ESTALLIDOS DE ROCAS
1.
Introducción
Se ha considerado de interés preparar este artículo, el mismo que da una visión general de la situación actual en que se encuentra a nivel mundial la problemática relacionada con el fenómeno de estallidos de rocas. La toma de conocimiento de todos los aspectos que se presentan, será de importancia para los ingenieros que se encuentran frente a este nuevo reto que plantea la ejecución de excavaciones rocosas subterráneas, particularmente asociadas a las operaciones mineras. Las experiencias habidas y las prácticas desarrolladas como producto de las nuevas concepciones que se vienen introduciendo en la ingeniería minera moderna deben ser aprovechadas, adecuándolas a nuestro medio, solo así podremos llevar operaciones mineras con bases de mayor racionalidad.
2. Consideraciones previas
Antes de tratar los diferentes aspectos asociados a los estallidos de rocas, es necesario considerar brevemente algunos de los procesos mecánicos que ocurren cuando la roca es excavada durante el minado subterráneo. Antes del minado, el material a ser excavado ejerce un conjunto de fuerzas de sostenimiento natural a la roca circundante y cuando se produce la excavación se eliminan estas fuerzas de sostenimiento, es decir, el proceso de minado es estáticamente equivalente a la introducción de un conjunto de fuerzas sobre las superficies de la excavación, igual en magnitud pero en sentido opuesto a aquellas que actuaban originalmente. La acción de estas fuerzas inducidas por el minado imponen perturbaciones mecánicas en el medio rocoso: ocurren desplazamientos en la roca circundante, hacia el vacío minado; se producen nuevos estados de esfuerzos y desplazamientos en las áreas remanentes de mineral, los pilares y en otras excavaciones adyacentes, como consecuencia de los esfuerzos inducidos por el minado y del estado inicial de esfuerzos en la masa rocosa; y finalmente, las fuerzas superficiales inducidas actúan produciendo desplazamientos superficiales inducidos, lo cual resulta en un incremento de la energía de deformación de la masa rocosa, esta energía de deformación es almacenada localmente en las zonas donde hay un aumento de la concentración de esfuerzos.
Los procesos de minado van generando una estructura rocosa, que consta de vacíos y de elementos de sostenimiento naturales y/o artificiales, esta estructura rocosa va evolucionando conforme avanza la explotación de la mina, la cual debe ser guiada por un diseño apropiado del esquema y secuencia de minado para minimizar las perturbaciones mecánicas del medio rocoso.
El objetivo final en el diseño de una estructura minera será controlar los desplazamientos de la roca dentro y alrededor de las excavaciones rocosas. Los desplazamientos elásticos alrededor de excavaciones rocosas son típicamente pequeños; los desplazamientos importantes desde el punto de vista de sus consecuencias en la práctica de la ingeniería involucran procesos como el fracturamiento de la roca intacta, los deslizamientos a través de discontinuidades estructurales como fallas geológicas, la deflección excesiva de las rocas del techo y del piso, o la falla inestable en el sistema, este último proceso es expresado físicamente como una liberación súbita de la energía potencial almacenada y cambios significativos en la configuración del equilibrio de la estructura minera. Estos modos potenciales de respuesta de la masa rocosa a las actividades de minado, definen algunos de los componentes de la metodología que intenta proveer una base para el diseño geomecánico de una excavación rocosa.


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3. Antecedentes sobre estallidos de rocas
El término estallidos de roca ha sido usado de un modo general para describir la falla de la roca, variando esta en magnitud desde la expulsión de pequeños fragmentos de roca de la superficie de pilares o paredes de las excavaciones mineras hasta el colapso súbito de áreas que cubren varios cientos de metros medidos a lo largo del rumbo de las vetas, por varios cientos de metros en profundidad. El efecto sísmico producido por este fenómeno cubre un amplio rango, el movimiento de la masa rocosa producido por un pequeño estallido es solo detectable con equipo micro-sísmico, mientras que la disturbancia sísmica que puede producir un gran estallido puede ser registrado con sismogramas a cientos de kilómetros. Un ejemplo de este último caso fue el estallido de roca ocurrido el 27 de Noviembre de 1962 en Glen Oreshoot (Kolar-India), que dañó un área aproximada de la mina de 450 m en profundidad y 300 m en rumbo de la veta. Así mismo causó daños a las edificaciones situadas en superficie en un radio de 2-3 Km y el evento sísmico fue registrado en una estación sismográfica situada a 760 Km de distancia (1.5)* (* Fuente de información).
Los estallidos de rocas que se experimentan más frecuentemente y que causan los mayores problemas de ingeniería ocurren en los tajeos, produciéndose roturas de unos cientos de kilos a varios miles de toneladas o más de roca con violencia explosiva. Los estallidos más pequeños ocurren en aberturas de dimensiones limitadas tales como túneles, galerías o piques, mientras que los estallidos mas grandes ocurren en áreas extensivamente minadas. Adicionalmente, ocurren estallidos en zonas no trabajadas o abandonadas de una mina. Si bien los estallidos en áreas remotas no crean peligro al personal y equipos, sin embargo ellos pueden afectar la estabilidad general de la estructura de la mina.
A nivel mundial actualmente ocurren estallidos de rocas principalmente en los siguientes lugares:
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En los campos auríferos del sistema Witwatersrand de Sudáfrica.
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En los campos auríferos de Kolar en la India.
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En el área minera metalífera de la Faja Abitibi de Ontario en Canadá.
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En las minas de plomo-plata del distrito de Coeur d'Alene al norte de Idaho en U.S.A.
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En la provincia metalogenética de Zambia-Zaire, conocido como la "Faja Cuprífera".
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En los campos carboníferos de países como Inglaterra (North - Staffordshire y South
Wales), Checoslovaquia (Ostrava - Radnavice), Alemania (Ruhr), Rusia (Donbass), etc.
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En Perú en la mina Casapalca.
 En Witwatersrand
Los estallidos de rocas fueron inicialmente observados desde el cambio del Siglo XIX al siglo XX. Con el incremento de la escala de minado y la profundización de las minas en décadas subsecuentes (actualmente las profundidades varían desde 1000 m hasta mas de 3000 m) el peligro de los estallidos progresivamente ha sido mayor, lo cual obligó al gobierno de Sudáfrica a conformar comités de investigación en la materia hasta en 3 oportunidades (1915, 1924 y 1964). Hasta finales de la década de 1940 los ingenieros mineros que operaban las minas usaron su ingenio para combatir este problema, utilizando la aproximación ingenieril tradicional: observación, experiencia y razonamiento, seguido por la práctica de prueba y error. Esta etapa corresponde a un primer período de los esfuerzos realizados para combatir los estallidos de rocas; se llegó a comprender aquí que los intentos puramente prácticos para resolver el problema de los estallidos de rocas fueron inadecuados.
Llegó entonces a ser evidente que era necesario revisar investigaciones científicas para obtener un entendimiento tanto cualitativo como cuantitativo del problema, iniciándose así el segundo periodo de la lucha contra los estallidos de rocas. Luego en Sudáfrica, hace casi 50 años se inició un programa de investigaciones a cargo del Consejo para la Investigación Científica e


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Industrial (CSIR) de dicho país, con el propósito específico de realizar trabajos tendientes a la solución del problema de estallidos.
Si bien es cierto que ha habido considerables progresos, pero aún no se ha hallado una solución completa y los esfuerzos muestran que aún no hay signos de abatimiento completo. Todos estos años de investigación nos indican que el programa desarrollado es único en su género en la relativamente breve historia de la mecánica de rocas.
En los Campos Auríferos de Kolar
La fase moderna de la minería se inició en 1880 y los problemas del control del terreno y estallidos de rocas asociados con roca dura, han estado presentes en esta zona desde los principios del siglo XX. Ellos han ocurrido a diferentes profundidades y bajo diferentes condiciones de minado.
Los problemas llegaron a ser serios cuando se alcanzaron mayores profundidades (hasta más de 3200 m), causando pérdidas de vidas humanas, daños y pérdidas de piques, accesos de personal, excavaciones de transporte, instalaciones de bombeo, de ventilación, etc. Asimismo valiosas reservas de mineral se perdieron para siempre. Al igual que en Sudáfrica, el gobierno de la India conformó comités especiales en 1926 y 1955 para estudiar el problema. Recién desde 1955 se iniciaron investigaciones sistemáticas; hasta 1972 tuvieron la colaboración de la Universidad de Newcastle (Inglaterra). De todas estas investigaciones realizadas en los últimos años, ha sido posible obtener información útil sobre los diferentes aspectos que caracterizan a los estallidos, lo cual ha ayudado a adoptar medidas de alivio a los problemas causados por los mismos.
 En Canadá
El primer estallido ocurrió en 1932 en las minas Lake Shore y Wright Hargreaves que alcanzaron las profundidades mayores (hasta 2600 m debajo de la superficie). Las profundidades promedio de las minas de esta área varían desde 750 hasta 2000 m aproximadamente. Con el progreso del minado de esta área, los estallidos de roca crecieron
significativamente, lo cual indujo a que técnicos canadienses visitaran en 1942 los campos
auríferos de Kolar (India), a fin de recibir entrenamiento en este problema para enfrentar los
suyos. Desde esa época continúan hasta hoy las investigaciones sobre la materia; como producto de las mismas se han adoptado medidas para el alivio de los riesgos de estallidos de rocas.






 En el Distrito Coeur d'Alene (USA)
Se han experimentado problemas de estallidos desde aproximadamente los inicios de la década de 1930, donde vetas estrechas de buzamiento muy empinadas son corrientemente minadas a profundidades mayores que 2500 m. Especialmente en las tres décadas pasadas el Bureau of Mines de U.S.A. ha realizado investigaciones sobre los estallidos de rocas para su prevención y control.
 En Zambia-Zaire
A principios de la década de 1970 ocurrieron los primeros estallidos en la provincia metalogenética de Zambia-Zaire, resultantes en pérdidas de vidas y la producción. No obstante las investigaciones realizadas desde aquel tiempo el problema continuó agravándose, lo cual obligó a replantear investigaciones más detalladas, las cuales condujeron a seguir extrayendo el mineral con un mínimo de ocurrencias de estallidos de rocas.


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 En la Industria Minera Carbonífera
La frecuencia y magnitud de los estallidos de roca, han creado problemas especiales en algunas situaciones de minado metalífero en roca dura. Los estallidos de roca sin embargo no son problemas únicos en roca dura, algunas operaciones mineras de carbón han experimentado también problemas de estallidos de roca, siendo en ciertos casos este fenómeno de mayor complejidad que el experimentado en roca dura. Al respecto se han llevado a cabo investigaciones detalladas sobre la materia en países como Inglaterra, Checoslovaquia, Alemania Federal, Rusia y otros.
 En la mina Casapalca - Perú
Esta mina tiene actualmente 1300 m de profundidad y la roca es competente. Las primeras noticias sobre la ocurrencia de estallidos se remontan a la segunda mitad de la década del 70'. Entre finales de la década del 80' y principios de la década del 90' hubo aumento en la frecuencia y severidad de la ocurrencia de estallidos. Las áreas críticas fueron las ubicada entre los Nvs. 1200 y 1500 y entre los Nvs. 2300 y 3000, principalmente en las excavaciones asociadas a las Vetas M, N, O, P y 256P, en las cuales se utilizó mayormente el método de minado shrinkage. No obstante que los estallidos fueron relativamente pequeños, comparados con los que ocurren en Sudáfrica por ejemplo, sin embargo causó varios accidentes fatales y daños a la infraestructura de la mina, lo cual obligó a realizar investigaciones de mecánica de rocas para su prevención y control. En la actualidad ha disminuido notoriamente tanto la frecuencia como la severidad de ocurrencia de estallidos
4.
Los modernos programas de investigación
Mediante una evaluación de los programas de investigación efectuados durante los pasados 50, años en los diferentes países señalados y en base al trabajo de Salamon (1.2), se puede separar en cuatro fases los esfuerzos que se vienen realizando en la lucha contra los estallidos de rocas:
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Primera Fase: Investigaciones iniciales
Estas investigaciones se orientan a los siguientes aspectos:
1. Recopilación sistemática de la información relacionada con la ocurrencia de estallidos
de rocas y su tratamiento estadístico, a fin de establecer relaciones entre las diferentes variables mineras y las observaciones de estallidos. De este modo se puede deducir la significancia de cada uno de los factores que condicionan la ocurrencia de estallidos.
2. Realización de ensayos y/o mediciones tanto de laboratorio como in-situ para
determinar los diferentes parámetros del comportamiento geomecánico de las masas rocosas involucradas en este problema, a fin de obtener un mejor entendimiento de las características de deformación y los mecanismos de rotura o falla de la roca.
3. Investigaciones y aplicaciones intensivas de métodos sísmicos y microsísmicos como
una buena herramienta de prevención y control de estallidos de rocas. Esto debido a que los estallidos de rocas constituyen un sub-conjunto de un rango más amplio de eventos sísmicos que se derivan principalmente de la energía de deformación producida por los cambios de esfuerzo debidos al minado.
4. Desarrollos y aplicaciones de modelos matemáticos que constituyen la herramienta o
método de cálculo para determinar las características del comportamiento a los esfuerzos y deformaciones del macizo rocoso, en función de la estructura de la mina.


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Según se puede deducir de la información que se tiene disponible sobre los problemas de estallidos de rocas, este fenómeno ha sido hasta el momento uno de los temas más ampliamente estudiados e investigados, pero solucionado parcialmente. Ha sido de gran utilidad en estos estudios e investigaciones la aplicación de los principios de la ingeniería mecánica y un conocimiento del comportamiento mecánico de la roca, lo cual constituye la disciplina de "mecánica de rocas". La historia de la lucha por combatir los riesgos de los estallidos de rocas ha demostrado que la mecánica de rocas no solamente puede ser de uso práctico, sino que es una herramienta esencial para la moderna ingeniería minera, consecuentemente, sus principios y técnicas deben ser del dominio de los profesionales dedicados a la ingeniería minera.
4.2 Segunda Fase: Desarrollo de contramedidas
Durante esta fase se desarrollan procedimientos prácticos para implementar los hallazgos de la etapa inicial. Esencialmente hay dos aproximaciones para el manejo del problema: la aproximación "estratégica" y la aproximación "táctica". El objetivo de la primera, es disminuir la probabilidad de encontrar situaciones propensas a los estallidos durante el minado, y de la segunda, es asegurar que los efectos destructivos de los estallidos sean minimizados.
4.3 Tercera Fase: Implementación de medidas preventivas
Esta fase esta en actual progreso y será vigorosa en los años futuros. Ha habido grandes problemas para introducir en la mentalidad del personal de las minas la aplicación de los nuevos principios y medidas de control de la estabilidad en general. Una de las primeras tareas al respecto es la comunicación y entrenamiento del personal de los diferentes niveles de la empresa minera, a través de la organización de eventos de capacitación para que puedan adquirir estos nuevos conceptos en la operación de la mina. Los progresos habidos hasta el momento han sido gratificantes como se podrá apreciar más adelante.
4.4 Cuarta Fase: Investigación futura
No obstante que ha habido notables progresos en las últimas décadas en el entendimiento y tratamiento de los problemas de estallidos de rocas, aún muchas preguntas permanecen sin respuesta. La posibilidad de predicción de los estallidos de rocas recibe gran atención de parte de los mineros y de los investigadores en todo el mundo. Asimismo se están abriendo nuevas líneas de acción tendientes a la solución del problema, las cuales serán vistas más adelante.
5. Mecanismo de la ocurrencia de los estallidos de roca
Si queremos adoptar decisiones efectivas, con una base informada, para prevenir, controlar o predecir los estallidos de rocas, es necesario entender el origen de este fenómeno, recurriendo a modelos teóricos y trabajos experimentales concernientes al mecanismo de su ocurrencia.
Una explicación del origen de los estallidos de rocas, es que ellos son liberaciones inestables de energía potencial de la roca circundante a las excavaciones. Otra explicación es que los cambios producidos por el minado simplemente activan eventos sísmicos que se derivan principalmente de la energía de deformación producida por las diferencias geológicas en el estado de esfuerzos. Es decir, al llegar a un cierto valor la energía acumulada en la roca (la cual rebasa la resistencia de la misma), esta produce el fenómeno del estallido. Se sabe que esta energía acumulada es directamente proporcional a los esfuerzos e inversamente proporcional al módulo de elasticidad de la roca.
Notablemente, en Sudáfrica y en la India se ha logrado progresos remarcables en ganar un mejor entendimiento del mecanismo y de las condiciones que favorecen su ocurrencia. Especialmente los ingenieros sudafricanos son los pioneros de la aplicación del análisis de la energía y


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estabilidad al diseño práctico de esquemas de minado y en el establecimiento de procedimientos de ejecución de excavaciones mineras en condiciones propensas a estallidos de rocas.
Intentamos en adelante dar una explicación cualitativa de esta materia, en base a los extensos trabajos que han desarrollado básicamente M.D.G. Salamon (1.2), N.G.W. Cook (1.1.) y E.T. Brown (2.4).
5.1 La energía sísmica y las causas de los eventos sísmicos
En Sudáfrica se tienen disponibles registros sísmicos de temblores desde 1910. La revisión de esta información por los investigadores, llevó a conclusiones muy interesantes. Ya en 1946 se tenía establecida una relación directa entre el minado y los temblores. En la década del 60' Cook llevó a cabo investigaciones sísmicas detalladas, el resultado más importante de estas investigaciones fue que, solo una fracción de los eventos sísmicos causaba daño a los trabajos mineros, es decir muy pocos eventos sísmicos se manifestaban en estallidos y el porcentaje de estallidos aumentaba con el aumento de la magnitud del evento sísmico. Además, los focos de los eventos sísmicos se confinaban en las vecindades inmediatas a las actividades de minado, en regiones de alta concentración de esfuerzos.
Investigaciones más recientes han hecho que sea convincente la proposición de que no hay diferencias fundamentales entre los sismos naturales y los eventos sísmicos relacionados al minado. Hace dos décadas que ha quedado establecido que los ambientes sísmicos son debidos a las concentraciones de esfuerzos inducidos por el minado y que las fuerzas tectónicas juegan un rol fundamental, ya que en este medio, en muchas instancias, el minado actúa como un mecanismo activador de eventos sísmicos.
La base física de los estallidos de rocas ha sido definida por Cook como "la rotura o falla incontrolada de la roca asociada con una liberación violenta de energía", los cuales causan daños a las labores subterráneas y por inferencia al personal y/o equipos. En este contexto y relacionado a los eventos sísmicos, los estallidos de roca constituyen un subconjunto de un rango amplio de eventos sísmicos que pueden ocurrir dentro del macizo rocoso como consecuencia de las actividades de minado. El minado da lugar a una actividad sísmica, que varía desde eventos microsísmicos, tan pequeños como 10-5J (Joules), a temblores tan grandes como 109J. Para propósitos del problema que abordamos, una ocurrencia violenta o súbita que irradia una cantidad de energía cinética no menor de 104J, sería considerada como un evento sísmico que podrá causar daños a las labores mineras. Los estallidos de rocas se incrementan con la magnitud de la energía liberada.
5.2 Fuentes de energía sísmica
En el fenómeno que analizamos surge la pregunta, ¿Cuál es la fuente de energía sísmica?. Al respecto, Salamon (1.2), Board y Fairhurth (1.7) explican detalladamente que los estallidos de rocas y otros eventos sísmicos están asociados con condiciones del equilibrio inestable, que podrían involucrar deslizamientos sobre superficies de discontinuidades pre-existentes o el fracturamiento de la roca intacta. En este sentido los mecanismos involucrados en la sismicidad inducida por el minado, son los mismos que aquellos causados por los sismos terrestres naturales.
Una región de una masa rocosa puede estar al borde del equilibrio inestable por las siguientes causas: presencia de una discontinuidad geológica pre-existente; los esfuerzos cambiantes que conducen a la falla súbita de un volumen de roca; y, cuando algún sistema de soporte natural y/o artificial se aproxima al estado en el cual su colapso inestable es inminente. Algunos esfuerzos inducidos deben afectar la región en cuestión y la magnitud de estos cambios de esfuerzos, aunque pequeños, deben ser lo suficientes para activar la inestabilidad. Los cambios de esfuerzos súbitos de amplitud medible, deben tener lugar en el emplazamiento de la inestabilidad para iniciar la propagación de ondas sísmicas. Sustancial cantidad de energía de deformación debe ser almacenada en la roca, alrededor de la inestabilidad, para proveer la fuente de energía cinética o sísmica. El origen de esta energía de deformación almacenada es el trabajo hecho por: fuerzas gravitacionales y/o fuerzas tectónicas y/o esfuerzos inducidos por el minado, en este último caso, especialmente en las zonas de alta concentración de esfuerzos.



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La frecuencia de los eventos sísmicos se incrementa, por un lado, si la "disturbancia inducida por el minado", que afecta un volumen dado de roca, se incrementa, y por otro lado, si el "volumen de roca" expuesto a un nivel dado de disturbancia llega a ser mayor. Estos hechos nos conducen a concluir que un control conveniente del riesgo de los eventos sísmicos podría estar basado en el manejo de la concentración de esfuerzos en las zonas a ser minadas.
6. Principios básicos para la mitigación de los riesgos de estallidos de rocas
De lo señalado precedentemente, los estallidos de rocas por definición son aquellos eventos sísmicos que ponen en riesgo la integridad física de los hombres y/o dañan las labores y/o equipos mineros.
En este contexto, los siguientes factores juegan un rol principal en determinar si un evento sísmico llegará o no a ser estallido:
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El contenido de energía cinética del evento.
-
La distancia desde el foco del evento hasta la excavación minera.
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El estado de esfuerzos alrededor de la excavación.
-
La calidad de la roca alrededor de la excavación; y,
-
La calidad del sostenimiento de la excavación.
Es más probable que un evento sísmico tenga efectos dañinos si su contenido de energía es más alto y si éste ocurre cerca a una abertura minera. Es más dificultoso cuantificar la influencia de los estados de esfuerzos, de la calidad de la roca y la efectividad del sostenimiento. Por otro lado, si el estado de esfuerzos es favorable, si la roca circundante presenta condiciones favorables y si el sostenimiento es adecuado, es menos probable que el evento sísmico tenga efectos nocivos y que se registre como un estallido.
La mitigación de los riesgos asociados con los estallidos de rocas puede lograrse, buscando:
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Reducir el número de eventos sísmicos.
-
Disminuir el contenido de energía sísmica de los eventos sísmicos.
-
Disminuir la proporción de eventos sísmicos que se manifiestan como estallidos de
roca; y,
- Finalmente, minimizar los efectos del daño de los estallidos de rocas.
Algunas de estas acciones listadas son más importantes que otras. Los sistemas de sostenimiento adecuados ayudan a sobrellevar el problema, independiente de cualquier otra acción que podría llevarse simultáneamente, para lo cual es necesario establecer ciertos criterios básicos. Estos criterios obviamente están directamente influenciados por el control de la "concentración de esfuerzos" alrededor de las excavaciones.
En el contexto señalado, una reducción en la "concentración de esfuerzos" significa una disminución de la "magnitud de los esfuerzos" y asimismo una disminución en el "volumen de la roca" que esta expuesta a altos esfuerzos. Si tales reducciones fueran logradas, luego las cuatro acciones listadas anteriormente para la mitigación de los riesgos de estallidos podrían cambiar para mejorar la situación, con una consecuente reducción en el número y contenido de energía de los eventos sísmicos. Debe enfatizarse que este cambio debe ser considerado como una expectativa que debe ser tomada más en un sentido estadístico que determinístico.


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Es relevante mencionar que la amplia variedad de investigaciones sísmicas que se viene efectuando en todo el mundo, en lugares donde se producen estallidos de rocas (solo en Sudáfrica hoy en día 9 minas operan con redes sísmicas), han evidenciado que la masa rocosa reacciona como un medio elástico. Este hecho a finales de la década del 60' abrió la puerta a la explotación práctica de esta nueva situación.
Aquellos tiempos fueron exitantes en el desarrollo de la minería, desde que fue la primera ocasión en la historia que existió evidencia de que el comportamiento de la masa rocosa, en una región geológica particular, se podía predecir cuantitativamente. Actualmente se siguen desarrollando herramientas y métodos de cálculo con la ayuda de programas de cómputo, los cuales vienen dando resultados exitosos en la mitigación de los riesgos de estallidos de rocas. Todos estos métodos están basados en la hipótesis de que la sismicidad de una región disminuye si se reduce la magnitud de la tasa real de liberación de energía. Las consecuencias prácticas de esta hipótesis afortunadamente concuerdan con aquella que recomienda mantener tan bajo como sea posible la concentración de esfuerzos. En buena cuenta, se puede controlar la liberación de energía controlando la concentración de esfuerzos.
7. Factores que influyen en la ocurrencia de estallidos de rocas
Antes de tratar sobre las medidas de prevención de los riesgos de estallidos de rocas, es necesario establecer como resultado de los diferentes aspectos señalados precedentemente, los posibles factores que influyen en la ocurrencia de este fenómeno. Debemos advertir sin embargo, que estos factores no pueden generalizarse, cada caso particular tiene sus propias peculiaridades, donde cada factor tiene un diferente grado de influencia o significancia en la frecuencia y severidad de los estallidos de rocas.
De acuerdo a su concepción actual, la mecánica de rocas, como aplicación a los problemas prácticos de ingeniería esta relacionada con la aplicación de los principios de la mecánica ingenieril al diseño de estructuras rocosas; la estructura en este caso estará constituida por la masa rocosa en la que, por efecto de haberse practicado en la misma una excavación, se ha producido un cambio de esfuerzos con respecto a su situación original, lo que trae por consecuencia la necesidad de garantizar la estabilidad de toda la zona. La experiencia ha mostrado que la estabilidad básicamente depende de los esfuerzos de campo pre-existentes, de la forma y dimensiones de la excavación y de la calidad del macizo rocoso.
Según esta concepción claramente podemos agrupar los factores que influyen en la ocurrencia de los estallidos en 2 partes:
1.
Los factores pre-existentes al minado.
2.
Los factores posteriores al minado.
Los factores relevantes pre-existentes al minado, básicamente comprenden:
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El medio geológico.
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Las propiedades de comportamiento mecánico de ese medio geológico; y,
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El campo de esfuerzos original.
Los factores posteriores al minado comprenden:
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Los esfuerzos inducidos por el minado; y consecuentemente,
-
La energía de deformación.
Ambos, condicionados a la configuración geométrica de las excavaciones mineras o lo que es lo mismo a la estructura de la mina y su evolución.


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La forma en que se han agrupado estos factores concuerda perfectamente con la metodología que se suele utilizar actualmente en el diseño o dimensionamiento geomecánico de excavaciones o estructuras rocosas, el cual considera los tres tipos de modelos: el geológico, el geomecánico y el matemático (5). En el modelo geológico se trata de definir o caracterizar el medio rocoso lo más fielmente posible. El modelo geomecánico permite cuantificar los diferentes parámetros del comportamiento mecánico del medio rocoso. El modelo matemático brinda las herramientas necesarias para integrar toda la información disponible de los dos modelos anteriores, a fin de obtener una visión de los modos posibles de comportamiento o respuesta del medio rocoso involucrado en un problema particular.
Según la evaluación de la información disponible sobre los factores que influyen en la ocurrencia de estallidos, en adelante haremos un resumen de los mismos.
7.1
El medio geológico
En primer lugar nos referiremos al material rocoso. Generalmente están asociados con la ocurrencia de estallidos, rocas que cualitativamente son descritas como duras, fuertes y frágiles. La fragilidad y otras características relacionadas a los estallidos de rocas pueden ser más cercanamente identificadas con la petromineralogía. Las rocas ígneas y metamórficas son generalmente más propensas a los estallidos que las sedimentarias. En términos de composición mineral, las rocas más silíceas y aquellas que contienen otros minerales duros son más propensas a los estallidos, mientras que por ejemplo los carbonatos y otros minerales sueltos no lo son. La medida de los cristales parece ser otro de los factores que influyen en la ocurrencia de rocas, la progresión de granos gruesos a finos, luego a cristalinos y a vidriosos o amorfos hace que la roca tienda a ser más propensa a los estallidos.
Consideramos ahora la masa rocosa, al respecto debemos señalar que la extensión y grado de disturbancia geológica crea las condiciones necesarias para la ocurrencia de los estallidos de rocas. Aquí es necesario considerar la influencia tanto de los rasgos estructurales principales o mayores como de los menores, especialmente los primeros causan anomalías en los esfuerzos.
Entre los rasgos principales mayores tenemos los siguientes:
- La presencia de los planos de estratificación, que han sido tectónicamente disturbados,
favorecen la ocurrencia de estallidos de rocas.
- La presencia de plegamientos. En algunas minas metalíferas y mayormente en minas
carboníferas, el minado, en sistemas de plegamientos principales, crean zonas muy suceptibles a la ocurrencia de los estallidos de rocas.
- La presencia de fallas, las cuales constituyen debilidades en la estructura de la mina,
favorece la ocurrencia de estallidos en sus proximidades. Debido a que estas discontinuidades estructurales generalmente tienen baja resistencia al corte, los altos esfuerzos inducidos por el minado pueden producir la falla por deslizamiento, reactivándola. Este fenómeno no viene a ser sino un evento sísmico que puede traducirse en un estallido de roca y estos estallidos por lo general son los que causan los mayores daños.
- La presencia de zonas de corte, que representan zonas de liberación de esfuerzos dentro
de un entorno de macizos rocosos no alterados, tienen un comportamiento similar al de las fallas.
- La presencia de diques, que por lo general tienen alta rigidez, por estar constituidos por
rocas competentes no alteradas, pueden desarrollar altos esfuerzos y ser suceptibles a la ocurrencia de los estallidos de rocas en sus proximidades.