Por: W. Rodríguez, Vicepresidencia de Proyectos, Codelco Chile; M. Jaque, GMT Servicios de Ingeniería Limitada, y J. Vallejos, Departamento de Ingeniería de Minas, AMTC, Universidad de Chile.

Trabajo presentado en el 8° Simposio Peruano de Geoingeniería.

Resumen

Los túneles de infraestructura principal del proyecto Andes Norte, nuevo nivel mina de la división El Teniente de Codelco (Chile), están emplazados en un ambiente complejo desde el punto de vista geológico-geomecánico. La condición geológica estructural y el campo de esfuerzos del entorno juegan un papel importante en la sismicidad inducida por las excavaciones. 

Esto ha motivado a proponer e implementar una metodología para analizar la causalidad de estallidos de rocas en túneles profundos. El estallido de rocas (ER) corresponde a uno de los riesgos críticos que se ha tenido que administrar en la construcción de túneles del proyecto Andes Norte, los que están asociados con la ocurrencia de sismicidad inducida por la excavación de una labor. 

Las consecuencias que se han evidenciado por la ocurrencia de este fenómeno pueden llegar a ser muy graves, como: daño a personas y equipos y pérdida de la continuidad del proceso constructivo del túnel. Cuando esto ocurre, se realiza una investigación donde se identifican las principales causas que han desencadenado el estallido de roca en un determinado sector, de esta forma se mejora el entendimiento de este y del entorno que propicia la ocurrencia de estos eventos, para tomar medidas que administren este riesgo y mitiguen sus consecuencias. 

Este artículo describe una metodología de análisis de causalidad de estallidos de rocas en túneles profundos, basada principalmente en la experiencia del proyecto Andes Norte, donde han ocurrido siete estallidos de roca en el desarrollo de los túneles de acceso desde 2013 hasta la fecha. La metodología aborda aspectos clave como el análisis de sismicidad, el emplazamiento geológico, geotécnico, geomecánico y la geometría, junto con aspectos operacionales, inspección de terreno, diseño de soporte y plan de reparación, y modelamiento numérico.

Palabras clave: Análisis de sismicidad, Inspección de terreno, Diseño de soporte, Modelamiento numérico.

Introducción

Los túneles de acceso para el proyecto Andes Norte de la mina El Teniente se proyectaron inicialmente con un supuesto de bajo riesgo sísmico, sin embargo, durante su desarrollo se observaron cambios significativos y respuestas sísmicas incrementadas conforme la excavación se profundizaba. El modelo conceptual actual indica que el campo de esfuerzos está influenciado por la topografía y la presencia de macizos rocosos frágiles.

El estallido de rocas es un riesgo geomecánico crítico que amenaza tanto la infraestructura como la seguridad de los trabajadores. A medida que se han construido los túneles se ha enfrentado en algunos sectores esta situación, con siete estallidos de roca registrados desde el inicio de los desarrollos en 2011, como se muestra en la Tabla 1 y Figura 1.

Experiencias aprendidas de estallidos de roca

El Teniente ha experimentado múltiples retos geomecánicos en la excavación de sus túneles profundos para el proyecto Andes Norte. Entre estos desafíos, la gestión de los estallidos de roca ha sido particularmente significativa. Durante la fase de construcción, se registraron siete incidentes importantes, cada uno aportando valiosas lecciones. En base a la experiencia, a continuación, se describen las principales causas de algunos estallidos de roca registrados en la construcción de túneles principales.

ER TAP Interior Mina 2.6 Mw (14-12-2013)

Las causas destacadas del estallido de roca incluyen una magnitud de esfuerzos principales que superó las expectativas, lo que resultó en un análisis de riesgo previo que no anticipaba estallidos de roca. El incidente produjo daños de leves a moderados y una proyección de rocas de bajo nivel. Con una fortificación adicional instalada en las áreas de excavación, se debería haber contenido la proyección de rocas, a excepción del frente de la excavación. Esto señala la necesidad de revisar el sistema de fortificación en el frente, incorporar elementos de contención y reevaluar el sobre espesor del shotcrete.

ER Ventana P4600 1.3 Mw (07-11-2014)

En el contexto de causalidad, se detectó un incremento de la actividad sísmica, reflejada en una tasa de perturbación más alta en el sector. A medida que se desarrollaban los túneles Ventana P4600, Galería de Conexión y túnel de Acceso Personal, se registró un aumento gradual en la tasa de eventos sísmicos. Este incremento coincide con el desarrollo de múltiples frentes de avance cercanos. A la par, se observó un aumento en la frecuencia de eventos sísmicos de mayor magnitud (eventos sísmicos Mw>0.0) y más energía liberada en el sector. El estallido de roca parece estar inducido por las excavaciones de los túneles, y la evidencia de esto es la desaparición de la actividad sísmica una vez que se detuvo el avance de los frentes de los túneles. En cuanto al diseño de la fortificación, resultó inadecuado para responder al riesgo sísmico esperado. El evento se clasifica como leve y, desde el punto de vista del peligro sísmico, corresponde al evento de máxima magnitud esperada (Gallardo et al., 2014).

ER Ventana P4600 TAP Fw 1.8 Mw (24-01-2017)

Las conclusiones relevantes de este incidente apuntan a la actividad sísmica en torno al PK4600 - TAP, que muestra una concentración en el pilar entre este túnel y el PK4600. Esta concentración parece indicar la influencia de la geometría del macizo rocoso en la respuesta sísmica al avance del PK4600. El mecanismo de ruptura corresponde a un fallo inverso, con un plano principal 34°/116° (dip/dipdir). En cuanto a la interpretación de esfuerzos, se concluye que el modelo numérico revela una fuerte interacción entre ambas excavaciones. Esto corrobora que la redistribución de esfuerzos entre ambos túneles, TAP y PK4600, se superpone y potencialmente podría crear condiciones propicias para la activación de posibles estructuras contenidas en el pilar. En resumen, la causalidad del evento sísmico se basa en la influencia combinada de ambos desarrollos en la redistribución de esfuerzos dentro del pilar (delimitado por los túneles TAP y P4600). Esta redistribución facilitaría la potencial activación de sistemas de estructuras subhorizontales presentes en la zona (Bizama et al., 2017).

ER TC P4600 Fw 1.7 Mw (26-09-2020)

Dentro de las hipótesis planteadas y discutidas con los integrantes de la comisión, se plantea como más plausible la siguiente hipótesis: “La tronadura #50 ejecutada en la frente del TC-Fw P4600 genera una redistribución de esfuerzos local en la frente de avance, que gatilla un evento sísmico de fallamiento inverso cuyo plano de ruptura tiene una dislocación inicial cercana a esta frente que propaga acercándose a la parte desarrollada del túnel, activando un volumen de macizo rocoso que se proyecta hacia la cara libre que ofrece el mismo túnel”. A partir de un plan de sondajes con recuperación de testigo en el techo de los daños registrados en el túnel TC P4600 Fw, los resultados indican rupturas por matriz de roca sobre el túnel asociada al fracturamiento hidráulico, en diferentes direcciones y orientaciones, no solo subhorizontales como ha sido el predominio de las fracturas hidráulicas reconocidas a escala túnel tanto en el mismo túnel como en otro lugar (XC 22/23 Ext, TAP OIM y TC OIM) (Balboa et al., 2020).

Descripción metodología

Metodología propuesta

Como se ha expuesto en las experiencias de ER presentadas en las secciones previas, la naturaleza compleja de estos eventos ha llevado a la compañía a conformar un equipo multidisciplinario para determinar las causas y mejorar el entendimiento de cada estallido de roca. En base a dichos estudios se propone la siguiente metodología de análisis de causalidad de los estallidos de roca en túneles profundos en ambientes complejos, como se muestra en la Figura 2.

La metodología, llevada a cabo por una comisión investigadora, abarca seis temas relevantes que pueden desarrollarse en conjunto y en paralelo. A continuación, las diferentes etapas correspondientes a la metodología serán tratadas y descritas en detalle.

Análisis de sismicidad

Se documenta los detalles pertinentes relacionados con el evento sísmico asociado a cada estallido de roca registrado. La información sismológica es crucial para entender las condiciones bajo las cuales ocurrió el estallido y ayuda a esclarecer las causas subyacentes del mismo. Para cada evento sísmico, se registran los siguientes datos: Fecha y hora, Magnitud Mw, Coordenadas X, Y, Z, Energía, entre otros. Adicionalmente, se proporciona una representación visual del evento y su ubicación relativa en la mina. Esta representación puede ser una vista en planta, un perfil o una vista isométrica, dependiendo de las características específicas del evento y de los detalles que se quieran destacar.

Es importante destacar que para un estallido de roca producido por un evento sísmico hay dos grupos de parámetros que se pueden usar para describir cuantitativamente las características del evento. Por un lado, están los parámetros de la fuente sísmica que corresponden principalmente a antecedentes generales del evento, tratados en el párrafo anterior. Por otro lado, el tensor del momento que corresponde a una aproximación física del proceso de falla, que da una aproximación del proceso a lo largo de un plano de falla. A través del análisis de los registros sísmicos y la determinación de los primeros movimientos, se identifican los posibles planos de falla y el sentido del desplazamiento a lo largo de estos, determinando el rumbo, la inclinación y el deslizamiento, este último correspondiente al ángulo de dirección de la falla (deslizamiento), medido con respecto al rumbo del plano de falla.

Los resultados del análisis de mecanismo focal se integran con la información geológica y geomecánica para interpretar la naturaleza de la falla y la orientación del esfuerzo que la provocó. El mecanismo focal se representa gráficamente en una esfera de proyección estereográfica o "beachball". Estos gráficos facilitan la visualización y comprensión del movimiento a lo largo de la falla. Como se ejemplifica en la Figura 3, se muestra el mecanismo focal de un ER del tipo Inverso, en donde destaca una componente ISO de aproximadamente 30%, por otra parte, también destaca una componente DC de aproximadamente un 50%. Esta combinación de componentes del tensor de momento indica que el proceso de ruptura implica una fuente de tipo deslizamiento combinada por una fuente volumétrica implosiva alrededor del túnel. Dentro de las posibles soluciones de mecanismo focal del ER registrado, destaca un plano subhorizontal con manteo hacia el sur-este (strike = 58º y dip = 27º) que es subparalelo al túnel como se muestra en la Tabla 2.

Adicionalmente, se puede realizar la inversión del esfuerzo que es un proceso cuyo objetivo es estimar el estado del esfuerzo in situ a partir de la observación y el análisis de la actividad sísmica. Los resultados de la inversión de esfuerzos se presentan en términos de la magnitud y la orientación de los principales ejes de esfuerzo, así como la relación de esfuerzo entre ellos. La comparación de los resultados de la inversión de esfuerzos con las mediciones de esfuerzos realizadas en el sitio puede proporcionar una validación importante de los resultados de la inversión. Las discrepancias entre los resultados de la inversión y las mediciones de esfuerzo pueden sugerir la necesidad de ajustar los parámetros utilizados en la inversión de esfuerzos o pueden indicar variaciones en las condiciones de esfuerzo a lo largo del túnel. Es crucial recordar que tanto la inversión de esfuerzos como las mediciones de esfuerzos son herramientas para estimar el estado de esfuerzo in situ, y cada una tiene sus propias incertidumbres. La combinación de estos dos métodos puede proporcionar una visión más completa y precisa del estado de esfuerzo in situ.

Emplazamiento geológico, geotécnico, geomecánico y geometría

La litología proporciona información detallada sobre el tipo de roca presente y sus características físicas y mecánicas asociadas, que son factores fundamentales en el comportamiento del macizo rocoso, esta puede ser examinada a partir de un sondaje y excavación. Al examinar la litología, es importante considerar varios aspectos como el color, textura, granulometría y mineralogía. Propiedades mecánicas de la roca como resistencia a la compresión uniaxial, el módulo de elasticidad, la cohesión y el ángulo de fricción interna, entre otros. La variabilidad dentro de la litología también puede tener un impacto significativo en el comportamiento geomecánico de un túnel. Por ejemplo, la presencia de capas alternantes de rocas duras y blandas puede conducir a condiciones de esfuerzo más complejas, como se muestra en la Figura 4, en el túnel correa se interpreta un cambio de tonalita a pórfido diorítico con algunas intrusiones de CMET, por lo tanto, la variabilidad de contactos litológicos es alta.

Las estructuras geológicas, como las fallas y sets estructurales, juegan un papel determinante en la respuesta geomecánica de la roca. La presencia de fallas puede aumentar la probabilidad de estallidos de roca, debido a su capacidad para concentrar esfuerzos y facilitar el deslizamiento de la roca. Estas estructuras también pueden actuar como conductos para el movimiento de fluidos, alterando el campo de esfuerzos in situ. Los joint pueden formar sistemas de discontinuidades que pueden afectar significativamente la estabilidad de la roca. La orientación, la persistencia, el espaciamiento, la rugosidad y las propiedades de relleno de estas discontinuidades son factores clave para evaluar su impacto en el comportamiento de la roca. Un análisis estructural detallado, incluyendo la identificación y caracterización de las estructuras, el mapeo geológico y las mediciones de orientación, proporcionarán un entendimiento profundo de la geología estructural del área. Por ejemplo, las estructuras subhorizontales son más vulnerables a esfuerzos principales mayores, y generan sobre excavación en la corona de la excavación como es el caso del túnel correa del proyecto Andes Norte.

Las mediciones de esfuerzo permiten identificar las direcciones y magnitudes del esfuerzo principal y evaluar las condiciones que podrían llevar a la inestabilidad de una labor, asociado a una mayor anisotropía de esfuerzos. Existen varios métodos para medir el esfuerzo in situ: fracturamiento hidráulico, celdas hollow inclusion y mediciones con emisión acústicas, entre otras. Luego del ER de enero de 2017, se creó un plan de acción con el objetivo de mejorar la información del estado tensional del TAP en el sector del P4600. Debido a ello se realizó una campaña de medición de esfuerzos utilizando la técnica de emisión acústica. Posteriormente se han realizado nuevas mediciones a lo largo del trazado del túnel correa, utilizando muestras de sondajes orientados para la ejecución de FH en el sector. En la Tabla 3 se muestra el tensor de esfuerzo promedio para la zona del P4600 y, en la Figura 5, la representación en red estereográfica de los resultados de la interpretación de las mediciones de esfuerzos. En la Figura 6, se muestran en planta la localización de las mediciones de esfuerzos realizadas en la zona de interés.

El pre-acondicionamiento es una estrategia que busca preparar el macizo rocoso antes de la excavación, para mejorar su comportamiento y reducir los riesgos asociados con la sismicidad inducida. Este proceso puede implicar varias técnicas, dependiendo de las condiciones geológicas y geomecánicas específicas del sitio. El Fracturamiento Hidráulico es una técnica que utiliza líquido inyectado a alta presión en una sección confinada mediante packers del pozo para generar una fractura en la roca, se registra la ubicación y punto de inyección, presión de quiebre, presión de propagación, caudal, diferencia entre presión de quiebre y presión de propagación, lo que puede dar información relevante del sector, también puede producir sismicidad en el sector. El Destressing Blasting es otra técnica de pre-acondicionamiento que implica el uso de explosivos para inducir fracturas en la roca delante del frente de avance y modificar las propiedades del macizo rocoso, de esta forma se desplazaba en cierta medida la sismicidad por delante del frente.

Aspectos operacionales

Los protocolos y procedimientos específicos de excavación y fortificación de excavación son herramientas esenciales en la administración del riesgo sísmico, donde su cumplimiento debe ser riguroso para minimizar la exposición de los trabajadores. Las restricciones escritas en estos documentos consideran reducir la exposición de las personas, por ejemplo, tiempos de aislación, distancias de seguridad, mecanización de procesos como el de fortificación, diseño P&T, instrumentación, etc. Estas medidas pueden variar según el comportamiento durante la excavación de un túnel, por lo que se deben revisar periódicamente.

Los sistemas de fortificación se diseñan para resistir las presiones del entorno rocoso circundante. Este diseño tiene en cuenta una variedad de factores, incluyendo la litología y sus propiedades mecánicas, las estructuras, las condiciones geotécnicas y geomecánicas del sitio. En el diseño de la fortificación, se toman decisiones sobre el tipo de soporte que se utilizará (por ejemplo, pernos de roca, mallas, shotcrete) su disposición y la secuencia de instalación. Es fundamental que la instalación de la fortificación se realice de acuerdo con el diseño. Esto implica seguir el plan de instalación, asegurarse de que los soportes estén instalados correctamente y en las ubicaciones especificadas, y realizar inspecciones regulares para confirmar que la fortificación está funcionando como se esperaba. Una instalación incorrecta o inadecuada de las fortificaciones puede dar lugar a una eficacia reducida y a un mayor impacto ante una solicitación. Por lo tanto, es esencial contar con un control de calidad riguroso y con procedimientos de inspección y ensayo para garantizar que las fortificaciones se instalen de acuerdo con el diseño y que se mantengan a lo largo del tiempo.

Inspección de terreno

Durante estas inspecciones, se evalúan varios componentes y características de la fortificación como, por ejemplo: Estado de las mallas: se examina el estado de las mallas utilizadas en la fortificación para identificar posibles daños o desgastes. Se busca la presencia de rasgaduras, agujeros, deformaciones o pérdida de tensión, ya que estos pueden afectar la eficacia de la malla para contener la roca. Planchuelas, pernos y tuercas: se inspeccionan estos elementos para verificar su correcta instalación y tensión. También se busca evidencia de daño o corrosión, que podría indicar la necesidad de reparación o reemplazo. Mecanismo de corte perno: se revisa este mecanismo para asegurarse de que esté operando eficientemente y de que esté configurado correctamente para las condiciones específicas de la roca. Lajeo: se examina sí hubo caída de colpas de concreto, también se buscan señales de agrietamiento. Espesor de shotcrete: se realiza una medición del espesor del shotcrete para garantizar que se cumplan las especificidades del diseño. Un espesor insuficiente puede aumentar la probabilidad de daño en la roca al no proporcionar el soporte estructural adecuado. Por otro lado, un sobre espesor puede ser contraproducente, provocando posibles desprendimientos y proyección de concreto. Esto se debe a que, al existir un exceso de material, puede haber zonas de shotcrete que no interactúan eficientemente con el sistema de malla y pernos, generando puntos de debilidad. Traslape de malla: se verifica el traslape de las mallas para garantizar una cobertura completa y efectiva. Un traslape inadecuado puede crear áreas de debilidad en la fortificación.

En los Planos de Daños, se analiza la extensión y gravedad del daño en la infraestructura del túnel. Para ello, se emplea una clasificación que categoriza el nivel de daño en tres niveles: leve, moderado y fuerte. Daño leve: incluye incidencias menores como la caída de pequeñas piezas de roca o la aparición de grietas en la superficie de la roca o del shotcrete. Aunque no representan un peligro inmediato para la seguridad de las operaciones del túnel, son indicativos de posibles debilidades estructurales que necesitan ser monitoreadas y, en algunos casos, es necesario la instalación de una fortificación complementaria. 

Daño moderado: se refiere a situaciones en las que se observa un daño más extenso o profundo en la infraestructura del túnel, como el corte de pernos de anclaje o el desprendimiento de sectores significativos del shotcrete o deformación importante. El daño moderado requiere una intervención inmediata para reparar y reforzar las áreas afectadas. 

Daño fuerte: corresponde a casos extremos en los que el estallido de roca ha causado un daño considerable en la infraestructura del túnel, con la posible pérdida de secciones completas del revestimiento o el desplazamiento de grandes volúmenes de roca. Este nivel de daño a menudo conlleva una amenaza significativa para la seguridad de las operaciones y requiere una respuesta rápida y efectiva para mitigar los riesgos y restaurar la integridad del túnel.

La creación de estos "planos de daño" aporta un registro visual de las áreas afectadas por los estallidos de roca, permitiendo un seguimiento detallado del impacto de estos eventos a lo largo del tiempo y facilitando la planificación de las estrategias de mitigación y reparación, como se muestra en la Figura 7.

Diseño soporte y plan de reparación

El diseño de soporte en túneles tiene como objetivo principal garantizar la estabilidad y seguridad de la excavación frente a diferentes escenarios o solicitaciones, ya sean estáticas o dinámicas. Para esto, se requiere entender y evaluar tanto la solicitación a la que estará sometida la infraestructura del túnel como la resistencia que puede proporcionar el diseño de soporte propuesto.

Caso estático: se basa en las condiciones de equilibrio de esfuerzos cuando no existen cambios significativos con el tiempo. Aquí, la solicitación está dada por los esfuerzos in situ y las modificaciones a estos debidas a la excavación del túnel. El diseño de soporte se realiza en función a la resistencia de los materiales disponibles y su interacción con el macizo rocoso, buscando limitar las deformaciones y evitar la inestabilidad. 

Caso dinámico: incluye los escenarios donde los esfuerzos cambian rápidamente con el tiempo, como en el caso de un evento sísmico. En estos casos, la solicitación incluye no solo los esfuerzos in situ y los inducidos por la excavación, sino también los esfuerzos adicionales generados por eventos dinámicos asociados a sismicidad principalmente. El diseño de soporte debe ser capaz de absorber y disipar la energía liberada durante estos eventos, sin comprometer la estabilidad de la excavación.

En ambos casos, el objetivo del diseño de soporte es garantizar que la resistencia del sistema de soporte sea mayor a la solicitación que se le imponga, y así asegurar la estabilidad de la excavación y la seguridad de los trabajadores. El diseño del soporte también debe tener en cuenta la cantidad total de energía liberada durante un evento sísmico y cuánta de esa energía puede ser absorbida o disipada por el sistema de soporte.

El primer paso para diseñar un sistema de fortificación adecuado implica la estimación de la cantidad total de energía que podría liberarse durante un evento sísmico. Esta estimación se basa en considerar la masa de roca afecta a ser eyectada en un evento sísmico, como la masa de roca alterada entorno a la excavación por efecto principalmente de los esfuerzos, geometría, dimensiones del túnel, y las experiencias previas con eventos similares. El siguiente paso es determinar cuánta de esa energía puede ser absorbida por el sistema de soporte propuesto, esto requiere un conocimiento detallado de las propiedades mecánicas de los componentes del sistema de soporte, incluyendo pernos, shotcrete y planchuelas y test de resistencia de laboratorios para evaluar el mecanismo de soporte en su conjunto. Al conocer cuánta energía puede disipar el sistema de soporte, es posible ajustar el diseño para garantizar que sea capaz de manejar la energía liberada durante un evento de estallido de roca, minimizando así el riesgo y garantizando la seguridad de los trabajadores y la infraestructura.

En el plan de reparación, tras un evento de estallido de rocas, el restablecimiento de la seguridad y la funcionalidad del túnel son de suma importancia. Se definen saneamiento y refortificación, de acuerdo al nivel de daño generado en un tramo definido por el estallido de roca.

El saneamiento se realiza para un tramo o sección completa del túnel después de un estallido de roca, ya que corresponde a un tramo del túnel donde se produjo un daño considerable. En áreas donde el daño es grave, es posible que se requiera una estrategia de refortificación más intensiva, como la instalación de marcos para casos críticos como en zonas donde hayan ocurrido más de un ER o instalación de pernos y cables en pattern 1x1 con malla. La refortificación se puede realizar de manera selectiva, según la gravedad del daño en diferentes tramos del túnel. Por ejemplo, en las áreas donde el daño es moderado, se pueden requerir refuerzos adicionales, como mallas y cables pattern de 2x2 según el diseño de fortificación empleado.

La implementación de un plan de reparación de este tipo, que está personalizado según el grado de daño en diferentes tramos del túnel, permite un uso más eficiente de los recursos y garantiza que se abordan adecuadamente todos los sectores dañados. Al final de este proceso, la seguridad y la estabilidad del túnel deben haber sido completamente restauradas, permitiendo que la explotación del túnel continúe de manera segura.

Modelamiento numérico

En base a la información generada por los análisis de sismicidad, geológicos, geomecánicos, operacionales y de inspección de terreno se planean ciertas hipótesis, que pueden ser validadas por un modelamiento numérico, con la finalidad de ayudar a comprender la causalidad el modelo debe integrar información relevante como puede ser planos de fallas, fracturamiento hidráulico, secuencia de avance del túnel, condición de esfuerzo y propiedades de la roca.

Al comparar las estimaciones de nuestro modelo numérico con los datos empíricos disponibles, podemos evaluar la validez de nuestras hipótesis. Si los resultados del modelo coinciden con las observaciones empíricas, esto proporciona apoyo a la hipótesis. Por otro lado, si las predicciones del modelo no coinciden con las observaciones, esto puede indicar la necesidad de revisar o refutar la hipótesis.

Conclusiones

1. Para comprender plenamente la causalidad de un estallido de rocas, es esencial contar con una metodología que guíe y ayude al entendimiento, llevado a cabo por un equipo multidisciplinario que abarque los diferentes aspectos mencionados en este documento.

2. Dentro de los aspectos principales, se tienen los factores geológicos que incluyen la litología, cambios litológicos, zona de contactos, la presencia de fallas y estructuras, la orientación de las estructuras geológicas en relación con el túnel y los esfuerzos principales, la naturaleza del macizo rocoso, incluyendo la resistencia y el comportamiento frágil de roca.

3. El campo de esfuerzos in situ, especialmente los esfuerzos confinados altos, pueden conducir a la inestabilidad de la roca y a sismicidad inducida, condiciones presentes en el proyecto Andes Norte. La geometría y orientación de la excavación, interacción entre excavaciones, y cómo interactúa con el campo de esfuerzos, también juegan un papel importante, es por ello, que se debe realizar un plan de mediciones de esfuerzos para caracterizar de mejor forma esta condición.

4. La actividad sísmica inducida puede ser causada por cambios en el campo de esfuerzos, debido a la excavación de un túnel. Los análisis de los datos sísmicos, como la localización del evento, la magnitud y la energía liberada, junto con los mecanismos focales, pueden proporcionar valiosa información sobre las condiciones que gobiernan el mecanismo de falla del macizo rocoso.

5. Las prácticas de excavación y los métodos de sostenimiento también pueden influir en la probabilidad de un estallido de roca, se debe cumplir con los protocolos operacionales establecidos, como restricciones de distancia de seguridad, uso de equipos mecanizados y aislamiento preventivo por sismicidad. El tiempo de excavación, el secuenciado de excavación y el diseño de fortificación, así como la implementación oportuna y efectiva de medidas de soporte basados en contener la energía liberada esperada.

Considerando lo anterior, se establece hipótesis causal de un estallido de roca que debe ser robusta y basarse en un conjunto sólido de datos recopilados y analizados utilizando un enfoque interdisciplinario (sismicidad, geología, geomecánica y operación). Se puede construir un modelo numérico que puede validar la hipótesis causal, y plantear diferentes escenarios para prevenir futuros estallidos de roca donde se identifiquen condiciones similares.

Agradecimientos

Los autores desean expresar su más sincero agradecimiento al equipo de Geotecnia del proyecto Andes Norte Nuevo Nivel Mina, quienes han desempeñado un papel fundamental en el análisis de causalidad del estallido de roca descrito en este documento. Su experiencia y colaboración han sido invaluables para el desarrollo de las metodologías utilizadas y la interpretación de los resultados obtenidos. También queremos agradecer a Codelco por otorgar la autorización para la publicación de este trabajo.

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