Modelamiento numérico para evaluar la efectividad de la voladura de liberación de esfuerzos en excavaciones subterráneas con riesgo de Strainburst Autoinducido

Abstract

El objetivo de este trabajo de investigación es evaluar la efectividad de la voladura de liberación de esfuerzos como metodología para enfrentar excavaciones sometidas a altos niveles de esfuerzo y riesgo de estallidos de rocas. Para ello, se utilizó un modelo numérico en 3D como laboratorio virtual, con el fin de estimar el trabajo plástico en un túnel de sección 4x4 metros ubicado a una profundidad de 1000 metros. La energía liberada durante la simulación se registró y almacenó en puntos de control o estaciones de monitoreo virtuales, lo que permitió comparar los resultados obtenidos al simular una voladura de liberación de esfuerzos. La metodología del estudio se fundamenta en el análisis del factor de fragmentación (α) y del coeficiente de reducción de esfuerzos (β) propuestos por Tang (2000). La voladura de liberación de esfuerzos debe modificar el módulo de Young del macizo rocoso generando una pantalla para reducir la incidencia de los esfuerzos sobre la superficie de la excavación. El modelo matemático conceptual se divide en cuatro zonas: el túnel, el macizo rocoso interno, la zona de voladura de liberación de esfuerzos y el macizo rocoso externo. El factor de fragmentación se aplica en la zona de voladura de liberación de esfuerzos, mientras que el coeficiente de reducción de esfuerzos se aplica al macizo rocoso interno. Durante la investigación se analizaron 64 combinaciones de los factores α y β en 6 estaciones a lo largo de una excavación de 60 metros. Se concluyó que la voladura de liberación de esfuerzos es efectiva cuando esta técnica modifica las propiedades del macizo rocoso únicamente en la zona de voladura y genera una reducción significativa de los esfuerzos en la superficie de la excavación o en el macizo rocoso interno. Esta reducción puede alcanzar hasta un 60% del trabajo plástico registrado en las estaciones de control.