INTRODUCCIÓN
Los estallidos de roca han sido ampliamente descritos en minería y en la construcción de túneles. El estallido de rocas es el evento de liberación de energía desde un foco o fuente sobre las rocas del contorno de la excavación, generando la expulsión violenta de masas de roca acompañado de fuertes ruidos. Generalmente, los estallidos de rocas se producen en lugares profundos con altos esfuerzos, superando a los esfuerzos de tracción, de resistencia y deformación de las rocas, afectando la continuidad operacional.
1. Estallido de rocas
El estallido de rocas es el desprendimiento súbito y violento de bloques de roca, y son producidos en ambientes de actividad sísmica, actividad tectónica, incremento de concentración de esfuerzos, voladura, activación de fallas, excavaciones sin rellenar y otras condiciones. Los estallidos de rocas son eventos impredecibles, incluso si se cuenta con redes de monitoreo de micro-sismicidad. Se requieren de largos periodos de tiempo para realizar predicciones fiables. Asimismo, las variaciones de la profundidad por condiciones topográficas de recubrimiento irregular tienen una influencia significativa en el estallido de rocas, donde no solamente se producen en profundidades iguales o mayores de 1000 metros, sino que ocurren en profundidades menores de 1000 metros. Deduciendo que estos eventos se deben a la litología y la anisotropía de las rocas.
2. Mecanismo del estallido de roca
Cuando una roca está próxima a estallar se generan constantes sonidos de relajación (crujidos), sucesivamente se producen astillamientos, lajamiento, descostramiento, desprendimiento y expulsión de rocas con explosión, con volúmenes desde pequeños a grandes fragmentos. El estallido de rocas, asociado a la sismicidad inducida, es provocado por el hombre o por condiciones naturales, liberando esfuerzos desde un foco o fuente de energía. El mecanismo del estallido de roca lo resumimos en dos etapas:
Etapa I: Al producirse la liberación de esfuerzos desde la fuente o foco se transmiten ondas de compresión por la roca y rayos, generando zonas de compresión y tracción. (Figura 1).
Etapa II: Las ondas sísmicas generan esfuerzos de compresión propagándose por el medio rocoso, y al sobrepasar su resistencia se producen grietas con descostramiento y la posterior expulsión violenta de rocas. (Ver Fig. 2).
- Ubicación de la fuente o foco
La ubicación de las fuentes y focos de los estallidos de roca pueden producirse en cualquier lugar. Algunos ejemplos de la posible ubicación de los focos se exponen en la figura 3, por tal, el foco puede situarse al lado izquierdo (sector a), techo (sector b) y diagonal (sector c) de la excavación, así como también en el frente posterior de la excavación (sector d).
3. Prevención y mitigación de los estallidos de rocas
En el mundo aún no se dispone de un equipo capaz de detectar anticipadamente la ocurrencia del estallido de rocas; aunque es posible considerar procedimientos prácticos para mitigar el estallido de rocas teniendo en cuenta los siguientes:
- Consideraciones geométricas de la excavación.
- Las consideraciones geológicas.
- Los refuerzos o soportes para contener los estallidos de roca.
- La atenuación de los esfuerzos, entre otros.
Actualmente, como alternativa preventiva, se emplea monitoreo microsísmico, empleando sensores (geófonos) para la adquisición de señales y procesamiento de datos, determinando datos de las características del evento. Por ejemplo: cuándo ocurrió, dónde ocurrió y su magnitud. Son datos de tipo estadístico y probabilístico, donde sus resultados no logran alertar al personal en el mismo instante en que se produce el evento.
- Condición del sector plano en la sección de la excavación
El sector plano de la excavación es un lugar vulnerable e ideal para que las ondas y los rayos logren impactar perpendicularmente a la roca y las ondas al ser constantes, y logran deformar, agrietar y fracturar la roca, tal como la figura 4 (a), y el lugar plano de la sección de excavación del tipo baúl. Figura 4 (b).
- Mitigación del estallido de roca en el contorno de la excavación
Una condición para conseguir la mitigación de la energía liberada del estallido de rocas se realiza al diseñar y construir formas de la excavación con sección cóncava, con el objetivo de desviar o deflactar las ondas y rayos del contorno o límite de la excavación, con daños mínimos del contorno de la excavación, tal como se muestra en la figura 5 (a), donde la geometría favorable de la excavación son las formas de tipo elipsoidal (circular, herradura, y baúl). El cálculo de la geometría de la excavación de naturaleza elipsoidal se puede calcular con el Método de Detonación de Taladros (MDT) (*), tal como en la figura 5 (b).
- Mitigación del estallido de roca en el frente de la excavación
Las estadísticas refieren que la mayoría de los eventos de estallido de rocas se producen en el frente de cualquier excavación; siendo este sector, el lugar vulnerable (punto 3.1). En esta condición, se recomienda realizar taladros disipadores para atenuar la capacidad de la onda y de los rayos, o liberar los esfuerzos en el frente de la excavación. (Fig. 6).
Esta técnica de prevención de estallido de rocas consiste en realizar el cálculo de la longitud
(L) de los taladros disipadores, identificando el área vulnerable (AV), determinado por la geometría de la elipse de esfuerzos In situ, evaluado por el Método de Detonación de Taladros (MDT) (*).
4. Sostenimiento de excavaciones subterráneas
Las medidas de sostenimiento para mitigar las condiciones de estallidos de roca se deben adaptar continuamente a las condiciones de esfuerzo In situ del macizo rocoso; el sostenimiento debe tener como objetivo principal conservar el dimensionado de la excavación diseñada. El criterio requerido para el soporte, en ambientes de estallidos de rocas, debe reunir condiciones elásticas, flexionantes y deformables, tales como: las mallas romboidales, Pernos Swellex, Cimbras conocidos con el nombre de Marco Omega.
