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.