto directo de las rocas, las cuales tendrán una alta energía cinética (ya sea debido a su masa y/o su velocidad). En cambio en las zonas del magneto y la torre de contrapesos, el impacto será mayormente indirecto y por ende las rocas tendrán menor energía cinética.

Además en este caso, se ha podido evidenciar que las banquetas existentes no detienen los bloques que caen sobre ellas, sino que por el contrario, sirven de plataforma para proyectarlas a una mayor distancia y velocidad, incrementando así su efecto destructivo y peligrosidad. La razón de esto es que las banquetas son muy cortas y están inclinadas hacia el talud. En realidad, las banquetas debieron ser horizontales o tener contrapendiente y ser más anchas. Adicionalmente, se realizaron una serie de corridas del programa RocFall colocando barreras dinámicas en distintos puntos del talud, con la finalidad de detener los bloques antes de que lleguen a la parte inferior. Esta evaluación se hizo para ver si esta solución era viable en este caso, ya que estas barrenas son más fáciles de colocar que las mallas de acero y no requieren que se intervenga todo el talud. Algunos resultados se muestran en las Figuras N° 28 y 29. Como se puede observar, estas barreras truncan las trayectorias inferiores y prácticamente eliminan el impacto de las rocas contra las instalaciones y el terreno cerca del pie del talud. No obstante, tienen el inconveniente que su mantenimiento es costoso, muy frecuente y riesgoso.

Tabla 21: Distancias alcanzadas por los bloques rocosos al caer del talud.

Figura 28: Análisis de caída de rocas en CG-0176

76 _{Software Rocfall}

Figura 29: Análisis de caída de rocas en la CG-09.77