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1. Introducción
Se define como macizo rocoso a la unidad donde se presentan las rocas en el medio natural, compuesto por la roca intacta y sus discontinuidades de origen geológico; discontinuidades como planos de foliación, planos de estratificación, bandeamientos, fallas, pliegues o diaclasas. Estas discontinuidades le otorgan al macizo, en algunos casos, un grado de heterogeneidad en sus propiedades (). Las clasificaciones geomecánicas del macizo rocoso son una herramienta clave en el diseño de obras de ingeniería: en ingeniería civil y minera especialmente. No obstante, la caracterización y clasificación de un macizo solo es un medio para comunicar adecuadamente sus propiedades y no debe tomarse como una alternativa a los procedimientos detallados de diseño de ingeniería sobre todo en excavaciones subterráneas complejas (Bieniaswski, 1989). Al hablar de una roca intacta, hay que tener en cuenta que sus propiedades mecánicas dependen principalmente de sus características petrográficas, como composición mineralógica y sus parámetros texturales. También a nivel de macizo rocoso, las discontinuidades juegan un papel fundamental en la forma como el macizo rocoso puede fallar, para un determinado régimen de esfuerzos determinado (Rigopoulos et al., 2011).
El presente trabajo busca plantear una primera aproximación en la relación entre las características mecánicas de las rocas correspondientes a una explotación de oro en una mina en el municipio de Buriticá (departamento de Antioquia) en Colombia y su la mineralogía asociada a eventos mineralizantes.
Para esto se realizó una revisión de antecedentes, mapeo geomecánico de una sección de un túnel guía de la mina, por medio de líneas de detalle y celdas, caracterización del macizo rocoso con el sistema RMR (RMR de las siglas en Inglés de Rock Mass Rating) y en el sistema Q [2,4] durante dos visitas de campo a la mina.
Para el análisis de las propiedades mecánicas se hicieron ensayos de laboratorio, tales como caracterización petrográfica de las rocas mediante secciones delgadas, ensayos de velocidad de ondas p, ensayos de carga puntual simple, ensayos de resistencia a compresión uniaxial y compresión triaxial de cuerpos de prueba.
Esta investigación se realizó en el Proyecto Buriticá de Continental Gold Limited, en la mina subterránea correspondiente al sistema mineralizado Yaraguá ubicada en jurisdicción del Municipio de Buriticá; ubicada a 92 km en dirección noroeste de la ciudad de Medellín, departamento de Antioquia en Colombia (Fig. 1).
2. Marco geológico
2.1. Geología regional
La zona de estudio se encuentra enmarcada en la vertiente oriental de la Cordillera Occidental de los Andes en Colombia, al oeste del rio Cauca y abarca las siguientes unidades litoestratigráficas: Diabasas de San José de Urama (J2K1Dsu), Tonalita de Buriticá (K1K2tb), Andesita del Guarco (K3Ag), Formación Barroso (K2Fbv), Tonalita de Santa Fe de Antioquia (k4k5Ts), Andesita de Buriticá (n5Ab) y Depósitos de vertiente (Qdv) y Depósitos aluviales (Qa) (Correa et al., 2018a) (Fig. 2).
Fuente: Correa et al. (2018)
Figura 2 Geología regional de la zona de estudio.Leyenda: Qa: Depósitos aluviales; Qdv: Depósitos de vertiente; n5Ab: Andesita de Buriticá; k4k5Ts: Tonalita de Santa Fe de Antioquia; K2Fbv: Formación Barroso (rocas Volcánicas); k3Ag: Andesita de Guarco; k1k2Tb: Tonalita de Buriticá; J2K1Dsu: Diabasas de San José de Urama.
El área del Proyecto Buriticá se encuentra afectada por un conjunto de fallas regionales de tendencia norte-sur asociadas al sistema de fallas Cauca y Romeral. La estructura regional más importante en la zona es la Falla Tonusco, la cual corresponde a una falla con una longitud aproximada de 68 km que controla parte del curso del río Tonusco, así como una serie de estructuras con tendencia Este - Oeste que cortan los sistemas mineralizados Yaraguá y Veta Sur (Jones, 2019) (Fig. 2).
2.2. Geología local
El sistema mineralizado de la mina Yaraguá presenta una geología definida por el Complejo Intrusivo de Buriticá (BIC, de la siglas en Inglés de Buriticá Intrusive Complex), que abarca al conjunto de rocas de texturas porfídicas del Mioceno con una composición intermedia conformada por dioritas, andesitas, dacitas, monzodioritas y brechas intrusivas/hidrotermales que se han emplazado en las rocas volcano-sedimentarias de la Formación Barroso y las rocas ígneas plutónicas de la Tonalita de Buriticá (Jones, 2019). En la Fig. 3 se observa un corte vertical donde se aprecia las rocas descritas de la geología regional del sitio. Se presume que estas rocas, de acuerdo con sus características, pueden estar asociadas al cuerpo intrusivo conocido como Andesita de Buriticá datada en 7,44 +/- 0,075 Ma U/Pb en zircón (Correa et al., 2018b)
Fuente: (Jones, 2019)
Figura 3 Corte geológico esquemático local dels sistema Mineralizado en la mina Yaraguá.
Las estructuras dominantes en el sitio son la falla Tonusco (de carácter sinextral), la falla Oeste y la zona de diatremas (conjunto de brechas mineralizadas).
2.3. Clasificación geomecánica del proyecto
El proyecto minero, de acuerdo con un modelo geológico-estructural y la caracterización geomecánica, se ha divido en cinco dominios con similitud en calidad del macizo rocoso y propiedades mecánicas de la roca.
Hay tres dominios asociados a la zona de diatrema: el primero se conoce como zona de falla, cuyas rocas son de baja calidad geomecánica y una resistencia a compresión uniaxial (UCS) de 50 MPa; el segundo dominio es el bloque techo de diatrema, sus rocas de buena calidad con una resistencia a compresión uniaxial de 98 MPa; y el tercer dominio es el bloque piso, donde las rocas tienen buena calidad y una UCS de 90 MPa.
Los dominios restantes se asocian a la influencia de las fallas Tonusco y Oeste. Se prevé que la calidad de los macizos rocosos es baja y su resistencia similar a las encontradas para la zona de falla de diatremas. La Fig. 4 ilustra un esquema de la clasificación geomecánica realizada en el proyecto.
3. Área de estudio
El mapeo geomecánico se realizó en un túnel guía correspondiente al sistema mineralizado Yaraguá; cuya sección es de tipo herradura de 2,5 m x 2,5 m (ancho x alto) de forma recta en los hastiales y semicircular en el techo (Fig. 5).
4. Resultados
4.1. Mapeo Geomecánico
Siguiendo los lineamientos propuestos en la Guía de Criterios Geomecánicos (Osinergmin, 2017) para el mapeo en el túnel guía de la mina Yaraguá y para la clasificación del macizo rocoso, se hizo uso del mapeo de detalle por celdas (scancell) y mapeo por línea (scanline).
El primer mapeo se hizo por celdas cuadradas de un metro de lado para poder calcular directamente el índice volumétrico de diaclasas y estimar el Índice de calidad de la Rocas - RQD - (de la sigla en inglés Rock Quality Designation). En las secciones del túnel, la roca tiene alto grado de fracturamiento con varias familias de diaclasas que forman bloques casi cúbicos de entre 50 cm a 60 cm de lado. También se observó la influencia de zonas de cizalla en el macizo rocoso con brecha de falla o vetas alteradas mineralizadas (Fig. 6).
El mapeo por línea de detalle consiste en registrar las discontinuidades expuestas en la roca a lo largo de una longitud determinada. Para este estudio se hicieron líneas de 7 m a 8 m de longitud. Se registraron algunas familias de diaclasas y fallas locales con brecha de falla (Fig. 7). Se observó que varios sitios mapeados ya presentaban sostenimiento con pernos tipo split set y malla electrosoldada en las paredes y en el techo de la excavación.
4.2. Resultados clasificación
Durante el mapeo se realizó la medición de varias estructuras principales escogidas de forma aleatoria en las paredes del túnel. Sin embargo, la clasificación del macizo rocoso se hizo respecto a las estructuras más críticas observadas.
Se utilizó el martillo de rebote Schmidt tipo L para obtener, mediante relaciones empíricas, el valor de la resistencia a la compresión uniaxial; dando valores (R) entre 35 a 40 rebotes. Además, conociendo que la densidad de la roca está entre 2,7 y 2,8 g/cm3 (andesita - basalto), se obtuvo un de la UCS esencialmente concentrado en el intervalo de 90 MPa a 100 MPa.
La Tabla 1 ilustra los valores obtenidos con base en la evaluación de los parámetros de las diaclasas y de la roca según Bieniawski.
Tabla 1 Índice RMR para discontinuidades
| Discontinuidad 1 | Dip Dir: 150 | Dip: 75 | Puntos 53 | Clase III | Calidad Macizo Media |
| Discontinuidad 2 | Dip Dir: 200 | Dip: 80 | Puntos 49 | Clase III | Calidad Macizo Media |
| Discontinuidad 3 | Dip Dir: 130 | Dip: 50 | Puntos 61 | Clase II | Calidad Macizo Buena |
| Discontinuidad 4 | Dip Dir: 115 | Dip: 70 | Puntos 47 | Clase III | Calidad Macizo Media |
Fuente: Los autores a partir de Bieniaswski (1989).
Los resultados en la clasificación por el sistema Q se presentan en la Tabla 2. Para el valor de la variable ESR (que usa el sistema Q) se seleccionó un valor de 2, dado para labores temporales. El parámetro de la altura de la galería (i.e. span), utilizado para el cálculo fue 2,5 m.
Tabla 2 Índice Q para discontinuidades
| Clasificación sistema Q, discontinuidades principales | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Discontinuidad | RQD (%) | Jn | Ja | Jr | Jw | SRF | ESR | Q |
| 1 | 89 | 6 | 2 | 1,5 | 1 | 1 | 2 | 11,1 |
| 2 | 49 | 9 | 2 | 2 | 1 | 1 | 2 | 5,4 |
| 3 | 82 | 3 | 2 | 3 | 1 | 1 | 2 | 41,0 |
| 4 | 49 | 12 | 2 | 2 | 1 | 1 | 2 | 4,1 |
Fuente: Los autores a partir de Barton et al. (1974).
Así, el macizo rocoso evaluado tiene una calidad entre media a muy buena, cuyo sostenimiento sugerido es de pernado localizado o sin sostenimiento.
Con la valoración del macizo rocos según el Índice Geológico de Resistencia (GSI) se inclina a valores entre 45 % y 55 %, según la valoración de las condiciones de las diaclasas.
4.2.1. Preparación muestras
Se recolectaron nueve muestras correspondientes a rocas ígneas caracterizadas en campo como basaltos de color verde, de grano fino con presencia de mineralización de sulfuros (e.g. pirita) en forma de venillas y también diseminados. Los bloques presentan tamaños de hasta 50 cm de lado.
Para realizar los ensayos de compresión triaxial, carga puntual y velocidad de ondas se procedió a obtuvieron siete núcleos con diámetro de 54 mm y una longitud de 130 mm utilizando una broca de perforación tipo NX (Fig. 8a). Durante la obtención de los núcleos no se tuvo en cuenta ninguna dirección preferencial asociada a venas, fracturas o alguna discontinuidad presente. Algunos bloques de roca con fracturamiento interno no resistieron la rotación de la broca y se rompieron por sus planos de debilidad en unos casos, y se fragmentó el núcleo, en otros.
4.2.2. Caracterización material
Se identificaron tres tipos de rocas, así:
1. Roca de textura fanerítica equigranular, holocristalina, moteada, compacta, compuesta por cristales con tamaño entre 1 mm a 5 mm de plagioclasa (45%), cuarzo (5%) y anfíboles tipo hornblenda (50%). Presenta una tonalidad gris verdosa asociada posiblemente a alteración de tipo hidrotermal. También, posee algunas venas de carbonatos y cristales de pirita diseminada. Esta roca se clasificó como diorita.
Asociada a la diorita existe otra roca con textura fragmental, compacta, con venillas de magnetita, pirita y algo de carbonatos. Se clasificó como una brecha a partir de diorita ya que los fragmentos que posee son ígneos de grano fino, compuestos por anfíboles y plagioclasa. Además, parece estar silicificada (Fig. 9).
2. Rocas con textura porfídica, holocristalina, compacta, compuesta por fenocristales subhedrales de plagioclasa y anfíbol (tamaños entre 1 mm y 3 mm) y una matriz de color grisáceo con carbonatos. Presenta mineralización en forma de venillas desordenadas de pirita y algunos óxidos como magnetita. Se clasificó como una fenoandesita, vea la Fig. 10.
3. Roca de textura afanítica, holocristalina, compacta, masiva, de coloración gris - verdosa, con una leve variación textural representada por fenocristales subhedrales de plagioclasa y anfíbol de color verde con tamaños mayores a 1 mm (localmente decusados). En su estructura se determinó la presencia de carbonatos diseminados y en forma de venillas de grano muy fino. Se observa, además, que los ejemplares se encuentran mineralizados con sulfuros como pirita y óxidos como magnetita. La pirita es el sulfuro más abundante en la roca y se encuentra en forma diseminada, en cúmulos y en algunas venillas de espesor entre 0,5 mm y 1 mm. Se clasificó como basalto espilitizado (Fig. 11).
4.2.3. Caracterización microscópica
La roca caracterizada con secciones delgadas y petrografía microscópica corresponde a un basalto espilitizado (tipo 3). Sus núcleos se representan con la letra J y el número 9 en la presente nomenclatura. Este material corresponde a la roca de caja, es la litología más representativa y tiene el mayor grado de mineralización.
El análisis petrográfico indica matriz microcristalina (55%) compuesta por cristales de plagioclasa, cuarzo, biotita, anfíbol y calcita, con tamaños menores a las 100 micras (Fig. 12). Los fenocristales (45%), generalmente, se encuentran alterados, reemplazados y fracturados. Sus características se presentan en la Tabla 3.
Fuente: Los Autores
Figura 12 Fotomicrografías de basalto espilitizado con textura porfídica. Nícoles 4x. Izquierda: Nícoles paralelos. Derecha: Nícoles cruzados.
Tabla 3 Mineralogía de la muestra J9
| Mineral | % | Descripción |
|---|---|---|
| Plagioclasa Pl |
55 | Sus cristales se presentan en forma alargada, con desarrollo euhedral a subhedral, de tamaños hasta 0,8 mm, y con una coloración blanco-amarillenta. En nicoles cruzados se observa que un 10 % de los cristales están fracturados, presentan saussuritización/sericitización, maclado polisintético, con núcleos zonados y algunos bordes irregulares, Fig. 13. Se estima que su composición está entre andesina y oligoclasa. |
| Anfíboles Anf |
25 | Representados por la hornblenda, presenta alto grado de alteración y reemplazamiento por minerales como biotita, prenhita, epidota y algunos carbonatos. En nicoles paralelos se observan cortes longitudinales y basales de coloración gris - verdosa a café (Fig.13). El tamaño de los cristales está entre 0,7 a 1 mm. |
| Epidota Ep |
3 | Mineral de alto relieve, caracterizado por su coloración verde-amarillento en luz paralela y distribuido a lo largo de toda la roca de forma granular con cristales subhedrales de 100 µm de tamaño (Figs. 14 a 16). Se presenta, también, en medio de algunas fracturas asociadas al posible al efecto de fluidos hidrotermales, ya que se encuentran acompañados de varios minerales opacos y carbonatos. |
| Cuarzo Qz |
7 | Su característica principal se concentra en fenocristales poligonales con diámetro de 350 µm, conformados por varias agrupaciones de cristales anhedrales con colores de interferencia de primer orden (gris - amarillo), Fig. 17. También se presentan distribuidos en forma de granos anhedrales en la matriz (Fig. 12). |
| Carbonatos - Calcita. Cal |
2 | Sus cristales, en su mayoría anhedrales, se presentan tanto en las venillas con epidota y opacos como en los bordes alterados de las plagioclasas y de los anfíboles (Fig. 15). Algunos de los granos miden entre 100 µm y 200 µm. |
| Biotita Bt |
1 | Se presenta como reemplazamiento de algunos anfíboles, tiene una coloración café y cristales subhedrales de geometría alargada (tamaño ≈ 100 µm). |
| Opacos Op |
5 | Sus cristales se distribuyen por toda la muestra en forma de granos diseminados y en venillas junto con epidota, carbonatos, cuarzo. El tamaño es muy variable, encontrándose ejemplares dentro de plagioclasas de 50 µm y en las venillas de 500 µm. |
| Otros | 1 | En menor proporción se observaron minerales como esfena, óxidos de hierro y prenhita. |
Fuente: Los autores
Fuente: Los Autores
Figura 13 Fotomicrografía de cristales de plagioclasa (Pl) alterados y zonados, anfíboles (Anf) subhedrales y minerales opacos diseminados. Nícoles cruzados, 10x.
Fuente: Los Autores
Figura 14 Fotomicrografía de cristales de epidota (verde) y minerales opacos (Op). Nícoles paralelos.10x
Fuente: Los Autores
Figura 15 Fotomicrografía de cristales de epidota (Ep) y calcita (Cal) en fractura con opacos. Pl: plagioclasa. Nícoles cruzados. 10x
Fuente: Los Autores
Figura 16 Fotomicrografía de cristales de cuarzo (Qtz), anfíbol (Anf) y opacos (Op). PPL. 10x
4.2.4. Ensayo de velocidad de ondas
Se realizó el ensayo de velocidad de ondas P para determinar las propiedades de microfracturación, porosidad y grado de alteración de la matriz rocosa según (Ramírez y Alejano, 2004). Se utilizó el PUNDIT (de la sigla en Inglés de Portable Ultrasonic Non-destructive Digital Indicating Tester), el cual posee una potencia de 250 V y una precisión en la medición de los pulsos del ultrasonido de 0,1 µs (Fig. 18).
Fuente: Los Autores.
Figura 18 Equipo para la medición de los tiempos de viaje de las ondas P y su velocidad en los núcleos de roca - PUNDIT.
El cálculo de la velocidad de viaje de las ondas P de las muestras de roca se realiza automáticamente por el equipo. Aquí los pulsos eléctricos emitidos son convertidos en pulsos mecánicos por medio de un emisor, haciendo que viajen a través del cuerpo y posteriormente estos pulsos son recibidos por un receptor, para convertirse nuevamente en pulsos eléctricos. En esta operación es necesario insertar una frecuencia y la longitud promedio del núcleo.
Los resultados de la medición de los tiempos y velocidad de ondas P (para los seis cuerpos de prueba de roca, caracterizados y nombrados según su litología para este estudio) se presentan en la Tabla 4.
Tabla 4 Velocidad de ondas P en las muestras de roca
| Muestra | Roca | Diámetro (mm) | Altura (mm) | Tiempo (µs) | Velocidad (m/s) |
|---|---|---|---|---|---|
| J6 | Andesita | 54,7 | 133,8 | 30,4 | 4375 |
| J3N2 | Brecha | 54,7 | 133,5 | 31,3 | 4249 |
| J3N1 | Brecha | 54,6 | 134,4 | 29,7 | 4478 |
| J9N1 | Basalto | 54,5 | 133,4 | 28,8 | 4602 |
| J9N2 | Basalto | 54,5 | 131,5 | 28,5 | 4596 |
| J7 | Diorita | 54,7 | 132,2 | 29,6 | 4459 |
Fuente: Los Autores
En la Fig. 19 se presenta el comparativo entre las velocidades de onda P obtenidas en el laboratorio versus los valores teóricos según (Dobrin, 1960).
4.2.5. Índices de continuidad
De acuerdo con Sharma and Singh (2008) algunos de los factores que influencian la velocidad de propagación de las ondas P son la litología, densidad, forma de los granos, porosidad, anisotropía, humedad presente en la roca, presión de confinamiento, temperatura, planos de debilidad y microfisuras.
Para esto, se han establecido unos índices de continuidad (IC) que comparan la velocidad de las ondas P (Vp) en una roca intacta versus cualquier espécimen a estudiar de características similares calculados mediante la ecuación 1 de González de Vallejo et al. (2002)
Los autores clasifican los índices para los números obtenidos en la relación de las velocidades de onda. Para valores mayores a 90 % se tiene continuidad muy alta en la matriz rocosa, mientras que para valores menores a 25 % se puede inferir que hay alto grado de alteración debido a la muy baja continuidad (Tabla 5).
Tabla 5 Valores de índices de continuidad
| Índices | Valores de Índice de Continuidad ic | Continuidad |
|---|---|---|
| IC 1 | IC > 90% | Continuidad muy fuerte |
| IC 2 | 75% < IC < 90% | Continuidad fuerte |
| IC 3 | 50% < IC < 75% | Continuidad media |
| IC 4 | 25% < IC < 50% | Continuidad débil |
| IC 5 | IC < 25% | Continuidad muy débil |
Así, los valores de índices de continuidad para las muestras analizadas se presentan en la Tabla 6.
Tabla 6 Valores de índices de continuidad en los ensayos.
| Muestra | Litología | VP [m/s] | VP_ Teórica [M/S] | IC (%) | Clasif. | Continuidad |
|---|---|---|---|---|---|---|
| J6 | Andesita | 4375 | 5780 | 76 | IC 2 | Fuerte |
| J3N2 | Brecha | 4249 | 6000 | 71 | IC 3 | Media |
| J3N1 | Brecha | 4478 | 6000 | 75 | IC 3 | Media |
| J9N1 | Basalto | 4602 | 5900 | 78 | IC 2 | Fuerte |
| J9N2 | Basalto | 4596 | 5900 | 78 | IC 2 | Fuerte |
| J7 | Diorita | 4459 | 5780 | 77 | IC 2 | Fuerte |
Fuente: Los Autores
4.2.6. Relación entre velocidad de ondas P (km/s) y resistencia a la compresión simple uniaxial UCS (MPa)
La relación entre la resistencia a la compresión uniaxial (UCS) y la velocidad de las ondas P (Vp) ha sido estudiada por varios investigadores a lo largo del tiempo en diferentes tipos de rocas. Para esta investigación solo se citó algunas de las que abarcan rocas ígneas; estableciendo relaciones empíricas entre estos parámetros como se presenta en la Tabla 7.
Tabla 7 Ecuaciones empíricas para calcular la resistencia a la compresión simple.
| Muestra | Velocidad Ondas P [Km/s] | Resistencia a la compresión simple [MPa] según los autores | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Goktan, 1988 | Tugrul & Zarif, 1999 | Sharma & Singh 2008 | Yagiz, 2011 | Sarkar et al., 2012* | ||
| J6 | 4,375 | 126,3 | 100,49 | 112,13 | 49,13 | 116,25 |
| J3N2 | 4,249 | 121,8 | 96,01 | 107,59 | 42,90 | 111,46 |
| J3N1 | 4,478 | 130,0 | 104,15 | 115,84 | 54,21 | 120,16 |
| J9N1 | 4,602 | 134,5 | 108,56 | 120,30 | 60,34 | 124,88 |
| J9N2 | 4,596 | 134,3 | 108,34 | 120,09 | 60,04 | 124,65 |
| J7 | 4,459 | 129,3 | 103,47 | 115,15 | 53,27 | 119,44 |
*Para la ecuación planteada por Sarkar et al. (2012) el valor de la velocidad de ondas debe incluirse en metros / segundo.
Fuente: Modificado de Azimian et al. (2014)
Los valores de resistencia para las rocas oscilan entre 42 MPa y 134 MPa, Tabla 8 y Fig. 20.
Tabla 8 Ecuaciones empíricas para calcular la resistencia a la compresión simple.
| Ecuación | Fuente |
|---|---|
| UCS = 36.0 Vp - 31.2 | Goktan (1988) |
| UCS = 35.54 Vp - 55 | Tuǧrul & Zarif (1999) |
| UCS = 36 Vp - 45.37 | Sharma & Singh (2008) |
| UCS = 49.4 Vp - 167 | Yagiz (2011) |
| UCS = 0.038 Vp - 50 | Sarkar et. al. (2012) |
Fuente: Los Autores
4.2.7. Ensayo de carga puntual simple
Bajo la Norma ASTM D5731-16 (ASTM, 2016) se realizaron los procedimientos para evaluar las propiedades mecánicas de las rocas en un ensayo diametral bajo el sistema de carga de la prensa Franklin (Fig. 21). Se usaron cuatro núcleos de 54 mm de diámetro para el ensayo.
Las ecuaciones usadas de acuerdo con la Norma son:
Is: Índice de carga puntual
P: Carga de rotura [N]
D: Diámetro núcleo [m]
La norma ASTM D5731 (ASTM, 2016) plantea además algunos modelos de falla para los ensayos de carga puntual diametrales desarrollados en el presente estudio (Fig. 22).
La clasificación de los núcleos de roca según el índice de carga puntual oscila entre muy alta resistencia y baja resistencia (Tabla 9), esto se asocia principalmente a la presencia de venillas, ya que el fallamiento se dio por planos de debilidad definidos por la mineralización.
Tabla 9 Resultados ensayo de carga puntual.
| Área Pistón [m2] | 0,0014 | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Muestra | Presión [MPa] | D [m] | Presión de rotura [MPa * m2] | Is [MPa] | Is50 [MPa] | Resistencia |
| J9N32 | 22,8 | 0,054 | 0,033 | 11,09 | 11,53 | Muy alta resistencia |
| J3N31 | 2,5 | 0,054 | 0,004 | 1,21 | 1,26 | Baja resistencia |
| J3N32 | 4,8 | 0,054 | 0,007 | 2,33 | 2,42 | Mediana resistencia |
| J8 | 2,8 | 0,054 | 0,004 | 1,39 | 1,44 | Baja resistencia |
Fuente: Los Autores.
Se obtuvo dos resultados particulares comparando las superficies de falla de algunos de los núcleos sometidos en la prensa. El primer resultado comprende fallamiento a través de planos de debilidad (Fig. 23) creados por la mineralización de sulfuros en forma de venillas paralelas visibles con espesor de hasta 1 mm tal y como se sugiere en la Fig. 22.B. El caso segundo de fallamiento comprende estructuras que no son visibles a simple vista en el núcleo, pero que su geometría está determinada por mineralización de pirita como se observa en la Fig. 24 y tiende a ser irregular como en la Fig. 22.
4.2.8. Ensayo de compresión triaxial
Se realizó el ensayo de compresión triaxial a cinco de los siete núcleos de roca obtenidos inicialmente (longitud de 130 mm y 54 mm de diámetro) con la Norma ASTM 2664-95 (ASTM, 1995). Se utilizó la cámara de compresión triaxial del Laboratorio de Mecánica de rocas de la Universidad Nacional de Colombia (Fig. 25).
Los parámetros utilizados en la prensa fueron: presión de confinamiento de 5 MPa y 8 MPa, velocidad de carga de 0,2 MPa y velocidad del ensayo de 0,5 MPa/s. Como resultado de los ensayos se obtuvieron curvas de esfuerzo-deformación comparadas en la Fig. 26.
Núcleo J9N2: La curva esfuerzo-deformación, arrojada al finalizar el ensayo, presenta un comportamiento dúctil (Fig. 26). La primera etapa entre 0 % y 0,38 % de deformación unitaria tiene un comportamiento lineal. Sin embargo, aquí se genera un quiebre que se asume como una primera falla de la roca. Posteriormente, la resistencia sigue aumentando hasta un pico de 130 MPa para luego decaer a una resistencia residual de 119 MPa (Fig. 27).
Estas características en la falla, según González de Vallejo et al. (2002), se deben a que durante la carga, la roca se va deformando paulatinamente, generando varios planos de rotura. El módulo de Young obtenido es de 29 GPa.
Rotura. Se observó que la rotura en la roca ocurre formando dos planos. El plano principal se da en diagonal siguiendo patrón de mineralización, mientras que el segundo plano se da en forma semiparalela al eje del núcleo sin seguir ninguna estructura (Fig. 28). En su base, el fracturamiento se intensifica produciendo una especie de abombamiento con fracturas de, aproximadamente, cinco centímetros de largo. En medio de las fracturas generadas hay presencia de carbonatos diseminados y pirita.
Fuente: Los Autores
Figura 28 Núcleo de roca antes (intacto) y después del ensayo de compresión triaxial.
Núcleo J6. Comparando el resultado con la Fig. 26, el comportamiento de la roca es de tipo frágil para el nivel de confinamiento aplicado de máximo 8 MPa (Fig. 29); con una tendencia lineal (positiva) hasta su resistencia máxima (156,3 MPa) y su resistencia residual (135,3 MPa).
Las rocas con estas características son generalmente de alta resistencia y la falla durante la aplicación de las cargas se produce solo a través de un plano definido. El módulo de Young de la roca es de 25 GPa.
Rotura. En términos generales el núcleo presenta un grado medio fracturamiento, donde la rotura se da por un plano en diagonal y aleatorio (Fig. 30); en la superficie de falla presenta mineralización en pirita diseminada y carbonatos. En la base del núcleo se desarrollaron dos fracturas semicirculares.
Núcleo J9N1. Con una resistencia máxima de 213 MPa y residual de 170 MPa, se tiene que la roca tiene tres etapas de fallamiento. La primera etapa ocurre con un valor de 177 MPa, la segunda a 194 MPa y la final a 213 MPa. Su comportamiento es frágil- dúctil, de acuerdo con la Fig. 26. El módulo de Young de la roca es 33 GPa.
Rotura. El núcleo presenta alto grado de fracturamiento. La falla se da en un plano en diagonal que corta la mineralización semiparalela al eje principal del núcleo (Fig. 31). También se encontraron fisuras desarrolladas en los extremos del núcleo. Su fractura se da en forma astillosa siguiendo venillas mineralizadas de menor longitud. El plano de falla presenta mineralización de carbonatos diseminados con algunos cristales de magnetita y pirita levemente alterados.
Núcleo J3N1. El comportamiento de la roca presenta una tendencia similar a la del núcleo J9N2; es decir, de tipo dúctil-frágil. Sin embargo, desde los 126 MPa se observan algunos quiebres en la curva, registrando algún tipo fallamiento inicial y posterior compresión en busca de soportar aún más la carga axial hasta llegar a una resistencia residual de 89 MPa (Fig. 32). El módulo de Young obtenido es 25 GPa.
Rotura. Se da por medio de dos fracturas. La primera (principal) en diagonal de forma ondulada a través de todo el núcleo. La segunda fractura se da en el borde superior, en forma de cuña hasta la mitad del núcleo. Según se aprecia, la fractura está influenciada por una venilla de pirita (Fig. 33). El núcleo se conserva sin mayor fracturamiento y el plano de falla presenta mineralización de pirita.
Fuente: Los Autores
Figura 33 Núcleo de roca antes (intacto) y después del ensayo de compresión triaxial.
Núcleo J7. El fallamiento de la roca se produjo a través de dos planos de debilidad formados por la presencia de venillas con carbonatos en los extremos. La resistencia pico es 208 MPa y su comportamiento tiende a ser frágil (Fig. 34). El módulo de Young obtenido es 27 GPa.
Rotura. Como se aprecia en la fotografía, los planos de falla generados por la carga aplicada presentan forma diagonal en la parte superior e inferior del núcleo. Estos planos corresponden a venillas de carbonatos (Fig. 35).
Fuente: Los Autores
Figura 35 Núcleo de roca antes (intacto) y después del ensayo de compresión triaxial.
En su estructura, el núcleo solo presenta pequeñas fisuras en los extremos. La matriz rocosa, en general, se conserva intacta.
5. Conclusiones
El macizo rocoso tiene una calidad media a muy buena según la clasificación de Barton et al. (1974). El sostenimiento sugerido, entonces, es de pernado localizado o sin sostenimiento. Para el sistema RMR (Bieniaswski, 1989) los valores se encuentran entre tipo III (media) y tipo II (buena) y, finalmente, el valor del Índice Geológico de Resistencia GSI (Hoek and Brown, 1977) para el macizo rocoso está entre 45 % y 55 %, según la valoración general de las discontinuidades presentes. Si se utiliza la ecuación GSI = RMR89 - 5 este valor está entre 42 % y 56 5 ().
La velocidad de ondas P obtenida en el laboratorio representa un 70 % a 80 % de la velocidad teórica. Esta atenuación se debe, entre otras cosas, a la presencia de estructuras y/o discontinuidades en los núcleos, influyendo directamente en la aproximación de la resistencia a la compresión uniaxial (Tabla 8) y los índices de continuidad de la Tabla 5, los cuales están entre continuidad fuerte a continuidad media.
Durante la caracterización petrográfica se encontró una variación litológica entre rocas basálticas de color verdoso, andesita, dioritas y una especie de brecha. En sección delgada se encontró que la coloración verde en las rocas se debe a un alto grado de alteración de los minerales principales como la plagioclasa y anfíboles, los cuales se encuentran zonificados, con algunos bordes irregulares y con reemplazamiento total o parcial por clorita, epidota y carbonatos.
Para el ensayo de carga puntual se obtuvieron dos resultados: el primero comprende fallamiento a través de planos de debilidad creados por la mineralización de sulfuros en forma de venillas paralelas visibles con espesor de hasta 1 mm, y el caso 2 de fallamiento comprende estructuras que no son visibles a simple vista en el núcleo, pero que su geometría está determinada por mineralización de pirita de forma irregular.
El comportamiento de las curvas de esfuerzo y deformación resultado de los ensayos triaxiales arroja una tendencia que tiende a ser dúctil. Esto se debe a que la compresión en la celda va cerrando las diferentes grietas encontradas a lo largo del núcleo, fallando paulatinamente a medida que la carga axial aumenta, dando aspecto de escalones.
Al analizar los datos de los ensayos triaxiales mediante RocData se tuvo que, para la roca tipo diorita, brecha y andesita, la resistencia a la compresión simple estuvo en 130 MPa, con lo cual las aproximaciones de la Tabla 8 tienen un buen acercamiento.
Los planos de falla en los núcleos durante el ensayo de compresión triaxial presentan ángulos entre 60° y 80° con excepción del núcleo J7, donde los extremos presentan dos diagonales a 45° (Fig. 35).
El común denominador de las superficies de ruptura se asocia a mineralización de sulfuros como pirita y presencia de carbonatos diseminados; algunos núcleos desarrollan fracturas semicirculares en los extremos, junto con abombamiento y algunas fracturas paralelas a venillas. En el caso particular de J7 la matriz rocosa permanece intacta.
En términos generales la calidad del macizo no refleja la posible anisotropía generada en las rocas mineralizadas, lo cual es consecuencia del efecto escala. Sin embargo, la influencia de la mineralización es bastante notoria en la aplicación de esfuerzos para los ensayos de carga puntual y compresión triaxial.
