Autor: Héctor Romero

Por: C. Carranza ¹, B. Flores¹, G. Rosales-Marín^1,2, E. Espinosa¹, G. Alvarado¹, D. Nava¹ y J. Andrade-Martínez^1*

Resumen
La ventilación en las minas subterráneas tiene como objetivo primordial el suministro de aire fresco para aquellas operaciones mineras unitarias que requieren capital humano, así como la dilución-extracción de polvo y gases producto de las operaciones como la voladura entre otros. Sin embargo, para poder asegurar la utilidad, y calidad estructural de los conductos de ventilación es necesario valerse de herramientas como la topografía, la cual actualmente cumple con un papel importante en la minería, ya que es aquella que se encarga de llevar todo un control de avances, rumbos, desbordes de labores de producción, entre otros. En este trabajo, un pozo de ventilación mediante el uso de metodología basada en máquina Robbin´s es implementado con el fin de evaluar la disminución de los costos para generar ductos de ventilación. Como se puede apreciar en el conjunto de softwares usados como herramientas para conocer información geológica de la zona de estudio, que proporcionen información clara en las labores de extracción reduce los costos de inversión, el tiempo y brindar mayor seguridad en cada una de las obras mineras.

Palabras clave. Topografía, Pozo de ventilación, Robbin´s, Mina Subterránea.

Abstract
Ventilation in underground mines has as its primary objective the supply of fresh air for those unitary mining operations that require human capital, as well as the dilution-extraction of dust and gases produced by operations such as blasting, among others. However, to ensure the usefulness and structural quality of the ventilation ducts, it is necessary to use tools such as topography, which currently plays an important role in mining since it is the one that oversees keeping track of progress, directions, overflows of production work. In this work, a ventilation shaft using Robbin’s machine-based methodology is implemented in order to evaluate the decrease in costs to generate ventilation ducts. As can be seen, the set of software used as tools to know geological information of the study area, which provide clear information in the extraction work, reduces investment costs, time, and provides greater security in each of the mining works.

Keywords. Topography, Ventilation shaft, Robbin’s, Underground Mine

Introducción
La ventilación en mina subterránea
La ventilación tiene por meta mantener en la atmósfera de la mina una composición, una temperatura y un grado de humedad compatible con la seguridad, la salud y el rendimiento del personal. Lo anterior es indispensablemente necesario para asegurar la respiración del personal minero, diluir los gases nocivos de la mina, en particular el grisú, así como reducir la temperatura, especialmente en las minas profundas.

Las obras de ventilación en mina subterránea tienen una gran importancia, para poner en evidencia esta afirmación, existe la costumbre de comparar el peso del aire circulante en los trabajos mineros con el de los minerales extraídos; el peso del aire es generalmente muy superior. Por ejemplo, en Colombia en minas como la Chapa, en el año 1974, la cantidad de aire circulante fue de 3 veces la producción del mineral de carbón explotado. Los consumos de energía tampoco son nada despreciables ya que en este año estudios realizados arrojaron un consumo de 5 kWh por tonelada neta de aire. A su vez es importante recordar que los gastos de energía no representan más que una fracción del costo de la ventilación; es necesario considerar los costos por amortización y el mantenimiento de los ventiladores, trabajos de distribución de la corriente de aire, mano de obra de la supervisión y control.

Composición típica del aire en las minas  
El aire atmosférico normal consta de 21% de oxígeno y 78% de nitrógeno, en volumen, algunos otros componentes son: gas carbónico, gases raros, vapor de agua en porcentajes variables. La composición del aire atmosférico normal (seco) es: 78% N₂, 20.86% O₂, 0.20% CO₂, 0.93% Ar y otros gases con un 0,01%. Cabe destacar que esta composición puede contener vapor de agua de 0.05% hasta 4%, teniendo en promedio 1%, este porcentaje no influye en la relación oxígeno-nitrógeno. Fuera de estos componentes normales, el aire de las minas contiene otras impurezas que son provenientes de humos y gases de voladuras, gases de las mismas formaciones rocosas y polvo proveniente de las labores mineras. Los principales contaminantes del aire son: monóxido de carbono (CO), gas carbónico (CO₂), metano (CH₄), gases nitrosos (NO + NO₂), anhídrido sulfuroso (SO₂) entre otros (Gastañaga, 1963; Souza, 2011).

Tipos de Ventilación
Se pueden clasificar en dos grandes grupos: ventilación natural, ventilación mecánica. Estas a su vez deben considerar la ventilación impelente y aspirante, en la impelente el ventilador impulsa el aire al interior de la mina por medio de una tubería, en el caso de aspirante el ventilador succiona el aire del interior de la mina por la tubería y lo expulsa al exterior. El requerido será calculado basado en el número de personas, el polvo en suspensión, la temperatura y el consumo de explosivos. 

Ventilación Natural 
Es el flujo natural de aire fresco que ingresa al interior de una labor sin necesidad de equipos de ventilación, en una galería horizontal o en labores de desarrollo en un plano horizontal no se produce movimiento de aire, en minas profundas, la dirección y el movimiento del flujo de aire, se produce debido a las siguientes causas: diferencias de presiones, entre la entrada y salida. Diferencia de temperaturas durante las estaciones (Ramírez, 2005).

Ventilación mecánica 
Es la ventilación secundaria y son aquellos sistemas que, haciendo uso de ductos y ventiladores auxiliares, ventilan áreas restringidas de las minas subterráneas, empleando para ello los circuitos de alimentación de aire fresco y de evacuación del aire viciado que le proporcione el sistema de ventilación general. 

El caudal de aire es la cantidad de aire que ingresa a la mina y que sirve para ventilar labores, cuya condición debe ser que el aire fluya de un modo constante y sin interrupciones, el movimiento de aire se produce cuando existe una alteración del equilibrio: diferencia de presiones entre la entrada y salida de un ducto, por causas naturales (gradiente térmica) o inducida por medios mecánicos (Ramírez, 2005).

Zona de estudio
En el presente informe de investigación, la zona del estudio se ubica dentro del Altiplano Potosino, localizado a 187 km al norte de la ciudad de San Luis Potosí, en el estado del mismo nombre y en el municipio de La Paz, a 8 km al poniente de la ciudad de Matehuala. Sus coordenadas geográficas con respecto al meridiano de Greenwich tomando cuatro puntos como referencia son; al Norte, el primero con coordenadas 100° 43’ 18” W, 23° 43’ 31” N; el segundo 100° 40’ 18” W, 23° 40’ 31” N; al sur, el tercero con coordenadas 100° 40’ 18” W, 23° 37’ 44” N.

 Metodologia
Levantamiento Topográfico 
Se entiende por levantamiento Topográfico al conjunto de actividades que se realizan en el campo  con el objeto de capturar la información necesaria  que permita determinar las coordenadas  rectangulares de los puntos del terreno, ya sea directamente o mediante un proceso de cálculo, con  las cuales se obtiene la representación gráfica del terreno levantado, el  área y volúmenes de tierra cuando así se requiera; (Torres y Villate, 2001) lo resumen como “el proceso de medir,  calcular y dibujar para determinar la posición relativa de los puntos que conforman una extensión  de tierra”. En los últimos años, la aparición de los levantamientos por satélite que pueden ser operados de día o de noche (Wolf y Ghilani, 2009) han resultado de suma utilidad en las obras mineras.

Cálculos topográficos 
El procedimiento utilizado para el levantamiento topográfico fue el de poligonal secundario, el cual es realizado en ramificaciones de las galerías principales donde sus características de forma y dimensiones no permiten emplear algunos equipos de medición, razón por la cual se emplean equipos de menor tamaño como brújulas mineras, eclímetros, cintas y equipo menor.

Se iniciará la toma de datos desde el punto poligonométrico más cercano perteneciente a la poligonal primaria con la toma de su último alineamiento, el procedimiento se apoyará por medio de plomadas suspendidas, cintas métricas (las cuales permitirán la toma de distancias), declinómetros, nivel de mano, brújula, verificación de horizontalidad y materialización de los vértices secundarios.

Existen diversas consideraciones que deben realizarse, una de estas son el cálculo de errores en medición de distancias, usualmente estos se presentan cuando se usa equipos ópticos y son establecidos principalmente por las casas fabricantes de los equipos topográficos. Para esto se utiliza la siguiente expresión:

                                                             (1)

donde m es la hipotenusa del triángulo, α es el ángulo entre la horizontal y la visual leída y ß es el ángulo formado entre la horizontal y el campo visual. Finalmente se tiene un error total con la sumatoria de los errores:

                                                 (2)

donde e_v corresponde al error de medición en la distancia por el equipo expresada en mm  ppm. e_e hace mención del error en mm del estacionamiento del equipo sobre trípode o soporte nivelante y el parámetro e_s es el error en mm del estacionamiento del prisma sobre un trípode o jalón.

Otros factores importantes para considerar son la altimetría, la nivelación geométrica de puntos con ubicación de miras desde la parte superior. Este método utiliza un punto medio en que se ubica el equipo de medición y desde el cual se tiene visual a los dos puntos equidistantes que pueden estar materializados o señalados, de los cuales se requiere determinar su desnivel (Martin, 2007).

Se realiza la lectura de desniveles de dos puntos dentro de la estructura, donde las miras de medición se ubican desde la parte superior con el punto cero adherido al techo. Teniendo la altura de un punto, calculamos el desnivel hallado entre los dos puntos equidistantes (Ecuación 3)

                                                       (3)

Luego obtenemos la altura del otro punto con aplicación del desnivel encontrado.

donde ΔN es el desnivel entre puntos; H_B hace mención a la distancia del techo a punto B; H_A se refiere a la lectura distancia del techo a punto A; Z_A es la altura de punto de referencia y Z_B será el valor de la altura de punto observado.

Marcaje del área
La delimitación del área comenzó con el desmonte del lugar en donde se encontrarán las instalaciones como lo son maquinaria, tubería, herramienta, etc. La superficie del terreno en donde se instalará es de área, esta área se encuentra dentro de la zona de interés. Una vez que se delimitó el área del lugar con ayuda del software AutoCad se plantearon las coordenadas del punto de rompimiento, (4728.200, 9128.984, 1922.710), ahí mismo de plantearon los vértices del área donde posteriormente se encontrará la máquina Robbin´s, dando un área de 64m², (Figura 2),

Método Raise Boring
El método Raise Boring consiste principalmente en la utilización de una máquina electrohidráulica en la cual la rotación se logra a través de un motor eléctrico y el empuje del equipo se realiza a través de bombas hidráulicas que accionan cilindros hidráulicos. Básicamente la operación consiste en perforar, descendiendo, un tiro piloto desde una superficie superior, donde se instala el equipo, hasta un nivel inferior.

Posteriormente se conecta en el nivel inferior el escariador el cual actúa en ascenso, excavando por corte y cizalle, la chimenea, al diámetro deseado (Figura 3). Dependiendo de las características del equipo el motor eléctrico puede ser de 150 HP a 500 HP, este rango de potencias irá directamente en relación con el diámetro final de escariado y la longitud del pique o chimenea.

En este método de excavación de chimeneas se necesitará contar con dos superficies de trabajo: Al inicio de la excavación, en la parte superior y al final de la excavación en la parte inferior.  Es decir, el método será aplicable para excavaciones en interior de la mina entre dos galerías o desde superficie a una galería ubicada al interior de la mina. 

Resultados y discusiones
Ligas con levantamiento Topográfico
Los datos obtenidos en la medición de fichas mediante las ligas topográficas se presentan en tablas en donde son leídas las coordenadas para plasmar una visualización en los planos 3D por el software Datamine. 

Los levantamientos de obras deben realizarse en forma periódica tratando de tener lo más actualizada posible la obra, es por ello por lo que realizar los levantamientos puede ayudar a saber el avance de proyecto en un turno o varios turnos dependiendo la producción. Una vez realizado el levantamiento es necesario dibujar mediante el software Datamine para visualizar los avances en 3D. Esto permite mantener avances lineales, conocer los volúmenes de tumbe, así como de producción, saber si los pisos nuevos coinciden con los ya establecidos y con ello saber si las obras mantienen el mismo nivel. 

Conclusiones

Del trabajo presentado acorde a la metodología implementada, las siguientes conclusiones pueden ser enunciadas: 

• Los métodos modernos de construcciones de pozos de ventilación son mucho más eficientes en muchos aspectos, como lo son: la seguridad de los trabajadores, los costos de inversión son mucho menores, y el tiempo. Gracias a estos métodos el tiempo de desarrollo es mucho menor que el llevar a cabo con métodos tradicionales.
• El haber llevado un seguimiento de desarrollo en esta obra minera, implica desarrollar una metodología de trabajo y organizacional, para así garantizar la disminución en la tasa de accidentes, demoras en los trabajos, así como el desgaste excesivo de los equipos. Manteniendo esta premisa, se logró la elaboración de los pozos Robbin’s con un tiempo de 7 meses, prácticamente sin inconvenientes.
• El no considerar estudios previos para tener información geológica de las áreas en que se puede llevar a cabo un proyecto puede llegar a complicar cualquier obra. Esto debido a que las horas de paro pueden aumentar, debido a inconvenientes como ruptura o bajo rendimiento de la barrenación diamantina, aumentar la tasa de accidentes y disminuir el porcentaje de avance.
• El uso de softwares para interpretar y modelar los puntos topográficos medidos y digitalizar planos de minas antiguas presentes en las zonas de interés ayuda a poder reaccionar ante cualquier inconveniente y reducir el tiempo de obra en mina, reduciendo costos y hora hombre.
• La disminución de la concentración de gases perjudiciales para la salud y seguridad de los trabajadores, redujo hasta en un 80% en las áreas en las cuales se desarrollaron los pozos.

Referencias

• Gastañaga, A., 1963. Control de Contaminante Polvo en Minas y Plantas Concentradoras. Lima-Perú: MINSA.
• Martin, A. G., 2007. Ampliación de topografía minera. Apuntes de asignatura.  Ampliación de topografía minera, 1, 132. (A. G. Martin, Recopilador) Cartagena, España:  Universidad Politécnica de Cartagena.
• Ramírez H., J. 2005. Ventilación de Minas. Módulo de Capacitación Técnico Ambiental. Chaparra Perú).
• Souza, E., 2011. Fracciones Inhalable, Torácica y Respirable. CNNT, España: Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo.
• Torres Nieto, A., & Villate Bonilla, E., 2001. Topografía (4a ed.). Pearson Education.
• Wolf, P. R., & Ghilani, C. D., 2009. Topografía (Undécima edición., Vol. 11a). Alfaomega Grupo Editor S.A. C.V., México.

1. Ingeniería de Minerales de la Coordinación Académica Región Altiplano de la UASLP Carretera Cedral km 5+600, Ejido San José de las Trojes, Matehuala, S.L.P. C.P. 78700, Matehuala, San Luis Potosí.
2. Instituto de Metalurgia de la UASLP, Sierra Leona #550, Lomas 2a Sección, C.P. 78350, San Luis Potosí, San Luis Potosí

*jonatan.andrade@uaslp.mx

Por: Federico Vogel González, Ricardo Marín Herrera, Juan J. Martínez Reyes, Víctor M. Quezada Aguilera.

Resumen 
El presente trabajo, muestra la importancia de los parámetros geomecánicos y como se relacionan con las clasificaciones geomecánicas para estimar un índice de valoración en los macizos rocosos. Las propiedades geomecánicas están determinadas por la interacción  de las propiedades propias de la roca y por las condiciones del medio en cuestión y/o del  área en la que se realiza el estudio o el tipo de obra de ingeniería. 

El trabajo se centra en los parámetros geomecánicos y  las clasificaciones geomecánicas de macizos rocosos  que se utilizan para calificar de manera cuantitativa  la calidad geotécnica que presenta una clase de macizo rocoso.

Tener un parámetro para efectos de diseño del sostenimiento-refuerzo  de las obras de ingeniería o de minería dentro de los macizos rocosos.

Se presenta una revisión de la metodología seguida en la elaboración  de las Clasificaciones Geomecánicas, así como de los principales factores geológicos que son empleados como parámetros para cada una de ellas y de manera general se presenta su aplicación a los sistemas de sostenimiento.

Se muestra como las clasificaciones geomecánicas, utilizan los parámetros geológicos para lograr la evaluación de los macizos rocosos. Las clasificaciones geomecánicas proveen una guía para la selección de los refuerzos en roca para las obras de ingeniería analizadas.

Se han seleccionado sobre la base de su  mayor aplicación,  mayor uso, mayor practicidad  y  sus características específicas dos clasificaciones geomecánicas: la metodología o índice del Rock Mass Rating (RMR), y la metodología del Rock Mass Quality índice  Q, son resumidas sus principales características en varias tablas. Por otro lado, también es posible determinar con las clasificaciones geomecánicas la ausencia o presencia de sostenimiento, usando los resultados obtenidos de la evaluación del índice de calidad de roca.

Palabras clave: Mecánica de rocas, geomecánica, clasificaciones geomecánicas, macizo rocoso, rocas.

Introducción
El conocimiento de las propiedades de las rocas permite en las obras de ingeniería tomar las decisiones correctas sobre diferentes aspectos relacionados con las operaciones y la estabilidad de las obras realizadas, a fin de estar en capacidad de identificar situaciones de riesgo y generar un ambiente adecuado de trabajo.

De acuerdo con lo expuesto por González, et. al (2002) el macizo rocoso (MR) es el conjunto de los bloques de matriz rocosa y de las discontinuidades de diversos tipos que afectan al medio rocoso, es decir presentan dos elementos geológicos fundamentales: la matriz rocosa y las discontinuidades. La matriz rocosa es el material rocoso y que en geología se distinguen los tres grupos principales: ígneas,  metamórficas y sedimentarias,  que se presentan exentos de discontinuidades o los bloques que quedan entre ellas “roca intacta”; mientras la discontinuidad es cualquier plano de origen sedimentario  o mecánico  que independiza o separa los bloques de matriz rocosa en un macizo rocoso. El número de factores geológicos que influyen sobre el comportamiento mecánico de un macizo rocoso es muy variado y elevado, por lo que las clasificaciones utilizan los parámetros más relevantes para ello. 

Las clasificaciones geomecánicas proveen una guía para la selección de los refuerzos en roca para las obras de ingeniería analizadas. Los resultados de las clases geomecánicas pueden ser utilizados en los proyectos, en el diseño del tipo de excavación y sostenimiento; permitir una menor subjetividad en la determinación de la calidad del macizo rocoso.  

Las clasificaciones geomecánicas para la evaluación de los macizos rocoso utilizan parámetros geológicos y les confieren un índice cuantitativo de aquellas a las que se les realiza una valoración cualitativa y cuantitativa en campo y/o laboratorio. También las clasificaciones geomecánicas incorporan una mayor cantidad de aspectos geológicos, estructurales, estratigráficos, litológicos y en general geomecánicos,  de la realidad en la elaboración de los índices de las clases del MR.

Para el caso del Índice Q, fue deducido después de analizar 200 excavaciones subterráneas en macizos rocosos de diferentes características litológicas y estructurales; mientras que el RMR para su desarrollo se estudiaron 49 excavaciones en un principio y se modificó posteriormente al analizar otras obras de ingeniería. 

En la parte inferior se muestran para ilustrar los conceptos a manera de ejemplo, la distinción entre estos elementos geológicos que componen los macizos rocosos, las obras de ingeniera y algunos de los sistemas de sostenimiento.

De acuerdo con Terzagui (1946), Bieniawski (1973), Barton (1974, 1993), Bell (2007), con los índices de calidad del MR obtenidos se puede determinar la ausencia o presencia de uno o varios tipos de sostenimientos, comparando los resultados obtenidos.

Objetivos y metodología
Algunos de los principales objetivos son  listados a continuación y están relacionados con distintos tipos de macizos rocosos, se  analizan dos de las principales clasificaciones geomecánicas de mayor utilización.

Permitir la distinción  de forma ingenieril entre los diferentes tipos de macizos rocosos (MR) que se puedan presentar dentro de una obra determinada.

Calificar de manera cuantitativa la calidad geotécnica que presente un  macizo rocoso. Tener un parámetro para efectos de diseño del sostenimiento-refuerzo  de las obras de ingeniería o de minería.

Mostrar las principales clasificaciones geomecánicas, así como también,  las diferencias que presentan cada una de ellas,  y  sobre todo  familiarizar  el uso que tienen y la practicidad que presenta el manejo de ellas en las clasificaciones geomecánicas.

Se busca mostrar los principales parámetros geomecánicos que presentan dos de las principales clasificaciones geomecánicas: RMR y Q, y mostrar sus valores, así como  los pesos o cuantificaciones que presentan en cada clasificación.

Permite tomar decisiones correctas sobre diferentes aspectos relacionados con las operaciones mineras y de ingeniería, los esfuerzos que afectan las obras, el tamaño de las mismas, el tiempo de exposición abierta  de las obras, los tipos de sostenimientos a utilizar y su momento y forma de  aplicación. 

Propiedades Geomecánicas
Los problemas ingenieriles del diseño estructural de excavaciones, ya sean subterráneas o a cielo abierto, que  trata de resolver la ingeniería geológica y mecánica de rocas es la predicción del comportamiento mecánico  del MR en una determinada obra o explotación minera sujeta a cargas que se le apliquen a lo largo de su vida operativa.

Las propiedades geomecánicas están determinadas por la interacción  de las propiedades propias de la roca y por las condiciones del medio en cuestión, del  área en la que se realiza el estudio y/o el tipo de obra de ingeniería (Figura 3). 

Las propiedades geomecánicas permiten predecir el comportamiento mecánico de las rocas,  podemos decir que las discontinuidades y los bloques de matriz rocosa constituyen en conjunto la estructura rocosa y gobiernan el comportamiento global del macizo rocoso; las clasificaciones geomecánicas consideran varios parámetros en los cuales puede predominar uno u otro componente en función de sus propiedades relativas, entre los que se pueden considerar los siguientes (Tabla 1).

Es necesario considerar que no todos los parámetros geomecánicos son utilizados por las clasificaciones geomecánicas, cada clasificación geomecánica trabaja con un grupo de parámetros a los cuales les proporciona cierto peso, los que se conjugan para lograr un índice que evalúa el macizo rocoso. 

Los problemas ingenieriles del diseño estructural de excavaciones, ya sean subterráneas o a cielo abierto, que  trata de resolver la ingeniería geológica en una determinada obra o explotación minera sujeta a cargas que se le apliquen a lo largo de su vida operativa.

Principales  Clasificaciones Geomecánicas
Las clasificaciones geomecánicas no tienen muchos años de aplicarse, en 1946 (Terzaghi) propuso un sistema de clasificación de roca para calcular las cargas que deben soportar los marcos de acero en túneles de los Alpes y minas de carbón, años más tarde en los años ’70s (Bieniawski, Barton) proponen una metodología para evaluar la competencia de roca en túneles de diferente tamaño y macizos rocosos.

No existe clasificación sencilla alguna que pueda dar una idea del comportamiento complejo de la roca que rodea una excavación, es necesario realizar una combinación de varios factores “propiedades geomecánicas” para lograr un índice del comportamiento de los macizos rocosos.

Se han realizado varios estudios en los que se aconseja entre otros puntos, se logre dividir los macizos rocosos en grupos de comportamiento parecido y proporcionar una buena base para la comprensión de las  características del MR.

A la fecha son dos los métodos que más se han generalizado en las aplicaciones geotécnicas, la primera conocida  como  Índice RMR y la otra conocida como Índice Q, (Tabla 2). Cada clasificación presenta una serie de parámetros a los cuales les confiere un determinado valor, que se conjugan para lograr el índice en cuestión. A mayor valor presente este índice el macizo rocoso será de una mejor calidad.

Como veremos, los datos de entrada de las clasificaciones geomecánicas se basan en descripciones de los parámetros geomecánicos que se presentan en el MR y a estos parámetros se le asignan valores numéricos asignados de acuerdo a su carácter.

El RMR
La metodología del RMR fue desarrollada por Bieniawski durante los años 1973, 1989, sufriendo varias modificaciones, última en 1993 que es la presentada con los parámetros y valores mostrados en la tabla inferior.  

A continuación se enlistan los principales  parámetros que agrupa cada clasificación para generar su índice determinado. Se muestran los principales factores que son utilizados en esta clasificación  y su valoración de cada una. Las clasificaciones geomecánicas tienen también aplicaciones en la estabilización de túneles, una de las más antiguas (Terzaghi, 1946), taludes, cimentaciones y obras de ingeniería en general (Muir W., 2000; Ortigao y Sayao, 2004).

Al aplicarse el RMR, la masa rocosa se divide en un cierto número de regiones estructurales  de manera que varios rasgos son comunes o característicos de cada región. 

La representación matemática del RMR es la siguiente.

RMR=A1+A2+A3+A4+A5+B………..…. Ecuación.1

En la siguiente tabla se puede apreciar la relación entre los valores del RMR y relación con la calidad de los macizos rocosos.

Una vez se han realizado los ajustes para la orientación de las discontinuidades, la roca se clasifica de acuerdo con lo indicado en  la tabla, el valor del RMR puede variar de 0 a 100, dividiéndose el rango en cinco categorías. Los soportes están en función de la categoría determinada, clase I con MR de excelente calidad pueden no llevar soporte, en tanto que clases de MR IV-V tendrán  que aplicarles tres o  más tipos de sostenimiento.

El Método del Q.
Esta metodología para clasificar la competencia de los MR fue dada a conocer en Barton et al. (1974-1993), por otro lado, Hoek y Brown (1980), realizan una descripción muy amplia del método, en resumen podemos decir que son considerados en  el método seis parámetros geomecánicos que incluyen la competencia de la roca, las condiciones de las discontinuidades, las infiltraciones de agua  y el estado de los esfuerzos que afectan la obra en cuestión. El Q se define por medio de la siguiente igualdad.

Q= RQD/Jn * Jr/Ja * Jw/SRF ……….… Ecuación.2

En la ecuación anterior, los parámetros de la expresión son:

• RQD= índice de recuperación modificada.
• Jn= número de juegos de discontinuidades.
• Jr= grado de aspericidad o rugosidad de discontinuidades o fracturas.
• Ja= grado de alteración de la matriz rocosa.
• Jw= actor reductor por filtraciones o flujo de agua.
• SRF= factor reductor por esfuerzos en el MR.

En la tabla inferior se presentan las categorías principales en que se subdividen los macizos rocosos de acuerdo al Q.

Son nueve las categorías principales en las que se subdivide y siete Clases de Roca, desde la clase buena (A) a la clase excepcionalmente de mala calidad (G). Los tipos de soportes están en función de los valores del Q, para valores bajos será necesario varios tipos de soporte mientras que valores altos emplearán poco soporte o ninguno. En los dos casos en estudio, puntuaciones altas conducen a masas rocosas competentes, mientras que bajas indican MR débiles. 

Relación RMR-Q.
La relación entre el RMR-Q y las clases de MR, se  presentan en el trabajo y fueron agrupadas de acuerdo las categorías de soporte del Q, agrupando 8 categorías  por cada clase de MR y la de menor calidad se determinó en 6 categorías (Tabla 6).

Las interrelaciones entre el RMR y Q, Bieniawski (1984) a partir de 111 casos históricos establece la siguiente fórmula para determinar la correlación entre las clasificaciones:

RMR= 9 * log. neperiano Q + 44 .……….… Ecuación.3

De igual forma, sin entrar en detalle se puede  tener una estimación del tipo de  soporte necesario de acuerdo con  la clase de  MR, los características del tipo de soporte se debe calcular detalladamente.

Para la determinación del soporte, es conveniente seleccionar el sostenimiento para excavaciones subterráneas del índice Q, Barton (1974) propone 38 categorías de sostenimiento, las cuales deben ser aplicadas para determinar el soporte a utilizar.

Conclusiones

• En el escrito se describen dos de las principales clasificaciones geomecánicas  (Índice RMR;  Índice Q), métodos de clasificación Geomecánica para la caracterización de los macizos rocosos y la determinación de los soportes o sostenimientos en obras de ingeniería.
• Las clasificaciones geomecánicas, dividen el MR en grupos de comportamiento similar y proporcionan  una base para la comprensión de las características del MR. Facilitan la planeación y el diseño de estructura en la roca al proporcionar datos cuantitativos que se necesitan para la solución de problema de ingeniería y proporcionan una base común de comunicación efectiva para los involucrados en las obras de ingeniería geotécnica.
• Las clasificaciones RMR y Q, proporcionan estimaciones realistas para la generación de los modelos geomecánicos y para aplicar   el  o los tipos de soporte  que se necesitan en determinadas obras de ingeniería.
• En el método del RMR, los macizos rocosos presentan valores que pueden variar de 0 a 100, dividiéndose el rango en cinco categorías. Los soportes están en función de la categoría determinada, por ejemplo Clase I con macizos rocosos de excelente calidad pueden no llevar soporte, mientras que clase de MR IV-V tendrán  que aplicarles dos o  más tipos de sostenimiento.
• El método del Q presenta nueve categorías principales en las que se subdivide con valores numéricos del 0.001-1000 y siete Clases de Roca, desde la clase buena (A) a la clase excepcionalmente de mala calidad (G).  Los tipos de soportes están en función de los valores del Q, para valores bajos será necesario mucho soporte mientras que valores altos emplearán poco soporte o ninguno.

Agradecimientos
Nuestro agradecimiento a la Universidad de Guanajuato por el apoyo prestado y un reconocimiento muy especial a la Asociación de Ingenieros de Minas, Metalurgistas y Geólogos de México por la oportunidad de brindarnos  un  espacio para la publicación del artículo y su constante apoyo a la difusión del conocimiento.

Referencias 

• Ayala F.J. y Andreu F.J.  (1991). Manual de Ingeniería de Taludes.  Editorial Instituto Tecnológico y Geominero de España. España.
• Barton N., Lien, R. abd Lunde J. (1974).  Engineering Classification of Rock Masses for the  Design of Tunnel Support. Springer Verlag. Vol. 6,  pp.189-236.
• Barton N. (1993).  Aplication of Q-System and Index Test to Estimate Shear Strength and Deformability of Rock Masses.   Workshop on Norwegian Method of Tunnelling. New Delhi, India., pp. 66-84.
• Bell F.G. (2007).  Enginineering Geology.   Elsevier. Second edition.  Printed and bound in Great Britain.
• Bieniawski, Z.T. (1973).  Engineering Classification of Jointed Rock Masses. The Civil Engineer in South Africa., 15, pp.335-344.
• Bieniawski, Z.T. (1984).  Rock mechanics design in mining and tunneling. A.A. Balkema, Rotterdam.
• Bieniawski, Z.T. (1989).  Engineering rock mass classifications. John Wiley and Sons, Inc.
• González de Vallejo L.I, Ferrer G. M., Ortuño A. L. y Oteo Mazo C. (2002).  Ingeniería Geológica.  Prentice Hall. Pearson Educación S.A. España.
• Hoek, E. and Brown E.T. (1980).  Underground  excavation in rock.  The Institution of Mining and Metallurgy. London.
• Moseley, M. and Kirsch, K. (2004).  Ground Improvement.    Second Edition, Spon Press, London.  
• Muir Wood A. H. M. (2000).  Tunnelling.    Spon Press, London.  
• Norwegian Tunnelling Society (2014).  Norwegian Tunnelling Technology.    Publication N° 23 NFF. Oslo, Norway.  
• Ortigao, J. A. R. y Sayao, A. (2004). Handbook of Slope Stabilisation Enginieering.  Springer, Berlin.
• Terzaghi K. (1946). Introduction to Tunnel geology.  Proctor & T. L. White (Eds.), Rock Tunnelling with Steel supports (p.271). Youngstown, OH: Commercial Shearing & Stamping Co.

 fvogel@ugto.mx
C. A.  Ingeniería de Minas/Depto. de Ing. en Minas, Metalurgia y Geología./UG