Forma de la excavaciĆ³n
La forma que adopte el contorno de una excavaciĆ³n, tendrĆ” influencia favorable o desfavorable en las condiciones de estabilidad de la masa rocosa de dicha excavaciĆ³n. En general, las formas esquinadas representan condiciones desfavorables para la estabilidad, mientras que el āefecto arcoā favorece a la estabilidad.
En rocasĀ masivas y frĆ”giles, la estabilidad es gobernada por la forma del contorno de la excavaciĆ³n. Formas rectangulares, pueden exhibir altas concentraciones de esfuerzos en las esquinas que pueden resultar en la falla. Un techo plano puede exhibir concentraciones de esfuerzos de tracciĆ³n y tambiĆ©n resultar en una falla.
El arqueo de los techos de los tajeos, sin embargo, elimina los esfuerzos crĆticos y ofrece una abertura estable sin peligro de falla. En rocas diaclasadas, el mĆ”ximo de tamaƱo de las cuƱas depende del tamaƱo y la geometrĆa del tajeo o de la galerĆa. CuƱas y bloques de gran tamaƱo pueden caer a lo largo de la abertura de la excavaciĆ³n, resultando en el agrandamiento de la secciĆ³n.
Una soluciĆ³n a esto es la forma de la excavaciĆ³n para acomodarse a los rasgos estructurales dominantes de la masa rocosa. Aunque las excavaciones no tendrĆan una estĆ©tica apropiada, pero serĆan mĆ”s estables, de lo contrario se tendrĆa que utilizar el sostenimiento. En las siguientes figuras se muestran algunos casos, aplicables a labores de avance y tajeos, estos Ćŗltimos particularmente importantes en los mĆ©todos de minado por shrinkage, como tambiĆ©n en corte y relleno, donde se podrĆ” controlar adecuadamente las condiciones de estabilidad de la corona y cajas.
TamaƱo de la excavaciĆ³n
El tamaƱo de la excavaciĆ³n tiene que ser compatible con las condiciones generales geomecĆ”nicas de la masa rocosa. Cuando las condiciones geomecĆ”nicas no lo permiten y se intenta hacer crecer el tamaƱo de la excavaciĆ³n, se genera un peligro potencial, si es que no se adoptan medidas de control de la estabilidad de la masa rocosa.
Cuando el tamaƱo de la excavaciĆ³n crece, los techos, paredes o cajas estĆ”n expuestos a mayores rasgos estructurales de la masa rocosa. Luego, los bloques y cuƱas que se auto sostenĆan cuando la excavaciĆ³n era pequeƱa, ahora tienen menos auto sostenimiento, lo cual representa un peligro potencial.
En rocas fracturadas en donde las familias de diaclasas,Ā otras discontinuidades forman bloques rocosos de tamaƱo mediano grande, Ć©stos tienden a presionarse uno contra en el contra el otro en el contorno de la excavaciĆ³n, logrando autosostenerse, especialmente en excavaciones de tamaƱo pequeƱo.
En masas rocosas de estratificaciones horizontales planas, el agrandamiento de la excavaciĆ³n va a afectar la estabilidad de la misma, dependiendo del espesor del estrato, debido a la capacidad de auto sostenimiento de los estratos y tambiĆ©n de los esfuerzos. Si el tamaƱo dela excavaciĆ³n permite que las capas rocosas se muevan unas en relaciĆ³n a otras, entonces la falla de la excavaciĆ³n puede ocurrir.
Hay tres formas de cuƱas en la periferia de la excavaciĆ³n en donde se estĆ” desarrollando la excavaciĆ³n con cuƱas biplanares en el techo, si se ensancha la excavaciĆ³n, la cuƱa irĆ” creciendo para llegar inevitablemente al colapso, debido al incremento de su peso. La misma conclusiĆ³n se puede establecer para las cuƱas tetrahedrales. Este ejemplo demuestra que el incremento del ancho de la excavaciĆ³n puede reducir las condiciones de su estabilidad. En rocas intensamente fracturadas y dĆ©biles, obviamente el crecimiento de la excavaciĆ³n significarĆ” el colapso de la misma.
OrientaciĆ³n de las excavaciones
La roca puede ser minada con mayor seguridad en una direcciĆ³n que en otra, la direcciĆ³n preferencial de avance de la excavaciĆ³n es determinada por el rasgo estructural dominante dela masa rocosa. Minar en la direcciĆ³n preferencial de avance, significarĆ” tener condiciones mĆ”s ventajosas para la estabilidad de la excavaciĆ³n. Contrariamente, minar en la direcciĆ³n de avance menos favorable, puede alterar o debilitar la estabilidad de la masa rocosa durante la vida de la mina, representando peligro de caĆda de rocas.
Si una excavaciĆ³n avanza en forma paralela a un sistema principal de discontinuidades o al rumbo de los estratos, fallas principales y zonas de corte, las condiciones de estabilidad de la masa rocosa serĆ”n muy desfavorables por el debilitamiento de la roca, principalmente cuando el buzamiento de estas estructuras es mayor de 45Ā°.
En ambientes de altos esfuerzos, el fallamiento de la roca es una constante preocupaciĆ³n, particularmente si la excavaciĆ³n avanza cerca de una falla geolĆ³gica. En este caso, los esfuerzos se concentran en el Ć”rea ubicada entre la falla y la excavaciĆ³n y si estos esfuerzos exceden la resistencia de la roca, puede ocurrir la falla. En rocas competentes pueden ocurrir reventazones y hasta estallido de rocas en ambientes de altos esfuerzos.
Lo ideal para tener condiciones de estabilidad favorables de la masa rocosa en una excavaciĆ³n, es que Ć©sta avance en forma perpendicular, cruzando al sistema principal de discontinuidades o al rumbo de los estratos, fallas principales y zonas de corte, es decir, al rasgo estructural dominante de la masa rocosa. En vetas o cuerpos mineralizados angostos, no hay opciĆ³n de seguir la excavaciĆ³n atravesando las discontinuidades, pues la Ćŗnica forma de llevar a cabo el minado es seguir el rumbo de la estructura. En estos casos, dependiendo de las condiciones de calidad de la masa rocosa, el sostenimiento constituirĆ” un componente importante del minado. E vetas o cuerpos mineralizados que tengan mayor a 10m de potencia, si se puede aprovechar este principio, lo cual influirĆ” favorablemente en las condiciones de estabilidad de la labor minera.
El principio seƱalado tambiĆ©n es aplicable al caso de cuƱas biplanares, no siendo recomendable que el eje de la excavaciĆ³n sea paralelo a la cuƱa biplanar, sino que la excavaciĆ³n atraviese la cuƱa, es decir, que el rumbo de la cuƱa sea perpendicular a la excavaciĆ³n, en este caso, las mismas familias de discontinuidades permitirĆ”n el auto sostenimiento de la excavaciĆ³n.
AsĆ mismo, el mencionado principio tambiĆ©n es aplicable al caso de labores mineras en zonas de pliegues con anticlinales y sinclinales. En este caso, la ubicaciĆ³n y direcciĆ³n de avance de las excavaciones influirĆ”n en las condiciones de estabilidad de las excavaciones. En general, las labores cuyo avance es perpendicular a los ejes de los plegamientos, presentarĆ”n mejores condiciones de estabilidad respecto a las orientadas en forma paralela a los ejes, siendo las mĆ”s desfavorables las paralelas a los ejes de los sinclinales por la concentraciĆ³n de flujos de agua y de los esfuerzos.
Estas consideraciones son particularmente aplicables a los casos de tĆŗneles y galerĆas para drenajes, transporte, etc., que son labores comunes en una mina.
Foto: Compromiso Empresarial
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