Criterios para el diseño de pilares y separación máxima entre pilares.

El diseño de pilares debe obedecer a un análisis de las cargas o solicitaciones y la resistencia del macizo rocoso.El objeto principal del diseño es, entonces, el cálculo de las dimensiones de los pilares para tener un determinado coeficiente de seguridad, y comprobar la tasa de recuperación del yacimiento en las condiciones establecidas.

Del pilar interesa fundamentalmente su resistencia a la compresión simple y triaxial, las cuales a su vez dependen de la forma y tamaño del pilar, de la roca intacta que lo conforma y de las estructuras presentes, o discontinuidades, de las cuales interesa su orientación y su resistencia al esfuerzo cortante, principalmente.

Figura 1 Representación gráfica de los esfuerzos que actúan sobre un pilar.

Las cargas en el pilar dependen de la dirección y distribución de fuerzas que se transfieren desde el techo al piso. Las técnicas usadas para predecir estas cargas se pueden dividir en a) aquellas que ignoran los cambios causados por la minería en las condiciones de esfuerzos (por ejemplo área tributaria) ó b) las que utilizan técnicas analíticas y numéricas para predecir los cambio inducidos por la minería, por ejemplo teoría de vigas, de placas delgadas, de los elementos finitos, de los elementos discretos, de los elementos de contorno, etc.

El principal problema que se plantea habitualmente en el diseño de pilares es el de calcular la tensión de rotura σ pde los pilares y sus dimensiones conociendo

solamente la resistencia a la rotura por compresión σ c de las probetas de

laboratorio hechas con el mismo material que el de los pilares. Si llamamos σ 1a la tensión uniaxial vertical de un pilar cúbico de altura h se tiene de acuerdo con las experiencias realizadas (Hustrulid,1976):

La constante k se determina en función del material del pilar y se obtiene de

acuerdo con la igualdad: k=σ c√D dónde σ c es el esfuerzo de rotura a compresión

uniaxial de la probeta de diámetro o con el lado del cubo D en mm ensayada en el laboratorio.

A partir de resultados experimentales se han establecido diversas fórmulas que relacionan la resistencia de los pilares σ p con el ancho w y la altura h del pilar en

función de σ 1 (que es la tensión de un pilar de tamaño crítico o superior) las más aceptada es la propuesta por Bieniaswki:

Esta fórmula es realista hasta valores de wh=10, y a partir de ahí proporciona

valores demasiado conservadores. Como esta fórmula es aplicable a cualquier pilar con un valor deσ 1 que caracterice la tensión in situ de la roca se toma un factor de seguridad F de 2 para el diseño de los pilares si estos han de permanecer un largo plazo y 1,5 para pilares de corto plazo.

DETERMINACIÓN DE LA CARGA DEL PILAR

Para determinar la carga que ha de soportar un pilar la aproximación más simple es la del área atribuida que incluye un importante número de simplificaciones. En

esta teoría se supone que el pilar aguanta un peso igual al de la columna de la sección del pilar hasta la superficie más la columna del hueco atribuible el pilar.

La carga del pilar se puede calcular mediante la expresión:

Donde γ es la densidad de la roca hasta la superficie y g es la aceleración de la gravedad 9,81 m/s².

Para pilares de sección cuadrada, cuando w = L

La fijación de las distancias entre los pilares, presenta una dificultad superior al problema del dimensionado de éstos, y se realiza, normalmente, por métodos empíricos, o últimamente también numéricos, como los de elementos o diferencias finitas (Ramsay & Lisle, 2000). Entre los criterios para definir la separación entre pilares se encuentran, al igual que en el diseño de pilares, las cargas y los

esfuerzos a los que están sometidos, además se deberán tomar en cuenta las dimensiones de los equipos de minado.

OPINIÓN

El diseño de pilares es una pieza fundamental en los métodos de minado subterráneos que emplean este tipo de soporte, el buen diseño de pilares es de gran importancia para brindar sostenimiento de bajo costo y alta seguridad por largos periodos en la explotación minera subterránea. Es por lo tanto fundamental conocer los criterios que influencian el comportamiento de los pilares subterráneos. Entre los que considero más importantes son la distribuciones de esfuerzos al explotar el mineral, además del tamaño de los equipos a utilizar en el interior de la mina, ya que se necesitan diseñar pilares que tengan la resistencia necesaria para mantener la estabilidad en el interior de la mina pero a su vez que exista un área adecuada para las labores de explotación.

BIBLIOGRAFÍA

-DISEÑO DE EXPLOTACIONES E INFRAESTRUCTURAS MINERAS SUBTERRÁNEAS, UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE MADRID, ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS DE MINAS, Noviembre 2007, paginas consultadas 66-69.

-Underground Excavations in Rock, Evert Hoek, Edwin T. Brown Institution of Mining and Metallurgy, 1980 - 527 paginas.