Conoce las tecnologías aplicadas en la geotecnia en la industria minera

La geotecnia se refiere a la aplicación de principios geológicos y de ingeniería en el comportamiento de suelos, rocas y aguas subterráneas, además del estudio de las propiedades mecánicas, hidráulicas e ingenieriles de los materiales provenientes de la tierra para diseñar cimentaciones para estructuras como edificios, puentes, estabilización de taludes, entre otras.

Algunas etapas para estos estudios incluyen la exploración, análisis de muestras, caracterización, diseño del proyecto y monitoreo geotécnico mediante instrumentos, el que puede llevarse a cabo durante las etapas de construcción, operación y cierre.

Algunas tecnologías relacionadas a la instrumentación geotécnica corresponden a implementación de sistemas de comunicación inalámbrica para la transferencia de lecturas obtenidas, uso de fibra óptica, sensores MEMS, escáner láser, entre otras, implementados con comunicación inalámbrica para la transferencia de lecturas obtenidas o bien mediante fibra óptica.

En minería, estos estudios resultan de vital importancia considerando no solo la construcción de proyectos, sino que también por la explotación de mineral. Y es que la geotecnia toma en cuenta las fuerzas naturales e inducidas como resultado del desarrollo de excavaciones subterráneas o a rajo abierto, solucionando el problema de potenciales inestabilidades en las labores. “En los proyectos mineros la geotecnia y su ingeniería son fundamentales para analizar fundaciones de edificios y equipos, definir métodos de excavación y soportes de túneles, cavernas, piques y de los rajos mineros. También cumplen un rol importante en el diseño de las presas en depósitos de relaves y en especial de las presas construidas con arenas de relaves”, cuenta Valenzuela, agregando que últimamente la geotecnia ha llegado a cumplir un papel importante en el análisis y solución de problemas ambientales a través del estudio de flujos subterráneos de fluidos (agua u otros).

Esta disciplina, además, se asocia a dos aspectos relevantes: la seguridad de los trabajadores y la sustentabilidad de los procesos productivos. En el caso del primero posibilita tomar las acciones necesarias para que una mina tenga la estabilidad suficiente, con lo cual las personas pueden trabajar sin sufrir lesiones o accidentes fatales producto de un derrumbe.

Desde el punto de vista de los procesos productivos, en tanto, la estabilidad lograda del macizo rocoso permite desarrollar, en forma continua, todas las actividades asociadas a la extracción de minerales desde la mina, con los consiguientes beneficios esperados (continuidad operacional).

Dependiendo del tipo de proyecto que se quiera realizar, los pasos para llevar a cabo la primera fase de un estudio geotécnico son similares y lo que cambia son las escalas, cantidad y especificidad de ensayos requeridos, los que están relacionados con los riesgos que se quieran cubrir.

En primer lugar se comienza por el análisis de los antecedentes existentes (fotografías satelitales y aéreas, geología y geomorfología disponible, estudios de proyectos cercanos, reconocimiento del sitio por especialistas en la geología y geotecnia, etcétera), para luego dar paso a la prospección. “Por lo general la inspección visual y la toma de muestras se realiza a través de sondajes y/o calicatas. Su elección dependerá de factores como el aspecto económico y el tipo de material, entre otros, ya que, por ejemplo, en suelos arenosos saturados o suelos muy cementados, la calicata presentará problemas para realizarse, mientras que las sondajes tienen más facilidad para traspasar ese tipo de elementos”, explica Lenart González, ingeniero geotécnico senior del IDIEM de la Universidad de Chile. El profesional señala que tanto las calicatas como los sondajes tienen por objetivo extraer muestras para obtener una estratigrafía del suelo; de esta forma, el ingeniero geotécnico define cuáles muestras se deben ensayar en el laboratorio y así obtener parámetros geotécnicos relevantes para el proyecto. También se pueden realizar ensayos in situ cuando sea necesario, tanto en profundidad como en superficie.

Tecnología

De acuerdo a diversos especialistas, algunas de las tecnologías relacionadas a la instrumentación geotécnica en la minería, corresponden a la implementación de sistemas de comunicación inalámbrica para la transferencia de lecturas obtenidas por la instrumentación, lo que permite evitar y disminuir los daños producidos en los instrumentos eléctricos y en su cableado. Además, y como se mencionó anteriormente, se emplea fibra óptica distribuida en la estructura para la medición de cambios de temperatura y detección temprana de las variaciones en el nivel freático, registrar desplazamientos en el cuerpo de las presas y en su coronamiento, así como también se emplean sensores SAA. Por su parte, el monitoreo de deformaciones superficiales, se puede realizar mediante vuelos de drones, levantamientos aerofotogramétricos, satélite (GPS, radar), entre otros.

Por ejemplo, en la construcción de túneles en roca el mapeo geológico y geotécnico del frente de construcción que se realiza a medida que se avanza, permite identificar los tipos de roca y apoyar la definición del refuerzo de la roca para los avances siguientes, además de anticipar condiciones de eventual riesgo para los operadores, entre otros datos. Esta tarea puede representar algún tipo de riesgo a quienes la realizan, especialmente en minería subterránea, además de que conlleva tiempo procesar y transmitir esa información. Por tal motivo y desde hace algunos años, este mapeo se está llevando a cabo en algunas minas mediante el uso de escáner láser (sistemas LIDAR, ADAM), el que se utiliza una vez efectuado el disparo y abatido el polvo. A través de rayos láser, el escáner o dron registra o “fotografía” todo el frente del avance, información que es trasmitida electrónicamente a un centro de proceso donde los geólogos “mapean” las estructuras geológicas directamente en pantalla y con programas anexos hacen los diagramas polares y estadísticas de diferentes estructuras, además permite que quede registrada la geometría exacta de la excavación la que posteriormente puede ser usada para comparar con la geometría adoptada tiempo después.

En el caso del LIDAR es una estación que genera un escaneo láser obteniendo en forma rápida una superficie en 3D del entorno con alta precisión. “En poco tiempo puede cubrir grandes superficies, con detalles sub milimétricos, donde queda registrado con mucho detalle la superficie del proyecto. También se ha utilizado en proyectos de peritaje para capturar la situación exacta de obras que han tenido algún problema, y donde el tiempo para esta captura es escaso”, explica González.

En cuanto a las metodologías utilizadas en el sector, desde Geocom, señalan que uno de los focos del desarrollo tecnológico de esta área es el de construir una plataforma multi-paramétrica que permita la integración y combinación de los datos provenientes de todos los sensores que constituyen la instrumentación de faena. “En nuestro caso, a través de una plataforma (Trimble 4D Control) integramos sensores geodésicos, geofísicos geotécnicos y meteorológicos para así asegurar una fácil operación, completa visualización, precisa generación de análisis y reportes y correcta distribución de alertas al usuario final”, comenta Quiñimil.

Los expertos consultados comentan que quizás la novedad está en el mayor uso de tecnología y modelos numéricos para predecir comportamientos de estructuras, mencionando la realización de modelos computacionales en 2D y 3D para el análisis de estabilidad de tranques de relaves o rajos, mediante la metodología de elementos finitos y/o diferencias finitas, tanto para condiciones estáticas o sísmicas. Además, se da un uso intensivo de herramientas tecnológicas para la captura de información geotécnica desde sondajes o mapeos de frente, conformación de base de datos que se alimenta continuamente y modelos geotécnicos que se actualizan en base a la nueva información; todo realizado en forma electrónica.

El uso de drones, en tanto, es algo utilizado con mayor frecuencia para captura de fotos de alta resolución en zonas de difícil acceso o con alta exposición a peligros no controlados, para levantamientos topográficos de detalle o para monitoreo visual de estructuras. “Una vez realizado el vuelo, rápidamente puede ser compartida, analizada y servir de apoyo en la toma de decisiones”, detalla Valenzuela. Relacionado con lo anterior, el ingeniero Campaña, indica que también se da el uso de imágenes satelitales para detectar movimientos de taludes que abarcan grandes áreas; tecnología que es útil, por ejemplo para hacer seguimiento de grandes remociones en masas de lento desplazamiento, ya que se pueden conseguir fotos satelitales de varios años de antigüedad.

“En la mecánica de rocas (o geomecánica) la modelación del discontinuo, es decir, la inclusión de fracturas y contactos, es de gran importancia. La aplicación de la técnica de escáner láser unida a análisis probabilístico de las estructuras está dando origen a modelos del macizo rocoso denominados DFN”, explica Valenzuela.

Otro avance se está dando en el campo de la sismicidad inducida por la minería y en especial en la minería subterránea profunda. “El control de la sismicidad se hace a través de múltiples sensores que registran los sismos (que pueden ocurrir en gran número en un solo día) permiten analizar su distribución y magnitud proveyendo información valiosísima para definir zonas de peligro, requerimientos de refuerzos adecuados, cambio en secuencia de explotación, etcétera”, agrega el ingeniero.