Angulo de talud interrampa (IRA)
INTRODUCCIÓN
Se conoce que una mina a tajo abierto es una técnica ampliamente utilizada para la extracción de minerales y recursos naturales, especialmente cuando los depósitos de interés se encuentran cerca de la superficie de la Tierra. Uno de los conceptos clave en la planificación y operación de minas a cielo abierto es el "Ángulo de Talud Interrampa" o también conocida como "IRA," que desempeña un papel crítico en la estabilidad y la economía de las operaciones mineras a cielo abierto. Un IRA adecuadamente calculado permite maximizar la recuperación de minerales y optimizar la economía de la operación al reducir la cantidad de material estéril que debe retirarse para acceder a los minerales de interés. Además, un IRA bien definido contribuye a la seguridad de los trabajadores y a la preservación del medio ambiente circundante.
DEFINICIÓN DEL ÁNGULO DE TALUD INTERRAMPA (IRA)
Corresponde a la inclinación respecto a la horizontal de una línea imaginaria que une las patas de los bancos. Este valor no corresponde a la inclinación geotécnica del talud; sin embargo, es empleado para la planificación minera. En la siguiente imagen se presenta la geometría del talud para clarificar la definición del IRA.
Figura 01: Parámetros que definen un talud de mina
FACTORES QUE INFLUYEN EN EL IRA
El IRA no es un valor fijo, sino que varía dependiendo de una serie de factores geotécnicos, geológicos y ambientales. Algunos de los factores clave que influyen en el IRA incluyen:
- Tipo de mineral y geología: El tipo de mineral presente en un depósito y las características geológicas de la zona son factores críticos que influyen en el IRA en minería superficial. Esto se debe a que diferentes minerales tienen propiedades físicas y mecánicas distintas, lo que afecta directamente a la resistencia de las rocas circundantes y, por lo tanto, a la estabilidad de los taludes. Por ejemplo, la dureza es una propiedad fundamental de los minerales que se mide en la escala de Mohs. Los minerales más duros, como el diamante o el cuarzo, pueden soportar taludes más empinados, mientras que los minerales más blandos, como la arcilla, pueden requerir taludes más suaves. Otro ejemplo sería la cohesión, la cual se refiere a la capacidad de las partículas de un mineral para adherirse entre sí. Los minerales con alta cohesión son menos propensos a deslizamientos y colapsos, lo que permite ángulos de talud más pronunciados. Por ultimo y no menos importante el ángulo de fricción, este ángulo representa la resistencia al deslizamiento entre las partículas de un mineral. Los minerales con un alto ángulo de fricción interna pueden mantener taludes más empinados antes de experimentar deslizamientos.
- Clima y condiciones meteorológicas: El clima y las condiciones meteorológicas tienen un impacto significativo en la estabilidad de los taludes en una mina a cielo abierto. Estos factores pueden variar ampliamente según la ubicación geográfica de la mina y pueden influir en la determinación del IRA. Por ejemplo, las lluvias intensas pueden saturar el suelo y las rocas, aumentando su peso y disminuyendo su resistencia al corte. Esto puede hacer que los taludes sean más propensos a deslizamientos y colapsos. Por lo tanto, en áreas con lluvias abundantes, es posible que se requieran taludes más suaves para garantizar la estabilidad. Otro ejemplo sería la infiltración de agua, este puede debilitar la cohesión y la fricción interna de los materiales, lo que afecta negativamente a la estabilidad de los taludes.
- Método de extracción: El método de extracción utilizado, ya sea con maquinaria pesada, voladuras controladas o excavación manual, influye en el IRA. Algunos métodos permiten ángulos de talud más pronunciados que otros. En el caso de la maquinaria, este método implica el uso de maquinaria pesada, como excavadoras y camiones mineros, para retirar el material. Las excavadoras pueden crear taludes más empinados debido a su capacidad para eliminar grandes volúmenes de material de manera controlada. Sin embargo, se debe tener en cuenta la seguridad de los operadores y la estabilidad de los taludes al utilizar equipos pesados.
- Efectos de la excavación: A medida que se excava la mina, la geometría de los taludes puede cambiar, lo que afecta al IRA. Se deben tomar medidas de estabilización a medida que se avanza en la excavación.
- Consideraciones de seguridad: Siempre se deben tener en cuenta las consideraciones de seguridad al determinar el IRA. Un IRA conservador es esencial para proteger la vida de los trabajadores y los activos de la empresa minera.
DETERMINACIÓN DEL IRA
La determinación del IRA implica un proceso geotécnico que combina investigación de campo, análisis de laboratorio y modelado computacional. Se utilizan pruebas de mecánica de suelos y rocas para evaluar la resistencia de los materiales en el lugar de la mina, y se realizan estudios geológicos detallados para comprender las características del depósito.
Una vez recopilados los datos pertinentes, se utilizan técnicas de análisis geotécnico, como el método de las fatigas, el análisis de estabilidad de taludes y el modelado por elementos finitos, para determinar el IRA óptimo y seguro para la mina en cuestión.
- Método de las dovelas
Los problemas de estabilidad de taludes son estáticamente indeterminados, y para su resolución es preciso considerar una serie de hipótesis de partida diferentes según los métodos. Con dichas condiciones, se establecen las ecuaciones de equilibrio entre las fuerzas que inducen el deslizamiento y las resistentes. Los análisis proporcionan el valor del FS del talud para la superficie analizada, referido al equilibrio estricto o límite entre las fuerzas que actúan.
Una vez evaluado el FS de la superficie supuesta, es necesario analizar otras superficies de rotura, cinemáticamente posibles, hasta encontrar aquella que tenga el menor FS, la cual se admite como SPF del talud y dicho FS como el correspondiente al talud en cuestión.
- Método ordinario o de Fellenius
En la siguiente figura se muestra un talud con una superficie potencial de falla definida con el arco AB. La masa de suelo que se encuentra dentro de esta superficie de rotura es dividida en varias dovelas. El talud considerado debe ser una sección transversal representativa del talud real, el que será estudiado por cada metro lineal.
Figura 02: Esquema del analisis de estabilidad de taludes por el método de fellenius
- Método de Bishop simplificado
El método propuesto por Bishop en 1955 analiza la estabilidad de un talud con SPF del tipo circular, tomando en cuenta el efecto de las fuerzas entre dovelas. Al tratarse de un Método de Dovelas, la masa de suelo deslizante debe ser dividida en η fajas verticales, que permita estudiar las fuerzas y momentos involucrados en cada una de las rebanadas definidas y determinar así el FS asociado al caso.
Figura 03: Análisis de estabilidad de taludes por el método de Bishop
En el caso ya se tenga definido la geometría de los taludes, el ángulo de interrampa se calcula trigonométricamente a partir de la definición del ancho de berma, ángulo y altura del banco como se muestra en la siguiente figura.
Figura 04: Ángulo Interrampa
Del triángulo rectángulo formado por el ángulo ar.
Por lo tanto, el ángulo interrampa queda definido por:
Donde:
- ar es el ángulo interrampa (°)
- ab es el ángulo de banco (°).
- hb es la altura de banco (m).
- B es el ancho de berma (m).
CONCLUSIONES
El Ángulo de Talud Interrampa (IRA) es un concepto fundamental en la minería superficial que afecta la estabilidad y la eficiencia de las operaciones mineras. Su determinación precisa y su aplicación adecuada son esenciales para garantizar la seguridad de los trabajadores y el éxito económico de la mina. A medida que avanza la tecnología geotécnica y la comprensión de los factores geológicos, el IRA continúa siendo un área de investigación y desarrollo en constante evolución en la industria minera.
REFERENCIAS:
1. Determinación de los parámetros geométricos del talud, para garantizar la estabilidad del tajo superficial del área de explotación en la unidad minera “Moisés Randy 2010” (Jaime Israel , 2018).
2. Planificación minera a cielo abierto utilizando fundamentos geomecánicos (Andrés Francisco, 2015).
3. Diseño geotécnico para la estabilidad de una mina a cielo abierto e interacción con excavaciones subterráneas antiguas (Victor Vergara, 2020).
4. Evaluación del impacto de la altura de banco en el diseño y valor económico del pit final (Juan Medina,2021).
5. Análisis de estabilidad de talud por el Método de Bisho en depósitos de desmonte Minero Excelsior (Laleshka Castro, 2021).
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