modelación del sostenimiento de roca

INTRODUCCIN

1. GENERALIDADES

1.1 UBICACIN

1.2 EXTENSIN

1.3 ACCESIBILIDAD

1.4 CLIMA Y VEGETACIN

1.5 FAUNA

1.6 HIDROLOGA

1.7 RELIEVE

2. TOPOGRAFIA

2.1 TOPOGRAFA EXTERNA

2.2 TOPOGRAFA INTERNA

3. GEOLOGA

3.1 GEOLOGA REGIONAL

3.2 GEOLOGA LOCAL

3.3 GEOLOGIA ESTRUCTURAL

4. DIAGNOSTICO TCNICO DEL ESTADO ACTUAL DEL SOSTENIMIENTO

DEL NIVEL UNO, MANTO 20.

4.1 GENERALIDADES

4.2 EVALUACIN PRELIMINAR DEL SOSTENIMIENTO ACTUAL

4.2.1 Distancia entre puertas

4.2.2 Corte de los elementos de sostenimiento

4.2.3 Resistencia del material usado actualmente

4.3 CONDICIONES AMBIENTALES SUBTERRNEAS

5. CARACTERIZACIN GEOMECNICA DEL MACIZO ROCOSO DEL NIVEL1

MANTO 20.

5.1 PROPIEDADES FSICAS Y MECNICAS DE LA ROCA

5.1.1 Propiedades fsicas

5.1.2 Propiedades mecnicas

5.1.3 Clculo de la resistencia a partir del Martillo Schmidt y la densidad de la

muestra.

5.1.4 Anlisis de los diagramas de fracturamiento y de discontinuidades

5.2 CLASIFICACIN GEOMECNICA DEL MACIZO ROCOSO POR LOS

MTODOS DE Q DE BARTON, RMR DE BIENIEAWSKI Y RM DE PALMSTROM

5.2.1 Clasificacin geomecnica del macizo rocoso mtodo de Bieniawski, Rock

Mass Rating (RMR).

5.2.2 Clasificacin geomecnica del macizo rocoso mtodo Q de Barton.

5.2.3 Correlaciones generales entre los mtodos de clasificacin geomecnica

RMR, Q (Barton) y GSI.

5.2.4 Clasificacin geomecnica del macizo rocoso mtodo de Palmstrm, Rock

Mass ndex (RM).

5.2.5 Criterio de rotura Hoek y Brown

6. EVALUACIN DE LA ESTABILIDAD DEL NIVEL 1 MANTO 20.

6.1 CAPACIDAD PORTANTE DE LA ROCA DE TECHO

6.2 CARGAS ACTUANTES

6.2.1 Profundidad del terreno

6.2.2 Clculo de los esfuerzos (verticales y horizontales) y la constante de empuje

(k) del terreno.

6.2.3 Clculo de los esfuerzos en los lmites de la excavacin del nivel 1 manto 20.

6.2.4 Clculo de la altura a la cual se fractura la roca de techo o altura de carga.

6.2.5 Clculo de la carga de roca a soportar por el sostenimiento

7. MODELACIN DEL SOSTENIMIENTO DE ROCA MEDIANTE LA APLICACIN

DEL SOFTWARE PHASE2 PARA LA ESTABILIDAD DEL NIVEL1 MANTO 20 DE

LA MINA SANTA MARTA.

8. ANLISIS COMPARATIVO ENTRE LOS RESULTADOS DE DISEO POR

TCNICAS TRADICIONALES Y EL MODELACIN DEL SOSTENIMIENTO DE

ROCA MEDIANTE LA APLICACIN DEL SOFTWARE PHASE2 PARA LA

ESTABILIDAD DEL NIVEL1 MANTO 20 DE LA MINA SANTA MARTA.

CONCLUSIONES

RECOMENDACIONES

BIBLIOGRAFA

ANEXO

INTRODUCCIN

La importancia del sostenimiento en minera subterrnea radica en la funcin de cada labor adelantada en socavones cuyo aumento de seccin representa condiciones de riesgo para el personal de obra. El grado de estabilidad de una mina subterrnea es variable en cuanto exista una dinmica de avance del frente de explotacin y un proceso mvil en las tareas de extraccin que se relacionen. La aplicacin al macizo rocoso de esfuerzos mecnicos para lograr la rotura conlleva a procesos de inestabilidad modificando el estado tensional insitu, ya sea por la relajacin o por la adiccin de esfuerzos. La situacin expuesta explica la necesidad de reforzar o entibar las paredes de los tneles como mecanismo que garantiza la seguridad de las labores bajo tierra con el sostenimiento adecuado, que est en funcin del tipo de rocas, fallas con relleno, fallas abiertas, etc. y tiene por objeto mantener abierto ciertos espacios de las labores mineras y crear ambientes en condiciones seguras que protejan al personal bajo tierra en sus diferentes actividades. Una de las condiciones necesarias para que el sostenimiento se realice eficientemente luego de realizada una excavacin, es la correcta indagacin y evaluacin estructural del macizo rocoso, este es el punto de inicio confiable para seguir en la tarea de seguridad y productividad que se ha trazado en el planeamiento del minado. El modelamiento basado en la aplicacin del software Phase2, pide como datos de entrada los principales rasgos que influencian las propiedades geotcnicas y la resistencia a la compresin uniaxial del macizo rocoso. El presente trabajo de grado, tiene como objetivo general la modelacin del sostenimiento actual y optimizarlo mediante la aplicacin del software Phase2 en la Mina Santa Martha, Manto 20 nivel 2, a partir de la aplicacin de parmetros tcnicos que contribuyan a evitar desprendimientos de roca. La recoleccin de informacin topogrfica (externa e interna), geolgica y la realizacin de un diagnstico confiable y eficaz de las condiciones actuales del soporte del macizo rocoso, la caracterizacin geomecnica del mismo y la determinacin de las cargas actuantes, siendo la base para la formulacin de una propuesta tcnica de mejoramiento del sistema actual de explotacin.

1. GENERALIDADES

1.1 UBICACIN

La Mina Santa Marta se encuentra ubicada en la zona carbonfera Zulia Sur, concretamente en la Vereda La Alejandra Parte Alta del Municipio El Zulia, departamento Norte de Santander. Figura1. Plano de Localizacin mina Santa Martha

1.2 EXTENSIN

El rea total otorgada con el contrato de concesin N FCC-823, es de 421 hectreas con 2920 m2 definidas por un polgono irregular de 7 lados, descrito en la tabla 1, registrados en la plancha topogrfica 87- IV - A del Instituto Geogrfico Agustn Codazzi. (IGAC), Escala 1:25.000.

Tabla 1. Polgono rea Contrato de Concesin FCC -823

Punto inicial

Punto final

Rumbo Distancia

(m) Coordenadas

Norte Coordenadas

Este

PA 1 N85-05-17.56E 385.42 1371752 1154355

1 2 S57-52-59.79E 272.74 1371785 1154739

2 3 S17-26-49.87W 146.75 1371640 1154970

3 4 N90-00-00.00E 74.00 1371500 1154926

4 5 S00-00-00.00W 372.00 1371500 1155000

5 6 S81-31-19.57E 1071.71 1371128 1155000 6 7 N08-31-17.46E 3063.82 1370970 1156060

7 8 N81-29-06.23W 1431.78 1374000 1156514

8 1 S08-24-50.88W 2453.41 1374212 1155098

1.3 ACCESIBILIDAD

Va Pavimento

Km. Afirmado

Km. Observaciones

Municipio de Ccuta - Mina Santa Marta

19 16 Condiciones

regulares

A la Mina Santa Marta se llega por la va que de Ccuta conduce al Municipio Sardinata, llegando al sector La Culebra del Municipio del Zulia, desvindose por un carreteable en estado regular con un trayecto de 16 Km.

1.4 CLIMA Y VEGETACIN

Clima y Vegetacin: Los factores climticos de precipitacin y temperatura indican 1.000 mm anual y 23 a 32 respectivamente, los mayores valores de precipitacin se registran en los meses de Abril y Noviembre. La vegetacin es de tipo arbustivo con algunos reductos de bosques semipoblados, tpica de regiones de clima clido, corresponde a bosque semi - seco tropical (bsmt). Con rboles que principalmente no pasan de los 5 metros de altura, aunque en algunos sectores todava se encuentran especies maderables, se nota un alto grado de intervencin de dicho bosque, por la extraccin de madera para el sostenimiento de labores mineras.

1.5 FAUNA

Segn registro en la zona existen venado locho, armadillo, ardillas. Aves como Paloma rabiblanca, guacharaca, turpial, bho. Reptiles como lagartijas, culebras corales y tigra. 1.6 HIDROLOGA

La mina est localizada dentro de la cuenca del ro Zulia, la cual hace parte de la vertiente del Catatumbo, que tributa sus aguas al Lago de Maracaibo. Las caractersticas hidrogrficas relevantes presentes en la zona definen un drenaje subdendrtico. Las rocas sedimentarias forman una red subdendrtica con orientacin al noroeste; en el rea se identifican lechos de cauces de la quebrada Cuperena la cual presenta una direccin NE-SW; la quebrada Colorada (seca) cruza el rea del polgono del Contrato en una direccin aproximada W-E. Al sur del polgono del contrato cruza la quebrada Alejandra (seca), en direccin W-E. En el rea de actividad minera no se observa ninguna corriente continua de agua. 1.7 RELIEVE

Presenta contrastes; abrupto en las partes altas donde la roca es de litologa dura, suave y ondulada en rocas de litologa blanda. Las alturas varan desde los 250 msnm en el valle del Ro Zulia hasta los 800 msnm en el Cerro La Alejandra.

2. TOPOGRAFIA

A partir .de puntos topogrficos (Mojones) ubicados con Geoposicionador satelital, por ECOCARBON LTDA se amarraron las bocaminas de los diferentes niveles en los mantos donde se efecta la explotacin y se levant la infraestructura superficial (construcciones, carreteras, patios, botaderos). 2.1 TOPOGRAFA EXTERNA

Se efecto el levantamiento del rea en la zona de estudio a la infraestructura superficial (construcciones, carreteras, bocaminas, etc.), tambin se localizaron los puntos de afloramiento y accidentes geogrficos ms importantes; as como los datos estructurales para la caracterizacin del macizo rocoso. Ver plano topogrfico. El trabajo de campo se realiz utilizando GPS Garmin, con un grado de precisin de 3 a 5 m., georeferenciando los puntos de amarre inicial; complementando dicha labor con estacin total Topcon. Posteriormente, se detallaron cada uno de los afloramientos existentes en la zona lo que permitir ms adelante la incidencia entre la correlacin e identificacin de los mantos. La declinacin magntica utilizada para la topografa en la zona fue de 7.44013 NW. Segn dato del programa de Ecopetrol. Adems esta actividad permiti georeferenciar la infraestructura superficial existente como es: el carreteable de acceso a la mina, el cargadero y tres (03) mojones que sirvieron como base triangular de amarre para darle coordenadas a la bocamina y poder realizar la topografa interna del nivel uno de manto 20, objeto del presente estudio; con la mayor precisin, segn se detalla en la cartera topogrfica en la tabla 2. 2.2 TOPOGRAFA INTERNA

Se realiz trabajos de actualizacin de topografa bajo tierra con estacin total Topcon (La gran ventaja que mantiene la Estacin Total contra los sistemas satelitales son los trabajos bajo techo y subterrneos), brjula y cinta identificando las labores subterrneas, que en la actualidad se encuentran activas, segn se detalla en la cartera topogrfica interna del Nivel 1 manto 20 en la tabla 3; adems registrando los puntos de control geomecnicos para la caracterizacin del macizo rocoso.

Tabla 2. Cartera topografa de superficie

Tabla 3. Cartera topografa interna del nivel 1 manto 20

3. GEOLOGA

La geologa aporta conocimientos acerca de la estructura y la dinmica terrestre, de la litologa y de la localizacin y explotacin de yacimientos minerales. 3.1 EXPLORACIN GEOLGICA DE SUPERFICIE

3.1.1 Revisin Bibliogrfica

En esta etapa se revis, evalo y recopil la informacin topogrfica, geolgica y minera existente del rea de estudio y circundantes. Se encontraron estudios regionales y locales que incluyen el rea del Contrato de Concesin No. FCC-823, relacionados a continuacin: Servicio Geolgico Nacional e Inventario Minero Nacional INGEOMINAS, Geologa del Cuadrngulo G-13 Ccuta, 1.967. INGEOMINAS, Memoria del Cuadrngulo G-13 Ccuta. INGEOMINAS, Evaluacin de Reservas de Carbn en Siete Zonas de Colombia, 1981. IGAC, Plancha topogrfica 87-IV-A escala 1:25.000, 1980 INGEOMINAS, Evaluacin de Reservas de Carbn de Siete Zonas de Colombia, 1981. ECOCARBON LTDA, Estudio de Normalizacin de Recursos y Reservas de Carbn en el Departamento de Norte de Santander, 1998. MINISTERIO DE MINAS Y ENERGIA, El Carbn Colombiano, Recursos, Reservas y Calidad, Bogot 2004. EOT Municipio del Zulia, Norte de Santander, 2010 3.1.2 Contactos con la comunidad y enfoque social.

Las autoridades locales y la comunidad del sector de Chane, vereda la Alejandra, municipio de El Zulia, tienen conocimiento del proyecto minero que se viene adelantando para el aprovechamiento del recurso carbonfero en el rea de estudio, y no presentan ningn tipo de objecin al desarrollo de dicho proyecto, sustentado a su vez que en las zonas aledaas se encuentran minas con explotacin activa.

En el rea del contrato FCC-823, se han realizado negociaciones con los propietarios de las fincas en donde se han desarrollado y se desarrollarn labores mineras de exploracin y explotacin, ya sea mediante servidumbre, arrendamiento o compra. De igual forma se lleg a, acuerdos con las personas que se encontraban explotando el recurso carbonfero antes de que se otorgara el contrato de concesin por la autoridad minera. El propietario del ttulo minero tiene como premisa contratar la mano de obra necesaria para el proyecto minero, de los habitantes que circundan el rea o de los municipios vecinos, contribuyendo con el desarrollo social y econmico de la regin; adems de dar cumplimiento en lo previsto en la ley 685 de 2001. 3.1.3 Base Topogrfica.

Est disponible la plancha 87-IV-A, a escala 1:25.000, del Instituto Geogrfico Agustn Codazzi. Se actualiz y ajusto la base topogrfica del rea estudiada a escala 1:5.000 con curvas de nivel cada 5 metros, por medio de levantamientos topogrficos con estacin total y geoposicionador satelital, de igual forma se elaboraron los planos de las labores subterrneas a escala 1:1.000. La infraestructura superficial, accidentes geogrficos principales y sitios de labores exploratorias y mineras se georeferenciaron con GPS y estacin total, complementando la base topogrfica. Adems de lo anterior se complement dicho trabajo con programas satelitales tales como: Google Earth, Global Mapper. 3.2 GEOLOGA REGIONAL

La cartografa geolgica regional se realiz sobre la base topogrfica a escala 1:25.000 con el objeto de recoger la informacin general haciendo nfasis en la delimitacin de las formaciones geolgicas, las formaciones portadoras de los mantos de carbn, y en especial el manto 20 del nivel 1, objeto de la presente investigacin, las estructuras geolgicas y los aspectos tectnicos, que definen el modelo descriptivo del depsito. Ver figura 2. 3.2.1 Estratigrafa.

El rea de estudio se localiza en la parte suroeste de la Cuenca del Catatumbo, parte occidental de la cuenca sedimentaria de Maracaibo. En este informe se emple la nomenclatura descrita en el cuadrngulo G-13 del servicio Geolgico Nacional, ya que este sector se encuentra localizado dentro de la Concesin Barco. En el rea afloran rocas sedimentarias con edades desde el Cretceo hasta el Terciario. Ver figuras 2 y 3.

Figura 2. Geologa del Cuadrngulo G-13 Ccuta

Fuente: Mapa Geolgico del Cuadrngulo G-13 Ccuta, INGEOMINAS

La secuencia estratigrfica aflorante dentro del rea del municipio comprende rocas con edades desde Pre - Cretceo hasta finales del Terciario (Vase la columna estratigrfica de la figura 3).

Figura 3. Columna Estratigrfica Regional

Fuente: Cuadrngulo G-13

En el rea municipal de El Zulia, afloran rocas gneas, metamrficas y una secuencia sedimentaria cuyas edades van desde el Pre-Cretceo, Cretceo Superior, pasando por el Terciario hasta los depsitos recientes o Cuaternarios de origen aluvial principalmente. Vase Tabla 4 y Figura 2. Tabla 4. Distribucin de unidades litolgicas en el Municipio El Zulia.

EDAD UNIDAD

LITOLGICA

AREA 1.1.1 VEREDAS

Has. %

PRE-

MESOZOICO

Esquistos y rocas granticas (Esq,

Gr) 4058 8,28 Campo Alicia, Pan de Azcar, Encerraderos.

CRETACEO

Formacin

Uribante (Kmu)

8245

16,83

Rancho Grande, San Miguel, Astilleros, El Porvenir, El Albarico, Gratamira, Campo Alicia, Pan de Azcar,

Encerraderos.

CRETACEO

SUPERIOR

Formacin La Luna (Ksl)

338 0,69 San Miguel, Rancho Grande, Astilleros, Albarico, Campo Alicia.

CRETACEO SUPERIOR

Formacin Coln (Ksc)

414 0.85 San Miguel, Rancho Grande, Astilleros.

CRETACEO

SUPERIOR

Mito Juan

(Ksmj) 734 1,5

San Miguel, Rancho Grande, El Porvenir, Albarico,

Campo Alicia.

CRETACEO

SUPERIOR

Formacin Catatumbo

( Ksct)

1880

3,84

Cerro Len, Cerro Guayabo, San Miguel, Astilleros, Rancho Grande, El Porvenir, El Mestizo, El Albarico,

Campo Alicia, El Salto, Pan de Azcar.

TERCIARIO

INFERIOR

Formacin Barco

(Tpb)

1032

2,1

Cerro Len, Cerro Guayabo, San Miguel, Astilleros, Rancho Grande, El Porvenir, El Mestizo, El Albarico,

El Salto, Campo Alicia, Pan de Azcar.

TERCIARIO INFERIOR-

MEDIO

Formacin Los

Cuervos (Tplc) 4766 9,73

Cerro Gonzlez, Santa Rosa, Cerro Len, Cerro Guayabo, Astilleros, Rancho Grande, El Porvenir, El

Mestizo, El Albarico, El Salto, Pan de Azcar, La Alejandra, Las Piedras.

TERCIARIO MEDIO

Formacin Mirador (Tem)

2303 4,7

Cerro Gonzlez, Santa Rosa, Cerro Len, Astilleros, El

Porvenir, El Mestizo, El Albarico, 20 de Julio, El Salto, La Alejandra, Pan de Azcar, Las Piedras.

TERCIARIO

MEDIO-SUPERIOR

Formacin Carbonera (Tec)

4767 9,75

Cerro Gonzlez, Santa Rosa, Cerro Len, Astilleros,

Rancho Grande, El Porvenir, El Mestizo, El Albarico, 20 de Julio, El Salto, La Alejandra, Las Piedras.

TERCIARIO SUPERIOR

Formacin Len (Tol)

1176 2,39

Cerro Len, Astilleros, Porvenir, El Mestizo, El

Albarico, 20 de Julio, El Salto, La Alejandra, Las Piedras.

TERCIARIO SUPERIOR

Grupo Guayabo (Tmg)

5420 11,04

Cerro Len, Astilleros, El Porvenir, El Mestizo, 20 de

Julio, Camilandia, El Salto, La Alejandra, La Rampachala, La Colorada, Borriqueros, Las Piedras, Caahuate.

CUATERNARIO Depsitos

Aluviales (Qal) 8433 17,21

Cerro Len, Cerro Guayabo, Astilleros, El Porvenir, El Mestizo, El Albarico, 20 de Julio, Camilandia, Campo Alicia, El Salto, La Rampachala, La Alejandra, Pan de Azcar, La Colorada, Guamito, Borriqueros, Nueva

Esperanza, Caahuate, Las Piedras, Primero de Mayo.

TOTAL 48979 100,0

Fuente: MINERCOL (1998), INGEOMINAS (1967) Y EOT (1999)

Hacia el Occidente del municipio, aflora un conjunto de rocas gneas y metamrficas (Pre - Cretcicas). Este conjunto est formado por rocas gnisicas bandeadas, de composicin grantica, a esquistos altamente plegados y deformados, de grado metamrfico intermedio y de filitas. La edad de las masas granticas que intruyen las rocas metamrficas es desconocida, pero se presume que tanto las rocas granticas como las rocas metamrficas son de edad Pre-Mesozoico y posiblemente Devoniano o pre-Devoniano. Estas formaciones afloran en las veredas Campo Alicia, Pan de Azcar y Encerraderos y ocupan el 8,28% del territorio. La meteorizacin de las rocas que conforman estas unidades, producen unos suelos aptos para desarrollar actividades agrcolas, en este caso prevalece el cultivo del caf. Las rocas sedimentarias, del Cretceo, estn representadas por las Formaciones Aguardiente, La Luna, Coln, Mito - Juan, y Catatumbo. Formacin Uribante (Kmu). Consta de arenitas de cuarzo, glauconticas, gris claras, con estratificacin cruzada, e intercalaciones delgadas de lodolitas grises. Edad Aptiano Superior - Albiano Inferior y Medio. Se localiza en las veredas Rancho Grande, San Miguel, Astilleros, El Porvenir, El Albarico, Gratamira, Campo Alicia, Pan de Azcar y Encerraderos; ocupa una extensin equivalente al 16,83% del total del territorio. Los suelos producto de la descomposicin de estas rocas son aptos para el desarrollo de actividades agronmicas, cultivos y cra de ganado, ya que se encuentran extensos pastizales. Formacin La Luna (Ksl). Compuesta por calizas y lodolitas calcreas con grandes ndulos discoidales biomicrticos, chert y roca fosfrica hacia la parte alta. Edad Coniaciano - Santoniano. Se localiza como una pequea franja alargada en sentido Este Oeste en las veredas San Miguel, Rancho Grande, Astilleros, El Albarico, Campo Alicia; ocupa el 0,69% del territorio. La importancia de esta formacin radica en su contenido de roca fosfrica, cuyo yacimiento es importante a nivel nacional, pero se explota para la jurisdiccin del municipio de Sardinata, en donde estn las instalaciones de la empresa Fosfonorte. Formacin Coln (Ksc). Constituidas por lodolitas ligeramente calcreas, piritosas, con foraminferos y ndulos ferruginosos. Edad Campaniano - Maestrichtiano. Se localiza en las veredas San Miguel, Rancho Grande, Astilleros; ocupa el 0,85% de la extensin territorial; por su poca distribucin no es importante esta formacin. Formacin Mitojuan (Ksmj). Secuencia de lodolitas fsiles con intercalaciones de limolitas arenosas, ferruginosas con algunas capas de caliza y

carbn hacia la parte alta. Edad Maestrichtiano. Ocupa el 1,5% del rea municipal y se localiza en las veredas San Miguel, Rancho Grande, El Porvenir, El Albarico, Campo Alicia. Debido a su similitud litolgica y a lo escaso e incompleto de los afloramientos, las dos formaciones anteriores se cartografan como una sola: Coln - Mitojuan. As mismo no se consideran de inters econmico. Formacin Catatumbo (Ksct). Consta de lodolitas negras, carbonosas, laminadas, alternadas con arenitas muy finas, gris verdosa, con estratificacin cruzada, bioturbadas, con restos de plantas y algunos mantos de carbn. Edad Maestrichtiano. Se localiza en las veredas Cerro Len, Cerro Guayabo, San Miguel, Astilleros, Rancho Grande, El Porvenir, El Mestizo, El Albarico, Campo Alicia, El Salto, Pan de Azcar. Ocupa el 3,84% del territorio municipal. Esta formacin contiene pequeos mantos carbonosos los cuales no son de inters econmico en la jurisdiccin de El Zulia. Las unidades del Cenozoico comprenden Las sedimentitas del Terciario y los Depsitos Cuaternarios. Las sedimentitas son las rocas de mayor extensin en el Departamento y en el municipio. Formacin Barco (Tpb). Constituida por arenitas cuarzosas blancas a pardas claras, de grano medio a fino, bien cementadas, con estratificacin cruzada y lminas carbonosas y algunas veces con minerales micceos. Se localiza en jurisdiccin de las veredas Cerro Len, Cerro Guayabo, San Miguel, Astilleros, Rancho Grande, El Porvenir, El Mestizo, El Albarico, El Salto, Campo Alicia, Pan de Azcar. Ocupa el 2,1% del territorio. Estas arenitas se presentan, por lo general, en capas gruesas y algunas veces interestratificadas con limolitas y arcillolitas grises y grises oscuras. Su espesor promedio es de 90 hasta 180 m y su edad es Paleoceno Inferior.

Constituye el piso de la suprayacente Formacin Los Cuervos portadora de un importante yacimiento carbonfero. La meteorizacin de las areniscas que la constituyen forma fuertes escarpes tpicos de esta unidad que representan un rasgo caracterstico para su diferenciacin de las dems unidades y limitan el uso que se le puede dar a los suelos originados de las mismas. Formacin Los Cuervos (Tplc). Esta Formacin consta de arcillolitas de color gris a gris oscuro, a veces carbonosas, limolitas grises, arenitas de grano fino y estratos de carbn hacia la parte inferior a media, los mantos, de 8 a 10 varan en espesor de 0.1 a 2.5 m.

Por lo general, las arcillolitas, limolitas y arenitas se encuentran interestratificadas en sucesiones de capas delgadas y algunas veces en estratos gruesos individuales. La litologa ms frecuente es de arcillolitas y limolitas, las cuales son frecuentemente carbonosas. El espesor vara entre los 80 y 450 m. Su edad es Paleoceno llegando al Eoceno Inferior. Ocupa el 9,73% del territorio y se localiza en las veredas Cerro Guayabo, Cerro Len, Cerro Gonzlez, Santa Rosa, Astilleros, Rancho Grande, El Porvenir, El Albarico, El Salto, Pan de Azcar, La Alejandra, Las Piedras, El Mestizo. Los mantos de carbn, cuatro (4) identificados, denominados de base a techo M10 a M40, estn localizados en los niveles inferiores de la Formacin Los Cuervos, a 50 m por encima de la infrayacente Formacin barco.

De los cuatro mantos, el M30 se reconoci en todo el sector y se tom como gua para correlacionar la secuencia carbonfera aflorante. Este manto se presenta como dos segmentos de carbn separados por una intercalacin arcillo - limosa con espesor que oscila entre 0.15 m y 0.60 m.

Formacin Mirador (Tem). Est constituida por arenitas de grano fino a grueso y arenitas conglomerticas con espordicas intercalaciones de lminas y capas finas de arcillolitas y limolitas. Las arenitas son deleznables y de colores blanco a amarillo, con estratificacin cruzada. Los afloramientos en la regin son de escarpes con pendientes fuertes en cuchillas alargadas. Su espesor promedio es de 180 m y su edad Eoceno Inferior a Medio. Se observa en las veredas Cerro Gonzlez, Cerro Len, Santa Rosa, Astilleros, El Porvenir, El Albarico, El Salto, 20 de Julio, El Mestizo, La Alejandra, Pan de Azcar, Las Piedras, ocupando el 4,7% del territorio. La meteorizacin de las arenas que la constituyen forma fuertes escarpes lo que permite diferenciarla de las formaciones que la supra e infrayacen, ambas portadoras de carbn, por lo que puede representar un interesante nivel gua para ubicar dichas formaciones carbonferas. Formacin Carbonera (Tec). Constituida por arcillolitas de color gris a gris verdoso, intercaladas con arenitas de grano fino y ocasionalmente capas finas de limolitas y estratos de carbn en la parte inferior y en el tope de la formacin. En muchos sectores donde aflora no presenta horizontes de carbn econmicamente explotables.

Su espesor promedio es de 500 m y su edad va del Eoceno Superior al Oligoceno Inferior. Ocupa el 9,75% de la extensin superficiaria y aflora en las veredas

Cerro Gonzlez, Santa Rosa, Cerro Len, Astilleros, Rancho Grande, El Porvenir, El Mestizo, El Albarico, 20 de Julio, El Salto, La Alejandra y Las Piedras. Formacin Len (Tol). Est compuesta casi en su totalidad de arcillas pizarrosas de color gris a gris verdoso, que presenta horizontes limonticos hacia la parte alta y baja de la misma. Su espesor vara de 510 a 785 metros. Son frecuentes en esta formacin lentes de yeso dispuestos a lo largo de la estratificacin o en los planos de fracturamiento. Estas arcillolitas pudieron haberse formado en un ambiente marino de circulacin restringida lo cual facilit la precipitacin del yeso. Esta formacin junto con la unidad arcillosa del Grupo Guayabo, constituyen la principal reserva de arcilla explotable en la regin, para la industria cermica. Su espesor promedio es de 545 m, observndose espesores mayores hacia el norte del Departamento, donde la formacin se vuelve ms arenosa. Palinolgicamente la formacin es de edad Oligoceno. Se observa en las veredas Cerro Len, Astilleros, El Porvenir, El Mestizo, El Albarico, 20 de Julio, El Salto, Las Piedras y La Alejandra, ocupando una extensin superficiaria del 2,39% del territorio municipal. Grupo Guayabo (Tmg). Lo integran tres formaciones que de ms antigua a ms joven son: Ccuta, constituida por lodolitas en capas planas paralelas, con interposiciones delgadas de arenisca; Cornejo, compuesta por lodolitas alternadas con arenisca y capas ferruginosas; Urimaco, conformada por conglomerados, areniscas y lodolitas moteadas. Este grupo tiene un espesor 1800 m, encontrndose espesores hasta de 2640 m al Sudeste de Ccuta. La edad es principalmente Mioceno pero posiblemente se extiende hasta el Plioceno. Se localiza en Cerro Len, Astilleros, El Porvenir, El Mestizo, 20 de Julio, Camilandia, El Salto, La Alejandra, La Rampachala, La Colorada, Borriqueros, Las Piedras, El caahuate, ocupando una extensin del 11,04% del total del territorio. Depsitos pleistocenos y recientes. (Qt, Qal). Son depsitos de grava y arena, en forma de terrazas altas y bajas, que se extienden paralelos a los valles de los ros Zulia y Peralonso, conformando relieves completamente planos y de gran extensin sobre los que se realizan actividades agrcolas, especialmente el cultivo de arroz. Ocupan el 17,21% de la extensin del municipio, a lo largo de las comunidades Primero de Mayo, Las Piedras, El Caahuate, Nueva Esperanza, Borriqueros, Guamito, La Colorada, Pan de Azcar, La Alejandra, La Rampachala,

El Salto, Campo Alicia, Camilandia, 20 de Julio, El Albarico, El Mestizo, El Porvenir, Astilleros, Cerro Guayabo, Cerro Len. De acuerdo con un estudio realizado por la firma Solarte y Solarte, para la construccin de la va de El Zulia a San Cayetano, se concluy que el uso de dicho material, previo procesamiento en varios casos, es de significativa importancia para proyectos de construccin en general, incluyendo todo tipo de obras civiles. Por lo cual su aplicabilidad vara desde la utilizacin en mezclas y rellenos hasta concretos asflticos. Con base en los resultados obtenidos en muestras de agregados gruesos y finos del material de arrastre del ro Zulia, se observ que son de buena calidad.

3.2 GEOLOGA LOCAL

El rea de Contrato de Concesin No. FCC-823 se encuentra enmarcada geogrficamente en el municipio de El Zulia y estratigrficamente la exploracin se realiza en la Formacin Cuervos (Tplc), la cual hace parte de una secuencia cronoestratigrfica conformada por la Formacin Mirador (Tem) hacia el este y al oeste con la formacin Barco (Tpb), como se puede detallar el plano geolgico local y en la figura 4.

Analizndolo desde el punto de vista estructural, el rea del contrato hace parte del flanco oriental del Anticlinal Aguardiente y el flanco occidental del Sinclinal de El Zulia. En la Formacin Cuervos (Tplc) se encuentran los mantos carbonferos de inters econmico, en los cuales se han adelantado labores de explotacin por parte del titular del contrato. 3.2.1 Formacin Los Cuervos (Tplc): en ella se encuentran los mantos

carbonferos de inters econmico, en donde se vienen adelantando labores de exploracin por parte del titular del contrato. Esta es la portadora de los mantos de carbn, y corresponde a una secuencia nter-estratificada de arcillolitas, arenitas, limolitas y manifestaciones de carbn, con predominio de las arcillolitas. Las arcillolitas son gris claro, con algunos paquetes verdosos, ocasionalmente limosos y carbonosos particularmente hacia la base de la formacin. Se presentan en niveles delgados hasta paquetes de 5.0 metros; se distribuyen en toda la secuencia, con predominio hacia la parte media - superior y superior de la formacin.

Figura 4. Plano geologa local

Fuente: MINA SANTA MARTA. Programa de trabajo y obras. El Zulia, 2013.

Las areniscas son de color gris claro a gris pardo, de grano fino a medio, con laminacin interna plano paralelas y onduladas. Se presentan en capas delgadas, medias y gruesas, tabulares. Se distribuyen hacia la base de la formacin donde estn inter-estratificadas con arcillolitas grises y las manifestaciones de carbn; Hacia la parte media y superior de la formacin los niveles alcanzan los 10 y 20 metros de espesor respectivamente. Los mantos y cintas de carbn se localizan en los niveles inferiores y medios de la formacin, donde se identificaron 5 manifestaciones con espesores que oscilan entre 0.3 y 0.8 metros, distribuidos en una secuencia estratigrfica que oscila entre 30 y 40m. 3.2.1. Descripcin de los mantos de carbn

Secuencia estratigrfica: La columna estratigrfica se levant conforme al

estudio geolgico realizado en el rea mediante la recopilacin y anlisis de la geologa regional, informacin topogrfica, excavacin de trincheras y apiques, labores mineras antiguas y activas adelantadas dentro del rea de proyecto minero, as como tambin al recorrido de sistemas naturales de conduccin de aguas superficiales y carreteables, segn se observa en la figura 5 De acuerdo al anterior estudio se identificaron cuatro (4) mantos de carbn dentro del rea de contrato, distribuidos en una secuencia estratigrfica que oscila entre 40 y 80 metros. Estos se encuentran dispuestos estratigrficamente de piso a techo, como Manto 10, manto 20, manto 30 y manto 40 dentro de la formacin portadora, Los Cuervos. Por las caractersticas estratigrficas, como son espesor, intercalaciones, calidad del carbn y teniendo en cuenta otros aspectos importantes como presencia de agua, calidad de los respaldos y profundidad de los mantos, se plane la explotacin de los mantos 10, manto 20, manto 30 y manto 40 Manto 10: Es un manto de carbn compuesto, presenta un espesor promedio 1.25 m. Estructuralmente el manto tiene un rumbo N 10 W, buzando en promedio de 30SE. Estratigrficamente el techo del manto de carbn lo constituye una Arcillolita parda de buena competencia. El respaldo inferior est comprendido por arenisca dura y griscea, gris oscuro a negro, masiva, tabular de buena competencia. Se presenta un manto superior con espesor de 0.6 metros con una intercalacin de arcillolita de 0.3 metros de espesor y un manto inferior de 0.35 metros de espesor. Tanto el respaldo superior como el inferior presentan buena competencia, sin embargo de acuerdo a la estabilidad que estos presentan en los espacios abiertos de las labores desarrolladas, dicha competencia disminuye por la presencia de agua de infiltracin.

El manto presenta ligeras variaciones en el espesor como resultado de la tectnica compresiva del rea. El carbn negro opaco, de fractura concoidea. Roca Techo: arcillolita parda, masiva, tabular. Su espesor es de 1.0 metros. Propiedades Fsico mecnicas: Dura, estable. Es un buen respaldo.

Roca Piso: arenisca gris oscura, moderadamente blanda. Espesor 0.6 metros. Propiedades Fsico mecnicas: Regular, moderadamente estable.

Manto 20: El manto de carbn presenta un espesor promedio 0.9 m. Estructuralmente el manto presenta un rumbo N 11 E, buzando en promedio de 30SE. Estratigrficamente el techo del manto de carbn lo constituye una lutita de color gris. El respaldo inferior est comprendido por arenisca dura de color gris de buena competencia. El respaldo superior e inferior presenta buena competencia, de acuerdo a la estabilidad que estos presentan en los espacios abiertos por la explotacin efectuada, dicha competencia disminuye por la presencia de agua de infiltracin. El manto presenta ligeras variaciones en el espesor como resultado de la tectnica compresiva del rea. El carbn es negro, semibrilllante, duro, fractura irregular. Roca Techo: Arcillolita de color gris oscuro, masiva, tabular. Su espesor es de 1.0 metros. Propiedades Fsico mecnicas: Dura, estable. Es un buen respaldo.

Roca Piso: Arenisca gris, moderadamente dura. Espesor 1 metro. Propiedades Fsico mecnicas: Regular, moderadamente estable

Manto 30: El manto de carbn presenta un rumbo de N 25 E y un buzamiento de 30 SE, el espesor total es de 1.0 metros. El techo est compuesto por una arcillolita semidura, de color gris. El piso es una arcillolita de color gris, blanda. Roca Piso: arenisca de grano fino, gris, dura, masiva. Su espesor es de 0.9 metros. Propiedades Fsico mecnicas: Dura, estable. Es un buen respaldo.

Roca Techo: Arcillolita, semi-dura, estable. Espesor 0.8 metros. Propiedades Fsico mecnicas: Buena, estable

Figura 5. Columna estratigrfica local Mina Santa Marta

Fuente: MINA SANTA MARTA. Programa de trabajo y obras. El Zulia, 2013

Manto 60: El manto de carbn presenta un rumbo de N 25 E y un buzamiento de 30 SE, el espesor total es de 1.20 metros. El techo est compuesto por una arcillolita compacta, de color gris. El piso es una arcillolita compacta de color gris, duro y compacto. Roca Techo: arcillolita, gris, blanda, masiva, tabular. Su espesor es de 0.9 metros. Propiedades Fsico mecnicas: Dura, estable. Es un regular respaldo.

Roca Piso: Arcillolita, dura, estable. Espesor 1 metro. Propiedades Fsico mecnicas: Regular, estable

3.3 GEOLOGIA ESTRUCTURAL

Dentro del marco tectnico descrito, se presentan otras fallas que afectan la continuidad de la secuencia estratigrfica En una zona de tectnica compresiva, enmarcada dentro de la evolucin de la Cordillera Oriental, la que gener procesos magmticos y tectnicos que afectaron a las diferentes litologas presentes. Como resultado de estos procesos geolgicos se presentan estructuras a nivel regional como el Anticlinal Aguardiente de extensin regional el cual dominan parte del patrn estructural del flanco oriental de la Cordillera, representado en el rea por fallas y estructuras plegadas con direccin norte sur. Los principales tipos de fallas son de tipo inverso que siguen una direccin preferencial Norte - Sur, siguiendo el tren estructural de la zona con pequeas fallas de tipo normal con componente de rumbo que cortan la secuencia estratigrfica generando un fuerte diaclasamiento o fracturamiento de las masas rocosas; Como resultado de esto el rea presenta un paisaje variado representado por lomas alargadas, filos y valles. Otras fallas se presentan en la zona en direccin Este Oeste El rea del contrato de Concesin FCC-823 pertenece al Sector Carbonfero del Zulia Sur, el cual hace parte de la Cuenca del Catatumbo, en el oriente del Departamento Norte de Santander y Corresponde al extremo suroeste de la Cuenca de Maracaibo en Venezuela.

Tabla 5. Resultados de anlisis manto 10, manto 20, y manto 60 Mina Santa Marta Continuacin tabla 5. Continuacin tabla 5.

C13 Deuterio Temperatura

(C)

Metano

adsorbido

(scf/ton)

Temperatura

(C)

Metano

adsorbido

(scf/ton)

% Arcillas % Silicatos %xidos % Hidroxidos % Sulfuros % Sulfatos % Carbonatos % Amorfos

y otros

Nd Nd 0 1,41 41,1 220,4 78,3 388,5 1,8 < 1 < 1 Nd Nd Nd Nd 97,3

Nd Nd 0 Nd Nd Nd Nd Nd < 1 Nd Nd Nd Nd Nd Nd 99,1

Nd Nd 0,25 Nd Nd Nd Nd Nd 1,5 < 1 Nd Nd Nd Nd Nd 98,4

Istopos ()Contenido de

Gas Canister

(scf/ton)

Mineraloga

Densidad

(g/cc)

Profundidad de 300 m Profundidad de 1500 m

Isoterma de Adsorcin

pH (ppm)Conductividad

(uS/cm)

Fenoles

(ppm)

Cloruros

(ppm)

Sulfuros

(ppm)

BICARBONATO

(ppm)

CARBONATO

(ppm)Ca (ppm) Mg (ppm)

Fe tot

(ppm)

Sodio

(ppm)

Sulfatos

(ppm)

Slidos

Disueltos(ppm)

6.44 1740 < 0,1 21 < 0,1 21,4 0,0 329,0 107,0 10 55,7 821,0 1192Muestra de carbn, cnister, agua, ph: 7, T:24C H:615m. Medicin de metano= 0 pico= 0%. Municipio

de El Zulia. Con intercalacin de 0,35m, olor a compuestos de azufre

Nd Nd Nd Nd Nd Nd Nd Nd Nd Nd Nd Nd Nd Muestra de carbn, cnister, H:684m. Medicin de metano= 0 pico= 0%. Municipio de El Zulia.

Nd Nd Nd Nd Nd Nd Nd Nd Nd Nd Nd Nd Nd Muestra de carbn, cnister, H:735m. Medicin de metano= 0 pico= 0%. Municipio de El Zulia.

Agua

Observaciones

Continuacin tabla 5. Continuacin tabla 5. Fuente: Estudio de caracterizacin de carbones del Norte de Santander Agencia Nacional de Hidrocarburos. 2013.

3.3.1 Estructuras Plegadas

Anticlinal Aguardiente. La estructura principal dentro de la cual se encuentra ubicado el Sector Carbonfero de El Zulia, es el Anticlinal Aguardiente, su eje presenta una direccin NE-SW, su trazo se extiende a lo largo del rea de estudio, es una estructura simtrica en donde su ncleo lo conforman formaciones del Cretceo medio (Kmu), sus flancos poseen buzamientos que varan entre 25 y 40, eventualmente se presentan grandes cambios en rumbo y buzamiento producto a estructuras locales que afectan el rea. En el flanco NW del sinclinal afloran las formaciones Cretceas y Terciarias dentro de las que se destacan las portadoras de los horizontes carbonferos, geomorfolgicamente se presentan como una alternancia de escarpes y zonas onduladas tpico en estas secuencias. 3.3.2 Fallas

Donde se localiza el rea de estudio se encuentra influencias tectnicas conformadas por sistemas de fallas importantes, principalmente como es la falla de Aguardiente, la cual es paralela en toda su extensin con el Anticlinal de Aguardiente. Tambin existen pequeas fallas atravesando la zona en sentido Este - Oeste que cortan la continuidad del flanco oriental del anticlinal en referencia. Falla Aguardiente. Domina el patrn estructural del sector. Es una falla de extensin regional, se origina a partir de la Falla de Gramalote. Se extiende desde el rea de Salazar hasta el Norte del rea. Su rasgo ms notorio es su expresin topogrfica de un lineamento recto, adems de una marcada diferencia de las rocas en contacto; pone en contacto rocas del Cretceo medio y superior con rocas del Terciario Inferior. La magnitud del esfuerzo compresivo provoc una inversin estratigrfica del Terciario en el sector Norte y centro, de su rea de influencia, afectando las secuencias aflorantes, presenta rumbo SW-NE, con inclinacin hacia el Oeste. En este mismo sector, se reconocen un grupo de fallas NW-SE cortando la secuencia Cretcea y Terciaria. Predomina la componente de desplazamiento horizontal sobre la vertical. La mayora de estas fallas presenta un marcado control estructural sobre las corrientes de agua, que cruzan en el sector. Dentro del marco tectnico descrito, se presentan otras fallas que afectan la continuidad de la secuencia estratigrfica. Constituye una falla de tipo inverso y gran ngulo, lleva una direccin NE-SW, afecta las formaciones Terciarias, en su movimiento levanta el bloque norte respecto al bloque sur, corre paralela a la falla La Pantaleta hasta la interseccin con la falla Los Naranjos en la parte este del sector.

Falla San Germn. Falla de tipo regional con direccin N -S que corta estructuralmente la secuencia estratigrfica de la Formacin los Cuervos levanta el bloque Este sobre el sector bellavista y produce un hundimiento en el bloque W, desplazando los mantos de carbn; su rumbo es N 5E y su buzamiento es de 25SE, se encuentra inferida por dos fallas transversales la Colorada y La Ponderosa. La zona forma un cuadrngulo de gran importancia estructural que afecta el desarrollo minero. Falla Colorada. Falla inversa con direccin promedio N 65 E, ubicada al Este del rea, en su prolongacin hacia el Oeste, esta estructura causa el lineamiento de la quebrada la Colorada afectando los mantos de Carbn de inters minero. Falla la Ponderosa. Ubicada al Este del rea de inters, con lineamiento de la Quebrada La Alejandra (caada), se encuentra paralela a la falla La colorada con orientacin E W con direccin N 80E y buzamiento de 85NW y confluye con la Falla Colorada. 3.3.2 Modelo descriptivo

El territorio Nortesantandereano ha sido afectado por perodos de esfuerzos tectnicos regionales de tipo compresivo a comienzos del Palegeno y Negeno temprano, con direccin aproximada W- E, perpendiculares al rumbo de los estratos, los cuales generaron las fallas de cabalgamiento y estructuras plegadas, cuyos ejes alargados y continuos tienen una orientacin NE SW, conformando dos regiones tectnicas: la Occidental caracterizada por fallas de rumbo y la Oriental caracterizada por fallas inversas y pliegues anticlinales y sinclinales amplios. Lo anterior determina dos estilos estructurales: de fallamiento en bloques en la regin Occidental y de fallamiento inverso y plegamiento en la Oriental. La variacin del espesor de las formaciones, de los mantos de carbn, de su continuidad, de su posicin relativa en la formacin, y su nmero, son indicativo de fenmenos de subsidencia y en general de poca estabilidad de la cuenca, la cual fue ms profunda en el cierre norte del Anticlinal Aguardiente, donde el carbn se localiza ms cerca al piso de la formacin en el flanco occidental cerca al cierre del anticlinal. Con la exploracin geolgica regional se identific una formacin portadora de carbn dentro del rea del contrato, que es Los Cuervos.

4. DIAGNOSTICO TCNICO DEL ESTADO ACTUAL DEL SOSTENIMIENTO DEL NIVEL UNO, MANTO 20.

4.1 GENERALIDADES

El Titular del Contrato de Concesin FCC-823 ha manifestado su particular inters en enfocar el presente estudio tan slo en el Nivel 1 del manto 20 Mina Santa Marta, debido a que sobre estas labores se realizar en la menor brevedad un proyecto de explotacin, cuyo requisito primordial para iniciar su ejecucin, es asegurar que dichas vas de transporte para que estn siempre en condiciones ptimas de funcionamiento, principalmente las derivadas de una buena estabilidad (manejo apropiado del techo y piso que conforman la roca encajante con una adecuada distribucin de las presiones del terreno sobre el sostenimiento). En consideracin a lo solicitado por el titular del rea, centrado en esta labor en la cual ha realizado en el corto plazo un proyecto de explotacin, se han hecho esfuerzos por asegurar que los trabajos estn siempre en condiciones ptimas de funcionamiento; en especial, las derivadas de una buena estabilidad (manejo apropiado del techo y piso con una adecuada distribucin de las presiones del terreno sobre el sostenimiento), evitando o minimizando de esta forma los accidentes por desprendimiento de cada de rocas. Los niveles de los dems mantos de la citada mina no fueron objeto de estudio por encontrarse abandonados. Actualmente la mina, utiliza madera para construir los elementos del sostenimiento del Nivel de transporte 1 del manto 20 (seccin en mineral), siendo las clases ms utilizadas el drago, caahuate, guayabn, anakao, amarilln, almanegra, teca y pardillo. 4.2 EVALUACIN PRELIMINAR DEL SOSTENIMIENTO ACTUAL

Para el desarrollo del diagnstico tcnico se hizo necesario establecer puntos de control entre los sectores determinados por el levantamiento topogrfico dentro del nivel, para poder medir parmetros como distancias entre puertas, grado de humedad y condiciones de temperatura, que en ellos se presentan, debido a la gran heterogeneidad en las condiciones del entorno de la mina (Vase la tabla 6).

Figura 6. Puntos de control sostenimiento actual en el nivel 1 manto 20 Mina Santa Marta

Fuente. Plano topogrfico Mina Santa Marta Manto 20 nivel1

De las observaciones realizadas se obtuvieron los datos de campo

que se mencionan a continuacin y que se resumen en las tablas 6 y 7

y en la figura 7.

Separacin entre puertas: Nivel 1 = 263.11/362 Nivel 1 = 0.72m Esta separacin entre puertas muestra el consumo de madera que requieren el nivel para su mantenimiento (Vase la Figura 7), puesto que la vida til promedio de una puerta dentro del nivel es de 12 meses y una puerta se compone de 3 palancas

Tabla 6. Estaciones realizadas para el estudio de diagnstico tcnico del nivel 1 del manto 20 Mina Santa Marta

ESTACIN LONGITUD

(m) LONGITUD

ACUMULADA ALTURA

(m)

NMERO DE

PUERTAS

DISTANCIA ENTRE

PUERTAS

TIPO DE CORTE

CONDICIONES DE PUERTAS

CONDICIONES DE HUMEDAD

TEMPERATURA (oC)

Paral Capiz

ES6 E19 46.84 46.84 1.76 43 1.09 Alemn sencillo

Bueno Bueno Seco 29

E19 E20 57.52 104.36 1.60 52 1.10 Alemn sencillo

Bueno Bueno Seco 29

E20 E21 29.47 133.83 1.75 27 1.09 Bombonada Regular Bueno Ligera humedad 29.5

E21 E22 13.21 147.04 1.65 22 0.60 Bombonada Regular Regular Ligera humedad 29.5

E22 E23 20.77 167.81 1.70 32 0.65 Bombonada Regular Malo Ligera humedad 30


Bueno Bueno Ligera humedad 30


Regular Regular Ligera humedad 30.5


Regular Bueno Ligera humedad 30.5

E26 E27 9.61 231.53 1.69 24 0.40 Bombonada Regular Malo Ligera humedad 30.5

E27 - E28 10.55 242.08 1.74 12 0.90 Alemn

sencillo Bueno Bueno Ligera humedad 31


Bueno Bueno Ligera humedad 31

Notas: Condicin Buena: No se presenta ningn defecto de estabilidad y estructura de los elementos de sostenimiento Condicin Regular: Los elementos de sostenimiento presentan algn defecto de estabilidad y estructura como flambeo, grietas y/o hongos. Condicin Mala: Los elementos de sostenimiento presentan fracturas

y fallamiento por alguna de sus partes

Figura 7. Vista frontal del sostenimiento actual en el nivel 1 manto 20

4.2.1 Distancia entre puertas

Al realizar el diagnostico en el Nivel 1 del manto 20, se pudo apreciar que la separacin entre puertas oscila entre 0.40m y 1.10m, para las menor y mayor encontradas, respectivamente (Vase la tabla 6). En la tabla 7 se presentan las longitudes valoradas, el nmero de puertas presentes en el nivel, la profundidad mxima del nivel y la separacin entre puertas. Tabla 7. Separacin promedio entre puertas en el nivel 1 del manto 20

Profundidad mxima (m)

Longitud valorada

(m)

# puertas

en longitud valorada

Separacin entre

puertas (m)

Consumo puertas/ao

mantenimiento niveles

Consumo palancas/ao

mantenimiento niveles

103.48 263.11 329 0.80 329 987

. Se hizo un registro de 20 puertas en un tramo uniforme de la excavacin el cual incluy longitud, dimetro e inclinacin de las palancas, longitud y dimetro del

capiz, distancia entre base y base de cada palanca y ngulos de las superficies en contacto en la muesca. Algunas muescas estn conformadas por dos cortes pero algunas configuraciones presentas tres cortes para garantizar un mayor contacto en las superficies resultantes presentando inclinaciones que varan de un corte a otro como se observa en la figura 8 . Figura 8. Configuraciones de diferentes ensambles de puertas en el nivel 1 manto 20

4.2.2 Corte de los elementos de sostenimiento

Los elementos de sostenimiento empleados en las labores de desarrollo del nivel 1 del manto 20 de la Mina Santa Marta son palancas de madera cuyos dimetros se aproximan entre los 14 y los 20 cm. Esta se dispone en forma de puerta alemana diente sencillo y bombonada (dos parales y un capiz) con corte de diente sencillo en la seccin de los niveles, tal como se ilustra la figura 9, adems se disponen de forros (palancas dispuestas de forma horizontal entre puertas) como elementos complementarios del sostenimiento. 4.2.3 Resistencia del material usado actualmente

La madera utilizada como sostenimiento en el Nivel 1 del manto 20 de la Mina Santa Marta en forma de puertas, trabaja esencialmente por compresin, los parales o hastiales, se pandean cuando sus dimensiones no se adecuen para ello y por flexin, los capiz o cabeceros, fallando una vez que se supere su resistencia a la flexin. Por esto es muy importante a la hora de cuantificar parmetros mecnicos de la madera usada para el sostenimiento de las labores mediante ensayos, el consignar datos fundamentales como la direccin de aplicacin de la carga con respecto a las fibras del tronco, el grado de humedad de las muestras,

las anomalas y alteraciones, tanto de origen interno como externo, que se comprueben con su inspeccin visual previa Figura 9. Tipo de puertas bombonada y alemn diente sencillo en el nivel de transporte

.

Resistencia a la compresin de la madera paralela a su fibra. La resistencia

unitaria a compresin se obtiene mediante el aplastamiento de una probeta entre los platos planos de una mquina de ensayo universal, se entiende como la carga mxima dividida por la seccin de la probeta, C = P/A.

De acuerdo a la norma NTC 784 en Colombia, para este ensayo se usan probetas de 3cm x 3cm de seccin transversal hasta 5cm x 5cm con longitudes entre 2 a 4 veces el ancho de la probeta, el ensayo se debe realizar con muestras al 12% de humedad, efectundose una correccin para valores de humedad diferentes al 12%, pero no muy lejanos a l.

El mtodo se basa en aplicar sobre una seccin transversal extrema de la probeta, una carga continua en la misma direccin de las fibras de la madera, midiendo las deformaciones producidas por la aplicacin de dicha carga hasta llegar al punto de falla de la probeta. Las probetas deben ser paraleleppedos rectos medidos con una precisin de 0,3%. No deben presentar fallas ni defectos. Las secciones transversales extremas de la probeta deben ser paralelas entre s y perpendiculares a su eje longitudinal. La probeta debe tener su eje longitudinal paralelo a la direccin de la fibra con dos de sus caras opuestas paralelas a los anillos de crecimiento. Despus del ensayo, se debe extraer de las cercanas de la zona de falla de la probeta, una muestra de 25 mm de longitud y de la misma seccin transversal de la probeta, a fin de determinar en ella el contenido de humedad. La madera, en la direccin de las fibras, resiste menos a compresin que a traccin, siendo la relacin del orden de 0,50, aunque vara de una especie a otra de 0,25 a 0,75.

Figura 10. Probeta de madera para el ensayo a compresin paralela a la fibra.

La rotura de la madera cuando se somete a compresin axial paralela a su fibra, se produce por el colapso local de cada fibra, y generalmente, por el estallido de la probeta segn un plano de pequea resistencia o bien por cizallamiento de un plano oblicuo al eje. La madera de un rbol recin cortado, como los parales y capiz de una puerta en una mina contiene cantidades importantes de agua, con lo que su humedad resulta muy elevada. Sin embargo, expuesta al aire normal pierde parte de su contenido y llega a estabilizarse a una determinada humedad que depende de la temperatura y el estado higromtrico [1]. La humedad de la madera condiciona algunas cualidades y caractersticas de la madera como los signos de aviso de la rotura al odo y a la vista, su densidad, su dureza y volumen, etc. Es por tanto muy importante determinar las caractersticas mecnicas de la madera a la humedad en que se utiliza en campo y no a la humedad normal del 12% ya que este se emplea cuando se desea comparar maderas entre s. Cuando la humedad aumenta, el valor de la resistencia a la compresin disminuye hasta el valor crtico correspondiente a la humedad de saturacin de las fibras, a partir del cual el valor de la resistencia se puede considerar como constante. Es importante indicar que la variacin de la resistencia a la compresin axial de una determinada madera al pasar de un estado de humedad normal al punto de saturacin de las fibras, puede ser hasta un 40 o 50 por ciento el valor correspondiente al 12% de humedad. ________________________________________

[1] IGME. Caracterizacin de los materiales de proteccin y sostenimiento de las galeras en carbn. 1986. Pg. 22-48.

Cuando una madera se seca, el agua que primero se evapora es la que est en estado capilar o libre y ello sucede sin una aparente modificacin de las propiedades de la madera, desaparecida esta agua, queda la impregnacin de tejido leoso, si la evaporacin continua empieza a disminuir el agua que impregna las paredes de las fibras con lo que se modifican las propiedades fsico mecnicas; los tejidos leosos de la madera disminuyen de volumen y al mismo tiempo su dureza y resistencia aumentan.

Para determinar la resistencia a la compresin promedio de la madera empleada en el sostenimiento de las sobreguas, tambores y frentes de explotacin de la Mina Santa Marta se tomaron 10 muestras de madera al aire libre localizada en el patio de almacenamiento de la mina, de las cuales s preparar 7 probeta se tomadas del centro del tronco que arrojaron los resultados consignados en la tabla 8. La humedad promedio de las muestras oscila entre el 13% y el 17%. Las muestras recolectadas corresponden a un tipo de madera conocida localmente como Drago, esta madera se caracteriza por su buena resistencia a la compresin axial, alto peso especfico, comportamiento plstico, capacidad de almacenamiento de energa en la deformacin y baja resistencia a la flexin. 4.2.4 Grficas y clculos de compresin de las probetas para valorar la resistencia de la madera utilizada

Algunas limitaciones especiales del ensayo de compresin a las cuales se deben dirigir la atencin: 1. La dificultad de aplicar una carga verdaderamente concntrica o axial. 2. El carcter relativamente inestable de este tipo de carga en contraste con la carga tensiva (entindase traccin). Existe siempre una tendencia al esta-blecimiento de esfuerzos flexionantes (no existen esfuerzos flexionantes, entindase: cargas flexionantes) ya que el efecto de las irre-gularidades de alineacin accidentales dentro de la probeta se acen-ta a medida que la carga prosigue. 3. La friccin entre los puentes de la mquina de ensaye o las placas de apoyo y las superficies de los extremos de la probeta de-bido a la expansin lateral de sta. Esto puede alterar considerablemente los resultados que se obtendran si tal condicin de ensayo no estuviera presente.

Tabla 8. Ensayo Compresin paralelo a las fibras, madera Drago (Pterocarpus SP)

Figura 11. Grfica Esfuerzo vs. Deformacin Unitaria, Ensayo Compresin paralelo a las fibras, madera Drago (Pterocarpus SP)

Tabla 9. Resultados Ensayo Compresin paralelo a las fibras, Madera Amarilln (Terminalia Amazinia)

Figura 12. Grfica Esfuerzo Vs Deformacin Unitaria, Ensayo Compresin paralelo a las fibras, madera Amarilln (Terminalia Amazonia)

Tabla 10. Resultados Ensayo Compresin paralelo a las fibras, madera Caahuate (Tecoma Spectabilis)

Figura 13. Grfica Esfuerzo Vs. Deformacin Unitaria, Ensayo Compresin paralelo a las fibras, madera Caahuate (Tecoma Spectabilis)

Tabla 11. Resultados Ensayo de Compresin paralelo a las fibras, madera Almanegra (Magnolia Polyhypsophylia)

Figura 14. Grafica Esfuerzo vs. Deformacin Unitaria, Ensayo Compresin paralelo a las fibras, madera Almanegra (Magnolia Polyhypsophylia)

4.3. CONDICIONES AMBIENTALES SUBTERRNEAS

4.3.1 Condiciones de Humedad. El debilitamiento estructural de la madera puede

estar asociado a condiciones de exceso de humedad y a la creacin de hogos, en especial, la proliferacin del hongo Aspergillus que se nutre de las sustancias orgnicas que transforman, (un vegetal inferior de talla microscpica cuyo cuerpo est formado por filamentos denominados hifas, que se propaga por va area mediante esporas de color verde producidas por millares (polinizacin Anemfila),

germinando, en corto tiempo, en sitios que renan condiciones para su desarrollo para reiniciar de nuevo el ciclo de reproduccin.

Existe una amplia variedad de hongos xilfagos, que nacen de la madera -viva o muerta, Se destaca el tipo de hongo cromgeno, que es el responsable de modificar el color de la madera, y de afectar sus propiedades mecnicas y dinmicas. Si esta especie encuentra ambientes con oxgeno, temperatura variable de 26 a 30C y, poca agua (humedad ambiente, 30-50% H.R.), puede degradar paulatinamente la madera y llevarla hasta su total destruccin, convirtindose, adems, en fuente de enfermedades respiratorias para los trabajadores en el rea de poblacin de tales hongos. En ambientes mineros con presencia de tal hongo, es comn que los trabajadores experimenten reduccin de su capacidad laboral, decremento de rendimiento fsico e impacto mental. En trminos del comportamiento mecnico, los hongos deterioran severamente la madera reduciendo su resistencia. La madera expuesta en proximidad a otra que ha sido atacada sufre igualmente deterioro y prdida gradual de su resistencia. Por su parte, ha sido sealado por varios autores que los mohos no reducen considerablemente las propiedades mecnicas de la madera, ni afectan su aspecto, pero la presencia de tales en un ambiente de trabajo desmejorar la salud de las personas que laboran en su proximidad, debido a que la cantidad de esporas que suelen producir son causantes de alergias produciendo irritaciones en la piel y enfermedades pulmonares. Lo expuesto explica el efecto negativo de la humedad en las labores mineras, no slo por ser factor que influencia la salud de los trabajadores sino por acelerar el deterioro fsico de la madera de sostenimiento, reducir su capacidad portante y producir el fallo de la estructura, creando condiciones para la generacin de derrumbes de diferente magnitud e incrementando los costos del sostenimiento. En trminos de esta investigacin, el grado de humedad encontrado en el interior del Nivel 1 del manto 20 de la Mina Santa Marta, es variable. Fueron identificados sectores con filtraciones de agua, zonas hmedas y reas secas, prevaleciendo la existencia de condiciones ambientales hmedas con afectacin directa de la madera manifiesta en su deterioro fsico lo cual sugiere un mal comportamiento como elemento de sostenimiento. La figura 15 ilustra un ambiente hmedo en el nivel 1 del mato 20, evaluado.

Figura 15. Humedad presente en la madera de la gua 4.3.2 Condiciones de Temperatura. La humedad relativa es la humedad que

contiene una masa de aire, en relacin con la mxima humedad absoluta que podra admitir sin producirse condensacin, conservando las mismas condiciones de temperatura y presin atmosfrica. Una humedad relativa del 100% significa un ambiente en el que no cabe ms agua; en tales condiciones de humedad, el cuerpo humano no puede transpirar y la sensacin de calor puede llegar a ser asfixiante. Una humedad del 0% corresponde a un ambiente seco, en el cual se transpira con facilidad. Las condiciones de temperatura en el Nivel 1 fueron establecidas en campo, tomando informacin en varios puntos de control, dentro del nivel 1. Se identificaron zonas con temperaturas variando de 25 a 29.5 C (temperatura hmeda (Th)) y sectores con temperatura variable entre 26.5 a 31C (temperatura seca (Ts)). La temperatura efectiva (Te) fue estimada mediante la expresin: (1)

Te = 0,7 Th + 0,3 Ts V (1) Dnde: Th = temperatura hmeda (C),

Ts = temperatura seca (C);

V = velocidad de la corriente del aire (m/s).

Para una velocidad de la corriente del aire, V, igual a 0,5m/s, se determinaron los niveles de temperatura dentro del nivel 1, segn se ilustra en la tabla 12. La determinacin del valor del porcentaje de humedad relativa, en el interior del nivel 1 del manto 20 de la Mina Santa Marta, se hizo utilizando el baco para la determinacin de la humedad relativa del aire, segn se muestra en la figura 15, el cual est basado en la relacin existente entre la temperatura hmeda y la temperatura seca. Tabla 12. Temperaturas presentes en el nivel 1 manto 20

Nivel Aforo Velocidad aire (m/s)

Humedad relativa %

Temperatura (oC)

Distancia dentro del nivel (m) Th Ts Te

Nivel 1 del

manto 20

1 0.5 88.5 25 26.50 24.95 13.00

2 0.5 96.1 26.50 27.00 26.15 87.00 3 0.5 96.2 27.00 27.50 26.65 115.00

4 0.5 89.3 29.00 30.50 28.95 150.00

5 0.6 89.4 29.50 31.00 29.35 Frente Promedio 0.52 91.8 27.40 28.50 27.21

En la tabla 12 se aprecia que los porcentajes de humedad relativa oscilan entre el 88.5 y 96.2%, con un valor promedio de 91.8%, superior a los valores normales establecidos para minera (60% a 80%). Si se considera que un aumento de la humedad relativa (relacin entre el contenido de agua a una temperatura dada y el contenido mximo de vapor de agua a esa misma temperatura) est por encima de los niveles normales, tal situacin ser consecuencia de una elevada temperatura efectiva. En el nomograma de la figura 16, que sirve para averiguar el contenido de humedad en el ambiente del nivel 1 del manto 20 de la Mina Santa Marta, nos indica, con la lnea roja, que es de 0.0225 kg de agua por cada kg de aire seco y que el aire que circula contiene una densidad hmeda de 0.86 m3/kg; por esta razn, se puede concluir que el Nivel (1) mantiene ambientes notablemente calurosos, en trminos de los valores registrados de humedad relativa. Tanto la temperatura efectiva

encontrada (24,95 y 29.35C) como la humedad relativa promedio del interior de los niveles (91.8), determinan el contenido de agua inmersa en los poros de la madera, tal como se aprecia en la figura 16. Se colige de la figura 16 que el contenido de agua en la madera en el Nivel 1 es de 21 a 22% (lnea roja), indicando que la madera est alrededor de los lmites de la humedad ptima. El aumento del contenido de humedad de la madera desde un 10% hasta el punto de saturacin de las fibras produce una disminucin lineal de su resistencia a la tensin. Por cada incremento del 1% en el contenido de humedad, se reduce la resistencia a la tensin a lo largo de la fibra en casi un 3%. Existe coincidencia en muchos investigadores al afirmar que la mxima resistencia a la tensin, paralela a las fibras, se alcanza cuando el contenido de humedad se encuentre entre el 8 y 10%. De conformidad con la observacin citada, si el contenido de humedad en las puertas del nivel 1 del manto 20, es en promedio, el 21.5%(lnea roja figura 16) y bajo la hiptesis de que la resistencia mxima se alcanza para humedades inferiores al 10%, puede afirmarse que existe en el rea investigada un exceso de humedad del11.5%. Si se adopta un factor de 3% se observa que existir una reduccin del 34.5% de la resistencia a la tensin de la madera.

Figura 15. Nomograma para averiguar la humedad presente en la atmsfera minera

Fuente:

Figura 16. Efecto del medio ambiente en el contenido de agua de la madera

Fuente: CEMAL, Birn y ERGIN, Arioglu. Diseo de ademes en minas. Mxico, Limusa, 1987.

5. CARACTERIZACIN GEOMECNICA DEL MACIZO ROCOSO DEL NIVEL 1 MANTO 20 DE LA MINA SANTA MARTA.

Mediante la clasificacin geomecnica de roca en reas subterrneas, se pueden establecer los planes a seguir para garantizar la instalacin adecuada de las fortificaciones. Existen diferentes tipos de roca, cada una de las cuales tienen sus propias caractersticas y propiedades fsicas. Existen tambin, diferentes situaciones que requieren el uso de fortificacin adicional para consolidar los estratos de la roca, afirmar los bloques y prevenir la cada de roca.

Al realizarse un proyecto minero se debe valorar la geomecnica del depsito, para obtener un conocimiento ms detallado de las condiciones de la roca, tales como, grado de diaclasamiento, propiedades fsicas y mecnicas, y el grado de estabilidad (que puede ofrecer a una excavacin), representando esto un parmetro fundamental a la hora de calcular y elegir o redisear el sostenimiento a utilizarse en la mina, dentro de sus labores. Para realizar la caracterizacin del nivel en estudio dentro de la mina se procedi de la siguiente manera: Se recolect informacin en campo de las diaclasas presentes en el Macizo Rocoso, identificando las principales familias de discontinuidades con sus respectivos datos estructurales. Mediante observacin directa y levantamiento insitu en el rea se estimaron condiciones fsicas de humedad, presencia de relleno, rugosidad y orientacin de la estratificacin.

Se determin el R.Q.D de la roca encajante.

Se realizaron ensayos a la roca encajante del macizo rocoso para determinar su resistencia y dems propiedades mecnicas.

Se aplicaron las diferentes clasificaciones de macizos rocosos para obtener una valoracin ms detallada del mismo y con esto lograr otros aspectos valorativos para el diseo del sostenimiento.

5.1 PROPIEDADES FSICAS Y MECNICAS DE LA ROCA

Si bien es cierto, previo a la construccin de la labor subterrnea, se realiza el estudio preliminar de la geologa del terreno mediante sondeos (apiques, trincheras y tneles), mapeos geolgicos y otros, es fsicamente imposible

detectar completamente las condiciones en que se encuentran los diversos elementos de un cuerpo tan complicado como es el macizo rocoso. En la mayora de los casos, el macizo rocoso aparece como un conjunto ensamblado de bloques irregulares, separados por discontinuidades geolgicas como fracturas o fallas y, por ello la Caracterizacin Geomecnica de los macizos rocosos es compleja; pues debe incluir tanto las propiedades de la matriz rocosa as como de las discontinuidades. 5.1.1 Propiedades fsicas: Las propiedades fsicas de las rocas influyen en su

comportamiento mecnico y en su estructura interna. La tabla 13 muestra las propiedades gravimtricas volumtricas obtenidas por peso y medida. Los geomateriales que conforman el macizo rocoso fueron caracterizados como rocas sedimentarias conocidas como: arenisca, arcillolita y limolita. Tabla 13. Propiedades fsicas de las rocas

PROPIEDADES FORMULA

Masa de agua (gr.) Mw = M - Ms

Volumen de vacos ( cm3) V=Vv+Vs

Volumen de los slidos (cm3) Vs=V-Vv

Porcentaje de agua (%) W=(Mw/Ms)*100

Porosidad (%) =(Vv/V)*100

Relacin de vacos E= Vv/vs.

Densidad total de la muestra (gr./cm3) =M/V

Gravedad especifica (KN/m3) G=d/1

Densidad saturada (gr./cm3) sat=(Ms+VV)/V

Gravedad saturada (KN/m3)

Densidad de los slidos (gr./cm3) s=Ms/Vs

Peso unitario insitu (KN/m3) =g

Densidad seca (gr./cm3) d=Ms/V

Peso unitario seco (KN/m3) =dg

Peso unitario saturado (KN/m3) =satg

Grado de Saturacin % Sr=(Vw/Vv)*100

Fuente: CORREA ARROYAVE, lvaro. Caracterizacin de rocas y ensayos de laboratorio. Medelln: Universidad Nacional, 1984.

La arenisca es una roca sedimentaria, clstica, de grano fino, cuarzosa, de color amarillo pardusco, fuertemente cementada. La roca es medianamente dura y se localiza es en la parte inferior del manto de carbn. La arcillolita es una roca sedimentaria blanda, compuesta esencialmente por minerales de arcilla, masiva, de color gris oscuro a negro; presenta in situ un alto grado de fracturacin y se localiza en la parte superior e inferior del yacimiento predominando ms en el techo del manto. La limolita es una roca sedimentaria de color gris pardusco, de mediano espesor y alta dureza; se encuentra en la parte superior o techo del yacimiento. Tabla 14. Datos iniciales para la valoracin de las propiedades fsicas de los tipos de roca

MUESTRA (Promedio)

LIMOLITA ARENISCA ARCILLOLITA

MASA AMBIENTE (gr) 46.57 56.51 48.53

MASA SECA (gr) 46.14 56.14 48.15

MASA SATURADA (gr) 46.93 57.19 49.30

VOLUMEN (m3) 21.07 23.92 28.30

Tabla 15. Propiedades fsicas de los tipos de roca

PROPIEDADES (Promedio)


Masa de agua (gr.) 0,43 0,37 0.37

Volumen de vacos ( cm3) 0,79 1,05 11.15

Volumen de los slidos (cm3) 20,28 22,87 27.15

Porcentaje de agua (%) 0,93 0,66 0.77

Porosidad (%) 3,75 4,39 4.06

Relacin de vacos 0,04 0,05 0.04

Densidad total de la muestra (gr./cm3) 2,21 2,36 1.71

Gravedad especifica (KN/m3) 2,21 2,36 1.71

Densidad saturada (gr./cm3) 2,26 2,43 1.78

Gravedad saturada (KN/m3) 2,26 2,43 1.78

Continuacin, Tabla 15.

PROPIEDADES (Promedio)


Densidad de los slidos (gr./cm3) 2,27 2,45 1.77

Peso unitario insitu (KN/m3) 21,68 23,15 16.78

Densidad seca (gr./cm3) 2,19 2,35 1.70

Peso unitario seco (KN/m3) 21,48 23,05 16.68

Peso unitario saturado (KN/m3) 22,17 23,84 17.46

Grado de Saturacin (%) 54,31 35,33 32.24

De la tabla 15 se aprecia que, no obstante, la Limolita presenta los valores ms bajos de porosidad, los tres materiales presentan condicin similar, lo cual significa que son de alta densidad. Sin embargo, es la arenisca la que registra la mayor densidad y, la arcillolita el material de menor densidad. 5.1.2 Propiedades mecnicas. Del macizo rocoso se tomaron muestras

representativas, se analizaron las propiedades mecnicas ms importantes, realizando el ensayo de resistencia de compresin uniaxial, obteniendo de esta manera el Mdulo Young, la deformacin y la elasticidad de la roca. Para el desarrollo de los ensayos, fue necesario extraer muestras representativas de techo y piso del Macizo Rocoso, de un tamao tal que excluyera preferiblemente en su totalidad las discontinuidades estructurales mayores o visibles, para obtener as cierto grado de isotropa u homogeneidad en el ncleo. Con las muestras extradas se cortaron las diferentes probetas en la Mquina Cortadora de Disco del Laboratorio de Geotecnia y Minera de La Universidad Francisco de Paula Santander, con las dimensiones requeridas para la Relacin de Esbeltez (altura sobre dimetro) de 2 a 3 y posteriormente se eliminaron de ellas las aspereza o irregularidades presentes en la superficie de sus caras. Este procedimiento se realiz en su totalidad bajo consideracin de las normas INTERNATIONAL SOCIETY ROCK MASS (ISRM).

Perfiles geogrficos puntos toma muestras Tabla 16. Puntos geomecnicos de extraccin de las muestras

PUNTO NMERO MUESTRA

PUNTO UBICACIN MUESTRA CLASE ROCA PUNTO

TOPOGRAFICO NORTE ESTE

LIMOLITA

(Techo)

ARENISCA

(Piso)

P1 ES6 BM 1371348.60 1155153.67 1 1

P2 E19 1371310.92 1155181.48 1 1

P3 E22 1371221.74 1155226.54 1 1

P4 E27 1371145.78 1155257.59 1 1

P5 E29 FRENTE 1371119.33 1155271.94 1 1

PUNTO MUESTRA

ABCISA (m)

COTA PISO TUNEL (msnm)

COTA DE SUPERFICIE

(msnm)

PROFUNDIDAD (m)

P1 0 664,94 684,94 20,00

P2 47 665,02 709,02 44,00

P3 146 666,68 747,68 81,00

P4 228 669,04 786,04 117,00

P5 259 669,48 799,48 130,00 PROYECCION 450 672,75 841,00 168,24 Nota: PROYECCION: Longitud: 450 metros; cota superficie 841msnm Figura 17. Perfil Punto Muestra P1

Figura 18. Perfil Punto Muestra P2


Figura 23. Perfil Punto Proyeccin: Longitud tnel 450 metros; cota en superficie 841msnm

Ensayo de compresin uniaxial. Este ensayo busca valorar y cuantificar las Propiedades Mecnicas anteriormente mencionadas; se realiza en la Maquina Universal del Laboratorio de Resistencia de Materiales de La Universidad Francisco de Paula Santander, obteniendo de ella las grficas de Esfuerzo vs Deformacin y el Circulo de Mohr, que son de gran utilidad para el anlisis del comportamiento de la roca. A continuacin se har una breve descripcin de los tipos de roca que se utilizaron en el ensayo: Arenisca. Roca sedimentaria con granulado fino formado por masas

consolidadas de arena. Su composicin qumica es la misma que la de la arena; as, la roca est compuesta en esencia de cuarzo, el color de la roca viene determinado por el material cementante. La roca es medianamente dura y su ubicacin es en la parte inferior y superior del manto de carbn.

Limonita. Roca sedimentaria de color gris oscuro, espesor potente y alta dureza; se encuentra en la parte superior o techo del manto de carbn.

Arcillolita. Roca sedimentaria masiva de color gris oscuro a negro; es blanda

pues se ralla con facilidad, presenta un alto grado de fracturacin y es encontrada en la parte superior e inferior del yacimiento predominando ms en el techo del manto.

Las muestras de los diferentes tipos de roca fueron extradas del Nivel 1 del manto 20 de la Mina santa marta, en un ambiente semihmedo y no estaban afectadas por voladuras. Las coordenadas de los puntos geomecnicos de extraccin se describen en la tabla 16, cuyos perfiles se muestran a continuacin describiendo la longitud del tnel y el punto de control con la profundidad respectiva desde superficie hasta el sitio de toma de la respectiva muestra. Resultados de los ensayos de laboratorio de rocas. En la tabla 17 se hace referencia se hace referencia de la longitud y seccin de probetas ensayadas a compresin en mquina universal (duracin del ensayo: 60 minutos). Tabla 17. Relacin dimensiones de las probetas a ensayar

Roca Muestra Nmero

Longitud (cm)

Lado, seccin Cuadrada,(cm)

L / D

Arenisca

P1 6.16 3.06 2.01

P2 6.16 3.23 1.91

P3 4.06 2.36 1.72

P4 9.71 4.73 2.05

P5 9.68 4.86 1.99

Limolita

P1 4.06 2.36 1.72 P2 7.06 3.26 2.17

P3 6.51 2.81 2.32

P4 6.28 2.65 2.37

P5 6.29 2.93 2.15

Arcillolita

1 8.02 3.95 2.01

2 9.64 4.64 2.08 3 5.96 2.74 2.18

Resultados del ensayo de resistencia a compresin uniaxial de las muestras. Se ensayaron cinco muestras por cada tipo de roca, los resultados

obtenidos en Resistencia a la Compresin se resumen en el Tabla 17. Tabla 14. Resultados del ensayo a compresin uniaxial de las rocas

TIPO DE ROCA

PROBETA FUERZA

(N) REA (m2)

RESISTENCIA A LA COMPRESIN

INCONFINADA (Mpa)

ARENISCA (PISO)

P1 14709,87 0,0010656 13,80 P2 14709,87 0,0010656 13,80 P3 13887,13 0,000625 22,65 P4 23544,00 0,002205 10.68 P5 36296,87 0,002308 15,73

PROMEDIO 15,33

LIMOLITA (TECHO)

P1 13887,13 0,000625 22,22 P2 12753,00 0,000841 15,76 P3 6864,69 0,000693 9,91 P4 4167,83 0,000733 5,69 P5 8825,98 0,000857 10,31

PROMEDIO 12,78

ARCILLOLITA

1 14715 0.001723 8.54 2 19620 0.002135 9.19 3 21582 0.000767 28.13

PROMEDIO 15.29

La limolita present menor tolerancia a los esfuerzos aplicados. Su fallamiento fue rpido y por el lado ms dbil de su orientacin interna y de sus fisuras o grietas presentes. El comportamiento se asocia al de un material frgil. Por su parte, las rocas areniscas y arcillolitas, resultaron ser ms competentes. Exhibieron una mayor resistencia y presentaron una distribucin de esfuerzos a lo largo de toda su composicin. Su comportamiento fue igualmente frgil. A continuacin se presentan los tipos de falla obtenidos durante el ensayo de Resistencia a la Compresin Uniaxial para cada tipo de roca (Vase el Taba 15).

Tabla 15. Tipos de fallas observadas en las probetas (muestras)

TIPO DE MUESTRA TIPO DE FALLA IMAGEN

LIMOLITA

(Piso de la seccin en mineral y parte del techo en la seccin en

roca de la mina)

CUA

ARENISCA

(Parte del piso y el techo del manto 20 y el macizo rocoso)

CIZALLA

ARCILLOLITA

(Techo y piso de la seccin del macizo rocoso)

CIZALLA

Resistencia a la compresin uniaxial de la roca intacta. Despus de obtener la Resistencia a la Compresin para cada tipo de muestra (probeta), se procede a determinar la Resistencia a la Compresin de la Roca Intacta en el techo de la Mina Santa Marta en su nivel 1 del manto 20, tanto en su seccin en mineral como en roca a travs de la siguiente formula:

resistencia * espesores Resistencia a la compresin de la roca intacta = -----------------------------

espesores

Para estos clculos se tomara como espesor del techo de la mina en su seccin en mineral una altura de aproximadamente 20.14 m que es la distancia estratigrfica del techo del manto hasta encontrar un estrato de carbn de 0.70 m espesor y para el espesor del techo de la seccin en roca se tomara la longitud que hay entre los puntos de control topogrfico en el nivel 1 del manto 20, esto se puede apreciar en la columna estratigrfica local. A continuacin se presentan cuerdo con los criterios sealados en la figura 24, las rocas ensayadas se interpretan conforme lo sugiere la tabla 16. El promedio de la Resistencia a la Compresin Uniaxial de las rocas que componen el macizo rocoso se especifica en la tabla 16 con los valores ponderados de acuerdo al espesor. Tabla 16. Resistencia a la compresin de la roca intacta

TIPO DE ROCA

ITEM

TECHO DE LA SECCIN EN MINERAL

TECHO DE LA SECCIN EN ROCA

LIMOLITA ARENISCA ARCILLOLITA LIMOLITA ARENISCA

Resistencia a la compresin(MPa)

12.78 15.33 15.29 12.78 15.33

Espesor (m) 0.68 0.86 1.54 1.09 1.19

Resistencia a la compresin de la roca intacta(MPa)

14.20 14.59

Los valores de Resistencia a Compresin Inconfinada (RCI) son diversamente interpretados, tal y como se ilustra en la figura 24. Las Clasificaciones Geomecnicas aportan informacin sobre las caractersticas de resistencia (Cohesin y ngulo de Rozamiento Interno de la roca). De acuerdo con los criterios sealados en la figura 24, las rocas ensayadas se interpretan conforme lo sugiere la tabla 17. Por su parte, la tabla 18 describe la clasificacin de las rocas9 mostrada por Gonzlez Vallejo (2004), a partir de su resistencia a la compresin simple, en la cual se resalta con color amarillo, segn el promedio establecido en los ensayos realizados a las rocas arcillolita, limolita y arenisca. _______________________________________ 9 GONZLEZ VALLEJO, Luis. Ingeniera geolgica. Mxico: Pearson Educacin, 2004. p. 133

Figura 24. Clasificacin de los esfuerzos de la roca intacta, segn varios autores

Fuente: Ingeniera Geolgica. Excavaciones Subterrneas, El sostenimiento de tneles basado en las clasificaciones geomecnicas E.T.S.E.C.C.P.B. - U.P.C. DISEO Y EJECUCIN DE OBRAS SUBTERRNEAS. Pablo Daniel Hergenrether Prez. Feb 02, 2014. .

Tabla 17. Interpretacin del RCI segn varios autores

DESCRIPCIN AUTOR

Seccin en mineral (Lnea azul en la Tabla) RCI = 14.20 MPa

Seccin en roca (Lnea roja en la Tabla)

RCI = 14.59 MPa Coates 1964 Muy dbil Muy dbil

Deere and Miller,1966 Muy baja resistencia Muy baja resistencia

Geological Society, 1970 Moderadamente fuerte Moderadamente fuerte

Broch and Franklin, 1972 Medianamente fuerte Medianamente fuerte

Jennings, 1973 Roca dura Roca dura Bieniawski, 1973 Muy poca resistencia Muy poca resistencia

ISRM, 1979 Baja resistencia Baja resistencia

Puede observarse de la tabla 17 que las muestras ensayadas, con CRI variando de 14.20 MPa a 14.59 MPa clasifican como de baja resistencia segn el ISRM y Bieniawski, adems, la Geological Society of London como moderadamente dura.

Tabla 18. Descripcin dura o blanda de las rocas en funcin de su Resistencia a la Compresin Inconfinada, segn distintos autores Resistencia a la

compresin simple (MPa)

ISRM (1981) Geological Society of

London (1970)

Bieniawski (973)

Ejemplos

< 1 Suelos 1 - 5 Muy blanda Blanda > 1.25

Muy Baja Sal, lutita, limolita,

marga, toba, carbn 5 12.5

Blanda Moderadamente

blanda

12.5 - 25 Moderadamente

dura 25 - 50 Moderadamente

dura Baja Esquisto, pizarra

50 - 100 Dura Dura Media

Rocas metamrficas, esquistosas, mrmol, granito, gneis, arenisca, caliza porosa

100 - 200 Muy dura

Muy dura Alta

Rocas gneas y

metamrficas duras, arenisca muy cementada, caliza, doloma

> 200 Extremadamente

dura Muy dura

Cuarcita, gabro, basalto > 250

Extremadamente

dura

Fuente: Ingenieria Geolgica, Luis I. Gonzlez de Vallejo, Pearson Educacin, Madrid, 2004

5.1.3 Clculo de la Resistencia a partir del Martillo Schmidt y la densidad de la muestra: Este ensayo permite estimar de forma aproximada la resistencia a

compresin simple mediante una sencilla correlacin, siendo aplicable fundamentalmente a matriz rocosa, pero tambin a discontinuidades. Su uso est muy extendido dada la facilidad y rapidez de utilizacin. Se calcula el valor del rebote medio con los datos de campo. Para ello se registraron entre 10 y 14 valores se eliminan los menores y se obtiene el valor medio con los seis restantes, como se detalla en las tablas 19 y 20, donde se especifica el registro de los rebotes En funcin de la inclinacin del martillo, se entra con el valor del rebote medio en el grfico que aparece en este recuadro, desde el eje de abscisas hasta alcanzar el valor de la densidad de la roca estudiada. A partir de este punto, se traza una lnea horizontal hasta cortar el eje de ordenadas, obteniendo de esta forma el valor de la resistencia a compresin simple de la roca. Los valores de rebote obtenidos como promedio se les ajusta mediante una correccin dada previa calibracin hecha en el Laboratorio de Suelos Civiles de la Universidad Francisco de Paula Santander que es de 0.735 multiplicado por el valor del promedio de los rebotes encontrados, correlacionndolos mediante

baco diseado por Deere and Miller (1966), con la resistencia a compresin simple, en funcin de la densidad de la roca y de la inclinacin del martillo y del plano ensayado, que en nuestro caso se hicieron los registros de los rebotes de manera perpendicular. En la figura 25 se muestra la aplicacin del baco de Miller (1966). Es conveniente disponer de algn ensayo de laboratorio de resistencia a la compresin simple que permita calibrar las medidas y establecer correlaciones. Tabla 19. Rebotes Martillo Schmidt en el macizo rocoso en superficie

REBOTES REGISTRADOS EN MACIZO ROCOSO EN SUPERFICIE Punto 1 Punto 2 Punto 3 Punto 4 Punto 5 Punto 6

32, 36, 42, 40, 38, 33, 38, 28, 39, 34, 41, 32, 36, 34,

34, 24, 26, 22 30, 24, 26, 20, 36, 28, 25, 22, 33, 30

Figura 25: baco para realizar la resistencia uniaxial a compresin, determinada en el Martillo Schmidt con su respectiva inclinacin

Fuente: GONZLEZ DE VALLEJO, L.I.; FERRER, M.; ORTUO, L. & OTEO, C. Ingeniera Geolgica. Prentice Hall, Madrid. 2002, p. 347

baco utilizado para realizar la resistencia uniaxial a compresin, determinada tomando como punto de partida los rebotes registrados en el Martillo Schmidt con su respectiva inclinacin, se determina la densidad de la muestra en el laboratorio para luego realizar la interseccin con los datos del martillo obteniendo as la resistencia uniaxial a compresin. La manera de obtener el dato de la resistencia uniaxial a compresin, es ubicar los datos promedios en la lnea horizontal de la figura 25 teniendo presente la orientacin del martillo, una vez ubicado este dato, se toma el dato de densidad arrojado del laboratorio y se ubica en las lneas de densidades con el fin de buscar el punto de interseccin entre el rebote y la densidad para luego proyectarlo al eje y donde se indicara el valor la resistencia en MPa. En nuestro caso la resistencia uniaxial a compresin para la Zona del macizo rocoso en superficie, comprendida dentro del sector en estudio, dio c = 29 MPa (lneas azules), con un = 20,5 KN/m3, mientras que para la Zona dentro del nivel 1 del manto 20 (roca encajante) es c = 38 MPa (lneas rojas), con un = 22,9 KN/m3, indicando un mejor comportamiento en la zona dentro del nivel 1 del manto 20 ya que las rocas ensayadas no estn alteradas por el intemperismo ni por la accin de agentes externos y su tiempo de construccin no supera el ao. Adems, la zona de valores de rebotes inferiores est afectada por tectonismo debido a la cercana a la falla La Ponderosa. 5.1.4 Anlisis de los diagramas de fracturamiento y de discontinuidades.

Fueron valoradas las principales discontinuidades del macizo rocoso (MR), y evaluada su incidencia sobre el Nivel 1 del Manto 20 (tanto en su seccin en mineral como en roca), tanto en la parte externa como internamente por la galera de transporte). El anlisis de los datos estructurales se realiz con base en la aplicacin del programa Dips. El anexo A contiene la informacin estructural de las discontinuidades.

Tabla 19. Cartera de campo evaluacin primaria discontinuidades

Resistencia

de labios

AZIMUT (0) BUZAM.Martillo

Schmidt

3 70 680NW

Tabla 20. Direccin e inclinacin del plano de discontinuidad de las diaclasas presentes en el techo, Nivel 1 Manto 20

PUNTO DE CONTROL

DIACLASA RUMBO PLANO DE

DISCONTINUIDAD P1

Rb= S19E

Bz=24 NE

1 N68W 75NE

2 N21W 55NE

3 N16W 34NE

P2 Rb= S13E

Bz=22 NE

1 N67W 83NE

2 N27W 55NE

3 N17W 35NE

P3 Rb= S16E

Bz=29 NE

1 N 69W 85NE

2 N15W 27NE

3 N44W 55NE

P4 Rb= S12E

Bz=28 NE

1 N33W 64NE

2 N76W 81NE

3 N18W 37NE

P5 Rb= S10E

Bz=30 NE

1 N29W 38NE

2 N14W 31NE

3 N79W 69NE

P6 Rb= S12E

Bz=30 NE

1 N43W 41NE

2 N87W 79NE

3 N15W 31NE

P7 Rb= S12E

Bz=29 NE

1 N89W 75NE

modelación del sostenimiento de roca

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