DISCERNIMIENTO PARA EL DISEÑO PIT FINAL DE EXPLOTACION

Para el diseño apropiado de una mina a cielo abierto, se tiene que haber pasado la etapa de investigación geológica, por consiguiente se tendrá el modelo del yacimiento con todas sus características geológicas y estructurales, que permitirán determinar la geometría del hueco final.

A continuación se realizará la planificación de las labores de operación, extracción de minerales, transporte, tratamiento y en general la rentabilidad del trabajo.

Cabe señalar que al momento de proyectar y diseñar una mina a cielo abierto, se debe tener los siguientes aspectos.

- Aspectos geométricosEstá en función de la estructura y morfología (forma) del yacimiento, pendiente del terreno, límites de propiedad, etc.

- Aspectos geotécnicosEstos aspectos están en función de los ángulos máximos estables (competentes) de los taludes en cada uno de sectores (dominios) estructurales en que se haya dividido(determinado) el yacimiento.

- Aspectos operativosSe refiere a las dimensiones necesarias para que la maquinaria utilizada (camiones, palas, perforadoras verticales, equipos de servicios, etc.) trabaje en condiciones apropiadas de eficiencia y seguridad. los parámetros son: altura de banco, angulo de talud, ancho rampa, ancho de berma, ancho de pista, longitudes varias, etc.

- Aspectos medioambientalesSon aquellos que van referidos a la conservación y preservación de los sectores adyacentes del hueco mismo. Este. También va relacionado a la restauración de los terrenos y la reducción de algunos impactos ambientales que podrían acaecer en las cercanías de todas las instalaciones en general.

PARAMETROS GEOMETRICOS

Se refiere a los parámetros operativos que configuran o establecen el diseño de una explotación open pit.

- Banco.Es el bloque o módulo comprendido entre dos niveles que contituyen la rebanada que se explota, de esteril o mineral, y que es objeto de

excavación desde un punto del espacio hasta un posecion final pre establecida.

- Talud de banco.Se refiere al ángulo delimitado entre la horizontal y la línea de máxima pendiente de la cara del banco.

- Talud de trabajo.Va referido al ángulo determinado por los pies de los bancos entre los cuales se encuentra alguno de las plataformas (tajos) de trabajo. Por consiguiente es una pendiente temporal o provisional de la excavación del hueco. Comúnmente tiene taludes echados, es decir de poca pendiente.

- PistasSon las estructuras viarias dentro de una explotación , a través de las cuales se extrae el mineral y el estéril. Por estos se mueven los equipos y servicios entre los diferentes puntos del tajo. Se caracterizan básicamente por su anchura relativamente angosta y su pendiente dentro de una disposición espacial determinada.

- Rampas

Comúnmente son estructuras viarias de uso esporádico, que se usan para el acceso de equipos, maquinaria, etc. El ancho es variada, generalmente de dos carriles ( uno de entrada otro de salida). Sus pendientes son superiores a las de las pistas.

- Limites finales de la minaSe refieren a aquellas situaciones espaciales hasta las que llegan las excavaciones. El limite horizontal determina el fondo final de la explotación y los limites laterales de los taludes de la misma.Los limites de profundidad de una mina Open pit, están condicionados fundamentalmente por la geología del yacimiento y por los aspectos económicosPor otra parte, los límites finales se ve influida fundamentalmente por razones de la estabilidad de taludes, por las características geomecánicas del macizo rocoso y de las tensiones producidas en las rocas al crear el hueco.

- BermasSe refieren a aquellas plataformas horizontales existentes en los limites de la explotación sobre los taludes finales, que coadyuvan a mejorar la estabilidad de un talud y las condiciones de seguridad. Se utilizan como áreas de protección al detener y almacenar los materiales que puedan desprenderse de los frentes de los superiores.El intervalo de las bermas y su anchura, así como el ángulo de talud, se establecen por condicionantes geotécnicos y de seguridad y, en ocasiones , por consideraciones operativas si se utilizan como pistas de transporte.

- Talud final de explotación.Es el ángulo del talud estable (seguro) delimitado por la horizontal y la línea que une el pie del banco inferior y la cabeza del superior.

DISEÑO DE TALUDES EN OPEN PIT

TALUD

Es la cara de un macizo rocoso, que tiene una inclinación, con respecto a un plano horizontal

ESTABILIDAD DE TALUD

En operaciones Open Pit, la estabilidad de taludes, tiene importancia capital en lo referente a la seguridad y rentabilidad del negocio minero. Este aspecto se debe considerar en las etapas iniciales del proyecto

Mucho dependerá la viabilidad, continuidad, efectividad, perfomans de la operaciones mineras (mining operation) de la estabilidad de los taludes. Puesto que si existiera derrumbe en algunos de los sectores operativos de producción, se vería interrumpido toda una secuencia de trabajos.

El conocimiento de la consistencia o no de los taludes, de acuerdo a la altura de banco, ángulo de talud, tipo de roca, etc, se efectúa en las etapas iniciales del proyecto.

Los factores mas importantes que afectan a la seguridad de las operaciones mineras en open pit son:

- Derumbe o colapso parcial de un banco- Derumbe o colapso general del talud de la excavación- Deslizamiento, caída, agrietamientos de materiales sueltos y deleznables.

CAUSAS DE INESTABILIDAD

Las causas de la inestabilidad son variadas, siendo las más objetivas:

- Rocas de naturaleza propensos a deslizamientos (fallas, fracturas, diaclasas, estratos, contactos geológicos, etc.

- Defectuoso diseño de talud- Paso de equipo pesado a muy pesado ( camiones de alto tonelaje, palas,

cargadores, perforadoras, etc)- Movimiento sísmicos- Voladura (disparo) de bancos de mineral o desmonte- Otros.

RECOMENDACIONES DE CONTROL Y ELIMINACIÓN DE RIESGOS:

Definitivamente es inapropiado indicar la eliminación de riesgos, en razón que algunos factores se presentan como inmanejables a la capacidad humana. Dado esto, sin embargo se puede adoptar algunas medidas:

- Realizar un diseño adecuado de bancos y plataformas para sostener el desprendimiento de materiales de diverso orden.

- Fijación y mantenimiento adecuado de taludes- Diseño y control de voladuras(disparos) en bancos contiguos, o

medianamente próximos, con el fin reducir el daño en el macizo.- Apropiado diseño de las vías de acceso (rampas, carreteras, etc.)- Apropiada aplicación de sistemas de drenaje de los macizos, con el fin de

que este no pueda corroer los planos de fallas, fracturas, diaclasas, etc acrecentar.

- Sostenimiento oportuno y apropiado de las estructuras rocosas y materiales colgados.

En minería open pit, el ángulo medio de los taludes usados en la excavación deber ser el máximo posible dentro de las condiciones de estabilidad y durante la vida de la mina.

La incidencia que tienen los taludes, respecto a la rentabilidad del negocio minero en general es fundamental, puesto que determinan la relación Mineral-Esteril, y cualquier trabajo de ensanchamiento ,rehabilitación, sostenimiento, etc, incrementara los costos de producción.

En la figura siguiente puede evaluarse el impacto que tiene un cambio de talud sobre el volumen de excavación a mover en un modelo ideal de corta conica. Para un angulo de talud medio de 45º, si este tuviera que tender 4º, el incremento de volumen de material seria de 15 %..

DEPENDECIA DEL MACISO ROCOSO

La estabilidad de un macizo rocoso depende fundamentalemente de:

- Configuración geométrica- Densidad- Angulo de rozamiento y cohesión- Tipo de roca

Cabe mencionar el ángulo de rozamiento y de cohesion, es posible representarlos en el siguiente gráfico.

El grafico en mención, es una versión simplificada de los resultados que podrían obtenerse con una muestra de roca preparada, con la que se miden las resistencias al corte necesarias para diferentes niveles de tensiones normales aplicadas.

La pendiente de la recta ajustada a los valores obtenidos es el angulo de rozamiento.

La ecuación de la recta ajustada es

τ=c+σ . tagΦEcuacion de Mhor-Coulomb

El valor de la tensión de corte requerido para causar el deslizamiento, cuando la tensión normal es cero, se denomina cohesión del material.

Por otra parte cabe mencionar, que realmente las estructuras rocosas o macisos rocosos son heterogéneos, esto por la presencia de diferentes litologías en un sector que presentan variadas discontinuidades, que en el esencia definen o gobiernan la estabilidad de los taludes. Dentro de ello tenemos:

- Plano de discontinuidad ( que pasan a ser planos de estratificación)- Fallas - Diaclasas, etc.

En el macizo rocoso que forma un banco, es imprescindible determinar sus parámetros resistentes, cohesión, ángulo de rozamiento interno, orientación con respecto a los taludes a excavar, apertura, frecuencia , etc.

Nota: Cabe indicar que al efectuar el diseño preliminar de una explotación, es común y habitual utilizar un ángulo de talud de 45º , lo que posteriormente se ajustará con el conocimiento in situ del maciso rocoso y la geotecnia.

-

------- Lo mas ideal es que el talud sea mas tendido, para suelos cuaternarios o de

recubrimiento, pudiendo ser de 30º a 40º- En sectores en que se encuentra la roca alterada seria de 35º a 40º - Y en una roca que no tenga fallas o diclases “roca sana” un angulo de talud

de talud promedio de 55º.

Según la opinión de Robert Etal. El talud final de una explotación a open pit no debería de superar los 60º, para profundidades de 65 metros y 40º para profundidades de 300 aproximadamente

EVALUACION PREVIA

Para el diseño geotécnico de un talud, se debe efectuar una caracterización del macizo rocoso del sector en cuestión. Esto se debe hacer en función a :

- Propiedades geomecánicas de la matriz rocosa- Los sistemas de junturas y discontinuidades- La relación de estos y la excavación con los posibles planos de rotura- Las características hidrogeológicas y las presiones de agua en junturas y

fracturas- Los parámetros resistentes de las juntas, las características y propiedades

de sus superficies, así como los materiales que las rellenan.- Efecto de las vibraciones sobre los macizos residuales, etc.

A continuación se presenta una tabla en la que relaciona los factores que influyen sobre la estabilidad de los taludes.

FACTOR INFLUENCIADiaclasas y discontinuidades

- Reducen la resistencia al corte

- Aumentan la permeabilidad

- Actuan como superficies de drenaje y planos

potenciales de roturaFallas geológicas - Actuan como vías de

entrada de aguas subterráneas

- Constituyen probables planos de rotura

Propiedades de la roca

- Determinan las fuerzas resistentes que se oponen a la rotura del talud

Hidrogeologia Modifican los paramentros de cohesion y friccionReducen la resistencia al corte y los esfuerzos efectivos normales

Aceleracion sísmica de laVoladura (disparo) y detonación de cargas

- Movimiento del terreno- Agrietamiento de las rocas

Tensiones regionales

- Tensiones de campo en los macizos próximos a los taludes

Tiempo - Condicionan el periodo de estabilidad de los taludes

En los siguientes puntos, identificaremos los modos de rotura susceptibles de producirse, apoyándose en los datos registrados y en la experiencia de explotaciones próximas y análogas.

Dependiendo de la configuración de los taludes y su orientación relativa, respecto a la estratificación o familias de discontinuidades dominantes, es posible clasificar las diferentes situaciones de los banco y dar unos criterios apropiados de diseño.

Ejm. Se tiene un cuadro con gráficos y su tipificación.

FACTOR DE SEGURIDAD

El riesgo de colapso de un talud se mide en función del denominado COEFICIENE DE SEGURIDAD “F”, que en realidad es la relación entre el conjunto de las fuerzas resistentes y las fuerzas desestabilizadoras que provocarían rotura del talud.Cabe señalar que elegir un valor de F mayor implica una disminución de riesgo, pero en general supone taludes mas echados ( tendidos)Asimismo el valor de F= 1, determina la frontera en la cual un talud es, o deja de ser estable. La necesidad de utilizar valores de F>1, se da como consecuencia de los siguientes factores.

- La posible existencia de características geológicas y estructurales adversas que afectarían a la estabilidad del talud y que no han sido detectadas en el estudio geotécnico.

- Los posibles errores en los ensayos para caracterizar los materiales del macizo

- La variabilidad de las propiedades de los materiales presentes- La determinación y variabilidad estacional de las presiones de agua en el

talud- Los errores derivados de los supuestos de rotura utilizados- Los errores de cálculo.

Nota:La experiencia indica que debido a las elevadas implicaciones económica, la selección de un coeficiente de seguridad F cercano a 1.2 puede ser adecuado para taludes cuya estabilidad no se considere a largo plazo (corto plazo de trabajo), mientras que si tales condiciones son críticas o permanentes F, debe ser de 1,5 a 1,6

En Open Pit, el coeficiente de seguridad se suele obtener para diferentes pendientes del talud general..Según sea la estructura geológica de los macizos rocosos, las variaciones de F con el ángulo de talud pueden ser: CONTINUAS o DISCONTINUAS. A continuación se presentan los dos casos distintos:

- MACISO CONTINUOSe trata de un macizo homogéneo, en el que el tipo de rotura no esta determinado por las discontinuidades, los valores de F dependen, de la altura de talud, del angulo, etc.

- MACIZO DISCONTINUO (Macizo fracturado)En este caso, el macizo esta controlado por las discontinuidades. Los valores de F suelen ser altos, por debajo de un valor límite de angulo de talud, a partir del cual existe una posibilidad cinematica de deslizamiento; superando ese valor F cae drásticamente y disminuye suavemente si la cohesion no es nula o toma un valor constante en caso contrario.

METODOS DE CALCULO DE ESTABILIDAD TALUDES

Existe varios métodos. Entre ellos tenemos métodos numéricos y gráficos.Con mayor énfasis utilizaremos procedimientos gráficos, que son mas rápidos y sencillos

a) Rotura plana

Es un tipo de rotura, en la que el deslizamiento se produce a través de una única superficie plana. Es la mas sencilla de la forma de rotura posibles y tiene lugar cuando existe una fracturación dominante en la roca y convenientemente orientada respecto al talud.Frecuentemente se trata de fallas que intersectan al talud. También pueden producirse en macizos donde existen intercalaciones de estratos de poco espesor de material poco resistente.Respecto a esta rotura plana. Se deben cumplir las siguientes condiciones.

- Los rumbos o direcciones del talud y del plano de deslizamiento deben ser paralelos o casi paralelos, formando entre si un ángulo máximo de 20º

- Los limites laterales de la masa deslizante han de ofrecer una resistencia al deslizamiento despreciable.A continuación se tiene un talud con las siguientes características:. altura de talud H. roca dura. plano potencial de deslizamiento inclinado con ángulo βEn condiciones de drenaje y sin grieta de tracción en la coronación.Por consiguiente de seguridad “F” estará dado por :

F=[ (cxA )+WxcosβxtagΦ ] / [Wxsenβ ]

c = cohesiónA = Superficie del plano de roturaM = mas del bloque

F=[ (cxA )+(Wxcosβ−U ) xtagΦ ] / [Wxsenβ ]-[V ]

Donde U es la presión del agua a lo largo del plano de rotura potencial. Φ es el ángulo de rozamiento (afectado por el agua) y V es el empuje del agua a lo largo del plano de deslizamiento potencial.

La siguiente tabla nos muestra los valores de cohesión para suelos y rocas.

MATERIALES c (kg. m3)- Tierr muy blanda o material muy suelto- Tierra blanda o material suelto- Tierra o material firme- Material o tierra compactados- Material o tierra muy compactados- Roca muy blanda- Roca blanda- Roca dura- Roca muy dura- Roca durísima

170340880

2 2007 800

17 00056 000

170 000560 000

1 000 000

El siguiente cuadro nos indica los ángulos de rozamiento para rocas típicas y otros materiales.

NOTA IMPORTANTE:

Conforme la altura del talud aumenta, la contribución relativa de la cohesión a la resistencia total disminuye. Para taludes muy altos, el ángulo de talud

estable se aproxima al ángulo de rozamiento Φ.HOEK, relaciono la función altura Y con la función de ángulo de talud X, para roturas planas en taludes drenados

Los valores de dichas funciones vienen dados por:

Y= (γxH ) /c

X=2x ¿1/2

En los casos en los casos en que existieran grietas de tracción en la cabeza del talud, o éste no estuviere drenado, se deberán usar las funciones dadas por Hoek en los siguientes gráficos.

Como puede deducirse existirán nueve combinaciones posibles para calcular los valores de X e Y, con lo que se podrá estudiar la estabilidad o diseñar los taludes según las condiciones de trabajo mas probables

Ejemplos: ……