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Medidas para la mitigación del riesgo de caída de rocas en minas a cielo abierto. Estabilización y protección en la cantera de Mandai, Singapur

Mitigación del riesgo de caída de rocas en minas a cielo abierto
(Artículo publicado en la Revista Obras Urbanas número 92)

Julio Prieto Fernández, Delegado Regional Geobrugg Iberica / Ingeniero de Minas
Roberto Luis-Fonseca, CTO Adjunto Grupo Geobrugg. CEO Geobrugg Iberica / Dr. Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos
Hannes Salzmann, Delegado Regional Geobrugg AG / Ingeniero Geólogo

1 INTRODUCCIÓN

1.1 Barreras de protección contra desprendiemientos de rocas

El desprendimiento de rocas pertenece a los procesos de peligros naturales gravitatorios, que frecuentemente ponen en riesgo vidas humanas e infraestructuras. Uno de los últimos eventos de desprendimiento de rocas ocurrió hace algunos meses en una carretera principal de Austria a Italia, en el paso de Reschen, causando un accidente mortal tras el impacto de un bloque en un coche (figura 1).

Mitigación del riesgo de caída de rocas en minas a cielo abierto - Fig 1
Figura 1 Desprendimiento en la B180 Reschenpass, Austria. Fuente “Meinbezirk.at”

La energía del desprendimiento fue mucho mayor que la capacidad de la barrera existente, por lo que dicha barrera no pudo detener los bloques y sufrió grandes daños. Se trató del impacto de múltiples bloques con un volumen estimado de unos 80 m3 según el análisis retrospectivo realizado por expertos. El especialista responsable de la toma de medidas de protección se enfrenta a los siguientes problemas:

A. Dificultades para predecir las posibles zonas de origen de los bloques y las posibles trayectorias de los fragmentos.
B. Las dimensiones del bloque tipo, así como la energía con la que puedan alcanzar al llegar al camino de acceso o la zona donde estén emplazadas las barreras de protección que intentan detener dichos bloques.
C. La influencia que puede ejercer el material de la superficie de la ladera sobre el que se produce el desprendimiento, y que influirá evidentemente en la velocidad de trayectoria de las rocas

La eficiencia y durabilidad de las obras de protección en este caso, así como su coste, dependerán de la correspondencia y equilibrio entre el diseño adoptado y los parámetros que caracterizan los puntos antes mencionados como dificultades. Se requieren métodos novedosos para simular y analizar las trayectorias, las velocidades y las alturas de rebote de los desprendimientos de rocas, además de nuevas soluciones para mejorar la vulnerabilidad en determinadas áreas. Los diferentes puntos de mejora se describen en a continuación.

1.2 Simulación de trayectorias de desprendimientos

Hace algunos años el modelado 2D era el método más avanzado para simular problemas de caída de rocas. Hay disponibles en el mercado varios programas diferentes, como por ejemplo Rockfall (Spang et al 2016) o Rocfall (Rocscience, 2020). Para utilizara este tipo de software es muy importante centrarse en el estudio de campo, encontrar los perfiles adecuados para modelar secciones decisivas que dan como resultado las máximas energías y alturas de rebote. Las condiciones del terreno deben ser lo más reales posible para poder modelar la interacción entre la roca y la superficie de la ladera durante el contacto (Volkwein, 2004). Hoy en día, los programas de modelado 3D han dado un vuelco a esta necesidad imperativa. Un ejemplo de software de simulación de trayectorias de desprendimiento de rocas en 3D conocido es RAMMS::ROCKFALL de SLF/WSL -Instituto Federal Suizo para la Investigación Forestal, la Nieve y el Paisaje- (Leine et al 2013).

1.3 Rango de empleo de las medidas de protección

Desde que se desarrolló la primera directriz contra caída de rocas en 2001 para barreras flexibles contra caída de rocas, el desarrollo de barreras contra caída de rocas ha mejorado mucho (Gerber 2001). Desde 2017, las barreras de protección flexibles con redes de anillo pueden alcanzar un nivel de energía de hasta 10.000 kJ y ahora están al mismo nivel de energía que los grandes caballones o terraplenes de protección (figura 2).

Mitigación del riesgo de caída de rocas en minas a cielo abierto - Fig 2
Figura 2. Nivel de energía de diferentes medidas de protección contra caída de rocas hasta 10.000 kJ.

Para niveles de energía mucho más bajos, hasta máximo 30kJ, las barreras rígidas, los muros New Jersey o las barreras de madera también se pueden considerar. Las aplicaciones especiales de barreras flexibles, usadas en forma de galería, sistemas de cortinas, sistemas atenuadores y estabilización de taludes son soluciones que utilizan redes y mallas flexibles que también se usan con mucha frecuencia en minas a cielo abierto (figura 3).

Mitigación del riesgo de caída de rocas en minas a cielo abierto - Fig 3
Figura 3. Sistemas de protección contra desprendimientos

1.4 Desprendimientos en minas a cielo abierto

Los riesgos de desprendimiento de bloques rocas en las operaciones a cielo abierto existen principalmente en los taludes de los diferentes tajos, lógico resultado del diseño agresivo en términos de pendiente de los taludes, en las paredes planas sin bermas mientras se siguen los yacimientos de buzamiento poco elevado o localmente en el nivel del talud. Las áreas con alto potencial de daño, como los portales o emboquilles y las rampas para transporte, son especialmente peligrosas y el riesgo debe intentar reducirse tanto como sea posible. Como los sistemas de protección de Geobrugg que se describen en este documento están fabricados con componentes flexibles de acero de alta resistencia, son capaces de absorber energías de hasta 10.000 kJ (figura 4). Para calcular las velocidades y energías de los impactos, los ensayos implican la simulación en condiciones más desfavorables.

Mitigación del riesgo de caída de rocas en minas a cielo abierto - Fig 4
Figura 4. Ensayo vertical caída libre (42m, 25t), barrera 10.000kJ. Walenstadt, Suiza.

Las barreras de protección contra caída de rocas GBE, RXE o ROCCO actuales se ensayan en las condiciones más rigurosas en situación de caída libre, de acuerdo con las normas vigentes más restrictivas.(Oficina Federal de Medio Ambiente de Suiza (FOEN) y las directrices europeas DEE-340059-00-0106-2018 (antigua ETAG 27) y bajo el escrutinio de WSL y cuentan con la Evaluación Técnica Europea (ETE) y el marcado CE.

1.5 Emplazamiento de una barrera de protección

El banqueo en la minería a cielo abierto es un método común para proteger a los trabajadores y el equipo en la parte inferior contra la caída de rocas desde los bancos más altos. Para este propósito, la berma resultante debe tener un cierto ancho. Ritchie (1963) propone (1) como criterio de diseño para el ancho mínimo de la berma Amin, en relación con la altura del banco H:

Amín = 4,5 + 0,2H [m] (1)

Una posibilidad algo más sofisticada es definir el perfil del talud con un software de simulación de caída de rocas como, por ejemplo, RAMMS::ROCKFALL (Leine et al 2013). Teniendo en cuenta parámetros como la inclinación y altura del talud, la composición de la superficie rocosa, la rugosidad de la superficie y el tamaño y forma esperados de los bloques que podrían desprenderse, entre otros aspectos, se puede estimar la trayectoria esperada de los bloques. Con estas estimaciones de trayectoria se puede determinar el ancho mínimo de la berma. La barrera a instalar se diseña en base a los resultados de estos estudios, ver ejemplo figura 5 en mina ‘El Soldado’, Chile.

Mitigación del riesgo de caída de rocas en minas a cielo abierto - Fig 5
Figura 5. Diseño típico de una instalación minera a cielo abierto (izquierda) y ensayos de campo mina El Soldado Chile (derecha)

Los parámetros de diseño para el sistema de protección contra caída de rocas son la altura del banco, el ángulo del banco, el ancho de la berma y las características del sistema. Se puede instalar un sistema en cada berma, o de forma alterna (cada segunda o tercera berma). Una condición necesaria para el empleo de barreras de captura es que la estabilidad de los bancos, las bermas y las condiciones para la cimentación de la barrera sean adecuada. Por esta razón, es muy importante la colaboración de los ingenieros geomecánicos de la mina y el proveedor del sistema.

2 PARÁMETROS ESPECÍFICOS DE LA EXPLOTACIÓN

2.1 Aumentar la rentabilidad

Generalmente, se realiza un estudio de viabilidad económica previo al desarrollo y explotación de un nuevo proyecto minero, que dependerá del valor de mercado del mineral y su capacidad para ser vendido bajo las condiciones de demanda del mercado, en relación con el costo total de explotación y beneficio del mineral. Si una operación a cielo abierto es un método rentable de explotación, se accede al yacimiento mediante la eliminación racional y optimizada del estéril (Balg et al 2012).

2.2 Reducción del ancho de la berma

Mediante el empleo de barreras de protección es posible reducir el ancho de la berma, y suplir algunas de sus funciones. Con esta medida, el ángulo general del talud puede ser mayor. Incluso puede ser posible hacer que el ángulo del banco sea más pronunciado. El beneficio de la instalación de la barrera es que se puede reducir la cantidad de estéril a excavar, lo cual reduce los costes de extracción (figura 6, izquierda).

Empleando barreras en las operaciones existentes es posible acceder a más mineral, debido a que la inclinación del talud será más vertical. Se debe asegurar que la barrera esté al menos en la zona estable, por lo general entre 1,5 m y 2,0 m del borde de la berma para evitar daños ocasionados por las voladuras.

2.3 Banco doble

Especialmente para bancos con una altura menor de 20 m (muy frecuentes) resulta recomendable aumentar la altura del banco a 30 m en lugar de reducir el ancho de la berma (figura 6, derecha). Este enfoque tiene la ventaja de que las bermas permanecen anchas, por lo que se evitan más fácilmente los daños por voladuras. Con este diseño, también es posible hacer que el talud general de la mina sea más vertical y, por lo tanto, ahorrar costes de extracción. Además, es muy probable que haya más mineral accesible.

Mitigación del riesgo de caída de rocas en minas a cielo abierto - Fig 6
Figura 6. Influencia de reducción del ancho de berma y banco doble (derecha)

2.4 Omisión de bancos

Para yacimientos de poca potencia, con un buzamiento de 40º a 50°, es más rentable elegir un diseño del talud con barreras pero sin bancos. La figura 7 derecha muestra un ejemplo de diseño de talud de 45° sin bancos. Si el buzamiento del yacimiento es más inclinado que el ángulo de fricción del contacto y más inclinado que el ángulo de reposo, cada banco desarrollado fallará a lo largo de este contacto. En ese caso, solo se puede considerar un diseño sin bermas pero con barreras.

Mitigación del riesgo de caída de rocas en minas a cielo abierto - Fig 7
Figura 7. Diseño de corte sin bermas

2.5 Consideraciones de viabilidad

Si los costes de las barreras son menores que los costos de extracción ahorrados y el valor del mineral adicional, tiene sentido económico utilizar el sistema. Incluso es posible que un yacimiento marginal desde el punto de vista económico pueda volverse rentable si se emplean barreras como complemento.

3 PROTECCIÓN DE ÁREAS DE RIESGO

3.1 Bocaminas inestables

Las bocaminas para operaciones subterráneas normalmente se ubican en el fondo de las minas a cielo abierto, una vez que se ha alcanzado la profundidad que marca el límite económico de la explotación para continuar la explotación mediante labores de interior (figura 8, izquierda). Es muy importante asegurarse de que la bocamina y el talud sobre ella nunca se bloqueen, de lo contrario, toda la operación se detendrá. Por esa razón, la mayoría de las bocaminas están protegidas por una extensa malla en el talud superior, y, en algunos casos, combinando la malla con gunita. Sin embargo, la instalación de una barrera de protección corta sobre la bocamina suele ser mucho más económica que la malla y el hormigón proyectado en un área extensa.

Mitigación del riesgo de caída de rocas en minas a cielo abierto - Fig 8
Figura 8. Bocamina de estrada a operación subterránea (izquierda) y rotura de talud de Mina (abajo).

3.2 Fallo del talud de la mina

En algunos casos no es posible estabilizar partes del talud debido a las malas condiciones (antiguas roturas, mal estado de la roca). La figura 8 (abajo) muestra una rotura en un talud de una mina a cielo abierto en África. En tales situaciones, una barrera de protección contra caída de rocas, puede ser una medida de protección eficaz.

3.3 Protección contra deslizamientos

La figura 9 muestra una situación en la que parte del talud de la mina sin berma falló y provocó el deslizamiento de una gran cantidad de material suelto. La figura también muestra que las protecciones instaladas eran insuficientes ante la entidad del deslizamiento. Las barreras bien diseñadas son, incluso, capaces de detener grandes volúmenes de roca en condición saturada (shallow landslide), como lo demuestran los experimentos de campo (Wendeler et al 2014).

Mitigación del riesgo de caída de rocas en minas a cielo abierto - Fig 9
Figura 9. Barreras estáticas no adecuadas para detener un pequeño deslizamiento de rocas (izquierda). Barrera contra deslizamientos de tierra poco profundos durante un ensayo (derecha).

4 CASO DE ESTUDIO. CANTERA MANDAI

La cantera objeto de estudio está ubicada en el distrito de Mandai en la parte norte de Singapur. La cantera estuvo operativa durante un período de 30 años y produjo áridos de alta resistencia y durabilidad. Geológicamente, el área pertenece al granito Bukit Timah (figura 10).

Mitigación del riesgo de caída de rocas en minas a cielo abierto - Fig 10
Figura 10. Vista aérea de la cantera de Mandai, Singapur

4.1 Situación geológica

El granito Bukit Timah se formó durante el período Triásico, es de color gris claro y de grano medio a grueso (2 a 5 mm). Según el estudio geológico los principales minerales son cuarzo, feldespato, biotita y hornblenda. En el estudio geológico se consideran cuatro estados de meteorización diferentes del granito: muy meteorizado, moderadamente meteorizado, ligeramente meteorizado y sano. Por otra parte, el suelo residual de granito Bukit Timah es la segunda formación dominante. El suelo residual forma la cobertera del granito en amplias áreas, mientras que el espesor de esta capa varía de 3,6m a 61,5 m. El suelo residual es arenoso y pesado, con cierta dureza y consistencia rígida. El contenido de arcilla disminuye con la profundidad, mientras que el contenido de grano grueso y la resistencia aumentan con la profundidad. No se detectaron salidas de agua subterránea desde el fondo y los taludes laterales de la cantera. Después de las lluvias se pueden observar algunas salidas de agua siguiendo las juntas subhorizontales. Las investigaciones hidrogeológicas mostraron que la capacidad de drenaje de la cantera es casi igual a la suma de la lluvia y la capacidad de evaporación.

4.2 Parámetros de diseño

Se utilizaron los siguientes principios y herramientas de diseño para dimensionar las barreras contra caída de rocas y los sistemas de estabilización de taludes.

4.2.1 Barreras de protección contra desprendimientos

Rockfall de Dr. Spang como software de simulación de caída de rocas (figura 11). Este programa permite calcular las trayectorias de las rocas, las alturas de rebote y las energías de impacto en función de una sección transversal determinada y del llamado bloque de diseño, para ubicaciones específicas. Los mecanismos de activación que pueden provocar eventos de desprendimiento de rocas en el área de la cantera son:

Mitigación del riesgo de caída de rocas en minas a cielo abierto - Fig 11
Figura 11. Simulación 2D mediante Rockfall de Dr. Spang

A. Meteorización natural y/o lluvias: los procesos de meteorización reducen la resistencia del macizo rocoso, especialmente en la capa expuesta más alta y, por lo tanto, conducen principalmente a fracturas y fisuras paralelas en la superficie del talud. Las lluvias o precipitaciones afectan principalmente a la resistencia de las juntas. El aumento de la presión del agua en los poros y juntas conduce a una reducción de la cohesión y la fricción entre juntas en la roca meteorizada. En general es el principal mecanismo desencadenante de eventos de desprendimiento de rocas. Mientras que el mayor potencial de desprendimiento de rocas está directamente relacionado con la cantidad de precipitación.

B. Terremotos: los bloques que ya se encuentran en un equilibrio precario, ubicados en la superficie de la ladera natural o en las superficies rocosas desintegradas pueden comenzar a moverse debido a la aceleración del suelo causada por el seísmo. Además, los bloques rodados que están incrustados en el talud natural en capas en su ángulo de reposo pueden comenzar a rodar o moverse cuesta abajo debido a la disminución de la cohesión y el ángulo de fricción debido a la aceleración del suelo.

C. Voladuras: las cargas dinámicas inducidas por las voladuras en la superficie cercana son comparables a la situación de un terremoto. Las principales diferencias entre los dos mecanismos son que el área afectada por la voladura es relativamente pequeña en comparación con el caso del terremoto y que la aceleración del terreno es predecible y puede minimizarse utilizando un patrón de voladura optimizado y con retardo.

D. Seres humanos o animales: los animales como los monos pueden movilizar rocas más pequeñas de hasta 25 cm que, a su vez, pueden liberar rocas más grandes por impacto directo y provocar fuertes desprendimientos.

No se consideran otros tipos de roturas como deslizamientos, roturas planas o cuñas que provoquen desprendimientos de rocas, ya que el tipo de rotura no tiene una influencia importante en la energía final y la altura de rebote de la roca y, por lo tanto, no afecta al diseño y al dimensionamiento de las barreras contra desprendimientos de rocas. Se considera que las instabilidades de cuñas más grandes se separan en fracciones de roca más pequeñas debido al movimiento cuesta abajo de la masa de la cuña y, por lo tanto, no impactarán contra la barrera al mismo tiempo y en el mismo lugar.

4.2.2 Sistema de estabilización de taludes

El software Ruvolum® se utiliza como herramienta de diseño para el dimensionamiento de los sistemas de estabilización de taludes. Este método de cálculo permite optimizar el patrón de bulonado y las dimensiones del anclaje en función de una malla de acero específica que se utilizará como membrana de distribución de cargas entre los puntos de anclaje. La base para los cálculos de diseño son las condiciones de contorno específicas del lugar, como la inclinación del talud, las propiedades del material, el espesor de la capa a estabilizar y las propiedades de la malla. Todos los cálculos de estabilidad se realizaron con coeficientes de seguridad parciales según el Eurocódigo 7. Los factores y los valores utilizados se resumen en la tabla 1.

Tabla 1 Parámetros del talud según Eurocódigo 7

cd, γd y ϕd son parámetros que se reducen de acuerdo con los factores de seguridad especificados anteriormente y se utilizan para los cálculos.

4.2.3 Anclajes

Para el anclaje de la roca se supone que los bloques que se van a asegurar se encuentran actualmente en cuasi-equilibrio o movimiento inminente (FS cercano a 1,00). Las fuerzas de cohesión y fricción entre los bloques inestables y la roca matriz se desprecian y constituyen un coeficiente de seguridad adicional a los coeficientes de seguridad de entrada. Los anclajes se realizarán completamente inyectados (bulones pasivos) y, por lo tanto, se considerarán cargados solo con fuerzas de corte. Los coeficientes de seguridad para los parámetros de entrada según el Eurocódigo 7 se encuentran en la Tabla 2.

Tabla 2 Coeficientes de seguridad para los pernos de anclaje según Eurocódigo 7

4.3 Secciones de diseño

Los tramos de talud (figuras 12 a 15) que se cubrieron con sistemas de estabilización se sanearon de material suelto antes de la instalación de los anclajes y de la membrana. Los trabajos de limpieza y saneo se realizan de forma manual y únicamente con herramientas básicas, comenzando por la parte superior. No estaba previsto limpiar los tramos de talud hasta la roca sana, los grandes bloques inestables sueltos se anclaron de forma individual.

Mitigación del riesgo de caída de rocas en minas a cielo abierto - Fig 12
Figura 12. Secciones de diseño
Mitigación del riesgo de caída de rocas en minas a cielo abierto - Fig 13
Figura 13. perfiles 360 a 560 (izquierda) 540 – 640 (derecha)
Mitigación del riesgo de caída de rocas en minas a cielo abierto - Fig 14
Figura 14. perfiles 590 a 850 (izquierda) perfiles 850 a 1200 (derecha)
Mitigación del riesgo de caída de rocas en minas a cielo abierto - Fig 15
Figura 15. hastiales interior y exterior de la trinchera desde EL perfil 490 hasta EL 1100 (izquierda) y banco inferior desde el perfil 1600 hasta el 1650 (derecha)

4.3.1 Protección contra desprendimientos

Los taludes sobre el banco inferior en la sección entre los perfiles 290 y 580 no muestran roturas recientes. Las caras de los taludes están tronadas debido a las voladuras de producción, pero no se detectaron grandes porciones sueltas durante las investigaciones in situ. El ancho del banco existente con la pista superior varía entre 8 y 17 m. La Tabla 3 muestra los resultados resumidos de la simulación para las principales secciones transversales. Las franjas de color amarillo rojizo en la roca sobre el banco indican flujos de agua de las laderas naturales sobre el talud de la cantera, y son fuentes potenciales de flujos de lodo causados por fuertes lluvias. En general, estos flujos de lodo se extenderán a lo ancho cuando impacten en el banco y luego fluirán hacia la barrera. El área entre los perfiles 580 a 640 puede verse afectada por frecuentes flujos de lodo como mostraron las observaciones de los últimos dos años. El material del flujo de lodo consiste principalmente en el suelo residual que forma las laderas naturales sobre el talud de la cantera y bloques rocosos de varios tamaños. Las barreras propuestas también podrán detener estos flujos de lodo de manera segura antes de que puedan afectar la pista de acceso.

Tabla 3. Resultados para las principales secciones transversales

4.3.2 Anclajes

Una gran masa de roca suelta, completamente separada de la roca sana en el talud sobre el banco inferior en el perfil 760, se sostendrá mediante anclajes. Como la perforación de los anclajes se realizó normal al plano de la junta, los pernos solamente absorben el cortante. Los anclajes (bulones) son pasivos, se inyectan en toda su longitud y no se tensionan. Desde el perfil 780 al 805, dado que el ancho del banco se reduce a menos de 3 m debido a los trabajos de excavación de trincheras, la barrera se ubicó cerca del pie del talud para evitar que reboten los bloques que se originen en el talud sobre el banco inferior.

4.3.3 Estabilización de taludes

El talud que forma el banco inferior en el área entre los perfiles 700 y 1200 son labores antiguas que quedan de la producción de la cantera. Por esta razón, contienen una cantidad considerable de bloques sueltos y grava. En general, estos taludes no presentan roturas causadas por problemas de estabilidad general. Los parámetros de entrada que se utilizan para el dimensionamiento de los sistemas de estabilización de taludes son, por tanto, los mismos que se utilizan para una parte de los taludes de las trincheras (tabla 4). Para la sección superior de los taludes entre los perfiles 900 y 1000 se desprecia el valor de cohesión ya que el talud se compone de material muy suelto y desintegrado. La cohesión de la roca suelta en esta sección también se desprecia, debido a que estos taludes no fueron excavados mediante voladuras de contorno y estuvieron expuestos a la intemperie natural durante aproximadamente 30 años. Por lo tanto, se considera que, debido a la liberación de tensión paralela a la cara del talud, la cohesión a lo largo de las juntas y fracturas existentes es despreciable.

Tabla 4. Resumen de parámetros de entrada y resultados para la estabilización de taludes

La solución es la instalación de una membrana tipo Tecco® G65/3 en combinación con anclajes, siendo su patrón, según tabla 4, en función de las condiciones del paramento. Bulones de 3m para roca suelta y de 4m para material suelto. Los hastiales interno y externo de la trinchera se componen de granito Bukit Timah recién excavado. El uso de la técnica de voladuras de contorno debería reducir al mínimo la fractura y disgregación de los taludes excavados. Aunque esta técnica debe usarse en todo el tramo de los hastiales de la trinchera, hay grandes cambios en la calidad de la roca. Dado que hasta la fecha solo se ha excavado una pequeña parte de la trinchera, se supone que se deben considerar tres condiciones diferentes de roca, para el diseño de los sistemas de estabilización de taludes (tabla 5).

Tabla 5. Resumen de parámetros de entrada y resultados para la estabilización de taludes

A. Roca intacta, la superficie excavada está limpia y estable y los barrenos aún son visibles en la cara de la roca.
B. Roca suelta, la trinchera se compone de roca y fracturada, pero los aún son visibles en una parte de la superficie.
C. Zona de cizallamiento, donde la superficie de la roca está fuertemente fracturada y no son visibles o son muy pocos los barrenos después de la excavación.

La solución es la instalación de una membrana tipo Tecco® G65/3 en combinación con anclajes, siendo su patrón, según tabla 4, en función de las condiciones del paramento. Anclajes de 2m de longitud para roca intacta, 3m para roca suelta y 4m para la zona de cizalladura. El talud de roca sobre la entrada al polvorín se asegurará por medio de una membrana compuesta de paneles de red de cable de acero para las zonas sueltas ubicadas directamente sobre la entrada y mediante bulonado de las cuñas para la estabilización de rocas sueltas hasta la coronación.

4.4 Proceso constructivo

En las siguientes figuras 16 y 17 se muestran un par de puntos de la secuencia de ejecución de las barreras, primero el agrupamiento de los postes y luego el cierre final con red de anillos Rocco®.

Mitigación del riesgo de caída de rocas en minas a cielo abierto - Fig 16
Figura 16. Vista superior de las barreras durante el proceso de instalación
Figura 17. Vista lateral e inferior de las barreras una vez instaladas

Como complemento a las barreras contra caída de rocas se instalaron sistemas de estabilización de taludes compuestos por malla Tecco® G65/3 anclada con barras de 32mm de longitud variable. A continuación, se observa cuán eficiente ha sido el funcionamiento de este sistema (figura 18).

Figura 18. Sistema de estabilización Tecco® sujetando bloques de gran entidad

Debido a las lluvias torrenciales del año 2006 algunos bloques caen por la ladera acompañados de deslizamientos superficiales que fueron debidamente interceptados por las barreras de protección contra desprendimientos de rocas previamente instaladas. Ver, a continuación, algunas fotos (figura 19) que describen el tipo de impacto.

Figura 19. Barrera sometida a una combinacion de cargas, impactos aislados de bloques y deslizamientos superficiales con material granular de diverso tamaño.

5 CONCLUSIONES

La capacidad de los sistemas de protección contra caída de rocas ha evolucionado junto con el diseño y las metodologías de simulación 3D. Hace relativamente poco, las barreras de protección contra caída de rocas de Geobrugg han superado el umbral de 10MJ, y son, sin duda, la mejor alternativa a los caballones de protección. En el proceso de diseño de minería a cielo abierto la reducción del ancho de bermas a partir del empleo de barreras contra caída de rocas es una práctica útil, segura y muy eficiente que permite el aumento de la productividad, mientras que el doble banco combinado con barreras es eficiente contra el daño por voladura. Además, es oportuno señalar que en muchos casos es más rentable diseñar los taludes utilizando barreras en vez de bermas. El costo de la instalación de las barreras es mucho menor con

respecto al beneficio que se obtiene en el proceso de producción y acceso a mineral adicional. La práctica de los últimos años ha demostrado que las barreras contra caída de rocas también funcionan de manera eficiente en áreas de alto riesgo potencial. En el caso de estudio en la cantera de Mandai la solución combinada, corrobora que el uso de membranas y barreras contra caída de rocas, junto con sistemas de estabilización de taludes, permite un incremento muy eficiente del coeficiente de seguridad durante la operación minera. En este trabajo se demostró que los componentes de acero de alta resistencia a la tracción son una opción adecuada para ayudar a resolver los problemas de desprendimientos de rocas en minas a cielo abierto. En esta aplicación se requiere de un ensayo de campo y un ensayo de los componentes más importantes para proyectar una medida de protección final diseñada y desarrollada.

6 REFERENCIAS

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Leine, R.; Schweizer, A.; Christen, M.; Glover, J.; Bartelt, P. & Gerber, W. 2013. Simulation of rockfall trajectories with consideration of rock shape. Multibody System Dynamics, 1-31.

Mohr, H. 2015. Geologischer Bericht Sturzmodellierung Mit ROFMOD4.2, Büro für Technische Geologie AG, Schweiz.

Spang, C. 2017. Optimized rockfall protection by ‘rockfall’. Rockfall simulation software.

Teen, A. and Salzmann, H. (2001) Quarry wall stabilisation and protection works at Mandai. Project design report.

Volkwein, A., (2004) Numerical simulation of flexible rockfall protection systems. Dissertation PhD, ETH, Zurich, Switzerland.

Wendeler, C., Glover J. (2014) Multiple load case on flexible shallow landslide barriers – mudslide and rockfall, IAEG Turin, Italy