La mecánica de rocas en la ingeniería de minas

1.1 Conceptos generales1.

La problemática de la ingeniería mecánica en todos los diseños estructurales es la predicción del comportamiento de la estructura bajo las cargas actuantes o durante su vida útil. La temática de la ingeniería de mecánica de rocas, como una práctica aplicada a la ingeniería de minas, es concerniente a las aplicaciones de los principios de la ingeniería mecánica al diseño de las estructuras de roca generadas por la actividad minera. Esta disciplina esta estrechamente relacionada con las corrientes principales de la mecánica clásica y de la mecánica de materiales, pero hay varios factores específicos que la identifican como un campo distinto y coherente de la ingeniería.

Una amplia definición de la mecánica de rocas es la que ofreció el US National Comite on Rock Mechanics en 1964 y subsecuentemente modificada en 1974:

La mecánica de rocas es la ciencia teórica y práctica del comportamiento mecánico de las rocas y de los macizos rocosos; es la rama de la mecánica referente a la respuesta de la roca y del macizo rocoso a los campos de fuerza de su ambiente físico.

Como se define la temática, es de fundamental importancia para la ingeniería de minas por que el acto de crear excavaciones para minar cambia los campos de fuerza del ambiente físico de la roca. El estudio de la respuesta de la roca a estos cambios requiere de la aplicación de técnicas analíticas específicamente desarrolladas para dicho propósito, los cuales ahora forman parte de la temática. La mecánica de rocas forma parte de la amplia temática de la geomecánica que se enfoca a la respuesta mecánica de todos los materiales geológicos, incluyendo los suelos. La erudita sociedad de geomecánica en Australia, La Australian Geomechanics Society, define a la geomecánica como "la aplicación de principios geológicos y de ingeniería al comportamiento de los suelos, del agua subterránea y al uso de estos principios a la ingeniería civil, ingeniería de minas, ingeniería de costas e ingeniería ambiental en el sentido más amplio".

Esta definición de geomecánica es casi sinónimo del termino ingeniería geotécnica, la cual es definida como "la aplicación de la ciencia de mecánica de suelos, mecánica de rocas, ingeniería geológica y de otras disciplinas relacionadas a la construcción en ingeniería civil, las industrias de extracción y a la preservación y mejora del ambiente" (Anon, 1999). El termino ingeniería geotécnica y el adjetivo geotecnia será usado de igual manera es este texto.

Los principios de aplicación de la mecánica de rocas en la minería subterránea esta basada en premisas simples y quizás evidentes en si. Primero, se postula que a un macizo rocoso se le puede atribuir un sistema de propiedades mecánicas que pueden ser medidas en una prueba estándar o se que pueden ser estimados utilizando técnicas establecidas. En segundo lugar, se afirma que el proceso de la explotación minera subterránea genera una estructura rocosa con huecos, elementos de soporte, estribos y que el funcionamiento mecánico de la estructura es favorable al análisis utilizando los principios de la mecánica clásica. La tercera posición es la capacidad de predecir y controlar el comportamiento mecánico de la roca encajonante en donde el proceso de minado puede garantizar o incrementar la seguridad y el comportamiento económico de la mina. Estas ideas pueden ser algo elementales. Sin embargo, incluso la aplicación limitada de los conceptos de mecánica en la excavación y en los diseños estructurales en minas es una innovación comparativamente reciente (Hood y Brown, 1999).

1.2 Complejidades inherentes en la mecánica de rocas1.

Se ha observado que la mecánica de rocas representa un juego de principios, un cuerpo de conocimiento y varios procedimientos analíticos relacionados al campo general de la mecánica aplicada. La pregunta que surge es – que problemas mecánicos se presentan en los medios geológicos, suficientes para justificar la formulación o el reconocimiento de una disciplina coherente, dedicada de la ingeniería? Los cinco temas que se discutirán a continuación determinan la naturaleza y el contenido de la disciplina e ilustra la necesidad de esforzarse en investigar y para desarrollar funciones y metodologías especificas en la ingeniería de minas.

1.2.1 Fracturas en la roca1.