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-
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FOLLETO
Tareas docentes para la educación en el trabajo
desde la asignatura Ortodoncia de la carrera de Estomatología
Dirigido a estudiantes que cursan el 4to año de la carrera
Estomatología en la Filial de Ciencias Médicas de Moa
Dr.Zeida Gámez Alba
�Página legal
Título de la obra. Tareas docentes para la educación en el trabajo desde la asignatura
Ortodoncia. (Dirigido a estudiantes de 4to año de la Filial de Ciencias Médicas de Moa).
24 pp.
Editorial Digital Universitaria de Moa, año 2016 – ISBN: 978-959-16-3045-2
1. Autor: Dr. Zeida Gámez Alba
2. Institución: Filial de Ciencias Médicas “Tamara Bunke Bider”
Edición y Corrección: M.Sc. Niurbis La Ó Lobaina
Institución del autor: Filial de Ciencias Médicas “ Tamara Bunke
Bider”
Editorial Digital Universitaria Moa, año 2016
La Editorial Digital Universitaria Moa publica bajo licencia Creative Commons de tipo
Reconocimiento No Comercial Sin Obra Derivada, se permite su copia y distribución
por cualquier medio siempre que mantenga el reconocimiento de sus autores, no haga
uso comercial de las obras y no realice ninguna modificación de ellas.
La licencia completa puede consultarse en:
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Editorial Digital Universitaria
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Cuba
e-mail: edum@ismm.edu.cu
Sitio Web: http://ismm.edum.edu.cu
Editorial Digital Universitaria de Moa
�Tabla de contenido
INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................ 2
PARTE I......................................................................................................................................... 3
TAREAS DOCENTES PARA EL DESARROLLO DE LA EDUCACIÓN EN EL
TRABAJO DESDE LA ASIGNATURA ORTODONCIA DE LA CARRERA DE
ESTOMATOLOGÍA EN LA FILIAL DE CIENCIAS MÉDICAS DE MOA ....................... 3
•
Componentes didácticos de la tarea docente .................................................... 4
PARTE II ....................................................................................................................................... 6
PRESENTACIÓN DE LAS TAREAS DOCENTES PARA LA EDUCACIÓN EN EL
TRABAJO DESDE LA ASIGNATURA ORTODONCIA EN LA CARRERA DE
ESTOMATOLOGÍA EN LA FILIAL DE CIENCIAS MÉDICAS DE MOA ....................... 6
CONCLUSIONES ...................................................................................................................... 23
BIBLIOGRAFÍA ......................................................................................................................... 23
1
�INTRODUCCIÓN
Este trabajo partió de un estudio diagnóstico al proceso de enseñanzaaprendizaje de la asignatura Ortodoncia, de la carrera de Estomatología en el
municipio de Moa, la que se estudia en la Filial de Ciencias Médicas de esta
localidad, el que reveló insuficiencias en el tratamiento al trabajo independiente
de los estudiantes que cursan el cuarto año de esta carrera.
Como vía de solución al problema detectado se proponen tareas docentes
basadas en casos clínicos y con la utilización y la orientación del trabajo
independiente se pretende que el estudiante sea capaz de dirigir su aprendizaje,
su educación permanente y eficiente en el trabajo.
La proyección de las tareas parte de la asunción de las posiciones teóricas que
sustentan el trabajo independiente, y en particular sobre las tareas docentes. Se
realizó la valoración de las tareas propuestas en taller de socialización con
especialistas, lo que evidenció su pertinencia para el desarrollo de la educación
en el trabajo en la asignatura Ortodoncia y su aplicación práctica a otros
contextos donde se estudia la carrera.
Se trata de graduar un estomatólogo general básico que tenga profundamente
arraigado en su pensamiento y acción, que la estomatología se ocupa del
hombre como ser biopsicosocial, íntimamente vinculado a la familia y a la
comunidad ligados a los siguientes aspectos: promoción, prevención, curación y
rehabilitación. O sea, que interioricen la necesidad de preservar la salud del
complejo buco-facial a través de la atención estomatológica integral.
2
�PARTE I
PARTICULARIDADES DE LAS TAREAS DOCENTES
PARA EL DESARROLLO DE LA EDUCACIÓN EN EL TRABAJO DESDE LA
ASIGNATURA ORTODONCIA DE LA CARRERA DE ESTOMATOLOGÍA
EN LA FILIAL DE CIENCIAS MÉDICAS DE MOA
Las tareas docentes es donde se concretan las acciones y operaciones a realizar
por el alumno, si se hace referencia a la tarea como aquellas actividades que se
conciben para realizar por el grupo de alumnos en la clase y fuera de esta,
vinculada a la búsqueda y adquisición de los conocimientos y el desarrollo de
habilidades.
La formulación de las tareas plantea determinadas exigencias al alumno, estas
repercuten tanto en la adquisición del conocimiento como en el desarrollo del
intelecto.
Zayas (1999) expresa que «la explicación de un concepto y su correspondiente
compresión por el alumno, la realización de un ejercicio o de un problema por
este, son ejemplos de tareas docentes».
Autores como Silvestre (2000) y Zilberstein (2000), por su parte, consideran las
tareas docentes « [...] como aquellas actividades que se orientan para que el
alumno las realice en clases o fuera de esta, implican la búsqueda de
conocimientos, el desarrollo de habilidades y la formación integral de la
personalidad».
La tarea según Concepción y Rodríguez (2006) constituye el núcleo del trabajo
independiente de los estudiantes. El profesor elabora la tarea, la orienta y la
controla, como medio de enseñanza. El estudiante la resuelve como medio de
aprendizaje. Entendemos por tarea una situación de aprendizaje que debe
resolver el estudiante como medio para la apropiación de los contenidos.
A partir de los criterios apuntados por Fraga (1996), se presentan las
características fundamentales de la tarea docente:
3
�1. Tiene que ser concebida en función de los objetivos de la materia que se
trate.
2. Debe ser concebida con una concepción integradora.
3. Debe estar concebida en forma de sistema, de lo simple a lo complejo.
4.
Debe
presentar
exigencias
que
estimulen
el
desarrollo
intelectual
(pensamiento lógico), la valoración del conocimiento revelado y de la propia
actividad, a través de ejercicios y situaciones donde el estudiante aplique el
conocimiento aprendido.
5.
Debe
dar
respuesta
a
las
necesidades
educativas
de
los
alumnos
(diagnóstico), todo lo cual se pondrá de manifiesto en su formulación y control.
Estas necesidades a las que dará respuesta, deben estar en correspondencia con
las cualidades y valores a desarrollar en el objetivo formativo.
6. Debe, en sus exigencias (concepción), dar salida curricular al trabajo político
–ideológico, formación de valores, al trabajo con los programas directores,
programas de la Revolución y los ejes transversales.
•
Componentes didácticos de la tarea docente
El método de enseñanza: fundamentalmente se trabajan tres métodos: El
explicativo-ilustrativo, la elaboración conjunta y el trabajo independiente en las
disimiles variantes en las que pueden aparecer planteados.
La situación de aprendizaje: que ya se conoce, plantea la tarea que deberá
realizar el estudiante durante la clase.
El procedimiento: Es decir, cómo desarrollar el método a emplear en la clase, a
través de una secuencia lógica de actividades entre el profesor y el alumno.
Es importante precisar en esa secuencia lógica, cómo se le da tratamiento en la
situación de aprendizaje concebida por el profesor, al trabajar con los programas
de la Revolución, los programas directores, la formación de valores, el desarrollo
de habilidades lógicas, etc. Esto estará relacionado con las cualidades y valores
declarados en el objetivo.
Por otra parte se tendrá en cuenta su concepción, las características que debe
reunir la tarea.
4
�La tarea docente constituye el núcleo del trabajo independiente de los
estudiantes. El profesor elabora la tarea, la orienta y la controla, como medio de
enseñanza. El alumno la resuelve como medio de aprendizaje.
Varios autores han evaluado el papel de la tarea docente en la dirección del
trabajo independiente, son de destacar los trabajos de: Franco Pérez M y León
Granados A, (2010) acerca del trabajo independiente en la educación superior a
través de la tarea docente; el trabajo de Sosa Oliva Y y colaboradores (2010),
en el que analiza el papel de las tareas docentes y el desarrollo de la
profundidad del pensamiento, proponiendo una metodología para su concepción.
Las Ciencias Médicas están obligadas a aplicar las actividades de trabajo
independiente en aras de fomentar el desarrollo de habilidades, hábitos y
capacidades en los estudiantes de Estomatología. El trabajo independiente debe
ser concebido entonces como un sistema de tareas didácticas tendientes a
promover el aprendizaje compartido, siempre y cuando las mismas garanticen el
desarrollo ascendente e ininterrumpido de la independencia cognoscitiva de los
estudiantes, condicionado lo anterior por una adecuada interacción profesoralumno. (Cobián A, 2010).
Es a través de la educación en el trabajo que se ponen en práctica y se
desarrollan las habilidades y hábitos de los estudiantes, se logra la motivación
de estos
y se propicia la consolidación y aplicación de los conocimientos
esenciales, como forma de organización de la enseñanza y componente de un
sistema que es planificado, organizado, dirigido y controlado por el profesor,
donde según los objetivos
se establecen las tareas docentes y el trabajo
independiente de cada estudiante con su posterior control.
5
�PARTE II
PRESENTACIÓN DE LAS TAREAS DOCENTES PARA LA EDUCACIÓN
EN EL TRABAJO DESDE LA ASIGNATURA ORTODONCIA EN LA CARRERA
DE ESTOMATOLOGÍA EN LA FILIAL DE CIENCIAS MÉDICAS DE MOA
TEMA I. Crecimiento y desarrollo
Tarea docente 1. Crecimiento y desarrollo
Objetivos:
a) Definir los conceptos de crecimiento, desarrollo y maduración, para aplicarlos
directamente en el paciente.
b) Identificar las etapas del crecimiento general normal para ir conociendo la
evolución en cada una de ellas.
c) Describir los métodos que se utilizan para estudiar el crecimiento físico y el
desarrollo.
6
�Acciones a desarrollar:
1-Relacione la columna A con la B
Columna A
Columna B
Crecimiento
----- Significa sazón; la estabilización del estado
adulto provocada por el crecimiento y el desarrollo
Desarrollo
------ Aumento del tamaño, talla y peso
Maduración
------ Es el cambio en las proporciones físicas
2- El crecimiento general del hombre dura aproximadamente hasta los 22 años
y se divide de la siguiente forma:--------------------------,------------------------ y
------------------------,----------------------.
3-Complete las siguientes frases teniendo en cuenta los métodos que se utilizan para
estudiar el crecimiento físico y el desarrollo.
•
Suposición hábil
basada en la experiencia, las opiniones no deben ser
ridiculizadas. Son la forma más cruda de conocimientos científicos,
siempre deben ser desiguales por lo que son, la suposición parcial de un
hombre------------------------------------.
•
El método se usa para la evaluación del desarrollo del busto, los patrones
de pelo púbico y axilar, forma de las orejas, color de los ojos, huellas
digitales, etc. Mientras las apreciaciones utilizan comparaciones con
escalas o clasificaciones aceptadas
disponen
los
datos
en
convencionales, los ordenamientos
consecuencias
ordenadas
de
acuerdo
al
valor____________________.
•
Son útiles para estudiar fenómenos todos o nada, por ejemplo: ausencia
congénita de dientes. Las observaciones se usan también en forma
limitada cuando no son posibles datos cuantitativos; por ejemplo: En un
examen visual rápido de 67 niños esquimales entre los 6 y 11 años no se
observó ninguna mal oclusión Clase II_____________.
•
En las mediciones cuantitativas encontramos __________________,
_______________________ Y ______________________.
7
�BIBLIOGRAFÍA:
•
Crecimiento y desarrollo cráneo-facial. Castellano Pág. 18-19.
•
Manual de Ortodoncia. Moyers Pág. 6-12.
•
Temas de Ortodoncia. Estomatología Infantil. Colectivo de autores.
Primera parte Pág. 41-56.
•
Ortodoncia. Principios fundamentales y prácticos. Mayoral Pág. 1-7.
Tarea docente 2. Crecimiento y desarrollo prenatal
Objetivo: Identificar en qué período del desarrollo prenatal se producen las
malformaciones congénitas.
Acciones a desarrollar:
1- Las etapas en el desarrollo embrionario desde la fecundación hasta el
nacimiento son-------------------------------,-------------------------- y----------------------------.
2- La cabeza y la cara se desarrollan a partir de :------------------------------,---------------------,--------------------.
3- Complete las siguientes frases:
La no fusión de los procesos maxilares con los procesos nasales medios se
forma el ______ _______ _______ y ocurre a la ____ semana de vida
intrauterina.
La falta de fusión entre los procesos maxilares y los nasales laterales
ocasionan la_______ _________ ________ a la _____ semana de vida
intrauterina.
8
�La unión de los procesos nasales medios forma el __________, de
persistir como _______ _______ o ______ ________ _________
y
ocurre a la ______ semana de vida intrauterina.
BIBLIOGRAFÍA:
•
Colectivo de autores, 1ra parte. Pág. 59-90
•
Ortodoncia. Principios fundamentales y práctica. Mayoral. Pág. 7-53
•
Manual de Ortodoncia. Moyers. Pág. 19-28; 31-36; 39-43.
TEMA II: Desarrollo de los dientes y la oclusión fisiología dentomaxilofacial
Tarea docente 1. Desarrollo de los dientes y la oclusión primaria y permanente.
Objetivos:
a) Explicar orden, cronología de brote y características morfológicas y
funcionales de los dientes temporales y permanentes.
Acciones a desarrollar:
1-Complete los siguientes espacios en blanco en cuanto a las características de
los dientes temporales.
9
�•
Los ---------------------- son ovoides.
•
Los molares son---------------------------- que las bicúspides.
•
El color de los dientes----------------- y cuellos ---------------------.
•
El sobrepase es de ------------------------- o --------------------------.
2-Paciente de 9 años de edad que acude a consulta con dientes rotados. Puede
marcar la fórmula dentaria del maxilar superior correcta.
•
-------------------16 15 14 53 12 11 21 22 63 24 25 26
•
-------------------16 55 14 53 12 11 21 22 63 24 65 26
BIBLIOGRAFÍA:
•
Temas de ortodoncia y estomatología infantil. 1ra parte Cap. IV y V
•
Guías prácticas de Estomatología. Cap. 5 Oclusión.
TEMA III: Diagnóstico y etiología de las anomalías dentomaxilofaciales
Tarea docente 1. Concepto y etiología de las anomalías dentomaxilofaciales.
Objetivos: Realizar el diagnóstico diferencial, etiológico e individual de las
anomalías dentomaxilofaciales
10
�Acciones a desarrollar:
1-El orden del diagnóstico
de las anomalías dentomaxilofaciales es tejidos
blandos, ----------------------, -----------------------, ------------------------- y de
la -------------------------.
3-El sistema estomatognático está constituido por varios elementos, cualquier
alteración de una de sus partes dará lugar a la aparición de anomalías dentomaxilofaciales. Teniendo en cuenta las mismas complete los espacios en blanco.
a) Las anomalías se clasifican en ____________, ______________,
_______________, _______________ y ___________________.
b) Las anomalías de volumen de los labios son ________________ y
_______________.
c) La hiperdoncia es una anomalía de _____________ de los dientes.
d) Las anomalías de volumen de los maxilares son: _______________ y
----------.
e) La caída
_______________.
y
erupción
precoz
de
los
dientes
es
una
------
anomalía
de
BIBLIOGRAFÍA:
•
Colectivo de Autores 1ra parte p 141-154, 177-187
•
Mayoral p 121-206
TEMA IV: Biomecánica
Tarea docente 1. Biomecánica. Introducción y concepto. Movimiento dentario.
Objetivos: Conocer los aspectos relacionados con la biomecánica
Acciones a desarrollar:
1-La biomecánica se ocupa del movimiento de los organismos vivos. Relacione la
columna A (movimiento ortodóncico) con la B (características).
11
�A (mov. ortodóncico)
a)Movimiento de ingresión
B (características)
1- __Es el más difícil de realizar, por la forma del
alveolo hay una gran descomposición de fuerzas
b)Movimiento de gresión
2- __Es el que más recidiva
c)Movimiento de rotación
3- __Movimiento del diente fuera del alveolo, muy fácil
de realizar
d)Movimiento de versión
4-__Se produce reabsorción y aposición a lo largo de la
raíz, desapareciendo el fulcreem
e)Movimiento de Egresión
5-__El diente se mueve sobre un eje imaginario
horizontal
12
�BIBLIOGRAFÍA:
•
Colectivo de autores. Temas de ortodoncia en estomatología infantil.
Tomo II. Pág. 6- 50
•
Mayoral. Principios fundamentales y práctica. Pág. 359-387
TEMA V: Discrepancia hueso – Diente
Tarea docente 1: Discrepancia hueso – Diente. Etiología y clasificación
Objetivos: Evaluar la discrepancia hueso - diente, sus causas y clasificación.
Acciones a desarrollar:
1-Paciente de 8 años de edad que presenta discrepancia de -7,4 mm, con índice
incisivo superior de 36 mm e inferior de 25 mm. Analice las proposiciones según
las características del caso y seleccione la alternativa correcta.
-Proposiciones
a) Discrepancia hueso-diente negativa moderada
-----
13
�b) Su posible etiología es la macrodoncia
------
c) Discrepancia hueso-diente negativa elevada -----
Tarea docente 2. Manifestaciones clínicas de la discrepancia hueso-diente
negativa.
Objetivo:
Definir las características clínicas de la discrepancia hueso-diente negativa
Acciones a desarrollar:
1-Dentro de las manifestaciones de la discrepancia hueso-diente negativa se
encuentran:
1-Ectopia dentaria
14
�2-Retención dentaria
3- Diastemas
4-Apiñamiento
5-Vestibuloversion sin diastemas
6-Transposición dentaria
15
�7-Mordida cruzada anterior simple
Alternativas:
A.
1,5,6,7
B.
1,3,5,7
C.
1,2,3,4
D.
1,2,4,5
Tarea docente 3. Discrepancia hueso-diente negativa elevada
Objetivo:
1-Definir el tratamiento de la discrepancia hueso-diente negativa elevada en el nivel de
atención primaria.
Acciones a desarrollar:
1-El tratamiento ante la presencia de una discrepancia hueso diente negativa severa es
-------------------------.
2- Para la frase incompleta que brindamos a continuación uno o varios de los
complementos enumerados propuestos son correctos para completar la frase.
Seleccione la alternativa correcta.
Frase incompleta:
En un plan clínico de extracciones seriadas tenemos como requisitos fundamentales:
16
�Complementos:
1.
Bajo índice de caries
2.
Discrepancia hueso-diente positiva
3.
Clase I de Angle
4.
Oligodoncia de los segundos premolares.
5.
Buen balance neuromuscular y psíquico
Alternativas:
A.
1,2,3
B.
1,2,4
C.
1,3,4
D.
3,4,5
E.
1,2,5
3- Las indicaciones para realizar el plan clínico de extracciones seriadas son las
siguientes:
Complementos:
1- Macrodoncia
2- Macrognatismo antero-posterior
3-Microdoncia
17
�4-Mesiogresion
5- Micrognatismo transversal y antero-posterior o ambos
Alternativas:
a)
1,2,3
b)
1,3,4
c)
2,3,4
d)
1,4,5
e)
1,2,5
BIBLIOGRAFÍA BÁSICA:
•
Tratado de Ortodoncia. Texto para estudiantes de Pregrado. Dr. R. Otaño
Lugo y Col. de Autores
BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA:
•
Power Point: “Discrepancia hueso diente”
•
Documento teórico: “Métodos para calcular la discrepancia hueso diente”.
•
Video clase No 3: “Discrepancia hueso diente”.
Tema
VI:
Diagnóstico
y
tratamiento
de
las
Disfunciones
Neuromusculares y otras anomalías
de la atención primaria
18
�Tarea docente 1. Disfunciones neuromusculares. Concepto. Etiología. Manifestaciones
clínicas. Tratamiento.
Objetivo: Diagnosticar y tratar las disfunciones neuromusculares del aparato
estomatognático que se presentan en la atención primaria.
Acciones a desarrollar:
1-Complete los espacios en blanco:
El término disfunción neuromuscular se refiere al anormal funcionamiento de
ciertos -------------------- que afectan en alguna medida las ---------------- de
todo el sistema estomatognático.
2- Seleccione la respuesta correcta:
Asiste a consulta una mama con una niña de 9 años que presenta falta de cierre
labial, arcada superior estrecha y paladar profundo, vestibuloversion de incisivos
superiores, resalte aumentado y mordida profunda.
Ud. lo diagnostica como:
a) ___Succionador del pulgar
b.) ___ Protracción lingual
19
�c.) ___Respirador bucal.
El tratamiento inmediato por el EGB es:
a. ___remitir al otorrino, alergista y mioterapia
b. ___colocar pantalla oral
c. ___colocar placa de Hawley con levante de mordida
TEMA VII: Diagnóstico y enfoque terapéutico de las oclusiones invertidas
Tarea docente 1. Oclusión invertida
Objetivo: Diagnosticar y tratar la oclusión invertida
Acciones a desarrollar:
1- Paciente femenina de 9 años de edad traida a consulta por la mamá. Al
examen clínico se observa el 11 en linguoversión con resalte de -1mm, el diente
es de tamaño normal y existe suficiente espacio en la arcada para su correcta
ubicación. Basado en el caso clínico, seleccione la respuesta correcta.
El diagnóstico es:
a) ___Mordida cruzada anterior simple
20
�b) ___Mordida cruzada anterior complicada
c) ___Mordida cruzada anterior funcional.
El tratamiento de elección es:
a) ___Depresor lingual
b) ___Pantalla oral
21
�c) ___Hawley con rejilla
2- El resorte invertido anterior simple (mordida cruzada anterior simple) es una de las
anomalías dentomaxilofaciales que puede tratar el EGB de la siguiente forma:
1.
Utilización de mioterapia para el orbicular de los labios.
2.
Aparatología removible con resortes de vestíbulo versión y levantamiento de
mordida.
3.
Colocación de arco lingual con omega anterior
4.
Colocación de un plano inclinado por un periodo no mayor de 21 días
5.
Colocación de placa activa con resorte de coffin
6.
Colocación de bandas en molares superiores e inferiores con botones y ligas
7.
Utilización de un depresor lingual varias veces al día.
Alternativas:
A.
1,3,7
B.
2,3,6
C.
1,4,5
D.
2,4,7
E.
2,5,7
22
�CONCLUSIONES
•
En el diagnóstico realizado al estado actual del trabajo independiente en la
asignatura de Ortodoncia de la carrera de Estomatología de la Filial
Universitaria del Municipio de Moa, se pudo constatar la existencia de
incoherencias entre la efectividad del trabajo metodológico y el nivel de
desarrollo alcanzado en el
proceso de enseñanza-aprendizaje de los
estudiantes.
•
Las tareas docentes que se proponen haciendo uso de imágenes digitales
y teniendo como base el principio de la relación teoría–práctica, permite
llevar a los estudiantes a niveles superiores del desarrollo del aprendizaje
en la asignatura Ortodoncia.
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Ortodoncia
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Tareas docentes basadas en casos clínicos que utilizan el trabajo independiente para contribuir a que el estudiante sea capaz de dirigir su aprendizaje, su educación permanente y eficiente en el trabajo.
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Tareas docentes para la educación en el trabajo
desde la asignatura Ortodoncia de la carrera de Estomatología
Dirigido a estudiantes que cursan el 4to año de la carrera
Estomatología en la Filial de Ciencias Médicas de Moa
Dr.Zeida Gámez Alba
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Título de la obra. Tareas docentes para la educación en el trabajo desde la asignatura
Ortodoncia. (Dirigido a estudiantes de 4to año de la Filial de Ciencias Médicas de Moa).
24 pp.
Editorial Digital Universitaria de Moa, año 2016 – ISBN: 978-959-16-3045-2
1. Autor: Dr. Zeida Gámez Alba
2. Institución: Filial de Ciencias Médicas “Tamara Bunke Bider”
Edición y Corrección: M.Sc. Niurbis La Ó Lobaina
Institución del autor: Filial de Ciencias Médicas “ Tamara Bunke
Bider”
Editorial Digital Universitaria Moa, año 2016
La Editorial Digital Universitaria Moa publica bajo licencia Creative Commons de tipo
Reconocimiento No Comercial Sin Obra Derivada, se permite su copia y distribución
por cualquier medio siempre que mantenga el reconocimiento de sus autores, no haga
uso comercial de las obras y no realice ninguna modificación de ellas.
La licencia completa puede consultarse en:
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Cuba
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Editorial Digital Universitaria de Moa
�Tabla de contenido
INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................ 2
PARTE I......................................................................................................................................... 3
TAREAS DOCENTES PARA EL DESARROLLO DE LA EDUCACIÓN EN EL
TRABAJO DESDE LA ASIGNATURA ORTODONCIA DE LA CARRERA DE
ESTOMATOLOGÍA EN LA FILIAL DE CIENCIAS MÉDICAS DE MOA ....................... 3
•
Componentes didácticos de la tarea docente .................................................... 4
PARTE II ....................................................................................................................................... 6
PRESENTACIÓN DE LAS TAREAS DOCENTES PARA LA EDUCACIÓN EN EL
TRABAJO DESDE LA ASIGNATURA ORTODONCIA EN LA CARRERA DE
ESTOMATOLOGÍA EN LA FILIAL DE CIENCIAS MÉDICAS DE MOA ....................... 6
CONCLUSIONES ...................................................................................................................... 23
BIBLIOGRAFÍA ......................................................................................................................... 23
1
�INTRODUCCIÓN
Este trabajo partió de un estudio diagnóstico al proceso de enseñanzaaprendizaje de la asignatura Ortodoncia, de la carrera de Estomatología en el
municipio de Moa, la que se estudia en la Filial de Ciencias Médicas de esta
localidad, el que reveló insuficiencias en el tratamiento al trabajo independiente
de los estudiantes que cursan el cuarto año de esta carrera.
Como vía de solución al problema detectado se proponen tareas docentes
basadas en casos clínicos y con la utilización y la orientación del trabajo
independiente se pretende que el estudiante sea capaz de dirigir su aprendizaje,
su educación permanente y eficiente en el trabajo.
La proyección de las tareas parte de la asunción de las posiciones teóricas que
sustentan el trabajo independiente, y en particular sobre las tareas docentes. Se
realizó la valoración de las tareas propuestas en taller de socialización con
especialistas, lo que evidenció su pertinencia para el desarrollo de la educación
en el trabajo en la asignatura Ortodoncia y su aplicación práctica a otros
contextos donde se estudia la carrera.
Se trata de graduar un estomatólogo general básico que tenga profundamente
arraigado en su pensamiento y acción, que la estomatología se ocupa del
hombre como ser biopsicosocial, íntimamente vinculado a la familia y a la
comunidad ligados a los siguientes aspectos: promoción, prevención, curación y
rehabilitación. O sea, que interioricen la necesidad de preservar la salud del
complejo buco-facial a través de la atención estomatológica integral.
2
�PARTE I
PARTICULARIDADES DE LAS TAREAS DOCENTES
PARA EL DESARROLLO DE LA EDUCACIÓN EN EL TRABAJO DESDE LA
ASIGNATURA ORTODONCIA DE LA CARRERA DE ESTOMATOLOGÍA
EN LA FILIAL DE CIENCIAS MÉDICAS DE MOA
Las tareas docentes es donde se concretan las acciones y operaciones a realizar
por el alumno, si se hace referencia a la tarea como aquellas actividades que se
conciben para realizar por el grupo de alumnos en la clase y fuera de esta,
vinculada a la búsqueda y adquisición de los conocimientos y el desarrollo de
habilidades.
La formulación de las tareas plantea determinadas exigencias al alumno, estas
repercuten tanto en la adquisición del conocimiento como en el desarrollo del
intelecto.
Zayas (1999) expresa que «la explicación de un concepto y su correspondiente
compresión por el alumno, la realización de un ejercicio o de un problema por
este, son ejemplos de tareas docentes».
Autores como Silvestre (2000) y Zilberstein (2000), por su parte, consideran las
tareas docentes « [...] como aquellas actividades que se orientan para que el
alumno las realice en clases o fuera de esta, implican la búsqueda de
conocimientos, el desarrollo de habilidades y la formación integral de la
personalidad».
La tarea según Concepción y Rodríguez (2006) constituye el núcleo del trabajo
independiente de los estudiantes. El profesor elabora la tarea, la orienta y la
controla, como medio de enseñanza. El estudiante la resuelve como medio de
aprendizaje. Entendemos por tarea una situación de aprendizaje que debe
resolver el estudiante como medio para la apropiación de los contenidos.
A partir de los criterios apuntados por Fraga (1996), se presentan las
características fundamentales de la tarea docente:
3
�1. Tiene que ser concebida en función de los objetivos de la materia que se
trate.
2. Debe ser concebida con una concepción integradora.
3. Debe estar concebida en forma de sistema, de lo simple a lo complejo.
4.
Debe
presentar
exigencias
que
estimulen
el
desarrollo
intelectual
(pensamiento lógico), la valoración del conocimiento revelado y de la propia
actividad, a través de ejercicios y situaciones donde el estudiante aplique el
conocimiento aprendido.
5.
Debe
dar
respuesta
a
las
necesidades
educativas
de
los
alumnos
(diagnóstico), todo lo cual se pondrá de manifiesto en su formulación y control.
Estas necesidades a las que dará respuesta, deben estar en correspondencia con
las cualidades y valores a desarrollar en el objetivo formativo.
6. Debe, en sus exigencias (concepción), dar salida curricular al trabajo político
–ideológico, formación de valores, al trabajo con los programas directores,
programas de la Revolución y los ejes transversales.
•
Componentes didácticos de la tarea docente
El método de enseñanza: fundamentalmente se trabajan tres métodos: El
explicativo-ilustrativo, la elaboración conjunta y el trabajo independiente en las
disimiles variantes en las que pueden aparecer planteados.
La situación de aprendizaje: que ya se conoce, plantea la tarea que deberá
realizar el estudiante durante la clase.
El procedimiento: Es decir, cómo desarrollar el método a emplear en la clase, a
través de una secuencia lógica de actividades entre el profesor y el alumno.
Es importante precisar en esa secuencia lógica, cómo se le da tratamiento en la
situación de aprendizaje concebida por el profesor, al trabajar con los programas
de la Revolución, los programas directores, la formación de valores, el desarrollo
de habilidades lógicas, etc. Esto estará relacionado con las cualidades y valores
declarados en el objetivo.
Por otra parte se tendrá en cuenta su concepción, las características que debe
reunir la tarea.
4
�La tarea docente constituye el núcleo del trabajo independiente de los
estudiantes. El profesor elabora la tarea, la orienta y la controla, como medio de
enseñanza. El alumno la resuelve como medio de aprendizaje.
Varios autores han evaluado el papel de la tarea docente en la dirección del
trabajo independiente, son de destacar los trabajos de: Franco Pérez M y León
Granados A, (2010) acerca del trabajo independiente en la educación superior a
través de la tarea docente; el trabajo de Sosa Oliva Y y colaboradores (2010),
en el que analiza el papel de las tareas docentes y el desarrollo de la
profundidad del pensamiento, proponiendo una metodología para su concepción.
Las Ciencias Médicas están obligadas a aplicar las actividades de trabajo
independiente en aras de fomentar el desarrollo de habilidades, hábitos y
capacidades en los estudiantes de Estomatología. El trabajo independiente debe
ser concebido entonces como un sistema de tareas didácticas tendientes a
promover el aprendizaje compartido, siempre y cuando las mismas garanticen el
desarrollo ascendente e ininterrumpido de la independencia cognoscitiva de los
estudiantes, condicionado lo anterior por una adecuada interacción profesoralumno. (Cobián A, 2010).
Es a través de la educación en el trabajo que se ponen en práctica y se
desarrollan las habilidades y hábitos de los estudiantes, se logra la motivación
de estos
y se propicia la consolidación y aplicación de los conocimientos
esenciales, como forma de organización de la enseñanza y componente de un
sistema que es planificado, organizado, dirigido y controlado por el profesor,
donde según los objetivos
se establecen las tareas docentes y el trabajo
independiente de cada estudiante con su posterior control.
5
�PARTE II
PRESENTACIÓN DE LAS TAREAS DOCENTES PARA LA EDUCACIÓN
EN EL TRABAJO DESDE LA ASIGNATURA ORTODONCIA EN LA CARRERA
DE ESTOMATOLOGÍA EN LA FILIAL DE CIENCIAS MÉDICAS DE MOA
TEMA I. Crecimiento y desarrollo
Tarea docente 1. Crecimiento y desarrollo
Objetivos:
a) Definir los conceptos de crecimiento, desarrollo y maduración, para aplicarlos
directamente en el paciente.
b) Identificar las etapas del crecimiento general normal para ir conociendo la
evolución en cada una de ellas.
c) Describir los métodos que se utilizan para estudiar el crecimiento físico y el
desarrollo.
6
�Acciones a desarrollar:
1-Relacione la columna A con la B
Columna A
Columna B
Crecimiento
----- Significa sazón; la estabilización del estado
adulto provocada por el crecimiento y el desarrollo
Desarrollo
------ Aumento del tamaño, talla y peso
Maduración
------ Es el cambio en las proporciones físicas
2- El crecimiento general del hombre dura aproximadamente hasta los 22 años
y se divide de la siguiente forma:--------------------------,------------------------ y
------------------------,----------------------.
3-Complete las siguientes frases teniendo en cuenta los métodos que se utilizan para
estudiar el crecimiento físico y el desarrollo.
•
Suposición hábil
basada en la experiencia, las opiniones no deben ser
ridiculizadas. Son la forma más cruda de conocimientos científicos,
siempre deben ser desiguales por lo que son, la suposición parcial de un
hombre------------------------------------.
•
El método se usa para la evaluación del desarrollo del busto, los patrones
de pelo púbico y axilar, forma de las orejas, color de los ojos, huellas
digitales, etc. Mientras las apreciaciones utilizan comparaciones con
escalas o clasificaciones aceptadas
disponen
los
datos
en
convencionales, los ordenamientos
consecuencias
ordenadas
de
acuerdo
al
valor____________________.
•
Son útiles para estudiar fenómenos todos o nada, por ejemplo: ausencia
congénita de dientes. Las observaciones se usan también en forma
limitada cuando no son posibles datos cuantitativos; por ejemplo: En un
examen visual rápido de 67 niños esquimales entre los 6 y 11 años no se
observó ninguna mal oclusión Clase II_____________.
•
En las mediciones cuantitativas encontramos __________________,
_______________________ Y ______________________.
7
�BIBLIOGRAFÍA:
•
Crecimiento y desarrollo cráneo-facial. Castellano Pág. 18-19.
•
Manual de Ortodoncia. Moyers Pág. 6-12.
•
Temas de Ortodoncia. Estomatología Infantil. Colectivo de autores.
Primera parte Pág. 41-56.
•
Ortodoncia. Principios fundamentales y prácticos. Mayoral Pág. 1-7.
Tarea docente 2. Crecimiento y desarrollo prenatal
Objetivo: Identificar en qué período del desarrollo prenatal se producen las
malformaciones congénitas.
Acciones a desarrollar:
1- Las etapas en el desarrollo embrionario desde la fecundación hasta el
nacimiento son-------------------------------,-------------------------- y----------------------------.
2- La cabeza y la cara se desarrollan a partir de :------------------------------,---------------------,--------------------.
3- Complete las siguientes frases:
La no fusión de los procesos maxilares con los procesos nasales medios se
forma el ______ _______ _______ y ocurre a la ____ semana de vida
intrauterina.
La falta de fusión entre los procesos maxilares y los nasales laterales
ocasionan la_______ _________ ________ a la _____ semana de vida
intrauterina.
8
�La unión de los procesos nasales medios forma el __________, de
persistir como _______ _______ o ______ ________ _________
y
ocurre a la ______ semana de vida intrauterina.
BIBLIOGRAFÍA:
•
Colectivo de autores, 1ra parte. Pág. 59-90
•
Ortodoncia. Principios fundamentales y práctica. Mayoral. Pág. 7-53
•
Manual de Ortodoncia. Moyers. Pág. 19-28; 31-36; 39-43.
TEMA II: Desarrollo de los dientes y la oclusión fisiología dentomaxilofacial
Tarea docente 1. Desarrollo de los dientes y la oclusión primaria y permanente.
Objetivos:
a) Explicar orden, cronología de brote y características morfológicas y
funcionales de los dientes temporales y permanentes.
Acciones a desarrollar:
1-Complete los siguientes espacios en blanco en cuanto a las características de
los dientes temporales.
9
�•
Los ---------------------- son ovoides.
•
Los molares son---------------------------- que las bicúspides.
•
El color de los dientes----------------- y cuellos ---------------------.
•
El sobrepase es de ------------------------- o --------------------------.
2-Paciente de 9 años de edad que acude a consulta con dientes rotados. Puede
marcar la fórmula dentaria del maxilar superior correcta.
•
-------------------16 15 14 53 12 11 21 22 63 24 25 26
•
-------------------16 55 14 53 12 11 21 22 63 24 65 26
BIBLIOGRAFÍA:
•
Temas de ortodoncia y estomatología infantil. 1ra parte Cap. IV y V
•
Guías prácticas de Estomatología. Cap. 5 Oclusión.
TEMA III: Diagnóstico y etiología de las anomalías dentomaxilofaciales
Tarea docente 1. Concepto y etiología de las anomalías dentomaxilofaciales.
Objetivos: Realizar el diagnóstico diferencial, etiológico e individual de las
anomalías dentomaxilofaciales
10
�Acciones a desarrollar:
1-El orden del diagnóstico
de las anomalías dentomaxilofaciales es tejidos
blandos, ----------------------, -----------------------, ------------------------- y de
la -------------------------.
3-El sistema estomatognático está constituido por varios elementos, cualquier
alteración de una de sus partes dará lugar a la aparición de anomalías dentomaxilofaciales. Teniendo en cuenta las mismas complete los espacios en blanco.
a) Las anomalías se clasifican en ____________, ______________,
_______________, _______________ y ___________________.
b) Las anomalías de volumen de los labios son ________________ y
_______________.
c) La hiperdoncia es una anomalía de _____________ de los dientes.
d) Las anomalías de volumen de los maxilares son: _______________ y
----------.
e) La caída
_______________.
y
erupción
precoz
de
los
dientes
es
una
------
anomalía
de
BIBLIOGRAFÍA:
•
Colectivo de Autores 1ra parte p 141-154, 177-187
•
Mayoral p 121-206
TEMA IV: Biomecánica
Tarea docente 1. Biomecánica. Introducción y concepto. Movimiento dentario.
Objetivos: Conocer los aspectos relacionados con la biomecánica
Acciones a desarrollar:
1-La biomecánica se ocupa del movimiento de los organismos vivos. Relacione la
columna A (movimiento ortodóncico) con la B (características).
11
�A (mov. ortodóncico)
a)Movimiento de ingresión
B (características)
1- __Es el más difícil de realizar, por la forma del
alveolo hay una gran descomposición de fuerzas
b)Movimiento de gresión
2- __Es el que más recidiva
c)Movimiento de rotación
3- __Movimiento del diente fuera del alveolo, muy fácil
de realizar
d)Movimiento de versión
4-__Se produce reabsorción y aposición a lo largo de la
raíz, desapareciendo el fulcreem
e)Movimiento de Egresión
5-__El diente se mueve sobre un eje imaginario
horizontal
12
�BIBLIOGRAFÍA:
•
Colectivo de autores. Temas de ortodoncia en estomatología infantil.
Tomo II. Pág. 6- 50
•
Mayoral. Principios fundamentales y práctica. Pág. 359-387
TEMA V: Discrepancia hueso – Diente
Tarea docente 1: Discrepancia hueso – Diente. Etiología y clasificación
Objetivos: Evaluar la discrepancia hueso - diente, sus causas y clasificación.
Acciones a desarrollar:
1-Paciente de 8 años de edad que presenta discrepancia de -7,4 mm, con índice
incisivo superior de 36 mm e inferior de 25 mm. Analice las proposiciones según
las características del caso y seleccione la alternativa correcta.
-Proposiciones
a) Discrepancia hueso-diente negativa moderada
-----
13
�b) Su posible etiología es la macrodoncia
------
c) Discrepancia hueso-diente negativa elevada -----
Tarea docente 2. Manifestaciones clínicas de la discrepancia hueso-diente
negativa.
Objetivo:
Definir las características clínicas de la discrepancia hueso-diente negativa
Acciones a desarrollar:
1-Dentro de las manifestaciones de la discrepancia hueso-diente negativa se
encuentran:
1-Ectopia dentaria
14
�2-Retención dentaria
3- Diastemas
4-Apiñamiento
5-Vestibuloversion sin diastemas
6-Transposición dentaria
15
�7-Mordida cruzada anterior simple
Alternativas:
A.
1,5,6,7
B.
1,3,5,7
C.
1,2,3,4
D.
1,2,4,5
Tarea docente 3. Discrepancia hueso-diente negativa elevada
Objetivo:
1-Definir el tratamiento de la discrepancia hueso-diente negativa elevada en el nivel de
atención primaria.
Acciones a desarrollar:
1-El tratamiento ante la presencia de una discrepancia hueso diente negativa severa es
-------------------------.
2- Para la frase incompleta que brindamos a continuación uno o varios de los
complementos enumerados propuestos son correctos para completar la frase.
Seleccione la alternativa correcta.
Frase incompleta:
En un plan clínico de extracciones seriadas tenemos como requisitos fundamentales:
16
�Complementos:
1.
Bajo índice de caries
2.
Discrepancia hueso-diente positiva
3.
Clase I de Angle
4.
Oligodoncia de los segundos premolares.
5.
Buen balance neuromuscular y psíquico
Alternativas:
A.
1,2,3
B.
1,2,4
C.
1,3,4
D.
3,4,5
E.
1,2,5
3- Las indicaciones para realizar el plan clínico de extracciones seriadas son las
siguientes:
Complementos:
1- Macrodoncia
2- Macrognatismo antero-posterior
3-Microdoncia
17
�4-Mesiogresion
5- Micrognatismo transversal y antero-posterior o ambos
Alternativas:
a)
1,2,3
b)
1,3,4
c)
2,3,4
d)
1,4,5
e)
1,2,5
BIBLIOGRAFÍA BÁSICA:
•
Tratado de Ortodoncia. Texto para estudiantes de Pregrado. Dr. R. Otaño
Lugo y Col. de Autores
BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA:
•
Power Point: “Discrepancia hueso diente”
•
Documento teórico: “Métodos para calcular la discrepancia hueso diente”.
•
Video clase No 3: “Discrepancia hueso diente”.
Tema
VI:
Diagnóstico
y
tratamiento
de
las
Disfunciones
Neuromusculares y otras anomalías
de la atención primaria
18
�Tarea docente 1. Disfunciones neuromusculares. Concepto. Etiología. Manifestaciones
clínicas. Tratamiento.
Objetivo: Diagnosticar y tratar las disfunciones neuromusculares del aparato
estomatognático que se presentan en la atención primaria.
Acciones a desarrollar:
1-Complete los espacios en blanco:
El término disfunción neuromuscular se refiere al anormal funcionamiento de
ciertos -------------------- que afectan en alguna medida las ---------------- de
todo el sistema estomatognático.
2- Seleccione la respuesta correcta:
Asiste a consulta una mama con una niña de 9 años que presenta falta de cierre
labial, arcada superior estrecha y paladar profundo, vestibuloversion de incisivos
superiores, resalte aumentado y mordida profunda.
Ud. lo diagnostica como:
a) ___Succionador del pulgar
b.) ___ Protracción lingual
19
�c.) ___Respirador bucal.
El tratamiento inmediato por el EGB es:
a. ___remitir al otorrino, alergista y mioterapia
b. ___colocar pantalla oral
c. ___colocar placa de Hawley con levante de mordida
TEMA VII: Diagnóstico y enfoque terapéutico de las oclusiones invertidas
Tarea docente 1. Oclusión invertida
Objetivo: Diagnosticar y tratar la oclusión invertida
Acciones a desarrollar:
1- Paciente femenina de 9 años de edad traida a consulta por la mamá. Al
examen clínico se observa el 11 en linguoversión con resalte de -1mm, el diente
es de tamaño normal y existe suficiente espacio en la arcada para su correcta
ubicación. Basado en el caso clínico, seleccione la respuesta correcta.
El diagnóstico es:
a) ___Mordida cruzada anterior simple
20
�b) ___Mordida cruzada anterior complicada
c) ___Mordida cruzada anterior funcional.
El tratamiento de elección es:
a) ___Depresor lingual
b) ___Pantalla oral
21
�c) ___Hawley con rejilla
2- El resorte invertido anterior simple (mordida cruzada anterior simple) es una de las
anomalías dentomaxilofaciales que puede tratar el EGB de la siguiente forma:
1.
Utilización de mioterapia para el orbicular de los labios.
2.
Aparatología removible con resortes de vestíbulo versión y levantamiento de
mordida.
3.
Colocación de arco lingual con omega anterior
4.
Colocación de un plano inclinado por un periodo no mayor de 21 días
5.
Colocación de placa activa con resorte de coffin
6.
Colocación de bandas en molares superiores e inferiores con botones y ligas
7.
Utilización de un depresor lingual varias veces al día.
Alternativas:
A.
1,3,7
B.
2,3,6
C.
1,4,5
D.
2,4,7
E.
2,5,7
22
�CONCLUSIONES
•
En el diagnóstico realizado al estado actual del trabajo independiente en la
asignatura de Ortodoncia de la carrera de Estomatología de la Filial
Universitaria del Municipio de Moa, se pudo constatar la existencia de
incoherencias entre la efectividad del trabajo metodológico y el nivel de
desarrollo alcanzado en el
proceso de enseñanza-aprendizaje de los
estudiantes.
•
Las tareas docentes que se proponen haciendo uso de imágenes digitales
y teniendo como base el principio de la relación teoría–práctica, permite
llevar a los estudiantes a niveles superiores del desarrollo del aprendizaje
en la asignatura Ortodoncia.
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24
�
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TESIS
CARACTERIZACIÓN PETROLÓGICA
Y GEOQUÍMICA DE LAS ROCAS
METAMÓRFICAS, SECTOR
CAMARIOCA SUR
Yurisley Valdés Mariño
�Página legal
Título de la obra: Caracterización petrológica y geoquímica de las rocas metamórficas,
Sector Camarioca Sur, 94pp.
Editorial Digital Universitaria de Moa, año.2015 -- ISBN:
1. Autor: Yurisley Valdés Mariño
2. Institución: Instituto Superior Minero Metalúrgico ¨ Dr. Antonio Núñez
Jiménez¨
Edición: Lic. Liliana Rojas Hidalgo
Corrección: Lic. Liliana Rojas Hidalgo
Digitalización. Lic. Liliana Rojas Hidalgo
Institución de los autores: ISMM ¨ Dr. Antonio Núñez Jiménez¨
Editorial Digital Universitaria de Moa, año 2015
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INSTITUTO SUPERIOR MINERO METALURGICO DE MOA
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FACULTAD DE GEOLOGÍA Y MINERÍA
DEPARTAMENTO DE GEOLOGÍA
CARACTERIZACIÓN PETROLÓGICA Y GEOQUÍMICA DE
LAS ROCAS METAMÓRFICAS, SECTOR CAMARIOCA SUR.
Tesis presentada en opción al Título Académico de Máster en Geología
Maestría en Geología, Mención Prospección y Exploración de Yacimientos
Minerales Sólidos
9na Edición
Autor: Ing. Yurisley Valdés Mariño
Tutores: Dr. C. José Nicolás Muñoz Gómez
Dr. C. María Margarita Hernández Sarlabous
Dr. C. Idael Francisco Blanco Quintero
Dr. C. Kurt Mengel
Moa, 20 de marzo del 2015
“Año 57 de la Revolución”
Ing. Yurisley Valdés Mariño
1
�Tesis de Maestría
INDICE
INTRODUCCIÓN .................................................................................................................. 1
MARCO TEÓRICO CONCEPTUAL DE LA INVESTIGACIÓN ....................................... 6
CAPÍTULO 1: CARACTERÍSTICAS FÍSICO-GEOGRÁFICAS, GEOLÓGICAS
REGIONALES Y PARTICULARES DEL ÁREA DE ESTUDIO. .................................... 15
1.1 Introducción ................................................................................................................ 15
1.2 Características geográficas del área de estudio ........................................................... 15
1.3 Relieve ........................................................................................................................ 16
1.4 Hidrografía .................................................................................................................. 16
1.5 Clima ........................................................................................................................... 17
1.7 Economía .................................................................................................................... 18
1.8 Características geológicas regionales ......................................................................... 19
CAPÍTULO 2. METODOLOGÍA Y VOLÚMENES DE LOS TRABAJOS REALIZADOS
.............................................................................................................................................. 34
2.1 Introducción ................................................................................................................ 34
2.2 Etapa preliminar .......................................................................................................... 35
2.3 Trabajos de campo ...................................................................................................... 50
2.4 Trabajos de laboratorio ............................................................................................... 53
2.4.1 Análisis petrográfico ............................................................................................ 53
2.4.2 Método de fluorescencia de rayos X (FRX)......................................................... 55
2.4.3 Método de difracción de rayos-X (DRX) ............................................................. 55
2.5 Etapa de gabinete ........................................................................................................ 56
CAPÍTULO 3. ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS
OBTENIDOS. ...................................................................................................................... 57
3.1 Introducción ................................................................................................................ 57
3.2 Petrografía .................................................................................................................. 57
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VI
�Tesis de Maestría
3.2.1. Anfibolitas gneisicas .......................................................................................... 58
3.2.2 Granofels anfibolíticos ........................................................................................ 60
3.3 Interpretación de los análisis de difracción de rayos-X .............................................. 67
3.5 Interpretación de los análisis de fluorescencia de rayos-X ......................................... 69
3.4 Consideraciones finales .............................................................................................. 78
Conclusiones......................................................................................................................... 80
Recomendaciones ................................................................................................................. 81
Bibliografía ........................................................................................................................... 82
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VII
�Introducción
INTRODUCCIÓN
La actividad tectónica de la litosfera terrestre origina que las rocas ígneas y sedimentarias
formadas en determinados ambientes y condiciones ambientales precisas, sean sometidas a
nuevas condiciones de presión y temperatura. Estas nuevas condiciones, asociadas
frecuentemente a la acción de esfuerzos tectónicos conllevan a la formación de cadenas
montañosas,
las
rocas
preexistentes
se
transformen
textural,
estructural
y
mineralógicamente en estado sólido, dando lugar a las rocas metamórficas (K. Bucher y
R. Grapes. 2011).
Estas rocas presentan características petrográficas especialmente complicadas, debido a los
procesos de transformación que han sufrido, generalmente acompañados de intensa
deformación (Eskola, P. 1915, 1920 y 1939). Las condiciones metamórficas de presión y
temperatura pueden ser más o menos altas, pero en una misma composición se encuentran
minerales y texturas distintas en función de la intensidad de las condiciones
metamórficas o grado metamórfico. Se diferencian así rocas de grado muy bajo (entre
100 °C y 200 °C - 250 °C), bajo (entre 200 °C – 250 °C y 400 °C - 450 °C), medio (entre
400 °C - 450 °C y 600 °C - 650 °C) y alto (más de 600 °C - 650 °C) Miyashiro (1973). La
intensidad de las condiciones metamórficas también se describe mediante el concepto de
facies metamórfica, (Humphris y Thompson 1978; Bucher y Frey 1994; Frey y Robinson
1999), que aluden al conjunto de rocas formadas en determinados rangos de condiciones
de presión y temperatura, donde las rocas de composición basáltica (se toman de patrón)
porque desarrollan asociaciones minerales típicas de condiciones de presión y temperatura.
En numerosos sectores del territorio cubano afloran rocas metamórficas generadas por
procesos de carácter regional, cuyos protolitos ya sean de naturaleza oceánica
o
continental, constituyen formaciones y complejos de edad Mesozoica, específicamente
Jurásicos y Cretácicos, que pueden llegar a constituir grandes macizos rocosos. En Cuba
Algunos complejos o formaciones están compuestos esencialmente por anfibolitas, tales
como el complejo Mabujina (Bibikova, E.V. et al. 1988), la formación Yayabo en el
macizo Escambray, las anfibolitas Perea en el norte de Cuba central y vinculada con el
cinturón ofiolítico y la Fm. Güira de Jauco en el extremo oriental cubano. También se
destacan bloques de anfibolitas de alta y baja presión incluidos en las serpentinitas del
cinturón ofiolítico (Lázaro 2013 y 2014).
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1
�Introducción
Knipper y Cabrera (1974), hacen una caracterización completa de la asociación ofiolítica,
donde relacionan a los gabros y las diabasas con las rocas del complejo ultramáfico y
consideran que el conjunto de los complejos ofiolíticos estudiados son parte de la corteza
oceánica. Sin embargo Somin y Millán (1981) dudan de las relaciones que puedan existir
entre estos complejos y un perfil oceánico típico.
Por otra parte, en una estrecha faja de melange serpentinítico que constituye la
prolongación oriental del macizo ofiolítico de Cajálbana, en Cuba occidental, se destacan
numerosos bloques de anfibolitas metadiabásicas y metagabroídicas, incluidos en
peridotitas tectoníticas muy serpentinizadas y cizalladas. Estas son anfibolitas normales
compuestas por hornblenda y oligoclasa a andesina, que generalmente conservan restos de
estructuras y minerales magmáticos, que frecuentemente presentan una marcada foliación
metamórfica (Somin y Millán, 1981; Millán 1996 b).
En la composición de los melanges serpentiníticos que aparecen incluidos en peridotitas
tectoníticas serpentinizadas en el cinturón ofiolítico cubano, suelen destacarse, bloques de
rocas metamórficas de alta presión, cuyos protolitos son principalmente elementos
constituyentes de una corteza oceánica (ofiolíticos) metamorfizados en una zona de
subducción, constituyendo lo que se conoce en la literatura como un complejo de
subducción (Somin y Millán, 1981; Kubovics et al. 1989; Millán, 1996 b, 1997c).
En algunos complejos ofiolíticos se han descrito rocas ígneas que presentan afinidades
geoquímicas entre basaltos de dorsal medio oceánica (MORB) y basaltos de arco de isla
(IOB) Lázaro et al. 2013. Entre las características geoquímicas que distinguen los basaltos
MORB de los IOB se incluyen: >1 wt% TiO2, empobrecimiento en elementos de tierras
raras ligeras (LREE) y ausencia de empobrecimientos en elementos de alto potencial iónico
(HFSE, p.e. Nb, Ta), ejemplificados en diagramas multielementales normalizados. Las
rocas básicas tipo MORB de complejos ofiolíticos se han caracterizado como basaltos de
antearco generados en etapas tempranas de subducción (Stern et al. 2012). Por el contrario,
los basaltos tipo IOB tienen menores contenidos en TiO2, están enriquecidos en elementos
móviles en fluidos/fundidos, tales como elementos de alto radio iónico (LILE, incluyendo
LREE) y presentan fuertes empobrecimientos en HFSE relativos a los LREE (Pearce,
2003). El reconocimiento de estas composiciones, tipo MORB y tipo arco, en un mismo
complejo ofiolítico ha permitido a algunos autores proponer que se trata de secciones
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�Introducción
basálticas de complejos ofiolíticos en ambientes de antearco (Reagan et al. 2010). A esto se
suma que basaltos de antearco del arco Marianas-Izu-Bonin presentan razones Ti/V
menores que los MORB, lo que posiblemente se debe a un incremento de la tasa de fusión
en los contextos de antearco en los estadios incipientes de desarrollo de las zonas de
subducción (Reagan et al. 2010), (Lázaro et al. 2013).
En los últimos años los trabajos realizados en la región se han encaminado
fundamentalmente al esclarecimiento e identificación de las principales fases minerales
portadoras de los componentes útiles: hierro, níquel y cobalto en los yacimientos lateríticos
de Moa. (Rojas Purón, L.A. et al. 1994); (Almaguer, A. 1995 y 1996) (Brand, N. W.1998);
(Muñoz J. N. 2004); (Galí, S. et al. 2006).
En el sector Camarioca Sur se inician los trabajos en 1976, (Sitnikov, V. et al. 1976), ellos
describen que las peridotitas serpentinizadas están representadas por dunitas y harzburgitas
serpentinizadas y en casos aislados por lherzolitas y wherlitas. Además identifican áreas
con la presencia de serpentinitas, variedad antigorita, asociadas a las zonas de falla y
describen que el basamento está constituido por las serpentinitas antigoríticas; concluyendo
que en estas zonas se localizan cortezas de intemperismo poco desarrollas y con bajos
contenidos de níquel.
En el 2010 se desarrolla un proyecto de exploración geológica en esta área por
investigadores del Departamento de Geología del Instituto Superior Minero Metalúrgico de
Moa, los cuales describen la secuencia mantélica que está presente en el área de estudio,
constituido mayoritariamente por harzburgítas y dunítas, con alto por ciento de cromititas
podiformes y la ausencia de xenolitos de alta presión. El límite inferior de estas ofiolitas
está definido por fallas inversas de bajo ángulo, indicando que su emplazamiento está
relacionado con un evento de acortamiento cortical, que puede relacionarse con una
colisión o subducción con polaridad reversa (subduction polarity reversal). (IturraldeVinent, 2003; Cobiella-Reguera, 2005; Lewis et al.2006).
En conformidad con las rocas pertinentes al macizo, las principales rocas ultramáficas del
basamento son harzburgitas con una
distribución del 76%, un grado variable de
serpentinización, asociado principalmente a zonas de fracturas y cizalla. En menor
porcentaje de representación aparecen serpentinitas, dunita y lherzolitas, las que sugieren
un origen mantélico de las litologías del basamento. (Muñoz et al. 2007).
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�Introducción
También se observan rocas peridotíticas alteradas como las antigorititas y talcititas, con
predominio de talcitización hacia la parte Norte y la carbonatización hacia el Sur. Estas
litologías pueden tener influencia local en el desarrollo y composición de la corteza
laterítica.
Se documentaron bloques dispersos de variados tamaños de rocas compactas de grano fino
a muy fino, muy duras, de color gris oscuro sobre las cuales apenas se desarrollan las
lateritas. En las mismas se identificaron rasgos estructurales, texturales y mineralógicos que
le confieren un carácter exótico con respecto a las asociaciones litológicas presentes. Llama
la atención que en estas no se presenten el cuarzo y las micas lo que es típico del protolito
pelítico.
Se han reportado de manera puntual rocas félsicas muy compactas y duras, que contienen
plagioclasas ácidas, donde el cuarzo está ausente o se presenta en poca cantidad, y además
contienen abundantes minerales metamórficos. Estas rocas podrían ser consideradas
trondhjemitas, lo que debe ser precisado en futuras investigaciones, ya que implicaría la
presencia de un posible melange de subducción similar al descrito en Sierra del Convento y
La Corea. (Blanco Quintero, I. F. et al. 2011)
El estado de actual de la investigación en este campo permite plantear como problema el
insuficiente conocimiento sobre el origen y formación de las rocas metamórficas presentes
en el sector Camarioca Sur, asociado al complejo ofiolítico Moa-Baracoa.
Objeto de estudio
Las rocas metamórficas afloradas en el sector Camarioca Sur.
Campo de acción.
Petrología y geoquímica de las rocas metamórficas.
El objetivo general
Caracterizar petrológica y geoquímicamente las rocas metamórficas presentes en el sector
Camarioca Sur, asociados al complejo ofiolítico Moa-Baracoa para contribuir al grado de
conocimiento sobre la evolución geológica del complejo ofiolítico.
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�Introducción
Hipótesis
Si se determinan los principales rasgos petrológicos y geoquímicos de las rocas
metamórficas que conforman el sector Camarioca Sur, a partir de la identificación de las
principales paragénesis minerales y texturas, entonces se establece la génesis de las rocas
metamórficas, que permite definir los protolitos que le dieron origen y sus implicaciones en
la evolución geológica del complejo ofiolítico.
Objetivos específicos:
•
Identificar y clasificar desde el punto de vista petrográfico las rocas metamórficas
presentes en el sector de estudio a partir del establecimiento de las principales
paragénesis minerales y texturas.
•
Determinar sus posibles protolitos
•
Determinar el ambiente tectónico de formación
•
Aporte científico
La novedad científica está dada en que a partir de la caracterización petrológica y
geoquímica realizada a las rocas analizadas se han establecido la existencia de rocas básicas
metamórficas de grado medio en el complejo ofiolítico Moa-Baracoa.
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�Introducción
MARCO TEÓRICO CONCEPTUAL DE LA INVESTIGACIÓN
PROCESOS
METAMÓRFICOS
Y
CLASIFICACIÓN
DE
LAS
ROCAS
METAMÓRFICAS
La actividad tectónica de la litosfera terrestre origina que las rocas ígneas y sedimentarias
formadas en determinados ambientes y condiciones ambientales precisas, sean sometidas a
nuevas condiciones de presión y temperatura. Estas nuevas condiciones, asociadas
frecuentemente a la acción de esfuerzos tectónicos conllevan a que por ejemplo, a la
formación de cadenas montañosas, las rocas preexistentes se transformen textural,
estructural y mineralógicamente en estado sólido, dando lugar a las rocas metamórficas. (K.
Bucher and R. Grapes. 2011).
Estas rocas presentan características petrográficas específicas, debido a los procesos de
transformación que han sufrido, generalmente acompañados de intensa deformación
(Eskola,P. 1915, 1920 y 1939). Las condiciones metamórficas de presión y temperatura
pueden ser más o menos altas, pero en una misma composición se encuentran minerales y
texturas distintas en función de la intensidad de las condiciones metamórficas o grado
metamórfico. Se diferencian así rocas de grado muy bajo (entre 100 °C y 200 °C -250 °C),
bajo (entre 200 °C -250 °C y 400 °C -450 °C), medio (entre 400 °C -450 °C y 600 °C -650
°C) y alto (más de 600 °C -650 °C) (Miyashiro 1973). La intensidad de las condiciones
metamórficas también se describe mediante el concepto de facies metamórfica, (Bucher y
Frey 1994), (Frey M., y Robinson 1999).
El concepto de facies fue definido por Eskola. P. (1915) el que planteo “Una facies
metamórfica es un grupo de rocas caracterizadas por un conjunto definido de minerales
que, bajo las condiciones de su formación, alcanzaron el equilibrio perfecto entre ellos. La
composición mineral cualitativa y cuantitativa en las rocas de una facies dada varia
gradualmente en correspondencia con las variaciones en la composición química de las
rocas”.
Eskola. P (1920) también definió el concepto de facies mineral, en un sentido más amplio y
aplicable tanto a rocas metamórficas como ígneas. “Una facies mineral comprende todas
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6
�Introducción
las rocas que se han originado bajo condiciones de temperatura y presión tan similares
que una composición química concreta produce el mismo conjunto de minerales...”
Subsecuentemente, Eskola. P (1939) escribió: “En una facies dada se agrupan rocas para
las que composiciones (químicas) globales idénticas exhiben asociaciones minerales
idénticas, pero cuya composición mineral para composiciones (químicas) variables varía
de acuerdo con leyes definidas”.
La IUGS define las facies metamórficas, siguiendo a Eskola y otros autores, como: “Una
facies metamórfica es un conjunto de asociaciones minerales repetidamente asociadas en
el tiempo y el espacio y que muestran una relación regular entre composición mineral y
composición química global, de forma que diferentes facies metamórficas (conjunto de
asociaciones minerales) se relacionan con las condiciones metamórficas, en particular
temperatura y presión, aunque otras variables, como PH2O pueden ser también
importantes”.
Eskola definió 8 facies: esquistos verdes, anfibolitas con epidota, anfibolitas, corneanas
piroxénicas, sanidinitas, granulitas, esquistos con glaucofana (o esquistos azules, como
ahora se las denomina), y eclogitas. Coombs et al. (1959) añadió las facies de las zeolitas, y
una zona de prehnita-pumpellyita, que Turner (1968) llamó facies de las metagrauvacas con
prehnita-pumpellyita. Miyashiro (1973) usó las diez facies anteriores, aunque renombró la
última como facies de prehnita-pumpellyita (que se ha subdividido en facies de prehnitapumpellyita, prehnita-actinolita, y pumpellyita-actinolita, aunque colectivamente que se
agrupan bajo el término facies sub-esquistos verdes). Figura 1.
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�Introducción
Figura 1. Gráfico de variabilidad de las condiciones de presión y temperatura. Tomado de Miyashiro 1973.
Las clasificaciones de las rocas metamórficas se realizan teniendo en cuenta 3 parámetros
fundamentales (Fettes 2007).
La composición química y mineralógica de la misma
El origen de la roca original o protolito (ígneo o sedimentario)
Sus características texturales, estructurales y de fábrica
En cuanto al criterio composicional, se pueden diferenciar grandes grupos tales como rocas
de composición máfica y ultramáfica (procedentes de rocas ígneas, máficas como gabros y
ultramáficas como peridotitas), pelítica (rocas sedimentarias detríticas arcillosas) y gnéisica
(rocas ígneas ácidas como granitos y riolitas, y sedimentarias de tipo areniscas arcósicas),
carbonáticas (calizas y dolomías) y calcosilicatadas (carbonatadas impuras con cierta
proporción de componente arcilloso y margas). (Turnbull et al. 2001).
TIPOS DE METAMORFISMO
Los tipos de metamorfismo más importante son metamorfismo regional y metamorfismo de
contacto. Las rocas del primer tipo de metamorfismo se forman en áreas orogénicas
amplias, a lo largo de cientos de km, soliendo presentar foliaciones e importantes
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8
�Introducción
deformaciones. Las del segundo tipo se forman en torno a los contactos entre cuerpos
magmáticos intrusivos y las rocas encajantes, en respuesta al incremento de temperatura
que sufren las rocas adyacentes al ponerse en contacto con los cuerpos ígneos. Este tipo de
rocas no sufre esfuerzos dirigidos especialmente intensos durante la blastesis mineral, por
lo que suelen ser rocas no foliadas (exclusivamente blásticas). Existen, no obstante, otros
tipos de metamorfismo. (Bucher y Grapes, 2011).
La clasificación del metamorfismo se basa en criterios variados:
1. La extensión areal sobre la que se produce el proceso (i.e., m. regional, m. local).
2. Contexto geológico (orogénico, de enterramiento, de fondo oceánico, de dislocación, de
contacto, de lámina caliente –“hot-slab”,...).
3. El principal factor (P, T, PH2O, esfuerzo desviatorio, deformaciones) del metamorfismo
(m. térmico).
4. La causa particular de un metamorfismo específico (m. de impacto, m. hidrotermal)
5. Si el metamorfismo resultó de un solo evento o de más de uno (monometamorfismo,
polimetamorfismo).
6. Si va acompañado de incremento o descenso de temperatura (m. progrado, m.
retrogrado).
Texturas
Las texturas principales que pueden encontrarse en las rocas metamórficas son cuatro (Spry
et al. 1969), que se describen a continuación.
Textura granoblástica. Los cristales forman un mosaico de granos más o menos
equidimensionales. Los contactos entre granos tienden a formar angulos de 120º en puntos
donde se juntan tres de ellos (denominados puntos triples). Esto se debe a que esta
disposición morfológica en más estable, ya que se minimiza la superficie total de contactos
entre granos y por ende la energía de superficie, por comparación con otras disposiciones
que implican contactos al azar. Esta textura es común en rocas monominerales como
cuarcitas y mármoles, así como en rocas de grado metamórfico muy alto como granulitas.
Textura lepidoblástica. Está definida por minerales tabulares (en general filosilicatos,
normalmente micas y cloritas) orientados paralelamente según su hábito planar. El hecho
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9
�Introducción
de que esta textura presente orientación preferente de sus componentes minerales supone
que las rocas con esta textura presentan fábrica planar (o plano-lineal), lo que confiere a la
roca una anisotropía estructural (foliación) según la cual tiende a exfoliarse. Estas rocas
presentan, por tanto, comportamientos mecánicos contrastados según las direcciones
perpendicular y paralela a la superficie de foliación. Esta textura es la típica de metapelitas
(pizarras, micacitas, esquistos y gneises pelíticos).
Textura nematoblástica. Está definida por minerales prismáticos o aciculares (e.g.,
inosilicatos, normalmente anfíboles), orientados paralelamente según su hábito elongado en
una dirección. Las rocas con esta textura presentarán fábrica lineal (o plano-lineal), lo que
igualmente les confiere una anisotropía estructural (lineación) según la cual las rocas
tienden a escindirse. Esta textura es típica de anfibolitas y algunos gneises y mármoles
anfibólicos.
Textura porfidoblástica. Está definida por la presencia de blastos de tamaño de grano
mayor (i.e., porfidoblastos) que el resto de los minerales que forman la matriz en la que se
engloban. La matriz por su parte puede tener cualquiera de las texturas anteriores (grano-,
lepido- o nematoblástica), o una combinación de ellas. Cualquier tipo de roca metamórfica
puede tener textura porfidoblástica, y los porfidoblastos pueden ser de cualquier mineral
que la forme.
Estructuras, microestructuras y fábrica
Las estructuras encontradas en las rocas metamórficas dependen de si ésta ha sufrido o no
deformación, y del tipo de estructuras de las rocas originales, ígneas o sedimentarias.
(Yardley 1989).
En el caso de no haber sufrido deformación (como sería el caso típico de las rocas de
metamorfismo de contacto), no suele existir orientación preferencial de los blastos
minerales. La fábrica sería por lo tanto generalmente isótropa. En estos casos, se encuentran
estructuras bandeadas, que pueden ser relictas de estructuras sedimentarias antiguas (como
superficies de estratificación), o desarrolladas durante el propio proceso metamórfico (e.g.
diferenciados metamórficos, migmatitas estromáticas), estructuras masivas (e.g. granulitas
y mármoles corneánicos, algunas serpentinitas) y estructuras nodulosas (e.g. corneanas
nodulosas o moteadas).
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10
�Introducción
En el caso de que las rocas hayan sufrido deformación contemporánea con el
metamorfismo (rocas de metamorfismo regional), todos o parte de los blastos minerales
presentan orientaciones morfológicas (fábrica) y/o cristalográficas (fábrica cristalográfica)
preferentes. Las estructuras y las fábricas encontradas son en parte equivalentes. La
estructura más común es la bandeada que, además, presentará orientación preferente de los
minerales paralelamente al bandeado.
Tanto en las rocas no deformadas como en las deformadas (aunque especialmente en estas
últimas) se pueden encontrar características estructurales penetrativas en grandes
volúmenes de rocas, independientemente de su estructura básica. Se dice que una
característica es penetrativa cuando se encuentra homogéneamente distribuida por toda la
roca a una escala determinada, lo cual supone que se repite en el espacio de manera
constante. Normalmente, la escala es pequeña, esto es microscópica o de muestra de mano.
En las rocas metamórficas las estructuras penetrativas son la foliación y la lineación,
caracterizadas por la existencia de cualquier superficie o línea, respectivamente, presentes
en la roca de forma penetrativa. Estas estructuras imprimen la facilidad de rotura a favor de
las mismas. En las rocas metamórficas deformadas, tanto las foliaciones como las
lineaciones son el resultado de la deformación sufrida ante la acción de esfuerzos dirigidos
(i.e., esfuerzos no hidroestáticos) (Turnbull, et al. 2001)
A partir de los criterios de tipo y grado de metamorfismo, texturas, estructuras y fábricas, y
composición de la roca original (Bucher y Grapes 2011), se clasifican las rocas
metamórficas entre las que se destacan:
Pizarra y filita. Rocas pelíticas de grano muy fino a fino. Está compuestas esencialmente
de filosilicatos (micas blancas, clorita,...) y cuarzo (si es muy abundante puede denominarse
entonces cuarzofilita); los feldespatos (albita y feldespato potásico) también suelen estar
presentes. Este tipo de roca presentan foliación por orientación preferente de los minerales
planares (filosilicatos), y son fácilmente fisibles.
Esquisto. Roca pelítica de grano medio a grueso y con foliación marcada (en este caso se
denomina esquistosidad). Los granos minerales pueden distinguirse a simple vista (en
contra de las filitas y pizarras). Los componentes más abundantes son moscovita, biotita,
plagioclasas sódicas, clorita, granates, polimorfos del silicato de aluminio (andalucita,
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11
�Introducción
silimanita, distena), etc. A veces pueden tener altas concentraciones de grafito, por lo que
toman un color oscuro (al igual que las pizarras y filitas).
Gneiss. Rocas cuarzofeldespática de grano grueso a medio, con foliación menos marcada
que en los esquistos debido a la menor proporción de filosilicatos (esencialmente moscovita
y/o biotita). Para definir una roca como gneiss debe contener más de un 20 % de
feldespatos. Su origen es diverso, pudiendo derivar tanto de rocas ígneas (ortogneisses)
como sedimentarias (paragneisses); algunos gneises se producen en condiciones de alto
grado por fusión parcial de esquistos u otros gneises, denominándose gneises migmatíticos.
Anfibolita. Roca compuestas esencialmente por anfíboles (en general hornblenda) y
plagioclasa de composición variable. La esquistosidad no suele estar muy desarrollada,
aunque los prismas de anfíbol suelen estar orientados linealmente (lo cual genera
lineación). Proceden en su mayoría de rocas ígneas básicas (ortoanfibolitas) y margas
(paraanfibolita).
Mármol. Roca de grano fino a grueso compuesta esencialmente por carbonatos (calcita y/o
dolomita) metamórfico. Normalmente, los mármoles no presentan foliación, debido a la
ausencia o escasez de minerales planares. Su estructura es variada, aunque abunda la
masiva y bandeada, y su textura es típicamente granoblástica. Su color es muy variado,
desde blanco, gris, rosa a verde. Resultan de la recristalización de rocas calizas de cualquier
tipo, por lo que no pueden observarse los componentes originales como bioclastos, oolitos,
etc. Los mármoles no deben confundirse con calizas esparíticas sedimentarias, que sí
presentan los componentes originales, aunque más o menos modificados por los procesos
diagenéticos. De hecho, gran parte de las rocas que comercialmente se conocen con el
nombre de mármol, son rocas carbonatadas sedimentarias.
Cuarcita. Roca de grano medio a fino, constituida esencialmente por cuarzo (más del 80
%) y algo de micas y/o feldespatos. Las cuarcitas derivan de rocas sedimentarias detríticas
ricas en cuarzo (areniscas cuarcíticas) con las que no deben confundirse. Son rocas masivas
o bandeadas, sin foliación marcada y textura granoblástica deformada o no.
Corneana. Roca no esquistosa desarrollada por metamorfismo de contacto sobre rocas
originariamente pelíticas. La composición mineral es muy similar a la de los esquistos,
aunque presentan algunas diferencias mineralógicas, como cordierita y andalucita. La
textura es granoblástica, la estructura generalmente masiva y la fábrica no orientada.
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�Introducción
Cuando una roca metamórfica es de contacto suele ser nombrada con el término
“corneánico/a”, independientemente que su composición sea o no pelítica (e.g., mármoles
corneánicos).
Serpentinita. Roca compuesta esencialmente por minerales del grupo de la serpentina
(antigorita, crisotilo, lizardita, carlosturanita), con proporciones variadas de clorita, talco, y
carbonatos (calcita, magnesita). Son rocas generalmente masivas, aunque pueden presentar
cierto bandeado composicional. Proceden de rocas ultrabásicas, constituidas esencialmente
por olivino y piroxenos, hidratadas durante el proceso metamórfico.
Estos tipos descritos se forman a partir de una misma roca, difiriendo en cuanto al grado
metamórfico sufrido. Así por ejemplo, una pelita (o metapelita) de grado muy bajo se
denomina en general filita o pizarra, en grado bajo sería una micacita o un esquisto, en
grado medio un esquisto y en grado alto un esquisto o un gneis pelítico; una roca máfica
sería un esquisto verde en grado bajo (esquisto con abundante clorita y albita) o una
anfibolita en grado medio.
Las rocas metamórficas foliadas (e.g., esquistos, gneises) no han sido especialmente
utilizadas como material de construcción debido a la fuerte anisotropía que presentan en
cuanto a sus características mecánicas, que suponen una fácil exfoliación y rotura
paralelamente a la superficie de foliación y/o lineación.
Los prefijos meta, orto y para suelen utilizarse en las denominaciones de las metamorfitas:
Meta: el prefijo meta se usa, en casos necesarios, acompañado del nombre de la roca
primaria para indicar que esta última se encuentra metamorfizada. Por ejemplo: metagabro,
metabasalto, metaarenisca, etc. Este prefijo, acompañado de la denominación de la roca
primaria, también suele utilizarse a continuación del nombre de una metamorfita nominada.
Por
ejemplo:
anfibolita
metagabroídica,
gneiss
feldespato
micáceo
granatífero
metagranitoídico, eclogita metagabroídica, esquisto cuarzo moscovítico metaterrígeno o
metaarenoso, etc.
Orto: el prefijo orto se usa, en casos necesarios, acompañado del nombre de la roca
metamórfica para indicar que esta última tiene un origen ígneo o magmático. Por ejemplo:
ortoanfibolita, ortogneiss plagioclaso micáceo granatífero, ortoesquisto albito clorito
actinolítico, ortoesquisto verde, etc.
Ing. Yurisley Valdés Mariño
13
�Introducción
Para: el prefijo para, se usa, en casos necesarios, acompañado por el nombre de la
metamorfita para indicar que esta última tiene un origen sedimentario. Por ejemplo:
paraanfibolita, paragneiss cuarzo plagioclaso micáceo con cianita y granate, paraesquisto
verde actinolito clorito albítico, etc.
.
Ing. Yurisley Valdés Mariño
14
�Capítulo I
Características físico-geográficas, geológicas regionales y particulares del área de estudio.
CAPÍTULO 1: CARACTERÍSTICAS FÍSICO-GEOGRÁFICAS, GEOLÓGICAS
REGIONALES Y PARTICULARES DEL ÁREA DE ESTUDIO.
1.1 Introducción
En el presente capítulo se describen los principales rasgos geomorfológicos, tectónicos,
hidrogeológicos, climáticos y geológicos del sector analizado así como también las
características de la vegetación y la economía, lo cual permitirá tener una panorámica
general acerca del área de estudio.
1.2 Características geográficas del área de estudio
El área de estudio se encuentra ubicada geográficamente en el extremo nororiental del
territorio cubano específicamente en el municipio Moa, provincia Holguín y en el sector
norte del yacimiento Camarioca Sur, como se puede observar en la (Figura 1.1). Según el
sistema de coordenadas Lambert el sector de estudio se encuentra delimitado por las
coordenadas: X: 693 900 – 700 900 y Y: 213 200 – 205 400
Figura 1.1. Fotografía del mapa de ubicación geográfica, sector Camarioca sur.
Ing. Yurisley Valdés Mariño
15
�Capítulo I
Características físico-geográficas, geológicas regionales y particulares del área de estudio.
1.3 Relieve
El relieve del territorio se caracteriza por el predominio del relieve de montaña, las que se
manifiestan de forma continua hacia la parte centro sur, con predominio de las cimas
aplanadas y vertientes abruptas hacia los cursos de aguas principales, destacándose como
cota máxima la elevación El Toldo con una altura de 1174,6 metros sobre el nivel del mar.
Geomorfológicamente el territorio está clasificado genéticamente dentro del tipo de horst
y bloques que corresponde a los cuerpos de rocas ultrabásicas elevados en la etapa
geotectónica (Oliva 1989). Para
la
región
se
han
determinado
dos
zonas
geomorfológicos: de llanuras y montañas (Rodríguez 1998).
Las llanuras fluviales, acumulativas y abrasivo – acumulativas presentan un desarrollo
limitado a algunas cuencas fluviales de la zona. Por su parte, la llanura litoral que se
dispone como una estrecha franja paralela a la costa, es de tipo acumulativa marina,
apareciendo ligeramente diseccionada con alturas que pueden alcanzar hasta los 20 – 25
metros. Hacia la parte Sur predominan las montañas bajas y premontañas de cimas
aplanadas o ligeramente diseccionadas.
El área de estudio se encuentra ubicada específicamente en el borde occidental del bloque
morfotectónico de mayor levantamiento de la región, lo que le confiere una mayor
inestabilidad e irregularidad de la topografía, por lo que aun cuando predomina el relieve de
montañas bajas aplanadas, en su morfología aparecen numerosos barrancos, escarpes y
deslizamientos, así como sectores diseccionados. Los barrancos son frecuentes en la parte
alta y media de los ríos que atraviesan el complejo ofiolítico y que tienen un fuerte control
estructural, alcanzando su mayor expresión en la parte centro meridional y llegan a
desarrollar pendientes de hasta 45º con alturas máximas de 240 m, lo cual hace susceptible
a estos sectores al deslizamiento y arrastre de suelos.
1.4 Hidrografía
La red hidrográfica en la zona se encuentra bien desarrollada, representada por numerosos
ríos y arroyos entre los que se destacan: Aserrío, Cabañas, Moa, Yagrumaje, Punta Gorda,
Cayo Guam, Semillero, El Medio, Cupey, Yamanigüey y parte de su curso del Jiguaní, los
que en su mayoría corren de Sur a Norte, desembocando en el océano Atlántico, formando
deltas cubiertos de mangles. En general predomina la configuración fluvial de tipo
dendrítica, aunque debido al control tectónico del relieve, pueden observarse sectores
Ing. Yurisley Valdés Mariño
16
�Capítulo I
Características físico-geográficas, geológicas regionales y particulares del área de estudio.
fluviales con red enrejada. Los ríos forman terrazas al llegar a la zona de pie de monte, sus
orillas son abruptas y erosionadas en la zona montañosa mientras que en las partes bajas
son llanas y acumulativas y en todos los casos son alimentados por las precipitaciones
atmosféricas teniendo como nacimiento las zonas montañosas del grupo Sagua – Baracoa.
En el sector analizado la red hidrográfica aunque mantiene sectores con configuración
dendrítica, presenta un gran control tectónico debido a la alta fracturación de las rocas.
1.5 Clima
El clima de la zona es del tipo tropical húmedo, el cual se ve influenciado por la orografía,
ya que las montañas del grupo Sagua-Baracoa sirven de barrera a los vientos alisios del
NE, los cuales descargan toda su humedad en forma de abundantes precipitaciones en la
parte norte de la región. En la misma se distinguen de acuerdo a la distribución de las
precipitaciones dos períodos de lluvia (Mayo-Junio) y (Octubre-Enero) y dos períodos de
seca (Febrero-Abril) y (Junio-Septiembre). Según análisis estadístico de 21 años (1989–
2009), referente al comportamiento de las precipitaciones en Moa, el total anual varía entre
767 - 3560mm. La cantidad de días con lluvias anuales que se registran en la serie
analizada para cada pluviómetro, manifiestan una regularidad cada cuatro años, en que
existe un ascenso en la cantidad de días lluviosos. Por tanto este comportamiento corrobora
la existencia de períodos húmedos comprendidos entre los meses octubre - enero con un
promedio de lluvia que oscila entre 155 - 336 mm y el mes de mayo con un promedio de
169.7 mm; y períodos secos que se dividen entre los meses febrero, marzo, abril con un
promedio de lluvia entre 113 - 151 mm y el que abarca los meses junio, julio, agosto con
un acumulado promedio entre 120 - 122 mm de precipitaciones. La temperatura media
anual oscila entre 22.26 C y 30.5 C, siendo los meses más calurosos desde julio hasta
septiembre y los más fríos enero y febrero, siendo los meses más lluviosos noviembre y
diciembre y los meses más secos marzo, julio y agosto.
1.6 Vegetación
La flora del municipio Moa es muy variada en toda su magnitud, por eso se destaca tanto
por su endemismo genérico, como especifico; también hay especies significativas por
considerarse relictos de eras pasadas. La vegetación presente forma parte de 5 formaciones
vegetales:
Ing. Yurisley Valdés Mariño
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�Capítulo I
Características físico-geográficas, geológicas regionales y particulares del área de estudio.
Pinares: es un bosque siempre verde, con hojas en forma de agujas, generalmente con un
solo estrato arbóreo dominante (Pinus Cubensis), con altura de 20-30m y una cobertura
entre 80 y 90% de la superficie pudiendo llegar en ocasiones hasta el 100%. Especies más
representativas pinus cubensis, framboyán azul, guao y copey.
Pluvisilvas: es la formación vegetal más vigorosa y puede alcanzar hasta 40m de altura.
Especies más representativas: majagual azul, ocuje colorado, roble y yagruma.
Carrascales: son formaciones de bosques siempre verde o matorrales bajos siempre verde.
Alcanzan una altura de 6 y 8 m. Especie más representativa jaracanda arbórea.
Bosques de galería: se desarrollan en las laderas de los ríos, arroyos, cañadas y diferentes
cursos de agua. Pueden alcanzar hasta 20 m de altura o más. Especie representativa: ocuje
colorado y diferentes tipos de helechos.
Manglares: son bosques siempre verdes que pueden oscilar desde 5 a 15 m y en ocasiones
hasta 25 de acuerdo a las condiciones ecológicas de las zonas. Se localizan en zonas
costeras bajas, fangosas, parcial o totalmente inundadas por agua salada, con acción directa
del agua de mar.
Especies características: mangle rojo, mangle prieto, patabán, yana. Esta formación vegetal
resulta extremadamente importante no solo económica y biológicamente sino desde el
punto de vista ecológico ya que funciona como la barrera principal en la interacción de
todos los acontecimientos entre los ecosistemas marinos y terrestres
1.7 Economía
Las principales actividades económicas de la región son: el desarrollo de la industria
minera y el procesamiento de las menas niquelíferas, trayendo como consecuencia que sea
una de las zonas más industrializadas de nuestro país, debido a que cuenta con plantas
procesadoras de níquel como: La empresa Comandante Pedro Soto Alba y la empresa
Comandante Ernesto Che Guevara.
Además existen otras industrias y empresas relacionadas con la actividad minero
metalúrgica tales como: La Empresa Mecánica del Níquel, Las Camariocas (en
construcción), la Empresa Constructora y Reparadora de la Industria del Níquel (ECRIN) y
el Centro de Proyecto del Níquel (CEPRONIQUEL) y otros organismos de los cuales
depende la economía de la región como son: Empresa Geólogo-Minera, la EMA y
Ing. Yurisley Valdés Mariño
18
�Capítulo I
Características físico-geográficas, geológicas regionales y particulares del área de estudio.
diferentes instalaciones de apoyo social, tales como: la presa Nuevo Mundo (la más
profunda del país), el Tejar de Centeno, y el Combinado Lácteo.
En la región se explotan también los recursos forestales por la Empresa Municipal
Agroforestal (EMA), al constituir los recursos forestales un eslabón importante de la
economía de la región.
1.8 Características geológicas regionales
El área de estudio se encuentra dentro de la región oriental de Cuba, la cual desde el punto
de vista geológico se caracteriza por la presencia de las secuencias del cinturón plegado
cubano y las rocas del Neoautóctono (Pushcharovsky 1988).(Figura.1.2). En el macizo
montañoso Sagua-Moa afloran principalmente unidades oceánicas correspondientes a las
ofiolitas septentrionales y a los arcos de islas volcánicas del Cretácico y el Paleógeno
(Cobiella, 1988, 1997, 2000; Quintas, 1989; Iturralde-Vinent, 1996, 1998; Proenza, 1997;
Proenza y otros, 1999c).
Figura 1.2 Fotografía del Mapa geológico de Pushcharovsky 1988.
Ing. Yurisley Valdés Mariño
19
�Capítulo I
Características físico-geográficas, geológicas regionales y particulares del área de estudio.
A continuación se hace una breve descripción de las principales unidades estructuroformacionales mencionadas anteriormente.
Ofiolitas Septentrionales
Estas rocas afloran como una serie de cuerpos alargados en la mitad septentrional de la isla
de Cuba a lo largo de una franja discontinua de más de 1000 km de largo y hasta 30 km de
ancho, entre la localidad de Cajálbana al oeste y Baracoa al este, ocupando una extensión
areal superior a los 6500km2 (Figura 1.3). Desde el piso hasta el techo estos complejos
rocosos se encuentran divididos estratigráficamente en las siguientes zonas fundamentales:
a) una zona de harzburgitas con textura de tectonitas; b) una zona de harzburgita que
contiene principalmente cuerpos de dunitas, peridotitas “impregnadas” (con plagioclasa y
clinopiroxeno), sills y diques de gabros y pegmatoides gabroicos, así como cuerpos de
cromititas. Esta zona correspondería a la denominada Zona de Transición de Moho (MTZsiglas en inglés); c) una zona de gabros, y d) el complejo volcano-sedimentario. La zona
correspondiente al complejo de diques paralelos de diabasas aún no ha sido identificada en
este macizo.
Figura 1.3 Fotografía del mapa esquemático que muestra la extensión superficial del Cinturón ofiolítico
cubano. Blanco-Quintero, 2010.
El Complejo Peridotítico (tectonitas), se caracteriza por presentar harzburgitas, en menor
grado websteritas y lherzolitas, con bolsones aislados de dunitas, todas serpentinizadas
(Iturralde, 1998). La zona de gabros forma grandes cuerpos incluidos en el complejo de
Ing. Yurisley Valdés Mariño
20
�Capítulo I
Características físico-geográficas, geológicas regionales y particulares del área de estudio.
tectonitas. Las dimensiones de estos cuerpos oscilan entre 1 y 3 km. de ancho, por 10 a 15
km de longitud (Fonseca, et al. 1985). El contacto entre el complejo de tectonitas y el de
gabros es mayoritariamente tectónico.
La parte inferior del complejo de gabros se caracteriza por presentar un marcado
bandeamiento, mientras que la parte superior es isótropa. En este macizo también existen
numerosos cuerpos de cromititas y sills de gabros, así como diques de gabros y de
pegmatoides gabroicos (Fonseca et al. 1985; Proenza, et al. 1998). Los sills de gabros y las
cromititas se localizan en la parte más alta de la secuencia mantélica, en la zona de
transición entre las peridotitas con texturas de tectonitas y los gabros bandeados.
El Complejo Transicional (MTZ) se constituye principalmente de harzburgitas, lherzolitas
y websteritas con bolsones y bandas duníticas, todas serpentinizadas, a veces con cromititas
podiformes, diques de gabroides y diques aislados de plagiogranitos. En ocasiones se
observan complejos de haces entrecruzados de diques zonados de plagioclasitas, gabroides
y pegmatitas, impregnando una masa de serpentinitas brechosas, probables representantes
de antiguas cámaras magmáticas colapsadas. (Iturralde 1998).
El complejo cumulativo se caracteriza por presentar cúmulos máficos de gabros olivínicos,
noritas, y anortositas y ultramáficos como lherzolitas, websteritas, harzburgitas y raras
dunitas, todos serpentinizados. Existen ocasionales cuerpos podiformes y venas de
cromititas. Además de los diques gabroides, plagioclasitas y plagiogranitos, en la parte
superior de la sección pueden aparecer cuerpos potentes de gabros isotrópicos. (Iturralde
1998).
El complejo de diques paralelos de diabasas no ha sido reconocido en todo el complejo
ofiolítico Moa-Baracoa y aunque su presencia ha sido invocada en el extremo noroeste de
la Meseta Pinares de Mayarí, los últimos resultados obtenidos indican que estos cuerpos de
diabasas poseen rasgos geoquímicos propios de arcos de islas. (Díaz y Proenza 2005).
El complejo vulcanógeno-sedimentario contacta tectónicamente con los demás complejos
de la secuencia ofiolítica. Está compuesto por basaltos amigdaloidales y porfíricos (algunas
veces con estructura de almohadillas), con intercalaciones de hialoclastitas, tobas, capas de
cherts y calizas. Estas litologías afloran en Morel, La Melba, Cañete, Quesigua y Centeno.
(Díaz y Proenza 2005).
Ing. Yurisley Valdés Mariño
21
�Capítulo I
Características físico-geográficas, geológicas regionales y particulares del área de estudio.
ARCO DE ISLAS VOLCÁNICAS DEL CRETÁCICO (PALEOARCO)
El arco se compone de depósitos volcánicos que datan desde el Aptiense hasta el
Campaniense Medio, estas rocas volcánicas están situadas mediante contacto tectónico bajo
las ofiolitas del cinturón septentrional. Según Iturralde Vinent (1994, 1996a), el basamento
del arco volcánico es una corteza oceánica de edad pre– Aptiense. Las rocas volcánicas y
vulcanógeno-sedimentarias del arco Cretácico están ampliamente desarrolladas en la región
de estudio y representadas por las rocas de las formaciones Quibiján, Téneme, Santo
Domingo y el Complejo Cerrajón.
La Fm Quibiján según Quintas (1989), se puede dividir en tres secuencias: inferior, media
y superior. La secuencia inferior tiene un espesor de 550 m y está compuesta por basaltos,
la media es parecida a la inferior, pero predominan las lavas-brechas y las tobas lapilíticas
de grano grueso a fino, litoclásticas y litocristaloclásticas con estratificación gradacional y
laminar. La secuencia superior no está bien aflorada y las rocas se presentan con
agrietamientos intensos y metamorfizadas, aunque se puede observar diversos mantos de
lavas basálticas microfaneríticas porfiríticas, a veces amigdaloidales con algunas
intercalaciones andesito-basálticas porfiríticas de color verde oscuro.
La Fm. Téneme (Cretácico Superior-Inferior), se encuentra en las cuencas de los ríos,
Cabonico y Téneme y en la región de Moa. Está compuesta principalmente por flujos de
basaltos, andesitas basálticas, tobas y brechas y en menor medida dacitas, cabalgadas por
rocas ultramáficas serpentinizadas (Proenza et al. 2006).
Las rocas volcánicas están
cortadas por pequeños cuerpos de cuarzo-diorita intrusivas de 89,70 ± 0,50 Ma (en Río
Grande). La composición química de las rocas volcánicas indica una afinidad geoquímica
que varía entre toleítas de arco pobres en Ti y boninitas (Proenza et al. 2006).
La Fm. Santo Domingo (Albiense -Turoniense) está compuesta por tobas y lavabrechas
andesíticas,
dacitas,
tufitas,
argilitas,
lutitas
volcanomícticas,
lavas
basálticas,
liparitodacíticas, conglomerados y calizas. También aparecen pequeños cuerpos de pórfidos
dioríticos, andesitas y diabasas (Iturralde-Vinent, 1996, 1998; Proenza y Carralero, 1994;
Gyarmati y otros, 1997), se incluyen en esta formación las calizas pizarrosas finamente
estratificadas y muy plegadas de color grisáceo, que afloran en la localidad de Centeno.
Aflora además hacia la parte centro occidental (al norte y sur de la Sierra Cristal), en la
parte alta de la cuenca del río Sagua y en la región de Farallones-Calentura. Los materiales
Ing. Yurisley Valdés Mariño
22
�Capítulo I
Características físico-geográficas, geológicas regionales y particulares del área de estudio.
de la Fm. Santo Domingo se encuentran imbricados tectónicamente con las ofiolitas de la
Faja Mayarí-Baracoa. Muchas veces los contactos coinciden con zonas que presentan una
mezcla de bloques de vulcanitas pertenecientes al arco y de ofiolitas (Iturralde-Vinent
1996).
El complejo Cerrajón (Aptiense-Turoniense) está compuesto por diques subparalelos de
diabasas y gabrodiabasas (Gyarmati y Leyé O’Conor, 1990; Gyarmati y otros, 1997). La
actividad volcánica se extendió desde el Aptiense al Campaniense Medio (Iturralde-Vinent,
1996). Restos de este basamento ofiolítico del arco afloran actualmente y están
representados por las anfibolitas de la Formación Güira de Jauco, al sur de la región de
estudio (Millán 1996; Iturralde-Vinent 1996).
En la zona de contacto de estas rocas cretácicas con las ofiolitas, las mismas se encuentran
deformadas, generalmente trituradas hasta brechas. En ocasiones los contactos coinciden
con zonas muy fisuradas y foliadas, o con masas caóticas que contienen mezcla de bloques
de ofiolitas y vulcanitas cretácicas (Iturralde-Vinent, 1996, 1998; Cobiella 2000).
CUENCAS DE "PIGGY BACK" DEL CAMPANIENSE TARDÍO-DANIENSE
Estas cuencas, se desarrollaron sobre las rocas pertenecientes al arco de isla volcánico y
están representadas en la región por las Fm. Micara, La Picota y Gran Tierra. Todas con un
gran componente terrígeno, con clastos de la asociación ofiolítica y rocas pertenecientes al
arco.
La Fm. Mícara de edad Maestrichtiense-Paleoceno, está compuesta por fragmentos y
bloques procedentes de la secuencia ofiolítica y de las rocas volcánicas cretácicas. La
secuencia inferior es de tipo molásica y la superior de tipo flysch. El límite inferior no se ha
observado, pero se supone discordante sobre la formación Santo Domingo (Cobiella et al.
1977; Quintas, 1989, 1996; Gyarmati y Leyé O’Conor 1990).
La Formación Picota de edad Maestrichtiense es una secuencia típicamente
olistostrómica. Posee una composición muy variable en cortas distancias, a veces con
apariencia brechosa y en ocasiones conglomerática, presentando en proporciones variables
la matriz y el cemento, este último carbonatado. De acuerdo a las características de esta
formación se estima que la misma se acumuló a finales del Cretácico e incluso en el
Paleoceno inicial, asociada al emplazamiento de las ofiolitas, que constituyeron su principal
Ing. Yurisley Valdés Mariño
23
�Capítulo I
Características físico-geográficas, geológicas regionales y particulares del área de estudio.
fuente de suministro. Aflora en los flancos meridionales de la Sierra del Cristal, cuenca de
Sagua de Tánamo, la base de la Sierra del Maquey y en la meseta de Caimanes.
La Formación Gran Tierra, se compone de calizas brechosas, conglomerados
volcanomícticos,
brechas,
margas,
tobas,
calizas
organo-detríticas,
areniscas
volcanomícticas con cemento calcáreo, lutitas y tufitas (Cobiella, 1978; Quintas, 1989). En
algunas localidades los depósitos Maestrichtiense-Daniense de tipo olistostrómicoflyschoide (formaciones Mícara y La Picota) transicionan a la secuencia del DanienseEoceno Superior (formaciones Gran Tierra, Sabaneta, Charco Redondo y San Luis)
(Iturralde-Vinent, 1996, 1998; Cobiella 2000). La formación Gran Tierra es una secuencia
terrígeno-carbonatada que aflora en los flancos meridionales de la Sierra Cristal. En las
rocas arcillosas y margosas de esta formación se han registrado los primeros vestigios del
vulcanismo paleogénico en forma de tobas.
En consecuencia, estas formaciones constituyen un registro temporal del proceso de
emplazamiento tectónico (obducción) de las ofiolitas, el cual estuvo enmarcado en el
tiempo de desarrollo de estas cuencas.
ARCO VOLCÁNICO (ARCO VOLCÁNICO TERCIARIO)
Entre el Paleoceno y el Eoceno Medio-Inferior, se desarrolló otro régimen geodinámico de
arco de islas volcánicas en Cuba. Esta actividad volcánica estuvo restringida
fundamentalmente a la parte oriental de la isla, y en nuestra zona se considera como
materiales distales del vulcanismo paleogénico. Estas secuencias están compuestas por
tobas vitroclásticas, litovitroclásticas, cristalovitroclásticas con intercalaciones de tufitas
calcáreas, areniscas tobáceas, calizas, conglomerados tobáceos, lutitas, margas, gravelitas,
conglomerados volcanomícticos y algunos cuerpos de basaltos, andesitas y andesitasbasálticas, los cuales alcanzan hasta 60m de espesor (Formación Sabaneta) (IturraldeVinent, 1996, 1998; Cobiella 1997; Proenza y Carralero 1994) la cual yace sobre una
secuencia de transición que contiene finas intercalaciones de tufitas (Fm. Gran Tierra)
(Iturralde-Vinent 1976) o descansa discordantemente sobre las formaciones Mícara y La
Picota, y sobre las ofiolitas y vulcanitas Cretácicas (Nagy y otros 1983). Esta formación
aflora en los flancos septentrional y meridional de la Sierra Cristal, en la cuenca de Sagua
de Tánamo, en un área extensa de la región de Cananova hasta Farallones y en un pequeño
bloque en Yamanigüey.
Ing. Yurisley Valdés Mariño
24
�Capítulo I
Características físico-geográficas, geológicas regionales y particulares del área de estudio.
CUENCAS POSTVOLCÁNICAS
Estas cuencas desarrolladas hasta el Eoceno Superior están formadas en sus inicios por
rocas carbonatadas de mares profundos, las que van transicionando a rocas terrígenas. Las
secuencias estratigráficas del Eoceno Medio-Oligoceno están representadas por las
formaciones Puerto Boniato, Charco Redondo, Sagua, Sierra de Capiro, Cilindro, Mucaral,
y Maquey.
La Fm. Puerto Boniato (Eoceno Medio), se compone principalmente de calizas
organodetríticas, aporcelanadas, algáceas y margas (Nagy y otros 1976).
La Fm. Sagua está compuesta por margas y calizas (Albear y otros 1988; Quintas 1989,
1996).
La Fm. Charco Redondo (Eoceno Medio) está compuesta por calizas compactas
organodetríticas, fosilíferas, de color variable. En la parte inferior del corte son frecuentes
las brechas. En esta parte predomina la estratificación gruesa, mientras que en la superior la
fina (Cobiella 1978; Quintas 1989,1996; Gyarmati y Leyé O’Conor 1990).
La Fm. Sierra de Capiro pertenece al Eoceno Superior y se compone de lutitas y margas
con intercalaciones de lutitas y conglomerados con fragmentos de calizas arrecifales,
serpentinitas y rocas volcánicas (Cobiella 1988; Quintas 1989; Gyarmati y Leyé O’Conor,
1990). Aflora en la región de Yamanigüey formando una franja a lo largo de toda la costa.
La Fm. Cilindro, perteneciente al Eoceno Medio-Superior se conforma de conglomerados
polimícticos con estratificación enticular y a veces cruzadas, débilmente cementada con
lentes de areniscas que contienen lignito. La matriz es arenítica polimíctica, conteniendo
carbonato (Quintas 1989; Gyarmati y Leyé O’Conor 1990; Crespo 1996).
La Fm. Mucaral de edad Eoceno Medio-Oligoceno Inferior está compuesta por margas
con intercalaciones de calizas arcillosas, areniscas polimícticas, conglomerados
polimícticos, lutitas y tobas (Quintas 1989; Gyarmati y Leyé O’Conor 1990).
La Fm. Maquey de edad Oligoceno-Mioceno Inferior está compuesta fundamentalmente
por alternancia de lutitas, areniscas, arcillas calcáreas y espesor variable de calizas
biodetríticas (Cobiella 1988; Quintas 1989; Crespo 1996).
NEOAUTÓCTONO
El "Neoautóctono" está constituido por formaciones sedimentarias depositadas en régimen de
plataforma continental que yacen discordantemente sobre las unidades del cinturón plegado.
Ing. Yurisley Valdés Mariño
25
�Capítulo I
Características físico-geográficas, geológicas regionales y particulares del área de estudio.
Las rocas del Neoautóctono constituyen una secuencia terrígeno-carbonatada poco deformada
que aflora en las cercanías de la costa formando una franja que cubre discordantemente los
complejos más antiguos y que estructuralmente se caracterizan por su yacencia monoclinal
suave u horizontal (Quintas 1989; Iturralde-Vinent, 1994, 1996; Rodríguez 1998). Son
representativas de esta secuencia las formaciones Cabacú, Yateras, Jagüeyes, Majimiana,
Júcaro, Río Maya y Jaimanitas.
La Fm. Cabacú (Oligoceno Medio-Mioceno Inferior) está compuesta por gravelitas,
areniscas y lutitas polimícticas (proveniente principalmente de ultramafitas y vulcanitas) de
cemento débilmente arcilloso-calcáreo y a veces algunos lentes de margas arcillosas en la
parte inferior (Nagy y otros 1976; Quintas 1989; Gyarmati y Leyé O’Conor 1990).
La Fm. Yateras (Mioceno Inferior) se compone de alternancia de calizas biodetríticas y
detríticas y calizas biogénicas de granos finos a gruesos, duras, de porosidad variable y a
veces aporcelanadas (Iturralde-Vinent, 1976; Nagy y otros 1976; Cobiella 1978; Gyarmati
y Leyé O’Conor 1990; Manso 1995; Crespo 1996).
La Fm. Jagüeyes (Mioceno Medio Temprano) se compone de lutitas, areniscas, gravelitas
polimícticas de matriz arenácea y arcillosa, con escaso cemento carbonático y margas
arcillosas y arenáceas. Esta formación, se caracteriza por ser fosilífera, en la cual alternan
calizas biodetríticas, biohérmicas, calcarenitas y arcillas. Las arcillas y lutitas, pueden ser
yesíferas (Nagy y otros 1976; Albear y otros, 1988; Manso 1995).
La Fm. Júcaro (Mioceno Superior-Plioceno) está compuesta por calizas generalmente
arcillosas, calcarenitas, margas, lutitas, a veces con gravas polimícticas y arcillas yesíferas
(Nagy y otros 1976; Gyarmati y Leyé O’Conor 1990). Esta formación aflora por toda la
costa en la región de Cananova y Yamanigüey.
La Formación Majimiana está constituida por calizas organodetríticas típicas de
complejos arrecifales y bancos carbonatados con intercalaciones de margas. Las secuencias
de esta formación, presentan bruscos cambios faciales en cortas distancias, conteniendo una
abundante fauna de foraminíferos bentónicos y planctónicos, lo que ha permitido asignarle
una edad Oligoceno Superior hasta el Mioceno, aflora en la región de Yamanigüey,
formando una franja por toda la costa. Se presenta en forma de franja paralela al litoral, con
un relieve poco accidentado representado por pequeñas colinas onduladas de poca
pendiente.
Ing. Yurisley Valdés Mariño
26
�Capítulo I
Características físico-geográficas, geológicas regionales y particulares del área de estudio.
La Fm. Río Maya (Plioceno Superior-Pleistoceno Inferior) se conforma de calizas
biohérmicas algáceas y coralinas muy duras, de matriz micrítica, frecuentemente
aporcelanadas, conteniendo corales en posición de crecimiento, así como subordinadamente
moldes y valvas de moluscos, todas muy recristalizadas, las calizas frecuentemente están
dolomitizadas. El contenido de arcillas, es muy variable (Nagy y otros 1976; Gyarmati y
Leyé O’Conor 1990).
La Fm. Jaimanitas (Pleistoceno Medio-Superior) se compone de calizas biodetríticas
masivas, generalmente carsificadas, muy fosilíferas, contiene conchas bien preservadas y
corales de especies actuales y ocasionalmente biohermas (Gyarmati y Leyé O’Conor 1990).
Tectónica regional
Desde el punto de vista tectónico, el área analizada se ubica dentro del denominado Bloque
Oriental Cubano, el mismo constituye el más oriental de los tres grandes bloques tectónicos
en que ha sido subdividida la estructura geológica del territorio cubano (Figura.1.4). Sus
límites se encuentran definidos por los siguientes sistemas de fallas regionales:
Sistema de fallas Cauto-Nipe.
Sistema de fallas rumbo-deslizantes Bartlett-Caimán.
Falla de sobrecorrimiento Sabana.
N
SFS
Placa Norte Americana
SFCN
Bloque Oriental Cubano
SFB
Placa Caribe
Figura 1.4 Mapa Esquemático del Bloque Oriental Cubano. Nombre de los Sistemas de Fallas: SFS,
Sistema de Falla Sabana; SFB, Sistema de falla Barttlet; SFCN, Sistema de Fallas Cauto-Nipe. Tomado
de Blanco-Quintero, 2003.
Ing. Yurisley Valdés Mariño
27
�Capítulo I
Características físico-geográficas, geológicas regionales y particulares del área de estudio.
En las secuencias más antiguas (rocas metamórficas y volcánicas), de edad Mesozoica,
existen tres direcciones fundamentales de plegamientos: noreste-suroeste; noroeste-sureste
y norte-sur, esta última, característica para las vulcanitas de la parte central del área. Las
deformaciones más complejas, se observan en las rocas metamórficas, en la cual en algunas
zonas aparecen fases superpuestas de plegamientos (Campos 1983, 1990). A fines del
Campaniano Superior – Maestrichtiano ocurre la extinción del Arco Volcánico Cretácico
Cubano, iniciándose la compresión de sur a norte que origina, a través de un proceso de
acreción, el emplazamiento del complejo ofiolítico, según un sistema de escamas de
sobrecorrimientos con mantos tectónicos altamente dislocados, de espesor variable y
composición heterogénea. Los movimientos de compresión hacia el norte culminaron con
la probable colisión y obducción de las paleounidades tectónicas del Bloque Oriental
Cubano sobre el borde pasivo de la Plataforma de Bahamas. En las rocas Paleogénicas y
Eocénicas la dirección de plegamiento es este-oeste, mientras que las secuencias del
Neógeno poseen yacencia monoclinal u horizontal (Campos 1983 y 1990).
Los movimientos verticales son los responsables de la formación del sistema de horts y
grabens que caracterizan los movimientos tectónicos recientes, pero hay que tener en
cuenta la influencia que tienen sobre Cuba Oriental los desplazamientos horizontales que
ocurren a través de la falla Oriente (Bartlett-Caimán) desde el Eoceno Medio-Superior, que
limita la Placa Norteamericana con la Placa del Caribe, generándose un campo de esfuerzos
de empuje con componentes fundamentales en las direcciones norte y noreste, que a su vez
provocan desplazamientos horizontales de reajuste en todo el Bloque Oriental Cubano.
(Figura.1.5).
Ing. Yurisley Valdés Mariño
28
�Capítulo I
Características físico-geográficas, geológicas regionales y particulares del área de estudio.
Figura 1.5 a) Foto de mapa geológico esquemático que muestra las principales unidades geológicas, de Cuba
Oriental, mostrando su relación con las ofiolitas. b) Corte generalizado de Cuba Oriental. Tomado de
(Blanco-Quintero 2010).
Geología del área de estudio
Los trabajos de exploración geológica realizados por Sitnikov en 1976, en la concesión
minera de Camarioca Sur, empleando la red de 100 x 100 metros; permitieron identificar y
diferenciar las principales litologías que conforman el basamento sobre el que se desarrolló
la corteza ferro-niquelífera.
Entre las litologías del basamento se destacan las peridotitas y serpentinitas; en menor
grado de abundancia aparecen diferentes variedades de gabros y diseminaciones de
espinelas cromíferas; como se muestra en el mapa geológico del basamento del área de
estudio. (Aleojin, V. et al. 1977). (Ver Figura.1.6)
Ing. Yurisley Valdés Mariño
29
�Capítulo I
Características físico-geográficas, geológicas regionales y particulares del área de estudio.
Figura. 1.6 Fotografía del mapa geológico del basamento tomado de Aleojin, 1977.
En correspondencia a los trabajos efectuados en 1976, (Sitnikov, V. et al. 1976), las
peridotitas serpentinizadas están representadas por dunitas y harzburgitas serpentinizadas y
en casos aislados por lherzolitas y wherlitas. Asimismo, se identifican áreas con la
presencia de serpentinitas, variedad antigorita, asociadas a las zonas de falla.
Las características geológicas del área de estudio son complejas como se observa en la
(Figura.1.7), ya que existe una distribución heterogénea de los diferentes tipos de litologías
y las mismas presentan génesis diferentes. Las litologías predominantes en la zona son
rocas ultramáficas del complejo inferior de la asociación ofiolítica que están
metamorfizadas, tales como harzburgitas y dunitas todas ellas afectadas en mayor o menor
grado por procesos metamórficos tales como serpentinización, cloritización, talcitización,
antigoritización, anfibolitización y carbonatización. Este complejo de rocas se encuentra
muy tectonizado formando parte de un conjunto de mantos de cabalgamiento que
Ing. Yurisley Valdés Mariño
30
�Capítulo I
Características físico-geográficas, geológicas regionales y particulares del área de estudio.
constituyen fragmentos del manto superior y corteza oceánica, que han sido emplazados
tectónicamente por encima de las secuencias de rocas pertenecientes al antiguo arco de islas
volcánicas del Cretácico en el Maastrichtiano-Campaniano (Iturralde Vinent et al. 2006).
Petrológicamente este sector se caracteriza por la presencia de dunitas, harzburgitas,
lerzholitas, peridotitas ricas en plagioclasa, serpentinitas, esquistos antigoríticos, esquistos
cloríticos, rocas anfibolitizadas y diques de trondhjemitas. Encima de estas litologías se
desarrollan diferentes espesores de cortezas de intemperismo ferrroniquelíferas las cuales
ocupan una gran extensión superficial del área estudiada.
En muchos afloramientos aparecen abundantes fragmentos de cuarzo criptocristalino
relacionados con lineaciones tectónicas, estos materiales están relacionados con eventos
hidrotermales de baja temperatura posteriores al emplazamiento de los mantos ofiolíticos.
Figura 1.7 Fotografía del mapa geológico del área de estudio, escala original 1:3500.
Ing. Yurisley Valdés Mariño
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�Capítulo I
Características físico-geográficas, geológicas regionales y particulares del área de estudio.
El sector Camarioca sur se encuentra en el límite occidental de un bloque de máximo
ascenso tectónico, el cual es afectado por estructuras disyuntivas de diferentes períodos de
la evolución geotectónica, lo que determina el alto grado de complejidad del mismo. Las
fallas más antiguas se corresponden al período de compresión hacia el norte que
culminaron con la probable colisión y obducción de las paleounidades tectónicas del
Bloque Oriental Cubano sobre el borde pasivo de la Plataforma de Bahamas que ocurrió en
el Eoceno Medio (Lewis et al. 1989; Morris et al. 1990; Pindell y Barret 1990). Otros
investigadores consideran que este proceso sólo se alcanzó hasta el Paleoceno Inferior
(Iturralde 1996; Proenza, 1998).
Desde el punto de vista estructural, las mediciones realizadas en los sistemas de grietas son
escasos y la dirección predominante es: NW–SE (Figura.1.8), las zonas de fallas se
identifican, por la presencia de sílice rellenando los sistemas de grietas, se estableció la
relación entre las serpentinitas antigoritizadas y las manifestaciones de sílice.
Figura 1.8 Fotografía del mapa tectónico del sector Camarioca Sur.
Ing. Yurisley Valdés Mariño
32
�Capítulo II
Metodología y volumen de los trabajos realizados.
CAPÍTULO 2. METODOLOGÍA Y VOLÚMENES DE LOS TRABAJOS
REALIZADOS
2.1 Introducción
El presente capítulo, contiene la metodología aplicada en la investigación para la
caracterización petrográfica y mineralógica de las rocas (Figura. 2.1). La cual parte de la
recopilación bibliográfica a partir de la búsqueda de materiales y datos de trabajos
ejecutados en la región y el área de estudio, describiéndose el procedimiento utilizado en el
procesamiento de las bases de datos, así como en las características petrográficas generales
de las rocas que componen el complejo ofiolítico. Se dividió el trabajo en tres etapas
fundamentales:
Etapa I: Recopilación de la información
Etapa II: Trabajo de campo
Etapa III: Trabajo de gabinete
Para dar cumplimiento a los objetivos propuestos se trazaron varias tareas las cuales fueron
cumplidas satisfactoriamente. A continuación, se describen las tres etapas de trabajo.
Figura 2.1 Flujograma de la investigación.
Ing. Yurisley Valdés Mariño
34
�Capítulo II
Metodología y volumen de los trabajos realizados.
2.2 Etapa preliminar
Durante esta primera etapa de la investigación, se hizo una búsqueda de información
bibliográfica, través de la revisión de una serie de artículos científicos, trabajos de diploma,
tesis de maestría, doctorados y otros documentos relacionados con la evolución geologia de
Cuba oriental y del complejo ofiolítico.
Para ello se utilizó la base de datos del Centro de información del ISMMM, así como
información suministrada por el fondo geológico y sitios web de la INTERNET
especializados en el tema. Luego de haber desarrollado la búsqueda bibliográfica de dicha
información, se comenzó a procesar e interpretar los datos obtenidos previamente para
posteriormente ser llevados a formato digital como parte de la memoria escrita del trabajo y
también como documentos gráficos incluidos.
Los primeros estudios geológicos sobre las rocas en Cuba datan desde principios de siglo
XX cuando los geólogos comenzaron a interesarse por las rocas de composición
ultramáficas presentes en la región de Moa. Así Hayes et al. (1901) relacionaron estas rocas
con el zócalo metamórfico de edad Paleozoica. Spencer (1907), Kemp (1910), Cox (1911),
Hayes (1911,1915) y Leite (1915), realizan varios trabajos de exploración sobre las menas
lateríticas cubanas se llevaron a cabo por numerosos geólogos norteamericanos. Ya en el
año 1918, investigadores tales como Burch y Burchard realizaron trabajos de carácter
evaluativo para el pronóstico de los yacimientos minerales de la antigua provincia de
Oriente, entre ellos se pueden citar, las menas lateríticas, cromitas y minerales de
manganeso, (Burch, A. y Burchard, E. F. 1919).
M. Goldschmidt (1922) en su estudio clásico sobre la región de Olso, examinó un grupo de
rocas del Paleozoico de la secuencia pelítica, cuarzo feldespática, calcárea y básica que
fueron sometidas a metasomatismo por intrusión de stocks. P. Eskola (1939) estudió las
rocas metamórficas del norte de Europa, principalmente las de Finlandia y comparándolas
con las estudiadas por Goldschmidt, en Olso, lo condujo a introducir el concepto de roca
metamórfica.
En Cuba, en los tiempos previos al triunfo de la Revolución, son muy pocos los trabajos
que salen a la luz, destacando los de Lewis (1955) y Kozary (1968). Los primeros hicieron
una pormenorizada descripción de la geología de la porción central de la antigua provincia
de Oriente, cuyos puntos de vista acerca de la secuencia ofiolítica no se diferencian
Ing. Yurisley Valdés Mariño
35
�Capítulo II
Metodología y volumen de los trabajos realizados.
sustancialmente de los conceptos anteriores.
En 1962 se destaca el trabajo realizado por
los geólogos soviéticos Adamovich y
Chejovich, que consistió en un levantamiento geológico regional a escala 1:50 000 del
nordeste de Cuba oriental. Las investigaciones fueron ejecutadas con un bajo número de
perforaciones de mapeo; no obstante, sirvió de documento geológico primario para futuros
proyectos y campañas de prospección. Los trabajos de prospección acompañantes
permitieron ofrecer un pronóstico de los recursos minerales de las lateritas, (Adamovich,
A. Chejovich, V, 1962), (Muñoz1977).
Por su parte Kozary (1968) hace un meritorio trabajo acerca de la estratigrafía de la zona y
además, trató de explicar la presencia de las rocas magmáticas como una posible intrusión
(en estado frío) hacia la superficie de la corteza terrestre, producto de la tectónica.
En 1972 se comienzan las investigaciones de carácter regional en el territorio oriental
cubano por especialistas del Departamento de Geología de la Universidad de Oriente, luego
el Instituto Superior Minero Metalúrgico de Moa, estableció en 1976 que la tectónica de
sobreempuje afecta a las secuencias sedimentarias fuertemente dislocadas, detectándose en
numerosas localidades la presencia de mantos alóctonos constituidos por rocas terrígenas y
volcánicas del Cretácico Superior sobreyaciendo las secuencias terrígenas del
Maestrichtiano-Paleoceno Superior, planteando el carácter alóctono de los conglomeradosbrechas de la formación la Picota, demostrándose en investigaciones posteriores (Cobiella,
J. y Rodríguez, J. 1978) el carácter predominantemente autóctono de estas secuencias
formadas en las secuencias superpuestas del arco volcánico del cretácico. Con estos nuevos
elementos se reinterpreta la geología del territorio y se esclarecen aspectos de vital
importancia para la acertada valoración de las reservas minerales. Cobiella en
1978
propone un esquema tectónico que resume una nueva interpretación estratigráfica y
paleogeográfica de Cuba Oriental delimitando cinco zonas estructuro faciales.
Entre los años 1973 y 1976, se realizaron los trabajos de exploración orientativa y el
cálculo de reservas en los yacimientos Camarioca Norte y Camarioca Sur dirigidos por V.
Sitnikov, en los cuales se recoge una detallada información geológica, que incluye, la
geologia, tectónica y petrología del yacimiento, además fue posible valorar las reservas de
ambos yacimientos lateríticos (Stinikov, 1976). Es importante destacar en este periodo el
trabajo de levantamiento geológico a escala 1: 250 000 realizado en la antigua provincia de
Ing. Yurisley Valdés Mariño
36
�Capítulo II
Metodología y volumen de los trabajos realizados.
Oriente por la Brigada Cubano - Húngara de la Academia de Ciencias de Cuba, siendo el
primer trabajo que generaliza la geología de Cuba Oriental. En este trabajo la región
oriental se divide en cinco unidades estructuro faciales y tres cuencas superpuestas como se
muestra en la Figura 2.2. Nagy, 1976.
Figura 2.2. Esquema tectónico según E. Nagy, 1976 1A- Margen Norte; 1B- Margen Sur; 2- Cuenca
Guacanayabo - Guantánamo; 3- Sinclinorium Central; 4- Cuenca de Guantánamo; 5-Zonas pre-cubanas; 6Zona Caimán y 7- Zona Remedios.
Al mismo tiempo se desarrollan trabajos fotogeológicos sobre diferentes áreas del territorio
por especialistas del Centro de Investigaciones Geológicas, entre los que se encuentran la
caracterización de la corteza de intemperismo del sector occidental de las hojas
cartográficas de Moa y Palenque desarrollados por Teleguin V. , quien realiza una
clasificación de las fracturas que afectan al substrato serpentinítico y el levantamiento
fotogeológico de Farallones a escala 1: 50 000 desarrollado por Pérez R. (1976), donde se
realizó un estudio detallado de las distintas formaciones geológicas del área.
De igual forma se realizaron reconstrucciones paleogeográficas que le permitieron
caracterizar el relieve pre-Maestrichtiano de la región y clasificaron el relieve actual.
Mantuvieron la opinión de que las ultramafitas son intrusiones magmáticas emplazadas en
estado cristalino; reconocen por primera vez la yacencia estratiforme de las ultramafitas, las
que definen como un macizo con forma de lente. Además, consideraron que la
serpentinización de las ultramafitas se debía a los procesos de autometamorfismo.
En la década de los 60 autores como Furrazola-Bermúdez (1964), Semionov et al. (1968),
Ing. Yurisley Valdés Mariño
37
�Capítulo II
Metodología y volumen de los trabajos realizados.
mantuvieron la opinión de que las ultrabasitas son intrusiones magmáticas clásicas, aunque
con ciertas diferencias en las edades, Dudoz y Vagnat (1963) se suman a la idea propuesta
por Kozary (1968) considerando a las ultramafitas como fragmentos del manto, asignando
una edad pre-Cretácica para su emplazamiento y otra posterior para la serpentinización.
Knipper y Cabrera (1974), hacen una caracterización más completa de la asociación
ofiolítica, relacionan a los gabros y las diabasas con las rocas del complejo ultramáfico, los
autores consideran que el conjunto de los complejos ofiolíticos estudiados son parte de la
corteza oceánica. Sin embargo Somin y Millán (1981) dudan de las relaciones que puedan
existir entre estos complejos y un perfil oceánico típico.
En 1976 establecieron que la tectónica de sobreempuje afecta también a las secuencias
sedimentarias, dislocadas fuertemente, detectando en numerosas localidades la presencia de
mantos alóctonos constituidos por rocas terrígenas y volcánicas del Cretácico Superior,
yaciendo sobre secuencias terrígenas, del Maestrichtiano– Paleoceno Superior, planteando
además el carácter alóctono de los conglomerados brechas de la formación La Picota,
demostrándose en investigaciones posteriores el carácter predominantemente autóctono de
estas secuencias formadas en las cuencas superpuestas al arco volcánico del Cretácico.
Los últimos trabajos relacionados con el estudio de las secuencias ofiolíticas y que ofrecen
una caracterización más completa de las mismas, son los presentados por Fonseca y
Zelepugin (1985), en los mismos se completa el estudio del perfil de la corteza oceánica, ya
que aparecen, bien definidos desde el punto de vista de su composición química, todos los
complejos de la asociación.
Según Heredia y Terepin (1984) la zona de los cumulados máficos está compuesta por
gabros, gabronoritas, troctolitas y anortositas, relacionados por una transición gradual; en
los puntos donde los contactos son tectónicos, los gabroides están cataclastizados y
milonitizados y las serpentinitas son esquistosas.
Según Ríos y Cobiella (1984) estas rocas componen cerca de un 10 % del área del macizo;
están estructuradas en grandes bloques en contacto tectónico con las ultramafitas sin
embargo, aparecen zonas de alternancia entre ambas litologías lo que hace pensar en
contactos primarios transicionales. Las rocas de afinidad ofiolítica de la zona de cumulados
máficos fueron descritas por estos autores, al este de Punta Gorda, en el municipio de Moa,
en un cuerpo de gabroide denominado por ellos como Gabroides Quesigua, donde se
Ing. Yurisley Valdés Mariño
38
�Capítulo II
Metodología y volumen de los trabajos realizados.
reportó y describió una variedad de gabros: entre ellos gabros normales, gabros olivínicos y
gabronorita con yacencia estratificada.
En el periodo 1980-1985 el Departamento de Geomorfología de la Empresa Geológica de
Oriente en la búsqueda y categorización de las reservas lateríticas, en colaboración con la
Facultad de Geología del Instituto Superior Minero Metalúrgico de Moa, desarrolló el tema
de investigación “Análisis estructural del Macizo Mayarí –Baracoa” donde se realizó por
primera vez de forma integral para todo el nordeste de Holguín, el grado más o menos
perspectivo para la prospección de cortezas de intemperismo ferro-niquelíferas en
dependencia de las condiciones geólogo geomorfológicas. Dublan, L. et al. (1985).
En 1989, Quintas F., en su tesis doctoral realizó el estudio estratigráfico de Cuba Oriental
donde propone las Asociaciones Estructuro Formacionales (AEF) que constituyen el
territorio así como las formaciones que lo integran, realizando la reconstrucción del
Cretácico al Paleógeno, intervalo cronológico de mayor complejidad para la geología de la
región oriental. En 1990 se concluye el levantamiento geológico a escala 1:50 000 en el
polígono CAME Guantánamo por especialistas cubanos y húngaros, el cual constituye uno
de los trabajos más integrales que sobre la geología de la región se hayan realizado, al
abordar todas las vertientes del trabajo geológico con un gran volumen de información
textual y gráfica (Gyarmati 1990).
En los últimos años los trabajos realizados en el sector de estudio han estado encaminados
fundamentalmente al esclarecimiento e identificación de las principales fases minerales
portadoras de los componentes útiles: hierro, níquel y cobalto. (Rojas Purón, L.A. et
al.1994); (Almaguer, A, 1995) (Brand, N. W.1998); (Muñoz J. N. 2004); (Galí, S. et al.
2006); (Muñoz, et al. 2007).
Entre los trabajos más reciente se encuentra el proyecto de exploración geológica del
yacimiento Camarioca Sur llevado acabo por especialistas del departamento de geología
del ISMMM, Geominera Oriente y Moa Níquel S.A, los trabajos se iniciaron en agosto del
2010 y finalizaron en enero del 2012, a partir del cual, surge la propuesta de realizar el
presente trabajo investigativo motivado por el descubrimiento de tipos de rocas
metamórficas que no se habían reportado asociadas al complejo ofiolítico.
Ing. Yurisley Valdés Mariño
39
�Capítulo II
Metodología y volumen de los trabajos realizados.
Metamorfismo en Cuba
Debido a las características de las rocas metamórficas, hasta el momento no se ha
establecido una clasificación jerárquica de las mismas, universalmente aceptada para su uso
práctico, a diferencia del caso de las rocas ígneas y sedimentarias. Por eso se tomó la
decisión de utilizar como base para este trabajo la Clasificación y Terminología empleadas
en Fry (1995) y Castro Viejo (1998), aunque adecuadas a las particularidades de las
metamorfitas expuestas en Cuba.
En el territorio cubano afloran rocas metamórficas generadas durante procesos de carácter
regional, cuyos protolitos, tanto de naturaleza oceánica como continental de edad
Mesozoica, específicamente Jurásicos y Cretácicos, que pueden llegar a constituir grandes
macizos rocosos. La única excepción son unos afloramientos pobres y aislados de
mármoles y calcifiros de un basamento siálico del Proterozoico Superior localizados en la
parte noroccidental de Cuba central (Rene, et al. 1989; Somin y Millán 1981).
El metamorfismo regional en Cuba tuvo lugar en diferentes épocas del período Cretácico,
hasta el Campaniano inclusive. La génesis de las metamorfitas se relacionó esencialmente
con procesos de subducción, suprasubducción y colisión de distintas microplacas o
complejos oceánicos y continentales, donde las rocas casi siempre fueron además muy
deformadas y multiplegadas. Excepcionalmente, aparecen afloramientos de cierta
significación de metamorfitas de contacto, vinculadas con la intrusión de granitoides de los
arcos volcánicos Cretácico y Paleógeno (Millán, Somin, Díaz, 1985).
Metamorfismo de Contacto
Este tipo de metamorfismo ocurre formando una aureola alrededor de los cuerpos intrusivos
de rocas ígneas a distintas profundidades.
Corneana u Hornfelsa: La corneana u hornfelsa es el tipo de roca que caracteriza este tipo
de metamorfismo. En general, son rocas con textura granoblástica de grano muy fino a
medio, fractura concoidal y con frecuencia una estructura moteada, formada por un
mosaico de granos minerales, generalmente equidimensionales, donde a veces se observan
también porfiroblastos de mayor tamaño. Raras veces presentan una verdadera foliación o
esquistosidad.
Son metamorfitas de baja presión y grado metamórfico bajo, medio o alto, lo cual está en
dependencia del tipo y dimensiones del intrusivo, su profundidad, así como de su cercanía o
Ing. Yurisley Valdés Mariño
40
�Capítulo II
Metodología y volumen de los trabajos realizados.
lejanía del contacto con la intrusión. El metamorfismo de contacto vinculado con intrusivos
suele destacarse también en las regiones donde los complejos rocosos han sido afectados
por el metamorfismo regional. Ambos tipos de metamorfismo pueden incluso ocurrir
durante un mismo proceso geodinámico.
En Cuba se conoce el denominado cinturón Sierra de Rompe (Victoria de las Tunas), donde
las vulcanitas cretácicas de la Fm. Guáimaro fueron instruidas por un plutón de granitoides
del Cretácico Superior, formando una aureola de contacto de varios centenares de metros de
potencia en la parte sur de la intrusión. Estas fueron convertidas en hornfelsa, que con
frecuencia se tratan de verdaderas anfibolitas granoblásticas que suelen tener una estructura
moteada y a veces una foliación metamórfica (Belmustakov, E. et al. 1981).
Skarn: El skarn es una roca granular que se forma cuando un cuerpo de granitoides intruye
un horizonte o formación calcárea, constituyendo una aureola de contacto enriquecida en
diferentes minerales calcosilicatados, característicos para este tipo de metamorfismo de
baja presión. En Cuba este tipo de roca aparece en varios lugares, destacándose
particularmente en una localidad cercana al extremo noroccidental del macizo Escambray
en Cuba central, donde los granitoides del Cretácico Superior intruyen un horizonte
calcáreo de la secuencia del arco volcánico Cretácico. Aquí aparece, entre otros minerales
calcosilicatados, la wollastonita, mineral típico para el metamorfismo de contacto o
regional de muy baja presión (Somin y Millán 1981) (Schneider, J. et al. 2004).
Metamorfismo Dinámico
Este tipo de metamorfismo es el que ocurre en las fallas o zonas de fallas. Es bien conocido
que a lo largo de las fallas de cierta envergadura, generalmente se localizan zonas estrechas
de stress o esfuerzos muy elevados, donde la actividad de fluidos suele ser intensa, lo cual
está en dependencia también de las diferencias en la temperatura, debido a la profundidad
de los cortes rocosos. Esto da lugar a que las rocas puedan ser metamorfizadas y foliadas,
aunque generalmente conservan restos primarios muy deformados. Este tipo de
metamorfismo es de carácter local, en Cuba no se conocen ejemplos significativos, Fry
(1995) y Castro Viejo (1998).
Blastomilonita: Este nombre se utiliza cuando la milonita tiene la matriz casi o totalmente
recristalizada, pero conserva restos deformados visibles de la roca primaria.
Ing. Yurisley Valdés Mariño
41
�Capítulo II
Metodología y volumen de los trabajos realizados.
Brecha tectónica: Es una roca fragmentada y masiva, con los fragmentos de un tamaño
superior a medio centímetro, sin recristalización ni deformaciones apreciables. No se trata
de una metamorfita propiamente.
Cataclasita: Es una roca fragmentada con estructura masiva, sin recristalización ni
deformaciones apreciables de los fragmentos. A diferencia de las milonitas, no se trata de
una metamorfita propiamente.
Esquisto milonítico o gneiss milonítico: Estos apelativos se utilizan, según el caso,
cuando debido a la recristalización, la milonita pierde sus características propias,
formándose un agregado de minerales metamórficos visibles a simple vista. En estos casos
la denominación de la roca se rige de la misma forma que en los esquistos y gneises,
aunque se especifica su carácter milonítico. Por ejemplo: esquisto milonítico cuarzo
moscovito granatífero.
Milonita: en sentido general, el término milonita ha sido usado para describir a las
metamorfitas foliadas y bandeadas generadas en las zonas de falla. Sin embargo, este
nombre, sin prefijo alguno, se usa en los casos de que la roca conserve numerosos restos
primarios en forma de porfiroclastos deformados y elongados, con una matriz de grano muy
fino parcialmente recristalizada (Piotrowski, J. 1976).
Protomilonita: este término se utiliza cuando la milonita tiene muy escasa matriz,
predominando los restos primarios deformados.
Ultramilonita: este apelativo se usa cuando la milonita no contiene restos primarios
visibles y la matriz de grano muy fino se encuentra casi o totalmente recristalizada y
generalmente bien bandeada.
Metamorfismo Regional
Es un proceso de reelaboración mineralógica, estructural y textural de las rocas en estado
sólido, que ocurre debido a la interacción de las placas tectónicas bajo muy diferentes
condiciones corticales de temperatura, presión y actividad de fluidos.
En las zonas de convergencia de placas tiene lugar un metamorfismo regional en ambientes
geodinámicos de subducción, de suprasubducción y de colisión, mientras que en las
regiones donde las placas divergen y se genera nueva corteza oceánica, ocurre un
metamorfismo regional de muy baja presión y elevada actividad hidrotermal, donde las
rocas son mucho menos deformadas y reelaboradas, que se conoce como metamorfismo
Ing. Yurisley Valdés Mariño
42
�Capítulo II
Metodología y volumen de los trabajos realizados.
oceánico. Este último tipo de metamorfismo también puede suceder en un ambiente de
suprasubducción, siempre que haya formación de corteza oceánica. ´
En los procesos de metamorfismo regional la reelaboración de las rocas es generalmente
polifásica, destacándose las asociaciones minerales progresivas que quedan impresas en la
roca cuando el grado metamórfico se eleva y posteriormente, las asociaciones regresivas
que se imprimen en la roca cuando el grado metamórfico disminuye. Tanto unas como otras
pueden preservarse en mayor o menor grado.
En las metamorfitas con frecuencia se conservan restos de minerales, texturas y estructuras
de la roca primaria, lo cual está en dependencia del grado y tipo de metamorfismo.
A continuación se expone una caracterización general de las metamorfitas de carácter
regional. Los términos utilizados aquí fueron tomados de Fry (1995) y Castro Viejo (1998).
Anfibolita: roca metamórfica compuesta esencialmente por hornblenda y plagioclasa,
producida por el metamorfismo de rocas magmáticas básicas y ocasionalmente margas
magnesianas. Puede ser masiva, esquistosa o bandeada. Las anfibolitas se generan en
condiciones de diferentes grados y tipos de metamorfismo, incluso en condiciones de un
metamorfismo de contacto, lo cual se refleja en el tipo de hornblenda, tipo de plagioclasa y
los otros minerales asociados.
En Cuba existen complejos o formaciones compuestas esencialmente por anfibolitas, tales
como el complejo Mabujina en el sur de Cuba central Blein (2003), la formación Yayabo
en el macizo Escambray, (M. L. Somin y G. Millán 1976; Schneider, J. et al. 2004), las
anfibolitas Perea en el norte de Cuba central y vinculada con el cinturón ofiolítico y la Fm.
Güira de Jauco en el extremo oriental cubano (Millán y Somin 1975). También se
destacan bloques de anfibolitas de alta y baja presión incluidos en las serpentinitas del
cinturón ofiolítico.
Cuarcita: roca metamórfica prácticamente monomineral o con cuarzo muy predominante.
Pueden formarse en condiciones de cualquier grado de metamorfismo regional, ya sea de
presión alta, media o baja, así como también en el metamorfismo de contacto. Sus
protolitos son generalmente pedernales o silicitas (chert), o areniscas cuarcíferas. Si la
cuarcita presenta una estructura orientada bien manifiesta, sería una cuarcita esquistosa, y si
tiene bandeamiento visible es una cuarcita bandeada. Si presenta además otro mineral
visible, éste será destacado en la denominación de la roca: cuarcita bandeada con granate,
Ing. Yurisley Valdés Mariño
43
�Capítulo II
Metodología y volumen de los trabajos realizados.
cuarcita granatífera si tiene una cantidad apreciable de granate, cuarcita con mica blanca y
glaucofana, etc. Cuarcitas de diferentes orígenes, grados y tipos de metamorfismo son
frecuentes en los macizos Escambray e Isla de la Juventud, en la Faja Metamórfica Cangre
(Cruz-Gámez 2003) y como inclusiones en las serpentinitas del cinturón ofiolítico. Se
puede destacar también el origen de la cuarcita en su propia denominación, por ejemplo:
cuarcita metaterrígena, cuarcita metapedernálica o metasilicítica.
Eclogita: son metamorfitas de origen principalmente magmático y carácter básico (gabros,
diabasas y basaltos), formadas en condiciones de un metamorfismo de alta presión y grado
medio a alto. Están constituidas esencialmente por clinopiroxeno omfacítico y granate.
Generalmente, son granulares o bandeadas y pueden contener otros minerales asociados. En
Cuba se conocen formando cuerpos intercalados en secuencias de protolito terrígeno y
carbonático de edad Jurásica en el macizo Escambray, así como en bloques incluidos en las
tectonitas ultramáficas serpentinizadas del cinturón ofiolítico cubano.
Esquisto: roca metamórfica de grano fino a medio, caracterizada por una foliación o
esquistosidad bien definida, cuyos minerales suelen reconocerse a simple vista. Si presenta
además una estructura bandeada, la roca se denomina esquisto bandeado. Los esquistos
pueden contener uno o más minerales formando porfiroblastos de mayor tamaño. Su grado
metamórfico generalmente es de bajo a medio.
Esquisto azul: son esquistos originados en condiciones de alta presión y grado bajo a
medio, en cuya composición juega un rol fundamental la glaucofana. Cuando es de grano
fino, la abundancia de este mineral imprime a la roca una coloración azulada o gris azulada.
Esquisto verde: son esquistos derivados principalmente de rocas magmáticas básicas
efusivas y piroclásticas, o también de areniscas de composición adecuada, generados en
condiciones de un metamorfismo de bajo grado y presión baja a media. Se componen
básicamente por clorita, albita, actinolita y epidota.
Fels: Roca granular carente de una esquistotosidad o bandeamiento manifiesto. Su grano
puede ser medio a grueso y su grado metamórfico medio o alto.
En los esquistos, gneiss y fels, la denominación de la roca incluye los minerales formadores
dominantes, los cuales son nominados de forma decreciente con respecto a su cantidad,
debiendo destacarse además la existencia de minerales indicadores visibles, aunque sean
escasos. Por ejemplo: esquisto cuarzo micáceo con granate, esquisto micáceo cuarcífero
Ing. Yurisley Valdés Mariño
44
�Capítulo II
Metodología y volumen de los trabajos realizados.
con cianita y estaurolita, gneiss cuarzo feldespato biotítico con cianita y granate, fels
plagioclásico cuarcífero con clinopiroxeno y granate, etc.
Si un mineral determinado predomina ampliamente en la composición de la roca o se trata
de una roca prácticamente monomineral, éste caracteriza su apelativo, por ejemplo:
esquisto granatífero, fels granatífero o granatita, fels zoisítico o zoisitita, cuarcita, esquisto
cuarcífero, esquisto antigorítico o antigoritita.
Los esquistos de diferente tipo, composición y grado metamórfico predominan en la
composición de los macizos metamórficos de la Isla de la Juventud y el Escambray. En el
Escambray existen además típicos esquistos azules y esquistos verdes. Los gneises
metaterrígenos aparecen en el macizo Isla de la Juventud, en el sector donde se alcanzó un
metamorfismo de alto grado. En los macizos Isla de la Juventud y Escambray también se
destacan típicos fels. El caso más característico es el de la unidad rocosa conocida como
esquistos cristalinos Algarrobo, en el macizo Escambray, que se trata de un fels polimineral
cuarzo albito granate micáceo y otros minerales asociados.
El denominado complejo Socorro se trata del representante de un basamento siálico del
Neoproterozoico pobremente expuesto en el extremo noroccidental de la prov. Villa Clara,
en las localidades La Teja y Socorro (Somin y Millán, 1981; Renne et al. 1989). Este se
compone esencialmente de mármoles y calcifiros o fels calcáreos de grano grueso. Aquí es
característico el fels calcito flogopito forsterítico, a veces también con diópsido.
Filita: Roca de grano muy fino (menor de 0,5 mm), con foliación bien definida y aspecto
lustroso, debido a la abundancia de sericita, clorita, o sericita con clorita (filosilicatos). Su
metamorfismo es de grado muy bajo.
La Faja Metamórfica Cangre, expuesta en el extremo meridional de Alturas de Pizarras del
Sur, Subzona Los Órganos de la Zona Guaniguanico, está compuesta básicamente por
filitas cuarcíferas y filitas. En el complejo Purial extremo oriental de Cuba, las metatobas
de grano fino o metatufitas, así como las intercalaciones metaterrígenas y metacalcáreas,
constituyen filitas, filitas cuarcíferas, filitas calcáreas y mármoles foliados (Boiteau 1972 y
Hernández, M. 1979).
Mármol: Roca metamórfica compuesta predominantemente por calcita o dolomita. Los
mármoles se pueden formar en condiciones de cualquier grado de metamorfismo regional,
ya sea de presión baja, media o alta, así como en el metamorfismo de contacto. Sus
Ing. Yurisley Valdés Mariño
45
�Capítulo II
Metodología y volumen de los trabajos realizados.
protolitos son principalmente calizas, calizas dolomíticas o dolomitas. Si tiene
esquistosidad es un mármol esquistoso, con bandeamiento es un mármol bandeado. Si
presenta otro mineral visible, éste será destacado en la denominación de la roca: mármol
bandeado con diópsido, mármol tremolítico, mármol flogopítico, etc. Mármoles de
diferentes tipos y grados metamórficos afloran en los macizos Isla de la Juventud y
Escambray, en la Faja Metamórfica Cangre y en los complejos Purial y Asunción del
extremo oriental de Cuba. (Cruz-Gámez, E.M. et al. 2003).
Migmatita: Roca compuesta por una mezcla de material metamórfico e inyecciones cuarzo
feldespática de composición granítica. Son formadas por la granitización de las
metamorfitas en las regiones con alto grado metamórfico y elevada actividad de fluidos.
Son rocas bandeadas y son de grano medio a grueso. Verdaderas migmatitas solo se
conocen en el macizo Isla de la Juventud, en el sector donde el metamorfismo regional
alcanzó su mayor grado, se han documentado además en la zona de la Corea (Leyva, C. et
al. 1998).
Metamorfítas vinculadas con el Cinturón Ofiolítico
Metamorfítas de Alta Presión
En la composición de los melanges serpentiníticos que aparecen incluidos en peridotitas
tectoníticas serpentinizadas del cinturón ofiolítico cubano, suelen destacarse, en diferentes
lugares del territorio cubano, bloques de metamorfitas de alta presión, cuyos protolitos son
principalmente
elementos
constituyentes
de
una
corteza
oceánica
(ofiolíticos)
metamorfizados en una zona de subducción, constituyendo lo que se conoce en la literatura
como un complejo de subducción (Somin y Millán, 1981; Kubovics et al. 1989; Millán,
1996 b, 1997c).
De acuerdo con numerosas dataciones de edad absoluta de muestras de estos bloques
tomadas en distintos sitios, este complejo pudo haberse generado en una subducción
norteña buzante al sur, suturada antes del inicio del arco volcánico calcoalcalino a partir del
Aptiano-Albiano (Millán, 1996 b, 1997 c; Millán et al. 1998). Cabe señalar, que de 33
dataciones K-Ar realizadas en estas metamorfitas, 20 arrojaron edades entre 100 y 128
millones de años (Iturralde-Vinent et al. 1996).
Por otra parte, dos dataciones Ar-Ar, de muestras de eclogitas tomadas en diferentes
localidades, una publicada (García-Casco et al. 2002) arrojaron una edad de 118 millones
Ing. Yurisley Valdés Mariño
46
�Capítulo II
Metodología y volumen de los trabajos realizados.
de años para la época en que debió ocurrir la exhumación de estos bloques desde las
profundidades en melanges serpentiníticos. En Kerr et al. (1999) se señaló que durante la
ocurrencia de esta subducción norteña tuvo lugar la generación de un arco volcánico de tipo
boninítico de corta duración.
Las principales localizaciones de estos bloques de metamorfitas de alta presión son, de
oeste a este: olistostromas en el Miembro.Vieja de la Fm. Manacas del Eoceno Inferior en
Guaniguanico;
melange
tectónico
de
Rancho
Veloz;
ultrabasitas
tectoníticas
serpentinizadas en la regiones de Santa Clara, Holguín, Alto de Corea en la Sierra de
Cristal (Blanco Quintero, I. F. 2011) y en la Sierra del Convento del extremo occidental de
la Sierra del Purial (Blanco Quintero, I.F, 2003).
Las eclogitas típicas, parcialmente diaftoritizadas, se componen por la asociación básica de
omfacita y granate, pudiendo contener además zoisita y rutilo. Sin embargo, debido al
metamorfismo regresivo en condiciones de alta presión o en la facies de los esquistos
verdes, suelen contener también diferentes tipos de anfíbol, mica blanca, clinozoisita o
epidota, plagioclasa, clorita, esfena, etc. Estas pueden encontrarse en distintas localidades,
particularmente en las regiones de Santa Clara y de Holguín.
Investigaciones petrológicas realizadas recientemente con microsonda electrónica en dos
muestras de rocas eclogíticas, una tomada al norte de la ciudad de Santa Clara y otra en la
región de Holguín, incluidas ambas dentro de un mismo tipo de melange serpentinítico
(García-Casco et al. 2002), demostraron que éstas se tratan de eclogitas anfibólicas con
rutilo accesorio, en las cuales el granate y la omfacita se asocian paragenéticamente con
abundante anfíbol sódico-cálcico.
Se destaca además una asociación regresiva, débilmente impresa, compuesta por anfíbol
cálcico, albita, epidota y esfena. La inexistencia de efectos difusionales marcados en los
halos de los cristales de granate, sugiere que el diaftoresis ocurrió justo a continuación del
pico del metamorfismo progresivo, ocurriendo un enfriamiento relativamente rápido de las
eclogitas durante su exhumación en melanges serpentiníticos.
Estas investigaciones precisaron que el pico del metamorfismo progresivo de las eclogitas
de ambas localidades ocurrió entre 450 y 650 grados centígrados y bajo una presión
superior a los 15 kilobars, mientras que el metamorfismo retrógrado tuvo lugar a una
Ing. Yurisley Valdés Mariño
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�Capítulo II
Metodología y volumen de los trabajos realizados.
temperatura inferior a los 500 grados centígrados y una presión por debajo de los 10
kilobars.
Son frecuentes las anfibolitas de alta presión, que se componen por anfíbol de tipo
hornblenda asociada con plagioclasa ácida, granate, mica blanca, clinozoisita y rutilo, es
decir, anfibolitas micáceo granatíferas. En ocasiones pueden encontrarse restos de una
eclogita más antigua. Los bloques de estas anfibolitas, aunque sin restos eclogíticos, son
abundantes en el Alto de Corea, formando parte de una secuencia estratificada donde
además aparecen intercalaciones de cuarcitas metapedernálicas con mica blanca y granate.
Los bloques de cuarcitas de este tipo, a veces además con glaucofana, pueden destacarse en
otras localidades.
Los esquistos glaucofánicos de grado medio son frecuentes en diferentes localizaciones,
donde la glaucofana se asocia con mica blanca, granate, plagioclasa ácida, clinozoisitaepidota o lawsonita y rutilo. Se tratan de esquistos glaucofano granato micáceos. Por otra
parte, en la región de Santa Clara son frecuentes unos esquistos glaucofánicos de bajo
grado y grano fino (metaturbiditas), donde la glaucofana se asocia con albita, clorita,
lawsonita y pumpelleita, con grafito accesorio. Se tratan de esquistos glaucofano lawsonito
pumpelleíticos. En la misma región encontramos un esquisto muy particular de
composición cuarzo mica blanca psilomelánico.
Blanco- Idael (2012) plantea que en la Sierra del Convento son usuales unos esquistos
bandeados zoisíticos o zoisito clinopiroxénicos, a veces además cuarcíferos, de grano fino a
medio. Además puede encontrarse un fels zoisítico. También aparecen esquistos jadeito
glaucofano micáceos (mica blanca) y esquistos enriquecidos en clinopiroxeno jadeítico.
Son usuales aquí unas anfibolitas con clinozoisita, plagioclasa ácida y a veces también
granate, las cuales aparecen intruidas por unos metagranitoides trondjemíticos esquistosos
con mica blanca y zoisita. Los bloques de antigorititas o de esquistos antigoríticos de grano
muy fino son frecuentes en diferentes localidades, al igual que los esquistos actinolíticos o
actinolititas no esquistosas, así como también los esquistos talcosos.
Metamorfítas de Baja Presión
Vinculadas con el cinturón ofiolítico cubano se destacan metabasitas de baja presión, las
cuales parecen derivarse, al menos en parte, de gabros y diabasas de la propia asociación
ofiolítica, formando bloques incluidos tectónicamente dentro del horizonte del complejo de
Ing. Yurisley Valdés Mariño
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�Capítulo II
Metodología y volumen de los trabajos realizados.
las peridotitas tectoníticas. Principalmente se tratan de unas anfibolitas poco plegadas y
deformadas que como regla conservan muchos restos de minerales y estructuras
magmáticas. Pueden ser anfibolitas masivas, con esquistosidad imperfecta, o esquistosas y
con menor cantidad de restos magmáticos.
Estas se componen por la asociación de hornblenda y plagioclasa (oligoclasa hasta
labrador). En menor grado también aparecen esquistos o rocas verdes de menor grado
metamórfico, cuyos protolitos pueden ser basaltos, diabasas y gabros. Se consideraba que la
reelaboración de estas basitas fue debido a un metamorfismo regional de muy baja presión
de tipo oceánico, probablemente relacionado con la génesis de las ofiolitas, ya sea en
condiciones de MORB o de suprasubducción, por lo que se suponía su edad como Jurásico
Superior a Cretácico Inferior (Somin y Millán, 1981).
Sin embargo, de acuerdo con datos recientes, la cuestión relacionada con estas metabasitas
de baja presión vinculadas con el cinturón ofiolítico es más complicada, pues las mismas
parecen tener diferentes tipos de protolitos (García-Casco et al. 2003).
En Cuba central, al este de Santa Clara, las anfibolitas metadiabásicas y metagabroídicas de
baja presión constituyen una faja coherente conocida en la literatura como metamorfitas
Perea, las cuales además aparecen formando inclusiones en las peridotitas serpentinizadas
del complejo tectonítico. Esta faja se compone por anfibolitas metagabroídicas y
metadiabásicas desde esquistosas a masivas, que generalmente contienen restos de
minerales y estructuras magmáticas. Las asociaciones metamórficas están compuestas por
hornblenda y plagioclasa (Somin y Millán, 1981; Millán, 1996 b).
De acuerdo con datos petrológicos recientes destacados en García-Casco et al. (2003), una
muestra de anfibolita metadiabásica con restos magmáticos, tomada en el cinturón de Perea,
presentó una asociación metamórfica de magnesiohornblenda con andesina, cuyos
parámetros de presión y temperatura fueron de 650 a 800 grados centígrados y menos de 3
kilobars; mientras que una muestra de metagabroide tomada en una localidad cercana de la
misma faja arrojó unos parámetros de temperatura-presión de 900 a 1100 grados
centígrados y 3 kilobars en una asociación metamórfica de andesina, anfíbol (pargasitakaesuitita) y clinopiroxeno, sin restos primarios, que parece corresponder con la facies
granulítica de baja presión.
Ing. Yurisley Valdés Mariño
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�Capítulo II
Metodología y volumen de los trabajos realizados.
Por sus características geoquímicas ambas muestras tienen una afinidad calcoalcalina típica
de un magmatismo de arco volcánico, pero no de tipo ofiolítico. Además, una datación ArAr indicó una edad del metamorfismo de aproximadamente 90 millones de años, por lo que
éste pudiera estar relacionado con la propia colisión del Cretácico Superior y no con un
proceso de tipo oceánico vinculado propiamente con las ofiolitas, a pesar de que las
metabasitas de Perea aparecen actualmente asociadas espacial y estructuralmente con el
cinturón ofiolítico e incluso sus bloques aparecen incluidos dentro de las peridotitas
tectoníticas serpentinizadas de la base de una asociación ofiolítica original.
Por otra parte, en una estrecha faja de melange serpentinítico que constituye la
prolongación oriental del macizo ofiolítico de Cajálbana, en Cuba occidental, se destacan
numerosos bloques de anfibolitas metadiabásicas y metagabroídicas, incluidos en
peridotitas tectoníticas muy serpentinizadas y cizalladas. Estas son unas anfibolitas
normales compuestas por hornblenda y oligoclasa andesina a andesina, que generalmente
conservan restos de estructuras y minerales magmáticos, aunque con frecuencia presentan
una marcada foliación metamórfica (Somin y Millán, 1981; Millán 1996 b; Grafe, F. et al.
2001).
Una muestra analizada de un cuerpo incluido de anfibolita metadiabásica (García-Casco et
al.2003), indicó que su protolito tiene una afinidad propia de las toleitas de
suprasubducción, mientras que su metamorfismo ocurrió en la facies anfibolítica de muy
baja presión, dentro de un rango de temperatura de 550 a 750 grados centígrados y una
presión inferior a los 3 kilobars, probablemente en condiciones oceánicas.
Este metamorfismo tuvo lugar, de acuerdo con una datación Ar-Ar, hace aproximadamente
130 millones de años. De acuerdo con esto, las ofiolitas de Cajálbana pudieran tratarse de
ofiolitas de suprasubducción y fueron afectadas por un proceso de metamorfismo de tipo
oceánico durante el Neocomiano.
2.3 Trabajos de campo
El trabajo de campo se desarrolló en varias campañas de corta duración. El objetivo general
del levantamiento geológico en esta área fue realizar un mapa geológico donde se
representen las características geológicas a una escala de 1:50 000, la base topográfica con
que se contó fue la hoja topográfica.
Ing. Yurisley Valdés Mariño
50
�Capítulo II
Metodología y volumen de los trabajos realizados.
Los recorridos realizados (Figura 2.3) estuvieron dirigidos a ubicar los contactos entre las
principales unidades geológicas presentes en dicha área, con énfasis en las pertenecientes a
la Asociación Ofiolítica. Los recorridos de mayor interés se efectuaron fundamentalmente a
lo largo de trochas y caminos mineros, debido a que es precisamente en ella donde las
diferentes unidades geológicas presentan su mayor aflorabilidad y donde las rocas se
encuentran más frescas.
Figura 2.3 Fotografía del mapa de redes de datos del sector Camarioca Sur.
Las muestras de rocas seleccionadas para el presente trabajo investigativo fueron tomadas
previamente en el campo durante los itinerarios geológicos de levantamiento a escala 1:
5000 ejecutados por comisiones geológicas, según perfiles coincidentes con las líneas de
perforación E – W correspondientes a la red de 33.33 x 33.33 m, con el objetivo de
documentar los afloramientos y tomar muestras de las litologías principales que afloran en
el área de estudio (Figura.2.4). El método de toma de muestras utilizado fue el de
fragmento de roca, el tamaño de las muestras tomadas fue aproximadamente de 10x8x8 cm.
Para la toma de muestras se utilizó una piqueta. Siempre se escogieron las rocas menos
afectadas por los procesos de intemperismo, luego de obtenidos los fragmentos rocosos se
procedió a enumerar y marcar la muestra utilizando un marcador permanente.
Ing. Yurisley Valdés Mariño
51
�Capítulo II
Metodología y volumen de los trabajos realizados.
Figura. 2.4 Fotografía de los afloramientos de rocas metamórficas, donde se observa el agrietamiento y
bandeamiento. (Coordenadas: x- 695,657.45; y- 210,305.11; z- 659.020)
Ing. Yurisley Valdés Mariño
52
�Capítulo II
Metodología y volumen de los trabajos realizados.
2.4 Trabajos de laboratorio
Para el análisis de las muestras de rocas seleccionadas en la presente investigación fue
necesario realizar trabajos de laboratorio de preparación de muestras del Departamento de
Geología del ISMMM, los cuales estuvieron dirigidos hacia la petrografía microscópica, y
las técnicas analíticas de difractometría y fluorescencia de rayos-X para una mayor
precisión en las determinaciones mineralógicas de las muestras y determinar la
composición química total de las rocas respectivamente. Para el análisis por difracción de
rayos X se pulverizaron las muestras, hasta una granulometría de 0.07mm, para obtener una
masa de aproximadamente 50 g.
Las rocas fueron cortadas con una sierra de borde de diamante (Figura.2.5 a) máquina
cortadora Minocecar) para obtener una superficie plana con el objetivo de que sea más
cómoda la preparación de estas muestras para ser pulidas y desbastadas. Después de
haberse cortado las muestras se procedió a su procesamiento en la máquina esmeriladora
(Foto. 2.5 b) con el objetivo de desgastarla y eliminar las rugosidades. El proceso de pulido
se realizó con el objetivo de eliminar las huellas dejadas mediante el corte y obtener un
plano de superficie que refleje la luz, para esto se utilizó la máquina pulidora (PG-20) de
dos platos (Figura.2.5 c).
a
b
c
Figura. 2.5 a) Máquina cortadora (Minocecar). b) Máquina Esmeriladora (Montasuial). c) Máquina pulidora
de dos platos (PG-20)
2.4.1 Análisis petrográfico
Para la realización de los análisis petrográficos se confeccionaron secciones delgadas en el
taller de preparación de muestras de rocas del ISMMM, para luego ser analizadas bajo el
microscopio petrográfico de luz polarizada, modelo NP-400B, marca NOVEL de
Ing. Yurisley Valdés Mariño
53
�Capítulo II
Metodología y volumen de los trabajos realizados.
procedencia China en el laboratorio de petrografía de la misma institución (Figura 2.5 a).
Las descripciones petrográficas se realizaron tanto con nicoles cruzados como paralelos,
objetivo 10X, foco 17.13mm y una distancia de trabajo aproximada de 7.316mm. Para
dicho análisis se tuvieron en cuenta los parámetros ópticos: color, forma, pleocroísmo,
birrefringencia, ángulo de extinción, clase óptica (Figura de interferencia), signo óptico,
exfoliación, granulometría de los granos, índices de refracción(n). Además de los
parámetros ópticos anteriormente expuestos se realizó la cuantificación porcentual de los
minerales por el método de estimación visual y se determinaron los principales tipos de
texturas presentes en las rocas; para lo cual las descripciones fueron apoyadas con el uso de
bibliografías tales como: Mineralogía Óptica de Paul f. Kerr, Atlas de Asociaciones
Minerales en láminas delgada de Joan Charles Melgarejo, Metamorfic texture de a. Spray,
entre otras.
Las microfotografías fueron tomadas por medio de la inserción al microscopio de la cámara
fotográfica digital, modelo Power Shot A360, de 8.0 megapíxel con zoom óptico de
aproximación 4x, con ocular especial diseñado para cámaras Canon de 52 mm y de la
video-cámara digital, modelo MDCE-5A con cable USB 2.0 (Figura 2.6 a y b).
A
B
Figura 2.6 a) Microscopio de luz polarizada modelo NP-400B, marca NOVEL.
b) video cámara digital ocular MDCE-5.
Ing. Yurisley Valdés Mariño
54
�Capítulo II
Metodología y volumen de los trabajos realizados.
2.4.2 Método de fluorescencia de rayos X (FRX)
Para determinar la composición química total de las muestras se realizó en el laboratorio de
la Universidad de Clausthal en Alemania para realizarles análisis de la composición
química cualitativa y cuantitativa utilizando el equipo de fluorescencia de rayos-X (FRX)
marca Axios (Figura 2.7). El método consiste en hacer incidir un haz de rayos-X con
energía suficiente para excitar los diferentes elementos que componen la muestra. Los
átomos excitados al pasar al estado normal emiten radiaciones X, cuya longitud de onda va
a ser característica de cada elemento, y la intensidad de su fluorescencia es proporcional al
contenido de dicho elemento en la muestra. El espectrómetro es capaz de separar las
diferentes longitudes de onda y determinar su intensidad. Mediante la resolución de un
sistema de ecuaciones se calcularon los contenidos de los diferentes elementos, a través de
la correspondencia con una serie de muestras patrones con las que se calibra el equipo.
Figura 2.7 Fotografía del equipo de florescencia de rayos-X, marca Axios.
2.4.3 Método de difracción de rayos-X (DRX)
Debido a la granulometría en micrones de algunas muestras analizadas fue difícil
determinar algunos minerales bajo el microscopio, por lo que fueron estudiadas con ayuda
del método de difracción de rayos-X. El cual consiste en hacer incidir un haz de rayos-X de
radiación monocromática sobre la muestra de roca finamente pulverizada la cual se
extiende por la superficie de un vidrio porta usando una pequeña cantidad de aglomerante
Ing. Yurisley Valdés Mariño
55
�Capítulo II
Metodología y volumen de los trabajos realizados.
adhesivo. El instrumento está construido de tal manera que el porta, cuando se sitúa en
posición, gira sobre un brazo hasta registrar los rayos X reflejados. Las variaciones de
intensidad en los rayos reflejados se obtienen gráficamente en un registro denominado
difractograma en el cual se ven manifestados los diferentes picos de reflexión provenientes
de la muestra. La altura de los mismos son directamente proporcionales a las intensidades
de las reflexiones que las provocaron. (Figura 2.8).
Figura 2.8 Fotografía del equipo de difracción de rayos-X, marca Phillips.
2.5 Etapa de gabinete
Después de obtenidos los datos de los análisis realizados durante la ejecución del trabajo,
los mismos fueron procesados con la ayuda de programas informáticos tales como
Surfer.11, Sigma Plot 12.0 y Analyse, permitiendo la comparación de las fases minerales
con las obtenidas en los difractográmas para luego ser interpretados por medio de tablas y
gráficos que forman parte de la memoria escrita. (Figura 2.9).
Figura 2.9. Fotografía de los Software Surfer.11, Sigma Plot 12.0 y ANALYSE
.
Ing. Yurisley Valdés Mariño
56
�Capítulo III
Análisis e interpretación de los resultados obtenidos
CAPÍTULO 3. ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS
OBTENIDOS.
3.1 Introducción
El siguiente capítulo tiene como objetivo presentar las principales características
petrográficas, mineralógicas y geoquímicas de las
muestras seleccionadas para la
investigación, así como la interpretación realizada a partir de los resultados obtenidos de las
técnicas analíticas empleadas.
3.2 Petrografía
Macroscópicamente las muestras de rocas se caracterizan por presentar una granulometría
de fina a media que dificulta la correcta identificación de los minerales constituyentes
(Figura 3.1).
Figura 3.1 Fotografía de muestras de rocas analizadas.
Presentan una coloración oscura debido al predominio de minerales máficos (anfíboles), y
la elevada densidad. Se caracterizan además por presentar dos tipos principales de
estructuras: masiva y gnéisica (ver Figuras 3.2 y 3.3). En la estructura masiva, los granos
minerales se encuentran distribuidos de forma homogénea sin ningún signo de orientación
preferente, mientras que en la gnéisica se observa una alternancia de bandas claras y
oscuras que provocan cierto alineamiento de los minerales, paralelamente a los planos de
bandeamiento.
Ing. Yurisley Valdés Mariño
57
�Capítulo III
Análisis e interpretación de los resultados obtenidos
Figura 3.2 Estructura gnéisica en anfibolita gnéisica. Figura 3.3 Estructura masiva en granofels anfibolítico.
Las rocas metamórficas del sector Camarioca sur petrográficamente se clasifican según la
SCMR (2007) en dos tipos litológicos fundamentales:
1. Anfibolitas gneisicas
2. Granofels anfibolíticos
3.2.1. Anfibolitas gneisicas
Se caracterizan por presentar una textura granonematoblástica (gnéisica) en la cual se
observa una alternancia de niveles ricos en anfíboles cálcicos (edenita, pargasita) y niveles
constituidos por plagioclasa y feldespatos potásicos (ver Figura 3.4). Los anfíboles
presentan forma prismática, mostrando cierto grado de orientación en una dirección
determinada, mientras los cristales de plagioclasa su composición oscila desde andesina a
oligoclasa, se presentan en forma subidiomórfica y con maclas polisintéticas y en cuña
producto a los esfuerzos desviatorios. Los feldespatos potásicos son anhedrales y su
tamaño de grano es de aproximadamente 0,2 mm.
Ing. Yurisley Valdés Mariño
58
�Capítulo III
Análisis e interpretación de los resultados obtenidos
Muestra No: M1 (20232-1)
Coordenadas: X: 699425 Y: 207925
Tipo de laboreo: Levantamiento geológico
Estructura: Gnéisica
Nombre de la roca: Anfibolita gnéisica
Textura: Granonematoblástica (gnéisica)
Color: Presenta alternaciones de bandas claras y oscuras
Composición general: edenita, pargasita, plagioclasa (oligoclasa-andesina), feldespato
potásico y clorita
Descripción
La muestra está constituida por un 64% de anfíboles (edenita y pargasita, según DRX),
24% de plagioclasa, 6% de feldespato potásico y clorita. Presenta una fábrica lineal o
planolineal muy marcada definida por la alternancia de niveles ricos en cristales de
anfíboles y de minerales félsicos tales como plagioclasa y feldespato potásico (Figuras 3.4
y 3.5). Los granos de anfíboles tienen formas prismáticas alargadas, coloración parda,
relieve alto y los colores de interferencia varían desde el amarillo-naranja de primer orden y
algunos llegan hasta el azul de 2do orden. Los cristales de plagioclasa (oligoclasa-andesina)
son xenomórficos y subidiomórficos, incoloros, baja birrefringencia y maclas polisintéticas
en forma de cuña producto a la deformación. Los feldespatos potásicos presentan
características similares a las plagioclasa pero no presentan maclas y tienen un mayor grado
de agrietamiento. La roca presenta grietas muy finas rellenas por un material de baja
birrefringencia al parecer de clorita.
Ing. Yurisley Valdés Mariño
59
�Capítulo III
Análisis e interpretación de los resultados obtenidos
3.2.2 Granofels anfibolíticos (Muestras M2, M3, M5, M6, M8, M9)
Se caracterizan por ser rocas con estructura masiva (Figura 3.3), en la cual a diferencia de
la anterior no presentan orientación preferente de sus minerales constituyentes definiendo
una textura granoblástica decusada (diablástica) y su variedad fibroblástica (ver muestra
M8, Figuras 3.16 y 3.17). La textura porfidoblástica es otra clase textural presente en dichas
rocas, la cual puede observarse en la muestra M5, (Figuras 3.10 y 3.11). Desde el punto de
vista mineralógico se caracterizan por el predominio de anfíboles hornblenda y minerales
de bajo grado metamórfico tales como la clorita y minerales del grupo de la serpentina. Los
anfíboles presentan hábito prismático largo, acicular, fibroso, mientras la clorita y los
minerales de la serpentina son tabulares. Es importante destacar la ausencia de plagioclasas
que presentan estos tipos de rocas.
Ing. Yurisley Valdés Mariño
60
�Capítulo III
Análisis e interpretación de los resultados obtenidos
Muestra No: M2 CS-OV163-2
Coordenadas: X: 695675 Y: 210175
Tipo de laboreo: Levantamiento geológico
Estructura: masiva
Nombre de la roca: Granofels con edenita y oxihornblenda
Textura: Granoblástica decusada
Color: Oscuro
Composición general: edenita, oxihornblenda
Descripción
La muestra está constituida totalmente por minerales del grupo de los anfíboles. Los
anfíboles se presentan en dos generaciones diferentes, unos con colores de interferencia que
varían del amarillo-naranja de primer orden hasta el azul de segundo orden con un ángulo
de extinción de 21º y otros que se caracterizan por bajos colores de interferencia (grisamarillo pálido de primer orden) y ángulos de extinción que varían aproximadamente desde
3º- 12º, el color natural de estos minerales varía desde el azul-verdoso pálido hasta el
amarillo. Al parecer por sus características ópticas cada uno de estos grupos de anfíboles se
corresponden respectivamente con las variedades de hornblenda: edenita y oxihornblenda.
(Figuras 3.6 y 3.7). En algunos cristales se presenta un cierto zonado evidenciado por el
contraste de tonalidad del color de interferencia, existente entre la parte central y periférica
de los minerales, lo cual pudiera estar dado por un cambio composicional a lo largo de su
estructura cristalina.
Ing. Yurisley Valdés Mariño
61
�1mm
Capítulo III
Análisis e interpretación de los resultados obtenidos
Muestra No: M3 (5774-2)
Coordenadas: X: 694800 Y: 212450
Tipo de laboreo: Levantamiento geológico
Estructura: masiva
Nombre de la roca: Granofels con magnesio-hornblenda, clorita y serpentina
Textura: Granoblástica decusada.
Color: Verde claro.
Composición general: Magnesio-hornblenda, clorita y serpentina.
Descripción
Roca de grano fino cuyo tamaño de grano varían entre 0,01mm y 0,5mm aproximadamente.
Está constituida por un 57% de magnesio-hornblenda, 26% de clorita y 18% de serpentina.
Presenta una textura granoblástica decusada en la cual se destacan bandas o vetillas de
cristales de clorita en una masa de anfíboles y clorita de granulometría más fina. Los
cristales de magnesio-hornblenda son prismáticos largo con colores de interferencia que
llegan hasta el azul de segundo orden, su coloración varía desde incolora a amarillo pálido,
presentando un relieve elevado. Por su parte los granos de clorita y serpentina son muy
similares, solo se han podido diferenciar por medio de los análisis químicos realizados. Se
caracterizan por presentar bajos colores de interferencia hasta el gris de primer orden,
incoloros, forma alargada, muy bajo relieve y extinción recta.
Ing. Yurisley Valdés Mariño
62
�Capítulo III
Análisis e interpretación de los resultados obtenidos
Muestra No: M5 (161_1)
Coordenadas: X: 695625 Y: 210225
Tipo de laboreo: Levantamiento geológico.
Estructura: Porfidoblástica.
Nombre de la roca: Granofels con pargasita y clinocloro.
Textura: Porfidoblástica.
Color: Verde oscuro.
Composición general: pargasita y clinocloro
Descripción
La muestra está constituida por una matriz anfibolítico-clorítica de grano fino, la cual
engloba porfidoblastos de clinocloro (variedad de clorita) cuyas dimensiones superan los
2,0mm (ver Figuras 3.10 y 3.11). Los anfíboles por sus características ópticas se
corresponden con minerales del grupo de la hornblenda (pargasita), presentan colores de
interferencia que alcanzan el azul de segundo orden, coloración verde-pálido a incolora y
los ángulos de extinción oscilan entre 16º y 24º. Por su parte los cristales de clorita
presentan bajos colores de interferencia (gris de primer orden), incoloros, y extinción recta,
presentan además forma tabular a diferencia de los anfíboles que son prismáticos. En los
porfidoblastos de clorita se observan maclas las cuales en determinados puntos del mineral
se encuentran deformadas productos a la acciones de débiles esfuerzos tectónicos.
Figura
3.10.
Microfotografía
muestra
M5.
Porfidoblastos de clinocloro (Cln) en matriz constituída
Figura 3.11. Microfotografía muestra M5. Igual a la foto
anterior. (Nicoles paralelos).
por anfíboles (Anf) y cristales de clinocloro de menor
tamaño. Nombre de la roca: granofels anfibolito-clorítico
con textura porfidoblástica (Nicoles cruzados, aumento
10 x).
Ing. Yurisley Valdés Mariño
63
�Capítulo III
Análisis e interpretación de los resultados obtenidos
Muestra No: M9 (CS-B10435-1)
Coordenadas: X: 697175 Y: 209925
Tipo de laboreo: Levantamiento geológico.
Estructura: masiva
Nombre de la roca: Granofels con actinolita y clorita.
Textura: Granoblástica decusada.
Color: Verde oscuro.
Composición general: actinolita, clorita.
Descripción
La muestra está constituida por un 64% de clorita y 36% de anfíboles, los anfíboles se
caracterizan por ser prismáticos alargados y aciculares, así como elevados colores de
interferencia que varían desde el amarillo de 1º orden hasta el azul-verdoso de 2º orden,
coloración amarillo-verdoso pálido y ángulos de extinción que oscilan entre 10º y 15º lo
cual se corresponde con el anfíbol actinolita. Los cristales de clorita se caracterizan por
presentar forma tabular, birrefringencia muy baja alcanzando solamente los gris claro de 1º
orden, incoloros y extinción recta.
Ing. Yurisley Valdés Mariño
64
�Capítulo III
Análisis e interpretación de los resultados obtenidos
Muestra No: M6 CSMG 5020-1
Coordenadas: X: 695949 Y: 210216
Tipo de laboreo: Levantamiento geológico.
Estructura: masiva
Nombre de la roca: Granofels con pargasita y tremolita.
Textura: Granoblástica decusada.
Color: Verde oscuro.
Composición general: pargasita y tremolita.
Descripción
La muestra constituida totalmente por los anfíboles pargasita y tremolita (según DRX)
(Figuras 3.14 y 3.15). Presenta una granulometría fina a media, donde el tamaño de los
granos minerales oscila entre 0,06 y 0,2 mm. Los cristales de anfíboles son prismáticos
alargados y presentan colores de interferencia que varían desde el gris claro de primer
orden a el azul de segundo orden, su color natural es amarillo pálido a incoloro, su relieve
es elevado y sus ángulos de extinción son muy variables oscilando entre 8º y 27º.
Ing. Yurisley Valdés Mariño
65
�Capítulo III
Análisis e interpretación de los resultados obtenidos
Muestra No: M8 Mg195
Coordenadas: X: 695675 Y: 210225
Tipo de laboreo: Levantamiento geológico.
Estructura: masiva
Nombre de la roca: Granofels con hornblenda, tremolita y clorita
Textura: Granoblástica decusada (variedad fibroblástica).
Color: Verde oscuro.
Composición general: hornblenda, tremolita, clorita y minerales accesorios.
Descripción
La muestra está constituida por un 45% de hornblenda (pargasita), 37% de tremolita y un
14% de clorita (nimita), el resto está representado por minerales accesorios. La hornblenda
se presenta de forma prismática alargada mientras la tremolita presenta forma acicular,
formando generalmente grupos radiales de cristales que se han desarrollado a partir de un
centro común a manera de fibrolitas (Figuras 3.16 y 3.17), el color natural de los mismos
varía de verde muy pálido a incoloro, sus colores de interferencia llegan hasta el azul
verdoso de segundo orden, su relieve es elevado y los ángulos de extinción se encuentran
en el rango de 15º-23º. La clorita se presenta en agregados de cristales microcristalinos de
muy baja birrefringencia e incoloros.
Ing. Yurisley Valdés Mariño
66
�Capítulo III
Análisis e interpretación de los resultados obtenidos
3.3 Interpretación de los análisis de difracción de rayos-X
A partir de los resultados de análisis de difractometría de rayos-x realizados, se obtuvieron
4 gráficos difractométricos correspondientes a las muestras M1, M5, M6 y M8 (ver Figuras
3.18, 3.19, 3.20 y 3.21 respectivamente), en los cuales se muestran los picos
difractométricos correspondientes a las fases minerales presentes en dichas muestras. El
difractograma de la muestra M1 (Figura 3.18) indica la presencia de dos fases minerales
principales correspondientes a los picos de mayor intensidad: pargasita (Na Ca2 Mg4 Al3
Si6 O22 (OH)2) y edenita (Na Ca2 Mg5 Al Si7 O22 (OH)2). En la muestra M8 se encuentran
como fases minerales principales: pargasita, tremolita (Ca2 Mg5 O22 (OH)2) y en menor
medida la nimita ((Ni, Mg, Al)6 (Si, Al)4 O8 (OH)8) (grupo de la clorita). En las dos
últimas muestras se siguen presentando los anfíboles cálcicos pargasita y tremolita excepto
en la muestra M5 donde en lugar de la tremolita se encuentra el clinocloro (Mg5 Al (Si,
Al)4 O10 (OH)8). Indicando que las fases minerales se corresponden a un metamorfismo de
grado medio a bajo.
Figura 3.18 Difractograma de fases minerales en la muestra M1.
Ing. Yurisley Valdés Mariño
67
�Capítulo III
Análisis e interpretación de los resultados obtenidos
Figura 3.19 Difractograma de fases minerales en la muestra M8.
Figura 3.20 Difractograma de fases minerales en la muestra M6.
Ing. Yurisley Valdés Mariño
68
�Capítulo III
Análisis e interpretación de los resultados obtenidos
Figura 3.21 Difractograma de fases minerales en la muestra M5.
3.5 Interpretación de los análisis de fluorescencia de rayos-X
Se realizaron análisis geoquímicos de roca total de 7 muestras una de ellas correspondiente
a las Anfibolitas gneisicas y 6 a Granofels anfibolíticos. Por los análisis de fluorescencia de
rayos-X realizados al total de muestras, se obtuvieron los datos de porcentajes en óxidos del
contenido de elementos mayores presentes en las mismas (ver tabla 1) y en ppm de los
elementos químicos (ver tabla 2).
Ing. Yurisley Valdés Mariño
69
�Capítulo III
Análisis e interpretación de los resultados obtenidos
Tabla 1. Contenido expresado en por ciento en peso para los óxidos de los elementos
mayores en las muestras de rocas seleccionadas.
Por ciento en
M1
M2
M3
M5
M6
M8
M9
peso
20232
163
5774
161
5020
195
10435
SiO2
42,99
45,59 44,37 45,35 42,09 39,83 45,76
Al2O3
17,44
13,73 14,56 12,22 16,45 22,36 0,97
MnO
0,16
0,17
MgO
13,24
17,95 27,3
23,56 15,66 16,09 43,46
Na2O
3,02
1,8
0,74
1,98
2,78
Ca
11,04
9
4,33
8,3
10,79 5,5
0,48
TiO2
1,01
0,37
0,32
0,47
0,57
1,15
0,01
P2O5
0,01
0,02
0,01
0,01
0,02
0,02
0,01
K2O
0,2
0,07
0,06
0,06
0,12
0,05
0
10,69
11,29 8,17
7,87
10,88 13,82 9,09
Fe2O3
Ing. Yurisley Valdés Mariño
0,14
0,09
0,16
0,12
1,06
0,12
0,1
70
�Capítulo III
Análisis e interpretación de los resultados obtenidos
Tabla 2. Contenido expresado en ppm de los elementos químicos en las muestras de rocas
seleccionadas.
M1
M2
M3
M5
M6
M8
M9
20232
163
5774
161
5020
195
10435
Ba
74
35
21
84
188
156
11
Ce
LLD
LLD
6
15
22
LLD
0
Co
76
83
457
111
66
81
116
Cr
791
903
1187 1355 1255 1330
Cu
40
109
70
14
133
159
0
La
LLD
LLD
15
1
16
LLD
0
Nb
3
5
2
4
4
8
0
Ni
831
Ga
16
9
8
8
12
15
2
Pb
44
13
15
66
456
116
10
LLD
1
0
3
LLD
0
0
LLD
Pr
1175 4370 2033 1902 2825
Rb
LLD
LLD LLD LLD LLD
Sr
25
Th
2
V
211
101
Y
18
Zr
67
7
2596
2538
44
240
23
LLD
2
11
6
1
129
185
178
244
31
14
48
29
42
18
LLD
50
28
19
25
30
45
9
Zn
89
83
77
116
232
265
42
Nd
LLD
LLD
3
LLD
30
LLD
3
U
4
7
LLD
3
LLD
6
5
LLD LLD
A partir de los resultados obtenidos se confeccionó el diagrama de clasificación TAS (total
álcalis vs. sílice) para rocas volcánicas, de Le Maitre et al (2011) (Figura 3.22), con el
objetivo de determinar el tipo de protolito. La mayoría de las muestras ploteadas caen
dentro de un campo composicional correspondiente a rocas tipo basaltos y picrobasaltos.
Las que se corresponden con rocas volcánicas ultramáficas.
Ing. Yurisley Valdés Mariño
71
�Capítulo III
Análisis e interpretación de los resultados obtenidos
Figura 3.22 Diagrama de clasificación TAS (total álcalis vs. sílice) para rocas volcánicas, de Le
Maitre et al. (2011), mostrando los puntos de ploteo de las muestras analizadas.
Los elementos mayoritarios de las anfibolitas se representaron en diagramas para
discriminar la serie magmática a la cual corresponden. Se utilizó el diagrama (Na2O + K2O)
vs. SiO2 de Irvine y Baragar (1971). (Figura. 3.23), donde las anfibolitas se ubican en el
campo subalcalino, excepto la muestra M1 y M5 que corresponde en el campo alcalino.
Ing. Yurisley Valdés Mariño
72
�Capítulo III
Análisis e interpretación de los resultados obtenidos
Figura 3.23: Diagrama SiO2 vs. (Na2O + K2O) de Irvine y Baragar (1971).
En general, las anfibolitas muestran una afinidad toleítica según el diagrama MgO-FeOt(Na2O + K2O) de Irvine y Baragar (1971, Figura 3.24) y el de FeOt-(FeOt/MgO) de
Miyashiro (1974, Figura 3.25). Los contenidos obtenidos en los análisis químicos varían
entre 39,83 % a 45,76 % para SiO2; de 0,02 % a 0,12 % para K2O y de 0,01% a 1,15%
para TiO2. Estos valores son similares a los propuestos por Miyashiro (1975) para rocas
toleíticas abisales de un ambiente de dorsal mesoceánica (MORB). La relación FeOt/MgO
da valores entre 0,21% y 0,86 %; esta relación puede ser un discriminante entre las rocas
toleíticas abisales (MORB) para los valores menores a 1,7 % y de toleítas de arcos de islas
(IOB) o toleítas de fondo oceánico marginal, para valores mayores a 1,7 %. Otro
discriminante para estos ambientes serían los contenidos de K2O, pero como los álcalis son
móviles ante procesos de metamorfismo y meteorización, no contarían como discriminante,
mientras que los rangos de SiO2 y FeOt/MgO son más estrechos.
Ing. Yurisley Valdés Mariño
73
�Capítulo III
Análisis e interpretación de los resultados obtenidos
Figura 3.24: Diagrama MgO-FeOt-(Na2O+K2O) de Irvine y Baragar (1971).
Figura 3.25: Diagrama FeOt -(FeOt/MgO) de Miyashiro (1974). Toleítico (TH) y calcoalcalino (CA).
Ing. Yurisley Valdés Mariño
74
�Capítulo III
Análisis e interpretación de los resultados obtenidos
Las variaciones que presentan las anfibolitas en algunos elementos mayoritarios (tabla 1).
Los valores de SiO2 dan una media de 43,71%, con la muestra M9 con el contenido más
elevado 45,76% y la muestra M8 con el más bajo 39,83 %. La muestra M1 tiene los
contenidos más elevados de Na2O 3,02% y K2O 0,2%. En el caso del Cr, se encuentran
contenidos mayores a 2590 ppm, excepto la muestra M1 que tiene 791 ppm. Los
contenidos de Ni varían entre 1175 ppm y 4370 ppm, en el caso del V varían entre 101
ppm y 244 ppm. Estos valores determinan el carácter mantélico de las rocas. Ver figura
3.27.
5000,00
Mg
4000,00
Ti
3000,00
Co
2000,00
Cr
Ni
1000,00
V
0,00
M1
M2
M3
M5
M6
M8
M9
Cu
Figura 3.27. variograma de los elementos quimicos
Se utilizaron diagramas de discriminación tectónica, entre ellos Ti-V (Figura. 3.28) de
Shervais (1982), Zr-TiO2 (Figura. 3.29) para determinar el posible ambiente tectónico de
los protolitos de las rocas metamórficas.
Ing. Yurisley Valdés Mariño
75
�Capítulo III
Análisis e interpretación de los resultados obtenidos
Figura 3.28: Diagramas de discriminación tectónica Ti - V de Shervais (1982). Referencias: basaltos de arco
(ARC) y basaltos de fondo oceánico (Ofib).
Figura 3.29: Diagramas de discriminación tectónica Zr - TiO2 de Pearce y Cann (1973). Referencias: toleítas
con bajo K (LKT); basaltos calcoalcalinos (CAB) y basaltos de fondo oceánico (Ofib).
Sun y Nesbitt en 1978 discuten las regularidades geoquímicas y el significado genético de
basaltos asociados con complejos ofiolíticos usando las relaciones entre Al2O3/TiO2 y
CaO/TiO2 para establecer la génesis de basaltos con bajo y alto contenido de TiO2, en una
serie ofiolítica. Los autores proponen que incrementando los grados de fusión del manto
puede producirse un progresivo aumento en las relaciones Al2O3/TiO2 y CaO/TiO2 en el
fundido, pero a partir de un punto crítico estas relaciones no cambian. Esto se explica
Ing. Yurisley Valdés Mariño
76
�Capítulo III
Análisis e interpretación de los resultados obtenidos
porque el Ti es incompatible, mientras que los contenidos de Al y Ca son compatibles. Si la
cantidad de fundido aumenta, Al-Ca son retenidos en la fase de la fuente, y las relaciones
Al2O3/TiO2 y CaO/TiO2 no aumentarán en el fundido resultante. Sobre estas bases, Sun y
Nesbitt (1978) proponen que los basaltos derivados de magmas tipo MORB tienen altos
contenidos de Ti (> 0,7% TiO2), mientras que los basaltos de arcos de islas y cuenca de
interarco tienen bajos contenidos de Ti (< 0,4% TiO2). Utilizando estos diagramas y los
contenidos en TiO2, para las anfibolitas, se encuentra una afinidad con basaltos tipo MORB
con alto Ti (> 0,7 % TiO2) y con basaltos de arcos de islas o cuencas de interarco con bajo
Ti (> 0,4% TiO2, Figura. 3.30).
M9
M2
M6
M5
M3
M1
M8
M3
M2
M6
M5
M8
M1
Figura 3.30 Diagrama de relaciones entre Al2O3/ TiO2 y CaO/TiO2 para establecer la génesis de basaltos con
bajo TiO2 (modificado de Sun y Nesbitt, 1978). Referencias: basaltos con alto Mg (HMB); basaltos de
dorsales mesoceánicas (MORB); Papua (Pa); fosa Mariana (M; Pa y M son basaltos de arcos de islas); Betts
Cove (B; basalto ofiolítico).
Otra relación que se usa como discriminante tectónico es la relación Zr/ Nb, donde valores
mayores a 30ppm serían de N-MORB (Shrivastava, R. K. et al. 2004) y valores entre 415ppm de tipo E-MORB o IOB; para las anfibolitas los valores oscilan entre 7 y 15ppm, en
el rango del E- MORB o IOB.
Ing. Yurisley Valdés Mariño
77
�Capítulo III
Análisis e interpretación de los resultados obtenidos
3.4 Consideraciones finales
A partir de los análisis petrográficos realizados y los resultados obtenidos a partir de las
técnicas analíticas de difracción y fluorescencia de rayos X, se ha llegado a establecer que
las rocas metamórficas presentes en el sector Camarioca sur , de acuerdo con su estructura
y mineralogía dominante se clasifican en anfibolitas gnéisicas y granofels anfibolíticos
según la SCMR caracterizadas por presentar una granulometría de fina a media, elevada
densidad y muy bajo grado de recristalización.
Las fases minerales identificadas en las mismas son predominantemente minerales del
grupo de los anfíboles hornblenda tales como pargasita y edenita, según los análisis de
difracción de rayos-X (DRX), además de otros minerales tales como tremolita,
magnesiohornblenda, oxihornblenda, minerales del grupo de la clorita (clinocloro, nimita) y
de la serpentina, y en menor medida plagioclasa (oligoclasa-andesina) y feldespatos
potásicos.
Es característico en las mismas el desarrollo de una textura granoblástica decusada
consistente en un mosaico de cristales hipidiomorfos inequidimensionales (prismáticos o
tabulares) dispuestos aleatoriamente; solo en algunas muestras se observan texturas
granonematoblástica (gnéisica) y porfidoblástica (ver Figuras 3.1 y 3.10).
Es interesante destacar la ausencia de plagioclasa en la mayoría de las muestras, solo en
algunas muestras tales como la M1 (Figuras 3.4 y 3.5), se advierte la presencia de las
mismas. Este hecho esta en correspondencia con la composición mineralógica de sus
protolitos, los cuales según el diagrama TAS (total álcalis vs. sílice) de Le Maitre et al.
(2011), confeccionado partir del ploteo de los datos geoquímicos obtenidos por
fluorescencia de rayos-X, se corresponden con rocas tipo picro-basalto y basaltos.
En estas litologías se observan determinados rasgos petrográficos que implican la
ocurrencia de un metamorfismo de baja presión correspondiente a la parte inferior de la
facies anfibolita, tales rasgos son los siguientes: la ausencia de minerales de alta presión
tales como glaucofana, granate, etc.; el predominio de estructuras sin foliación (masiva) lo
cual es un indicativo de que durante su formación los esfuerzos desviatorios no fueron de
gran intensidad y la presencia de clorita primaria, tremolita y serpentina. Por las
características petrológicas expuestas anteriormente y su forma de yacencia en el campo, se
Ing. Yurisley Valdés Mariño
78
�Capítulo III
Análisis e interpretación de los resultados obtenidos
considera que las rocas anfibolitizadas del sector estudiado constituyen fragmentos de una
antigua corteza oceánica sometida a metamorfismo de grado medio-bajo.
Según el comportamiento geoquímico de estas rocas, se pueden observar diferencias entre
estos dos tipos de anfibolitas. A su vez, la muestra M1 correspondiente a las anfibolitas,
presenta un comportamiento geoquímico diferente al resto de las anfibolitas, que estarían
referidos al protolito correspondiente a picro-basalto metasomático metamorfizado; lo que
evidencia la existencia de rocas vulcanógenas ultramáficas asociados al complejo ofiolítico.
Las anfibolitas basados en el análisis geoquímico, se encuentran dentro de la serie
subalcalina y en el campo toleítico. Más específicamente, corresponderían a rocas toleíticas
abisales. En los diagramas de discriminación tectónica utilizados, donde intervienen en
general Ni, Cr, Cu, Co, V, Mg y Ti, las anfibolitas analizadas se ubican en el campo de las
toleítas de arcos de islas o en el campo MORB. Utilizando los diagramas Al 2O3/TiO2 y
CaO/TiO2 y los contenidos en TiO2, se encuentra una afinidad con basaltos tipo MORB.
Las relaciones entre elementos trazas Zr/Nb se utilizaron como discriminantes tectónicos,
dando valores correspondientes al campo E-MORB o IOB.
Ing. Yurisley Valdés Mariño
79
�CONCLUSIONES
En función de las fases minerales identificadas y de los rasgos texturales, las rocas
anfibolitizadas del sector de estudio se clasifican según la SCMR en dos grupos
petrológicos principales: anfibolitas gneisicas y granofels anfibolíticos.
Se identifican por primera vez las paragénesis minerales siguientes:
hornblenda (Hbl) + tremolita (Trm) + clorita (Chl)
magnesio-hornblenda + clorita(Chl) + (minerales del grupo de la serpentina)
pargasita (Prg) + clinocloro(Cln)
actinolita (Act) + clorita (Chl)
pargasita(Prg) + tremolita (Trm)
hornblenda (Hbl) + pargasita (Prg) + edenita (Edn) + plagioclasa (oligoclasaandesina) + feldespato potásico (Fk)
Se ha corroborado que las rocas tienen composición de picro-basalto y basaltos según el
diagrama TAS (total álcalis vs. sílice) de Le Maitre et al (2011); lo que ha permitido
identificar la existencia de rocas vulcanógenas ultramáficas metarmorfizadas asociadas a
las rocas del macizo ofiolítico.
Se ha demostrado que las rocas identificadas constituyen fragmentos de una antigua corteza
oceánica sometida a metamorfismo de grado medio-bajo correspondiente a la parte inferior
de la facies anfibolita.
Se demuestra el carácter mantélico de las rocas vulcanógenas ultramáficas metamorfizadas,
sustentado en la existencia y contenidos de los elementos químicos: Ni, Cr, Cu, Co, V, Mg
y Ti.
Se ha corroborado que la génesis de los basaltos presenta una afinidad con basaltos tipo
MORB y basaltos de arcos de islas, sustentado en las relaciones entre Al2O3/ TiO2 y
CaO/TiO2.
Ing. Yurisley Valdés Mariño
�RECOMENDACIONES
Profundizar en el estudio de las rocas vulcanógenas ultramáficas metamorfizadas para
conocer la trayectoria de P-T ocurrido durante el metamorfismo y determinar con mayor
exactitud el ambiente geotectónico de formación mediante el uso de elementos trazas.
Confeccionar diagramas de paragénesis mineral para conocer los tipos de reacciones
químicas ocurridas entre las fases minerales en el proceso metamórfico.
Realizar investigaciones avanzadas en el campo de la mineralogía para caracterizar los
minerales metamórficos de cada paragénesis identificada.
Incrementar el conocimiento geológico y distribución de las rocas volcánicas ultramáficas
metamorfizadas y la relación con las rocas del complejo ofiolítico del nordeste de Cuba
Oriental.
Ing. Yurisley Valdés Mariño
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[Capítulo 24, sobre la regla de las fases y los diagramas composicionales.]
Yardley, B.W. 1989: An Introduction to Metamorphic Petrology, Longman. [Capítulo 2,
Capítulo 5 (págs. 133-134)].
Ing. Yurisley Valdés Mariño
�
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A name given to the resource
Caracterización petrológica y geoquímica de las rocas metamórficas, sector Camarioca Sur
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Yurisley Valdés Mariño
Publisher
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Editorial Digital Universitaria de Moa
Type
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Tesis maestría
Date
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2015
-
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7dc960363891c16f2ed9e9285f9d1777
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Tesis Doctoral: CIENCIAS GEOLÓGICAS
Evaluación de la susceptibilidad del terreno
a la rotura pordesarrollo de deslizamientos
en el yacimiento Punta Gorda
YURI ALMAGUER CARMENATES
Moa 2005
www.ismm.edu.cu/edum
�REPÚBLICA DE CUBA
MINISTERIO DE EDUCACIÓN SUPERIOR
INSTITUTO SUPERIOR MINERO METALÚRGICO
¨Dr. Antonio Núñez Jiménez¨
FACULTAD DE GEOLOGÍA Y MINERÍA
DEPARTAMENTO DE GEOLOGÍA
TESIS EN OPCIÓN AL GRADO CIENTÍFICO DE
DOCTOR EN CIENCIAS GEOLÓGICAS
AUTOR: MSC. YURI ALMAGUER CARMENATES
TUTOR: DR. RAFAEL GUARDADO LACABA
MOA, 2005
�SÍNTESIS
El presente trabajo titulado “Evaluación de la susceptibilidad del terreno a la rotura por
desarrollo de deslizamientos en el yacimiento Punta Gorda” tiene como objetivo general
evaluar los niveles de susceptibilidad del terreno a la rotura por desarrollo de deslizamientos
en el yacimiento Punta Gorda que permita establecer criterios de estabilidad de taludes y
laderas y sirva de base para futuras evaluaciones de riesgos para prevenir o mitigar los daños
derivados de estos fenómenos.
La metodología empleada parte de la confección del mapa inventario de deslizamientos. La
influencia de los factores condicionantes como lito-estructura, tectónica, condiciones
hidrogeológicas y geotécnicas, pendiente del terreno y el uso de suelo sobre las
inestabilidades, se determina mediante el método estadístico de análisis condicional.
Como resultados se presenta una caracterización de los mecanismos y tipologías de
deslizamientos desarrollados en el área. Se realiza una valoración de los factores que influyen
en las inestabilidades, haciendo énfasis en las características geotécnicas de la corteza
laterítica y se obtiene el mapa de susceptibilidad del terreno para el yacimiento Punta Gorda.
�Y. Almaguer Carmenates
Tesis Doctoral
TABLA DE CONTENIDO
Materia
Página
1
INTRODUCCIÓN
CAPÍTULO
I.
MARCO
TEÓRICO
CONCEPTUAL
DE
LA
INVESTIGACIÓN
Base teórica de la investigación.
9
Métodos de estimación de la susceptibilidad del terreno.
15
Los Sistemas de Información Geográfica (SIG) en la cartografía de susceptibilidad.
19
La cartografía de susceptibilidad en Cuba.
21
Algunos trabajos recientes de cartografía de susceptibilidad a nivel mundial.
26
Tendencias actuales de la cartografía de susceptibilidad.
28
CAPITULO II. CARACTERIZACIÓN DEL ÁREA DE ESTUDIO
Generalidades.
31
Condiciones geológicas.
32
Condiciones hidrogeológicas.
37
Fenómenos y procesos geodinámicos.
38
Conclusiones.
40
CAPÍTULO
III.
METODOLOGÍA
DE
EVALUACIÓN
DE
SUSCEPTIBILIDAD DEL TERRENO A LA ROTURA
Introducción.
42
Criterios de inestabilidad.
42
Factores condicionantes utilizados en el análisis de susceptibilidad.
44
Metodología de valoración de la susceptibilidad a la rotura mediante el análisis
51
estadístico.
Conclusiones.
CAPÍTULO
55
IV.
EVALUACIÓN
DE
LA
SUSCEPTIBILIDAD
DEL
TERRENO A LA ROTURA EN EL YACIMIENTO PUNTA GORDA
Introducción.
56
Descripción y cartografía de deslizamientos.
56
Clasificación de los deslizamientos.
62
Descripción de los factores que intervienen en el surgimiento de inestabilidades.
66
Valoración y reclasificación de los planos de factores condicionantes.
87
Descripción del plano de susceptibilidad.
90
Conclusiones.
91
CONCLUSIONES
93
RECOMENDACIONES
95
�Y. Almaguer Carmenates
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ANEXOS
Tesis Doctoral
96
�Y. Almaguer Carmenates
Tesis Doctoral
RELACIÓN DE FIGURAS
CAPÍTULO I
1.1
Presión de poros sobre una superficie de rotura potencial.
11
1.2
Diagrama de esfuerzo-deformación. Resistencia máxima y residual.
12
1.3
Dirección esfuerzos principales en la rotura de un talud.
13
1.4
Envolvente de rotura y círculo de Mohr.
13
CAPÍTULO II
2.1
Ubicación geográfica del área de estudio.
31
2.2
Plano litológico del substrato rocoso del yacimiento Punta Gorda.
41
2.3
Diagrama de roseta del agrietamiento en el yacimiento Punta Gorda.
35
2.4
Diagrama de roseta de fallas en el yacimiento Punta Gorda.
36
2.5
Diagrama de roseta de diques de gabro en el yacimiento Punta Gorda.
37
2.6
Procesos erosivos en taludes del yacimiento Punta Gorda.
39
CAPÍTULO III
3.1
Procedimientos para la caracterización y combinación de factores
53
condicionantes mediante técnicas SIG a través de análisis probabilístico
condicional.
3.2
Procesos de rasterización y reclasificación para la obtención de planos de
54
susceptibilidad de factores condicionantes.
3.3
Metodología empleada en la evaluación de la susceptibilidad del terreno a la
54
rotura.
CAPÍTULO IV
4.1
Plano inventario de deslizamientos.
59
4.2
Deslizamiento traslacional desarrollado en corteza laterítica.
64
4.3
Deslizamiento rotacional desarrollado en corteza laterítica.
64
4.4
Deslizamiento en cuña desarrollado en corteza laterítica residual.
65
4.5
Diagrama de planos principales de grietas y ladera. Análisis tipológico de
68
movimientos en el caso de estudio 1.
4.6
Representación gráfica del movimiento planar. Posición relativa de las
68
familias de grietas y la ladera.
4.7
Diagrama de planos principales de grietas y ladera. Análisis tipológico de
69
movimientos en el caso de estudio 2.
4.8
Representación gráfica de la rotura por cuña. Posición relativa de las familias
69
de grietas y la ladera.
4.9
Características ingeniero-geológicas del perfil de meteorización en el
77
yacimiento Punta Gorda.
4.10 Relación de la humedad, límite líquido y la plasticidad en los horizontes
79
�Y. Almaguer Carmenates
Tesis Doctoral
ingeniero-geológicos.
4.11 Relación entre el FS y la pendiente del terreno para los suelos SM.
81
4.12 Relación entre el FS y la profundidad de la superficie de rotura para suelos
81
SM.
4.13 Relación entre el FS y la pendiente del terreno para los suelos MH.
82
4.14 Relación entre el FS y la profundidad de la superficie de rotura para suelos
82
MH.
4.15 Relación entre el FS y la pendiente del terreno para los suelos SM (SL).
83
4.16 Relación entre el FS y la profundidad de la superficie de rotura para suelos
83
SM (SL).
4.17 Relación entre el FS y la profundidad de la superficie de rotura en el
84
yacimiento Punta Gorda.
4.18 Relación entre el FS y la pendiente del terreno en el yacimiento Punta Gorda.
84
4.19 Plano de susceptibilidad del terreno a la rotura por desarrollo de
92
deslizamientos en el yacimiento Punta Gorda.
RELACIÓN DE TABLAS
CAPÍTULO II
2.1
Caracterización de las familias de grietas del macizo rocoso del yacimiento
35
Punta Gorda.
2.2
Caracterización de las fallas del macizo rocoso del yacimiento Punta Gorda.
36
CAPÍTULO III
3.1
Relación de factores utilizados en el análisis de susceptibilidad.
44
3.2
Caracterización de los grupos lito-estructurales del yacimiento Punta Gorda.
46
CAPÍTULO IV
4.1
Caracterización de los grupos lito-estructurales en relación al desarrollo de
67
deslizamientos.
4.2
Caracterización de las clases de distancia a fallas en relación al desarrollo de
70
deslizamientos.
4.3
Caracterización del plano de hidroisohipsas en relación al desarrollo de
71
deslizamientos.
4.4
Caracterización del plano de subpresiones de la corteza laterítica en relación
72
al desarrollo de deslizamientos.
4.5
Caracterización del plano de pendiente umbral en relación al desarrollo de
73
deslizamientos.
4.6
Horizontes ingeniero-geológicos presentes en el yacimiento Punta Gorda.
76
�Y. Almaguer Carmenates
4.7
Tesis Doctoral
Resultados del análisis de colapsabilidad de los horizontes ingeniero-
78
geológicos.
4.8
Análisis de correlación entre las variables utilizadas en el cálculo del FS.
80
4.9
Factor de seguridad determinado para suelos SM.
80
4.10 Factor de seguridad determinado para suelos MH.
81
4.11 Factor de seguridad determinado para suelos SM (SL).
82
4.12 Análisis de correlación entre variables de cálculo del FS con el método de
84
rotura planar para talud infinito.
4.13 Caracterización del plano de tipo de suelo en relación al desarrollo de
85
deslizamientos.
4.14 Caracterización del plano de uso de suelo en relación al desarrollo de
86
deslizamientos.
4.15 Valoración de los factores condicionantes de las inestabilidades en el
87
yacimiento Punta Gorda.
4.16 Resultados del proceso de reclasificación de los planos de susceptibilidad
90
temáticos.
4.17 Caracterización del plano de susceptibilidad a la rotura.
91
�INTRODUCCION
�Y. Almaguer Carmenates
Tesis Doctoral
INTRODUCCIÓN
En los últimos años se han producido cambios profundos en las interrelaciones Hombre–
Medio Geológico. El hombre ha provocado una aceleración de los agentes naturales y al
mismo tiempo, en el proceso de desarrollo económico, ha generado un cierto grado de
vulnerabilidad, aumentando los riesgos de las actividades socioeconómicas de ellas derivadas.
Bajo estas condiciones geoambientales, los deslizamientos constituyen un peligro geológico.
Por lo general estos tienen lugar en zonas de difícil acceso y poco pobladas lo que provoca
impactos a pequeña escala y de poca consideración, a excepción de algunos eventos
catastróficos como el de Aberfan en el Reino Unido (Bishop et al., 1969), el del Nevado
Huascarán en Perú (Plafker y Ericksen, 1979), el del Mount Sant Helens en Estados Unidos
(Voigth et al., 1983) y el de Vaiont en Italia (Shuster, 1996) entre otros. En algunos terremotos
recientes los deslizamientos han sido una de las principales causas de daños y pérdidas de
vidas humanas (Kobayashi, 1981; Keefer, 1984; Plafker y Galloway, 1989; Schuster, 1996) y
otros. La mejor estrategia para reducir los impactos de los deslizamientos es la prevención, la
evaluación de la susceptibilidad y riesgos y la adopción de medidas para mitigar los efectos
(Corominas, 1992).
Actualmente los avances en las técnicas computacionales y la generación de nuevos software,
permiten realizar análisis de riesgos, determinar la susceptibilidad y la vulnerabilidad del
terreno a los movimientos de masas de manera mas precisa y confiable. En la actualidad los
Sistemas de Información Geográfica (SIG), realizan el análisis de la susceptibilidad a la rotura
por deslizamiento, así como la elaboración de mapas de peligrosidad de manera sistemática,
rápida y eficiente, tratando con grandes bases de datos y realizando cálculos para la estimación
de la susceptibilidad que no eran viables en grandes áreas.
La presente investigación se realiza en el entorno que forma parte de la política ambiental de
las Empresas de la Unión del Níquel y del Instituto Superior Minero Metalúrgico, de aplicar el
conocimiento teórico en la resolución de problemas prácticos en el medio en el cual se
desarrollan.
Problema.
La problemática que se trata consiste en la ocurrencia de deslizamientos de suelos lateríticos
en taludes y laderas de los yacimientos de corteza ferroniquelífera, lo cuál genera riesgos
debido a la vulnerabilidad de la actividad minera y a la predisposición del terreno frente a
estos fenómenos.
1
�Y. Almaguer Carmenates
Tesis Doctoral
Objeto de estudio.
Se seleccionó como objeto de estudio de la presente investigación el yacimiento Punta Gorda,
debido a las condiciones ingeniero-geológicas del terreno y la diversidad de factores
condicionantes que lo convierten en un laboratorio natural para el análisis de los fenómenos de
deslizamientos de suelos lateríticos.
Objetivo general.
Evaluar los niveles de susceptibilidad del terreno a la rotura por desarrollo de deslizamientos
en el yacimiento Punta Gorda estableciendo criterios de estabilidad de taludes y laderas como
base para futuras evaluaciones de riesgos para prevenir o mitigar los daños derivados de estos
fenómenos.
Objetivos específicos.
x
Caracterizar los mecanismos y tipologías de deslizamientos desarrollados en el
yacimiento Punta Gorda.
x
Caracterizar las condiciones ingeniero-geológicas del yacimiento y aplicarlo en el
análisis de susceptibilidad.
x
Determinar un método de valoración y obtención del plano de susceptibilidad del
terreno a la rotura por desarrollo de deslizamientos.
Hipótesis.
Si se conocen la tipologías y mecanismos que gobiernan los deslizamientos, así como la
influencia que sobre estos tienen factores condicionantes como tipo de litología, estructura del
macizo rocoso, geomorfología, condiciones hidrogeológicas y geotécnicas de la corteza
laterítica y el uso de suelo, es posible obtener el plano de susceptibilidad del terreno a la rotura
por el desarrollo de deslizamientos en el yacimientos Punta Gorda.
Novedad científica.
La novedad de este trabajo esta dada en la obtención de un plano de susceptibilidad del terreno
frente al desarrollo de deslizamientos en un yacimiento de corteza laterítica ferroniquelífera
con la aplicación de un Sistema de Información Geográfico.
Aportes científicos.
x
Caracterización de los mecanismos y tipologías de deslizamientos desarrollados en el
yacimiento Punta Gorda.
2
�Y. Almaguer Carmenates
x
Tesis Doctoral
Determinación de la influencia de los grupos lito-estructurales, condiciones
estructurales, hidrogeológicas y geotécnicas del macizo rocoso, geomorfología del
terreno y el uso actual del suelo sobre el desarrollo de deslizamientos.
x
Caracterización del perfil de meteorización desde el punto de vista geotécnico.
x
Método de valoración y obtención del plano de susceptibilidad del terreno a la rotura
por desarrollo de deslizamientos.
Fundamento metodológico.
En la evaluación del grado de susceptibilidad a la rotura de terrenos frente a deslizamientos se
aplican varias aproximaciones. Estas se basan en la determinación de los factores que influyen
en la inestabilidad del medio, caracterizados por mapas de factores condicionantes, que se
combinan para definir los distintos grados de susceptibilidad, obteniendo como resultado los
mapas de susceptibilidad.
La metodología aplicada en la investigación esta basada en un Sistema de Información
Geográfico, en el que se integra la información de todos los factores condicionantes que
influyen en las inestabilidades de las laderas y taludes del yacimiento de corteza laterítica
ferroniquelífera Punta Gorda.
Los primeros trabajos realizados para cumplir con el objetivo de la investigación, se
relacionan con la descripción de cada movimiento de masa cartografiado en el yacimiento,
determinando en cada caso el mecanismo y la tipología desarrollada, las dimensiones, el
material involucrado y las condiciones hidrogeológicas. Como resultado, se obtiene el plano
inventario de deslizamientos, a través de las técnicas de fotointerpretación y cartografiado de
campo, mostrando la distribución areal, los escarpes y dirección de los movimientos.
Los factores condicionantes de las inestabilidades utilizados en la investigación son el factor
lito-estructural, tectónico, condiciones hidrogeológicas y geotécnicas, pendiente del terreno y
el uso de suelo.
El factor lito-estructural se analiza tomando como base la clasificación propuesta por
Nicholson y Hencher (1997). El yacimiento se divide en base a los tipos litológicos, sus
características estructurales y al comportamiento o susceptibilidad frente al desarrollo de
deslizamientos. De esta forma tenemos materiales con apariencia de suelo en los cuales se
manifiesta la estructura de la roca que le dio origen, materiales con apariencia de suelo con
estructura sedimentaria, materiales granulares y rocas debilitada tectónicamente. En la
3
�Y. Almaguer Carmenates
Tesis Doctoral
valoración del plano de grupos lito-estructurales se incluye la influencia de los cuerpos de
gabros presentes en el yacimiento.
En el factor tectónico, se utiliza información de estructuras como grietas, fallas y diques de
gabro. En la investigación se realiza un estudio de la influencia del agrietamiento del macizo
rocoso sobre los tipos de mecanismos y tipologías de movimientos. El plano incluido en el
análisis de susceptibilidad es el de distancia (buffer)a las fallas presentes el área de estudio.
El factor hidrogeológico se trabaja mediante el análisis del gradiente hidráulico y gradiente
crítico, permitiendo la determinación de las áreas más susceptibles al desarrollo del proceso de
sifonamiento o tubificación. Esta información se obtuvo a través del plano de hidroisohipsas y
las propiedades físicas de los horizontes lateríticos. Se analiza además la influencia de las
subpresiones de la corteza laterítica sobre el desarrollo de movimientos.
Desde el punto de vista geotécnico, se realiza un análisis de las propiedades físico-mecánicas
en la corteza laterítica, se estudian los horizontes ingeniero-geológicos y se determina su
relación con los mecanismos y tipologías de movimientos de masas. Se muestra el análisis del
factor de seguridad, a partir del método de cálculo para rotura planar para talud infinito y los
métodos de equilibrio límite. El plano, utilizado en la evaluación de la susceptibilidad, es el de
tipo de suelo clasificado por el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS).
Como característica geomorfológica, se seleccionó la pendiente umbral de deslizamiento,
sobre la base del modelo digital del relieve actual del yacimiento. La pendiente umbral se
determinó a partir de los reconocimientos de campo realizados en el yacimiento, midiendo la
inclinación de la ladera o talud a partir del cuál se desarrolló cada movimiento.
Para integrar en el análisis de susceptibilidad, la influencia antrópica sobre el desarrollo de los
movimientos de masas, se utiliza el plano de uso de suelo actual. Éste esta clasificado en
varias clases relacionadas con las áreas minadas, zonas reforestadas, áreas ocupadas por
caminos mineros primarios, depósitos de mineral y las zonas ocupadas por la vegetación
natural.
La integración de toda la información en formato digital, tanto de forma areal (planos) como
los atributos (datos), se realiza sobre un SIG. La valoración y clasificación de cada plano
temático (factores condicionantes), se obtiene mediante el análisis probabilístico condicional.
Éste método trata de evaluar la relación probabilística entre los diversos factores relevantes
para las condiciones de inestabilidad y las ocurrencias de deslizamientos. Se basa en la
4
�Y. Almaguer Carmenates
Tesis Doctoral
superposición los planos de factores con el plano inventario de deslizamientos, para obtener
una probabilidad condicionada de cada factor a la presencia o ausencia de deslizamientos.
Como paso final, se reclasifican los planos temáticos de susceptibilidad, convirtiéndose en
formato raster con tamaño de celda 5x5 m, para la obtención del plano resultante de
susceptibilidad del yacimiento Punta Gorda.
La aplicación de estos nuevos métodos de cartografía de susceptibilidad del terreno a la rotura
por desarrollo deslizamientos, que ofrecen peligro para la actividad minera y su
infraestructura, se traducen en impactos, que se manifiestan tanto a nivel social, ambiental
como económico en la Unidad Minera Ernesto Che Guevara.
A nivel social, el impacto que tiene la investigación, se traduce en la existencia de un conjunto
de procedimientos metodológicos para el análisis de susceptibilidad del terreno del yacimiento
a la rotura en manos de los directivos de la Unidad Básica Minera y del departamento de
medio ambiente de dicha entidad, responsables del monitoreo, prevención y corrección de los
desastres ocasionados por los deslizamientos.
Además de lo anterior y por la propia necesidad de utilizar avanzadas tecnologías en la
implementación de estos métodos de cartografía, se plantea como necesidad urgente la
elevación del nivel científico-técnico de los recursos humanos, en relación al uso del sistema
de información geográfico obtenido en la investigación. Desde el punto de vista cognoscitivo,
relacionado con el desarrollo de la cartografía de susceptibilidad, la investigación forma parte
del continuo ascenso del conocimiento, en el que se han incorporado avances científicotécnicos desarrollados a nivel mundial en esta temática.
En el plano ambiental, el presente análisis de susceptibilidad en el área del yacimiento, como
método de prevención de desastres, se convierte en una útil herramienta para el ordenamiento
medioambiental del área en cuestión. Además, encuentra un amplio campo de acción en la
identificación y caracterización de los fenómenos de deslizamientos y evaluación del
comportamiento de los terrenos en función del tipo de uso de suelo y de las condiciones
naturales inherentes de las cortezas lateríticas, convirtiéndose en una herramienta, además,
para controlar, monitorear y evaluar los riesgos asociados al desarrollo de movimientos de
masas en los demás yacimientos por explotar por las empresas del níquel.
En el orden económico, el mayor impacto que representa la investigación, es que sirve para
prevenir
pérdidas económicas considerables en las áreas clasificadas con niveles
5
�Y. Almaguer Carmenates
Tesis Doctoral
relativamente altos de susceptibilidad en función del uso de suelo que se manifieste en el área
del yacimiento.
Con anterioridad a este trabajo, el autor ha desarrollado investigaciones relacionadas con la
temática como son:
x
Proyecto de investigaciones ingeniero-geológicas e hidrogeológicas del yacimiento
Punta Gorda. Departamento de geología, (1997).
x
Estudio de las condiciones hidro-geomecánicas de los suelos lateríticos y rocas
serpentinizadas en el yacimiento Punta Gorda. Trabajo de diploma, (1998).
x
Análisis estructural del macizo rocoso serpentinizado del territorio de Moa y su
influencia en los mecanismos y tipologías de movimientos de masas, (1999-2000).
x
Análisis de estabilidad de taludes a partir de la evaluación geomecánica del macizo
rocoso serpentinizado del territorio de Moa. Tesis de maestría, (2001).
x
Cartografía geológica del basamento del yacimiento Punta Gorda a escala 1:2 000.
Subprograma del Proyecto de Modelación Geotecnológica de la Empresa Ernesto Che
Guevara, Moa (2002).
Publicaciones realizadas por el autor:
Guardado R. y Almaguer Y. “Evaluación de riesgos por deslizamiento en el yacimiento Punta
Gorda, Moa, Holguín”. Revista Minería y Geología. XVIII (1): 1-12 p. 2001.
Guardado R., Almaguer, Y., Hernández, Y., Tamayo, J. R. y Pea Guy. “Estabilidad de taludes
en suelos lateríticos del yacimiento Punta Gorda aplicando criterios de rotura”.
GEOBRASIL (ISSN 1519-5708). 12-24 p. 2001.
Almaguer Y., y Guardado R., “Estabilidad de taludes en el macizo rocoso serpentinizado del
territorio de Moa”. Curso Iberoamericano
de Aplicaciones Geomecánicas y
Geoambientales al Desarrollo Sostenible de la Minería. Huelva, España. Ediciones
Panorama Minero. 69-84 p. 2002.
Guardado R., Almaguer Y. “Rocas y suelos como indicadores
ingeniero geológicos y
ambientales de estabilidad y sostenibilidad de taludes y laderas”. CD Congreso de
Geología Minería. ISBN 959-7117-11-8. 2003.
Almaguer Y., Guardado R. “Análisis de estabilidad de taludes a partir de la evaluación
geomecánica del macizo rocoso serpentinizado de la región de Moa”. CD Congreso
Geología y Minería. ISBN 959-7117-11-8. 2003.
Almaguer Y. “Calculo de estabilidad de taludes en cortezas lateríticas”. Memorias del I Taller
Internacional Ingeotaludes. Moa. 2003.
6
�Y. Almaguer Carmenates
Tesis Doctoral
Guardado R. y Almaguer Y., “Mecanismos y tipologías de los movimientos de laderas y
taludes en Iberoamérica”. Memorias del XVI Congreso Latinoamericano de Geología.
Quito, Ecuador. ISBN 9978-44-206-5. 2005.
Almaguer Y. “Metodología de cartografía de susceptibilidad a la rotura en cortezas lateríticas
en el territorio de Moa, Cuba”. Memorias del Taller Internacional de Riesgos
Geodinámicos y Cierre de Minas (CYTED). Santa Cruz de la Sierra, Bolivia. Del 6-10,
junio 2005.
Almaguer Y. Valoración de la susceptibilidad del terreno en yacimientos lateríticos de Moa,
Cuba. Memorias del Taller Internacional de Peligrosidad y Riesgos por Movimientos de
Masas (Red A4D, CYTED). Guayaquil, Ecuador. Del 15-20, agosto, 2005.
Almaguer Y. “Métodos de cartografía de susceptibilidad y peligrosidad por el desarrollo de
deslizamientos”. Memorias del II Taller internacional Ingeotaludes. Moa. 2005.
Almaguer Y., Guardado R. “Mecanismos de movimientos de masas desarrollados en el
territorio de Moa, Cuba”. Primera Convención de Ciencias de la Tierra. Habana. ISBN
959-7117-03-7. 2005.
Almaguer Y., Guardado R. “Caracterización geotécnica del perfil de meteorización de rocas
ultrabásicas serpentinizadas en el territorio de Moa”, Cuba. Revista Geología y Minería.
2005.
Almaguer Y., Guardado R. “Tipologías de movimientos de masas desarrollados en el
territorio de Moa, Cuba”. Revista Geología y Minería. 2005.
Trabajos de diploma tutoreados:
1. Análisis de estabilidad de taludes en el yacimiento Punta Gorda. Propuesta
metodológica para la confección de un GIS. 2002.
2. Evaluación y plan de mitigación de la peligrosidad por movimientos de masas en el
yacimiento Punta Gorda, 2003.
3. Cartografía de riesgos por deslizamiento en el yacimiento Punta Gorda. 2004.
Principales premios alcanzados en la actividad investigativa:
x
Premio Relevante en el Forum Provincial de Ciencia y Técnica, 1998.
x
Mención en el Forum Nacional de Estudiantes de Ciencias Técnicas. Cienfuegos,
1998.
x
Segundo premio en el Forum Nacional de Ciencias Naturales, Sociales y Exactas.
Habana, 1999.
x
Primer Premio en Forum Nacional de Estudiantes de Ciencias Técnicas. Camaguey,
2000.
x
Premio Nacional en el Concurso Nacional de las BTJ. 2000.
7
�Y. Almaguer Carmenates
Tesis Doctoral
x
Mención Provincial en la Exposición Forjadores del Futuro. Holguín, 2000.
x
Premio Provincial en la X Exposición Forjadores del Futuro de las BTJ, 2002.
x
Premio Relevante y Destacado en Forum Municipal de Ciencia y Técnica, Moa, 2002.
x
Premio Destacado en el Forum Ramal del MES. Habana, 2002.
x
Relevante en el Forum de Base del ISMM, 2003.
8
�CAPITULO I
�Y. Almaguer Carmenates
CAPITULO
I.
Tesis Doctoral
MARCO
TEORICO
CONCEPTUAL
DE
LA
INVESTIGACIÓN.
Base teórica de la investigación.
Sharpe en 1938 definió los deslizamientos como la caída perceptible o movimiento
descendente de una masa relativamente seca de tierra, roca o ambas. Según Lomtadze (1977),
es una masa de roca que se ha deslizado o desliza cuesta abajo por la vertiente o talud al efecto
de la fuerza de gravedad, presión hidrodinámica, fuerzas sísmicas, etc. Crozier (1986), define
un deslizamiento como el movimiento gravitacional hacia el exterior de la ladera y
descendente de tierras o rocas sin la ayuda del agua como agente de transporte. A pesar que el
término deslizamiento, se utiliza para movimientos de ladera que se producen a lo largo de una
superficie de rotura bien definida, en la presente investigación se utiliza de forma genérica
para cualquier tipo de rotura.
En el proceso de deslizamiento, las masas de rocas y suelos siempre se mueven por una o
varias superficies de resbalamiento (rotura), que constituye un elemento característico de la
estructura de cada deslizamiento. La superficie de resbalamiento, es la superficie por la cual
sucede el desprendimiento de la masa deslizable y su deslizamiento o arrastre. También se le
llama superficie de rotura (SR) (Lomtadze, 1977).
La forma de la SR en las rocas homogéneas, con mayor frecuencia es cóncava, próxima por su
forma, a la superficie cilíndrica redonda. En las rocas heterogéneas, la forma de la SR, se
determina por la situación y orientación de las superficies y zonas de debilitamiento en el
macizo rocoso que integran la ladera o talud. Estas superficies pueden ser:
x
Superficies de rocas firmes o de frontera inferior de rocas fuertemente erosionadas.
x
Capas o intercalaciones de rocas débiles (arcillas, argilitas, areniscas arcillosas,
margas, etc.)
x
Grietas o sistemas de fisuras.
x
Superficies de fallas.
La forma de la SR en las rocas heterogéneas también pueden ser cóncavas, pero con mayor
frecuencia planas, plano-escalonadas, onduladas o más irregular, como resultado de la
combinación y orientación desfavorable de las familias de grietas y otras fronteras
(esquistosidad, estratificación, etc.) con respecto a la dirección de las laderas y taludes.
Existen varias clasificaciones de deslizamientos basadas en el mecanismo de rotura y la
naturaleza de los materiales involucrados (Varnes, 1984; Hutchinson, 1988; WP/WLI, 1993;
9
�Y. Almaguer Carmenates
Tesis Doctoral
Cruden y Varnes, 1996). La clasificación utilizada es la propuesta por Corominas y García
(1997):
x
Desprendimiento: es aquel movimiento de una porción de suelo o roca, en forma de
bloques aislados o masivamente que, en una gran parte de su trayectoria desciende por
el aire en caída libre, volviendo a entrar en contacto con el terreno, donde se producen
saltos, rebotes y rodaduras.
x
Vuelcos: son movimientos de rotación hacia el exterior, de una unidad o de un
conjunto de bloques, alrededor de un eje pivotante situado por debajo del centro de
gravedad de la masa movida.
x
Deslizamientos: son movimientos descendentes relativamente rápidos de una masa de
suelo o roca que tiene lugar a lo largo de una o varias superficies definidas que son
visibles o que pueden ser inferidas razonablemente o bien corresponder a una franja
relativamente estrecha. Se considera que la masa movilizada se desplaza como un
bloque único, y según la trayectoria descrita los deslizamientos pueden ser rotacionales
o traslacionales.
x
Expansiones laterales: el movimiento dominante es la extrusión plástica lateral,
acomodada por fracturas de cizalla o de tracción que en ocasiones pueden ser de difícil
localización.
x
Flujos: son movimientos de una masa desorganizada o mezclada, donde no todas las
partículas se desplazan a la misma velocidad ni sus trayectorias tienen que ser
paralelas. Debido a ello la masa movida no conserva su forma en su movimiento
descendente, adoptando a menudo morfologías lobuladas.
Esfuerzo y resistencia al cortante en el proceso de rotura en un deslizamiento.
La modelación o representación matemática del fenómeno de rotura al cortante en un
deslizamiento, se realiza utilizando teorías de la resistencia de materiales (Sowers G. B. et al,
1976; Suárez, 1998). Las rocas y los suelos al fallar al corte, se comportan de acuerdo a las
teorías tradicionales de fricción y cohesión, según la cohesión generalizada de Coulomb:
W
c´ � �V � P � tan M (para suelos saturados)
W
c´ � �V � P � tan M´� P � P a tan M´´ (para suelos parcialmente saturados).
�
�
Donde:
IJ: esfuerzo de resistencia la corte.
c: cohesión.
ı: esfuerzo normal total
µ: presión del agua intersticial o de poros.
µa: presión del aire intersticial.
ij´: ángulo de fricción interna del material.
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�Y. Almaguer Carmenates
Tesis Doctoral
ij´´: ángulo de fricción del material no saturado.
El análisis de la ecuación de Coulomb, requiere predefinir los parámetros ángulo de fricción y
cohesión, que son propiedades intrínsecas del suelo. La presencia del agua, en las laderas y
taludes, reduce el valor de la resistencia del suelo, dependiendo de las presiones internas o de
poros de acuerdo a la ecuación, en la cual el factor µ, está resaltando el valor de la presión
normal. La presión resultante, se le conoce con el nombre de presión efectiva: ı´ (presión
efectiva) = ı - µ
El ángulo de fricción, es la representación matemática del coeficiente de rozamiento (tan ij).
Depende de varios factores como: tamaño de los granos, forma de los granos, distribución de
los tamaños de los granos y densidad (Sowers et al, 1976).
La cohesión, es una medida de la cementación o adherencia entre las partículas de suelo. La
cohesión, en mecánica de suelos, es utilizada para representar la resistencia al cortante
producida por la cementación. En suelos eminentemente granulares, en los cuales no existe
ningún tipo de cementante o material que pueda producir adherencia, la cohesión se supone
igual a cero (0), y se les denomina suelos no cohesivos.
Presión de poros.
La presión de poros es la presión interna del agua de saturación [figura 1.1]. Depende de la
localización de los niveles freáticos, presiones internas de los acuíferos y las características
geológicas del sitio. Varía de acuerdo a las variaciones del régimen de aguas subterráneas. Los
incrementos de presión pueden ocurrir rápidamente en el momento de una lluvia, dependiendo
de la intensidad, la rata de infiltración del área tributaria, etc. Un incremento en la presión de
poros positiva o una disminución de la presión negativa, equivale a una reducción de la
resistencia al cortante y de estabilidad del terreno (Sowers et al, 1976).
Grieta de tracción
U
J W u 'h
V
hW
Superficie de rotura
U
Talud
Presión
de poros
Figura 1.1. Presión de poros sobre una superficie de rotura potencial.
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�Y. Almaguer Carmenates
Tesis Doctoral
Esfuerzo efectivo.
Una masa de suelo saturada, consiste en dos fases distintas: el esqueleto de partículas y los
poros llenos de agua. Cualquier esfuerzo impuesto sobre el suelo, es soportado por el
esqueleto y la presión en el agua. Típicamente, el esqueleto puede trasmitir esfuerzos normales
y de corte por los puntos de contacto entre partículas, y el agua a su vez, ejercer una presión
hidrostática, que es igual en todas las direcciones. Los esfuerzos ejercidos por el esqueleto
solamente se conocen como esfuerzos efectivos, y los esfuerzos hidrostáticos del agua se les
denominan presión de poros. Los esfuerzos efectivos son los que controlan el comportamiento
del suelo y no los esfuerzos totales. En problemas prácticos, el análisis con esfuerzos totales
podría utilizarse en problemas de estabilidad a corto plazo y las presiones efectivas para
analizar la estabilidad a largo plazo.
Resistencia máxima o resistencia pico, es la resistencia al corte máxima, que posee el material
que no ha sido fallado previamente. Corresponde al punto más alto en la curva de esfuerzodeformación. La resistencia residual es la resistencia que posee el material después de haber
ocurrido la rotura [figura 1.2].
W
C p � V tan M p
R esistencia pico
Resisten cia pico
R esistencia residua l
Esfuerzo
Esfue rzo
M p ( ángulo d e fricción pico)
Resisten cia residual
W
V ta n MR
M R (ángulo de fricción residual)
D eforma ció n
Pr esión nor mal
Figura 1.2. Diagrama de esfuerzo-deformación. Resistencia máxima y residual.
En suelos residuales, generalmente predominan las mezclas de partículas granulares y
arcillosas, y el ángulo de fricción depende de la proporción grava-arena-limo-arcilla, y de las
características de las cada tipo de partícula presente.
Envolvente de rotura.
En un análisis bidimensional, los esfuerzos en un punto, pueden ser representados por un
elemento infinitamente pequeño sometido a los esfuerzos ıx, ıy y IJxy [figura 1.3]. Si estos
esfuerzos se dibujan en un sistema de coordenadas, es posible obtener el círculo de esfuerzos
de Mohr.
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Tesis Doctoral
1
C
3
3
A
B
Superficie
de rotura
1
Figura 1.3. Dirección de esfuerzos principales en la rotura de un talud.
(ángulo de fricción)
W
´
c�
nM ´
V ´ ta
Circulo de Mohr
C´
3
1
Figura 1.4. Envolvente de rotura y círculo de Mohr.
El círculo de Mohr, se utiliza para representar o describir la resistencia al cortante de los
suelos, utilizando la envolvente de rotura Mohr-Coulomb, que significa que se ha alcanzado
una combinación crítica de esfuerzos. En la práctica de la geotecnia, la envolvente se define
como una recta aproximada dentro de una rango seleccionado de esfuerzos [figura 1.4],
definida por la ecuación: W
c´ � V ´tanM´ .
Factores condicionantes y desencadenantes de la inestabilidad del terreno.
La estabilidad de las laderas está condicionada por la acción simultánea de una serie de
factores. Desde un punto de vista físico, los deslizamientos se producen como consecuencia de
los desequilibrios existentes entre las fuerzas que actúan sobre un volumen de terreno. Los
factores que influyen en la estabilidad de las laderas se pueden separar en dos grandes grupos
(Ferrer, 1987): factores internos y externos.
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�Y. Almaguer Carmenates
Tesis Doctoral
Los factores internos, condicionan las diferentes tipologías de deslizamiento, los mecanismos
y modelos de rotura. Dentro de ellos se encuentran características intrínsecas, relativas a las
propiedades del material y a su resistencia y las características extrínsecas relacionadas con la
morfología y condiciones ambientales de la ladera. Las primeras incluyen parámetros como la
litología (textura, granulometría, cementación), consolidación y espesor de los materiales y
parámetros estructurales relativos a planos de estratificación y de debilidad (diaclasas, fallas y
fracturas). En las características extrínsecas se encuentran las morfológicas como la pendiente
de la ladera y su disposición respecto a discontinuidades geológicas y la orientación, y factores
de tipo ambiental como cambios estacionales de temperatura y tipo de vegetación.
Los factores externos actúan sobre el material y dan lugar a modificaciones en las condiciones
iniciales de las laderas, provocando o desencadenando las roturas debido a las variaciones que
ejercen en el estado de equilibrio. Tres tipos de acciones se incluyen: la infiltración de agua en
el terreno, las vibraciones y las modificaciones antrópicas. La infiltración de agua provoca el
aumento de la presión intersticial disminuyendo la resistencia de los materiales. La relación
entre ocurrencia de deslizamientos y períodos lluviosos es bien conocida. Las variaciones del
nivel de agua subterránea pueden ser debidas a intensas precipitaciones, intervenciones
humanas, etc. Las vibraciones provocan aceleraciones en el terreno, favoreciendo la rotura y
la licuefacción. Éstas pueden ser debidas a movimientos sísmicos naturales o inducidos por el
hombre, como explosiones mineras o por obras públicas. La sacudida debida a terremotos
naturales es uno de los principales agentes que generan deslizamientos, siendo capaces en el
caso de los terremotos más grandes, de desencadenar miles de deslizamientos a lo largo de
áreas de más de 100.000 km2 (Keefer, 1984). Las actividades humanas alteran el equilibrio
de las laderas debido a cargas estáticas, provocadas por construcciones de edificios,
construcciones de taludes para vías de comunicación, explotaciones mineras y construcciones
de presas. Asimismo los cambios en el recubrimiento vegetal como la tala de bosques, la
repoblación con especies alóctonas e incendios forestales también influyen en la estabilidad de
las laderas.
Análisis de peligrosidad y riesgos. Conceptos y definiciones.
Como se ha comentado los deslizamientos son procesos naturales que conllevan a un riesgo
geológico nada despreciable. Aunque el peligro de producir roturas en un lugar sea muy alto,
el riesgo no lo será si ello no produce daños en la población o en las infraestructuras. El riesgo
trae consigo la existencia de un peligro, pero un fenómeno peligroso no conduce
necesariamente a un riesgo para la población. Los siguientes conceptos basados en Varnes
(1984) definen bien la relación entre peligrosidad y riesgo:
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�Y. Almaguer Carmenates
x
Tesis Doctoral
Peligrosidad (P): es la probabilidad de ocurrencia de un fenómeno potencialmente
perjudicial dentro de un período de tiempo determinado y en un área específica.
x
Vulnerabilidad (V): es el grado de pérdida provocado por la ocurrencia de un
fenómeno natural de una magnitud determinada sobre un elemento o conjunto de
elementos.
x
Riesgo específico (Rs): es el grado de pérdida esperado debido a un fenómeno natural
y se expresa como el producto de P por V.
x
Los elementos bajo riesgo (E): son la población, las propiedades, etc.
x
Riesgo total (Rt): corresponde al número de vidas pérdidas, daños a la propiedad y a
las personas, etc. debidas a un fenómeno natural concreto. El riesgo total se define
como el producto del riesgo específico y de los elementos bajo riesgo como se observa
en la siguiente expresión:
Rt = E * Rs = E * (P * V)
El primer paso en la evaluación del riesgo consiste en la estimación de la peligrosidad a
roturas de laderas y ésta, a su vez, se evalúa determinando los siguientes aspectos (Varnes,
1984; Corominas, 1987; Hartlén y Viberg, 1988):
1. Evaluar la susceptibilidad de la ladera a las roturas por deslizamientos
2. Determinar el comportamiento del deslizamiento (movilidad y dimensiones del
mismo)
3. Establecer la potencialidad del fenómeno (probabilidad de ocurrencia).
El término susceptibilidad hace referencia a la predisposición del terreno a la ocurrencia de
deslizamientos y no implica el aspecto temporal del fenómeno (Santacana, 2001).
Métodos de estimación de la susceptibilidad del terreno.
Para evaluar el grado de susceptibilidad del terreno frente a los deslizamientos existen diversas
aproximaciones, basadas la mayor parte de ellas, en la determinación de los factores que
influyen en la aparición de las roturas. En general, estos factores se combinan para definir los
distintos grados de susceptibilidad, expresándose los resultados de forma cartográfica
mediante los mapas de susceptibilidad (Hansen, 1984; Hartlén y Viberg, 1988; Corominas,
1987 y 1992; Van Westen, 1993 y 1994; Carrara et al., 1995; y Leroi, 1996). Existen cuatro
procedimientos utilizados en la evaluación y confección de mapas de susceptibilidad del
terreno: métodos determinísticos, heurísticos, probabilísticos y métodos geomorfológicos.
Los métodos determinísticos se utilizan para el estudio de la estabilidad de una ladera o talud
concreto. Se fundamentan en métodos basados en el equilibrio límite o en modelos numéricos.
Los datos de entrada son derivados de ensayos de laboratorio y se utilizan para determinar el
factor de seguridad de la ladera. Estos métodos muestran un grado de fiabilidad alto si los
15
�Y. Almaguer Carmenates
Tesis Doctoral
datos son correctos. Su principal inconveniente es su baja idoneidad para zonificaciones
rápidas y de extensas áreas (Van Westen, 1993). El método más usual se aplica para
deslizamientos traslacionales utilizando el modelo de talud infinito (Ward et al, 1982; Brass et
al, 1989; Murphy y Vita-Finzi, 1991). Estos métodos generalmente requieren el uso de
modelos de simulación del agua subterránea (Okimura y Kawatani, 1986).
Los métodos heurísticos se basan en el conocimiento a priori de los factores que producen
inestabilidad en el área de estudio. Los factores son ordenados y ponderados según su
importancia asumida o esperada en la formación de deslizamientos (Carrara et al., 1995). El
principal inconveniente radica en que en la mayor parte de los casos, el conocimiento
disponible entre los factores ambientales que pueden causar inestabilidad y los deslizamientos
es inadecuado y subjetivo, dependiendo de la experiencia del experto. Un procedimiento de
este tipo es el análisis cualitativo basado en combinación de mapas de factores (Lucini, 1973;
Stevenson, 1977; Bosi, 1984). Estos métodos permiten la regionalización o estudio a escala
regional y son adecuados para aplicaciones en el campo de los sistemas expertos (Carrara et
al., 1995). El análisis heurístico introduce un grado de subjetividad que imposibilita comparar
documentos producidos por diferentes autores.
Las aproximaciones probabilísticas se basan en las relaciones observadas entre cada factor y
la distribución de deslizamientos actual y pasada (Carrara et al., 1995). Se utilizan cuando se
dispone de abundante información, tanto cualitativa como cuantitativa, aplicándose los
modelos estadísticos que pueden ser univariantes y multivariantes. La principal ventaja es la
objetividad del método. La potencia de los métodos estadísticos depende directamente de la
calidad y cantidad de los datos adquiridos. El costo de la adquisición de algunos factores
relacionados con la inestabilidad de laderas es el principal inconveniente. Dentro de este grupo
se encuentran los métodos estadísticos y el análisis de frecuencia de deslizamientos. Son
métodos indirectos cuyos resultados se pueden extrapolar a zonas distintas para estimar la
susceptibilidad, con condiciones geológicas y climáticas homogéneas.
Los métodos estadísticos univariantes se dividen en dos grupos: los que utilizan el análisis
condicional y los que no lo utilizan. El análisis condicional, trata de evaluar la relación
probabilística entre diversos factores relevantes para las condiciones de inestabilidad y las
ocurrencias de deslizamientos. Se basan en la superposición de uno o más factores con el
mapa de distribución de deslizamientos, para obtener una probabilidad condicionada de cada
factor a la presencia o ausencia de deslizamientos Chung y Fabbri, 1993; Chung y Leclerc,
1994). Los resultados se interpretan en términos de probabilidad según el teorema de Bayes
(Morgan, 1968; Chung y Leclerc, 1994), certeza (Heckerman, 1986; Luzi y Fabbri, 1995),
16
�Y. Almaguer Carmenates
Tesis Doctoral
según conjuntos difusos (Zadeh, 1965, 1978; Mahdavifar, 2000) o según plausibilidad (Shafer,
1976). Otros modelos estadísticos, no basados en las funciones de favorabilidad, son el
modelo basado en la combinación de tres factores en Brabb et al. (1972) considerado como el
primer análisis cuantitativo de susceptibilidad a deslizamientos y su modificado (Irigaray,
1990), el modelo del valor de información (Yin y Yan, 1988; Kobashi y Suzuki, 1991;
Irigaray, 1995), el modelo de mensaje lógico (Runqiu y Yuangua, 1992) entre otros.
Los métodos estadísticos multivariantes estudian la interacción y dependencia de un conjunto
de factores que actúan simultáneamente en la ocurrencia de deslizamientos, para establecer la
implicación que tienen cada uno de ellos. Las técnicas estadísticas más utilizadas son la
regresión múltiple y el análisis discriminante (Jones et al., 1961; Neuland, 1976; Carrara, 1983
a y b; Mulder, 1991; Mora y Vahrson, 1994; Baeza, 1994; Irigaray, 1995; Chung et al., 1995;
Dhakal et al., 2000). El resultado de ambos métodos son funciones basadas en la combinación
lineal de los factores de mayor significación estadística, para definir las condiciones de
inestabilidad, estando basadas en la presencia-ausencia de deslizamientos.
El análisis de frecuencia de deslizamientos (Van Westen , 1993), evalúa la peligrosidad a los
deslizamientos, a diferencia de los anteriores, que suelen utilizarse para evaluar la
susceptibilidad. La valoración de la probabilidad de ocurrencia de un deslizamiento en un
cierto lugar y dentro de un periodo de tiempo, sólo es posible cuando se puede hallar la
relación entre la ocurrencia de deslizamientos y la frecuencia de factores desencadenantes
como lluvias intensas o terremotos (van Westen, 1993).
Los métodos geomorfológicos se basan en la determinación de condiciones de inestabilidad
de ladera mediante técnicas geomorfológicas, cartografía y zonificación. La principal ventaja
es la validez y detalle del análisis y mapa resultantes, si se realizan por un buen experto. El
inconveniente de estos métodos es el alto grado de subjetividad dependiente de la experiencia
del autor. Son métodos directos que se basan en cartografía geomorfológica a partir de la cual
el autor identifica y localiza los deslizamientos y procesos asociados a éstos directamente en el
campo. Con las observaciones, el experto extrae unos criterios para la determinación de áreas
potencialmente inestables y para la confección del mapa de susceptibilidad y/o peligrosidad
final. La elaboración de estos mapas exige conocer la morfología y tipología de movimientos
(Hansen, 1984; Hansen y Frank, 1991). Para este tipo de cartografía, que es básica para la
mayor parte de las técnicas restantes, resulta de vital importancia la experiencia del experto.
17
�Y. Almaguer Carmenates
Tesis Doctoral
Escalas utilizadas en la cartografía de susceptibilidad.
Cuando se preparan mapas de susceptibilidad, se debe valorar la influencia que un número de
factores incidirá en la probabilidad de ocurrencia de deslizamientos (Rengers et al., 1992). La
escala de análisis es uno de los primeros puntos a considerar en un proyecto. De ella depende
la metodología utilizada, los factores o datos considerados, la unidad de terreno etc. Se pueden
distinguir cuatro escalas (IAEG, 1976; Luzi, 1995) para la zonificación de la susceptibilidad a
deslizamientos:
x
Escala regional (< 1:100.000).
x
Escala media (1:25.000 a 1:50.000).
x
Gran escala (1:5.000 a 1:10.000).
x
Escala detallada (> 1:5.000) .
En la escala regional, los mapas se usan para identificar áreas con problemas de deslizamiento
de una forma genérica. Son utilizados por organizaciones que trabajan con planificación
regional (Luzi, 1995; Rengers et al., 1992). Utilizan métodos semicuantitativos como la
superposición de mapas, y las unidades del terreno se basan en características morfológicas
obtenidas de imágenes estereográficas a pequeña escala (1:60:000 a 1:50.000) (Rengers et al.,
1992). La escala media es utilizada para planificación intermunicipal y para estudios
ingenieriles locales. Se emplean distintos métodos analíticos, principalmente estadísticos, así
como modelos digitales de elevaciones detallados y otros mapas temáticos. Se usan imágenes
estereográficas a escalas 1:15.000 a 1:25.000 (Rengers, et al., 1992). Los métodos estadísticos
de análisis de susceptibilidad son apropiados para esta escala (Mulder, 1991; Dhakal et al.,
2000). En la cartografía a gran escala, los mapas son creados para estudiar problemas locales
de inestabilidad, para planificar infraestructuras de proyectos de edificios e industriales (Luzi,
1995). Los métodos de análisis utilizados son métodos cuantitativos que incluyen estadística
multivariante y modelos numéricos de estabilidad. Esta escala requiere información
cartográfica de muy buena calidad, así como imágenes estereográficas de 1:5000 a 1:10.000)
(Rengers et al., 1992). La escala detallada es utilizada para evaluar la susceptibilidad de áreas
concretas y se utilizan los mismos métodos de la escala anterior (Luzi, 1995).
Parámetros de factores condicionantes utilizados en los análisis de susceptibilidad.
Los parámetros de factores condicionantes utilizados en la literatura para el análisis de la
susceptibilidad a los deslizamientos se enumeran a continuación (Gupta y Joshi, 1990; Carrara
et al., 1991; Niemann y Howes, 1991; Lopez y Zinck, 1991; Van Westen, 1993; Naranjo et al.,
1994; Carrara et al., 1995; Chung et al., 1995; Nagarajan et al., 1998; Borga et al., 1998):
x
Relacionados con la topografía y geometría de la ladera: elevación, pendiente (en
grados o en porcentaje), orientación, convexidad-concavidad de la ladera, convexidadconcavidad en la dirección de máxima pendiente, convexidad-concavidad en la
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�Y. Almaguer Carmenates
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dirección transversal a la pendiente, rugosidad (diferencia entre pendiente media y
pendiente), índice topográfico (área cuenca dividida por la longitud del contorno de la
misma).
x
Relacionados con la hidrología: orden del río más alto en el píxel, densidad de
drenaje, distancia a líneas de drenaje, distancia desde ríos de primer orden (segundo,
tercer, etc), distancia desde ríos de primer y segundo orden, distancia a las cabeceras de
valles, distancia a divisorias de aguas (líneas de cresta), tamaño de cuenca.
x
Relacionados con la geología: Litología, formaciones-depósitos superficiales, grosor
de depósitos superficiales, procesos y formas geomorfológicos, estructura (fallas y
alineaciones), magnitud-frecuencia de eventos sísmicos, propiedades geotécnicas del
suelo (ángulo de fricción, cohesión, peso específico, etc).
x
Relacionados con el uso del suelo: vegetación (tipo o densidad), usos del suelo.
x
Relacionados con el clima: intensidad de lluvia.
x
Relacionados con la estructura y sismicidad: distancia a fallas principales, distancia a
alineaciones, distancia a epicentros sísmicos.
x
relacionados con red viaria o núcleos urbanos: distancia a carreteras, distancia a
ciudades.
x
Relacionados con la hidrogeología: nivel de agua subterránea, espesor de la zona
saturada.
Los Sistemas de Información Geográfica (SIG) en la cartografía de susceptibilidad.
Al realizar la cartografía de una zona, se mezclan dos conceptos: la situación georeferenciada
del dato y la información temática (atributo). Estas dos características, la componente espacial
y la información temática asociada, configuran la base para entender los Sistemas de
Información Geográfica.
Se han realizado varias definiciones en torno a los Sistemas de Información Geográfica
(Cebrián y Mark, 1986; Burrough, 1988; Bracken y Webster, 1990; NCGIA, 1990). De
manera simple, un Sistema de Información Geográfica se puede contemplar como un conjunto
de mapas de la misma porción del territorio, donde un lugar concreto tiene la misma
localización en todos los mapas incluidos en el sistema de información. Así es posible realizar
análisis de sus características espaciales y temáticas para obtener un mejor conocimiento de
esa zona. Un SIG se puede considerar esencialmente como una tecnología (un sistema de
hardware y software) aplicada a la resolución de problemas territoriales (Bosque, 1992;
Suárez, 1998). Como programa de ordenador, presenta capacidades específicas con las
siguientes funciones: funciones para la entrada de información, funciones para la salida-
19
�Y. Almaguer Carmenates
Tesis Doctoral
representación gráfica y cartográfica de la información, funciones de gestión de la información
espacial y funciones analíticas.
Un SIG puede contener varios modelos de datos de los objetos geográficos: el modelo
vectorial, el modelo raster, el jerárquico-recursivo, etc., todos ellos válidos para los mapas
formados por puntos, líneas y polígonos, y preparados para realizar determinadas funciones.
También existen modelos de datos espaciales para realizar mapas tridimensionales o de
volúmenes (modelo basado en una red de triángulos irregulares).
De esta forma los SIG son una herramienta perfectamente aplicable para realizar el análisis y
la posterior cartografía de susceptibilidad, de peligrosidad y/o del riesgo por deslizamientos.
El desarrollo de los SIG ha incrementado enormemente la disponibilidad de las técnicas de
evaluación de susceptibilidad a deslizamientos y su aplicación (Van Westen, 1994).
Breve recuento histórico sobre los SIG.
Las primeras aplicaciones con prototipos de SIG en zonificación de peligrosidadsusceptibilidad a deslizamientos datan de los años 70 (Newman et al., 1978, Carrara et al.,
1978; Huma y Radulescu, 1978 y Radbruch-Hall et al, 1979). En ellas se utilizaba el análisis
cualitativo, combinando factores, y el estadístico multivariante. Durante los años 80 el
desarrollo comercial de los sistemas SIG, así como la mayor disponibilidad de los ordenadores
personales incrementó el uso de los SIG en los análisis de susceptibilidad. Ejemplos de
análisis cualitativo se encuentran en Stakenborg (1986), Brabb (1984) y Brabb et al. (1989), y
ejemplos de análisis estadístico multivariante se pueden encontrar en Carrara (1983, 1988) y
Bernknopf et al (1988). En los años 90, con la oferta comercial y la ampliación de las
capacidades de los SIG, han aumentado las aplicaciones sobre el análisis de susceptibilidad a
los deslizamientos (Kingsbury et al., 1992; Alzate y Escobar, 1992; Lopez y Zink, 1991;
Choubey y Litoria, 1990; Carrara et al 1990, 1991; Chacon et al., 1992 ). En 1993 van Westen
publicó un manual completo sobre la aplicación de un SIG en la zonificación de inestabilidad
de laderas.
Inicialmente la mayoría de las aplicaciones de los mapas de susceptibilidad con SIG utilizaban
las técnicas basadas en la superposición de mapas (entendidos éstos como factores
relacionados con la inestabilidad). Ello sólo permitía comparar cada valor de un mapa en la
misma posición espacial (la misma celda de una malla regular de un sistema raster).
Posteriormente, con la aparición de las operaciones de vecindad, las cuales tienen en cuenta
las relaciones espaciales de cada celda con su entorno, se han podido extraer características
morfométricas e hidrológicas a partir de un Modelo Digital de Elevaciones. Estas
20
�Y. Almaguer Carmenates
Tesis Doctoral
características (pendiente, orientación, convexidad, líneas de valles y de divisorias de aguas,
área cuenca, orden de la red de drenaje, etc.) se pueden utilizar como parámetros para realizar
análisis estadísticos univariantes o multivariantes combinando los factores con los
deslizamientos (Carrara et al., 1991, 1995; Niemann y Howes, 1991; Campus et al., 2000;
Dhakal et al., 2000; Feiznia, 2000; Zêzere et al., 2000; Thurston y Degg, 2000), análisis para
modelizar distancias recorridas por caída de bloques ( Van Dijke y van Westen, 1990) y
análisis para definir la susceptibilidad de alcance por deslizamientos de tipo debris flow
(Michael-Leiba et al., 2000).
El uso de un SIG también permite reconstruir la topografía previa al deslizamiento como han
demostrado Thurston y Degg (2000). Es posible además, realizar la zonificación del peligro de
desplazamiento de un gran deslizamiento, llevado a cabo en China por Wu et al. (2000),
utilizando un Sistema de Análisis de Información (Yin y Yan, 1987 y 1988). También los
modelos determinísticos han experimentado un auge utilizando SIG (Brass et al., 1989;
Murphy y Vita-Finzi, 1991; Hammond et al., 1992; Luzi, 1995; Luzi y Pergalani, 1996; Leroi,
1996). Lee et al (2000) han aplicado un modelo de talud infinito, modificado para incluir carga
sísmica, para el análisis de la susceptibilidad a deslizamiento de dos zonas de la plataforma
marina de California.
La cartografía de susceptibilidad en Cuba.
Durante la ejecución de la investigación se consultaron varios trabajos realizados en diferentes
lugares del territorio nacional, así como algunos desarrollados en el municipio de Moa,
relacionados con la aplicación de los sistemas de información geográficos en la evaluación de
susceptibilidad, peligrosidad o riesgos geológicos y realizados fundamentalmente desde
inicios de la década del 90 hasta la fecha.
Muchas de las investigaciones realizadas se han centrado en la cartografía de susceptibilidad
de terrenos al desarrollo de fenómenos como la erosión y las inundaciones. En este sentido
aparece el trabajo de Vega M. B. (2005), quién realiza una aplicación de un SIG en la
obtención de una mapa de erosión de Cuba a escala 1:250 000 a través del análisis de varios
factores como la lluvia y la escorrentía, el relieve y las propiedades del suelo, dirección del
flujo, y el flujo acumulado. Rodríguez W. y Valcarce R. M. (2005) realizan una evaluación de
la susceptibilidad del territorio nacional cubano frente a inundaciones, utilizando una
combinación de factores como pendiente del terreno, especialmente su horizontalidad;
geomorfología, tipo y calidad del suelo, hidrología y extensión de las inundaciones, así como
la frecuencia e intensidad de las precipitaciones históricas.
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�Y. Almaguer Carmenates
Tesis Doctoral
Otro gran grupo se ha centrado en el análisis de peligrosidad y vulnerabilidad sísmica y
caracterización ingeniero-geológica, fundamentalmente en la parte sur de las provincias
orientales y en algunas zonas del occidente del país. En este sentido Escobar E. M. (2005)
muestra una aplicación de un complejo de métodos geofísicos, como sísmica somera de
refracción de tres canales, métodos eléctricos (SEV), georadar GPR, sismómetros y datos
aerogeofísicos en la solución de tareas de valoración de vulnerabilidad sísmica. Como
resultados obtiene las propiedades físico-mecánicas del suelo en el lugar de emplazamiento de
obras industriales, valora los fenómenos geológicos derivados de microsismos inducidos
determinando a su vez los factores de amplificación del suelo, su relación con las afectaciones
constructivas y las condiciones geológicas imperantes y cartografía las posibles zonas
tectónicas anómalas reflejadas por las discontinuidades geológicas a través de los campos
físicos.
Chuy T. J. et al (2005) realizan un análisis de los fenómenos naturales en el municipio
Guantánamo, su cronología y evaluación de los impactos negativos producidos por estos
fenómenos, entre los que se encuentran los sismos, deslizamientos de tierra, rotura de presas,
respuesta dinámica de suelos, ciclones tropicales, tornados, lluvias intensas y ácidas,
inundaciones, sequías, salinización, desertificación, degradación de suelos, incendios urbanos,
incendios forestales y accidentes tecnológicos. En el apartado relacionado con los fenómenos
de deslizamientos muestran un análisis de susceptibilidad de varias comunidades en función
de los valores de disección vertical y pendiente del terreno pero no se comparan estos con la
cantidad o área ocupada por deslizamientos en cada zona estudiada.
Del Puerto J. A. y Ulloa D. (2003) realizan el cartografiado de la distribución espacial de los
peligros naturales y la clasificación de la cuenca de Santiago de Cuba a partir del predominio
de los tipos de peligros que pueden llegar a ocurrir en determinados sectores del mismo. La
investigación está sustentada en la elaboración e interpretación de mapas morfométricos y
como resultados obtienen el mapa tipológico de peligros y de regionalización, sin embargo
estos no son validados con algún mapa de inventarios de fenómenos del área en cuestión. Noas
J. L. y Chuy T. L. (2005) realizan una valoración de la peligrosidad sísmica de la ciudad de
Moa. Para esto parten del análisis del entorno sismotectónico regional, de la actividad sísmica
y finalmente determinan el peligro sísmico haciendo uso del método del árbol lógico mediante
la combinación de los resultados obtenidos en trabajos previos.
González B. E. et al (2005) caracterizan el medio ambiente urbano del asentamiento de Mariel
y se identifican los fenómenos geológicos que constituyen amenazas para el territorio
estimando los periodos de recurrencia de los mismos y sus áreas de impacto. Realizan la
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�Y. Almaguer Carmenates
Tesis Doctoral
microzonificación sísmica sobre la base de la geología superficial y el procesamiento y
análisis de microsismos de origen antrópico evaluando la vulnerabilidad, que tiene como
componentes factores fiscos y ambientales, que inciden en la capacidad de respuesta de la
población ante un desastre potencial, provocado por fenómenos geológicos peligrosos, y la
vulnerabilidad del medio construido, ante eventos sísmicos extremos y deslizamientos de
tierra en la Meseta del Mariel. Pedroso I. I. et al (2005) presentan una valoración de los
Peligros, la Vulnerabilidad y los Riesgos Geólogo-Geofísicos y Tecnológicos del municipio
Playa, Ciudad Habana, partiendo de la caracterización del medio físico, el medio construido y
el medio socio-económico del mismo partiendo de la precisión de los Escenarios de Peligros.
El análisis de diferentes datos les permitió obtener información sobre las características de los
elementos disparadores como los sismos, las lluvias intensas y los fuertes vientos, potenciales
generadores de terremotos, deslizamientos, hundimientos, inundaciones y penetraciones del
mar.
Cabrera J. (2005) muestra en términos generales, un catastro ingeniero-geológico de la
provincia de Pinar del Río sobre la base de una evaluación teórica de los factores a tomar en
cuenta en la evaluación de las condiciones ingeniero geológicas de los territorios. Establece
criterios, definiciones y consideraciones de como tomarlos en cuenta en función de su nivel de
importancia partiendo de la derivación e integración de los factores involucrados, definiéndose
a su vez los resultados cartográficos a obtener con cada acción. El análisis parte de considerar
que la evaluación de las condiciones ingeniero-geológicas está en función de la influencia que
ejercen sobre el medio, las condiciones naturales como el clima, relieve y condiciones
geomorfológicas, condiciones tectónicas y de estratificación, particularidades litólogopetrográficas de las rocas, condiciones hidrogeológicas, fenómenos físico-geológicos y la
infraestructura económica. El método adoptado se basa en la obtención de una serie de mapas
a partir de la reclasificación y superposición de dos mapas temáticos básicos, el topográfico y
el geológico.
Relacionado específicamente con el cartografiado y predicción de deslizamientos Chang J. L.
et al (2003) muestran una aplicación de datos geofísicos regionales como datos Jespectrométricos aéreos dado la distribución espacial de los radioelementos naturales en el
medio, identificando sitios potencialmente favorables para la ocurrencia de deslizamientos
como información complementaria en el análisis de susceptibilidad de terrenos a la rotura por
el desarrollo de deslizamientos.
Carreño B. et al (2005) realizan un pronóstico de deslizamientos con el empleo de sistemas
computarizados, aplicando criterios geomorfológicos clásicos para la determinación de los
23
�Y. Almaguer Carmenates
Tesis Doctoral
alineamientos procesados con la utilización del modelo digital del terreno, obteniendo
finalmente el análisis cinemático de los alineamientos que resultan potencialmente propensos
a comportarse como fallas estructurales. Mediante este procedimiento confeccionan el mapa
del Modelo Digital del Relieve con las probables estructuras tectónicas y el esquema de
zonificación de probables movimientos de masas, sin embargo no presentan un mapa de
fenómenos o inventario de deslizamientos de la zona estudiada para la validación del mapa
obtenido. Castellanos E. (2005) muestra los resultados de un procesamiento de datos del
SRTM para el Archipiélago Cubano, el análisis para producir los mapas derivados del Modelo
de Elevación Digital (DEM) y la evaluación geomorfométrica de amenaza de deslizamiento de
terreno. El análisis y procesamiento se realiza empleando técnicas SIG y software de sensores
remotos. La cartografía de susceptibilidad del Archipiélago de Cuba la realiza empleando
mapas derivados del DEM como el ángulo de la pendiente y el relieve interno (disección
vertical) mostrando las áreas donde los deslizamientos de terreno pueden ocurrir con mayor
posibilidad donde los factores morfométricos tienen los valores más altos, sin embargo el
procedimiento de pesaje de cada factor analizado no se realiza teniendo en cuenta la
distribución areal de los movimientos de masas, sino, que se hace referencia solamente a la
coincidencia con los sistemas montañosos del país y se obtiene por los rangos que podrían
provocar en mayor o menor medida roturas en laderas según el criterio del autor.
Febles D. y Rodríguez J. (2005) presentan un mapa susceptibilidad a los deslizamientos de
Cuba a escala 1:250 000, donde precisan las áreas mas propensas a este fenómeno a lo largo
del territorio nacional, utilizando como factores condicionantes la pendiente del relieve
topográfico, composición de las rocas y/o suelos, condiciones tectónicas, el efecto antrópico
(densidad de población y densidad de carreteras y caminos) y el régimen de precipitaciones.
Rocamora E. (2005), detalla varios criterios de roturas por desprendimientos de bloques,
detallados a partir de la modelación de dos casos de estudio, la Sierra de los Órganos y el
noreste de la provincia de La Habana, identificando cuestiones fundamentales en el estudio de
estos movimientos de masas como herramienta de pronóstico de la ocurrencia de los
fenómenos, evaluación del peligro potencial que ellos representan y su alcance espacial, y
método óptimo para el diseño de las medidas ingenieriles de contención del peligro. Alfonso
H. M. (2005) realiza un mapa de susceptibilidad a los movimientos de laderas mediante la
combinación de factores condicionantes y desencadenantes, naturales e inducidos por la
actividad humana, haciendo énfasis en los elementos geomorfológicos como las formas del
relieve, los gradientes de sus pendientes y las litologías a través de la aplicación de métodos
heurísticos.
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�Y. Almaguer Carmenates
Tesis Doctoral
Reyes C. R. et al (2005) realizan un análisis del comportamiento de los factores pasivos (el
relieve, características geológicas y geotécnicas de las formaciones) y activos (Criterio
magnitud-distancia), que actúan en la estabilidad de los suelos y rocas en las provincias
orientales de Cuba. Además, proponen un esquema de zonación de acuerdo a la
susceptibilidad de ocurrencia de deslizamientos o derrumbes en los taludes de las carreteras
provocados por terremotos de gran o mediana intensidad, atendiendo al relieve, constitución
geológica y criterios del Manual de Zonación de Peligros Sísmico
Geotécnicos. Como
factores desencadenantes de los deslizamientos incluye los sismos y la influencia de las
precipitaciones, considerado este último el más importante agente catalizador de este
fenómeno.
En el territorio de Moa, el Departamento de geología del Instituto Superior Minero
Metalúrgico, ha realizado varios trabajos geotécnicos, dirigidos a la caracterización ingenierogeológica de los suelos lateríticos a partir de las propiedades físico-mecánicas de los mismos
y la aplicación de clasificaciones geomecánicas para el análisis de la estabilidad de los taludes.
Carmenate J. A., (1996) realiza una evaluación y clasificación de los suelos y rocas a partir de
las propiedades físico-mecánicas dando como resultado un mapa ingeniero-geológico a escala
1:10 000 y una zonificación de áreas susceptibles a la ocurrencia de fenómenos geológicos
exógenos, que constituyen peligros para la población y objetivos económicos, como los
deslizamientos, proponiendo medidas para su mitigación, pero de una manera superficial,
porque no caracteriza todas las posibles condicionantes del terreno que posibilitan la aparición
de movimientos, limitándose solamente a las propiedades físico-mecánicas sin tener en cuenta
el factor estructural o uso de suelo del territorio. Rodríguez A. (1999), profundiza en el
conocimiento geólogo-tectónico del territorio de Moa, determina los sistemas de estructuras
activas y bloques morfotectónicos, caracteriza los movimientos tectónicos contemporáneos y
determina su incidencia en los sectores de máximo riesgo de origen tectónico. Como resultado
importante confecciona el mapa de riesgos del territorio, donde establece cuatro zonas por su
grado de peligrosidad ante los efectos de los procesos tectónicos. Kempena (2000) realiza un
estudio de los diferentes peligros y riesgos geoambientales en un sector de la costa de la
cuidad de Moa. Implementa un SIG que permite la cartografía del ambiente costero,
proporcionando una imagen global de sus potencialidades, grado de deterioro y vulnerabilidad
ante procesos naturales y antrópicos.
En el año 1997, ocurre un deslizamiento en un talud de explotación en el yacimiento Punta
Gorda. A partir de esta problemática la subdirección de minas de dicha entidad, solicita al
departamento de geología realizar un proyecto de investigación en el cuál se contemplara la
evaluación de las condiciones geotécnicas y modelación del factor de seguridad de los taludes
25
�Y. Almaguer Carmenates
Tesis Doctoral
dentro del yacimiento. De esta forma se desarrolla el Proyecto de evaluación hidrogeológica e
ingeniero-geológica en la mina Ernesto Che Guevara (Dpto de geología, 1998), en el cual se
realizan una serie de investigaciones geotécnicas de campo y laboratorio con vista al análisis
de la estabilidad de los taludes. Tales investigaciones se fundamentaron en la aplicación de los
métodos de equilibrio límite para el cálculo del factor de seguridad, mientras que la
clasificación del macizo se limitó a la aplicación del índice RMR a partir de un estudio
preliminar del agrietamiento.
A partir de entonces continúan los estudios para profundizar en el análisis de la naturaleza y
tipología de los deslizamientos en corteza laterítica, resultando el trabajo de Guardado R. y
Almaguer Y. (2001), donde se presenta una primera aproximación de un mapa de riesgos para
el yacimiento Punta Gorda, obtenido a partir de la superposición de varios mapas de factores
como la litología, tectónica y pendientes, incluyendo en el análisis un mapa de elementos en
riesgo, poniendo énfasis en la situación de los caminos mineros y la ubicación de las
excavadoras en los frentes de explotación. El análisis de la influencia de los factores sobre las
inestabilidades se realizó mediante la aplicación de métodos heurísticos presentando un mapa
de riesgos por bloques de explotación con muy poco detalle para la escala a la cual trabajaron,
y el trabajo de Almaguer Y. (2001), donde se aplican métodos de cálculo de estabilidad de
taludes utilizando criterios de rotura a partir del estudio integral del agrietamiento del macizo
roca-suelo y de la evaluación geomecánica del macizo rocoso serpentinizado.
Algunos trabajos recientes de cartografía de susceptibilidad a nivel mundial.
Santacana (2001) realiza el análisis de susceptibilidad de ladera a la rotura por deslizamientos
superficiales a escala regional, mediante tratamiento estadístico multivariante de tipo
discriminante. El procedimiento de análisis se ha realizado en formato raster (malla regular) y
ha considerado las zonas de rotura como celdas inestables. Los factores utilizados están
relacionados con la geometría y situación de la ladera, la cuenca vertiente, la vegetación y usos
del suelo, la presencia de formación superficial y el espesor de ésta.
Donati et al (2002) presentan una metodología donde analizan la predisposición de varios
factores que influyen en la ocurrencia de deslizamientos en Italia, auxiliándose del software
IDRISI. La escala de trabajo 1:5 000 utilizando fotos aéreas a escala 1:13 000. El análisis de
amenaza se realizó analizando factores tales como distancia a fallas normales e inversas,
paralelismo entre alineaciones interpretadas en fotos aéreas y los escarpes de los
deslizamientos detectados, uso del suelo, litología, distancia de la red fluvial, orientación de
las pendientes, pendiente de las laderas, orientación de los estratos con respecto a los taludes y
laderas. Para determinar la influencia de cada factor sobre la ocurrencia de deslizamientos se
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�Y. Almaguer Carmenates
Tesis Doctoral
efectuó un análisis entre los mapas de cada factor y el inventario de deslizamiento para
determinar el porcentaje del área de diferentes clases afectadas por deslizamientos.
Valadao et al (2002) presentan un análisis de densidad de deslizamientos a escala 1:25 000, el
cual se realiza sobre la base de información existente sobre deslizamientos, además de se le
incluye el inventario de deslizamientos obtenido por observación de fotos aéreas y
reconocimientos de campo. La identificación de movimientos por el análisis de fotos aéreas
está basada en criterios geomorfológicos, como la presencia de escarpes y en algunos lugares,
la existencia de depósitos asociados. El reconocimiento de campo se realizó con el objetivo de
caracterizar los eventos principales, definir su estructura geológica, tipo de depósito y la
influencia de la actividad antrópica.
Kelarestaghi (2002), realiza una investigación sobre los factores efectivos en la ocurrencia de
deslizamientos. Para esto hace uso de mapas tales como MDE, pendiente, pluviometría,
litología, uso del suelo, distancia de la carreteras, de las fallas y de la red hidrográfica. Cada
factor fue analizado con respecto al mapa de deslizamientos.
El método utilizado para
determinar el peso de las clases de cada factor está basado en el análisis probabilístico
condicional.
Morton et al (2003), presentan un trabajo sobre un mapa preliminar de susceptibilidad a
deslizamientos donde analizan varios factores como la pluviometría, la condiciones
geológicas, la pendiente del terreno y la dirección de las laderas. La vegetación y la
concavidad-convexidad de la pendiente no tuvieron gran influencia en el desarrollo de los
deslizamientos. En relación con la dirección de las pendientes se encontró una alta correlación
entre los derrubios y los taludes orientados hacia el sur ya que estos soportan menos biomasas
en esa dirección, además de contener mayor humedad. La valoración de los factores se realizó
aplicando los métodos heurísticos, utilizando una escala entre 0 a 25, donde 0 corresponde a
las unidades geológicas no susceptibles a movimientos de laderas, el valor 25 a las unidades
más susceptibles, y el valor 5 a las unidades de baja susceptibilidad.
Tangestani (2004) presentan una investigación sobre mapeo de susceptibilidad a
deslizamientos usando la operación Fuzzy Gamma en tecnología GIS.
El modelo de
predicción cuantitativo está basado en una base de datos espaciales con varios mapas digitales
representando los factores causales de los movimientos. Son usadas tres teorías matemáticas
para el modelo: teoría de probabilidades, teoría de conjuntos difusos y teoría de evidencias
Dempster-Shafer. Sobre la base de estas tres teorías se realiza una medición cuantitativa de la
amenaza futura frente a deslizamientos. Los factores analizados son el ángulo de los taludes,
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�Y. Almaguer Carmenates
Tesis Doctoral
elevación topográfica, dirección de las laderas, profundidad de meteorización, litología, uso de
suelo y distancia a las carreteras, obtenidos del procesamiento de datos topográficos,
interpretación de fotos aéreas y de trabajos de campo. La asignación del peso de los factores
se hizo sobre una escala entre 0 y 1.
Sivakumar y Mukesh (2004) realizan un análisis de deslizamientos sobre un GIS mediante el
empleo de métodos determinísticos para el cálculo del factor de seguridad de taludes y laderas.
La información utilizada para esta análisis se relaciona con el MDE, además de otros
parámetros para el modelo predictivo como una caracterización detallada de las condiciones
de los suelos: resistencia (cohesión, ángulo de fricción interna, peso), características de
permeabilidad, profundidad de la cubierta de suelo y patrones de vegetación.
Chau et al (2004), presentan un análisis de amenaza de deslizamientos en Hong Kong
empleando
datos
históricos
de
deslizamientos
acoplado
con
datos
geológicos,
geomorfológicos, actividad antrópica, clima y pluviometría. Se analiza la relación entre 1448
deslizamientos y la variación de las lluvias por estaciones del año, resultando una fuerte
correlación entre la ocurrencia de estos fenómenos y el cumulado de lluvias. Como resultado
final se obtiene el mapa de amenaza y el de riesgos por deslizamientos sobre formato raster.
Sinha et al (2004) realizan la zonación de amenazas por deslizamientos en terrenos del
Himalaya, aplicando tecnología GIS. Para este estudio se analizaron varios factores como
direcciones de las laderas, morfometría de las laderas, uso de suelo, pendiente de las laderas,
resistencia de la roca, drenaje, geología, parteaguas, carreteras, alineamientos tectónicos y el
relieve. Los mapas se trabajaron en formato raster asignándole un valor a cada clase de los
factores analizados por comparación con el mapa de inventario de deslizamientos aplicando el
método de análisis probabilístico condicional.
Tendencias actuales de la cartografía de susceptibilidad.
El avance y desarrollo de las tecnologías tanto de los SIG, como la capacidad de las
computadoras y los sensores remotos, permiten vislumbrar nuevas tendencias en el análisis de
susceptibilidad a los deslizamientos mediante SIG. Dos grandes grupos constituyen las nuevas
tendencias: la captura y obtención automática de los datos y la aplicación de Redes
Neuronales.
1. Captura y obtención automática de datos.
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�Y. Almaguer Carmenates
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La obtención rápida y precisa de MDE, así como de otra información relacionada con
deslizamientos (factores causantes y detección automática de deslizamientos), son elementos
importantes que reducen el tiempo de un proyecto dirigido a esta tarea.
Creación de MDE detallados: Aleotti et al. (2000) han utilizado el altímetro Láser (Airbone
Laser Terrain Model, ALTM) creado por Aquater, que es un sistema de escaneado Láser
altamente preciso diseñado para recoger datos morfológicos del terreno en coordenadas XYZ.
La resolución espacial depende de la elevación y velocidad del avión oscilando entre 40 cm a
300 m de elevación y hasta 7 m a 1200 m de altitud. Permite crear un MDE caracterizado por
una alta densidad de puntos de altitud, precisión geométrica alta y disponibilidad inmediata de
los datos adquiridos y entrada en un SIG.
Detección automática de deslizamientos: Las imágenes de sensores remotos (fotografías
aéreas, imágenes de satélite e imágenes de radar) constituyen una fuente de información en la
estimación de la susceptibilidad a roturas de laderas. Las fotografías aéreas son el producto
más utilizado dentro de los sensores remotos, mediante la técnica de fotointerpretación. Las
imágenes de satélite se han utilizado desde mediados de los 70 en el estudio de deslizamientos
(Mantovani et al., 1996). En las últimas décadas diversos autores han utilizado imágenes de
sensores remotos (LANDSAT I, SPOT, etc.) para identificar movimientos de masa (Scanvic et
al., 1990), aunque en todos estos casos los deslizamientos no son reconocidos individualmente
a partir de las imágenes, si no que son detectados a partir de las condiciones del terreno
asociadas con ellos, como litología y diferencias en la vegetación y la humedad del suelo
(Mantovani et al., 1982).
Reconstrucción de la topografía previa al deslizamiento: Thurston y Degg (2000) han
reconstruido la topografía previa a unos deslizamientos mediante el uso de un área de
influencia (buffer) alrededor de un deslizamiento, utilizando la elevación de algunos puntos de
este para interpolar, con una Red de Triángulos Irregulares (TIN), la superficie del terreno
previa del área del deslizamiento (figura 1.6). Según los autores esto es posible en el caso de
disponer de un buen MDE con una resolución adecuada al tamaño de los deslizamientos.
2. Aplicación de Redes Neuronales Artificiales.
Los procesos geológicos dependen de una gran variedad de parámetros, que a menudo son
conocidos de forma incompleta o totalmente desconocidos. Normalmente la relación entre los
factores que controlan el proceso y la observación de éste es una relación no lineal. Las
técnicas estadísticas normalmente utilizadas para analizar los deslizamientos (regresión
múltiple, análisis discriminante y factorial, predicción lineal, etc) requieren una relación lineal
29
�Y. Almaguer Carmenates
Tesis Doctoral
entre los parámetros del modelo y las observaciones. Una alternativa a los métodos basados en
estadística lineal son las técnicas desarrolladas en el contexto de la Inteligencia Artificial sobre
todo las Redes Neuronales Artificiales (ANN Artificial Neural Networks) del tipo de
perceptrones multicapa (MLP multilayer perceptrons) que intentan emular el reconocimiento
humano y están basadas en un modelo del cerebro humano utilizando ciertos conceptos de su
estructura básica.
Las Redes Neuronales Artificiales han sido aplicadas con éxito en el reconocimiento de
objetos militares, procesamiento de imágenes, control de robots y en ingeniería civil (Pande y
Petruszczak, 1995; Siriwardane y Zaman, 1994). También se han aplicado en problemas de
inversión y clasificación en geofísica (Langer et al., 1996). La utilización de redes neuronales
para predecir desplazamientos y velocidades de movimientos de ladera ha sido utilizada por
Mayoraz et al. (1996) en dos deslizamientos de Suiza y Francia. Vulliet y Mayoraz (2000) han
utilizado Redes Neuronales y un modelo mecánico (talud infinito) para predecir el Factor de
Seguridad, velocidad de desplazamiento y presiones de poros en un deslizamiento
instrumentado en Francia.
30
�CAPITULO II
�Y. Almaguer Carmenates
Tesis Doctoral
CAPITULO II. CARACTERIZACION DEL AREA DE ESTUDIO.
Generalidades.
El yacimiento Punta Gorda se encuentra dentro del municipio de Moa, ubicado en el extremo
oriental de la provincia de Holguín. Geográficamente se encuentra limitado al norte por el
Océano Atlántico, la carretera de Punta Gorda y la parte baja del curso del río Moa, al sur por
la línea convencional que lo separa de los yacimientos Camarioca Norte y Camarioca Este, por
el oeste está limitado con el yacimiento Moa Oriental, separado de este por el límite natural
del río Los Lirios y el cañón del río Moa y por el este se separa del yacimiento Yagrumaje
Norte por el río Yagrumaje, ubicándose en la margen izquierda del mismo [figura 2.1].
Figura 2.1. Ubicación geográfica del área de estudio.
El área de estudio forma parte del grupo orográfico Sagua-Baracoa, lo cual hace que el relieve
sea predominantemente montañoso, principalmente hacia el sur. Hacia el norte el relieve se
hace más suave, disminuyendo gradualmente hacia la costa [Anexo I (figura 2.1)].
La red fluvial está representada los ríos Moa (al norte), sus afluentes río Los Lirios (al oeste),
arroyo la vaca (área central) y el río Yagrumaje (al este y sur). La fuente de alimentación
principal de estos ríos y arroyos, son las precipitaciones atmosféricas, desembocando las
arterias principales en el Océano Atlántico, formando deltas cubiertos de sedimentos palustres
y vegetación típica de manglar. La mayor parte del yacimiento está ocupado por la zona de
divisorias entre el río Yagrumaje y el arroyo La Vaca, presentando un relieve suavemente
ondulado que alcanza una altura de 174 m hacia el sur disminuyendo su altura hasta 20 m al
norte y nordeste. La divisoria del río Yagrumaje presenta cotas que van de 174 m hasta 134
m con una cima plana a suavemente ondulada.
31
�Y. Almaguer Carmenates
Tesis Doctoral
El clima es tropical con abundantes precipitaciones, estando estrechamente relacionadas con
el relieve montañoso que se desarrolla en la región y la dirección de los vientos alisios
provenientes del Océano Atlántico cargado de humedad. En el período de 1916-1963, la
temperatura media anual oscilaba entre 20o y 25oC, el promedio de precipitaciones anuales
entre 1200-1400 mm y la evaporación media anual entre 1400-1750 y hasta 1985 la
temperatura media anual estuvo entre 22o y 33oC, el promedio de precipitaciones entre 16002200 mm y la evaporación media anual entre 2200-2400 mm (Oliva et al, 1989). Desde 1985
al 1991, según la estación hidrometeorológica El Sitio y datos pluviométricos del la estación
Vista Alegre, la temperatura media anual osciló entre 22.6o – 30.5oC, siendo los meses más
calurosos los de julio, agosto y septiembre y los más fríos enero y febrero; el promedio de
precipitaciones anuales entre 1231-5212 mm, siendo los meses más lluviosos noviembre y
diciembre y los más secos marzo, julio y agosto; la evaporación media anual oscila entre
1880-7134 mm.
La vegetación se caracteriza por la existencia de bosques de Pinus cubencis en las cortezas
lateríticas y donde hay menores potencias de las mismas, matorrales espinosos, típicos de las
rocas ultramáficas serpentinizadas. Las zonas bajas litorales, están cubiertas por una
vegetación costera típica entre la que se destaca los mangles.
Para la caracterización desde el punto de vista regional del territorio, se consultaron los
trabajos de Iturralde-Vinent (1983, 1990), Lewis et al (1990), Morris (1990), Campos (1991),
Rodríguez (1983, 1998). El área de estudio se relaciona, desde el punto de vista regional, al
desarrollo de sistemas de arco insulares y cuenca marginal durante el mesozoico, y a su
extinción a fines del Campaniano Superior-Maestrichtiano. Debido a procesos de acreción
tectónica, se produce la obducción del complejo ofiolítico, según un sistema de escamas de
sobrecorrimiento, sobre el borde pasivo de la Plataforma de Bahamas. Relativo a la
morfotectónica, el yacimiento Punta gorda se encuentra ubicado en el Bloque El Toldo, el cuál
ha manifestado los máximos levantamientos relativos de la región (Rodríguez, 1998). La
litología está representada por rocas del complejo máfico y ultramáfico de la secuencia
ofiolítica, sobre las cuales se ha desarrollado un relieve de montañas bajas de cimas aplanadas
ligeramente diseccionadas.
Condiciones geológicas.
En el yacimiento Punta Gorda se encuentran tres grandes conjuntos litológicos: el basamento,
la corteza de meteorización laterítica y lateritas redepositadas.
32
�Y. Almaguer Carmenates
Tesis Doctoral
Basamento. En el basamento se revela una alta complejidad tectónica y mediana complejidad
litológica [Figura 2.2]. La litología que predomina es la peridotita serpentinizada en mayor o
menor grado. De acuerdo a estudios anteriores y a las observaciones de campo, las peridotitas
presentes son harzburgitas de color azul verdoso oscuro, con contenido variable de piroxenos
rómbicos y olivino. En menor grado aparecen piroxenos monoclínicos. Tanto los piroxenos
como el olivino han sido transformados a minerales del grupo de la serpentina, siendo
ocasional la presencia de relictos de los minerales primarios (Quintas et al, 2002; Almaguer et
al, 2005).
En el área se localizan fajas de serpentinita foliada, esquistosa y budinada, que coinciden con
las zonas de contacto entre mantos tectónicos imbricados. Las fajas deformadas están
completamente cortadas y desplazadas por varios sistemas de fallas más jóvenes. Las budinas,
fundamentalmente son de peridotitas, que se presentan fracturadas y rodeadas por serpentinitas
esquistosas. Estas fajas se orientan preferentemente al N60ºE.
Se observan algunas tendencias distributivas entre las áreas con peridotitas y las que contienen
las fajas de micromelanges (serpentinitas foliadas y budinadas), presentándose dos áreas
relativamente pequeñas con predominio de peridotitas: al sudoeste y centro norte, mientras
que, ocupando la porción central y el borde oriental y norte del yacimiento se alternan las
peridotitas con fajas de micromelanges. La zona central se caracteriza por presentar la forma
de un gran arco cóncavo hacia el norte. Las fajas foliadas contenedoras de gabro, aunque
ocupan áreas relativamente pequeñas, producen una corteza contaminada, caracterizada por el
aumento de sílice y alúmina y la disminución de hierro, níquel y cobalto.
Corteza de meteorización. Está desarrollada principalmente sobre peridotitas de tipo
harzburgitas serpentinizadas en distinto grado y por serpentinitas, las cuales ocupan la mayor
parte del yacimiento y en menor grado por material friable producto del intemperismo químico
de gabro olivínico, plagioclasita y anfibolita, ubicado el primero hacia las zonas este y norte
del yacimiento y los otros dos tipos de corteza hacia la parte este del depósito mineral. Las
litologías que conforman el perfil friable son, de arriba hacia abajo (Quintas et al, 2002)):
x
Litología 1: Ocre estructural con concreciones ferruginosas(OIC). Presentan color
pardo oscuro con concreciones ferruginosas que aumentan de tamaño hacia la
superficie donde forman bloques de distintas dimensiones y forma.
x
Litología 2: Ocre inestructural sin concreciones ferruginosas (OI). Presenta color pardo
oscuro.
x
Litología 3: Ocre estructural final (OEF). Se caracteriza por sus estructuras terrosas y
color pardo amarillento hasta amarillo, se distingue la estructura de la roca madre.
33
�Y. Almaguer Carmenates
x
Tesis Doctoral
Litología 4: Ocre estructural inicial (OEI). Se caracteriza por su color amarillento,
pasando en algunos lugares a colores rojizos y verdosos cerca del límite inferior de la
litología. Se reconoce la estructura de la roca madre que le dio origen.
x
Litología 5: Serpentina lixiviada (SL). Las rocas como regla están manchadas de ocres.
La ocretización se observa en forma de manchas de los hidróxidos de hierro. El grado
de intemperísmo es irregular y las más intemperizadas están representadas por rocas
claras donde en forma de una red de vetillas tiene lugar la serpentinización. Son rocas
friables y ligeramente compactas de color gris verdoso las cuales conservan la
estructura de la roca madre.
x
Litología 6: Corteza a partir de gabros (CG). Son materiales arcillosos de color pardo
lustroso de diferentes tonalidades (desde pardo oscuro brillante hasta colores ladrillo y
crema). Estos materiales son pobres en hierro, níquel y cobalto con contenidos
perjudiciales al proceso de sílice y aluminio. Esta litología está presente en la parte este
del yacimiento y en menor proporción en su parte norte.
Lateritas Redepositadas. Los redepósitos están presentes hacia el norte y este con una
distribución discontinua. Los materiales que lo componen, tuvieron su fuente de suministro
en terrenos donde existió una corteza friable desarrollada, lo que determinó que las litologías
presentes en este conjunto tengan alguna semejanza a las capas componentes del perfil friable.
Básicamente están formados por lateritas redepositadas, intercaladas en ocasiones con arcillas
pardo oscuras con material carbonizado, lentes conglomeráticos y arenosos con fragmentos
predominantes de ultramafitas y en ocasiones de gabros. También pueden presentarse algunos
horizontes calcáreos con gran contenido de fauna. Internamente esta secuencia presenta varios
ciclos erosivos-acumulativos, marcado por discordancias erosivas intraformacionales. Por lo
general estos depósitos están estratificados, pudiéndose observar estratificación paralela y
cruzada. El buzamiento de las secuencias es suave hacia el norte y nordeste.
Condiciones estructurales.
Agrietamiento. En el estudio del agrietamiento se midieron un total de 1255 elementos de
yacencia de grietas, fallas, diques y foliación primaria y se hizo la caracterización de las
grietas teniendo en cuenta la densidad, relleno, tipo de grieta y algunos elementos de las
superficies.
Como se observa en el diagrama de roseta [figura 2.3], las principales direcciones del
agrietamiento son: NS y NW , sin embargo, con menos frecuencia y en forma de abanico entre
estas se manifiestan las direcciones N65oW, N45oW, N35oW, N23oW y N13oW, lo cual puede
ser reflejo de un cambio gradual de la dirección principal de los esfuerzos que afectaron la
34
�Y. Almaguer Carmenates
Tesis Doctoral
región o pudieran relacionarse con un sistema Riedel de fallas transcurrentes que desplazaron
los contactos entre los mantos de cabalgamiento.
Figura 2.3. Diagrama de roseta del agrietamiento en el yacimiento Punta Gorda.
Las grietas correspondientes a las direcciones NS y N-NW presentan signos de movimientos
de cizallamiento a través de sus superficies, manifestándose con una densidad moderada en el
terreno y rellenas de material serpentinítico [tabla 2.1]. Aparece además otro sistema no
reportado en el diagrama de roseta con rumbo NE-E, vertical y con densidad de agrietamiento
alta. El buzamiento de los sistemas de grietas presenta el siguiente comportamiento: familia 4,
acimut de buzamiento 226o, buzamiento horizontal relacionado con zonas de contacto entre
mantos tectónicos; familia 1, acimut 63o y buzamiento 45o y 268o con buzamiento 41o,
probablemente asociado a los sistemas de fallas de desplazamiento por el rumbo con dirección
NW; familia 2, acimut 15o, buzamiento 89o y acimut 42o buzamiento 88o, están relacionadas
con los sistemas de fallas NW y NE que desplazan a los de la familia 1 y 4 pero que no son
predominantes en el yacimiento.
Tabla 2.1. Caracterización de las familias de grietas del macizo rocoso del yacimiento Punta
Gorda.
No.
Fam.
Acimut de
buzamiento
Buzamiento
Densidad
Relleno
1
63
45
Moderada
– alta
Material
serpentínico
Material
serpentínico.
2
158
89
Alta
3
42
88
Moderada
– alta
4
226
2
Moderada
– alta
5
268
41
Moderada
5%
garnierita
Material
serpentínico.
5%
garnierita
Material
serpentínico
Material
serpentínico
Tipo
Superficie
75% abierta
25% cerrada
10% rugosa
2% cizalla
70% abierta
30% cerrada
15% ondulada
lisa
20% rugosa
80% abierta
20% cerrada
20% rugosa
5% ondulada
lisa
75% abierta
25% cerrada
80% abierta
20% cerrada
10% rugosa
2% lisa
15% rugosa
5% cizalla
35
�Y. Almaguer Carmenates
Tesis Doctoral
Sistemas de fallas. Fueron reveladas varias estructuras disyuntivas de desplazamiento las
cuales se manifiestan en cuatro direcciones principales: NS, EW, N45oE y N55oW (figura 2.4).
Figura 2.4. Diagrama de roseta de fallas en el yacimiento Punta Gorda.
El sistema con tendencia al rumbo EW, es horizontal [tabla 2.2], pudiéndose relacionar con los
planos de cabalgamiento de las estructuras tectónicas de la región, clasificándose este sistema
como fallas de sobrecorrimiento; el plano de falla del sistema NS es vertical con signos de
trituración a través del mismo; el sistema NW está activo sin definirse el sentido del
movimiento y el sistema NE presenta cizallamiento. Todos los sistemas presentan
mineralización de material serpentínico y garnierita.
Tabla 2.2. Caracterización de las fallas del macizo rocoso del yacimiento Punta Gorda.
No. Falla
Acimut de
buzamiento
Buzamiento
1
267
90
2
329
39
3
37
4
360
Densidad del
agrietamiento
70% alta
30% muy alta
40% alta
20% moderada
Serpentina y
garnierita
Microfalla
Trituración
Serpentina
Activa
30
75% alta
25% moderada
Serpentina
1
50% moderada
50% muy alta
Serpentina y
garnerita
Relleno
Observaciones
Microfalla
Cizalla
Diques de gabros. En el estudio de los diques de gabro se determinó una dirección
predominante N55oE, además se presentan otras de menor frecuencia con rumbos NS, N
55oW, E-W, N 75oE [figura 2.5]. El buzamiento de los diques es hacia el W, NW y un sistema
vertical.
Foliación primaria de granos minerales. Para el área del yacimiento, se reporta una dirección
preferencial de la foliación de granos de piroxenos N45oW.
36
�Y. Almaguer Carmenates
Tesis Doctoral
Figura 2.5. Diagrama de roseta de diques de gabro en el yacimiento Punta Gorda.
Condiciones hidrogeológicas.
Las aguas subterráneas del yacimiento Punta Gorda siguen la morfología del terreno, con
flujos predominantes hacia el norte en la mayor parte del área, pudiendo tener sentido
diferente y hasta opuesto hacia los principales cursos de aguas superficiales. El gradiente varía
entre 0.03 q y 31.7q (De Miguel, 1997, 2004; Blanco et al, 2004).
Las rocas acuíferas (serpentinitas agrietadas), presentan un importante flujo por la zona del
contacto con la corteza impermeable, donde se produce el movimiento lateral del agua,
mientras que en las lateritas, con algunas excepciones (en los OIC y redepósitos), el
movimiento del agua es fundamentalmente de ascenso capilar, que varían entre 0.0 m a 25.5
m, correspondiendo los mayores valores al corte completo, inalterado aun por el laboreo
minero. La profundidad de las aguas subterráneas se encuentran entre 0 y 27.4 m,
correspondiente el nivel 0 a los cursos de aguas corrientes superficiales y a las excavaciones
mineras que han descubierto las aguas subterráneas (De Miguel et al, 1998; De Miguel, 2004;
Blanco et al, 2004).
Permeabilidad y potencia acuífera.
x
Lateritas. En sentido general la permeabilidad en estas secuencias está entre 0.006 y
0.21 m/días, correspondiendo los valores más altos a los horizontes de ocres
inestructurales con perdigones y los más bajos a los ocres estructurales.
x
Serpentinitas. Bajo este concepto se consideran a todas las ultramafitas
serpentinizadas, serpentinitas e incluso pequeños cuerpos de gabro y/o diabasas
presentes en el yacimiento de forma subordinada, incluyendo además las rocas
lixiviadas. En sentido general la permeabilidad en estas secuencias está entre 0.004 y
0.430 m/días, aunque en zonas de intensa trituración, se pueden encontrar valores
anómalos mayores de 2.00 m/días.
37
�Y. Almaguer Carmenates
Tesis Doctoral
Los valores de la potencia acuífera se manifiestan entre 0 y 27.6 m. Los más bajos
corresponden a los drenes naturales y a la zona explotada. Los valores más altos corresponden
a las áreas más elevadas del yacimiento.
Procesos geodinámicos y antrópicos.
a) Meteorización.
Es el fenómeno físico-geológico más importante en el área de estudio. Está vinculado con la
formación de potentes cortezas lateríticas sobre rocas ultrabásicas y básicas. Las condiciones
climáticas, geomorfológicas, tectónicas y características mineralógicas de las rocas existentes
favorecieron los procesos de meteorización química del medio.
b) Movimientos de masas.
Este proceso esta vinculado a los movimientos de laderas naturales y taludes generados por el
proceso minero extractivo. Los mecanismos de rotura y las tipologías de los movimientos de
masas desarrollados en las cortezas residuales, están condicionados por las características
estructurales del macizo rocoso, aunque en las zonas de desarrollo de cortezas redepositadas,
las condiciones geotécnicas de los materiales inciden con más fuerza sobre el tipo de
movimiento. Las propias condiciones naturales de las cortezas lateríticas como alta humedad,
granulometría muy fina, altos contenidos de minerales arcillosos, baja permeabilidad, así
como la intensa actividad sismo-tectónica en la región y elevados índices pluviométricos,
hacen que este fenómeno sea muy común y se convierta en un peligro latente, capaz de
generar grandes riesgos no solo en la actividad minera sino en otros sectores del territorio. Un
catalizador de este fenómeno es la propia actividad minera, que deja descubierta grandes áreas,
sin cobertura vegetal, y genera taludes con grandes pendientes.
c) Erosión.
Es un fenómeno muy difundido en el yacimiento Punta Gorda. Es un proceso, que aunque se
produce de forma natural en la potente corteza laterítica, se ha visto incrementado por la
actividad antrópica, vinculada a la minería a cielo abierto y a la deforestación. La erosión
laminar, que se desarrolla sobre la superficie de la corteza laterítica, arrastra las partículas
fundamentalmente hacia la zona norte del yacimiento, donde el relieve en menos elevado,
además de dirigirse hacia los cauces de los drenes naturales representados por el río
Yagrumaje, Los Lirios y el arroyo la Vaca. Se observa además, un amplio desarrollo del
acarcavamiento, que aumentan sus dimensiones rápidamente en el tiempo (figura 2.6). La
dirección de las cárcavas está condicionada fundamentalmente por las condiciones
estructurales de los suelos residuales.
38
�Y. Almaguer Carmenates
Tesis Doctoral
Figura 2.6. Procesos erosivos en taludes del yacimiento Punta Gorda (cortesía de subdirección
de minas de UBM Ernesto Che Guevara).
d) Sismicidad.
Por la posición geólogo-estructural que tiene el municipio de Moa, de estar bordeada por tres
zonas sismogeneradoras coincidentes con fallas profundas que constituyen límites entre o
interplacas, lo ubican dentro del contexto sismotectónico de Cuba Oriental (Oliva et al, 1989).
Estas tres zonas son:
- Zona sismogeneradora Oriente: Está asociada a la falla transcurrente Bartlett-Caimán de
dirección este-oeste. Constituye el límite entre la placa Norteamericana y Caribeña. A esta
zona corresponde la más alta sismicidad de toda Cuba y con ella se encuentran asociados los
terremotos de mayor intensidad con epicentros en el archipiélago cubano. La intensidad
máxima pronóstico promedio para la zona es de VIII grados en la escala MSK, llegando hasta
IX en el sector Santiago-Guantánamo. La magnitud máxima es de 8 grados en la escala
Richter.
- Zona sismogeneradora Cauto-Nipe: Está asociada a la zona de fractura de igual nombre, con
dirección suroeste-noreste desde las inmediaciones de Niquero hasta la bahía de Nipe.
Constituye un límite ínter placa, que separa al Bloque Oriental Cubano del resto de la isla. La
potencialidad sísmica de esta zona alcanza los 7 grados en la escala Richter, mientras que la
intensidad sísmica, según el mapa complejo de la Región Oriental de Cuba señala valores
entre VI y VII grados MSK.
- Zona sismogeneradora Sabana: Se encuentra asociada a la falla Sabana (falla Norte Cubana)
o zona de sutura entre el Bloque Oriental Cubano y la Placa Norteamericana. La potencialidad
sísmica es variable en el rango de VI a VII grados MSK, alcanzando sus máximos valores
hacia su extremo oriental. Los principales focos sísmicos de la zona se localizan en los puntos
de intersección de ésta con las fallas de dirección noreste y noroeste que la cortan.
39
�Y. Almaguer Carmenates
Tesis Doctoral
e) Actividad antrópica.
La actividad antrópica desarrollada en el yacimiento Punta Gorda esta representada por la
actividad minera. La minería se desarrolla en varias etapas que afectan en mayor o menor
grado el entorno. Primeramente se desarrollan actividades de destape de las menas lateríticas,
eliminando la cobertura vegetal. En esta etapa, y producto a las grandes precipitaciones, se
generan arrastres de grandes volúmenes de sedimentos hacia los cauces de los ríos y arroyos.
Luego continúa la actividad extractiva, que genera una cantidad considerable de taludes con
pendientes elevadas, relacionados con los frentes de explotación y la construcción de caminos
mineros. Además, otro de los elementos negativos es la formación de embalses de aguas en
áreas internas del yacimiento. Como actividad paralela, se realiza la formación de
escombreras, con los materiales estériles donde se desarrolla el proceso de reforestación y
restauración. Sin embargo, en ocasiones estos sitios no se construyen con parámetros de altura,
pendiente de los taludes y compactaciones muy óptimas para su conservación en el tiempo. No
obstante, como política ambiental, se le ha prestado mayor atención en los últimos años,
mejorando los parámetros de construcción y aumentando las áreas reforestadas, disminuyendo
de esta forma la exposición de las áreas a los agentes erosivos.
Conclusiones.
x
Las condiciones geológicas del yacimiento, caracterizadas por la presencia, en
superficie, de cortezas lateríticas ferroniquelíferas residuales y redepositadas, en las
cuales se manifiesta agrietamiento relíctico e intercalaciones de diques de arcillas
formadas por descomposición de gabros, y por la presencia de un substrato rocoso
formado por peridotitas serpentinizadas y en menor medida por gabro, intensamente
tectonizados, se convierten en factores condicionales para el desarrollo procesos
erosivos y de deslizamientos.
x
La caracterización hidrogeológica del área de estudio dada por la presencia de un
acuífero agrietado en el contacto corteza laterítica-substrato rocoso, y por horizontes de
suelo con gran capacidad de almacenaje, con baja permeabilidad condicionan en gran
medida la ocurrencia de inestabilidades en taludes y laderas del yacimiento.
40
�Tesis Doctoral
Figura 2.2. Plano litológico del substrato rocoso del yacimiento Punta Gorda (Escala original 1:2 000). Quintas et al (2002).
Y. Almaguer Carmenates
41
�CAPITULO III
�Y. Almaguer Carmenates
CAPITULO
III.
Tesis Doctoral
METODOLOGÍA
DE
EVALUACIÓN
DE
SUSCEPTIBILIDAD DEL TERRENO A LA ROTURA.
Introducción.
En el presente capítulo se describe la metodología aplicada en la investigación para la
valoración de los niveles de susceptibilidad del terreno a la rotura por desarrollo de
deslizamientos. Se parte de criterios de inestabilidad y de una hipótesis de rotura definida a
partir de las características propias del yacimiento y de los factores que influyen en las
inestabilidades observados en las campañas de reconocimiento e inventario de los
movimientos. Se describe el procedimiento utilizado en el análisis de cada factor
condicionante y el método y modelo estadístico empleado en la valoración de la influencia de
cada factor sobre el desarrollo de deslizamientos y la obtención del plano final de
susceptibilidad.
Criterios de inestabilidad.
Cada superficie de rotura en la corteza laterítca condiciona la destrucción de la ladera o talud.
Este fenómeno ocurre fundamentalmente por efecto de la gravedad, y solo es posible cuando
el componente de dislocación de dicha fuerza supera la resistencia del suelo en su conjunto, o
cuando resulta alterado el equilibrio límite (W
c � V tan M ) por las superficies preexistentes o
potenciales (Sowers et al, 1976; Lomtadze, 1977). En este caso el factor de seguridad será
menos que uno, es decir:
1
FS
c � tan M ¦ V
¦W
Donde FS es el factor de seguridad igual a la relación entre las fuerzas resistentes al
movimiento y la suma de las fuerzas movilizadoras a lo largo de la superficie de
deslizamiento.
De lo dicho anteriormente se desprende que en toda ladera o talud, obligatoriamente actúan los
esfuerzos de ruptura debido a las fuerzas gravitacionales, no obstante, en estas condiciones no
siempre pueden formarse deslizamientos porque requieren de ciertas causas de alteración del
equilibrio de las masas de rocas y la acción del efecto de las fuerzas de ruptura (Lomtadze,
1977). Las principales causas condicionales de inestabilidades se enumeran a continuación:
x
Aumento de la pendiente del talud o ladera por cortes, laboreo o derrubio.
x
Disminución de la resistencia de las rocas a consecuencia del cambio de su estado
físico, al humectar, hinchar, descompactar, erosionar, alterar su constitución natural,
así como el desarrollo de fenómenos de flujos subterráneos en las rocas y suelos.
42
�Y. Almaguer Carmenates
x
Tesis Doctoral
La acción de las fuerzas hidrostáticas e hidrodinámicas sobre las rocas y suelos que
causan el desarrollo de deformaciones de filtración (erosión subterránea, abultamiento
del suelo, transición al estado de fluencia, etc.)
x
La variación del estado tensional de las rocas y suelos en la zona de formación de la
ladera o construcción del talud.
x
Los efectos exteriores: sobrecarga de la ladera o talud, así como de sus tramos
adyacentes a sus bordes, las oscilaciones microsísmicas y sísmicas, etc.
Tomando como base los elementos citados anteriormente y la experiencia manifiesta sobre el
conocimiento de los deslizamientos en el área del yacimiento Punta Gorda, se parte de una
hipótesis de trabajo para realizar el análisis de susceptibilidad a la rotura por deslizamiento
que permite orientar la selección de los parámetros que caracterizan las laderas así como su
tratamiento y posterior interpretación. La hipótesis parte de un modelo con las siguientes
condiciones (Almaguer, 2005):
x
La base de los taludes y las laderas está constituido por un substrato rocoso impermeable
compuesto por rocas ultrabásicas serpentinizadas y en menor medida por básicas. Sobre
éste yace, en la mayor parte del yacimiento, una corteza laterítica residual y en el resto
del área, de forma discordante, una corteza laterítica redepositada. De forma intercalada,
aparecen arcillas, formadas a partir de la meteorización de gabros.
x
Las cortezas lateríticas, por sus propiedades físicas y composición mineralógica,
presentan gran capacidad de almacenaje, acumulando considerables cantidades de aguas
que son trasmitidas muy lentamente, manteniéndose con alta humedad durante todo el
año. Esta situación aumenta el peso, las presiones intersticiales en los poros y disminuye
las propiedades resistentes de los suelos.
x
Las condiciones estructurales del sistema roca-suelo, junto a las propiedades
geomecánicas, determinan los mecanismos y tipologías de deslizamientos desarrollados
en el yacimiento.
De esta forma, en los lugares que converjan todas estas condicionantes, fallas, intenso
agrietamiento, altas subpresiones en la corteza y presencia de intercalaciones de arcillas
formadas a partir de la descomposición de gabros, se deben manifestar roturas o
inestabilidades.
43
�Y. Almaguer Carmenates
Tesis Doctoral
Factores condicionantes utilizados en el análisis de susceptibilidad.
Teniendo en cuenta los criterios de inestabilidad y los factores condicionantes, sobre la base
de los reconocimientos de campo, la experiencia y las consultas con los especialistas de la
Unidad Básica Minera Ernesto Guevara, se seleccionaron los factores utilizados en el análisis
de susceptibilidad para su tratamiento mediante técnicas estadísticas [tabla 3.1]. La utilización
combinada de estos factores genera un plano residual, que explica que lugares son mas o
menos susceptibles al desarrollo de deslizamientos, a cada uno se le asigna un valor o
significado, por su influencia de favorecer o reducir la posibilidad de rotura de los taludes y
laderas, en función de la cantidad de área ocupada por deslizamientos en las clases de cada
factor. Por el tamaño del área del yacimiento (8.75 Km2), el grado de estudio, las
características de la información de base y del sistema Hardware-Software se utilizó como
escala de trabajo 1:2 000.
Los factores utilizados en el análisis de susceptibilidad y comparados con el inventario de
movimientos son (Almaguer 2005, 2005a, 2005b):
1. Factor litológico.
2. Factor estructural.
3. Factor hidrogeológico.
4. Factor geotécnico.
5. Factor geomorfológico.
6. Factor de uso de suelo.
Tabla 3.1. Relación de factores utilizados en el análisis de susceptibilidad.
Características
FACTORES DE
INTERNOS
Factor litológico
Grupos lito-estructurales
Factor tectónico
Fallas, grietas, diques
Propiedades físico- mecánicas,
intrínsecas
Factor geotécnico
ANÁLISIS DE
tipo de suelo, factor de
seguridad.
SUSCEPTIBILIDAD
Características
DEL TERRENO A
extrínsecas
Factor geomorfológico
LA ROTURA
Pendiente umbral de
deslizamientos
Subpresión de la corteza
EXTERNOS
Factor hidrogeológico
laterítica, nivel freático,
gradiente critico.
Factor de uso actual del suelo
Uso de suelo
Inventario de deslizamientos.
El inventario se confeccionó a partir de varias campañas de reconocimiento, a escala 1:2 000,
ejecutadas desde el año 1997, en las cuales se describieron todos los deslizamientos
desarrollados en el área del yacimiento Punta Gorda. Para esto se recorrieron las áreas minadas
y no minadas, las áreas reforestadas, y los cauces de los ríos Los Lirios, Yagrumaje y arroyo
44
�Y. Almaguer Carmenates
Tesis Doctoral
La Vaca. Para perfeccionar el cartografiado de los movimientos, fundamentalmente los de
mayor extensión, se utilizó la técnica de interpretación fotogeológica con fotos a escala 1:36
000, utilizando los siguientes criterios de reconocimiento:
1- Laderas de altas pendientes con depósitos extensos de suelo y rocas es los pies de las
mismas.
2- Presencia de líneas nítidas relacionadas con escarpes.
3- Superficies onduladas formadas por el deslizamiento de las masas de suelo desde los
escarpes. Formas topográficas onduladas no naturales semejantes a una concha.
4- Depresiones elongadas.
5- Acumulación de detritos en canales de drenajes y valles.
6- Presencia de tonos claros donde la vegetación y el drenaje no han sido restablecidos.
7- Cambios bruscos de tonos claros a oscuros en las fotografías (tonos oscuros indican
zonas húmedas).
8- Cambios bruscos de la vegetación, indicando variaciones en una unidad de terreno.
Para facilitar la documentación de los deslizamientos en los taludes y laderas se confeccionó
una ficha en la cual se incluye la ubicación geográfica del punto, las dimensiones de los
deslizamientos y del talud, la pendiente del escarpe del movimiento y del talud, las
condiciones hidrogeológicas y tectónicas. Además, se incluye el tipo de material rocoso, la
potencia y yacencia y un croquis del deslizamiento [Anexo II, tabla 2.1].
Factor litológico.
En el análisis del factor litológico, se trabajó a partir de la clasificación de las rocas, propuesta
por Nicholson y Hencher (1997), de acuerdo a grupos lito-estructurales, teniendo en cuenta
sus susceptibilidades, resistencia y características litológicas [tabla 3.2]. El yacimiento se
clasificó en cuatro clases de grupos lito-estructurales: roca debilitada tectónicamente
representado por rocas ultrabásicas serpentinizadas y rocas básicas; roca con apariencia de
suelo con estructura de la roca original representada por la corteza laterítica residual; roca con
apariencia de suelo con estructura sedimentaria representada por la corteza laterítica
redepositada y materiales granulares representada por los sedimentos aluviales.
Factor estructural.
Las estructuras seleccionadas para el análisis de este factor fueron las grietas, fallas y diques
de gabros. Las grietas fueron medidas en cada afloramiento natural o artificial y en los cauces
de los ríos y arroyos presentes en el área del yacimiento. Además de obtener los elementos de
yacencia (5200 mediciones), se midieron varios parámetros como abertura, espaciamiento,
45
�Y. Almaguer Carmenates
Tesis Doctoral
tipo de relleno, consistencia del relleno, continuidad, condiciones hidrogeológicas y
característica de la superficie de la grieta.
Tabla 3.2. Caracterización de los grupos lito-estructurales del yacimiento Punta Gorda
(modificado de Nicholson y Hencher, 1997).
Factor litológico
Grupos litoestructurales
litologías
1
Roca debilitada
tectónicamente
Rocas
ultrabásicas
serpentinizadas.
Rocas básicas
(gabro)
2
Roca con
apariencia de
suelo con
estructura de la
roca original
Corteza
laterítica
residual
3
Roca con
apariencia de
suelo con
estructura
sedimentaria
Corteza
laterítica
redepositada
4
Materiales
granulares
Sedimentos
aluviales
(grava, arena y
arcilla)
Características
Muy susceptibles a la meteorización (amplio desarrollo de cortezas
de intemperísmo).
Zonas trituradas e intensamente fracturadas con presencia de
espejos de fricción y foliación secundaria.
Se manifiestan caídas de bloques, vuelcos y roturas en cuña.
Se comportan como rocas acuíferas.
Susceptibles a procesos de erosión laminar y en cárcavas.
El deterioro primario ocurre como lavado superficial y arrastre de
granos con flujos de detritos, y deslizamientos como modos
secundarios.
Los mecanismos secundarios están controlados, principalmente,
por la estructura relíctica de la roca original y en menor medida por
las propiedades físico-mecánicas de los materiales.
Presenta gran capacidad de almacenaje de agua, aunque la
trasmiten muy lentamente.
Susceptible a procesos de erosión laminar y en cárcavas.
Los mecanismos secundarios están controlados por las propiedades
físico-mecánicas de los materiales.
Presenta gran capacidad de almacenaje de agua, aunque la
trasmiten muy lentamente.
Son susceptibles a la erosión fluvial.
La información de las fallas se obtuvo de varias investigaciones realizadas en el área,
reconocimiento de campo, análisis fotogeológico y por procesamiento del modelo digital del
terreno (MDT) de superficie y del relieve del substrato rocoso. Este último sirvió para detectar
estructuras enmascaradas por los procesos denudativos de superficie. Los diques de gabros o
de arcillas formadas a partir de estas rocas, se documentaron en cada afloramiento, midiendo
en todos los casos los elementos de yacencia.
La información de los elementos de yacencia del agrietamiento y los diques, se utilizó en el
análisis de los mecanismos y tipologías de movimientos de masas. La técnica empleada para
este análisis fue la proyección estereográfica, que permitió comparar la posición relativa de
las familias de grietas del macizo con respecto a la dirección e inclinación de las laderas y
taludes. El plano utilizado en el análisis de susceptibilidad, es el resultado de la aplicación de
un buffer de 200 m a partir de las disyuntivas con desplazamiento presentes en el área del
yacimiento.
46
�Y. Almaguer Carmenates
Tesis Doctoral
Factor hidrogeológico.
Para evaluar la influencia de las condiciones hidrogeológicas sobre el desarrollo de
deslizamientos se analizaron varias variables como el nivel de aguas subterráneas, la dirección
y gradiente de los flujos, y las subpresiones de la corteza laterítica.
Para el análisis del nivel de aguas subterráneas se confeccionó el plano de hidroisohipsas del
yacimiento Punta Gorda clasificado en 6 clases: 0m, 5m, 10, 15m, 20m y 25m. Este sirvió
además para el análisis del gradiente hidráulico y la dirección de los flujos en el acuífero
agrietado de las serpentinitas.
Un fenómeno muy relacionado con el comportamiento hidráulico del suelo y común en el área
de estudio, es el sifonamiento o tubificación, que es la formación de aberturas o conductos
debido a la erosión interna del suelo en sentido contrario a la dirección de los flujos de aguas
subterráneos. En este proceso juega un papel decisivo el gradiente crítico, definido como el
valor máximo del gradiente en un suelo saturado, por encima del cuál se produce sifonamiento
(Sowers et al 1976; Penson, 1994). Para un flujo en un suelo la presión neutra y total es:
J W �ZW � Z S � 'h �
u
V
J W ZW � JZ S
Como en el instante de la agitación del suelo e inicio de la erosión interna ı = u,
J W ZW � J W Z S � J W 'h J W ZW � JZ S
J W 'h
JZ S � J W Z S
iC
'h
ZS
Z S �J � J W �
J � JW
JW
Donde:
ı: presión total.
u: presión neutra o de poros.
ȖW: peso específico del agua.
ȖS: peso específico del suelo.
Z: potencia del agua
La subpresión presente en la corteza laterítica, se determinó a partir de los valores del nivel de
afloramiento del agua subterránea y del nivel de estabilización de la misma. Con las
coordenadas de los pozos y los valores de presión se generó un plano de isolíneas, dividido en
cuatro clases principales: presión nula (0 m), presión baja (2 m), presión alta (4 m) y presión
muy alta (> de 6 m).
47
�Y. Almaguer Carmenates
Tesis Doctoral
Factor geotécnico.
En la investigación se utilizaron varias propiedades físico-mecánicas de los suelos y rocas,
tales como: granulometría, límites de Attemberg, humedad, peso específico, cohesión, fricción
interna y porosidad.
Una de las aplicaciones de las propiedades antes citadas, fue el cálculo de la colapsabilidad de
los horizontes ingeniero-geológicos (Compagnucci et al, 2001), mediante la aplicación de tres
métodos:
1. Método de Denisov o Coeficiente de subsidencia.
KD
eLL
e
El suelo se considera colapsable si: 0,50 � KD � 0,75
2. Método del Código Soviético de Construcción.
KS
e � eLL
1� e
El suelo se considera colapsable si: S � 60% y KS > -0,1
3. Método de Gibbs o Relación de Colapso.
KG
HS
LL
El suelo se considera colapsable si: KG > 1
Donde:
eLL: relación de vacíos en el límite líquido. eLL
PER
�1
PEALL
PER: peso específico real.
PEALL: peso específico en el límite líquido.
PEALL
PER u 100
�PER u LL � � 100
HS: contenido de humedad al 100% de saturación.
HS
100
e
PER
S: saturación o humedad natural.
S
H
PER
e
e: relación de poros.
LL: límite líquido.
La aplicación de estos métodos de colapsabilidad, permiten profundizar en el conocimiento de
los mecanismos de rotura desarrollados en el área de estudio, teniendo en cuenta que
48
�Y. Almaguer Carmenates
Tesis Doctoral
horizontes ingeniero-geológicos colapsan y cuales no, bajo las condiciones naturales en que se
encuentran.
Análisis del factor de seguridad.
Los métodos de cálculo, para analizar la estabilidad de un talud, se pueden clasificar en dos
grandes grupos: métodos de cálculo en deformaciones y los de equilibrio límite. Los primeros
consideran las deformaciones del terreno, además de las leyes de la estática. El segundo grupo,
se basa exclusivamente en las leyes de la estática para determinar el estado de equilibrio de
una masa de terreno potencialmente inestable, sin tener en cuenta las deformaciones del
terreno.
En los métodos de equilibrio límite, se destacan lo métodos exactos, cuya aplicación
proporciona una solución exacta del problema, con la salvedad de las simplificaciones propias
del método de cálculo que considera la ausencia de deformaciones y un factor de seguridad
constante en toda la superficie de rotura, siendo posible su uso en casos de superficies con
geometría sencilla, como la rotura planar y en cuña. El otro grupo son los métodos no exactos,
en los casos en que la geometría de la superficie de rotura, no permite obtener una solución
exacta del problema, mediante la aplicación de las leyes de la estática. En estos métodos se
distinguen, los métodos que consideran el equilibrio global de la masa deslizante y los
métodos de dovelas, que consideran a la masa deslizante dividida en una serie de fajas
verticales. Justamente estos métodos, son los utilizados en la investigación para el cálculo del
factor de seguridad.
Los métodos de equilibrio límite, están ampliamente avalados por la práctica. Se conocen sus
límites y sus grados de confianza, donde la seguridad del talud, se cuantifica por medio del
factor de seguridad, que se define como el cociente entre la resistencia al corte en la superficie
de deslizamiento y la resistencia necesaria para mantener el equilibrio estricto de la masa
deslizante.
Para el análisis de estabilidad de taludes mediante el cálculo del factor de seguridad se empleó
el
programa STABLE (Purdue University, 1988), que permite obtener soluciones a los
problemas de estabilidad de taludes en dos dimensiones, a través del método de las dovelas,
mediante una adaptación del método de Bishop simplificado, Jambú y Spenser, que admite el
análisis de superficies irregulares, además de las roturas circulares, generadas de forma
aleatoria o definidas por el usuario, proporcionando de forma geométrica, las superficies de
deslizamiento pésimas, con sus respectivos factores de seguridad. En los métodos de cálculo,
49
�Y. Almaguer Carmenates
Tesis Doctoral
se supone que la resistencia intrínseca al corte o tensión tangencial máxima, en un punto de la
superficie de deslizamiento, sigue la ley lineal de Mohr-Coulomb:
W
c � V tan M
Donde:
W: Tensión máxima tangencial, en un punto de la superficie de rotura.
V: Tensión normal a la superficie de rotura en un punto considerado.
M: Ángulo de fricción interna en la superficie de rotura.
c: Cohesión.
Además del método anteriormente descrito, se aplicó el cálculo del factor de seguridad para el
área del yacimiento adoptándose un modelo de deslizamiento con superficie planar en talud
infinito y sin la información del nivel de agua en el talud. En estas condiciones se considera un
perfil de alteración típico de meteorización, con substrato rocoso formado por rocas
serpentinizadas, una corteza laterítica de baja permeabilidad y en la parte superior un
horizonte de mayor permeabilidad. La superficie de rotura se considera en el contacto rocacorteza laterítica, según las observaciones de campo en la región de estudio. Este modelo de
rotura es uno de los más usados por investigadores en regiones montañosas tropicales
(Terzaghi, 1950; Matos, 1974; Wolle et al., 1978; Dos Santos et al, 2005). De acuerdo al
modelo, el factor de seguridad (FS) se obtiene por la ecuación siguiente:
FS
c � J u cos 2 i u tan M
J u Z u cos i u seni
Donde:
FS: Factor de seguridad.
C: Cohesión.
J: Peso específico del suelo.
M: Ángulo de fricción interna del suelo.
Z: Profundidad de la zona de ruptura.
i: Pendiente de la ladera o talud.
El plano temático, incluido en el análisis de susceptibilidad, es el de tipo de suelo,
clasificando, los materiales presentes en el yacimiento a través del Sistema Unificado de
Clasificación de Suelos.
Factor geomorfológico.
El elemento geomorfológico utilizado es la pendiente del terreno. El plano se realizó a partir
del MDT del relieve actual del yacimiento, en el que se incluyen las áreas modificadas por la
actividad minera. Los intervalos de pendiente seleccionados, se tomaron sobre la base de la
50
�Y. Almaguer Carmenates
Tesis Doctoral
experiencia adquirida sobre este factor en los reconocimientos de campo en el área. De esta
forma se presenta un plano clasificado en cuatro clases, 0o-9o (H:5,75:V:1), 10o-19o (5,75:1–
2,75:1), 20o-40o (2,75:1–1,40:1) y mayor de 40o (1,40:1). La influencia de la pendiente sobre
el desarrollo de deslizamientos, se determina comparando la cantidad de movimientos y la
longitud de los escarpes de los deslizamientos desarrollados por cada clase de pendiente.
Factor de uso de suelo.
El plano de uso de suelo del yacimiento se confeccionó a partir del Plano Progreso de las
Actividades Mineras y confirmado por reconocimiento de campo y un análisis auxiliar de
fotografías aéreas. Está dividido en cuatro clases fundamentales: áreas minadas, áreas de
depósitos de mineral, áreas reforestadas y áreas de vegetación natural.
Se dividen las zonas de vegetaciones naturales y reforestadas por su influencia en la
estabilidad de la corteza, mediante mecanismos hidrológicos y mecánicos. Los hidrológicos
comprenden la capacidad de infiltración en el suelo, la humedad del suelo, la
evapotranspiración, etc., mientras que los mecánicos traducen el aumento de resistencia que
proporcionan las raíces y la protección frente a la erosión (Geenway, 1987; Mulder, 1991). La
vegetación puede influir de manera beneficiosa o adversa en la estabilidad de las laderas,
dependiendo de cómo actúen los mecanismos mencionados (Baeza, 1994). Un ejemplo de ello
es que mientras las raíces aumentan la resistencia del suelo, al mismo tiempo favorecen una
mayor infiltración del agua de lluvia.
Metodología de valoración de la susceptibilidad a la rotura mediante el análisis
estadístico.
El análisis estadístico está basado en la relación observada entre cada factor condicionante
analizado y la distribución espacial o temporal de los deslizamientos. La fortaleza funcional
del método aplicado es directamente dependiente de la calidad y cantidad de los datos
disponibles para el análisis. La aproximación estadística puede ser aplicada siguiendo
diferentes técnicas las cuales difieren en el procedimiento estadístico aplicado (univariado o
multivariado) y del tipo de unidad de terreno utilizada.
La técnica estadística aplicada en la investigación es el análisis condicional, que aunque es
simple conceptualmente, no lo es operacionalmente; intenta evaluar la relación probabilística
entre los factores condicionantes relevantes seleccionados y la ocurrencia de deslizamientos en
el área del yacimiento Punta Gorda. El basamento teórico parte del teorema de Bayes (Parzen,
1960), conforme al cual los datos de frecuencia, tales como área de deslizamientos o cantidad
51
�Y. Almaguer Carmenates
Tesis Doctoral
de deslizamientos, pueden ser usados para calcular probabilidades que dependen de la
ocurrencia de eventos previos.
El análisis condicional, que fue usado por primera vez en la exploración de minerales sólidos e
hidrocarburos, puede ser aplicado clasificando el área de estudio en unidades de condiciones
únicas (UCU) (Carrara, 1995). La frecuencia de deslizamientos se determina:
LF = Área de deslizamientos / Área de UCU
Como se mencionó anteriormente, de acuerdo al teorema de Bayes, LF es igual a la
probabilidad condicional (P) de ocurrencia de deslizamientos (L) dado por el grupo de factores
condicionantes, obteniéndose UCU, es decir:
P(L¨UCU) = Área de deslizamientos / Área de UCU
Por comparación de las diferentes probabilidades condicionales de los diferentes factores para
el área de investigación, con la probabilidad de deslizamiento media para el área total de
trabajo (ER), es decir:
P(LER) = Área de deslizamientos / Área total ER
Es posible clasificar el área de trabajo en zonas de niveles diferentes de susceptibilidad, y más
tarde reclasificado en clases apropiadas.
Modelo estadístico empleado.
A partir de la base teórica del teorema de Bayes, y bajo varias aproximaciones probabilísticas,
se seleccionó la siguiente ecuación para la valoración de las clases de los diferentes factores
usados en el análisis de susceptibilidad (Almaguer, 2005):
Vc
ª 1 § Xl X
« ¨¨ u
¬« Gl © Yl Y
·
Xn X ·º
¸¸ � ¦ §¨
u ¸» u 1000
© Yn Y ¹»¼
¹
Donde:
Vc: valor de la clase analizada.
Xl: área ocupada por deslizamientos en la clase lito-estructural.
Yl: área de la clase del grupo lito-estructural.
Gl: área ocupada por cuerpos de gabros en la clase lito-estructural.
Xn: área ocupada por deslizamientos en la clase analizada.
X: área total ocupada por deslizamientos.
Yn: área de la clase analizada.
Y: área total de la zona de estudio.
52
�Y. Almaguer Carmenates
Tesis Doctoral
En la figura 3.1 se muestra la aplicación del análisis condicional en ambiente SIG para la
caracterización de los planos temáticos de factores condicionantes y posterior valoración de
susceptibilidad.
La valoración de todos los factores se realizó en función de la cantidad de área ocupada por
deslizamientos en cada clase, sin embargo, en el caso del factor litológico se realizó un
análisis adicional, debido a la particularidad que presenta el yacimiento de poseer, además de
las litologías aflorantes en superficie, la presencia de cuerpos de gabro, tanto en el substrato
como intercalados en la corteza laterítica, de manera que fue preciso incluir la influencia de
estos cuerpos en el análisis de susceptibilidad. Una vez valoradas todas clases de los factores
analizados, se procedió a la conversión en formato raster con tamaño de celda de 5x5 m
[figura 3.2] y la posterior reclasificación de cada plano temático mediante el análisis de
cluster, que es una técnica estadística multivariada, que se usa para identificar o clasificar
características similares en un grupo de observaciones. De esta forma se determinaron las
clases de susceptibilidad para cada factor, para las combinaciones entre estos y para la
obtención del plano final de susceptibilidad.
Plano temático de factor
condicionante
Atributos
Clases
Clase 2
Clase 1
Area (Km2)
1
Y1
2
Y2
3
Y3
Clase 3
Plano inventario de
movimientos de masas
2
Clase 1
Clase 2
Clases
Area Area ocupada
(Km2) por Mov. (Km2)
2
Clase 3
Atributos
Movi.
1
Atributos
1
1
Y1
A1
2
Y2
A2
3
Y3
0
Area (Km2)
1
A1
2
A2
Figura 3.1. Procedimientos para la caracterización y combinación de factores condicionantes
mediante técnicas SIG, a través del análisis de probabilidad condicional.
La metodología aplicada en la investigación, se resume en la figura 3.3 y Anexo II [figura
2.1], donde se presenta la estructura del SIG implementado y el orden lógico de los
procedimientos para la obtención del plano final de susceptibilidad.
53
�Y. Almaguer Carmenates
Tesis Doctoral
Plano temático de factores
condicionantes.
Formato Vectorial
RASTERIZACION (5X5 m)
Transformación en form ato raster.
Tamaño de celda 5x5 m.
Plano de suceptibilidad
de factores condicionantes.
Formato Raster
Reclasificación de los planos
temáticos a partir del valor de
las clases obtenido en el análisis de probabilidad condicional
Obtención de los planos de
susceptibilidad de cada plano
temático
Figura 3.2. Proceso de rasterización y reclasificación para la obtención de planos de
susceptibilidad de factores condicionantes.
METODOLOGIA DE EVALUAC IÓN DE SUSCEPTIBILIDAD
Obtención de la
información de base
Informes y trabajos
precedentes
Reconocimiento
de campo
Análisis de
fotografías aéreas
Caracterización de la zona de estudio:
- Litología (grupos lito-estructurales)
- Estructura del macizo rocoso (fallas, grietas, diques, foliación)
- Geomorfología (pendiente umbral de deslizamiento)
- Geotécnia (tipo de suelo, propiedades físico mecánicas, factor de seguridad)
- Uso de suelo
- Hidrogeología (subpresiones de corteza, permeabilidad)
Inventario de deslizamientos.
Procesamiento de
la información
Digitalización de la
información de base
Implementación
del SIG
Establecimiento del
método estadístico
a aplicar para la
valoración de los
factores
Preparación y montaje en el SIG de planos
temáticos:
- Plano lito-estructural
- Plano de buffer de fallas
- Plano de pendiente umbral
- Plano de tipo de suelo (SUCS)
- Plano de uso de suelo
- Plano de subpresiones de la corteza
- Plano inventario de deslizamientos
- Procesamiento e interpretación de datos
estructurales. Obtención de diagramas de
contorno y planos principales de las diferentes
estructuras.
- Procesamiento e interpretación de propiedades
físico-mecánicas de los suelos.
Estadistica bivariable. Método de análisis
de probabilidad condicional
Determinación de los mecanismos y tipologías
de movimientos presentes en el yacimiento
Selección del modelo mas adecuado
para la evaluación de suceptibilidad
Calculo del factor de seguridad
Obtención del plano de suscceptibilidad del terreno a la rotura por la ocurrencia de deslizamientos
Figura 3.3. Metodología empleada en la evaluación de la susceptibilidad del terreno a la
rotura.
54
�Y. Almaguer Carmenates
Tesis Doctoral
Conclusiones.
x
La metodología empleada en la investigación, parte de criterios de inestabilidad, en los
cuales se declaran los factores que inciden en las inestabilidades y las condiciones en
las cuales se desarrollan. Esto sirve de punto de partida para el análisis de
susceptibilidad.
x
Los factores que inciden en las inestabilidades, empleados en la valoración de la
susceptibilidad son las características lito-estructurales y tectónicas del macizo rocoso,
condiciones hidrogeológicas caracterizadas por los niveles de aguas subterráneas,
gradientes hidráulicos y las subpresiones de la corteza laterítica, las pendientes del
terreno, condiciones geotécnicas y el uso de suelo en el área del yacimiento.
x
Para valorar la influencia de los factores condicionales sobre el desarrollo de
deslizamientos, el método probabilístico de análisis condicional es apropiado debido a
la escala de trabajo (1:2 000), las características de la información y el grado de estudio
del yacimiento desde el punto de vista ingeniero-geológico e hidrogeológico.
55
�CAPITULO IV
�Y. Almaguer Carmenates
Tesis Doctoral
CAPITULO IV. EVALUACIÓN DE LA SUSCEPTIBILIDAD DEL
TERRENO A LA ROTURA EN EL YACIMIENTO PUNTA GORDA.
Introducción.
Para evaluar el grado de susceptibilidad del terreno frente a los deslizamientos existen diversas
aproximaciones basadas, la mayor parte de ellas, en la determinación de los factores que
influyen en la aparición de las roturas. En general, estos factores se combinan para definir los
distintos grados de susceptibilidad, expresándose los resultados de forma cartográfica
mediante los mapas o planos de susceptibilidad. La clasificación de los métodos empleados
para evaluar la susceptibilidad a la rotura de una ladera, así como para la realización de mapas,
varían según los autores (Hansen, 1984; Hartlén y Viberg, 1988; Corominas, 1987 y 1992;
Van Westen, 1993 y 1994; Carrara et al., 1995; y Leroi, 1996). Aunque existen diversas
técnicas de estimación, todas ellas se basan en el principio del actualismo. El principio
expresado según Varnes (1984) afirma que “el estudio del pasado y del presente es la clave de
lo que puede ocurrir en el futuro”. En referencia a los deslizamientos, significa que las roturas
que pueden ocurrir en un futuro, es probable que lo hagan en las mismas condiciones en que
ocurrieron los deslizamientos antiguos o actuales.
En el presente capitulo nos referiremos a los resultados del análisis de los factores
condicionantes y su influencia sobre las inestabilidades, y la aplicación de los métodos
estadísticos en la cartografía de susceptibilidad del terreno al desarrollo de deslizamientos en
el yacimiento Punta Gorda.
Descripción y cartografía de los deslizamientos.
Los primeros trabajos realizados, con vista al análisis de la susceptibilidad del terreno, fueron
de reconocimiento del área del yacimiento para ubicar y caracterizar los deslizamientos
existentes y crear el plano de inventario de los mismos [figura 4.1]. A continuación se presenta
una síntesis de las características de los movimientos registrados:
Deslizamiento 1.
Ocupa un área de 0,0489 Km2, la dirección del movimiento es hacia el oeste. Tiene longitud
máxima de 240 m y ancho de 255 m. La corona del deslizamiento se encuentra en los bloques
de explotación N-46 y O-46 y afecta además a los bloques N-45 y O-45. Se desarrolla en
corteza laterítica residual. Los materiales desplazados llegan hasta el cause del río Los lirios.
El escarpe principal coincide con zona de subpresiones moderadas (2 m) de la corteza
laterítica. Se encuentra a 70 m de una falla de dirección noreste-suroeste.
56
�Y. Almaguer Carmenates
Tesis Doctoral
Tipología: presenta un gran componente de deslizamiento planar, con presencia de familia de
grietas (228o/40o) en sentido aproximado de la dirección del movimiento. La corona presenta
forma triangular por la intersección de dos familias de grietas: 125o/90o y 222o/89o.
Deslizamiento 2.
Abarca un área de 0,0472 Km2 y la dirección del movimiento es hacia el noroeste. Tiene
longitud máxima de 260 m y ancho de 244 m y se encuentra en el bloque P-45. Se desarrolla
en corteza laterítica residual. Los materiales desplazados llegan hasta el cause del río Los
Lirios. El movimiento ocurrió en zona de subpresiones moderadas (2 m) en la corteza y el
escarpe se desarrolla sobre una falla de dirección noreste-suroeste.
Tipología: presenta componente de rotura en forma de cuña por la intersección de dos familias
de grietas: 222o/89o y 248o/40o.
Deslizamiento 3.
Abarca un área de 0,0127 Km2 y la dirección de movimientos es hacia el oeste. Tiene longitud
máxima de 105 m y ancho máximo de 140 m. Se encuentra en el bloque Q-45. Se desarrolla
en corte laterítica residual. Los materiales desplazados llegan hasta el cause del río Los Lirios.
Ocurre en zona de subpresiones moderadas de la corteza y el escarpe se encuentra a 100 m de
una falla de dirección noreste-suroeste.
Tipología: componente de rotura planar por familia de grietas 228o/40o.
Deslizamiento 4.
Presenta un área de 0,0321 Km2 y la dirección del movimiento es hacia el noroeste. Tiene
longitud máxima de 225 m y ancho máximo de 190 m. La corona se encuentra en el límite del
bloque R-45 con los bloques R-46 y Q-45 y afecta además el sureste R-45. Se desarrolla en
corteza laterítica residual. El borde derecho del escarpe coincide con valores altos de
subpresiones (4 m) en la corteza. El escarpe además se encuentra a 90 m de una falla de
dirección noreste-suroeste.
Tipología: presenta componente de rotura en forma de cuña por la intersección de dos familias
de grietas: 222o/89o y 248o/40o.
Deslizamiento 5.
Abarca un área de 0,0213 Km2 y la dirección del movimiento es hacia el norte. Tiene longitud
máxima de 190 m y ancho máximo de 170 m. Se encuentra al noroeste del bloque R-46. Se
desarrolla en corteza laterítica residual, donde las subpresiones en la misma son altas (4 m). El
escarpe se encuentra a 200 m de una falla de dirección noreste-suroeste.
Tipología: presenta componente de rotura en forma de cuña por la intersección de dos familias
de grietas: 222o/89o y 125o/90o.
57
�Y. Almaguer Carmenates
Tesis Doctoral
Deslizamiento 6.
Afecta un área de 0,0126 Km2 y la dirección del movimiento es hacia el oeste. Tiene longitud
máxima de 120 m y ancho máximo de 118 m. Se encuentra en la zona este central del bloque
P-49. Se desarrolla en corteza laterítica residual donde las subpresiones son mínimas donde la
roca se encuentra a poca profundidad (< 1,5 m). El movimiento esta a 120 m de una falla de
dirección norte-sur.
Tipología: presenta un gran componente de deslizamiento planar, con presencia de familia de
grietas (228o/40o) en sentido aproximado de la dirección del movimiento. El escarpe, presenta
forma triangular por la intersección de las familias de grietas: 125o/90o y 222o/89o.
Deslizamiento 7.
Presenta un área de 0,0182 Km2 y la dirección del movimiento es hacia el norte-noreste. Tiene
longitud máxima de 180 m y ancho máximo de 130 m. Se encuentra en la zona este central del
bloque Q-49. Se desarrolla en corteza laterítica residual de poca potencia donde la roca se
encuentra a menos de 1,5 m de profundidad. El escarpe se desarrolló sobre una falla arqueada
con dirección del segmento este-oeste y el movimiento coincide con área de presiones
mínimas de la corteza.
Tipología: rotacional con componente planar, la dirección del movimiento de la masa está
controlado por la familia de grietas 61o/47o.
Deslizamiento 8.
Abarca un área de 0,0128 Km2 y la dirección del movimiento es hacia el noreste. Tiene
longitud máxima de 170 m y ancho máximo de 100 m. Se encuentra en la zona este central del
bloque Q-50. Se desarrolla en corteza laterítica residual donde las subpresiones son mínimas,
sin embargo el escarpe coincide con una falla de dirección noroeste y a 50 m de la intersección
de esta con otra de dirección norte-noreste. Hay presencia en el perfil de corteza formada a
partir de la descomposición de gabros.
Tipología: deslizamiento planar a través de la superficie de la familia de grietas de yacencia
61o/47o.
Deslizamiento 9.
Abarca un área de 0,0078 Km2 y la dirección del movimiento es hacia el suroeste. Tiene
longitud máxima de 110 m y ancho máximo de 90 m. Se encuentra hacia la zona este central
del bloque R-51. Se desarrolla sobre corteza laterítica residual de poca potencia donde la roca
se encuentra a menos de 1.5 m de profundidad. Las subpresiones son mínimas en la corteza. El
movimiento coincide con una falla de dirección noreste-este.
Tipología: rotura planar a través de la superficie de la familia de grietas 248o/40o.
58
�Tesis Doctoral
Figura 4.1. Plano inventario de deslizamientos del yacimiento Punta Gorda (escala original 1:2 000).
Y. Almaguer Carmenates
59
�Y. Almaguer Carmenates
Tesis Doctoral
Deslizamiento 10.
Presenta un área de 0,020 Km2 y la dirección del movimiento es hacia el sur-sureste. Tiene
longitud máxima de 200 m y ancho máximo de 140 m. Se encuentra hacia la zona este central
del bloque Q-52. Se desarrolla sobre corteza laterítica residual donde las subpresiones son
mínimas. El escarpe se desarrolla sobre una falla de dirección noroeste-sureste y el extremo
izquierdo sigue el rumbo de una falla de dirección sur-suroeste.
Tipología: rotacional. No se manifiesta ninguna otra componente por la intensa trituración.
Deslizamiento 11.
Abarca un área de 0,0088 Km2 y la dirección del movimiento es hacia el norte. Tiene longitud
máxima de 150 m y ancho máximo de 70 m. Se encuentra en el bloque N-49. Se desarrolla en
corteza laterítica residual de poca potencia donde la roca se encuentra a menos de 1,5 m de
profundidad. El escarpe se desarrolla en zonas límites entre subpresiones mínimas y
moderadas (2 m) y se encuentra a 110 m de una falla de dirección noroeste-sureste. Hay
presencia de corteza de gabro en la zona afectada por el deslizamiento.
Tipología: rotacional con componente en cuña, controlado por la intersección de dos familias
de grietas: 222o/89o y 125o/90o confiriéndole forma triangular a la corona.
Deslizamiento 12.
Presenta un área de 0,0078 Km2 y la dirección del movimiento es hacia el noreste. Tiene
longitud máxima de 130 m y ancho máximo de 80 m. Se encuentra en el noroeste del bloque
N-50. Se desarrolla en corteza laterítica residual de poca potencia donde el escarpe aparece en
zonas límites entre subpresiones mínimas y moderadas (2 m) y coincide con una falla de
dirección noroeste. Hay presencia de corteza de gabro.
Tipología: rotura planar debido a la presencia de la familia de grietas con yacencia 61o/47o.
Deslizamiento 13.
Tiene un área de 0,0194 Km2 y la dirección del movimiento es hacia el norte-noreste. Presenta
longitud máxima de 200 m y ancho máximo de 130 m. Afecta los bloques N-50, N-51, O-50 y
O-51. Una pequeña porción se desarrolla sobre corteza laterítica redepositada y el resto sobre
corteza residual. Su escarpe se desarrolla en zona de subpresiones altas (4 m) en la corteza. Se
encuentra a 90 y 200 metros de distancia de dos fallas de dirección noroeste y noreste
respectivamente.
Tipología: rotura planar a través de la superficie de la familia de grietas 61o/47o. Presenta un
componente de cuña, por el extremo derecho, debido a la presencia de la familia de grietas de
yacencia 125o/90o.
Deslizamiento 14.
Abarca un área de 0,0939 Km2 y la dirección del movimiento es hacia el este. Presenta
longitud máxima de 550 m y ancho máximo de 250 m. Afecta los bloques N-55 y N-56 y el
60
�Y. Almaguer Carmenates
Tesis Doctoral
borde sur del O-56.
Se desarrolla en corteza laterítica residual. El escarpe coincide con áreas de subpresiones
máximas en la corteza y con una intersección de dos fallas de direcciones noroeste y noreste.
Los materiales desplazados llegan hasta el cause del río Yagrumaje.
Tipología: la tipología inicial es una combinación de movimiento planar-cuña, aunque el
movimiento final el material experimenta un giro a través de un centroide, propio de
movimientos rotacionales. La superficie de rotura es a través de la familia de grietas 61o/47o,
sin embargo, la forma triangular de la corona esta condicionada por la conjunción de dos
familias de grietas verticales con yacencia 222o/89o y 125o/90o.
Deslizamiento 15.
Su área es de 0,0345 Km2 y la dirección del movimiento es hacia el noreste. Presenta longitud
máxima de 240 m y ancho máximo de 190 m. Afecta el bloque O-56 y el borde sur del P-56.
Se desarrolla en corteza laterítica residual. En casi toda su totalidad se desarrolla en zona de
subpresiones altas (4 m) de la corteza y coincide con una falla de dirección noreste.
Tipología: es una combinación de deslizamiento rotacional-planar, la masa de suelo
desplazada, se desliza a través de la superficie de la familia de grieta 61/47. Esta superficie
varía el buzamiento, y el conjunto experimenta un giro hasta el final de su trayectoria.
Deslizamiento 16.
Tiene un área de 0,2384 Km2 y la dirección del movimiento es hacia el este-noreste. Presenta
longitud máxima de 920 m y ancho máximo de 290 m. Afecta los bloques P-53, P-54, P-55, P56, O-53, O-54 y el borde sur de los bloques Q-55 y Q-56. Es el mayor deslizamiento
reportado en el yacimiento. Se desarrolla en corteza laterítica residual con intercalaciones de
corteza de gabro. Su escarpe principal coincide con zonas de subpresiones moderadas (2 m) de
la corteza, sin embargo atraviesa áreas de subpresiones máximas (> 6 m), además, se
desarrolla sobre una zona de intersección de fallas con direcciones noreste y noroeste.
Tipología: es una gran deslizamiento rotacional, en el cual se manifiesta un componente planar
en los escalones principales, por la superficie de la familia de grietas 61o/47o.
Deslizamiento 17.
Abarca un área de 0,0103 Km2 y la dirección del movimiento es hacia el norte. Presenta
longitud máxima de 140 m y ancho máximo de 80 m. Se encuentra en los límites de los
bloques S-52 y S-53. Se desarrolla en corteza laterítica redepositada donde las subpresiones
son mínimas. Se encuentra a 230 metros de una falla de dirección noreste.
Tipología: deslizamiento rotacional.
61
�Y. Almaguer Carmenates
Tesis Doctoral
Deslizamiento 18.
Presenta un área de 0,0198 Km2 y la dirección del movimiento es hacia el noreste. Presenta
longitud máxima de 180 m y ancho máximo de 150 m. Afecta el bloque Q-54. Se desarrolla en
corteza laterítica redepositada en zonas límites de subpresiones altas (4 m) y muy altas (> 6m).
Se encuentra a 120 m de una falla de dirección noreste.
Tipología: deslizamiento rotacional.
Deslizamiento 19.
Su área es de 0,0249 Km2 y la dirección del movimiento es hacia el noreste. Presenta longitud
máxima de 200 m y ancho máximo de 160 m. Afecta los bloques Q-54, R-54 y el R-55. Se
desarrolla en corteza laterítica redepositada con subpresiones altas (4 m) y a una distancia de
200 m de una falla de dirección noreste.
Tipología: deslizamiento rotacional.
Deslizamiento 20.
Abarca un área de 0,0820 Km2 y la dirección del movimiento es hacia el norte-noreste.
Presenta longitud máxima de 430 m y ancho máximo de 260 m. Afecta los bloques Q-55, R55 y el R-56. Se desarrolla en corteza laterítica redepositada donde existen subpresiones
máximas (> 6 m). El extremo derecho del cuerpo del deslizamiento sigue el rumbo de una falla
de dirección noreste. En la zona del escarpe hay intercalaciones de corteza de gabro.
Tipología: deslizamiento rotacional.
Se reporta un total de 20 deslizamientos, ocupando un área total de 0,8668 Km2, lo que
representa un 8,84 % del área total de trabajo [figura 4.1 y anexo III (tabla 3.1)].
Clasificación de los deslizamientos.
Los movimientos de laderas y taludes, desarrollados en el área del yacimiento, son fenómenos
asociados al mecanismo de rotura de la corteza laterítica y al tipo de desplazamiento de los
volúmenes de materiales o de sus partes móviles unidas entre sí, que componen el cuerpo de
los movimientos. El conocimiento del mecanismo de las roturas, permiten entender la física
del proceso, revelar los esquemas de calculo mas reales y elegir las medidas ingenieriles que
permitan debilitar los esfuerzos de dislocación y/o aumentar la resistencia de las rocas. Así,
para revelar el mecanismo de los deslizamientos que tienen lugar en el yacimiento Punta
Gorda fue necesario un estudio detallado de la estructura y las propiedades físicas y mecánicas
de las rocas y suelos y la dinámica de los movimientos.
Para realizar la descripción de los movimientos y las definiciones de los distintos mecanismos,
se ha tomado como base los trabajos propuestos por Varnes (1978), Lontadze (1982),
Hutchinson (1988), WP/WLI (1993), y Cruden y Varnes (1996).
62
�Y. Almaguer Carmenates
Tesis Doctoral
Mecanismos y tipologías de fenómenos gravitacionales en laderas y taludes en el yacimiento
Punta Gorda (Almaguer, 2002; Almaguer et al, 2005, 2005a, 2005b):
1. Mecanismos relacionados con caída libre de la roca.
x
Desprendimientos de rocas. En el yacimiento los fenómenos de desprendimientos de
rocas lo podemos dividir en dos tipos: los desprendimientos propiamente dichos y los
derrumbes. Estos mecanismos representan un movimiento de ruptura y caída
sorpresiva desde taludes, desmontes y laderas abruptas, localizados fundamentalmente
en las vertientes de los valles de los ríos Los Lirios y Yagrumaje. En ocasiones en
laderas formadas por rocas serpentinizadas, intensamente agrietadas, tiene lugar los
fenómenos de derrumbes asociados con la alteración del material rocoso.
x
Vuelcos. Estos mecanismos tienen lugar en aquellas laderas o cortes de masas de rocas
serpentinizadas que generan un eje situado por debajo del centro de gravedad. La
fuerza inestabilizadora es la gravedad o también por las accionas hidrodinámicas e
hidrostáticas en las grietas. La parte movida se desplaza haciendo un giro o inclinando
el movimiento de arriba hacia fuera. El apoyo de las aristas inferiores de deshace, y el
mecanismo de desplome es combinado con un movimiento vertical de colapso. Estos
movimientos en el yacimiento se observan en laderas compuestas por rocas
serpentinizadas, en las cuales existen sistemas de grietas paralelas a la ladera o talud a
través de las cuales se infiltran las aguas superficiales rompiendo el equilibrio del
sistema. Además, se ha reportado este tipo de movimiento en las cortezas lateríticas
residuales y redepositadas en las cuales se manifiesta agrietamiento relíctico o
tensional el cuál realiza la misma función que en la roca [anexo III (foto 1)].
2. Deslizamientos a través de una superficie de fallo definida: se manifiestan ladera abajo de
una masa de suelo o roca y tiene lugar a través de una o más superficies de rotura o zonas
relativamente delgadas con intensa deformación de cizalla.
x
Deslizamientos traslacionales. Se le llama deslizamiento traslacional o planar a
aquellos que se producen a través de una única superficie plana u ondulada. En el área
de estudio se manifiestan en la roca serpentinizada cuando existe una familia de
grietas dominante y orientada aproximadamente en el mismo sentido del talud o ladera,
a veces estas discontinuidades se relacionan con fallas de sobrecorrimiento de escamas
tectónicas en la cual se manifiesta un intenso cizallamiento con espesores mayores de
1m. Este tipo de movimiento también se produce en las cortezas lateríticas residuales o
redepositadas, en las cuales la superficie de deslizamiento se encuentra en el contacto
roca/suelo, donde el material presenta menos resistencia y a través del cual se mueven
las aguas subterráneas [figura 4.2]. Las condiciones determinadas por Hoek y Bray
63
�Y. Almaguer Carmenates
Tesis Doctoral
(1977) para la ocurrencia de este tipo de rotura se ponen de manifiesto en el
yacimiento:
- los rumbos del plano del talud o ladera y del plano de deslizamiento son paralelos o casi
paralelos, formando entre sí un ángulo máximo de 20 grados.
- los límites laterales de la masa deslizante producen una resistencia al deslizamiento
despreciable.
Figura 4.2. Deslizamiento traslacional desarrollado en corteza laterítica. Carretera Moa–
Holguín. (Almaguer, 2002).
Figura 4.3. Deslizamiento rotacional desarrollado en corteza laterítica. Carretera Moa–
Holguín. (Almaguer, 2002).
x
Deslizamientos a través de una superficie circular. Los materiales de suelo
laterítico se desplazan a través de una superficie de rotura curvilínea o cóncava.
Generalmente la masa desplazada se divide en bloques o escalones los cuales
experimenta un giro según un eje situado por encima del centro de gravedad de
esta. El material de la cabecera de los escalones se inclinan contra la ladera,
64
�Y. Almaguer Carmenates
Tesis Doctoral
generando depresiones paralelas a la corona del talud o ladera y a través de la
cuál se infiltran las aguas superficiales y pueden lograr reactivaciones. Como
generalmente hay presencia de agua en estos tipos de movimientos en cortezas
lateríticas, la parte frontal del cuerpo del deslizamiento evoluciona como una
colada de suelo. En algunos casos este tipo de movimiento se desarrolla en laderas
compuestas por roca serpentinizada, en la cuál el espaciado de las grietas es tan
pequeño que le confiere un comportamiento tipo suelo [figura 4.3].
x
Deslizamientos en cuña. Se llama rotura por cuña a aquella producida a través de
dos discontinuidades dispuestas oblicuamente a la superficie del talud o ladera, con
la línea de intersección de ambas aflorando en la superficie del mismo y buzando
en sentido desfavorable. Este tipo de rotura en el caso del yacimiento, se origina en
el macizo rocoso serpentinizado en los lugares que se da la disposición adecuada,
en orientación y buzamiento de las discontinuidades, sin embargo, por la existencia
de cortezas lateríticas residuales en las cuales se conservan en la mayoría de los
horizontes del perfil de meteorización la estructura de la roca este tipo de
movimiento se desarrolla igualmente en la corteza [figura 4.4].
Figura 4.4. Deslizamiento en cuña desarrollado en corteza laterítca residual. Yacimiento Punta
Gorda. (Cortesía de la subdirección de minas de la empresa Ernesto Guevara).
x
Deslizamientos combinados. En este tipo de movimiento se conjugan normalmente
dos mecanismos; en el caso de las cortezas lateríticas en el área del yacimiento se
pueden combinar movimientos traslacionales y vuelco, rotacionales y traslacional,
rotacional y flujos de tierras. Siempre el primer mecanismo predomina sobre el
segundo.
2. Movimientos de masas de manera desorganizada (movimientos de flujos). Se definen
como movimientos continuos desde el punto de vista espacial; las superficies de cizallas
65
�Y. Almaguer Carmenates
Tesis Doctoral
tienen corta duración y generalmente no se conservan. La masa movida no conserva su
forma en el movimiento descendente, tomando formas lobuladas cuando se desarrollan en
materiales finos y cohesivos y dispersándose cuando se manifiestan en materiales de
granulometrías más gruesas.
x
Coladas de tierra. De definen como deformación plástica, lenta y no
necesariamente húmeda, de tierra o rocas blandas en laderas de inclinación
moderada. En las cortezas lateríticas se forman depósitos elongados, en forma de
lengua en la parte frontal (pie), generando un relieve positivo sobre la superficie
del terreno [anexo III (foto 2 y 3)].
x
Corrientes de derrubios. Se definen como movimientos rápidos de material
detrítico con predominio de fracciones gruesas (arenas, gravas, bloques). En el área
del yacimiento se reportan en vaguadas u hondonadas del terreno en las laderas de
los cauces de los ríos Los Lirios y Yagrumaje. Por la falta de cohesión, típico de la
masa removida, los depósitos se dispersan en los pies de los taludes y laderas
[anexo III (foto 4)].
Descripción de los factores que intervienen en el surgimiento de inestabilidades.
Para el análisis de la susceptibilidad del terreno frente al desarrollo de deslizamientos se
utilizaron como factores condicionantes la litología, las condiciones tectónicas, las
condiciones hidrogeológicas, el uso de suelo, la geomorfología y las condiciones geotécnicas
de los suelos.
Relación de las características litológicas con el desarrollo de deslizamientos.
Para el análisis litológico, el área de estudio se dividió en cuatro grupos lito-estructurales
principales, los cuales por orden de predominio son: roca con apariencia de suelo con
estructura de la roca original (lateritas residuales: 48,7 %), roca debilitada tectónicamente
(rocas ultrabásicas serpentinizadas: 26,8 %), roca con apariencia de suelo con estructura
sedimentaria (lateritas redepositadas: 15,6 %) y materiales granulares (sedimentos aluviales:
8,8 %) [anexo III (figura 3.1)].
Del análisis realizado de cada una de las litologías, y la comparación del plano
correspondiente con el inventario de deslizamientos [anexo III (figura 3.2) y tabla 4.1], las mas
afectadas son las lateritas residuales (0,456 Km2) lo que representa un 52,7 % del área total
ocupada por deslizamientos, en segundo lugar las rocas serpentinizadas (0,21 Km2) y las
lateritas redepositadas (0,18 Km2) lo que representa un 24,7 y 21,7 % respectivamente.
66
�Y. Almaguer Carmenates
Tesis Doctoral
Influencia de las condiciones estructurales del macizo sobre el desarrollo de deslizamientos.
Influencia del agrietamiento del macizo rocoso serpentinizado.
Como se ha descrito anteriormente, el agrietamiento juega un papel decisivo en el desarrollo
de los movimientos en el yacimiento Punta Gorda, influyendo sobre todo, en los mecanismos
y tipologías de las roturas. A continuación se muestran dos ejemplos de tipologías de
movimientos condicionados por la posición relativa de las familias de grietas y la dirección de
los taludes o laderas. Como base, se toma el plano de direcciones de agrietamiento
confeccionado con las mediciones de elementos de yacencia tomadas en los bloques de
explotación con afloramientos del substrato rocoso [anexo III (figura 3.3)].
Tabla 4.1. Caracterización de los grupos lito-estructurales en relación al desarrollo de
deslizamientos.
Grupo
lito-estructural
Litologías
Serpentinitas
Roca debilitada
tectónicamente
de cause
Serpentinitas
lixiviadas
Roca con
apariencia de
suelo con
estructura
relíctica de la
roca original
Roca con
apariencia de
suelo con
estructura
sedimentaria
Materiales
granulares
Lateritas
residuales
Lateritas
redepositadas
Sedimentos
aluviales
Área
% de área
(Km2)
total
Área ocupada
por cuerpos
de gabro
% del área
total ocupada
por cuerpos
de gabro
% del área
Área ocupada
total
por
ocupada por
deslizamientos deslizamien
tos
1,8031
20,6068
0,0079
5,4861
0
0
0,5319
6,0861
0,0314
21,8055
0,2147
24,77
4,2700
48,7270
0,0635
44,0972
0,4568
52,70
1,3720
15,6560
0
0
0,1888
21,78
0,7700
8,7860
0
0
0,0065
0,75
Caso 1. Deslizamiento número 1. Tipología: deslizamiento planar.
Situación estructural: presencia de dos familias de grietas con yacencia 248o/40o y 225o/2o
[figura 4.5]. La familia 1, sirve de superficie de debilidad, para la formación de la grieta de
tracción en la corona del movimiento. La familia 2 actúa como plano de deslizamiento,
teniendo en cuenta su dirección y que las aguas subterráneas pueden moverse a través de ella,
en la misma dirección de la ladera (hacia el oeste) [figura 4.6].
67
�Y. Almaguer Carmenates
Tesis Doctoral
EQUALA NGLE
CASO 1
LOWER HEMISPHERE
N
MAJOR PLANES
ORIENTATIONS
# DIP/DIR.
T alu
d
1
5
7
Talud
02/ 236
40/ 248
20/ 270
5
7
1
7
W
E
5
1
Direc ción del movimiento
a través de la superficie
de las dos familias de gri etas
S
7
7
D ESLIZAMIEN TO 1
Poles Pl otted
Dat a Entries
Figura 4.5. Diagrama de planos principales de grietas y ladera. Análisis tipológico de
movimientos en el caso de estudio 1.
Superficie de la
familia 1 (248/40)
Superficie de la
familia 2 (225/2)
Grieta de tracción
Dirección del movimiento
Figura 4.6. Representación gráfica del movimiento planar. Posición relativa de las familias de
grietas y la ladera.
Caso 2. Deslizamiento 4. Tipología: rotura en forma de cuña.
Situación estructural: presencia de dos familias de grietas con yacencia 248o/40o y 222o/89o
[figura 4.7]. La intersección de las superficies de las dos familias, y la posición relativa de
estas con el plano del talud o laderas, forman una cuña con dirección de movimiento es hacia
el oeste [figura 4.8].
68
�Y. Almaguer Carmenates
Tesis Doctoral
E Q UA L A NG L E
C AS O 2
L OW E R H E M IS P HE RE
Di re cci ó n de l
mo v imi ento d e la cuñ a
N
T a lu d
T al
ud
2
M AJO R P L ANE S
OR IE N T AT IO NS
3
# DIP / DI R.
1
2
3
40 / 24 8
89 / 22 2
25 / 31 4
1
W
E
2
3
1
S
D E S L IZ AM IE N T O 4
7
Po les Plo tted
7
Data E n t rie s
Figura 4.7. Diagrama de planos principales de grietas y ladera. Análisis tipológico de
movimientos en el caso de estudio 2.
L ín ea de i nt ersec ci ón d e
l as dos sup erfic ies de g riet as
Cuñ a fo rmada po r la pos ici ó n re la ti va
de l a l adera o el ta lu d y la s d os fami li as
de g riet as
Ta lu d o la de ra
Di rec ci ón del m ovi mi ent o
Figura 4.8. Representación gráfica de la rotura por cuña. Posición relativa de las familias de
grietas y la ladera.
Influencia de las fallas sobre los deslizamientos.
Este tipo de estructura se analizó a dos niveles, mesoestructural (afloramientos) y
macroestrutural. A nivel de afloramiento, se midieron un total de 34 elementos de yacencia de
las superficies de cada estructura en 7 bloques de explotación. Los resultados se muestran en
el anexo III [figura 3.4], y confirman el resultado obtenido a nivel macroestructural. Existen
direcciones predominantes: en cuatro bloques hay predominio de la dirección norte-sur (O-48,
O-49, L-48 y M-48), la dirección noroeste aparece en los bloques O-47, N-47, M-47, M-48 y
L-48. La dirección noreste solo se reporta en los bloques L-48 y M-48 y la este-oeste en el
bloque O-49.
69
�Y. Almaguer Carmenates
Tesis Doctoral
Tabla 4.2. Caracterización de las clases de distancia a fallas en relación al desarrollo de
deslizamientos.
Clases de
distancia a las
2
Área (Km )
fallas
% del área
Área ocupada por
total
deslizamientos
% del área total
ocupada por
deslizamientos
200
7,1103
81,4159
0,6983
80,56
400
1,6230
18,5840
0,1585
18,29
Para analizar la influencia de la tectónica sobre la susceptibilidad del terreno mediante el SIG,
se aplicó un buffer a partir de las estructuras principales del plano tectónico, a dos intervalos
de 200 m de distancia (200 y 400 m) [anexo III (figura 3.5)], para comparar la cantidad de
deslizamientos presente en cada intervalo [anexo III (figura 3.6)]. En la tabla 4.2, se presenta
el resumen de los resultados del análisis. El intervalo de 200 m, ocupa un área de 7,1103 Km2,
lo que representa el 81,4159 % del área total. Existen 0,6983 Km2 ocupados por
deslizamientos, 80,56 % del área total ocupada por movimientos de masas. Esto significa que
este primer intervalo es una distancia crítica para el desarrollo de deslizamientos, debido a la
intensa trituración y debilitamiento del macizo rocoso, acumulación de humedad, mayor
intensidad del proceso de meteorización y por constituir zonas de mayor permeabilidad, a
través de las cuales, se infiltran las aguas superficiales y subterráneas. A medida que aumenta
la distancia, como se aprecia en el intervalo de 400 m, disminuye la influencia de la tectónica
sobre los movimientos. Se reporta 0,1585 Km2 ocupados por deslizamientos, lo que representa
el 18,29 % del área total de deslizamientos.
Estudio de los diques de gabros presentes en la corteza laterítica.
Este tipo de estructura, muy típica en el yacimiento Punta Gorda, aparece intercalada en la
corteza laterítica y constituye, por sus propiedades físico-mecánicas e hidrogeológicas, un
factor condicionante de las inestabilidades de taludes y laderas. Esta influencia negativa se
incrementa cuando la yacencia de los planos de estos diques, coincide o se aproxima a la
dirección de las laderas, convirtiéndose de este modo, en superficies de resbalamiento a través
de las cuales se desplazan los materiales. En el anexo III [figura 3.7], se muestra el resultado
de las mediciones ejecutadas en los bloques de explotación. Existen varios diques buzando
hacia el noroeste en los bloques L-46, N-50, O-47, O-49, P-47, Q-50 y R-49. Con
buzamientos hacia el este se encuentran en los bloques M-48, N-47 y O-49 y buzamientos
hacia el sur-suroeste aparecen en los bloques N-49, P-47, S-49, S-51, S-52 y T-50. En los
bloques N-47, N-49, N-50 y Q-50 aparecen buzamientos hacia el sureste.
70
�Y. Almaguer Carmenates
Tesis Doctoral
Otra forma de análisis de estos cuerpos, se realizó mediante la caracterización de los cuerpos
de gabros presentes en el substrato rocoso [anexo III (figura 3.8)]. Se observan
concentraciones de estos cuerpos hacia el este, sur y centro-oeste. El área total ocupada por
gabro es de 0,1440 Km2, 1,64 % del área total de trabajo.
Relación de las condiciones hidrogeológicas con el desarrollo de deslizamientos.
Influencia del nivel freático sobre el desarrollo de deslizamientos.
En análisis se realiza a partir del plano de hidroisohipsas [anexo III (figura 3.9)], clasificado en
6 clases: 0m, 5m, 10m, 15m, 20, y 25m. Los niveles más bajos se distribuyen hacia el norte,
sur, este y oeste del área. Los niveles de 5m están distribuidos en región central de área, con
cierta alineación noreste-suroeste. Los niveles de 10m aparecen hacia el este y oeste. Los
restantes niveles por encima de 15m solamente aparecen hacia el este y sureste del yacimiento.
Comparando el plano del nivel freático con el inventario de deslizamientos [tabla 4.3] da como
resultado que en los niveles mínimos (0m) y máximos (25m) no se reportan movimientos. En
los 5m y 20m se desarrollan el 9,4% y 9,3% respectivamente, en los 15m el 23,3% y en el
nivel 10m se reporta el mayor porcentaje de área ocupada por deslizamientos, 57,9%.
Tabla 4.3. Caracterización del plano de hidroisohipsas en relación al desarrollo de
deslizamientos.
Nivel freático
(m)
Área
(Km2)
% del área total
Área ocupada por
deslizamientos
0
5
10
15
20
25
1,2083
3,2083
2,8783
1,1283
0,2883
0,0383
13,80
36,66
32,89
12,89
3,29
0,44
0
0,0819
0,5019
0,2019
0,0809
0
% del área total
ocupada por
deslizamientos
0
9,45
57,90
23,29
9,33
0
Análisis del gradiente crítico y del proceso de sifonamiento. Influencia sobre las
inestabilidades.
El estudio del gradiente crítico se realizó para cada horizonte ingeniero-geológico utilizando
finalmente el valor medio para compararlo con el gradiente hidráulico obtenido mediante el
plano de hidroisohipsas. El valor del gradiente crítico para el horizonte serpentinitas lixiviadas
es de 0,4071, para el horizonte de ocres estructurales de 0,7640 y para
los ocres
inestructurales con perdigones de 1,0290. El valor de cálculo es de 0,7546, o sea la media de
los anteriores. De esta forma se ha obtenido un plano donde se señala las áreas de posible
71
�Y. Almaguer Carmenates
Tesis Doctoral
desarrollo de procesos de sifonamiento en la corteza clasificados en dos grados o clases de alta
y media susceptibilidad [anexo III (figura 3.10)].
De acuerdo al plano correspondiente [anexo III (figura 3.11)] se observa que el área de
susceptibilidad alta, frente a sifonamiento, se ubica al este y en menor medida al sur del
yacimiento, en la cual se han desarrollado los mayores movimientos. Las zonas de media
susceptibilidad se distribuyan al este, sur y noroeste, estos dos últimos con menor desarrollo.
Influencia de las presiones de la corteza laterítica sobre los deslizamientos.
Para el análisis de la influencia de las condiciones hidrogeológicas sobre el desarrollo de los
deslizamientos se confeccionó un plano de subpresiones de la corteza laterítica [anexo III
(figura 3.12)], a partir de los datos de la profundidad de alumbramiento del agua subterránea y
del nivel de estabilización de las mismas, medidos en 43 calas perforadas en la zona de
estudio. Las presiones nulas, se distribuyen en la parte central del yacimiento, relacionadas
con las zonas minadas. Los valores de presiones de 2 metros, hacia el oeste, norte central y en
una banda alargada de dirección noreste-suroeste, en la región sur y sureste del área. Estas
presiones, en las zonas límites entre valores altos y mínimos, influyen sobre las
inestabilidades, erosionando los pies de los taludes y laderas, al moverse las aguas
subterráneas, hacia las zonas de menor presión.
Tabla 4.4. Caracterización del plano de subpresiones de la corteza laterítica en relación al
desarrollo de deslizamientos.
Clases de
Subpresiones Descripción
(m)
Área
% del área
(Km2)
total
Área ocupada
% del área total
por
ocupada por
deslizamientos
deslizamientos
0
Nula
5,4516
62,304
0,2538
29,280
2
Baja
2,2136
25,298
0,2265
26,130
4
Alta
0,8704
9,947
0,2337
26,961
Muy alta
0,2144
2,450
0,1528
17,628
t6
44,589
En la tabla 4.4 se muestran los resultados del análisis conjunto entre el plano de subpresiones y
el inventario de deslizamientos [anexo III, (figura 3.13)]. La clase de presiones nulas (0 m),
que ocupa el 62,304 % del área total de trabajo, presenta un total de 0,2538 Km2 ocupados por
deslizamientos, lo que representa el 29,28 % del área total de deslizamientos, el mayor
porcentaje entre todas las clases, sin embargo, los deslizamientos desarrollados son los de
menor tamaño. La clase de 2 m de presión, representa el 25,298 % del área total, y en ella se
desarrollan el 26,130 % del área total ocupada por deslizamientos. Estos deslizamientos, de
mediano tamaño, se ubican fundamentalmente hacia la zona oeste del yacimiento. En las
72
�Y. Almaguer Carmenates
Tesis Doctoral
clases 4 m y t 6 m, que representan tan solo el 12,39% del área total, se desarrollan el
44,589% del área total ocupada por deslizamientos, además de poseer los mayores
movimientos desarrollados, que se encuentran hacia el este del yacimiento.
Análisis del factor geomorfológico.
El elemento geomorfológico utilizado en el análisis de susceptibilidad es la pendiente del
terreno actual del yacimiento Punta Gorda. Las clases utilizadas en el análisis, se tomaron en
base a las pendientes medidas en los trabajos de reconocimiento en el área de trabajo. El
plano, muestra los rangos de pendientes umbrales de deslizamiento con cuatro intervalos: 0o9o, 10o-19o, 20o-39o y >40o [anexo III (figura 3.14)].
Como se muestra en el anexo III [figura 3.15] y la tabla 4.5, la clase en la cuál se desarrollan
más movimientos es entre 10o y 190, un total de 8, lo que representa el 40% del total. Le
continúa la clase entre 0o y 9o, con un 35% del total. En las dos clases, se desarrollan el 75%
de todos los deslizamientos inventariados, dentro de los cuales, se encuentran los de mayor
extensión ocurridos en las áreas no afectadas por la actividad minera. Esto contradice lo que
se pensaba hasta el momento, sobre la influencia de las grandes pendientes sobre el desarrollo
de deslizamientos. No obstante, un 20% de los deslizamientos, se desarrollan en áreas de
pendientes mayores de 40o, formadas por la modificación del terreno por la actividad minera,
pero son los movimientos de menor extensión areal.
Tabla 4.5 Caracterización del plano de pendiente umbral en relación al desarrollo de
deslizamientos.
Clases de
pendientes Descripción
umbrales
0o – 9o
Área
2
(Km )
Baja
3,72
10o – 19o
Media
3,83
20o – 39o
Alta
1,12
Muy alta
0,08
t 40
o
No.
Deslizamiento
4, 5, 6, 9, 15,
% de la cantidad Longitud total
total de
ocupada por escarpes
deslizamientos
(m)
% de la
longitud
total de
escarpes
35
770
28.20
40
1450
53.11
10
5
130
4,76
7, 8, 11, 12
20
380
13,91
17, 18
1, 2, 3, 13, 14,
16, 19, 20
73
�Y. Almaguer Carmenates
Tesis Doctoral
Análisis de las condiciones ingeniero-geológicas de la corteza laterítica.
Comportamiento de las propiedades físico-mecánicas en la corteza laterítica.
Para el análisis de la corteza laterítica desde el punto de vista geotécnico, fue necesario
establecer el estado físico de los diferentes horizontes ingeniero-geológicos, así como su
comportamiento mecánico. Del análisis de estas propiedades, se realizó un estudio de su
comportamiento en los diferentes niveles de la corteza laterítica, y la determinación de cuatro
horizontes ingeniero-geológicos (De Miguel et al, 1998; Almaguer et al, 2001; Blanco et al,
2004), los cuales se describen a continuación de abajo hacia arriba:
Horizonte 1. Roca serpentinizada: La litología predominante es la peridotita más o menos
serpentinizada (RMA) (Capítulo II). Además de esta litología, en el substrato rocoso se
presentan bloques de gabros distribuidos en casi todo el yacimiento. Las propiedades físicomecánicas de las peridotitas serpentinizadas son: densidad 2,77 g/cm3, humedad 0,55%,
porosidad 2,8% y resistencia a la compresión de 289,4 Kg/cm2.
Horizonte 2. Arena limo-gravosa con arcilla (SM): Corresponde al horizonte de Serpentinita
Lixiviada (RML), eluvio de las serpentinitas o rocas de la base. Constituyen una arena limogravosa con arcilla, en partes es un limo arcilloso con arena. Es talcosa al tacto, con
fragmentos angulosos de la roca original de diámetros variables. El color es verdoso y la
plasticidad es alta. Se clasifica según el SUCS como SM (arena limosa). Los
valores
promedios de su granulometría son: Grava 36 %, Arena 37 %, Limo 18 %, Arcilla 9 %,
Coloide 6 %. El peso específico relativo de los sólidos es de 27,4. La plasticidad es alta, con
Límite Líquido 63 %, Límite Plástico 37 % e Índice de Plasticidad 26 %.
Las condiciones naturales por encima de la zona saturada se presentan con humedad 78.4 %,
peso específico húmedo y seco 13,8 kN/m3 y 7,7 kN/m3 respectivamente, condicionando la
saturación al 83%. Las condiciones naturales en la zona saturada presenta humedad 85,3 % y
pesos específico húmedo y seco son 15,5 kN/m3 y 8,4 kN/m3 respectivamente.
Horizonte 3. Limo arcilloso de alta plasticidad (MH): este horizonte ingeniero geológico está
constituida por tres subcapas (3c, 3b y 3a), que se corresponden con las capas geólogogenéticas: ocre inestructural sin perdigones (OI),
ocre estructural final (OEF) y ocre
estructural inicial (OEI) respectivamente. Las semejanzas en sus propiedades, permiten
agruparlas en una sola capa ingeniero geológica. Está constituido por un limo arcilloso con
poca arena, de alta plasticidad, de color carmelita amarillento a verde amarillento con
algunas manchas de color negro, verdosas y otras de color rojo, en partes predomina el
aspecto abigarrado, y pueden encontrarse fragmentos de serpentinita lixiviada o presentarse la
estructura de la roca original. Se clasifica según el SUCS como un MH (limo arcilloso de
74
�Y. Almaguer Carmenates
Tesis Doctoral
alta plasticidad).
Los valores promedios de su granulometría son: Grava 1 %, Arena 10 %, Limo 54 %,
Arcilla 34 %, Coloide 21%. El peso específico
relativo de los sólidos es de 36,1. La
plasticidad es alta, con Límite Líquido 75 %, Límite Plástico 47 % e Índice de Plasticidad
28%. Las condiciones naturales por encima de la zona saturada se presenta con humedad 55,5
%, peso específicos húmedo y seco son 17,3 kN/m3 y 11,4 kN/m3, respectivamente, los que
condicionan que estén saturadas con un 88 %. En la zona saturada se presenta con humedad 69
%, pesos específicos húmedo y seco son 17,2 kN/m3 y 10,3 kN/m3, respectivamente. Según el
cortante en esquema rápido natural, la cohesión es de 0,034 MPa y el ángulo de fricción
interna de 16,5ºo. Por el esquema rápido saturado, la cohesión es de 0,021 MPa y el ángulo de
fricción interna de 15oº. Por el cortante en esquema lento saturado la cohesión es de 0,032 MPa
y el ángulo de fricción interna de 16,4o. Según el cortante, en esquema rápido natural, la
cohesión es de 0,037 MPa y el ángulo de fricción interna de 14,3o.
Horizonte 4. Arena gravo-limosa (SM): Corresponde a los ocres inestructurales con
perdigones (OICP), formada por una arena limo-gravosa con arcilla. El color es rojo ladrillo
oscuro, en partes aparecen manchas amarillas y negras. La fracción areno gravosa, esta
constituida fundamentalmente por perdigones de hierro que disminuyen su diámetro y
cantidad con la profundidad. La presencia de éstos últimos son los que establecen una
diferencia notable, apreciable a simple vista, con el resto de los estratos lateríticos presentes.
Se clasifica, según el SUCS, como un SM (arena limosa de baja plasticidad).
Los valores promedios de su granulometría son: Grava 31 %, Arena 46 %, Limo 17 %,
Arcilla 5 %, Coloide 3 %. El peso específico relativo de los sólidos es de 36,4. De acuerdo a
los Límites de Attemberg, la plasticidad se cataloga desde no plástica hasta muy plástica, pero
como promedio es de baja plasticidad, con Límite Líquido 42 %, Límite Plástico 30 % e
Índice de Plasticidad 12 %.
Las condiciones naturales por encima de la zona saturada se presentan con humedad 31,8 %,
peso específico húmedo y seco de 20,4 kN/m3 y 15,6 kN/m3 respectivamente. Son los pesos
específicos más altos de todos los estratos lateríticos presentes y condicionan que estén
saturadas con un 82 %. En la zona saturada, se presenta con humedad 48 %, peso específico
húmedo y seco 19,9 kN/m3 y 13,6 kN/m3 respectivamente. En correspondencia con sus pesos
específicos y composición granulométrica, entre los suelos presentes, este horizonte posee los
valores de resistencia más altos, según el cortante en esquema rápido saturado la cohesión es
de 0,031 MPa y el ángulo de fricción interna de 18,3o.
75
�Y. Almaguer Carmenates
Tesis Doctoral
En la figura 4.9, se muestra el comportamiento de las propiedades físico-mecánicas para cada
horizonte ingeniero-geológico, asociado a cada horizonte geólogo-genético [tabla 4.6]. La
humedad tiende a disminuir con el grado de alteración de la roca, de valores por encima del
80% en el horizonte 2 hasta alrededor del 50% en la parte superior del corte, esto es debido al
gran porciento de minerales arcillosos presentes en la parte inferior del corte, que le confieren
a la corteza gran capacidad de almacenaje de agua, y poca permeabilidad, trasmitiéndola muy
lentamente, manteniéndose con altas humedades, incluso durante épocas de seca, y que las
aguas subterráneas se mueven en el contacto roca-suelo. El peso específico, tiene un
comportamiento opuesto a la propiedad anterior, a medida que aumenta el grado de
descomposición, aumenta de valores 10 KN/m3 hasta mayores de 20 KN/m3, dado por la
concentración de óxidos e hidróxidos de hierro.
Tabla 4.6. Horizontes ingeniero-geológicos presentes en el yacimiento Punta Gorda (Guardado
y Almaguer, 2001; Blanco et al, 2002; Almaguer et al, 2005a)
Horizontes
ingeniero
geológicos
Horizontes
geólogo-genéticos
Ocre inestructural con
perdigones
(OICP)
4
3c
Ocre inestructural sin
perdigones (OI)
3
3b
Ocre estructural final (OEF)
3a
Ocre estructural inicial (OEI)
Tipo de suelo (SUCS)
Observaciones
SM – Arena gravo-limosa con fracción
gruesa constituida por perdigones de óxido
de hierro. Plasticidad baja.
Color – Rojo ladrillo oscuro.
MH- Limo arcilloso de alta Plasticidad.
Color- varía desde carmelita amarillento
hasta verde amarillento, en partes
abigarrado.
2
Serpentinita lixiviada
(RML)
SM – Arena limo-gravosa con arcilla, con
fracción gruesa constituida por fragmentos
de serpentinitas. La fracción fina presenta
alta plasticidad.
Color- verdoso.
1
Roca ultrabásica
Serpentinizada (RMA)
Roca.
A medida que se
desciende en el
corte aumenta la
humedad,
disminuyen los
pesos específicos
naturales y
disminuyen las
características
resistentes.
El índice de plasticidad desde los horizontes 2 al 3 se mantiene prácticamente constante con
valores aproximadamente entre 27 y 30, solo existe un notable cambio en horizonte 4, suelo
residual, donde hay una disminución hasta 12 debido a la disminución del contenido de
material arcilloso y aumento de los materiales arenosos. La cohesión y la fricción interna
tienden a disminuir en los horizontes inferiores, con un notable aumento en el horizonte 4.
Una característica, determinada a partir de los límites de Attemberg, es la consistencia
76
�Y. Almaguer Carmenates
Tesis Doctoral
relativa, la cuál permite evaluar las condiciones de soporte de los materiales que
componen cada horizonte ingeniero-geológico (Penson, 1994). De los resultados se tiene en el
horizonte 4, los materiales presentan baja consistencia en estado saturado (Cr = -0,5) donde el
porciento de humedad (W = 48%) sobrepasa el límite líquido (LL = 42); en estado no saturado
la consistencia adquiere valores mayores (Cr = 0,85). En los horizontes 2 y 3 la consistencia
presenta valores positivos pero siempre menores que 1, teniendo para estado saturado valores
de 0,21 y no saturado de 0,7. En el horizonte 2 vuelve a disminuir la consistencia tanto en
estado saturado (CR = -0,85) como no saturado (Cr = -0,59), manteniéndose los porcientos de
humedad por encima del límite líquido de los materiales, siendo esto un elemento a considerar
durante la construcción de taludes para laboreos mineros.
PROPIEDADES FÍSICO-MECÁNICAS
25
HORIZONTES INGENIERO-GEOLOGICOS
4
3c
3 3b
50
75
10
15
20
20
25
30
10
20
30
0.015 0.020 0.030
15
20
OICP
OIP
OI
OII
OEF
OEI
3a
2
SL
RML
RMA
RS
1
Humedad
saturada
(%)
Peso específico
húmedo
(KN/m3)
Indice
de poros
Indice de
plasticidad
Cohesión
(MPa)
A. fricción
interna
(º)
Figura 4.9. Características ingeniero-geológicas del perfil de meteorización en el yacimiento
Punta Gorda (Almaguer, 2003; Almaguer et al 2003; Almaguer et al, 2005a).
Análisis de la colapsabilidad de los horizontes ingeniero geológicos.
Un elemento mas que permite conocer los mecanismos de roturas en los taludes y laderas
presentes en el yacimiento, es mediante la colapsabilidad de los diferentes horizontes
77
�Y. Almaguer Carmenates
Tesis Doctoral
ingeniero-geológicos de la corteza laterítica [tabla 4.7]. De acuerdo a los resultados, el
horizonte superior (4) y el inferior (2), clasificados como arenas gravo-limosas y arenas limogravosas respectivamente, colapsan en condiciones naturales. Solo el horizonte intermedio (3),
clasificado como limo arcilloso de alta plasticidad es estable.
Tabla 4.7. Resultados del análisis de colapsabilidad de los horizontes ingeniero-geológicos
(Almaguer, 1998, 2001).
Métodos de análisis de colapsabilidad
Horizontes
ingenierogeológicos
Método
Método de
Denisov
Colapsabilidad
del Código
Soviético de
Colapsabilidad
Método de
Gibbs
Colapsabilidad
Construcción
4
3
2
KD=
0,51-0,69
KD=
4,32-5,44
KD=
0-54-0,65
Si
KS= -0,08-0,34
S= 32,3-47,5
Si
KS=
No
-3,10-(-1,22)
No
S= 569
Si
KS= 1,02-1,33
S= 37,5-48,2
1
No
KG=
1,23-1,93
KG=
0,05-0,63
KG=
1,09-1,15
Si
No
Si
No calculado
Lo anterior significa, que en la corteza laterítica, los movimientos de masas que ocurren
naturalmente pueden manifestarse mediante la rotura del horizonte superior, litogenéticamente relacionado con los OIP y el inferior relacionado con la SL. De esta forma
queda totalmente inestable el talud o ladera, y solo faltaría la acción de un factor disparador
como el aumento de las presiones intersticiales, un movimiento sísmico, la ubicación de una
sobrecarga, o simplemente la acción del factor tiempo, para la generación del movimiento.
Para fundamentar una poco más el análisis anterior, se estudió el comportamiento de los
estados de consistencia y la humedad de los horizontes lateríticos, porque ninguna otra
propiedad, por más compleja que sea, puede decir tanto de los suelos muy finos como estos
límites (Pearson, 1994). Estos definen su resistencia al esfuerzo cortante, o sea, la oposición
que ofrece la masa de suelo a que se le deforme.
En la figura 4.10, se muestra la relación entre el límite líquido, índice de plasticidad y la
humedad. La humedad aumenta a medida que descendemos en el corte, existiendo una
diferencia de 35% de humedad entre el horizonte 4 y 2. La plasticidad se comporta de manera
similar, o sea, los horizontes inferiores son capaces de resistir mayores esfuerzos, debido a su
mayor plasticidad.
78
�Y. Almaguer Carmenates
Tesis Doctoral
Analizando el límite líquido y teniendo en cuenta que este se define como el por ciento
(%) de humedad a partir del cual un suelo se comporta como un fluido, resulta que en los
horizontes 4 y 2, la humedad natural de estos sobrepasan el límite. El caso más crítico es el
horizonte 2, donde la humedad sobrepasa en un 22% el límite líquido. Esto indica que, en los
taludes y laderas dentro del yacimiento, la base de estos, correspondiente al horizonte de
serpentinita lixiviada, y la parte superior de ocres inestructurales con perdigones, son
inestables, coincidiendo con los resultados de colapsabilidad.
HORIZONTES INGENIERO-GEOLÓGICOS
0
25
50
75
100 %
4
3
2
H: Humedad
LL: Límite líquido
IP: Indice de plasticidad
Figura 4.10. Relación de la humedad, límite líquido y la plasticidad en los horizontes
ingeniero-geológicos.
Valoración del factor de seguridad por métodos de equilibrio límite.
De la aplicación de los métodos descritos en el
capítulo II, resultaron 30 corridas o
modelaciones para el cálculo del factor de seguridad [Anexo III (tabla 3.2)]. Se utilizaron
como variables de cálculo, la potencia de ocres estructurales, la potencia de la serpentinita
lixiviada, el nivel de agua y la altura del talud, la carga a que se somete el talud al colocar la
excavadora, así como la distancia de posicionamiento de la misma con respecto al borde del
talud. El ángulo del talud utilizado fue de 45o (Almaguer, 1998, 2003; Almaguer et al, 2003).
Para una mejor comprensión del peso de las variables analizadas sobre el factor de seguridad
obtenido, se realizó un análisis estadístico multivariado. La matriz de correlación [tabla 3.9]
muestra correlaciones negativas relevantes, entre el factor de seguridad y la potencia de
serpentinitas lixiviadas y la altura del talud. Esto significa que a medida que aumenta estas
potencias en la corteza laterítica, la estabilidad de los taludes disminuye. Otro resultado
relevante es la correlación positiva entre el factor de seguridad y la distancia de la excavadora
con respecto al borde de los taludes. Es evidente que, la excavadora con más de 320 ton,
79
�Y. Almaguer Carmenates
Tesis Doctoral
ubicada a poca distancia, genera un desequilibrio de las fuerzas dentro de la corteza,
aumentando las fuerzas motoras y la inestabilidad de los taludes.
Aplicando el método de análisis de componentes principales, da como resultado dos grupos
que explican en conjunto, el comportamiento de las variables en un 82 %. La primera
componente explica el 53,5 %, incluyendo la potencia de las menas lateríticas, la potencia de
la serpentinita lixiviada, el nivel de agua y la altura del talud. La segunda componente explica
en 28,5 %, incluyendo la posición de la carga, representada por la excavadora, con respecto al
borde del talud.
Tabla 4.8. Análisis de correlación entre las variables utilizadas en el cálculo del factor de
seguridad.
Análisis de correlación
Potencia de
ocres (m)
Potencia de ocres (m)
1
Potencia de
serpentinitas lixiviadas 0,19115456
(m)
Nivel de agua
en el talud
0,37311747
Potencia de
serpentinitas
lixiviadas
(m)
Nivel de
agua
en el talud
(m)
Altura del
talud (m)
Distancia
de la
excavadora
al borde del
talud (m)
Factor de
seguridad
1
0,41910238
1
0,5519013
0,86722706
0,45856496
1
0,07671008
-0,06762199
-0,02114546
-0,07901558
1
-0,21479256
-0,72302116
-0,44082689
-0,75175159
0,62951096
(m)
Altura del
talud (m)
Distancia
de la excavadora
al borde del talud (m)
Factor de seguridad
1
Análisis del factor de seguridad por el método de rotura planar.
Suelos SM (OICP). De los resultados obtenidos en el calculo del factor de seguridad [tabla
4.9], se tiene que para los suelos SM, relacionados con los horizontes de OICP o las lateritas
redepositadas, el FS óptimo es para profundidades de superficie de rotura 15 metros, con
pendientes de 10o. Si la pendiente aumenta a 20o, el factor de seguridad óptimo (1,85) es para
profundidades menores de 5 metros. El análisis mediante líneas de tendencia, presenta que el
FS, disminuye de manera exponencial, a medida que la pendiente y la profundidad de rotura
aumentan [figuras 4.11 y 4.12].
80
�Y. Almaguer Carmenates
Tesis Doctoral
Tabla 4.9. Factor de seguridad determinado para suelos SM (OICP y lateritas redepositadas).
Tipo de suelo SM
(OICP, LR)
Profundidad
de
superficie
de rotura
10
4,3670
2,1835
1,4557
1,0918
0,8734
5
10
15
20
25
Pendiente de la ladera o talud
20
30
1,8464
1,1582
0,9232
0,5791
0,6155
0,3861
0,4616
0,2896
0,3693
0,2316
40
0,8000
0,4000
0,2667
0,2000
0,1600
FS: estable; FS: medianamente estable; FS: inestable
Tipo de suelo: SM
y = 2,5353e
-0,0557x
Factor de
Seguridad
5
4
3
2
1
0
0
10
20
30
40
50
Pendiente del terreno
Figura 4.11. Relación entre el FS y la pendiente del terreno para los suelos SM.
Tipo de suelo: SM
Factor de
Seguridad
y = 2,0457e-0,0786x
5
4
3
2
1
0
0
5
10
15
20
25
30
Profundidad de la superficie de rotura
Figura 4.12. Relación entre el FS y la profundidad de la superficie de rotura para los suelos
SM.
Suelos MH. En los suelos tipo MH, el FS óptimo se mueve en espacio más restringido que en
los SM, para profundidades 10 metros y pendiente de 10o y para profundidad de 5 metros y
pendientes de 20o [tabla 4.10 y figuras 4.13 y 4.14]. Para pendientes de 10o, si se aumenta la
profundidad, el FS se considera medianamente estable, al igual que en pendientes de 30o para
profundidades de 5 metros de la superficie de rotura.
81
�Y. Almaguer Carmenates
Tesis Doctoral
Tabla 4.10. Factor de seguridad determinado para suelos MH.
Tipo de suelo
Pendiente de la ladera o talud
MH
10
20
30
(OI, OEF, OEI)
5
3,3831
1,6266
1,0208
1,6916
0,8133
0,5104
Profundidad de 10
superficie de 15
1,1277
0,5422
0,3403
rotura
20
0,8458
0,4066
0,2552
25
0,6766
0,3253
0,2042
(FS: estable; FS: medianamente estable; FS: inestable).
40
0,7057
0,3528
0,2352
0,1764
0,1411
Tipo de suelo: MH
y = 1,9869e
-0,0526x
Factor de
Seguridad
4
3
2
1
0
0
10
20
30
40
50
Pendiente del terreno
Figura 4.13. Relación entre el FS y la pendiente del terreno para los suelos MH.
Tipo de suelo: MH
y = 1,7342e
-0,0785x
Factor de
Seguridad
4
3
2
1
0
0
5
10
15
20
25
30
Profundidad de superficie de rotura
Figura 4.14. Relación entre el FS y la profundidad de la superficie de rotura para los suelos
MH.
Suelos SM (RML). El análisis realizado para los suelos SM [tabla 4.11 y figuras 4.15 y 4.16],
relacionados con las serpentinitas lixiviadas o alteradas, resulta en FS óptimos mayores de 2.7,
en pendientes de 10o y profundidades de hasta 6 metros. Para pendientes de 20o, el FS estable
es a profundidades menores de 4 metros. Para las pendientes de 30o y 40o, la estabilidad se da
para profundidades de 2 metros.
Rabla 4.11. Factor de seguridad determinado para suelos SM (SL).
82
�Y. Almaguer Carmenates
Tesis Doctoral
Pendiente de la ladera o talud
Tipo de suelo
SM (RML)
10
20
30
8,1310
3,9077
2,4503
Profundidad de 2
superficie de 4
4,0655
1,9539
1,2251
rotura
6
2,7103
1,3026
0,8168
(FS: estable; FS: medianamente estable; FS: inestable).
40
1,6912
0,8456
0,5637
Tipo de suelo: SM (RML)
Factor de
Seguridad
y = 6,8073e-0,0519x
10
8
6
4
2
0
0
10
20
30
40
50
Pendiente del terreno
Figura 4.15. Relación entre el FS y la pendiente del terreno para los suelos SM (RML).
Tipo de Suelo: SM (RML)
Factor de Seguridad
y = 5,5964e-0,2755x
10
8
6
4
2
0
0
1
2
3
4
5
6
7
Profundidad de superficie de rotura
Figura 4.16. Relación entre el FS y la profundidad de la superficie de rotura para los suelos
SM (RML).
Análisis de correlación.
Con el objetivo de obtener la relación existente, entre cada variable utilizada en los cálculos y
el FS [anexo III (tabla 3.3)], se realizó en análisis de correlación [tabla 4.12]. Los resultados
muestran dos elementos importantes a considerar:
x
Correlación negativa relevante entre el FS y la pendiente del terreno. Esto significa que, a
medida que aumenta los valores de pendiente del terreno, disminuyen los valores del FS, y
por tanto los taludes y laderas se hacen más inestables. De acuerdo a la curva de tendencia
83
�Y. Almaguer Carmenates
Tesis Doctoral
[figura 4.17], la pendiente de 13o, se considera la crítica, a partir de la cuál el FS es por
debajo de 1,5.
x
Correlación negativa entre el FS y la profundidad de la superficie de rotura. Significa un
comportamiento similar al anterior, a medida que aumenta la profundidad, disminuye de
manera exponencial el FS, aumentando la inestabilidad en los taludes y laderas. La
profundidad crítica es mayor de 5 metros, donde el FS disminuye por debajo de 1,5 [figura
4.18].
Factor de Seguridad
Tabla 4.12. Análisis de correlación entre las variables de cálculo del Factor de Seguridad con
el método de rotura planar para talud infinito.
c
Ȗ
ij
Pendiente Potencia
FS
c
1
0,76067194
1
Ȗ
0,48280177 0,93572186
1
ij
0
1
Pendiente -1,9953E-17 1,9362E-17
1
Potencia 0,58991342 0,50187334 0,35650447 2,5129E-17
-0,48682499 -0,38056656 -0,24887122 -0,51108205 -0,56749994
1
FS
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
y = 6,7098x
0
5
10
15
-0,9593
20
25
30
Profundidad de la superficie de rotura (m)
Factor de Seguridad
Figura 4.17. Relación entre el FS y la profundidad de la superficie de rotura en el yacimiento
Punta Gorda.
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
y = 39,237x
5
10
15
20
25
30
-1,2644
35
40
45
Pendiente del terreno (grados)
Figura 4.18. Relación entre el FS y la pendiente del terreno en el yacimiento Punta Gorda.
84
�Y. Almaguer Carmenates
Tesis Doctoral
Clasificación del perfil de meteorización desde el punto de vista ingeniero-geológico.
Del análisis de las propiedades físico-mecánicas de los materiales presentes en el yacimiento
Punta Gorda, la determinación de los horizontes ingeniero-geológicos y su relación con los
horizontes lito-genéticos, además de la determinación de los mecanismos y tipologías de
movimientos de masas, se realizó la clasificación del perfil de meteorización desde el punto de
vista ingeniero-geológico [anexo III (tabla 3.4)]. La clasificación propuesta, introduce una
descripción geotécnica del perfil de meteorización, basada en la información geológica
obtenida por la inspección visual y reconocimiento de rasgos típicos de la desintegración física
y descomposición química de las rocas en los afloramientos, y en muestras de núcleos de
perforación, además, de la información mecánica, física e hidráulica derivada de ensayos de
campo y laboratorio, apoyados con observaciones microscópicas (Almaguer et al, 2005a).
Un rasgo importante de la clasificación, es que se muestra para cada clase, el mecanismo de
rotura asociado a estas. De esta manera, se tienen mecanismos de rotura de manera
desorganizada y relacionados con la caída libre de la masa de suelo, en el horizonte más
meteorizado (grado IV), sin control estructural sobre los movimientos. En los grados
intermedios (II y III), el mecanismo predominante es la rotura a través de una superficie
definida, relacionada con las superficies relícticas de grietas y fallas en la corteza residual. Los
movimientos predominantes son rotacionales, traslacionales y en cuña, aunque en la mayoría
de los casos, los movimientos son combinados (planar-rotacional, cuña-rotacional). En el
grado I, se manifiestan los tres mecanismos de rotura. La tipología de los movimientos
depende de la posición espacial relativa (yacencia) de las discontinuidades de la roca con
respecto a la dirección e inclinación de las laderas o taludes, así como de la intensidad del
agrietamiento. En los sitios donde el agrietamiento se manifiesta muy espaciado, se generan
movimientos planares o en cuña. Cuando el espaciamiento disminuye, la roca se comporta
como el suelo, generándose movimientos rotacionales.
Relación de las condiciones geotécnicas con el desarrollo de deslizamientos.
Para el análisis de las condiciones geotécnicas del terreno, se confeccionó el plano de tipo de
suelo [anexo III (figura 3.16)]. Los limos arcillosos de alta plasticidad (MH), ocupan 4,27
Km2, lo que representa el 48,76% del área total. Se distribuyen hacia el oeste, sur y sureste del
yacimiento. Las arenas limosas (SM) ocupan 3,17 Km2, el 36,21% del área. Estas se
distribuyen hacia la parte central, norte y noreste del yacimiento. El resto del área ocupada por
roca fresca, arenas y gravas, relacionadas espacialmente con los cauces de los ríos presentes en
el área [tabla 4.13].
85
�Y. Almaguer Carmenates
Tesis Doctoral
Tabla 4.13. Caracterización del plano de tipo de suelo en relación al desarrollo de
deslizamientos.
Clases de
tipo de suelo y roca
Arena limosa (SM)
Limo arcilloso de alta
plasticidad (MH)
Gravas, arenas y limos
(GC)
Roca (R)*
Área ocupada por
% del área total ocupada
deslizamientos
por deslizamientos
36,21
0,2370
27,34
4,270
48,76
0,4568
52,70
0,770
8,76
0,0065
0,75
0,551
6,26
0,1665
19,21
Área (Km2)
% del área total
3,172
*
(R) : Simbología seleccionada por el autor.
Del análisis de los movimientos de masas [anexo III (figura 3.17)], se tiene que el 52,7% se
desarrolla en los limos arcillosos de alta plasticidad. En las áreas ocupadas por las arenas
limosas, los deslizamientos ocupan el 27,34% del área total de movimientos. El 19,2% afecta
las áreas ocupadas por roca serpentinizada y el 0,75 a las gravas y arenas. Estas últimas se
relacionan con los materiales arrastrados en los frentes de los movimientos.
Relación del uso actual del suelo con el desarrollo de deslizamientos.
Haciendo un análisis del uso del suelo en el área de trabajo, se tienen 5 clases fundamentales
[anexo III (figura 3.18) y tabla 4.14]: zonas de vegetación natural (4,74 Km2), distribuida en la
periferia del yacimiento, predominando hacia el este; áreas reforestadas (1,94 Km2) y áreas
minadas (1,62 Km2), distribuidas en la parte interna del área; zonas de depósitos de mineral
(0,28 Km2) y red vial (0,16 Km2).
De acuerdo al desarrollo de deslizamientos [anexo III (figura 3.19)], el uso de suelo mas
afectado es la zona cubierta con vegetación natural, afectada por 0,65 Km2 de área ocupada
por movimientos de masas, lo cual representa el 75 % del área total de deslizamientos
inventariada, esto da una medida de la inestabilidad que presenta el terreno debido a sus
propias condiciones naturales. En segundo lugar se tienen las áreas minadas, en las que existe
0,11 Km2 de área ocupada por deslizamientos (13,34%) y las zonas reforestadas con 0,09
Km2. En las áreas ocupadas por la red vial y los depósitos de mineral no se reportan
deslizamientos.
Tabla 4.14. Caracterización del plano de uso de suelo en relación al desarrollo de
deslizamientos.
Clases de
Uso del suelo
2
Área (Km )
% del área
Área ocupada por
total
deslizamientos
% del área total
ocupada por
deslizamientos
86
�Y. Almaguer Carmenates
Tesis Doctoral
Áreas minadas
1,6181
18,5027
0,1158
13,34
Áreas reforestadas
1,9430
22,2179
0,0978
11,28
Caminos mineros
0,1613
1,8444
0,0000
0,00
Depósitos de mineral
0,2766
3,1628
0,0000
0,00
Vegetación natural
4,7462
54,2720
0,6530
75,33
Valoración y reclasificación de los planos de factores condicionantes.
Valoración de los factores condicionantes.
Una vez analizados todos los factores condicionantes de los deslizamientos en el área de
estudio, se procedió a la valoración de los mismos en función de las áreas de cada clase y del
área ocupada por deslizamientos en las mismas. Los resultados se muestran en la tabla 4.15.
Tabla 4.15. Valoración de los factores condicionantes de las inestabilidades en el yacimiento
Punta Gorda.
Factores utilizados en el análisis de susceptibilidad
Grupos
lito-estructurales
Litologías
Clase
Serpentinita
lixiviada
Serpentinita
de cause
Lateritas
residuales
Lateritas
redepositadas
Sedimentos
aluviales
Valor
Tectónica
Hidrogeología
Geomorfología
Distancias a
Subpresiones
Pendiente
fallas (buffer)
en la corteza
umbral
Clase
Valor
Clase
Valor
Clase
Valor
Geotecnia
Uso de suelo
Tipo de suelo
Clases de uso de suelo
Clase
Valor
Áreas
21,72
200 m
17,91
0m
8,49
0-9
o
211,21
SM
13,63
minadas
Áreas
1,14
reforestadas
2m
193,4
10-19o 386,31
MH
19,51
25,11
4m
48,97
20-39o 118,43
GC
1,54
1,54
t6m
130,0
R
2,15
19,52
Clase
400 m
16,02
>40o
4846,9
Caminos
mineros
Depósitos de
mineral
Vegetación
natural
Valor
13,05
9,18
0
0
25,10
En relación a las litologías, las áreas ocupadas por serpentinitas de cause y sedimentos
aluviales, presentan los menores valores de probabilidad, debido a que en estos sitios es donde
se depositan los materiales de las partes frontales de los movimientos. Las lateritas residuales
87
�Y. Almaguer Carmenates
Tesis Doctoral
y serpentinita lixiviada presentan valores de probabilidad altos, y las lateritas redepositadas
muy altos, debido al amplio desarrollo de movimientos dentro del área que ocupan. De
acuerdo a la tectónica, los valores indican una alta influencia sobre los deslizamientos, debido
a la alta complejidad e intenso agrietamiento del macizo rocoso.
Sobre la valoración de las subpresiones de la corteza laterítica se tiene alta probabilidad para la
clase de 2 m, en la cual se reporta la mayor cantidad de área ocupada por deslizamientos en
relación a su área. Valores altos los experimentan las clases de 6 m y 4 m y la menor
probabilidad por la clase de 0 m. En cuanto a las pendientes umbrales, la mayor probabilidad
la presentan las de 40o, debido a la pequeña área que ocupan. En orden de importancia están
las pendientes entre 10-19o, en las cuales se desarrollan los mayores deslizamientos reportados
en el área de estudio.
En la valoración según el tipo de suelo, las mayores probabilidades se relacionan con los
suelos MH, relacionados con las cortezas redepositadas. La valoración disminuye un poco en
los suelos SM, relacionados con la corteza laterítica residual, las cuales presentan mayor
extensión en el área del yacimiento. Los menores valores se relacionan con loas áreas
ocupadas por las clases R y GC.
En el plano de uso de suelo, la valoración mayor se relaciona con las áreas ocupadas por
vegetación natural, en las cuales se manifiestan los movimientos de mayor extensión debido a
la inestabilidad natural de las cortezas lateríticas. Las áreas minadas y reforestadas presentan
valoraciones intermedias, manifestándose mayor estabilidad en las mismas. Esto significa por
un lado que la actividad minera no es la que genera grandes problemas de inestabilidad en
taludes, y por otro que las medidas tomadas de reforestación están protegiendo al medio de los
agentes erosivos y desestabilizadores.
Reclasificación de los planos de factores.
El paso siguiente al proceso de valoración de las clases de cada factor analizado, a partir de la
técnica probabilística utilizada, es la reclasificación de cada plano en función de los valores
obtenidos en el paso previo [tabla 4.16].
El plano del factor lito-estructural se reclasificó en 3 clases de susceptibilidad: baja, alta y muy
alta [anexo III (figura 3.20)]. La clase de baja susceptibilidad, ubicada en la periferia del
yacimiento, hacia el sur, sureste, norte, y oeste. Corresponde con el área ocupada por
materiales granulares, representados por los sedimentos fluviales y el área ocupada por roca
debilitada tectónicamente, relacionada con las serpentinitas de los cauces fluviales. Esta clase
ocupa el 29,38% del área total de trabajo. La clase de alta susceptibilidad, se ubica en
88
�Y. Almaguer Carmenates
Tesis Doctoral
toda la parte interna del yacimiento. Se corresponde con el área ocupada por roca con
apariencia de suelo con estructura de la roca original, representada por la corteza residual y
por roca debilitada tectónicamente, representado por las serpentinitas lixiviadas. Ocupa el
54,81% del área total. El área de susceptibilidad muy alta, se ubica hacia el norte y noreste del
yacimiento. Ocupa el 16,65% y corresponde con las rocas con apariencia de suelo con
estructura sedimentaria, representadas por las lateritas redepositadas.
El plano de factor tectónico se reclasificó en dos clases: alta y muy alta [anexo III (figura
3.21)]. La clase de susceptibilidad alta corresponde con la distancia de 400 m de las fallas.
Ocupa el 18,58% del área total. La clase de susceptibilidad muy alta, se corresponde con la
distancia de 200 m y ocupa el 81,41% del área.
El plano que caracteriza las condiciones hidrogeológicas, se reclasificó en tres clases de
susceptibilidad: baja, alta y muy alta [anexo III (figura 3.22)]. La clase de susceptibilidad baja,
se relaciona con las supresiones nulas en el yacimiento y ocupa el 62,30% del área. La clase
alta se relaciona con las subpresiones de 4 m, y ocupa el 9,94%. Se distribuye en áreas aisladas
hacia en oeste, norte y con cierta alineación NE-SW hacia el sureste. La tercer clase, de
susceptibilidad muy alta, está representada por las subpresiones de 6 m y 2 m, ocupando un
área de 27,74%. Se distribuye en franja alineada desde el sur al este con dirección NE-SW, y
en pequeñas áreas ubicadas en el oeste y norte del yacimiento.
El plano de pendiente [anexo III (figura 3.23)], se reclasificó en cuatro clases de
susceptibilidad: baja, media, alta y muy alta. La clase de susceptibilidad baja se relacionada
con el intervalo de pendiente 20o– 39o, y ocupa el 12,86% del área. La clase media se
relaciona con las pendientes 0o-9o, y es la que ocupa mayor extensión, 42,51% del área total.
La clase de alta susceptibilidad se relaciona con las pendientes de 10o-19o. Ocupa el 43,65%
del área. La alta susceptibilidad se relaciona con las mayores pendientes >40o. Ocupando el
0,92% del área del yacimiento.
El plano de tipo de suelo, que caracteriza las condiciones geotécnicas de la corteza laterítica,
se reclasificó en tres clases: baja, alta y muy alta [anexo III (figura 3.24)]. La clase de menos
susceptibilidad (baja), se relaciona con las áreas ocupadas por roca dura y por grava, arena y
arcilla, relacionadas espacialmente con los cauces fluviales. Esta ocupa el 15,2% del área de
trabajo. La clase de susceptibilidad alta, está representada por las arenas limosas (SM) y ocupa
89
�Y. Almaguer Carmenates
Tesis Doctoral
el 32,21% del área. La clase muy alta, ocupa el 48,76% del área total y está representada por
los limos arcillosos de alta plasticidad.
El plano de uso de suelo se reclasificó en cuatro clases: baja, media, alta y muy alta [anexo III
(figura 3.25)]. La clase de baja susceptibilidad se relaciona con las áreas ocupadas con los
caminos mineros y depósitos de mineral, ocupando el 5,01% de área total. Su distribución
areal se relaciona con la red vial primaria y algunos sitios aislados al norte, sur este y el oeste
del yacimiento, donde no se han manifestado movimientos de relevancia. La clase media está
representada por las áreas reforestadas, distribuidas en la parte central, al sur y al oeste del
yacimiento, ocupando el 22,21% del área total. Las áreas de susceptibilidad alta, se relaciona
con las áreas minadas, desprovistas de una cubierta vegetal que la proteja de los agentes
erosivos. Esta se distribuye en la parte central, y en pequeñas franjas al sur, este y oeste del
yacimiento. Ocupa el 18,5% de área total. La clase de susceptibilidad muy alta, se relaciona
con las áreas cubiertas por vegetación natural, donde se han desarrollado los mayores
movimientos de masas. Ocupa el 54,27% del área total de trabajo y se distribuye en toda la
parte externa del yacimiento. Tiene su mayor concentración hacia el este.
Tabla 4.16. Resultados del proceso de reclasificación de los planos de susceptibilidad
temáticos.
Factor
Clases
Materiales granulares
Roca debilitada tectónicamente.
Serpentinita de cause
Roca con apariencia de suelo con
Lito-estructural estructura de roca original
Roca debilitada tectónicamente.
Serpentinita lixiviada
Roca con apariencia de suelo con
Hidrogeológico
Pendiente
umbral de
deslizamiento
% del
píxel
área total
21300
Valor
Susceptibilidad
0,00
29,38
Baja
30797
1,14
172944
19,52
54,81
72097
Alta
21,70
52586
16,65
25,11
Muy alta
Distancia 200 m
65007
81,41
17,91
Muy alta
Distancia 400 m
284575
18,58
16,02
Alta
Subpresión nula (0 m)
218367
62,30
8,49
Baja
Subpresión alta (4 m)
35001
9,94
48,97
Alta
Subpresión muy alta (6 m)
8783
Subpresión baja (2 m)
87762
Alta (20o – 39o)
42456
12,8
118,43
Baja
201696
42,51
211,21
Media
111748
43,65
386,31
Alta
9785
0,92
4846,90 Muy alta
estructura sedimentaria
Tectónico
No. de
o
o
Baja (0 – 9 )
o
o
Media (10 – 19 )
o
Muy alta (> 40 )
27,74
130
Muy alta
193,4
90
�Y. Almaguer Carmenates
Tipo de suelo
Uso actual del
suelo
Tesis Doctoral
Grava, arena y arcilla (GC)
30797
Roca
21300
Arena limosa (SM)
124683
36,21
13,63
Alta
Limo arcilloso de alta plasticidad (MH)
172998
48,76
19,51
Muy alta
Caminos mineros
6446
Depósitos de mineral
11086
Áreas reforestadas
77758
22,21
9,181
Media
Áreas minadas
64750
18,50
13,05
Alta
Áreas de vegetación natural
190052
54,27
25,10
Muy alta
15,02
1,54
Baja
2,15
5,01
0,00
Baja
0,00
Descripción del plano de susceptibilidad.
El plano de susceptibilidad del terreno a la rotura obtenido en la investigación esta clasificado
en cuatro clases: Susceptibilidad baja, media, alta y muy alta [tabla 4.17 y figura 4.19]. Las
mismas se describen a continuación:
x
Susceptibilidad baja: ocupa un área de 3,35 Km2 (38,33% del área total). De forma
areal se distribuye en la parte central del yacimiento, relacionado con las zonas
reforestadas. Además se relaciona con las zonas periféricas del yacimiento, ocupadas
por sedimentos aluviales de los ríos Yagrumaje, Los Lirios, Moa, y arroyo La Vaca.
x
Susceptibilidad media: ocupa un área de 3,03 Km2 (34,63% del área total). Se
distribuye al sur del yacimiento, en forma de franja alargada de dirección este-oeste en
la parte central, al norte y en pequeñas zonas al este y oeste del área.
x
Susceptibilidad alta: ocupa un área de 1,49 Km2 (0,13% del área total). Su distribución
es muy localizada hacia el oeste, noreste y al este-sureste donde presenta su mayor
acumulación en forma discontinua y alineada con dirección noreste-suroeste. Existen
pequeños parches al suroeste y en la parte central del yacimiento.
x
Susceptibilidad muy alta: ocupa un área de 2,23 Km2 (25,54% del área total). Su
distribución es bien localizada y se relaciona espacialmente con la clase anterior.
Aparece al oeste, noreste, suroeste y al este-sureste presente su mayor acumulación en
forma continua y alineada en dirección noreste-suroeste.
Tabla 4.17. Caracterización del plano de susceptibilidad a la rotura.
Descripción
No. píxel
Área (Km2)
% de área
Baja
135923
3,35
38,33
Clases de susceptibilidad
Media
Alta
122812
5294
3,03
0,13
34,63
1,49
Muy alta
90579
2,23
25,54
91
�Y. Almaguer Carmenates
Tesis Doctoral
Conclusiones.
x
En el yacimiento Punta Gorda se han desarrollado 20 deslizamientos importantes. La
tipología y los mecanismos de rotura están en función de las condiciones estructurales
y de las características físico-mecánicas de los suelos y rocas. Hay predominio de
movimientos combinados de varias tipologías.
x
La aplicación de la metodología de análisis de los factores condicionantes, ha
permitido valorar la influencia de cada una de sus clases sobre el desarrollo de los
deslizamientos y la obtención de los planos de susceptibilidades de factores.
x
El método estadístico de análisis condicional y las técnicas de SIG han permitido la
obtención del plano de susceptibilidad del terreno a la rotura para el área del
yacimiento Punta Gorda, con cuatro clases de susceptibilidad: baja, media, alta y muy
alta.
92
�Tesis Doctoral
Figura 4.19. Plano de susceptibilidad del terreno a la rotura por desarrollo de deslizamientos en el yacimiento Punta Gorda.
(Escala original: 1:2 000. Formato raster, tamaño de píxel: 5x5 m).
Y. Almaguer Carmenates
93
�CONCLUSIONES
�Y. Almaguer Carmenates
Tesis Doctoral
CONCLUSIONES.
Los problemas relacionados con los deslizamientos en taludes y laderas han sido elementos de
preocupación para proyectistas, constructores y mineros. En las áreas minadas a cielo abierto
de los yacimientos de corteza laterítica ferroniquelífera esta situación es mucho más compleja,
debido a que se trabaja con taludes que presentan una determinada altura e inclinación, una
situación geológica, que en ocasiones tiene comportamiento variable, con anisotropía en las
propiedades geotécnicas, con determinada complejidad de las condiciones hidrogeológicas de
la corteza laterítica, y donde en muchos casos, la ubicación de las infraestructuras coinciden
con zonas de alta sismicidad que provocan el surgimiento y desarrollo de determinados
procesos y fenómenos geológicos. En este entorno del yacimiento Punta Gorda, han tenido
lugar diferentes tipos de deslizamientos, que conllevaron en determinado momento a la
paralización de la actividad extractiva (deslizamiento de la excavadora 2 en 1997). Todo esto
provocó que por parte de la subdirección de minas de la Empresa Ernesto Che Guevara
solicitara la ejecución de varios proyectos de investigación liderados por el Instituto Superior
Minero Metalúrgico. Desde 1997 hasta la fecha han resultado varios trabajos, dentro de los
cuales está el presente análisis de susceptibilidad del terreno por deslizamiento, en el que se
han arribado a varias conclusiones expresando que:
1. La situación ingeniero-geológica del yacimiento Punta Gorda se caracteriza por una
alta complejidad tectónica y la presencia de cuatro horizontes ingeniero-geológicos
diferenciados por sus propiedades físicas y comportamiento mecánico, así como por su
conducta frente a los fenómenos de deslizamientos, en los cuales, con la profundidad,
disminuye la fricción interna, aumentan los valores de humedad, sobrepasando en
algunos casos, el límite líquido. Existen además horizontes colapsables debido a sus
propias condiciones naturales. Estas características son elementos condicionantes y
desencadenantes de la inestabilidad de los taludes del yacimiento, contribuyendo a la
disminución de la resistencia al corte de los suelos y rocas y en otros casos
aumentando las tensiones movilizadoras en el medio o talud.
2. Existen diferentes mecanismos de deslizamientos en el yacimiento que hacen que la
evaluación y gestión del peligro sea más compleja. La solución de esta situación
problemica posibilita a los proyectistas de la actividad minera encontrar zonas más
favorables y menos riesgosas para la explotación del yacimiento.
3. Una vez caracterizado desde el punto de vista ingeniero-geológico el yacimiento y
llegado a resultados en cuanto a mecanismos y tipologías, se concluye que la
metodología empleada mediante el análisis probabilístico implementando un SIG,
permite evaluar la susceptibilidad del terreno a la rotura frente al desarrollo de
93
�Y. Almaguer Carmenates
Tesis Doctoral
deslizamientos, por primera vez en Cuba, en un yacimiento de corteza laterítica
ferroniquelífera.
4. Los procedimientos de análisis de susceptibilidad de los taludes por desarrollo de
deslizamientos utilizados en esta memoria aplicando un SIG, permite las siguientes
ventajas: la viabilidad
para este tipo de método porque se utilizan datos
georeferenciados; la facilidad de actualizar las bases de datos y planos a medida que la
actividad minera se desarrolla en el tiempo; la reproducibilidad de los resultados y la
regionalización de la metodología utilizada; la rapidez de análisis de los factores que
inciden en los deslizamientos y la obtención del plano de susceptibilidad final.
5. El plano de susceptibilidad del yacimiento Punta Gorda permite una mejor valoración
de las condiciones del medio geológico-minero y de las causales y condicionales de los
deslizamientos. Es una herramienta útil para el ordenamiento minero-ambiental y para
la prevención de movimientos de masas, no solo durante la explotación del mineral,
sino en la construcción de viales, escombreo y en el proceso de cierre de minas.
94
�RECOMENDACIONES
�Y. Almaguer Carmenates
Tesis Doctoral
RECOMENDACIONES.
1. Aplicar lo resultados durante el proceso de planificación minera y toma de
decisiones en el yacimiento Punta Gorda y en los próximos yacimientos a explotar
por la Unidad Básica Minera de la Empresa Ernesto Che Guevara, con el objetivo
de proyectar la extracción del mineral con menos riesgos asociados al desarrollo de
deslizamientos.
2. El uso de la metodología empleada en la investigación para su generalización en
otros yacimientos de la región.
95
�REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
�Y. Almaguer Carmenates
Tesis Doctoral
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS.
Aleotti, P.; Polloni, G.; Canuti, P. y Iotti, A. “Debris Flow Hazard and Risk Assessment
Using Airbone Laser Terrain Mapping Techniques (ALTM)”. En: A.E. Bromhead, N.
Dixon and M.L. Ibsen (Eds): Landslides in research, theory and practice. Tomas Telford.
London. 1, 19-26 p. 2000.
Alfonso H. M., “Análisis de susceptibilidad a los movimientos de laderas en la parte oriental
de la cuenca del río Almendares y la llanura marina adyacente”. Cuba. VI Congreso de
Geología y Minería. Simposio de sismicidad y riesgos geológicos. 2005.
Almaguer Y., “Análisis de estabilidad de taludes a partir de la evaluación geomecánica del
macizo rocoso”. Tesis de maestría. Departamento de Geología. 110 p. 2001.
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108
�ANEXOS
�ANEXO I
CARACTERIZACION DEL AREA DE ESTUDIO
�Figura 2.1. Relieve actual del yacimiento Punta Gorda. (escala original 1:2 000).
�ANEXO II
METODOLOGÍA DE EVALUACIÓN DE SUSCEPTIBILIDAD
DEL TERRENO A LA ROTURA
�Roca
Suelo
X:
Rumbo
Discontinuidades:
Altura
Dirección
Acimut
DATOS ACERCA DEL TALUD
Perpendicular al movimiento
Dimensiones de la masa (m)
Mínima
Máxima
Buzamiento
Tipo:
Inclinación
POTENCIA DE LA MASA DESPLAZADA (m)
CAUSAS:
TIPO DE FORMACION
Otros
Derrubio
Vuelco
Cuña
Planar
Rotacional
TIPO DE MOVIMIENTO
COORDENADAS
Y:
Espaciamiento
Coluvial
Residual
Z:
Observaciones
NOMBRE DEL OBSERVADOR:
DIBUJO DEL DESLIZAMIENTO
OBSERVACIONES:
PRESENCIA DE FLUJOS DE AGUA:
FECHA:
Tabla 2.1. Ficha utilizada en la descripción de campo de los deslizamientos presentes en el yacimiento Punta Gorda.
�Capas temáticas utilizadas en el SIG
Inventario de deslizamientos
Plano de grupos lito-estructurales
Plano tectónico
Plano de subpresiones de la corteza laterítica
Plano de pendiente umbral de deslizamientos
Plano de tipo de suelo (SUCS)
Plano de uso actual del suelo
Valoración de la influencia de cada factor sobre los deslizamientos:
- Método de análisis probabilístico condicional.
Reclasificación de los planos temáticos de factores:
- Análisis de cluster.
Combinación de los planos de factores y obtención
del plano final de susceptibilidad a la rotura
Plano de susceptibilidad a la rotura
por el desarrollo de deslizamientos
Figura 2.1. Relación de capas temáticas utilizadas en el análisis de susceptibilidad mediante la
tecnología SIG.
�ANEXO III
SUSCEPTIBILIDAD DEL TERRENO A LA ROTURA EN EL
YACIMIENTO PUNTA GORDA
�Tabla 3.1 Caracterización general de los deslizamientos inventariados en el yacimiento Punta
Gorda.
CARACTERIZACION DE LOS DESLIZAMIENTOS
Dirección del
movimiento
este
noroeste
este
noroeste
norte
oeste
nortenoreste
noreste
suroeste
sur-sureste
norte
noreste
No.
Area (Km2)
1
2
3
4
5
6
0,0489
0,0472
0,0127
0,0321
0,0213
0,0126
7
8
9
10
11
12
0,0182
0,0128
0,0078
0,0200
0,0088
0,0078
13
0,0194
nortenoreste
14
15
16
0,0939
0,0345
0,2384
este
noreste
este-noreste
17
0,0103
norte
18
0,0198
noreste
19
0,0249
20
Área total
ocupada
por
deslizamien
tos
% del área
total de
trabajo
0,0820
noreste
nortenoreste
0,8668
8,8388
Litología
laterita residual
laterita residual
laterita residual
laterita residual
laterita residual
laterita residual
laterita residual
laterita residual
laterita residual
laterita residual
laterita residual
laterita residual
laterita
redepositada y
residual
laterita residual
laterita residual
laterita residual
laterita
redepositada
laterita
redepositada
laterita
redepositada
laterita
redepositada
Longitud máx.
(m)
240
260
105
225
190
120
Ancho máx.
(m)
255
244
140
190
170
118
Longitud del
escarpe (m)
160
150
120
140
110
120
180
170
110
200
150
130
130
100
90
140
70
80
160
90
80
130
80
50
200
130
100
550
240
920
250
190
290
200
110
390
140
80
90
180
150
120
200
160
130
430
260
200
�Tabla 3.2. Resultados del cálculo del factor de seguridad (En negritas los FS óptimos).
Variables de calculo
No.
Corrida Potencia de
ocres (m)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
15
15
15
15
15
15
15
15
15
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
12
12
12
12
14
14
14
14
14
10
10
10
Potencia de
serpentinitas
lixiviadas (m)
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
3
3
3
3
3
4
4
4
4
4
4
2
2
2
1
1
1
Nivel de agua
en el talud
(m)
22
22
22
16
14
11
28
28
5
5
5
22
22
17
11
11
11
11
5
5
9
10
12
12
15
15
15
15
10
10
7
7
7
Altura del
talud (m)
34
34
30
29
29
29
29
29
29
24
24
24
24
24
24
24
22
22
22
22
22
23
23
23
23
23
23
21
21
21
15
15
15
Distancia
de la excavadora
al borde del talud
(m)
5
5
5
5
5
5
5
1
1
1
5
5
1
1
1
5
5
1
1
5
5
5
5
7
7
7
2
2
2
5
5
3
4
Factor de
seguridad
1,85
1,16
1,06
1,13
1,11
1,13
1,00
0,91
1,01
1,05
1,30
1,16
0,90
0,95
0,98
1,26
1,40
1,18
1,21
1,43
1,40
1,37
1,35
1,68
1,64
1,60
1,20
1,22
1,29
1,55
1,90
1,77
1,68
�Tabla 3.3. Resultados del cálculo del FS para rotura planar en el yacimiento Punta Gorda.
Corridas
Tipo de suelo
c
Ȗ
ij
Pendiente
Potencia
FS
1
10
5
4,36
2
10
10
2,18
3
10
15
1,45
4
10
20
1,09
5
10
25
0,87
6
20
5
1,84
7
20
10
0,92
8
20
15
0,61
9
20
20
0,46
10
20
25
0,36
SM (OIP)
0,031
20,4
18,3
11
30
5
1,15
12
30
10
0,57
13
30
15
0,38
14
30
20
0,28
15
30
25
0,23
16
40
5
0,8
17
40
10
0,4
18
40
15
0,26
19
40
20
0,2
20
40
25
0,16
21
10
5
3,38
22
10
10
1,69
23
10
15
1,12
24
10
20
0,84
25
10
25
0,67
26
20
5
1,62
27
20
10
0,81
28
20
15
0,54
20
20
0,4
20
25
0,32
29
30
SM
0,034
17,3
16,5
31
30
5
1,02
32
30
10
0,51
33
30
15
0,34
34
30
20
0,25
35
30
25
0,2
36
40
5
0,7
37
40
10
0,32
38
40
15
0,23
39
40
20
0,17
40
40
25
0,14
41
10
2
8,13
42
10
4
4,06
43
10
6
2,71
44
20
2
3,9
45
20
4
1,95
46
20
6
1,3
47
30
2
2,45
48
30
4
1,22
49
30
6
0,81
50
40
2
1,69
51
40
4
0,84
52
40
6
0,56
SM (SL)
0,01
13,8
16
�Roca fresca
I
II
III
Altamente
meteorizada
Moderadamente
meteorizada
IV
Grado
Suelo
residual
Término
Ocre inestructural inicial
Ocre estructural final
Ocre estructural inicial
Roca
2,79
S: 8,40
H: 15,3
S: 15
H: 20
-
70-86
50-70
30-48
W
-
<
0,020
0,0200,037
0,0310,040
C
27
13 –
15,3
15 –
16,4
18,3
M
Características geotécnicas
Arena
Serpentinita lixiviada o limo- gravosa
desintegrada
con
arcilla
(SM)
Arena
gravo- limosa
(SM)
J
S: 10,0
H: 17,4
con
Tipo de suelo
(SUCS)
Limo arcilloso
de
alta
plasticidad
(MH)
Ocre inestructural
perdigones
Horizonte lito-genético
No hay signos visibles de
material meteorizado. La
roca puede tener algunas Roca serpentinizada
grietas manchadas de óxidos
de Fe.
La textura de la roca no es
reconocible. Se presenta en
forma de coraza compuesta
por
concreciones
ferruginosas.
Resistencia
muy baja comparada con la
roca fresca. Las capas
superficiales contienen raíces
de plantas y humus.
Está tan debilitada por el
proceso de meteorización
que pueden ser separados o
desintegrados
grandes
fragmentos con la mano,
llegándose a excavar con la
mano si está húmedo. Se
pueden obtener núcleos
perforando cuidadosamente,
en algunos casos no se
pueden recuperar. La fábrica
original
está
intacta.
Resistencia
muy
baja
comparada con la roca
fresca.
Las grietas están rellenas de
limonita.
Posee
alguna
resistencia, no pueden ser
rotos grandes fragmentos con
la mano. La roca fresca o
decolorada se presenta como
una estructura discontinua o
en núcleos rocosos. La
meteorización se manifiesta
de manera desigual a través
de la fábrica de la roca.
Descripción
-
26
28
12
IP
Tabla 3.4. Clasificación del perfil de meteorización desde el punto de vista ingeniero-geológico.
-
Colapsa
No colapsa
Colapsa
Colapsabilidad
Coladas de tierra
Tipología de
movimiento
Desprendimientos
de rocas
Vuelcos
Deslizamientos
traslacionales, en
cuña,
circulares
(con agrietamiento
intenso)
y
combinados
Movimientos de Corrientes
de
masas de manera derrubios
desorganizada
Mecanismos
relacionados con
caída libre de la
roca
Deslizamientos
a través de una
superficie
de
rotura definida
Deslizamientos
Deslizamientos
rotacionales
a través de una
superficie
de
Traslacionales, en
rotura definida
cuña y combinados
Deslizamientos
Deslizamientos
rotacionales
a través de una
superficie
de
Traslacionales, en
rotura definida
cuña y combinados
Mecanismos
Vuelcos
relacionados con
caída libre de la
roca
Movimientos de
masa de manera
desorganizada
Mecanismo de
rotura
�Grietas paralelas la
borde del talud
2
Relieve positivo
típico de los
flujos de tierra
tierra en corteza laterítica. Desarrollo de cárcavas por la acción de las aguas superficiales.
de discontinuidades paralelas al talud a través de las cuales se infiltran la aguas superficiales y provocan el movimiento. Foto 2. Parte del cuerpo de una colada de
Fotos 1 y 2. Desarrollo de movimientos de masa en el yacimiento Punta Gorda. Foto 1. Condiciones para el desarrollo de vuelcos en corteza laterítica. Presencia
1
�Dirección del
movimiento de
la colada de
tierra
4
Fragmentos de
serpentinita movidos
por corrientes de
derrubios
Foto 4. Fragmentos de rocas removidos por corrientes de derrubio desarrolladas en laderas del yacimiento.
Fotos 3 y 4. Desarrollo de movimientos de masas en el yacimiento Punta Gorda. Foto 3. Colada de tierra en corteza laterítica en zona con pendiente moderada.
3
�Figura 3.1. Plano de grupos lito-estructurales del yacimiento Punta Gorda (Escala original 1:2 000).
�Figura 3.2. Superposición del plano de grupos lito-estructurales y el inventario de deslizamientos del yacimiento Punta Gorda (Escala original 1:2 000).
�Figura 3.3. Plano de diagramas de planos principales del agrietamiento en el yacimiento Punta Gorda (Escala original 1:2 000).
�Figura 3.4. Plano de diagramas de planos principales de las fallas cartografiadas en el substrato rocoso del yacimiento Punta Gorda (Escala original 1:2 000).
�Figura 3.5. Plano de distancia (buffer) a las fallas principales presentes en el yacimiento Punta Gorda (Escala original 1:2 000).
�Figura 3.6. Superposición del plano de buffer y el inventario de deslizamientos del yacimiento Punta Gorda (Escala original 1:2 000).
�Figura 3.7. Plano de planos principales de los diques de gabro presentes en el yacimiento Punta Gorda (Escala original 1:2 000).
�Figura 3.8. Plano de cuerpos de gabro presentes en el substrato rocoso del yacimiento Punta Gorda (Escala original 1:2 000).
�Figura 3.9. Plano de hidroisohipsas y dirección de flujos subterráneos en el yacimiento Punta Gorda. (Escala original 1:2 000).
�Figura 3.10. Plano de susceptibilidad del terreno al desarrollo de sifonamiento en el yacimiento Punta Gorda. (Escala original 1:2 000).
�Figura 3.11. Superposición del plano se susceptibilidad a sifonamiento y el inventario de movimientos del yacimiento Punta Gorda (Escala original 1:2 000).
�Figura 3.12. Plano de subpresiones de la corteza laterítica del yacimiento Punta Gorda (Escala original 1:2 000).
�Figura 3.13. Superposición del plano de subpresiones y el inventario de movimientos del yacimiento Punta Gorda (Escala original 1:2 000).
�Figura 3.14. Plano de pendiente umbral de deslizamientos del yacimiento Punta Gorda (Escala original 1:2 000).
�Figura 3.15. Superposición del plano de pendiente y el inventario de deslizamientos del yacimiento Punta Gorda (Escala original 1:2 000).
�Figura 3.16. Plano de tipo de suelo (SUCS) del yacimiento Punta Gorda (Escala original 1:2 000).
�Figura 3.17. Superposición del plano de tipo de suelo y el inventario de deslizamientos del yacimiento Punta Gorda (Escala original 1:2 000).
�Figura 3.18. Plano de uso actual del suelo del yacimiento Punta Gorda (Escala original 1:2 000).
�Figura 3.19. Superposición del plano de uso de suelo y el inventario de deslizamientos del yacimiento Punta Gorda (Escala original 1:2 000).
�Figura 3.20. Plano de susceptibilidad a la rotura de las condiciones lito-estructurales en el yacimiento Punta Gorda. (Escala original 1:2 000. Formato raster,
tamaño de píxel: 5x5 m).
�Figura 3.21. Plano de susceptibilidad a la rotura por las condiciones tectónicas en el yacimiento Punta Gorda. (Escala original 1:2 000. Formato raster, tamaño de
píxel: 5x5 m).
�Figura 3.22. Plano de susceptibilidad a la rotura por las condiciones hidrogeológicas en el yacimiento Punta Gorda. (Escala original 1:2 000. Formato raster,
Tamaño de píxel: 5x5 m).
�Figura 3.23. Plano de susceptibilidad a la rotura debido a la pendiente umbral de deslizamiento en el yacimiento Punta Gorda. (Escala original 1:2 000. Formato
raster, tamaño de píxel: 5x5 m).
�Figura 3.24. Plano de susceptibilidad a la rotura debido al tipo de suelo geotécnico en el yacimiento Punta Gorda. (Escala original 1:2 000. Formato raster,
tamaño de píxel: 5x5 m).
�Figura 3.25. Plano de susceptibilidad a la rotura debido al uso de suelo en el yacimiento Punta Gorda. (Escala original 1:2 000. Formato raster, tamaño de píxel:
5x5 m).
�
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Evaluación de la susceptibilidad del terreno a la rotura por desarrollo de deslizamientos en el yacimiento Punta Gorda
Creator
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Yuri Almaguer Carmenates
Publisher
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Editorial Digital Universitaria de Moa
Date
A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource
2005
Type
The nature or genre of the resource
Tesis doctoral
-
https://repoedum.ismm.edu.cu/files/original/5b452ea4dccedcbc01f98023b85e0a49.pdf
218cf1cf2a577b9b2222d38af90b391e
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TESIS
EVALUACIÓN DE LOS DESLIZAMIENTOS DE LOS
CERROS LEONARDI Y ALEMÁN DE LA
FORMACION EL MILAGRO, SECTOR VALLE FRÍO,
PARROQUIA SANTA LUCÍA. MARACAIBO
Ysabel Sanguino Femayor
�Página legal
Título de la obra: Evaluación de los deslizamientos de los cerros Leonardi y Alemán de
la formación El milagro, sector Valle frío, parroquia Santa Lucía. Maracaibo, 67 pp.
Editorial Digital Universitaria de Moa, año.2015 -- ISBN:
1. Autor: Ysabel Sanguino Femayor
2. Institución: Instituto Superior Minero Metalúrgico ¨ Dr. Antonio Núñez
Jiménez¨
Edición: Lic. Liliana Rojas Hidalgo
Corrección: Lic. Liliana Rojas Hidalgo
Digitalización. Miguel Ángel Barrera Fernández
Institución de los autores: ISMM ¨ Dr. Antonio Núñez Jiménez¨
Editorial Digital Universitaria de Moa, año 2015
La Editorial Digital Universitaria de Moa publica bajo licencia Creative Commons de
tipo Reconocimiento No Comercial Sin Obra Derivada, se permite su copia y
distribución por cualquier medio siempre que mantenga el reconocimiento de sus
autores, no haga uso comercial de las obras y no realice ninguna modificación de ellas.
La licencia completa puede consultarse en:
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/ar/legalcode
Editorial Digital Universitaria
Instituto Superior Minero Metalúrgico
Ave Calixto García Iñeguez # 75, Rpto Caribe Moa 83329, Holguín Cuba
e-mail: edum@ismm.edu.cu
Sitio Web: http://www.ismm.edu.cu/edum
�Instituto Superior Minero Metalúrgico
“Dr. Antonio Núñez Jiménez”
Facultad de Geología y Minería
Departamento de Geología
EVALUACIÓN DE LOS DESLIZAMIENTOS DE LOS CERROS LEONARDI
Y ALEMÁN DE LA FORMACION EL MILAGRO, SECTOR VALLE FRÍO,
PARROQUIA SANTA LUCÍA. MARACAIBO.
Tesis para optar al título académico de Máster en Geología
Autora: Geol. Ysabel Sanguino Femayor
Mayo, 2015
�Instituto Superior Minero Metalúrgico
“Dr. Antonio Núñez Jiménez”
Facultad de Geología y Minería
Departamento de Geología
EVALUACIÓN DE LOS DESLIZAMIENTOS EN LOS CERROS LEONARDI
Y ALEMÁN DE LA FORMACIÓN EL MILAGRO, SECTOR VALLE FRÍO,
PARROQUIA SANTA LUCÍA. MARACAIBO.
Tesis para optar al título académico de Máster en Geología
.
Autora: Geol. Ysabel Sanguino Femayor
Tutor: DrC. Rafael Guardado Lacaba
Mayo, 2015
�ÍNDICE
Pág
INTRODUCCIÓN………………………………………………………………
1
CAPITULO I. Características de las condiciones ingeniero geológicas
de la región del cerro Leonardi y cerro Alemán……………………………..
7
1.1. Estado del arte…………………………………………………………
7
1.2. Ubicación………………………………………………………………
11
1.3 Condiciones del relieve e hidrografía de la región…………………
12
1.3.1 HidrografÍa………………………………………………………
14
1.3 2 Condiciones climáticas…………………………………………
14
1.4 . Vegetacion…………………………………………………………..
16
1.5 Geología…………………………………………………………………
18
1.6. Litología…………………………………………………………………
19
1.7. Condiciones ingeniero geologicas de los suelos de la región……
21
1.8 procesos y fenomenos geológicos de la región……………………
23
1.8.1 Lluvias……………………………………………………………
23
1.8.2 Sismisidad………………………………………………………
24
CAPITULO II Procedimiento ingeniero geológico para el estudio de los
deslizamientos en los cerros Leonardi y Alemán de la parroquia santa
28
Lucía, aracaibo…………………………………………………………………
2.1 Introducción…………………………………………………………..
28
2.2 Estudio básico, revisión y análisis de información temática
Existente………………………………………………………………..
2.2.1 Información de testigos presenciales…………………………
28
29
VII
�ÍNDICE
Continuación…
Pág.
2.2.2. Análisis de productos de sensores remotos………………………
29
2.2.3 Análisisdel terreno y cartografia preliminar…………………………
29
2.2.4 Inventario de movimientos en masas……………………………….
30
2.3. Investigaciones préliminares del subsuelo…………………………
30
2.3.1 Reconocimiento …………………………………………………….
30
2.3.2 Investigación del subsuelo………………………………………….
31
2.3.3 Geofísica…………………………………………………….…………
31
2.3.4 Instrumentación……………………………………………………….
32
2.3.5 Análisis…………………………………………………………………
32
2.3.6 Informes……………………………………………………..…………
32
2.4.Caracterización
geomecánica
donde
se
desarrollan
los
deslizamientos……………………………………………………………….
33
2.5 Factor de seguridad…………………………………………………..
Capitulo
III
EVALIACIÓN
INGNIERO
GEOLÓGICO
DE
36
LA
OCURRENCIA DE LOS DESLIZAMIENTOS EN EL SECTOR VALLE
FRÍO, PARROQUIA SANTA LUCIA. MARACAIBO.
3.1 Introducción………………………………………………………………
3.2 Tipos de deslizamientos……………………………………………….
3.3 Evaluación geotécnica…………………………………………………
3.3.1 Recopilación y evaluación de la informacion existente………….
3.3.2 Reconocminto en campo…………………………………………….
3.3.3 Toma de muestras……………………………………………………
39
39
39
42
43
43
44
VIII
�3.4. Actividades geotécnicas realizadas en el área de estudio……….
46
3.5 Evaluación de los deslizamientos en el territorio……………………
53
3.5.1 El agua como elemento disparador de los deslizamientos en el
territorio………………………………………………………………….
3.5.2 Sismisidad como elemento disparador de los deslizamiento
53
en
la zona…………………………………………………………………
54
CONCLUSIONES………………………………………………………………..
61
RECOMENDACIONES…………………………………….……………………
62
BIBLIOGRAFÍA…………………………………………………………….…….
63
ANEXOS…………………………………………………………………………..
67
IX
�ÍNDICE DE FIGURAS
Pág.
FIGURA 1.1 Ubicación geográfica del municipio Maracaibo…………….
11
FIGURA 1.2 Ubicación geográfica de la parroquia Santa Lucía…………
12
FIGURA 1.3 Ubicación geográfica del área de estudio.………………….
13
FIGURA 1.4 Refuerzo de superficie de rotura por las raíces……….......
18
FIGURA 1.5 Mapa geológico regional………………………………………
19
FIGURA 1.6 Mapa geológico estructural……………………………...
20
FIGURA 1.7 Eventos sísmicos de 2010………………………..………
26
FIGURA 1.8 Eventos sísmicos de 2011………………………………..
27
FIGURA 2.1 Procedimiento general, estudio de deslizamiento…………
30
FIGURA 3.1 Caída de rocas.………………………………………..….
40
FIGURA 3.2 Deslizamiento por estratificación……………………….
41
FIGURA 3.3 Deslizamiento en cuña…………………………………..
41
FIGURA 3.4 Esquema de flujos…………………………………………
42
FIGURA 3.5 Registro de los resultados de los análisis
44
FIGURA 3.6 Diagrama de concentración
48
FIGURA 3.7 Proyecciones estereográficas
52
FIGURA 3.8 Visión tridimensional de la variación del espesor de
relleno
55
FIGURA 3.9 Biomantas…………………………………………………..
58
FIGURA 3.10 Gunitado…………………………………………………
59
X
�ÍNDICE DE TABLAS
Pág.
Tabla 1.1. Componentes de las planta y sus funciones……………….
16
Tabla 1.2 Valores de la resistividad unitaria de las muestras.
22
Tabla 1.3 Resultados de los límites de consistencia.………………….
22
Tabla 1.4 Sismos registrados en Agosto de 2005………................
25
Tabla 2.1 Calidad del macizo………………………………………….
33
Tabla 2.2 Identificación del grado de meteorización…………………...
35
Tabla 2.3 Clasificación en base a la resistencia de la roca…………
36
Tabla 2.4 Condiciones de estabilidad cinemática……………………..
37
Tabla 2.5 Rango de seguridad…………………………………………..
37
Tabla 2.6 Rango de factor de seguridad (colores estándar)…………….
38
Tabla3.1 Tipos de deslizamientos………………………………………….
39
Tabla 3.2 Clasificación basada en SUCS………………………………….
45
Tabla 3.3 Humedad natural…………………………………………………
45
Tabla 3.4 Ensayos granulométricos………………………………………
47
Tabla 3.5 Datos de Jv. Y su RQD………………………………………..
50
Tabla 3.6 Posibilidad de deslizamientos…………………………………
54
XI
�ÍNDICE DE ANEXOS
Pág.
Anexo 1.1 Temperatura promedio de Maracaibo………………….
69
Anexo 1.2. Análisis de muestras………………………………..……..
70
Anexo 1.3. Análisis climático y sísmico…………………………..
71
Anexo 2.1. Mapa de estabilidad cinematica……………………….
72
Anexo 3.1. Curvas granulométricas de las muestras……….……..
73
Anexo 3.2. Ensayos granulométricos……….……………………….
74
Anexo 3.3. Mapa topografico del área de estudio…………………
75
Anexo 3.4. Bloque diagramático del área de estudio…………….
76
Anexo 3.5. Mapa geologico del área…………………………………
77
Anexo 3.6. Mapa Geomorfológico…………..……………………….
78
XII
�INTRODUCCIÓN
El crecimiento incontrolado de las ciudades del país de mayor índice de
expansión, hacia los espacios abiertos periurbanos se acompaña, desde
hace algunos años, de un número creciente de accidentes o vicios
geotécnicos. Ellos, vienen causando daños de consideración en las
viviendas e infraestructuras de servicios, y son responsables incluso, de
numerosas pérdidas de vidas humanas, tal como lo señala Pérez (2001 a). A
menudo, estas desgracias son ocasionadas por vicios imprevistos del
subsuelo, e inherentes a la naturaleza geológica de los sitios urbanizados.
Pero ocurre también, que los daños se deben al desmejoramiento de la
estabilidad de los terrenos como consecuencia del impacto eco geológico de
las construcciones y de las modificaciones de la topografía por parte de los
urbanismos no controlados.
En efecto, el crecimiento demográfico que ha experimentado la población
venezolana en las últimas décadas y su concentración en los principales
centros urbanos, es evidente. Tan solo entre los años 1950 y 2001, el
volumen de población se incrementó 4,6 veces al pasar de 5 a 23,3 millones
de habitantes y como consecuencia, el país experimentó un acelerado
proceso de urbanización. Dentro de este acelerado proceso de crecimiento
poblacional se destacan extensos barrios que rodean las principales
ciudades del país, generalmente en espacios que no fueron contemplados
en los planes de ordenamiento territorial, ni en áreas de expansión urbana
de las ciudades como aptos para establecer urbanizaciones, lo que genera
transformaciones antropogénicas negativas en el espacio.
Los deslizamientos son uno de los procesos geológicos más destructivos,
que causan miles de muertes y daño en las propiedades por valor de
decenas de billones de dólares cada año (Brabb, 1989); sin embargo, muy
pocas personas son conscientes de su importancia. El 90% de las pérdidas
por deslizamientos son evitables si el problema se identifica con anterioridad
y se toman medidas de prevención o control (Montiel, 2009).
Los diferentes deslizamientos que han ocurridos a nivel nacional han puesto
de manifiesto en los últimos años la necesidad de enfrentar estos problemas
1
�desde un enfoque más integral. La falta de planes de ordenamiento territorial
genera transformaciones antropogénicas negativas. La acción antrópica es
la principal culpable, debido a que interviene de manera descontrolada en
los procesos naturales, como la ubicación de población en los cauces de los
ríos, en las bases o cimas de los cerros, la modificación de la topografía del
terreno y el hacinamiento, entre otros, estas situaciones aceleran la
inestabilidad del terreno y originan daños irreparables a la comunidad.
En este sentido, en el área de estudio, la población se ha asentado en una
zona que es propensa a ser afectadas por procesos de deslizamientos
provocados por lluvias y ante la proximidad de estos fenómenos
climatológicos, se ve la necesidad de realizar un estudio y llevar a cabo
acciones rápidas y eficientes, para minimizar, en la medida de lo posible, los
daños materiales y la pérdida de vidas humanas que pueda producirse con
nuevos deslizamientos.
Debido a las lluvias acaecidas en Maracaibo durante los periodos de invierno
de 2005 se puso en evidencia la vulnerabilidad del territorio ante este
fenómeno natural. Los principales problemas que generaron las lluvias
estaban relacionados con los deslizamientos. Varios de ellos ocurridos en el
sector Valle Frio, donde se deslizo parte del talud afectando varias viviendas
y poniendo en peligro las personas que allí habitan.
La situación planteada, causa alarma en la población urbana desprevenida
contra los efectos destructivos de fenómenos tradicionalmente localizados
en el campo, pero de incidencia socioeconómica comparativamente más
grave en la ciudad, debido al nivel de concentración de la población es
espacios muy reducidos. La magnitud de los problemas confrontados en
épocas de lluvia en diversos barrios y urbanizaciones de la ciudad de
Maracaibo, está conduciendo a una toma de conciencia cada vez más clara
por parte de la opinión pública, acerca de la responsabilidad que tienen los
patrones de urbanismo vigentes y la tecnología actual del acondicionamiento
geotécnico de los terrenos, en el deterioro de las condiciones de
habitabilidad y hasta en la inseguridad de las viviendas y servicios.
2
�Las laderas naturales, han sido alteradas debido a la actividad de la
población que vive en esa zona. La construcción de viviendas, la apertura de
zanjas para las aguas servidas y los cortes de laderas son algunas de las
acciones que los pobladores que habitan el sector valle Frio han llevado a
cabo. No se han tomado acciones de cara a prevenir la posible inestabilidad
de las zonas contiguas al deslizamiento especialmente de las zonas situadas
arriba de la cabecera y abajo al pie del talud, ni tampoco se han
implementado medidas de corrección en la zona donde se produjo el
deslizamiento y donde cedió la vivienda.
Ante la proximidad de fenómenos climatológicos similares y teniendo en
cuenta que estos taludes son muy susceptibles a deslizamientos provocados
por lluvia, se hace necesario la realización de este estudio.
Esta investigación está enfocada en evaluar
los deslizamientos de los
taludes de los cerros Leonardi y Alemán en el sector Valle Frío, se logra a
través del análisis de las condiciones ingeniero geologías: características
litológicas,
geotécnicas,
geomorfológicas,
estructura
geológicas,
geodinámicas y de otros factores los elementos causales y condicionales
que ocasionan la inestabilidad y los deslizamientos. En estos taludes
aparecen diversos tipos de desprendimientos lo que están condicionados por
las acciones ingeniero geológicas y de las condiciones antrópicas que
conduce a generar el problema del desconocimiento de las causales y
condicionales que provocan estos deslizamientos y su estabilización.
3
�El problema la investigación se centró en la evaluación de los deslizamientos
que tienen lugar en el sector Valle Frio de la Parroquia Santa Lucia.
Maracaibo.
Objetivo General
Evaluar la inestabilidad de los taludes de los cerros Leonardi y Alemán y de
los deslizamientos que han tenido lugar en el sector Valle Frío, parroquia
Santa Lucía, municipio Maracaibo, estado Zulia.
Objetivos Específicos
1. Analizar las condiciones ingeniero geologías del territorios y los
factores condicionantes y desencadenantes de los deslizamientos en
los taludes de los cerros Leonardi y Alemán de la formación El
Milagro.
2. Establecer un procedimiento metodológico de estudio de los
deslizamientos en los taludes de los cerros Leonardi y Alemán de la
formación El Milagro.
3. Evaluamos
los
elementos
ingeniero
geológicos
causales,
condiciónales y los elementos de inestabilidad de los deslizamiento en
los taludes de los cerros Leonardi y Alemán de la formación El
Milagro.
Hipótesis
Si logramos establecer los elementos cáusale, condicionales y disparadores
de los deslizamientos a través de las condiciones ingeniero geológicas
podemos determinar los elementos de estabilidad y solución de los
deslizamientos en los taludes de los cerros Leonardi y Alemán de la
formación El Milagro y que puede ser de gran utilidad para las tareas de
Ordenamiento Territorial y la reducción de los efectos de los Desastres
Naturales en la Parroquia Santa Lucia.
4
�Esta investigación pretende cubrir el estudio de los deslizamientos ocurrido
en los cerros Leonardi y Alemán y alcanzar en ellos su reducción y
estabilización. Para ello, se estudian y se determinan sus propiedades
geotécnicas del medio geologico y posteriormente, se establece un sistema
de medidas para su estabilizacion de los suelosy rocas asi como de su
comportamiento. De tal forma, que se pretendio obtener una información
fiable de la evolución del factor de seguridad en los taludes, a fin de poder
emitir recomendaciones sobre su estabilidad.
Por otra parte, esta investigacion genera una novedad científica, aportes
sociales, aportes científicos y aportes medioambientales, que se describen a
continuación:
Novedad Científica
El Diseño de un procedimiento para la estabilizacion de los taludes en
el area de estudio
La implementacion de técnicas estabilizadoras ante los posibles
deslizamientos y la aplicación de las tecnicas de ingenieras para el
control de los taludes
los métodos propuestos podrán aplicarse en otras áreas similares de
Venezuela que requieran estos estudios para la estabilización de los
taludes y en la toma de decisiones en el proceso del Ordenamiento
Territorial que se pueda realizar en el transcurso del tiempo por
alguna institución, sea ésta gubernamental o privada.
Aportes científicos
Caracterización de las condiciones ingeniero geologicas del medio
geologico y determinacion de los elementos causales, condicionales y
disparadores de los deslizamientos
5
�
Selección de técnicas de protección de taludes que garantizan su
estabilidad
Aportes sociales
Incremento de la calidad de vida de las comunidades y del entorno.
Mitigación de los deslizamientos de la comunidad y del entorno.
Definir la tecnología para la estabilizacion de los taludes
Aportes medioambientales
Eliminación de los impactos geoambientales de la región.
Integración paisajística del entorno.
Recuperación gradual y la estabilidad de los taludes
6
�CAPITULO I. CARACTERIZACIÓN DE LAS CONDICIONES INGENIERO
GEOLÓGICAS DE LA REGIÓN DE LOS CERROS LEONARDI Y ALEMÁN
DE LA FORMACIÓN EL MILAGRO, PARROQUIA SANTA LUCÍA.
Introducción
El presente capítulo constituye la base conceptual del tópico de estudio Aquí
se precisa la información necesaria que luego se traslada al escenario de la
problemática asociada a los deslizamientos para su posterior evaluación
1.1 Estado del arte
El termino deslizamientos
en masa incluye todos aquellos movimientos
ladera abajo de una masa de roca, de detritos o de tierras por efectos de la
gravedad (Cruden, 1991). Algunos movimientos en masa, como la reptación
de suelos, son lentos, a veces imperceptibles y difusos, en tanto que otros,
como algunos deslizamientos pueden desarrollar velocidades altas y pueden
definirse con límites claros, determinados por superficies de rotura (Crozier,
1999a, en Glade y Crozier, 2005).
Es de gran utilidad para la comunicación de ideas en torno a los
movimientos en masa, en cualquier lenguaje, la definición formal que
describa los aspectos únicos que caracterizan a cada tipo de movimiento y
que pueda emplearse para diferenciarlo de los otros. En esta sección se
incluyen definiciones de esa clase.
En la literatura científica se encuentran muchas clasificaciones de
movimientos en masa; la mayoría de ellas se basan en el tipo de materiales,
los mecanismos de movimiento, el grado de deformación del material y el
grado de saturación Las clasificaciones de movimientos en masa de Varnes
(1958, 1978) y Hutchinson (1968, 1988) son, hoy en día, los sistemas más
ampliamente aceptados en el mundo de habla inglesa e hispana. Varnes
(1958 y 1978) emplea como criterio principal en la clasificación, el tipo de
movimiento y en segundo lugar, el tipo de material. Así, divide los
deslizamientos
en
cinco
tipos:
caídas,
vuelcos,
deslizamientos,
propagaciones y flujos. Además, divide los materiales en dos clases: rocas y
suelos, estos últimos subdivididos en detritos y tierra. De esta manera,
7
�presenta definiciones para varias posibles combinaciones de tipo de
movimiento y material.
Es común encontrar en la literatura terminología que no es consistente y
definiciones ambiguas para los distintos tipos de movimientos en masa.
Como un ejemplo de la ambigüedad resultante de usar el tipo de movimiento
como atributo de clasificación, Hungr et al., (2001) mencionan los flujos de
tierra en la clasificación de Varnes los cuales son conocidos como
deslizamientos de lodo en la clasificación de Hutchinson. Numerosas
observaciones de campo han demostrado que tales movimientos en masa
se mueven predominantemente por deslizamiento a lo largo de superficies
de corte discretas, y no por flujo (Hutchinson, 1970; Brunsden, 1984).
Cruden y Varnes (1996) propusieron modificaciones a la clasificación de
Varnes (1978) que introducen un marco taxonómico multidimensional. No
obstante, ciertos términos básicos definidos en clasificaciones previas y sus
equivalentes en otros idiomas se han arraigado en el vocabulario, tanto de
especialistas, como del público y por lo tanto es difícil que aquellos
desaparezcan (Hungr et al., 2001). Cruden y Varnes (1996) asignan
términos específicos a cada fase de movimiento, sin embargo, dado que la
mayoría de los movimientos en masa son más o menos complejos y
presentan varias fases, sistemas como éste conducen a nombres largos y
complicados. Un ejemplo del uso de la clasificación de Cruden y Varnes
(1996) sería “vuelco de rocas y deslizamiento de roca complejo” empleado
para designar a un movimiento denominado por otros autores, vuelcos en
bisagra (chevron). Para efectos de comunicación es más apropiado asignar
términos cortos y simples a cada evento. Hungr et al. (2001) presentan un
ejemplo de este tipo de clasificación simple, aplicada a los movimientos en
masa particularmente del tipo flujo.
Es importante tener en cuenta que en la práctica es difícil asignar un
movimiento en masa a una clase en particular, debido a que la mayoría de
los
procesos
son
bastante
complejos
y
presentan
diferentes
comportamientos a lo largo de su trayectoria, debido a las propiedades de
los materiales involucrados, mencionadas antes. Además hay factores
externos que influyen en el tipo de movimiento, por ejemplo, mientras que
8
�una determinada ladera pudiera fallar como deslizamiento traslacional en
condiciones de humedad moderada, el mismo deslizamiento se puede
transformar en una avalancha o un flujo de detritos en condiciones de mayor
humedad, aumentando la longitud de su recorrido (Crozier y Glade, 2005).
En Evans y Hungr (1993) se pueden consultar ejemplos de caída de roca
fragmentada. Los acantilados de roca son usualmente la fuente de caídas de
roca, sin embargo también puede presentarse el desprendimiento de
bloques de laderas en suelo de pendiente alta.
En un macizo rocoso, los mecanismos de falla ocurren cuando una
discontinuidad geológica tiene una dirección aproximadamente paralela a la
de la cara del talud y buza hacia esta con un ángulo mayor que el ángulo de
fricción (Hoek y Bray, 1981). En los casos en que la traslación se realiza a
través de un solo plano se denomina deslizamiento planar (Hoek y Bray,
1981). Ambos autores desarrollaron la teoría Geomecánica de hoy.
Durante las últimas décadas se han implementado numerosas estrategias
para la gestión de riesgos por deslizamientos. La experiencia obtenida en
muchos países estimula el uso de mapas de zonificación de amenaza y
riesgo para el ordenamiento territorial y la gestión de emergencias (Cascini
et al., 2005).
En la presente investigación en la selección de metodologías en el estudio y
mapeo de los peligros por deslizamiento se trata de presentar una guía
metodológica detallada para el estudio de los deslizamientos en el territorio
del sector Valle Frio. Así, al tratar de satisfacer la necesidad tanto de análisis
cada vez más cuantitativos, como de mapas que permitan comparaciones
con otros mapas de deslizamientos, o el análisis de criterios de riesgo
tolerable la autora estudio las publicación del JTC-1 (Comité Técnico
Conjunto de las asociaciones ISSMGE, ISRM y IAEG), Guía para la
zonificación de amenazas, susceptibilidad y riesgo para planificación del uso
del suelo, como bibliografía que incluye elementos útiles, como por ejemplo,
propuestas de clases para niveles de amenazas y riesgo, además,
sugerencias de leyendas para clases.
9
�Los primeros trabajos en el uso espacial de la información en el contexto
digital para la cartografía de la susceptibilidad por deslizamientos aparecen
en los años 70.Entre los primeros se destacan Carrara (1977) en Italia y
Brabb (1978) en California. Se han hecho esfuerzos por estandarizar a
través de una nomenclatura para la valoración de los deslizamientos (IAEGComisión de deslizamientos, 1990; UNESCO-WP/WLI, 1993);(IUGS-Grupo
de trabajo de los deslizamientos, 1995), Cruden, 1996, realizan una trabajo
para obtener el tamaño del deslizamiento y
las medidas para mitigar y
disminuir la acción de los deslizamientos.
En los trabajos presentados por Crude (1996) aparecen los factores y
mecanismos de fallas de los diferentes tipos de deslizamientos que tienen
lugar en el medio geológico. Estos autores incluyen además los elementos
de geomorfometría, geología, tipo de suelo e hidrología. (Soeters, 1996), en
su trabajo exponen los resultados de la cartografía por deslizamientos
basada en el análisis de imagen en los laboratorios y los sensores remotos
aplicando métodos geomorfológicos y el análisis de suelos en laderas.
(Ibsen, 1996); Lang, et al., (1999); Glade, (2001), en este orden de aparición
se destacan los trabajos de la cartografía según un inventario de
deslizamientos (diagnóstico por deslizamientos de un área).
Van Westen, (2004-2005) ofrece una tabla donde se toma en consideración
cuatro grupos para la evaluación de la susceptibilidad y
la peligrosidad
(Glade, 2005) publican un artículo tomando los diferentes factores que
inciden en los tipos y mecanismos por deslizamientos y analizan su
incidencia con los elementos meteorológicos y los efectos hidrológicos
según los diferentes meses del año y propone un análisis geodinámica en un
periodo de 10 años. Schuster y Kockelman (1996) proponen una serie de
principios
y
metodologías
para
la
reducción
de
peligrosidad
por
deslizamiento, utilizando sistemas de prevención, los cuales requieren de
políticas del Estado, la colaboración y toma de conciencia por parte de las
comunidades.
Almaguer, Y.,
en el 2005, en su tesis doctoral “Evaluación
de
la
Susceptibilidad del Terreno a la Rotura por Desarrollo de Deslizamientos
en el Yacimiento Punta Gorda”, evalúa los niveles de susceptibilidad del
10
�terreno a la rotura por desarrollo de deslizamientos en este yacimiento lo que
le permite establecer criterios de estabilidad de taludes y laderas. Estos
sirven de base para futuras evaluaciones de riesgos para prevenir o mitigar
los daños derivados de estos fenómenos. Emplea una metodología que
parte de la confección del mapa inventario de deslizamientos.
1.2 Ubicación
La presente investigación fue desarrollada en el sector Valle Frío, parroquia
Santa Lucía, municipio Maracaibo, estado Zulia y abarca una superficie de
16,18 hectáreas (161.897,44 mts2). El municipio Maracaibo se encuentra
ubicado en la parte occidental del estrecho del Lago de Maracaibo. Limita al
norte, con el municipio Mara; al sur, con el municipio San Francisco; al este,
con el lago de Maracaibo y al oeste, con el municipio Jesús Enrique
Lossada. (Figura1.1).
Figura 1.1.
Ubicación geográfica del municipio Maracaibo Fuente:
Autor (2015)
Abarca una superficie de 419 km2, lo que representa el 0,78% de la
superficie total del estado Zulia. Tiene como capital la ciudad de Maracaibo,
centro político – administrativo de la región zuliana. Políticamente se
encuentra dividido en dieciocho (18) parroquia. La parroquia Santa Lucía, es
una parroquia del municipio Maracaibo, toma su nombre de la parroquia
Santa Lucía perteneciente a la Arquidiócesis de Maracaibo, dedicada a la
devoción a Santa Lucía. El barrio Santa Lucía contenido en la parroquia es
conocido popularmente como “El Empedrao” por sus calles de piedra siendo
uno de los sectores fundadores de la ciudad de Maracaibo e ícono cultural
del estado Zulia (Figura 1.2).
11
�Figura 1.2. Ubicación geográfica de la parroquia Santa Lucía. Fuente:
www.Wikipedia.org.
La parroquia Santa Lucía tiene una población estimada de 42.601 habitantes
(2008), una superficie de 5,9 km² y una densidad de población de 7.220,51
habitantes por km². Se encuentra entre las parroquias Olegario Villalobos al
norte (calle 77 ó Av. 5 de julio), el lago de Maracaibo al este, y la parroquia
Bolívar al sur y oeste (calles 93, 88 y 85) y (Av. 9B, 8 y 4).
Figura 1.3. Ubicación geográfica del área de estudio. Fuente: Alcaldía
de Maracaibo, modificada por la autora (2015)
12
�1.3 Condiciones del relieve e hidrografía de la región.
El relieve se presenta de acuerdo al Instituto Nacional de Estadística (INE)
(s/f), en el Estado Zulia se pueden diferenciar cuatro grandes paisajes
topográficos. En la parte occidental, en la frontera con la República de
Colombia, se encuentra la Sierra de Perijá, cuya divisoria de aguas sirve de
límite con Colombia. La sierra se divide en tres secciones: la Serranía de
Motilones (continuación de los andes colombianos); al sur la Serranía de
Valledupar y los Montes de Oca, al norte. En la costa oriental se encuentra la
Sierra del Empalado o de Ciruma, reserva hidráulica de esa costa.
La plataforma continental y el lago de Maracaibo (cuerpo de agua dulce más
extenso de América Latina) conforman 3,5% del total del golfo de Venezuela.
Las llanuras costeras de la Guajira Venezolana poseen valles fluvio-marinos,
rellenos lacustrinos, paisajes del litoral marino y llanuras eólicas. La
altiplanicie Maracaibo-Machiques posee paisajes de relieve plano y
ondulado, planicies de denudación y ex playamiento, colinas, lomas pie de
montinas de la sierra de Perijá y montañas bajas. La sierra de Perijá está
formada por serranías de relieve accidentado, con alturas máximas de 3750
m.s.n.m. La depresión aluvial reciente del lago de Maracaibo está ocupada
por el lago y por extensas planicies aluviales, de ex playamiento,
desbordamiento y cenagosas.
El relieve de la región está definido por dos conjuntos montañosos, de fuerte
expresión topográfica los cuales enmarcan internamente la extensa
depresión estructural del Zulia. Esta depresión o fosa de hundimiento
tectónico ha evolucionado geomórficamente y en ella se han modelado los
amplios paisajes de llanuras que bordean al lago, el cual ocupa la parte
central de la depresión. El relieve es relativamente plano, presentándose
algunas colinas bajas al oeste cerca de la Av. 4 (Bella Vista) de no más de
40 m y acantilados en la Av. El Milagro que no superan los 20 m, este relieve
da lugar a numerosas cañadas que desembocan en el Lago de Maracaibo.
13
�1.3.1 Hidrografía
La mayor expansión del estado es el lago de Maracaibo, con 12870 km 2 y
unos 550 km de costa. Es el núcleo colector de todos los ríos de la zona. Los
ríos provienen de tres divisorias de aguas; los de la costa occidental se
originan en la sierra de Perijá. Las sub-cuencas más importantes son las de
los ríos Guasare, Socuy, Cachirí, la del río Santa Ana y la del río Catatumbo.
Al sur del estado, a través de las llanuras aluviales, desembocan los ríos que
nacen en la cordillera andina, los cuales aportan una considerable carga
sedimentaria que enriquece los suelos. La hidrografía del área está
representada por las corrientes y flujos hídricos desarrollados en la región, la
cañada Macuto drena las aguas de Santa Lucía y desemboca en el lago de
Maracaibo. La cañada Macuto va cambiando de nombre según sea el sector
por donde surca; por el cerro Leonardi la toma el nombre de Santa Clara
hasta que llega a la avenida Unión o calle 84 (Av. Dr. Leonardi). Este brazo
de la cañada continúa atravesando la prolongación de la carretera Unión y
se dirige hacia la avenida 2D o calle Santo Tomás pasando por el puente del
Atracadero por su lado oeste.
1.3.2 Condiciones climáticas
El clima del estado Zulia está dominado por las altas temperaturas durante
todo el año e influenciado por la presencia del lago y las cordilleras de los
Andes al sur y de Perijá al oeste. Cerca del 80% del territorio tiene un
régimen térmico elevado, mientras que el 20% restante está sujeto a
variaciones derivadas de las diferencias de altitud. En el norte el clima es
semiárido. El balance hídrico es negativo, con una evaporación que supera
ampliamente a la precipitación. Las lluvias presentan gran variación espacial
y temporal y disminuye progresivamente hacia el norte, hasta el clima
semiárido de Maracaibo, con menos de 600 mm/año,
concentrados
principalmente entre noviembre y marzo, producto de los frentes fríos y el
clima árido de la península de Paraguaná (< 200 mm/año).
Cabe destacar, que sobre las riberas del lago domina el clima de sabana,
caracterizado por temperaturas que pueden superar los 35 °C. La sequía
normalmente abarca desde noviembre hasta abril. La sierra de Perijá cuenta
con un clima tropical lluvioso con una estación seca de 2-3 meses, en la cual
14
�la precipitación desciende los 60 mm. El clima tropical lluvioso de selva
representa las mayores precipitaciones en el estado. La temperatura media
varía de 27,8º C en la costa del lago a 24º C hacia los piedemontes de Perijá
y los Andes. Las temperaturas máximas medias varían de 32º C a 22º C y
las mínimas medias de 22º C a 12º C. La humedad relativa media es muy
alta tanto en las cercanías del lago como en los piedemontes (de 85% a
90%), mientras que en la zona costera del golfo de Venezuela varía de 75%
a 80%. Las altas temperaturas en la región zuliana están asociadas con la
sequía; al no haber agua hay mayor evaporación y mayor radiación;
originando un déficit de precipitaciones. No existe un cambio de clima ya que
las condiciones climáticas no han cambiado, lo que existe es una variabilidad
climática (Anexo 1.1).
Análisis climático regional y local
En el análisis realizado se observó que para un periodo comprendido entre
los años 2000 y 2013, las precipitaciones presentan gran variación espacial
y temporal, en general el régimen es bimodal, las mayores precipitaciones
ocurren a entre los meses de abril y noviembre, los valores más altos
promediaron 61,52 mm al mes; a partir de septiembre se registra los
mayores valores de humedad, promediando 75,16%. Los mayores valores
de temperatura se registraron a mediados de año, entre los meses de junio y
septiembre, con 29,93º C de temperatura promedio.
Las precipitaciones en la ciudad de Maracaibo se caracterizan por la
irregularidad en su distribución anual, aunada a la disminución progresiva de
las áreas de infiltración como consecuencia de la intensa urbanización de la
ciudad. Las características de la litología en la ciudad y la topografía de la
zona de estudio, favorecen la erosión laminar y la formación de cárcavas en
los taludes, aumentando la inestabilidad de los mismos. Por otro lado, la
evaporación anual alcanza los 2000 mm/año, proporcionando un déficit de
1556,65 mm lo que justifica la sequía y el clima semiárido en la zona. Esto
conlleva a que la red hidrográfica del municipio sea bastante escasa y no
presenta cursos de agua considerables en la parroquia Santa Lucía.
Considerando las precipitaciones ocurridas en los años 2004, 2005, 2006,
2010 y 2011, donde se menciona la situación de alto riesgo en el área de
15
�estudio y zonas vecinas, se realizó un análisis climático para determinar la
relación existente entre las variables climáticas y sísmica (Anexo1.2).
1.4 Vegetación
La vegetación del estado Zulia es muy variada y está caracterizada por
presentar vegetación de bosque tropical muy seco. Entre la Alta Guajira y
Castilletes se observa un paisaje pedregoso con especies vegetales como
tunas, cardones y cujíes. El bosque húmedo tropical se observa hacia los
1000 m, en tanto que el bosque húmedo pre montano aparece hacia los
1500m y las especies más frecuentes son mijao, apamate, comoruco y
araguaney. En el área de mayor elevación del Zulia, con alturas de 2500 a
3000 m, se encuentran especies como guácimo, saisai y covalonga.
Para poder comprender del efecto de la vegetación sobre el suelo se
requiere conocer las características específicas de la vegetación en el
ambiente natural que se esté estudiando (Tabla 1.1). Entre los factores
importantes se encuentran el volumen y densidad de follaje, tamaño, ángulo
de inclinación y aspereza de las hojas, altura total de la cobertura vegetal,
presencia de varias capas diferentes de cobertura vegetal, tipo, forma,
profundidad, diámetro, densidad, cubrimiento y resistencia del sistema de
raíces.
Tabla 1.1 Componentes de las plantas y sus funciones
Parte de la planta
Función
Raíz
Anclaje, absorción, conducción
y acumulación de líquidos.
Tallo
Soporte,
conducción
y
producción de nuevos tejidos
Hojas
Fotosíntesis, transpiración
Fuente: Suárez (1998).
Las raíces cumplen una función muy importante de absorción. La retención
de agua en el follaje demora o modifica el ciclo hidrológico en el momento de
una lluvia, disminuyendo la rata de agua de escorrentía y su poder erosivo
16
�puede aumentar la rata de infiltración. Depende del tipo de vegetación, sus
características y la intensidad de la lluvia.
Los árboles de mayor volumen o densidad de follaje, demoran más el ciclo
hidrológico al retener por mayor tiempo las gotas de lluvia. En el caso de
lluvias muy intensas la retención de agua es mínima, pero en el caso de
lluvias moderadas a ligeras, la retención puede ser hasta de un 30%,
dependiendo de las características de la vegetación. Parte del agua retenida
es acumulada en el follaje para luego ser evaporada. La evapotranspiración
es un efecto combinado de evaporación y transpiración. Su efecto es una
disminución de la humedad en el suelo. Cada tipo de vegetación en un
determinado
tipo
de
suelo,
tiene
un
determinado
potencial
de
evapotranspiración y se obtiene una humedad de equilibrio dependiendo en
la disponibilidad de agua lluvia y nivel freático. La capacidad de una planta
para consumir humedad del suelo depende del tipo y tamaño de la especie,
clima, factores ambientales y características del suelo. En climas tropicales
los volúmenes de evapotranspiración son mayores que en zonas con
estaciones.
El efecto más importante de la vegetación es la protección contra la erosión
en todos los casos y con todo tipo de vegetación. La vegetación con mayor
densidad de follaje amortigua más eficientemente el golpe de la lluvia y
disminuye la erosión. En hierbas y pastos, la densidad y volumen del follaje
actúan como un colchón protector contra los efectos erosivos del agua de
escorrentía, se ha observado que donde hay árboles altos la erosión es
menor que en el caso de arbustos. Además, las hierbas o maleza protegen
mejor contra la erosión que los pastos. La mejor protección contra la erosión
y los deslizamientos, se obtiene estableciendo conjuntamente todos los
sistemas de vegetación, incluyendo los musgos y demás variedades. No hay
mejor evidencia que mirar la naturaleza y observar cómo se conserva y
protege ella misma.
Las raíces refuerzan la estructura del suelo y actúan como anclajes en las
discontinuidades uniendo materiales de los suelos inestables a mantos más
estables. (Figura 1.4).
17
�Figura 1.4. Refuerzo de superficie de rotura por las raíces de los
árboles. Fuente: Suárez (1998).
La profundidad de refuerzo de las raíces comúnmente es de 20 cm, pero
algunas especies tienen profundidades que permiten el anclaje a mantos de
roca relativamente profundos. Por ejemplo, se conoce de eucaliptus con
raíces hasta de 27 m y raíces de bosque tropical hasta de 30 m de
profundidad, pero la mayoría de los árboles tienen raíces de profundidad
hasta de 3 m, por lo que ésta es la profundidad hasta la que puede confiarse
un refuerzo con raíces. Las características físicas de las raíces determinan el
efecto de anclaje o refuerzo del suelo y la densidad del sistema radicular
mejora la retención de las partículas o masas de suelo, aumentando la
resistencia a la erosión.
1.5 Geología
El subsuelo de la parroquia Santa Lucía está conformado por la formación El
Milagro, de edad Pleistoceno, que toma su nombre de la Av. 2 (El Milagro)
que comienza en esta parroquia donde aflora en los riscos bajos que
bordean el lago de Maracaibo a lo largo del trazado de la avenida. Su
localidad tipo está en el barrio El Milagro de la ciudad de Maracaibo y en los
acantilados occidentales de la Av. El Milagro, a lo largo de la costa del lago.
El tope de la formación aflora o se encuentra cubierto por espesores
delgados de suelos "in situ" y aluviones recientes arrastrados por las
18
�principales cañadas del área, así como también por el escurrimiento laminar
o en sabana predominante en la altiplanicie de Maracaibo.
1.6 Litología
La formación consiste de arenas friables, finas a gruesas, muy micáceas, de
color
crema
a
pardo-rojizo,
limos
micáceos
de
color
gris
claro,
interestratificados con arcillas arenosas, rojas y pardo-amarillentas y lentes
lateríticos bien cementados. Hay dos capas de arcillas arenosas y limosas,
con abundantes fragmentos y troncos de madera silicificada. Las capas de
arcillas arenosas y limosas cubren horizontes caracterizados por abundantes
nódulos de hierro y formación laterítica, que fueron interpretados como
paleosuelos. El paleosuelo superior separa la gruesa unidad inferior de la
sección arenosa, característica de la Formación El Milagro. El paleosuelo
inferior está desarrollado sobre el centro del arco y separa la Formación El
Milagro de una unidad verdosa, posiblemente equivalente a la Formación
Onia (Figura1.5).
Figura 1. 5 Mapa geológico regional de la Formación El Milagro. Fuente:
Fuente: UCV (2006).
19
�La Formación El Milagro cubre el Arco de Maracaibo y se extiende hasta la
parte noreste del lago de Maracaibo. Se observa también en el subsuelo del
lago, y en el distrito Bolívar del estado Zulia. Su espesor varía de 0 a 33 m
en el centro del Arco de Maracaibo, y aumenta rápidamente hacia el sur,
alcanzando unos 150 m en el pozo Regional-1, a unos 10 km al suroeste de
Maracaibo. En el subsuelo se desconoce su espesor. En la provincia del
Arco de Maracaibo, la Formación El Milagro cubre estratos terciarios con
discordancia angular, y está cubierta por sedimentos cuaternarios más
jóvenes en forma discordante.
Respecto al paleo ambiente, estos sedimentos son de aguas dulces y llanas,
depositados a una distancia considerable del área fuente. Se considera que
el ambiente de sedimentación de la Formación El Milagro es fluvio-deltaico y
lacustino marginal. Existen autores que difieren afirmando que los
sedimentos de la formación son de carácter fluvial y paludal, depositados
sobre un amplio plano costanero y de poco relieve, y que estuvieron
expuestos a la meteorización y anegamiento por lo menos tres veces
durante el Cuaternario. Estas condiciones facilitaron la acción eólica y
algunas capas pueden representar dunas (González de Juana, et al., 1980).
El mapa geológico estructural
Levantado por el Ministerio de Energía y Minas en al año 1977 a escala
1:500.000 presenta la falla de la Ensenada, de dirección sur norte,
atravesando la ribera occidental del lago, pasando por la Concepción y
prolongándose hasta la parte sur del Bajo San Francisco; constituye una
falla de cabalgamiento, difícil de seguir en campo e interpretar en las fotos
aéreas debido al espeso cubrimiento de arenas que predominan en el sector
sur de Maracaibo. Al noroeste del Puente General Rafael Urdaneta,
específicamente donde la Circunvalación No.1cambia de dirección noroeste
a norte, en el barrio Bolivariano, parece manifestarse nuevamente, originado
un cambio de relieve de colinas disceptadas o una topografía ondulada y
plana correspondiente a los barrios: Sur América, El Silencio y Sierra
Maestra. Así mismo, origina un cambio en la pendiente de topografía plana,
a planos ligeramente inclinados hacia el Lago, en los alrededores del barrio
San Jacinto al norte del área de estudio (Figura 1.6).
20
�Figura 1.6 Estudio Geológico de Maracaibo y sus alrededores. Fuente
Ministerio de Energía y Minas 1977
1.7 Condiciones ingeniero geológicas de los suelos de la región.
Litologías presentes en el área de estudio
a) Arenisca arcillosa (Are-arc)
Corresponde a la litología principal observada, con espesores que van desde
60 cm a 6 m. En general, se presentan como cuerpos masivos de colores
amarillo ocre, gris claro a rojizo, de grano fino a muy fino, micáceos.
Conforman rocas incompetentes, moderadamente duras, densas, con
meteorización de moderada a alta y fracturada.
b) Arcilla arenosa (Arc-are)
Es la segunda litología predominante. Se presenta en capas de 25 cm a 5 m
de espesor y lentes masivos de color amarillo claro y blanco a gris claro de
grano muy fino, micáceas. Conforman rocas incompetentes, moderadamente
duras, densas y fracturadas, con una meteorización de moderada a alta.
c) Lateritas y nódulos (Lat/Nód)
Es la tercera litología presente en el área de estudio. Se presentan en capas
y lentes de color rojizo a amarillo oscuro, con espesores entre 20 cm y 2 m.
Presenta nódulos arcillosos y ferruginosos cuyo tamaño va desde 0,5 a 40
21
�cm. Es una roca dura, altamente alterada. Los cuerpos lateríticos se forman
por la descomposición de la roca y su lavado por corrientes de agua
ocasionales. Las lateritas no son propiamente derivadas directamente de las
rocas, sino que son el resultado del proceso físico químico que conlleva a la
remoción gradual de sílice y sales solubles. Este proceso ocurre cuando el
agua percola a través del suelo.
Tabla 1.2. Valores del peso unitario de las muestras
Límites de consistencia
Las muestras extraídas presentan características propias de arena fina mal
gradada con presencia de arcillas; considerando esta condición, sus
respuestas líquidas y plásticas se ensayaron con el método de Límites de
Consistencia. Los valores obtenidos se muestran en la Tabla 1.3
Tabla 1.3 Resultados de los ensayos para límites de consistencia
22
�Nivel freático
Durante la toma de muestras y cortes de pared en los sitios prospectados en
el área de estudio de los deslizamientos de material proveniente de los
taludes del cerro Leonardi y cerro Alemán a la profundidad máxima de 45
cm, no se detectó la presencia de nivel freático o aguas de filtración.
Equipos y herramientas utilizadas
Para el reconocimiento geológico, geomorfológico y geotécnico se utilizaron
herramientas como escalímetro, equipo GPS (Sistema de posicionamiento
global), altímetro, piquetas, brújulas de geólogos, libretas de campo, planillas
de recolección de datos geotécnicos, mapa (topográfico y geológico),
lápices, cinta adhesiva, marcadores, cinta métrica y lupa.
1.8 Procesos y fenómenos geológicos de la región.
1.8.1 Lluvias
En la región tienen lugar diversos procesos y fenómenos geológicos los
cuales están en función de la geodinámica del territorio.
Podemos
clasificarlos como:
Erosión continental. La erosión hídrica presente en el territorio reviste en
aquellos espacios geográficos sujetos a condiciones climáticas en donde
imperan abundantes y frecuentes lluvias de alta intensidad. El agente activo
de este tipo de erosión es el agua en forma de lluvia. Es ocasionada por
fuerzas hidráulicas que actúan sobre las partículas de suelo, produciendo su
desprendimiento y posterior transporte y depósito. El grado de la pendiente
regula la velocidad de circulación del agua sobre la superficie de forma casi
exclusiva. La longitud de la pendiente influye en la velocidad por las alturas
de agua acumuladas en la parte baja de las pendientes; tales alturas son
mayores cuanto más extensas son las vertientes en la parte superior.
En un suelo sin protección vegetal, en áreas de montaña tropical, se
calculan hasta 50 m3 de suelo removido por hectárea, en una lluvia fuerte de
una hora de duración. Al profundizarse y ampliarse los surcos de erosión se
convierten en cárcavas. En este proceso una cárcava con cauce en V
captura a las vecinas y va transformando su sección de una V ampliada a U.
23
�Existen dos tipos de cárcavas: las continuas, que no tienen cabeza con
escarpe vertical importante y ocurren en suelos granulares o cohesivos al
deteriorarse la cobertura vegetal por acción de los surcos de erosión y las
cárcavas con escarpe vertical superior, que generalmente ocurren en suelos
cohesivos o con coberturas densas de raíces, son retrogresivas con avance
y rotura de los taludes resultantes por esfuerzo al corte o volteo. En
ocasiones se agrava el proceso por afloramiento de agua subterránea en el
pie del escarpe formado.
1.8.2 Sismicidad.
Los deslizamientos activados por sismos generan fuerzas inerciales dentro
de la ladera, las cuales aumentan los esfuerzos cortantes actuantes en la
superficie de deslizamiento. Lo que provocar desprendimientos de bloques,
deslizamientos, flujo de suelos y avalanchas, depende de las características
de la ladera, su topografía, propiedades de las rocas, el nivel freático y el
tipo de vegetación, además de la magnitud del sismo. Los principales
eventos sísmicos registrados en la región ocurrieron en el 2004, 2005, 2006,
2010 y 2011se presentan gráficamente en Tabla1.3 y Gráfico 1.1 que han
causado considerables daños a la comunidad de valle Frio. Para validar esta
información, se descargaron los archivos digitales de la página web de
Funvisis de los años 2010 y 2011. De los años anteriores al 2007 y
posteriores al 2011y no se encuentro disponible la información. A pesar de
ello, a través de los medios de información digitales se corroboraron los
siguientes movimientos telúricos en la región:
En el año 2005, una cadena de ocho sismos se registró entre las 7:48 y las
11:30 de la mañana del 24 de mayo; con epicentro al sureste del municipio
Lagunillas. Uno de los temblores alcanzó 5,0 grados de magnitud en la
escala de Richter y profundidad superficial de 10,1 km. El segundo evento,
ocurrido a las 9:43 am, alcanzó 5,0 de magnitud en la escala de Richter. El
resto de los temblores tuvieron una intensidad menor a 3,7 grados. Las
ondas sísmicas lograron gran alcance porque tuvieron una profundidad
superficial, inferior a 50 km. En el área de estudio hubo un deslizamiento de
material el 13 de junio.
24
�El día 5 de agosto hubo un desprendimiento de masa rocosa que
conformaba parte del talud del cerro Leonardi, por lo que la empresa
Geoproyect, C.A. realizó una diagnosis sobre riesgo geológico y una
evaluación del desprendimiento de la Formación El Milagro en el cerro
Leonardi para la alcaldía del municipio Maracaibo. Uno de los factores
considerados fue la sismicidad registrada en áreas cercanas a la ciudad de
Maracaibo, encontrando que los días previos al deslizamiento, ocurrieron 6
eventos cuyo rango de magnitudes varían entre 3,6 y 2,9 en la escala de
Richter. Los eventos fueron superficiales, siendo la profundidad máxima
igual a 13,2 km.
Grafico 1.1 Sismos registrados previo al desprendimiento ocurrido en
Agosto del 2005
Tabla 1.4 Sismos registrados en Agosto del 2005
Sismos registrados previos al desprendimiento ocurrido en agosto del
2005. Fuente: Geoproyect (2005).
En el año 2006, el 1 de enero se registró un evento sísmico con una
magnitud de 5,0 en la escala de Ritcher, con epicentro a 59 km. al suroeste
de las Islas Los Monjes y una profundidad de 91 km. Seguidamente, el 3 de
25
�enero se registró otro evento sísmico con magnitud de 5,0 en la escala de
Ritcher, epicentro a 64 km. al sureste de Villa del Rosario y a unos 59 km. al
suroeste de La Concepción. Este evento tuvo una réplica 7 minutos después
de magnitud de 2,6 en la escala de Ritcher, manteniendo el mismo epicentro
y con una profundidad de 5,8 km. En el área de estudio hubo un
deslizamiento de material el 22 de enero. En las siguientes figuras (Figuras
1.7 y 1.8) se observa la sismicidad registrada en áreas cercanas a la ciudad
de Maracaibo, en los meses en los que se registraron los deslizamientos
durante los años 2010 y 2011.
Figura 1.7 Eventos sismológicos del año 2010.
Fuente: Fundación Venezolana de Investigaciones Sismológicas
(FUNVISIS)
26
�De lo anteriormente expuesto, se puede concluir, que la lluvia es uno de
los principales factores que afecta la estabilidad de laderas, los
deslizamientos ocurren durante o después de los períodos de lluvia, los
terrenos de la formación el Milagro, tiene muchas variaciones litológicas, lo
que favorece la erosión. Otro factor que influye para la ocurrencia de los
deslizamientos son los sismos, cuando se presenta uno se generan fuerzas
inerciales dentro del talud, las cuales aumentan los esfuerzos cortantes que
actúan en la superficie de deslizamiento, provocando desprendimientos de
bloques, deslizamientos, flujo de suelos y avalanchas, dependiendo de las
características intrínsecas de la ladera.
Figura 1.9 Eventos sismológicos durante el año 2011.
Fuente: Fundación Venezolana de Investigaciones Sismológicas
(FUNVISIS).
27
�CAPÍTULO II
PROCEDIMIENTO INGENIERO GEOLOGICO
PARA EL
ESTUDO DE LOS DESLIZAMIENTOS EN LOS CERROS LEONARDI Y
CERRO ALEMAN DE LA PARROQUIA SANTA LUCIA, MARACAIBO.
2.1. Introducción.
Durante las últimas décadas se han implementado numerosas estrategias
para la gestión de riesgos por deslizamientos. La experiencia obtenida en
muchos países estimula el uso de mapas de zonificación de amenaza y
riesgo para el ordenamiento territorial y la gestión de emergencias (Cascini
et al., 2005) y muestra que existe la necesidad de métodos estándares y
reproducibles para evaluación y zonificación de los procesos y fenómenos
por deslizamientos. Desafortunadamente existe poca consistencia entre los
diferentes tipos de estrategias y procedimientos producidos en diferentes
países en el mundo, o por diferentes instituciones de un mismo país, e
incluso dentro de una misma institución. Por lo general la terminología
empleada no es uniforme y con frecuencia las leyendas no están
acompañadas por definiciones que faciliten el uso de los mapas. Esta
necesidad de métodos de evaluación constituyó en el objetivo inicial de la
conformación de un aporte al servicio geológico venezolano.
Este capítulo tiene como objetivo contribuir con un procedimiento para el
estudio y valoración de los deslizamientos. Se trata de presentar una guía
metodológica que permita una valoración más exacta para el conocimiento
de estos y contribuir al uso más racional del medio y de su ordenamiento
territorial.
2.2. Estudio básico, revisión y análisis de información temática
existente
Esta etapa incluye la captura y análisis de la información existente del sitio
de estudio. Esto incluye mapas topográficos, publicaciones geológicas,
artículos en periódicos o en revistas, fotos que describan la historia del sitio,
informes
geotécnicos,
geológicos
o
geomorfológicos,
registros
de
perforaciones, bases de datos, registros de pozos de agua, precipitaciones,
deshielos, entre otros y por lo tanto requiere una interacción a nivel
interinstitucional, entre las instituciones que poseen información que se debe
28
�analizar, los gobiernos locales, regionales, oficinas de planificación y
transporte, instituciones de protección civil, bomberos, institutos hidrológicos
y meteorológicos, institutos sismológicos, universidades, para poder generar
una solución a la problemática existente.
2.2.1. Informe de testigos presenciales
En el caso de estudios locales se debe identificar e interrogar
sistemáticamente a personas que viven cerca del sitio, con el fin de obtener
información acerca de la estabilidad de las laderas en el área y las
características de eventos pasados. Sus informes deben registrarse con
detalle, fechas y cualquier dato cuantitativo que ellos puedan recordar.
2.2.2. Análisis de productos de sensores remotos
En el caso de estudios regionales de pequeña escala o de un gran
deslizamiento individual, se pueden utilizar imágenes satelitales como ayuda
para el mapeo e inventario de movimientos en masa. En algunos casos, se
pueden compilar mapas topográficos o
modelos del terreno mediante
imágenes satelitales. Para cualquier proyecto siempre se debe realizar la
interpretación multitemporal de fotografías aéreas. Con fotos de mayor
detalle. Es deseable usar fotos de diferentes años, especialmente para
identificar movimientos en masa ya ocurridos, lo cual permite tener una idea
multitemporal de su ocurrencia y del grado de preservación de los depósitos
asociados a estos para una zona determinada.
2.2.3. Análisis del terreno y cartografía preliminar
Es importante en cada caso establecer el marco geomorfológico de cada
lugar, identificar las características y origen de las geoformas en el área, los
tipos de materiales que se pueden esperar, y los procesos geomorfológicos
que ocurran o puedan ocurrir. La escala del análisis dependerá de la escala
del proyecto, pero los mapas del terreno no deben ser de escala menor a
1:25.000. Los mapas se elaboran primordialmente basándose en cartografía
existente y fotografías aéreas, pero a continuación deben verificarse y
actualizarse a través del trabajo preliminar en terreno.
29
�2.2.4. Inventario de movimientos en masa
Todas las ocurrencias de los deslizamientos próximas a la localidad deben
registrarse en un mapa de inventario y en una base de datos que incluya:
tipo de movimiento en masa, magnitud, tiempo de ocurrencia o de su
reactivación y datos similares. No todo inventario necesita el detalle
completo del formulario estándar, se deben realizar las simplificaciones
adecuadas de acuerdo al caso; el grado de detalle requerido depende de la
escala del estudio. El inventario debe incorporar inicialmente los datos
obtenidos del desarrollo de las tareas 1 a 4, de la Figura 2.1. Luego, debe
actualizarse con la información recogida durante el trabajo en terreno.
Figura 2.1. Procedimiento general para la realización de un estudio de
deslizamientos.
2.3. Investigaciones preliminares.
2.3.1. Reconocimiento
La investigación de cada sitio debe comenzar por un trabajo de
reconocimiento de sitio. Si el presupuesto lo permite, la observación aérea,
así como las fotos tomadas desde un helicóptero o desde una cámara fija al
30
�ala de un avión, pueden ser muy útiles en terrenos inaccesibles. Es también
útil tener una vista general del sitio desde un ángulo preferencial. Se deben
realizar los recorridos de campo con el fin de cubrir los vacíos de
información, reconocer en el terreno las unidades que se bosquejaron en las
fotos aéreas, y comprobar los tipos de suelos y de rocas y los sitios con
deslizamientos.
Los afloramientos de suelo y roca deben registrarse con su localización y
elevación altimétrica. En el levantamiento geológico se deben registrar
cuidadosamente las características geológicas de los materiales aflorantes
estrechamente relacionados con sus características físicas mecánicas como
unidades litológicas y límites estratigráficos, tipos de suelos y rocas, grado
de meteorización, elementos estructurales (diaclasas, fallas, foliaciones,
esquistosidad), evidencia de filtraciones y signos de inestabilidad (grietas,
material triturado, flexiones, cambios en la vegetación, etc.). En general, la
observación de rocas o suelos debe tratarse con tanto cuidado como los
datos de una perforación exploratoria.
2.3.2. Investigación de subsuelo
La investigación del subsuelo se requiere sólo en casos donde pueden
ocurrir movimientos en masa profundos. En nuestro caso es necesaria en la
evaluación de los deslizamientos de flujos, que cubran áreas de gran
extensión. La perforación debe ser supervisada por un inspector calificado,
que obtenga muestras y registre la información del subsuelo. Siempre que
sea posible deben realizarse ensayos in situ, tales como el de penetración
estándar o la prueba dinámica con conos en suelos granulares, o el ensayo
de veleta de campo (vane test) en suelos cohesivos. Deben instalarse
piezómetros y tomar datos de éstos.
2.3.3. Geofísica.
La geofísica puede suplir la falta de información subsuperficial directa; sin
embargo, es peligroso confiar en los perfiles geofísicos sin una verificación
del terreno. La aplicación de métodos geofísicos está orientada a identificar
contactos, tener una idea de las condiciones del macizo rocoso, distinguir
unidades arcillosas o arenosas y localizar el nivel freático.
31
�2.3.4. Instrumentación
Se deben instalar instrumentos de monitoreo de acuerdo con la necesidad,
aprovechando adecuadamente las perforaciones realizadas. Alrededor de
los piezómetros se debe colocar un relleno de arena sellando arriba y abajo
de éste con bentonita, para cerciorarse que la presión de poros leída
corresponda a una profundidad específica. Los piezómetros del tipo
Casagrande, no son costosos, y consiste de un elemento poroso unido a un
tubo que va hasta la superficie del terreno. Se deben instalar inclinómetros
en sitios donde puedan ocurrir movimientos en masa. Para identificar
movimientos también se pueden realizar monitoreo de puntos o de líneas de
referencia en la superficie, empleando por ejemplo un sistema de
posicionamiento global diferencial.
2.3.5. Análisis
Es importante seleccionar el método de análisis más apropiado, según el
alcance y propósito de la investigación, y a la disponibilidad de los datos. Si
se
emplean
programas
de
computador,
deben
ser
seleccionados
cuidadosamente y tener en cuenta que muchos modelos modernos de
programas de computador requieren datos detallados, que no están
disponibles comúnmente en investigaciones de rutina. Los resultados del
análisis mediante el software pueden depender totalmente de la calidad de
los datos proporcionados por el usuario. Quienes usen el software deben
estar familiarizados con su función y deben por lo menos comprender la
teoría básica que hay detrás de su uso. Hay que recordar que ningún
programa de computador existente substituirá a un analista con experiencia
y bien informado.
2.3.6. Informes
Es importante distinguir entre los informes de carácter científico o ingenieril o
de carácter interno, de aquellos informativos y para uso externo por el
público. El con-tenido de ambos es similar pero los segundos deben ser más
generales, explicativos y orientados hacia el usuario. Asimismo, deben
explicarse conceptos que un usuario no técnico podría ignorar, tales como
32
�terminología, métodos, etc. Los informes de evaluación de amenazas deben
tener como mínimo el siguiente contenido:
2.4. Caracterización Geomecánica del macizo donde se desarrollan los
deslizamientos.
Los
macizos
rocosos,
como
medios
discontinuos,
presentan
un
comportamiento geomecánico complejo. Con este objetivo surgieron las
clasificaciones geomecánicas, que aportan, mediante la observación directa
de las características de los macizos rocosos y la realización de sencillos
ensayos, índices de calidad relacionados con los parámetros geomecánicos
del macizo y sus características frente a los taludes.
La clasificación RMR, desarrollada por Bieniawski constituye un sistema de
clasificación de macizos rocosos que permite relacionar índices de calidad
con parámetros geotécnicos. Para aplicar la clasificación RMR, se divide el
macizo rocoso en zonas con características geológicas más o menos
uniformes de acuerdo con las observaciones hechas en campo referentes a
las
propiedades y características de la
matriz rocosa
y de
las
discontinuidades. Una vez obtenidas las puntuaciones que resultan de
aplicar los cinco parámetros de clasificación, se efectúa la corrección por
orientación de discontinuidades y se obtiene un valor numérico con el que se
clasifica finalmente el macizo rocoso. Esta clasificación distingue cinco
clases, cuyo significado geotécnico se expresa en la tabla 2.1; a cada clase
de macizo se le asigna una calidad y unas características geotécnicas.
Tabla 2.1. Calidad de macizos rocosos aplicando el índice RMR
33
�Esta clasificación proporciona una estimación inicial de los parámetros del
macizo rocoso a bajo coste y de manera sencilla, no obstante, debe ser
considerada como una simplificación, ya que no tiene en cuenta otros
aspectos como la deformabilidad del macizo y debe ser aplicada con criterio
y en base al conocimiento y experiencia previa. Para el análisis de roturas
por grupos de discontinuidades se puede utilizar el siguiente procedimiento:
Determinar los grupos de juntas más “significativos”, evaluando su
valor relativo dentro de la familia de las diaclasas, en cuanto a
posibilidad de ocurrencia de un movimiento.
Para
cada
grupo
determinar
su
orientación,
buzamiento,
espaciamiento, abertura, resistencia al corte, entre otros factores.
Estudiar por medio de bloques en el espacio las diversas
posibilidades de ocurrencia de roturas.
Hacer el análisis de estabilidad de cada uno de los bloques
identificados.
Se debe en todos los casos estudiar la posibilidad de ocurrencia, no sólo de
roturas al corte, sino de roturas por volteo y roturas de grupos de bloques.
En estos casos, se estudia la estabilidad del talud en el espacio en tres
dimensiones, ya que una masa de roca fracturada es altamente anisotrópica
respecto a su resistencia al corte. Una combinación progresiva de grupos de
diaclasas es un problema complejo por la dificultad para definir una
superficie de rotura, que puede vincular varios grupos diferentes de
discontinuidades.
La resistencia de la matriz rocosa puede ser estimada en el afloramiento
mediante índices de campo o a partir de correlaciones con datos
proporcionados por sencillos ensayos de campo, como el ensayo de carga
puntual PLT o el martillo Schmidt. Los índices de campo permiten una
estimación del rango de resistencia de la roca. Los criterios para su
identificación aparecen descritos en la Tabla 2.2 y deben ser aplicados sobre
la roca una vez limpiada la capa de alteración superficial
34
�Tabla 2.2. Identificación del grado de meteorización
Clase
Descripción
Identificación de campo
Aproximación al rango de
resistencia a compresión
simple (Mpa)
SI
Arcilla muy blanda
El puño penetra fácilmente varios cm
< 0,025
S2
Arcilla débil
El dedo penetra fácilmente varios
0,025-0,05
cms.
S3
Arcilla
Se necesita una pequeña presión
0,05-0,1
para hincar el dedo.
S4
Arcilla rígida
Se necesita una fuerte presión para
0,1-0,25
hincar el dedo.
S5
Arcilla muy rígida
Con cierta presión puede marcarse
0,25-0,5
con la uña.
S6
Arcilla dura
Se marca con dificultad al presionar
> 0,5
con la uña.
R0
Roca
Se puede marcar con la uña.
0,25-1,0
extremadamente
R1
Roca muy blanda
La roca se desmenuza al golpear con
la punta del martillo. Con una navaja
se talla fácilmente.
R2
Roca blanda
1,0-5,0
Se talla con dificultad con una navaja. 5,0-25
Al golpear con la punta del martillo se
producen pequeñas marcas
R3
Roca moderadamente No puede tallarse con la navaja. 25-50
dura
Puede fracturarse con un golpe fuerte
del martillo.
R4
Roca dura
Se requiere más de un golpe con el 50-100
martillo para fracturarla.
R5
Roca muy dura
Se requieren muchos golpes con el
martillo para fracturarla.
R6
100-250
Roca extremadamente Al golpearlo con el martillo sólo saltan . > 250
dura
esquirlas.
Fuente: ISMR 1981
35
�Con los valores de resistencia obtenidos se puede clasificar la matriz rocosa
en base a los criterios de la Tabla 2.3.
Tabla 2.3. Clasificación basada en la resistencia de la roca
Resistencia
a Descripción
compresión
simple (Mpa)
1-5
Muy blanda
5-25
Blanda
25-50
Moderadamente
dura
50-100
Dura
100-250
Muy dura
Extremadamente
dura
Fuente: Vallejo (2004).
La morfología de un movimiento en masa permite obtener valiosa
información tanto del tipo de movimiento como de su génesis. Existe una
caracterización a partir de los elementos que lo componen. La presencia o
ausencia de tales elementos y sus relaciones dimensionales y espaciales,
permiten definir su tipología. A los taludes a los cuales se les realizaron los
análisis de estabilidad, se le calculó el factor de seguridad “FS”.
2.5 Factor de seguridad
FS = Fuerza Resistentes
Fuerza Motriz
36
�Tabla 2.4. Condiciones de estabilidad cinemática asociada a los taludes
y laderas
Tabla 2.5. Rangos de seguridad (FS)
Los rangos de estabilidad obtenidos son representados en el mapa de
estabilidad cinemática aplicado a laderas y taludes, asignándole el color
correspondiente a cada talud, según la clasificación a la condición de
estabilidad (Tabla 2.6), para obtener como resultado el mapa de estabilidad
cinemática (Anexo2.1).
37
�Tabla 2.6 Rangos de factor de seguridad (colores estándar)
En este capítulo se llega a la conclusión que con toda la información
recabada y con la metodología adecuada para el procesamiento del análisis
de los resultados, se obtuvo que gracias a la recopilación de información y
de los mapas existentes para realizar un estudio a detalle se pueda culminar
con los objetivos propuestos.
CAPITULO III. EVALUACION
INGENIERO GEOLOGICAS DE LA
OCURRENCIA DE LOS DESLIZAMIENTOS EN EL SECTOR VALLE FRIO,
PARROQUIA SANTA LUCIA, MARACAIBO.
38
�3.1 Introducción
Este capítulo proyecta los resultados de los análisis realizados en el área de
estudio según el procedimiento antes señalado, se brinda un estudio y
evaluación de los deslizamientos que tienen lugar, sus causalidades, sus
condicionalidades y sus factores disparadores que los provocan. Al mismo
tiempo se brinda un conjunto de medidas pasivas y activas que permitan
estabilizarlos y estabilizar el medio.
3.2 Tipos de deslizamientos.
En este epígrafe se presentan definiciones para las siguientes clases de
movimientos por deslizamientos: desprendimientos, deslizamientos, y flujos.
Se menciona la relación del intervalo de velocidades típicas con la escala de
velocidades propuesta por Cruden y Varnes (1996), la cual se presenta en la
Tablas 3.1.
TABLA 3.1. Tipos de deslizamientos que tienen lugar en la región
Tipos
Caídas
Deslizamientos
Flujos
Sub tipos
Caídas de rocas,
Caídas de suelo y rocas.
Desprendimientos de rocas
Deslizamientos por estratos
Deslizamientos por cuñas.
Deslizamientos rotacionales
Deslizamientos Traslacionales
Flujos de lodo secos
Flujos hídricos de sedimentos de
distinta granulometría.
Flujos por licuación de suelos
Los deslizamientos que tiene lugar en el área de estudio según la tabla 3.1
en:
39
�a) Caída (Fall), es un tipo de movimiento en el cual uno o varios bloques de
suelo o roca se desprenden de una ladera, sin que a lo largo de esta
superficie
ocurra
desplazamiento
cortante
apreciable.
Una
vez
desprendido, el material cae desplazándose principalmente por el aire
pudiendo efectuar golpes, rebotes y rodamiento. Dependiendo del
material desprendido se habla de una caída de roca, o una caída de
suelo. Una característica importante de las caídas es que el movimiento
no es masivo. Existe interacción mecánica entre fragmentos individuales
y su trayectoria, pero no entre los fragmentos en movimiento.
Figura 3.1. Caídas de rocas.
b) Deslizamiento (Slide), son movimientos ladera abajo de una masa de
suelo o roca cuyo desplazamiento ocurre predominantemente a lo largo
de una superficie de falla, o de una delgada zona en donde ocurre una
gran deformación cortante, se clasifican los deslizamientos, según la
forma de la superficie de falla por la cual se desplaza el material, en
traslacionales y rotacionales. Los deslizamientos traslacionales a su vez
pueden ser planares o en cuña.
c) Deslizamiento
traslacional
(Translational
slide),
es
un
tipo
de
deslizamiento en el cual la masa se mueve a lo largo de una superficie de
falla plana u ondulada. En general, estos movimientos suelen ser más
40
�superficiales que los rotacionales y el desplazamiento ocurre con
frecuencia a lo largo de discontinuidades como fallas, diaclasas, planos
de estratificación o planos de contacto entre la roca y el suelo residual o
transportado que yace sobre ella. La velocidad de los movimientos
traslacionales puede variar desde rápida a extremadamente rápida.
Figura 3.2 Deslizamientos por la estratificacion.
Figura 3.3 Deslizamientos en cuña.
d) Flujos secos,
para la mayoría de los movimientos de este tipo se
requiere cierto contenido de agua. Sin embargo, ocurren con alguna
frecuencia pequeños flujos secos de material granular y se ha registrado
un número considerable de flujos grandes y catastróficos en materiales
secos.
e) Flujo hídricos de sedimentos (Debris flows), es un flujo muy rápido a
extremadamente rápido de detritos saturados, no plásticos que transcurre
principalmente confinado a lo largo de un canal o cauce con pendiente
pronunciada. Se inician como uno o varios deslizamientos superficiales
41
�de detritos en las cabeceras o por inestabilidad de segmentos del cauce
en canales de pendientes fuertes. Sus depósitos tienen rasgos
característicos como albardones o diques longitudinales, canales en
forma de u, trenes de bloques rocosos y grandes bloques individuales.
Los flujos de detritos desarrollan pulsos usualmente con acumulación de
bloques en el frente de onda. Como resultado del desarrollo de pulsos,
los caudales pico de los flujos de detritos pueden exceder en varios
niveles de magnitud a los caudales pico de inundaciones grandes. Esta
característica hace que los flujos de detritos tengan un alto potencial
destructivo.
Figura 3.4 Esquema de flujos que tienen lugar en la región.
3.3. EVALUACION GEOTECNICA
Las rocas que aparecen en el área de estudio son rocas sedimentarias. Las
areniscas presentes en el área están constituidas por granos cuyo tamaño
varía de 60 mm a 70 mm, el mineral más frecuente es el cuarzo. El cemento
de óxido de hierro puede dar un color rojo a la roca y el dióxido de hierro un
color marrón a amarillo. El Sistema Unificado de Clasificación de Suelos
(USCS) es un sistema de clasificación usado en Geotecnia; y se aplicó a las
muestras de suelos del área para obtener su clasificación.
3.3.1 Recopilación y evaluación de la información existente:
42
�Consistió en la búsqueda e interpretación de información geológica,
topográfica, geotécnica, climatológica y sismológica de carácter regional y
local. La documentación adquirida fue la siguiente:
Planos digitales de la división geopolítica del municipio Maracaibo.
Cartas Cartográficas a escalas 1:100000,
Informes técnicos de los siniestros ocurridos en el área de estudio.
Imágenes satelitales.
Boletines climáticos.
Boletines sismológicos.
Información geomorfológica.
Información bibliográfica relacionada con eventos de esa naturaleza.
Noticias sobre los deslizamientos ocurridos en la zona en periódicos.
Encuestas y entrevistas a la comunidad.
3.3.2 Reconocimiento en campo
Esta etapa se realizó:
Delimitar el área de estudio.
Definir las estaciones y realizar las mediciones necesarias para
generar el mapa topográfico del área de estudio.
Identificar
las
geoformas
existentes
y
definir
los
procesos
geomorfológicos que han actuado en el área de estudio.
Reconocer y caracterizar en el área de estudio los productos de la
meteorización.
Identificar la litología y las estructuras geológicas presentes.
Aplicar métodos de campo que indiquen la calidad de los macizos
rocosos en superficie.
Se definió el área de estudio, con la realización del levantamiento
planimétrico y las mediciones de coordenadas UTM y altitud en 195
43
�estaciones. (Figura 3.5). Con esta información, se comenzó a elaborar el
mapa topográfico.
Para la caracterización geológica y geotécnica se realizó un reconocimiento
en la zona de estudio; se ubicaron los afloramientos y se describieron sus
características geométricas, litológicas, estructurales y geotécnicas.
3.3.3 Toma de muestras
Se efectuó el procedimiento de muestreo de pared (calicatas de pared), Se
logró extraer los monolitos para sus respectivos análisis de laboratorio y
estos son los resultados granulométricos efectuados a las muestras tomadas
en campo. Las curvas granulométricas son presentadas en el anexo 3.1.
Figura 3.5 Registro de resultados de calicatas realizadas
Las muestras obtenidas de las calicatas fueron analizadas por medio de los
siguientes ensayos convencionales:
a. Análisis visual
44
�b. Peso unitario.
c.
Límites de plasticidad
d. Análisis granulométrico por tamizado
e. Clasificación basada en el Sistema Unificado de Clasificación de
Suelos (S.U.C.S.)
Considerando los resultados obtenidos a través del análisis granulométrico,
las muestras fueron clasificadas según el Sistema Unificado de Clasificación
de Suelos (S.U.C.S.) como se muestra. (Tabla 3 .2).
Tabla 3.2. Clasificación basada en el Sistema Unificado de Clasificación
de Suelos (S.U.C.S.)
SP-
Arenas
mal
gradadas
SC
con arcilla
SC
Arenas arcillosas
CH
Arcillas
de
alta
plasticidad
Considerando los resultados obtenidos a través del análisis granulométrico y
el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (S.U.C.S.), la litología
presente en el área de estudio corresponde a arena mal gradada con arcilla
(SP-SC), con estratificaciones de arenas arcillosas (SC) y arcillas de alta
plasticidad (CH) con presencia de capas laterítica, nódulos arcillosos y
concreciones ferruginosas en algunas zonas. Los resultados de laboratorio
arrojaron un valor mínimo de humedad natural de 1,38 % y un valor máximo
de 3,3 %. El promedio general para el cerro Leonardi es de 2,6 % y para el
cerro Alemán es de 3,3 %. Humedad Natural: Los resultados de laboratorio
arrojaron un valor mínimo de humedad natural de 1,38 % y un valor máximo
de 3,3 %. El promedio general para las estaciones del cerro Leonardi es de
2,6 % y para el cerro Alemán es de 3,3 % (Tabla 3.3)
45
�Tabla 3.3. Humedad natural de las muestras
.
Las muestras extraídas arrojaron un valor promedio para el Límite Líquido de
28,79 % y no presentaron características representativas para calcular su
Límite Plástico. El Índice de Plasticidad tiene un valor promedio de 24,34 %.
Los valores determinados de peso unitario varían entre 1,48 gr/cc y 1,69
gr/cc en los suelos del área de estudio (tabla 3.4).
3.4. Actividades geotécnicas realizadas en el área de estudio
Mapa Topográfico.
Los datos obtenidos de las estaciones fueron ingresados en la aplicación
Google EarthTM, Se utilizaron las aplicaciones SurferTM v.12 y AutocadTM
v.2012 para realizar el mapa topográfico y el bloque diagramático preliminar
del área de estudio (Anexos 3.2 y 3.3). Del programa Googleozi™ se empleó
la aplicación shareware™ para descargar los mapas de Google™ y para la
calibración de OziExplorer™ y otros archivos de mapas. El mapa geológico
local Se obtuvo a partir del mapa geológico de Venezuela, utilizando el
software ArcGisTM v.10 (Anexo 3.4).
Análisis de procesos geomorfológicos
Un análisis de las unidades geomorfológicas muestran que las colinas
constituyen los relieves más sobresalientes en la altiplanicie de Maracaibo y
están drenadas por pequeños cursos de régimen intermitente que confluyen
a las cañadas Juan López, La Arreaga y La Morillo, cuyos cauces en su
parte media y en los topes de las colinas han sido modificados y rellenados,
haciendo que los escurrimientos producto de las lluvias se desplacen a lo
largo de calles y avenidas.
46
�Estos relieves relativamente accidentados transicionan de semiondulados a
planos. Presentan desniveles de 10-15 m e incluso, hasta 20 m con respecto
al nivel del lago. Los datos obtenidos se emplearon considerando la
información topográfica y geológica. El trazado costero se presenta muy
irregular con entrantes y salientes, áreas deprimidas y levantadas,
relacionadas con los últimos movimientos de las fallas activas y recientes,
que atraviesan el lago y la ciudad de Maracaibo en sentido sureste-noroeste.
Análisis geotécnico
A partir de la información recopilada en las fichas de reconocimiento
geotécnico de macizo rocoso se realizó un análisis geotécnico de los taludes
presentes en el área de estudio que arrojó las siguientes observaciones.
Tabla 3.4 Ensayos granulométricos de la muestras 1-6
47
�Estratos
Las estructuras observadas en campo, muestran una proyección hemisférica
donde se ha representado la concentración de polos de todos los planos de
estratificación medidos en el área de estudio. En este diagrama se observa
que los planos de estratificación presentan dos tendencias principales: una
de rumbo NO con buzamiento hacia el NE y la otra de rumbo NE con
buzamiento hacia el SE.
Diagrama de concentración de polos Diagrama de concentración de
de los planos de estratificación del área polos
de estudio.
de
los
diaclasamiento
del
planos
de
área
de
estudio.
Figura 3.6 Diagrama de concentración de los polos de estratificación y
planos de diaclasamiento
Diaclasas
Esta figura define dos sistemas de diaclasas principales, cuyas orientaciones
son: las diaclasas 1 con rumbo hacia el NE y buzamiento hacia el SE y las
diaclasas 2 con rumbo hacia el NO y buzamiento hacia el SO. También se
observó un tercer sistema de diaclasas, atenuante.
Finalmente podemos afirmar que Geomecánicamente los macizos tienen
una calidad Media (Clase III), para estos macizos el valor del RMR se
encuentra en el intervalo 60-41, correspondiente la clase III de acuerdo a la
clasificación de Bieniawski. El valor del GSI oscila entre 50 y 60 la cohesión
puede encontrarse entre 2 y 3 Kg/cm2 y el ángulo de fricción interna entre
25º y 35º. Estos macizos están estratificados y diaclasados, sus superficies
se encuentran de moderada a altamente meteorizadas, ligeramente rugosas,
con aberturas mayores a los 5 mm y frecuentemente presentan rellenos
48
�blandos como arena y ocasionalmente raíces. La estabilidad de este material
está condicionada por una continua erosión. Los márgenes superiores y
zonas al pie de los taludes están expuestos a eventos propios de una
intensa actividad antrópica. Estas características se observan en las
estaciones 04, 05, 06 y 07, correspondientes al cerro Leonardi y en la
estación 08, correspondiente al cerro Alemán.
Macizos con Calidad Mala (Clase IV):El valor del RMR en estos macizos
puede variar entre 40 y 21, correspondiente a la clase IV de acuerdo a la
clasificación de Bieniawski. Por otra parte, el valor del GSI puede
encontrarse entre 20 y 35. Estos macizos presentan valores de cohesión que
varían entre 1 y 2 Kg/cm2, así como los ángulos de fricción interna entre 15º
y 25º. Corresponden a macizos estratificados, fuertemente diaclasados y
fracturados. Las superficies de las diaclasas se muestran rugosas, muy
meteorizadas, con aberturas superiores a los 5 mm y predominan los
rellenos blandos.
Se presenta un material granular fino a muy fino, moderadamente
permeable a impermeable, cohesivo, con una densidad relativa media-baja y
una moderada capacidad de carga. La estabilidad de este material está
condicionada por una continua erosión y lavado debido a la actividad hídrica
incipiente. La estructura está
expuesta a eventos propios de actividad
antrópica. También se puede indicar que el estado físico de la roca en estas
unidades formacionales corresponde a dos tipos: roca meteorizada blanda
fracturada (RMbf) y roca muy meteorizada blanda fracturada (RmMbf).
Frecuencia. Los datos de frecuencias tomados en las 07 estaciones donde
se observaron procesos de diaclasamiento en la roca, se muestra la
tendencia de estas diaclasas, la primera corresponde a una familia de
diaclasas con frecuencias de 2:1 y la segunda de 3:1.
Separación: Se puede apreciar la separación de las diaclasas observadas en
las diferentes estaciones, distinguiéndose dos tendencias: la primera, que
representa familias de las diaclasas 1, que tienen entre 0,10 a 0,40 m de
separación y la segunda, correspondiente a las diaclasas 2, que tienen entre
0,15 a 0,60 m. Estas tendencias son indicativas de que los bloques poseen
pequeñas dimensiones, aunque pudieran alcanzar mayores volúmenes ya
49
�que se observaron separaciones mayores a 1 m dentro de una misma familia
de diaclasas.
Tabla 3.5. Datos de Jv y su RQD de las estaciones de trabajo
Persistencia. Este parámetro presenta un poco de variabilidad en las
discontinuidades del área de estudio, sin embargo, en el Anexo 3.7 se puede
observar que la tendencia que domina es de aproximadamente 2 m.
Rugosidad: Los datos de campo que señalan que el 62% de los planos de
las diaclasas son ligeramente rugosos, lo que indica que las superficies
ofrecen una resistencia media al corte, mientras que el 38% de las
superficies son rugosos, ofreciendo buena resistencia.
Análisis de estabilidad cinemática
Para el análisis de estabilidad cinemática de los macizos rocosos se
realizaron representaciones estereográficas de los planos de discontinuidad
por talud utilizando el software StereoNet v.10. Obtenidos estos datos, se
agrupan las direcciones de buzamiento de los planos de discontinuidad para
luego mediante una simple relación geométrica adquirir los rumbos
generales que dominan el área, mostrando la tendencia en cuanto a
alineamiento se refiere.
Estación 4
En este talud se presentan dos casos de rotura, el primero es una rotura en
cuña debido a la intersección de los planos de las diaclasas 1 y 2, que
forman una recta con intersección de 73° de inclinación. El segundo, es un
caso de rotura planar consecuencia de la relación geométrica entre el plano
de la diaclasa 2 y el talud
Estación 5
50
�Este talud presenta un caso de rotura en cuña debido a la intersección del
plano de la diaclasa 1 y la diaclasa 2, creando una recta de intersección de
45,3º de inclinación. También se presenta un caso de rotura planar debido a
la relación geométrica que guarda el plano de estratificación con respecto al
talud
Estación 6
Este talud presenta un caso de rotura en cuña debido a la intersección del
plano de la diaclasa 1 y la diaclasa 2, creando una recta de intersección de
70,4º de inclinación. También se presenta otro caso de rotura en cuña
debido a la intersección del plano de la diaclasa 1 y la diaclasa 3, creando
una recta de intersección de 74º de inclinación
Estación 7
Este talud presenta un caso de rotura en cuña debido a la intersección del
plano de la diaclasa 1 y la diaclasa 2, creando una recta de intersección de
55,7º de inclinación. También es propenso a sufrir un caso de rotura planar
si se incrementa el ángulo del talud
Estación 8
Se presenta un caso de rotura en cuña debido a la intersección del plano de
la diaclasa 1 y la diaclasa 2, creando una recta de intersección de 74º de
inclinación.
También se presenta un caso de rotura planar, formado por la relación
geométrica que guarda el plano de estratificación con respecto al talud (
Estación 9
Se presenta un caso de rotura en cuña debido a la intersección del plano de
la diaclasa 1 y la diaclasa 2, creando una recta de intersección de 83,2º de
inclinación. Se puede observar un caso de rotura planar, originado por la
relación geométrica que guarda el plano de estratificación con respecto al
talud
Estación 10
51
�Se puede apreciar dos atenuantes casos de rotura planar, el primero
originado por
la relación geométrica que guarda el plano de estratificación con respecto al
talud, el segundo caso está formado por la geometría del plano de la
discontinuidad 2 y el talud; un posible tercer caso se origina debido a la
relación geométrica entre la discontinuidad 1 y el talud
Figura 3.7 Proyecciones estereográficas de las estaciones 4-10
52
�3.5 Evaluación de los deslizamientos en el territorio.
3.5.1 El agua como elemento disparador de los deslizamientos en la
zona
El agua de lluvia, es el factor disparador que se asocia con las roturas de los
taludes. La mayoría de los deslizamientos ocurren después de las intensas
lluvias. Existen lluvias en épocas de invierno, donde el suelo es saturado,
produciéndose el colapso del medio y su arrastre. La infiltración es el
movimiento del agua desde la superficie del terreno hacia el suelo o roca. El
porcentaje de infiltración corresponde a la proporción de lluvia que se infiltra.
La cantidad de agua que penetra o se infiltra en la tierra queda determinada
por varios factores:
1. Cantidad, intensidad y tipo de precipitación.
2. Ritmo de precipitación.
3. Pendiente superficial.
4. La permeabilidad de los suelos y las rocas.
Una infiltración alta puede producir problemas de presión del agua interna
que pueden generar un deslizamiento. En el caso de que el talud llegue a
saturarse, la facilidad o dificultad con que el talud se auto drena depende de
las formaciones geológicas circundante.
La configuración del nivel freático depende de la forma del relieve superficial,
el cual reproduce generalmente, sí bien con contornos menos abruptos y
también depende de la permeabilidad del terreno y del abastecimiento de
agua. Una lluvia fuerte puede producir abundante escorrentía, pero una
llovizna ligera puede absorberse en forma casi total, porque el suelo a
menos que esté muy seco, se satura en forma rápida y no puede absorber
más agua. Generalmente, la escorrentía se concentra en corrientes de agua
que pueden formar surcos o cárcavas de erosión. Desde la perspectiva
geológica y de formación del paisaje, la erosión es parte del proceso de
morfogénesis a través del cual se alteran y moldean las formas terrestres.
53
�3.5.2 SISMICIDAD COMO ELEMENTO DISPARADOR.
Entre los factores considerados en el análisis de taludes y laderas expuestos
a eventos sísmicos están el valor de las fuerzas sísmicas aplicadas sobre las
masas de suelo potencialmente deslizables y su disminución de resistencia,
el aumento de presión de poros especialmente en suelos limosos y arenas
finas, el aumento de fuerza sísmica generado por la amplificación en los
suelos blandos y la magnitud de las deformaciones en la masa de suelo. Los
sismos que
producen un mayor daño son los sismos relativamente
superficiales. Existen dos parámetros importantes para designar el tamaño y
la fuerza de un sismo son la magnitud y la intensidad (Tabla 3.6).
Tabla 3.6 Posibilidad de deslizamientos causados por sismos
Magnitud del sismo
Tipo de deslizamiento producido
4.0
Caídos de roca, deslizamientos de roca, caídos de suelo y
alteración de masas de suelo.
4.5
Deslizamiento de translación, rotación y bloques de suelo.
5.0
Flujos de suelo, esparcimientos laterales, deslizamientos
subacuáticos
6.0
Avalanchas de roca.
6.5
Avalanchas de suelo.
FUENTE: Keefer, 1984
La intensidad sísmica se aplica a la identificación del grado de destrucción o
efectos locales de un terremoto, depende de la magnitud del sismo, la
profundidad de la zona de liberación de energía, las características físicas
locales y la distancia del sitio al epicentro. La ocurrencia de un deslizamiento
relacionado con un sismo depende de la intensidad del sismo y de otros
factores topográficos geológicos e hidrogeológicos. El movimiento en el talud
consta de tres fases: una onda directa, una onda reflejada, y una onda
difractada. El resultado demuestra que hay una amplificación topográfica
importante en la parte alta del talud y que a lo largo de este podría ocurrir
amplificación y atenuación dependiendo de la geometría del talud y la
frecuencia del movimiento.
54
�Los procesos antrópicos que activan los deslizamientos se encuentran los
cambios en el relieve y cargas del talud por remoción de suelos y rocas en
los cortes, sobrecarga por medio de rellenos o construcciones, modificación
de las condiciones de humedad en aguas superficiales, cambio general en el
régimen de aguas superficiales y construcción de reservorios o presas. Por
otra parte, el drenaje subterráneo conlleva a una concentración de las aguas
de percolación en profundidad (terreno altamente poroso y permeable) hacia
el centro del área para después seguir la vía de drenaje al pie del acantilado
del sector expuesto al norte, en el cual se observa la cavidad producida por
la erosión de las aguas.
Figura 3.8 Visión tridimensional de la variación del espesor del relleno,
de la Formación El Milagro y los vectores del drenaje subterráneo.
Fuente: Geoproyect (2005).
Debido a los resultados alcanzados, más se recomendó a la constructora de
la obra realizar la pavimentación del área, impidiendo la percolación de las
aguas de lluvia en el subsuelo para evitar la erosión por descarga de las
mismas hacia el centro y su posterior desembocadura en el pie del talud.
El trabajo de investigación realizado por Montiel et al en el año 2007,
expresa que el área ocupada por la Formación El Milagro es muy vulnerable.
Morfológicamente, el barrio Cerros de Marín se encuentra emplazado en
taludes escarpados a lo largo de la costa, con una topografía muy
accidentada que evidencia bad lands de color marrón rojizo, rebajados y
cortados por los trabajos de urbanismos. La mala cohesión de los suelos que
componen estos taludes, combinados con las altas pendientes y la
55
�incidencia antrópica, agudiza la ocurrencia de los procesos erosivos.
Ocurren así, procesos de desestabilización de taludes en las áreas ubicadas
al sureste, colindando con la parroquia Santa Lucía y la Av. 2 Los procesos
de ladera predominantes corresponden a derrumbes, desprendimientos
repentinos de rocas.
Dentro de la dinámica de las vertientes del barrio Cerros de Marín, se
evidencia la presencia de cárcavas y surcos excavados por las aguas de
lluvias torrenciales y por infiltraciones de agua de tuberías rotas. La
concentración de aguas en períodos lluviosos (agosto-noviembre y mayo),
propicia un aumento de su energía y desencadena procesos de erosión
violenta. Dentro de tales circunstancias, predominan cárcavas de entre 1, 3 a
2 m de ancho y 3,5 a 5 m de largo que evidencian la actividad actual, y
constituyen zonas de alta amenaza geomorfológica por inestabilidad de
laderas. De acuerdo con los datos obtenidos en los análisis de las muestras
de rocas, se evidencia que los valores de permeabilidad se ubican entre
1600 hasta 89 md, lo que indica que tienen una alta capacidad acumulativa
para almacenar fluidos (agua).
Existen diversos factores generadores de inestabilidad de laderas causada
por la actividad del hombre, principalmente por las modificaciones de la
geometría de las laderas, excavaciones artificiales, excavaciones para la
construcción, procesos de urbanización, rellenos, deforestación y tuberías de
agua, entre otras. Los rellenos que se presentan en el barrio Cerros de
Marín, son generalmente más permeables que los suelos naturales,
favoreciendo la acumulación de agua en los poros debido a que son menos
cementados y su estructura es más susceptible a deterioro o colapso por
eventos sísmicos y/o lluviosos.
En el análisis del macizo rocoso se puede clasificar las rocas, según las
discontinuidades como tipo III y IV. Las rocas de estos cerros, según el
índice de campo ISRM, se clasificaron en roca extremadamente blanda (R0),
muy blanda (R1), blanda (R2) y moderadamente dura (R3), con una
resistencia a la compresión de 0,25 a 50 MPa, es decir, muy baja a la
resistencia a los esfuerzos
56
�En el sector 5 del barrio Santa Lucía se encuentra inestable en el talud del
cerro Los Padres. Esta inestabilidad es producto de su constitución rocosa:
areniscas y arenas pobremente consolidadas con alto contenido de finos
(limo) de la Formación El Milagro y la presencia de diaclasas.
Dentro de los factores geológicos que causaron el deslizamiento en el cerro
Leonardi se identificaron a la cohesión de los suelos como el factor es que
tienen mayor incidencia son la poca consolidación de la roca, a ello se suma;
las fracturas naturales de los estratos (fallas, diaclasas, planos de
estratificación y superficies de erosión), la acción erosiva del agua de las
precipitaciones y su filtración, aunada a la percolación del agua proveniente
del sistema de riego y la sismicidad del área se
sugiere .Una vez
establecido las condiciones de inestabilidad de los taludes del sector se
sugiere que se realice un estudio de las técnicas que se pueden utilizar para
la estabilización de los mismo.
Técnica con geocintéticos
Son elementos planos y flexibles que se adhieren y acomodan a la
superficie del terreno evitando que el agua y el viento entren directamente en
contacto con el suelo y provoquen erosión. La función de estas
intervenciones es la de promover la integración del talud al medio
circundante, reconstituyendo cuanto sea posible la vegetación local.
Esa técnica es usada en taludes o laderas formadas de rocas inestables
debido a que fijan las rocas sueltas evitando que las mismas se desprendan
y rueden cuesta abajo (Figura 3.9).
Biomantas
Son revestimientos biodegradables producidos con fibras de coco u otras
fibras naturales, pero con vida útil suficiente para desarrollar esta función. Su
función principal es la de servir de protección y abono para las especies
vegetales que serán sembradas en el talud, antes de la colocación de la
misma. Después de pocos meses de su aplicación la biomanta desaparece
por completo y la protección contra la erosión es proporcionada por la
vegetación que se habrá desarrollado en el talud.
57
�Figura 3.9. Biomantas
Fuente: Alberti Arroyo et al 2006.
Geomantas: En casos de taludes de suelos poco cohesivo y de pendiente
suave la mejor opción de revestimiento es una geomanta producida con
filamentos de nylon, esta se aplica directamente sobre el talud y es anclado
con grapas metálicas, posteriormente es sembrado y cubierto con tierra
vegetal. Su función es confinar las semillas con las cuales es colmatado,
facilitando el crecimiento de la vegetación y garantizando la interacción
suelo-material a través del anclaje de las raíces.
Gunitado
Es un sistema constructivo que consiste en proyectar con una manguera a
alta presión hormigón, pudiendo construir sobre cualquier tipo de superficie.
Con el objeto de construir un muro contínuo con mayor resistencia y menor
espesor para soportar y contener la presión ejercida por el terreno.
Puede aplicarse a taludes de cualquier tipo de pendiente ofreciendo una
permeabilización óptima gracias a la baja porosidad. Una de las ventajas de
esta técnica es la mayor resistencia por metro2, es decir con menos material
se consigue mayor resistencia y durabilidad (figura 3.10).
Puede ser usado para revestir pendientes muy inclinadas y así evitar los
deslizamientos con un grado de durabilidad que hace que su mantenimiento
sea pequeño.
58
�Figura 3.10. Gunitado
Fuente: Alberti Arroyo et al 2006.
Para concluir, los deslizamientos de tierra ocurridos durante el año 2004
coinciden con los meses de mayor precipitación, como lo son mayo (75,96
mm), junio (69,09 mm) y noviembre (54,87 mm). Los valores de humedad
más bajos, registrándose el último deslizamiento en los meses de mayor
humedad, que son octubre y noviembre (79,8% y 81,3%, respectivamente).
Los deslizamientos de tierra ocurridos durante el año 2005 coinciden con los
meses de mayor precipitación o con el mes que le prosigue, como lo son
febrero (220 mm), abril (146,6 mm) y mayo (117,4 mm). Durante el mes de
mayo y a finales del año, se registraron los valores de humedad más altos,
registrándose los deslizamientos en meses donde la humedad es mayor a
70% (73,8%, 74% y 72,1%, respectivamente).
Estos desprendimientos también fueron precedidos por varios eventos
sísmicos, ocurridos en un lapso no mayor a 5 días, con una profundidad
máxima de 13,2 km y mínima de 0,1 km y magnitudes entre 2,7 y 3,6 en la
escala de Richter. El epicentro más lejano se ubicó a 197 km y el más
cercano a 13 km al noreste de Maracaibo.
El deslizamiento de tierra registrado a principios del año 2006 ocurre
después de los meses de mayor humedad del año 2005, que promedian
76,86%, sin que se registren precipitaciones entre noviembre y diciembre de
ese año ni durante enero. Estos movimientos, también fueron precedidos por
varios eventos sísmicos, ocurridos en un lapso no mayor a 21 días, con una
profundidad máxima de 91 km y magnitudes entre 2,6 y 5,0 en la escala de
Richter. El epicentro más lejano se ubicó a 59 km al noreste de Maracaibo y
el más cercano a 59 km aproximadamente al suroeste de La Concepción.
59
�Los deslizamientos de tierra registrados durante el año 2010 ocurren
después de los meses donde se registran las mayores temperaturas, entre
mayo y agosto, donde la temperatura promedia 29,8º C. Respecto a la
humedad, los deslizamientos ocurren cuando la humedad es mayor al 70%,
incrementándose desde agosto hasta noviembre, donde se registra la
humedad máxima del año 2010 (87,9%). Durante ese año la precipitación
fue escasa, siendo el mes de agosto donde se registró la mayor precipitación
(14,49 mm).
Estos desprendimientos también fueron precedidos por varios eventos
sísmicos. En el mes de septiembre ocurrió en un lapso no mayor a 8 días,
con una profundidad máxima de 35,6 km y mínima de 1,6 km y magnitudes
entre 2,2 y 3,0 en la escala de Richter. En el mes de noviembre ocurrió en
un lapso no mayor a 13 días, con una profundidad máxima de 136,5 km y
mínima de 1,1 km y magnitudes entre 2,0 y 4,1 en la escala de Richter. En el
mes de diciembre ocurrió en un lapso no mayor a 24 días, con una
profundidad máxima de 136 km y mínima de 1 km y magnitudes entre 2,2 y
3,0 en la escala de Richter. Fueron considerados sismos ocurridos entre los
grados 71 -73 de longitud (este) y los grados 9 -14 de latitud (norte).
El deslizamiento de tierra ocurrido durante el año 2011 tuvo lugar tras
registrarse un incremento de 80 mm a 159 mm en los valores de
precipitación entre los meses de abril a mayo, donde la temperatura
promedia los 29,1º C y va en ascenso. Respecto a la humedad, el
deslizamiento ocurre luego de haberse registrado el valor más bajo de
humedad en el año (69,8% en abril).
Estos desprendimientos también fueron precedidos por varios eventos
sísmicos. En el mes de enero ocurrió en un lapso no mayor a 24 días, con
una profundidad máxima de 134,8 km y mínima de 1,1 km y magnitudes
entre 2,0 y 3,1 en la escala de Richter. En el mes de mayo ocurrió en un
lapso no mayor a 12 días, con una profundidad máxima de 156,7 km y
mínima de 1,9 km y magnitudes entre 2,0 y 3,4 en la escala de Richter.
Fueron considerados sismos ocurridos entre los grados 71 -73 de longitud
(este) y los grados 9 -14 de latitud (norte).
60
�Como resultado del análisis de las representaciones estereográficas se
obtuvo que entre los 10 taludes presentes en el área de estudio, sólo de 7
taludes se pudo obtener información pertinente al análisis de estabilidad,
debido a que presentaron dos tipos de rotura: la primera, de rotura en cuña
(47%) y la segunda, de rotura planar (53%).
Los resultados del análisis de estabilidad indican que aproximadamente el
71% de los taludes se encuentran en una condición muy inestable, con
factores de seguridad inferiores a 1 y presentan una condición de alta
densidad e incidencia de procesos de desprendimientos de bloques
asociada
a la
cinemática
de
planos de estratificación
y
de las
discontinuidades; a pesar de ello y según las observaciones de campo, en
algunos casos la ocurrencia de caídas de roca simplemente se deben a un
desprendimiento por gravedad condicionado por el ángulo del talud. El 29%
de estas estructuras se encuentran en condiciones estables con factores de
seguridad superiores a 1,5.
Considerando el grado de estabilidad de los taludes se realizó el mapa de
estabilidad cinemática, donde se puede observar que los taludes de la zona
se presentan muy inestables.
61
�CONCLUSIONES
1. El relieve del área, tiene una topografía predominante de colinas de
formas cóncavo-convexas. Esta morfología se relaciona con un
sistema de cárcavas, las cuales en los períodos de lluvia, generan
intensos flujos en dirección al lago de Maracaibo. Las fallas activas,
están relacionadas geo -estructuralmente con estas, orientándose en
dirección noroeste-sureste. La acción del hombre, ha roto su equilibrio
morfo dinámico urbano, alterando
variables como pendiente,
escurrimiento, suelos, zonas de corte y relleno, áreas de préstamos
entre otros.
2. La metodología de estudio de los deslizamientos en los taludes del
cerro Leonardi y el cerro Alemán de la formación El Milagro permitió la
realización más efectiva del estudio de los deslizamientos de la zona
lográndose una mejor interpretación, estudio y evaluación de los
deslizamientos que en este territorio tiene lugar.
3. Los suelos, son en su mayoría arenas muy finas con estratos poco
consolidados, que se erosionan hacia las partes más bajas, creando
zonas de inestabilidad. Los factores climáticos y sísmicos fueron los
desencadenantes de los deslizamientos ocurridos en la zona.
Evidencia de ello son los eventos registrados en los años 2004, 2005
y 2011. El 71% de los taludes se encuentra en una condición muy
inestable, con factores de seguridad < 1. Los deslizamientos están
condicionados por la orientación de los planos de estratificación y las
discontinuidades.
62
�RECOMENDACIONES
1. Continuar con los análisis de los deslizamientos en el sector para
poder
proponer técnicas adecuadas para la estabilización de los
taludes. Eliminando el impacto geoambiental de la región.
2. Generar un sistema de medidas que permitan
estabilizar el talud
para armonizarlo con el ambiente y así Incrementar la calidad de vida
de la comunidad y de su entorno
63
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número 2.
67
�ANEXOS
68
�ANEXO 1.1 TEMPERATURA PROMEDIO DE MARACAIBO
69
�ANEXO. 1.2. ANÁLISIS DE MUESTRAS.
Valor del peso unitario por parafinado en las muestras.
Contenido de humedad
Resultados de la determinación de Pesos Unitarios
Muestra
Nro.
Peso sin
parafina
Peso con
Peso
parafina sumergido
Peso Unitario
(gr/cc)
M-01
52,80
57,30
18,29
1,56
M-02
76,90
85,30
28,45
1,63
M-03
48,10
52,90
17,10
1,59
M-04
44,80
49,90
13,80
1,48
M-05
47,30
52,50
16,90
1,60
M-06
56,30
62,20
22,10
1,69
Valor de los limites de consistencia
70
�ANEXO 1.3 ANÁLISIS CLIMÁTICO Y SÍSMICO DEL 2005
Agosto 2005
71
�ANEXO 2.1 MAPA DE ESTABILIDAD CINEMÁTICA
72
�ANEXO 3.1 CURVAS GRANULOMÉTRICO
73
�ANEXO 3.2 ENSAYOS
74
�ANEXO 3.3 MAPA TOPOGRÁFICO
75
�ANEXO 3.4 BLOQUE DIAGRAMATICO DEL ÁREA DE ESTUDIO
76
�ANEXO 3.5 MAPA GEOLÓGICO
77
�ANEXO 3.6. MAPA DE PROCESOS GEOMORFOLÓGICOS
78
�
Dublin Core
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Title
A name given to the resource
Tesis
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Evaluación de los deslizamientos de los cerros Leonardi
y Alemán de la formación El Milagro, sector Valle Frío,
parroquia Santa Lucía, Maracaibo
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Ysabel Sanguino Femayor
Publisher
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Editorial Digital Universitaria de Moa
Type
The nature or genre of the resource
Tesis maestría
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2015
-
https://repoedum.ismm.edu.cu/files/original/795fca6580ef30808948954ae5e67a44.pdf
73e5c6176bdfc73e6ffa5ba57da5f9a6
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TESIS
PROCEDIMIENTO
PARA LA MODELACIÓN DE
COORDENADAS ESPACIALES
EN LA REGIÓN MINERA DE MOA
Yordanys Esteban Batista Legrá
�Página legal
Título de la obra:Procedimiento para la modelación de coordenadas espaciales en la
región minera de Moa, 166pp.
Editorial Digital Universitaria de Moa, año.2016 -- ISBN:
1.Autor: Yordanys Esteban Batista Legrá
2.Institución: Instituto Superior Minero Metalúrgico ¨ Dr. Antonio Núñez Jiménez¨
Edición: Lic. Liliana Rojas Hidalgo
Corrección: Lic. Liliana Rojas Hidalgo
Digitalización. Lic. Liliana Rojas Hidalgo
Institución de los autores: ISMM ¨ Dr. Antonio Núñez Jiménez¨
Editorial Digital Universitaria de Moa, año 2016
La Editorial Digital Universitaria de Moa publica bajo licencia Creative Commons de
tipo Reconocimiento No Comercial Sin Obra Derivada, se permite su copia y
distribución por cualquier medio siempre que mantenga el reconocimiento de sus
autores, no haga uso comercial de las obras y no realice ninguna modificación de ellas.
La licencia completa puede consultarse en:
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
Editorial Digital Universitaria
Instituto Superior Minero Metalúrgico
Ave Calixto García Íñiguez # 75, Rpto Caribe Moa 83329, Holguín Cuba
e-mail: edum@ismm.edu.cu
Sitio Web: http://repoedum.ismm.edu.cu
�REPÚBLICA DE CUBA
MINISTERIO DE EDUCACIÓN SUPERIOR
INSTITUTO SUPERIOR MINERO METALÚRGICO DE MOA
״ANTONIO NÚÑEZ JIMÉNEZ״
FACULTAD DE GEOLOGÍA - MINERÍA
DEPARTAMENTO DE MINERÍA
PROCEDIMIENTO PARA LA MODELACIÓN DE COORDENADAS
ESPACIALES EN LA REGIÓN MINERA DE MOA
Tesis presentada en opción al grado científico de Doctor en Ciencias Técnicas
YORDANYS ESTEBAN BATISTA LEGRÁ
MOA-2015
�REPÚBLICA DE CUBA
MINISTERIO DE EDUCACIÓN SUPERIOR
INSTITUTO SUPERIOR MINERO METALÚRGICO DE MOA
״ANTONIO NÚÑEZ JIMÉNEZ״
FACULTAD DE GEOLOGÍA - MINERÍA
DEPARTAMENTO DE MINERÍA
PROCEDIMIENTO PARA LA MODELACIÓN DE COORDENADAS
ESPACIALES EN LA REGIÓN MINERA DE MOA
Tesis presentada en opción al grado científico de Doctor en Ciencias Técnicas
Autor: Ing. Yordanys Esteban Batista Legrá, M. Sc
Tutor: Prof. Tit., Ing. Orlando Belete Fuentes, Dr. C
�Listado de siglas
GPS.
Sistema de posicionamiento global
NAG.
Nivelación astrogravimétrica
N GPS
Nivelación GPS
RC 3011
Norma Cubana
CEPRONIQUEL. Empresa de Ingeniería y Proyectos del Níquel
GDOP.
Geometría de dilución de precisión
GUM.
Guía de estimación de incertidumbres
MCM.
Simulación Monte Carlo
NMM.
Nivel medio del mar
SIG.
Sistema de información geográfica
TIN.
Superficie triangular e irregular para modelos digitales
UTM
Proyección cartográfica: Universal Transversa de Mercator
RGE
Red geodésica estatal
ME
Mira de espalda
MF
Mira de frente
MG
Modelos geopotenciales
ONHG
Oficina Nacional de Hidrografía y Geodesia.
MINFAR
Ministerio de las Fuerzas Armadas Revolucionarias
MDT
Modelo digital del terreno
MDAE
Modelo digital de alturas elipsoidales
MDCG
Modelo digital de correcciones gravimétricas
MOG
Modelo de ondulaciones del geoide
ARGIS
Software de sistema de información geográfica
�SÍNTESIS
El presente trabajo tiene como objetivo modelar coordenadas espaciales para la
obtención de parámetros técnicos de medición en los yacimientos lateríticos de la
región minera de Moa, con la finalidad de lograr una mayor eficiencia con la
nueva tecnología de estaciones totales y sistema de posicionamiento global
(GPS) en los procesos productivos.
Se elabora un procedimiento como resultado de un análisis interdisciplinario,
donde se aplican métodos relacionados con la Geodesia Física, Topografía,
Hidrografía, Cartografía Digital, Modelación y Simulación. Se integran diferentes
softwares
para
el procesamiento
de
los
resultados obtenidos en
los
experimentos.
Como resultados se muestran nuevos parámetros técnicos para la poligonometría
y levantamientos topográficos, la aplicación de la simulación Monte Carlo en el
cálculo de la incertidumbre de medición, una nueva concepción para determinar
un modelo de ondulaciones del geoide y la implementación de un SIG para la
modelación.
�TABLA DE CONTENIDO
Materia
Pág
INTRODUCCIÓN
1
CAPÍTULO 1. ANTECEDENTES Y TENDENCIAS ACTUALES DEL
EMPLEO DE INSTRUMENTOS TOPOGEODÉSICOS EN LA MINERÍA
1.1. Introducción
1.2. Antecedentes
10
y
tendencias
actuales
de
los
11
instrumentos topográficos
1.3. Concepto de estaciones totales
13
1.4. Principios de funcionamiento de la tecnología GPS
14
1.5. El geoide como superficie de referencia
15
1.5.1. Métodos
para
determinar
modelos
de
17
1.6. La tecnología de estaciones totales y GPS en la
18
ondulaciones del geoide
minería y su impacto en Cuba
1.7. Principales
utilizados
espaciales
características
de
los
softwares
para la modelación de coordenadas
19
�1.8. Análisis de los trabajos precedentes relacionados
21
con la temática a nivel internacional
1.9. Análisis de los trabajos precedentes relacionados
27
con la temática en Cuba
1.10. Conclusiones parciales
31
CAPITULO 2. PROCEDIMIENTO PARA LA MODELACIÓN DE
COORDENADAS ESPACIALES EN LA REGIÓN MINERA DE MOA
2.1. Contenido
33
2.2. Propósito
34
2.3. Alcance
35
2.4. Responsabilidad y autoridad
35
2.5. Descripción de las actividades de la primera etapa
36
del procedimiento
2.5.1. Trabajos de campo
36
2.5.2. Trabajos de gabinete
39
2.6. Descripción de las actividades de la segunda
42
etapa del procedimiento
2.6.1. Trabajos de campo
2.6.1.1. Determinación de incertidumbre de
42
53
medición por el método de simulación
Monte Carlo
2.6.2. Trabajos de gabinete
59
�2.7. Conclusiones parciales
62
CAPÍTULO 3. VALIDACIÓN DEL PROCEDIMIENTO PARA LA
MODELACIÓN DE COORDENADAS ESPACIALES
3.1. Características físico-geográficas del área de
63
estudio (caso de estudio)
3.2. Trabajos de campo con las estaciones totales
65
3.3. Trabajos de gabinete para la determinación de
67
parámetros técnicos aplicados a las estaciones
totales
3.3.1. Análisis de las tolerancias admisibles para la
67
densificación de redes
3.3.2. Determinación de las tolerancias admisibles
69
por normas en coordenadas espaciales para
poligonales.
3.3.3. Determinación de las tolerancias admisibles
72
por normas en coordenadas espaciales para
levantamientos topográficos.
3.4. Análisis de los resultados de las mediciones
72
experimentales con estaciones totales
3.4.1.
Análisis
comparativo
obtenidos
en
de
las
los
errores
74
mediciones
experimentales y los establecidos por las
normas
3.4.2.
Parámetros
técnicos
coordenadas espaciales
modelados
para
75
�3.5.
Validación
de
los
parámetros
técnicos
75
3.5.1. Validación de los parámetros técnicos
77
determinados para la poligonometría
determinados
para
levantamientos
topográficos
3.6. Selección del método para la determinación del
78
modelo de ondulaciones del geoide
3.7. Determinación de la incertidumbre de medición del
80
péndulo simple
3.8. Trabajos de campo para la determinación del
81
modelo de ondulaciones del geoide
3.8.1. Medición con los receptores GPS Leica 1200
3.8.2. Mediciones de aceleración de la gravedad
82
83
con el péndulo simple
3.8.3. Mediciones para la determinación de la altura
83
del punto de origen del modelo
3.9.
Análisis
comparativo
de
las
coordenadas
85
3.10. Trabajos de gabinete para determinar el modelo de
86
altimétricas de punto Blet
ondulaciones del geoide
3.11. Determinación del modelo de ondulaciones del
geoide a partir del análisis geoespacial de planos
aplicando herramientas de SIG
87
�3.12. Cálculo de la corrección por el efecto de las
87
perturbaciones de gravedad
3.13. Cálculo de los modelos de ondulaciones del geoide
89
3.14. Validación de los modelos
90
3.15. Análisis comparativo de los modelos
92
3.16. Evaluación de la efectividad económica del
94
procedimiento propuesto
3.17. Conclusiones parciales.
96
CONCLUSIONES GENERALES
97
RECOMENDACIONES
98
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ANEXOS
�INTRODUCCIÓN
Durante varios años en los procesos de exploración geológica y explotación
minera en los yacimientos lateríticos de la región minera de Moa se confrontan
problemas con las coordenadas de los puntos de apoyo utilizados para la
realización de los trabajos topográficos, los cuales han provocado inestabilidad y
atrasos en los procesos productivos, influyendo en la exactitud de los resultados
del cálculo de reservas, así como el volumen de mineral extraído (Belete y
Batista, 2012).
Con el desarrollo científico-técnico, el avance de la tecnología de instrumentos
topográficos y la necesidad de estudiar los distintos fenómenos naturales que
inciden sobre las obras mineras, se necesitan bases de apoyo con criterios de
exactitud más rigurosos, que permitan dar respuesta a las necesidades
topográficas siempre crecientes en los yacimientos de la región minera de Moa.
En las minas de las empresas Pedro Sotto Alba y René Ramos Latour las redes
geodésicas existentes fueron construidas antes del año 1959 y en la empresa
Comandante Ernesto Che Guevara desde el año 1986, según Wagdi (2010). Por
las condiciones físico-geográficas y la extensión de los yacimientos las
coordenadas de estos puntos fueron obtenidas por los métodos de densificación
poligonometría y nivelación, que por el paso de los años y la tecnología empleada
para su determinación no satisfacen las exigencias en cuanto a exactitud
precisión de las nuevas tecnologías de instrumentos topogeodésicos.
y
�En los trabajos topográficos en yacimientos lateríticos que corresponden a las
empresas de níquel Comandante Ernesto Che Guevara y Comandante Pedro
Sotto Alba, se aprecian las tendencias siguientes:
1. Se incorporan nuevas tecnologías de instrumentos topogeodésicos.
2. Se ha logrado incrementar la productividad en los trabajos topográficos.
3. El procesamiento de los datos topográficos tomados en campo se ha
logrado automatizar.
En la literatura e instrucciones vigentes se recogen los principales parámetros
para la densificación de redes geodésicas a poligonales
y nivelación con
diferentes órdenes de precisión, sin embargo, estos documentos no tienen en
cuenta la precisión de las nuevas tecnologías de instrumentos topogeodésicos y
son pobres las informaciones relacionadas con la determinación de coordenadas
espaciales.
Se analizaron un total de 123 fuentes bibliográficas, que posibilitaron el análisis y
la síntesis de los elementos fundamentales para la investigación. Durante la
revisión se identificaron las tendencias actuales siguientes:
1. Los documentos técnicos rectores para la realización de poligonales datan
del año 1987, los cuales se realizaron de acuerdo a las características
técnicas del equipamiento topográfico de la época.
2. La estación total y los GPS integran las coordenadas planimétricas y
altimétricas en un proceso de medición, sin embargo, los parámetros
vigentes
están
relacionados
a
dos
métodos
de
densificación
independientes: las poligonales y la nivelación, lo cual duplica los trabajos
de campo.
�3. Se realizan las mediciones topográficas con los GPS, donde se han
obtenido avances significativos en la determinación de la posición
planimétrica de puntos sobre la superficie terrestre, no siendo así en la
determinación altimétrica, influenciado por las irregularidades que presenta
la figura física de referencia denominada geoide en el territorio nacional.
4. No se cuenta con una metodología, instrucción o procedimiento que rija el
trabajo de la topografía minera fundamentado en las potencialidades de
nuevas tecnologías de instrumentos topogeodésicos.
Al considerar la exactitud esperada en los trabajos de la topografía minera y los
que se ejecutan con ambas tecnologías, se definen dos líneas de trabajo
fundamentales:
En las estaciones totales: cómo fusionar los métodos de densificación
poligonometría y nivelación en un método que permita obtener las
coordenadas espaciales de acuerdo a las tolerancias admisibles que
exigen los trabajos en la minería, así como determinar nuevos parámetros
de medición para explotar al máximo las potencialidades del instrumento.
En los GPS: garantizar la exactitud adecuada en la determinación de la
posición altimétrica de puntos para obtener coordenadas espaciales y así
ampliar su empleo en los trabajos topográficos mineros.
El presente trabajo representa una investigación que se caracteriza por su interés
en la aplicación y consecuencias prácticas de los conocimientos. Satisface
necesidades concretas relacionadas con la actividad de la topografía minera, su
propósito es mejorar un producto o proceso de producción y sentar las bases
para complementar tareas de máxima prioridad del estado:
1. Contribuir al futuro proyecto de minería de precisión.
�2. Explotación de las nuevas tecnologías en los yacimientos de la región
minera de Moa, de acuerdo a la productividad para lo cual están
diseñadas.
Problema:
No existe un procedimiento que permita modelar coordenadas espaciales y
definir parámetros técnicos de medición en los yacimientos de la región minera
de Moa, para la eficiente explotación de estaciones totales y sistema de
posicionamiento global.
Objeto de estudio:
La modelación de coordenadas espaciales en la región minera de Moa.
Campo de acción:
Los yacimientos lateríticos de las empresas de níquel Comandante Ernesto Che
Guevara y Comandante Pedro Sotto Alba.
Objetivo de la investigación:
Elaborar un procedimiento que permita modelar coordenadas espaciales y definir
parámetros técnicos de medición para la utilización eficiente de estaciones totales
y sistema de posicionamiento global en la región minera de Moa.
Hipótesis:
Si se evalúa la exactitud de las estaciones totales en condiciones ambientales y
se determina un modelo de ondulaciones del geoide para la región minera de
Moa, entonces es posible elaborar un procedimiento para modelar coordenadas
espaciales y definir parámetros de medición en los yacimientos de la región
minera de Moa.
�Objetivos específicos:
1. Evaluar la exactitud de las mediciones con estaciones totales en las
condiciones ambientales de los yacimientos lateríticos de la región minera
de Moa.
2. Definir los parámetros técnicos de medición en la poligonometría y
levantamientos topográficos con el empleo de las estaciones totales.
3. Determinar un modelo de ondulaciones del geoide origen para la región
minera de Moa.
4. Modelar las coordenadas espaciales a partir del análisis geoespacial de
planos en plataformas SIG.
Novedad científica:
Un procedimiento que permite modelar coordenadas espaciales y definir
parámetros técnicos de medición para el empleo de las nuevas tecnologías de
estaciones totales y GPS, de acuerdo con la productividad para lo cual están
diseñadas.
Aportes teóricos:
Nuevos parámetros técnicos poligonométricos y de levantamientos para el
empleo de estaciones totales.
Se plantea una nueva concepción para determinar un modelo de
ondulaciones del geoide como resultado de la fusión del método
geométrico y el físico.
Aportes prácticos:
Determinación de un modelo de ondulaciones del geoide origen para la
región minera de Moa.
� Establecimiento de un punto de origen referido al nivel medio del mar para
la modelación de las ondulaciones del geoide en los yacimientos de la
región minera de Moa.
Un sistema de información geográfica para el análisis integral de los
resultados.
Actualidad, necesidad e importancia de la investigación:
El empleo de las estaciones totales y los GPS en la actividad minera en Cuba
constituye una temática actual, que se desarrolla cada día más, siendo una
preocupación constante de especialistas determinar las coordenadas espaciales
con las nuevas tecnologías, a partir de parámetros técnicos científicamente
fundamentados y ajustados a la exactitud que requieren los trabajos en la
minería. Con ello se logrará una mayor productividad, eficiencia, calidad y
perfeccionamiento de los servicios topográficos en la región minera de Moa.
Métodos empleados para dar solución al problema científico de la
investigación:
Métodos empíricos: fue imprescindible el empleo de la medición, la
observación científica para el conocimiento de las características
fundamentales del objeto, el experimento y análisis de documentos.
Métodos teóricos para la interpretación conceptual de los datos empíricos,
haciendo uso del análisis y la síntesis para el estudio de las partes del
objeto y comprensión de su comportamiento como un todo; la inducción y
deducción como procedimiento para pasar de lo conocido a lo
desconocido y de lo general a lo particular; la modelación y el empleo de
métodos matemáticos.
�Producción científica del autor sobre el tema de tesis:
Los resultados de esta investigación han sido presentados en los siguientes
eventos científicos:
VI Conferencia Internacional de Aprovechamiento de los Recursos Minerales.
CINAREM 2011. Cuba.
XVI Fórum de Ciencia y Técnica. CEPRONIQUEL. 2011. Cuba.
VII Conferencia Internacional de Aprovechamiento de los Recursos Minerales.
CINAREM 2013. Cuba.
Fórum Provincial de Ciencia y Técnica 2015. Cuba.
VII Convención internacional de Agrimensura. 2015. Cuba.
Publicaciones sobre el tema:
Consideraciones
sobre
la
exactitud
de
redes
de
levantamiento
topográficos. Revista Minería y Geología. Volumen 23, No. 3, septiembre
2013.
Elaboración del modelo digital de elevaciones mediante tecnología 3D
Láser escáner. Revista Minería y Geología. Volumen 30, No. 1, marzo
2014.
Modelación del geoide en presas de cola de la región minera de Moa.
Revista Minería y Geología. Volumen 30, No. 4, diciembre 2014.
Determinación del coeficiente conjunto de curvatura y refracción en
yacimientos lateríticos de Moa. Volumen 31, No. 3, septiembre 2015.
Trabajos de diploma tutorados:
Criterios para bases de apoyo topográficas en la minería. Alumno.
Chencho Wangdi. Instituto Superior Minero Metalúrgico de Moa. 2010.
�
Determinación de la influencia de los factores meteorológicos durante
las mediciones con estaciones totales para el cálculo de volumen de
mineral extraído. Alumno. Lisbet Guerra Rodríguez. Instituto superior
Minero Metalúrgico de Moa. 2012.
Procedimiento para la elaboración de un Modelo Digital de Elevaciones
mediante tecnología 3D Láser Escáner. Alumno. Fabián Ojeda. Instituto
Superior Minero Metalúrgico de Moa. 2013.
Reconocimientos obtenidos:
Premio provincial de la Academia de Ciencias de Cuba 2014. Cuba.
Premio relevante en el Fórum provincial de ciencia y técnica 2015.
Impactos producidos por la investigación:
Actualización de las instrucciones técnicas de trabajo ITT-002 Trabajos de
campo, ITT-005 Control de calidad, ITT-007 Trabajos con estación total,
ITT-008 Trabajos GPS, que se aplican en todos los yacimientos lateríticos
de la región minera de Moa, de la empresa de Ingeniería y Proyectos de
Níquel, aprobadas por la Oficina Nacional de Hidrografía y Geodesia.
Implementación de los nuevos parámetros técnicos poligonométricos y el
modelo de ondulaciones del geoide en la empresa Constructora y
Reparadora del Níquel en los trabajos de movimientos de tierra en la presa
de colas de la empresa Comandante Ernesto Che Guevara.
Implementación de los nuevos parámetros técnicos poligonométricos en la
empresa Comandante Ernesto Che Guevara en los controles de volúmenes
de mineral en los frentes de arranque y canteras de préstamos.
�
Implementación del procedimiento en los trabajos topográficos para el
proyecto del emisor submarino de la empresa Comandante Pedro Sotto
Alba.
Implementación del procedimiento en los proyectos de exploración
geológica de los yacimientos Camarioca Sur, Zona septentrional, La Delta y
Canta Rana, ejecutada por la empresa Geocuba Oriente Sur, asesorado
por los consultores de CIH.
Estructura del trabajo:
Capítulo 1: Antecedentes y tendencias actuales del empleo de instrumentos
topogeodésicos en la minería. Se realiza un análisis crítico de los antecedentes y
tendencias de la topografía minera a nivel nacional e internacional, que aborda el
empleo de la nueva tecnología de instrumentos topogeodésicos y las tolerancias
admisibles en los trabajos topográficos para la minería.
Capítulo 2: Procedimiento para la modelación de coordenadas espaciales en la
región minera de Moa. Se propone un procedimiento para modelar coordenadas
espaciales y determinar parámetros de medición para la utilización eficiente de la
nueva tecnología de estaciones totales y GPS.
Capítulo 3: Validación del procedimiento para la modelación de coordenadas
espaciales. Se realiza la validación en un caso de estudio, donde se muestran las
investigaciones de campo y gabinete que permitieron diseñar el procedimiento,
mostrando su factibilidad económica.
�CAPÍTULO I
ANTECEDENTES Y TENDENCIAS ACTUALES DEL EMPLEO DE
INSTRUMENTOS TOPOGEODÉSICOS EN LA MINERÍA
�Y. E. Batista Legrá
Tesis Doctoral
CAPÍTULO I. ANTECEDENTES Y TENDENCIAS ACTUALES DEL EMPLEO DE
INSTRUMENTOS TOPOGEODÉSICOS EN LA MINERÍA
1.1. Introducción
Desde la antigüedad el hombre, en su actividad multifacética como ser social,
siempre necesitó y necesita hoy más aún, tener el conocimiento científico
filosófico del mundo material, incluida la tierra como planeta (Nuñez, 2004;
Acosta, 2005).
Las aplicaciones más comprensibles por el ser social en general, relacionadas
con la figura física real de la tierra y su representación, son los mapas. En los
mismos se ubican e investigan la distribución espacial de la esencia y relaciones
de la naturaleza, la sociedad humana y el pensamiento, así como sus variaciones
en el tiempo, mediante el empleo de diferentes modelos (Acosta, 2005).
La exactitud de los trabajos topográficos que hoy en día se ejecutan en los
yacimientos lateríticos de la región minera de Moa dependen, en gran medida, de
las bases de apoyo de levantamiento. Con el advenimiento del sistema de
posicionamiento global por satélites y las estaciones totales se ha hecho cada
vez más real el sueño sobre la determinación de coordenadas espaciales a
grandes distancias con exactitudes similares a las de la nivelación geométrica
con el mínimo gasto material y humano.
10
�Y. E. Batista Legrá
Tesis Doctoral
1.2. Antecedentes y tendencias actuales de los instrumentos topográficos
Mucho antes de dejar la vida nómada, el hombre cuando se desplazaba ya
utilizaba señales en el suelo, unas naturales, otras artificiales, conocido por
informes de marcha, para orientarse y tener la garantía de saber llegar a su
destino (Belete, 2008). Actualmente se utiliza este sistema en letreros
toponímicos con indicación de distancias a destinos, en carreteras, faros ópticos
o electrónicos o aún, para los geodestas, marcos o vértices geodésicos.
Estas señales están diseminadas por todo el mundo y algunas muy antiguas
constituyen aún misterios, que difícilmente se pueden solucionar.
El desarrollo tecnológico en estos días, con nuevos instrumentos, tecnologías de
medición y análisis computacional, han obligado a evolucionar la concepción
científica de la Geodesia y la Topografía y los resultados que de ella se esperan.
La Geodesia ha superado por mucho su base geométrica inicial y se desenvuelve
en un contexto de entornos físicos dinámicos fundamentales, y ha pasado de las
interpretaciones bidimensionales a las tridimensionales (Belete, 2008).
Las técnicas de medición contemporáneas se inscriben ahora en un entorno
dinámico espacial que permite resultados de elevada exactitud en tiempos
relativamente cortos en comparación con los métodos tradicionales, en particular
las estaciones totales y los GPS (figura 1.1). En la década de los noventas
vinieron a revolucionar la tecnología de medición geodésica sustituyendo
ventajosamente los métodos de posicionamiento astronómico, triangulación y
trilateración, aplicados hasta fechas recientes para conformar la red geodésica
estatal.
11
�Y. E. Batista Legrá
Estación Total
Tesis Doctoral
GPS
Figura 1.1. Nueva tecnología de instrumentos topogeodésicos.
Ante las nuevas necesidades y conceptos modernos de las ciencias geodésicas y
la topografía, se impone el desarrollo tecnológico. En la época actual, la industria
niquelífera reclama con intensidad cada vez mayor instrumentos topográficos que
se desempeñen satisfactoriamente en condiciones adversas, a costos accesibles
y en corto tiempo.
En Cuba se trabaja en la investigación de la red geodésica estatal de apoyo para
los trabajos topográficos con el empleo de las tecnologías de sistema de
posicionamiento global y estaciones totales, abarcando el mayor campo posible
de aplicaciones, entre ellos la minería, la construcción y la agricultura, además se
ha investigado a nivel nacional la obtención de los valores permisibles para el
replanteo en grandes obras industriales y altos edificios.
Desdin (2009) realizó un estudio de la red geodésica estatal para caracterizar los
movimientos horizontales recientes de la corteza terrestre en los yacimientos
lateríticos de la región minera de Moa, con la tecnología de sistema de
posicionamiento global, donde se realizó un ajuste riguroso de las coordenadas
12
�Y. E. Batista Legrá
Tesis Doctoral
de puntos de orden superior que sirvieron de base para la investigación (figura
1.2).
Figura 1.2. Puntos de la red geodésica estatal (tomado de Desdin, 2009).
1.3. Concepto de estaciones totales
En el marco de la medición electrónica de ángulos y distancias se denomina
medición total a la acción de obtener en una observación los tres valores que
caracterizan la posición de un punto en el espacio (Belete, 2008).
El ángulo horizontal.
El ángulo vertical.
La distancia geométrica o inclinada.
Conjuntamente con los distanciómetros electrónicos surgieron las libretas
electrónicas o terminales de datos que permiten almacenar la información y
realizar determinados cálculos (Belete, 2008). En la figura 1.3 se muestra en
forma esquemática la estructura de una estación total.
13
�Y. E. Batista Legrá
Tesis Doctoral
123 56’ 12”
+
+
=
123 56’ 12”
89 56 ‘ 44”
Teodolito electrónico
Total TTTotal
89 56’ 44”
Distanciómetro
Libreta Electrónica
Estación
Figura 1.3. Esquema de la estructura estación total (tomado de Belete, 2008).
1.4. Principios de funcionamiento de la tecnología GPS
La tecnología GPS permite obtener coordenadas tridimensionales, por naturaleza
geocéntrica en un sistema de referencia global, tanto geográficas como
cartesianas, con una alta calidad en cuanto a precisión en corto tiempo, aun
cuando se necesite de una fuerte etapa de procesamiento para obtener
resultados altamente refinados (Hoyer et al., 2002, 2004).
El sistema GPS determina la posición donde se encuentra el receptor,
conociendo las distancias de tres puntos de coordenadas conocidas de satélites.
Esta determinación es similar a la estación libre utilizada en la topografía clásica.
Sin embargo, en el caso del GPS, los puntos de coordenadas conocidas no están
sobre la superficie de la tierra, sino en el espacio (Peñafiel y Zayas, 2001).
El cálculo de la distancia se realiza recibiendo mensajes del receptor. En cada
mensaje se indica el instante en que salió del satélite. El receptor tiene un reloj de
precisión, que está sincronizado con el satélite y puede saber el instante que
llegó el mensaje. Con estos datos, el receptor calcula la posición absoluta. Los
satélites envían al receptor información sobre la posición que se encuentran los
datos para que el receptor pueda calcular la distancia. Esta determinación de
posición tiene errores que pueden estar en unas decenas de metros (Rodríguez
et al., 2007).
14
�Y. E. Batista Legrá
Tesis Doctoral
1.5. El geoide como superficie de referencia
La palabra geoide significa forma de la tierra, definida como la superficie
equipotencial más aproximada al nivel de los océanos en estado de reposo y
prolongados por debajo de los continentes. Sería la superficie de equilibrio de las
masas oceánicas sometidas a la acción gravitatoria y a la fuerza centrífuga
ocasionada por la rotación de la tierra, de manera que en cualquier punto la
dirección de la gravedad es perpendicular a esta superficie (Acosta, 2002).
En este sentido, el geoide es una superficie definida por magnitudes físicas,
donde el potencial terrestre, las anomalías gravimétricas, la distribución de masas
continentales, la diferente densidad de las cortezas y el achatamiento de los
polos, hace que adopte una forma compleja y ondulada (Batista, 2012). La
diferencia en un punto determinado entre geoide y elipsoide se denomina
ondulación del geoide, concepto fundamental en la evaluación de altitudes
determinadas con GPS (figura 1.4).
Figura 1.4. Modelo del geoide (tomado de Dalda et al., 2003)
La distribución de las masas en el cuerpo de la tierra no es homogénea, por tal
razón tampoco lo son las superficies de nivel, generándose ondulaciones, donde
la densidad varía bruscamente, la curvatura de las superficies de nivel también
presenta variaciones bruscas. Esta condición tiene importante significado para el
15
�Y. E. Batista Legrá
Tesis Doctoral
estudio de la figura del geoide. Su superficie atraviesa masas de diferentes
densidades (Desdin, 2009).
La curvatura del geoide cambia a saltos ante todo en la orillas de los mares y
océanos y también allí donde el geoide atraviesa rocas de diferentes densidades.
Al mismo tiempo, todas las superficies de nivel y el geoide como una de estas
superficies, no presentan discontinuidades en ningún lugar, esto se deduce de la
continuidad del potencial de la fuerza de gravedad (Zakatov, 1981).
En los trabajos geodésicos se hace necesario reducir las mediciones directas al
elipsoide de referencia, para ello es necesario conocer en todos los puntos la
desviación relativa de la vertical, lo cual obliga a determinar un modelo del
geoide.
Frecuentemente recurrimos al auxilio del GPS para las redes de control y para tal
efecto se necesita conocer las alturas, las cuales no son posibles sin el auxilio de
un modelo de geoide.
Los modelos del geoide utilizados a nivel internacional están asociados a un
elipsoide de revolución, al cual corresponde un datum vertical determinado; los
más conocidos son:
EGM 96
IBERGE 02006
EGG 97
CG 03 C
IGG 2005
GCV 04
16
�Y. E. Batista Legrá
Tesis Doctoral
En Cuba se emplea el modelo EGM 96 ya que tiene asociado el elipsoide de
Clark 1866 que pertenece al sistema de referencia WGS 1984, de conjunto con el
datum vertical de la República de Cuba.
1.5.1. Métodos para determinar modelos de ondulaciones del geoide
A nivel global existen varios métodos para la determinación de las
ondulaciones del geoide, dentro de los más utilizados se encuentran:
Métodos físicos.
Método geométrico
Métodos físicos
Los métodos físicos utilizan la aceleración de la fuerza de gravedad en la
solución de las tareas geodésicas. Para disponer de un modelado del geoide se
precisa conocer el potencial de suficientes puntos, que luego permita generar un
modelo de curvas isoanómalas. Las perturbaciones al potencial son causadas
por las anomalías de la gravedad y son las generadoras de las ondulaciones del
geoide, para determinar el potencial de perturbación se deben emplear las
anomalías de la fuerza de gravedad, para cuya obtención es imprescindible el
levantamiento gravimétrico (Acosta, 2001).
Método geométrico
Si en la zona de trabajo existe una suficiente cantidad de puntos fijos,
altimétricos, de la red geodésica nacional o creados por trabajos de densificación,
empleando la nivelación geométrica y trigonométrica, de los cuales se conocen
los valores de las cotas, se pueden determinar las alturas elipsoidales (según
ecuación 1.1), empleando los GPS; las diferencias entre ambos valores
17
�Y. E. Batista Legrá
Tesis Doctoral
representarán las ondulaciones del geoide dentro de la zona de estudio (Acosta,
2001).
N hH
(1.1)
Donde:
N : Ondulaciones del geoide
h : Altura elipsoidal obtenida con GPS
H : Altura ortométrica obtenida por nivelación geométrica o trigonométrica.
1.6. La tecnología de estaciones totales y GPS en la minería y su impacto en
Cuba
El hombre, al utilizar la nueva tecnología de instrumentos topogeodésicos, debe
justificar su uso con las potencialidades en función de obtener mayor
productividad y calidad en el desarrollo de su trabajo y para ello necesita un
conocimiento tanto científico como técnico.
En
Cuba
los
potencialidades,
parámetros
estableciendo
técnicos
de
medición
dos métodos para
vigentes
la
limitan
obtención
de
las
las
coordenadas de los puntos de apoyo, poligonometría y nivelación. Por su parte,
el sistema de posicionamiento global está limitado en la obtención de las
coordenadas altimétricas debido a la no determinación de un modelo de
ondulaciones del geoide que permita obtener los valores de las cotas de puntos
sobre la superficie con exactitud en los yacimientos de la región minera de Moa.
Las estaciones totales y los GPS se introdujeron a partir de la década del 90,
precisamente en la industria del níquel, en la Empresa de Ingeniería y Proyectos
del Níquel (CEPRONIQUEL), posteriormente se fueron sumando profesionales
de las minas de las plantas de níquel Comandante Ernesto Che Guevara, Pedro
18
�Y. E. Batista Legrá
Tesis Doctoral
Sotto Alba y Rene Ramos Latour, logrando adquirir experiencias empíricas que
posteriormente fueron transmitidas a especialistas de GEOCUBA para la creación
de metodologías de trabajo que a partir del año 2000 fueron transmitidas a las
empresas del frente nacional de proyectos.
1.7. Principales características de los softwares utilizados en la modelación
de coordenadas espaciales
La modelación de coordenadas espaciales parte de la generación de un modelo
de superficie 3D, que se fundamenta en una representación digital de entidades,
ya sea real o hipotética en un espacio tridimensional, se pueden crear a partir de
una amplia variedad de fuentes de datos, suele derivarse o calcularse mediante
algoritmos especialmente diseñados para ello, que toman datos de puntos, de
líneas o de polígonos como muestra y los convierte en una superficie 3D digital
(Batista, 2012). A continuación se muestran las principales características de los
softwares empleados en la investigación para la modelación.
Cartomap
El software Cartomap, de la empresa ANEBA de España, es uno de los más
utilizados en el campo de la topografía e ingeniería en muchos países. Dispone
de herramientas específicas de topografía: poligonales, taquimetría, curvas de
nivel, áreas y volúmenes. Cuenta, además, con herramientas específicas de
diseño de carreteras, ensanches y mejoras de vías existentes; es una potente e
intuitiva aplicación que facilita las tareas de proyectos y ejecución de obras de
ingeniería civil, urbanismo y minería. Abarca el ciclo completo, desde la toma de
datos procedentes de diversas fuentes (estaciones totales, GPS, ficheros dxf)
hasta la obtención de planos, vistas en planta, perfiles longitudinales y
19
�Y. E. Batista Legrá
Tesis Doctoral
transversales. La comunicación con otros sistemas es muy flexible, gracias a la
exportación en formato de texto y gráficos compatibles con los estándares del
sector.
AutoCAD Civil 3D
AutoCAD Civil 3D es un programa que permite realizar una amplia gama de
tareas relacionadas con la ingeniería civil, la topografía, minería y el dibujo, con el
software AutoCAD Civil 3D se puede crear relaciones inteligentes entre objetos
de dibujos para que los cambios realizados en el diseño se actualicen
dinámicamente, también ayuda a optimizar el desempeño del proyecto con
análisis geoespaciales, para identificar el mejor sitio del proyecto y realizar un
estudio pluvial para diseños más sostenibles, cálculos dinámicos y modelaciones
3D.
ArGIS
Es un software (SIG) para visualizar, crear, manipular y gestionar información
geográfica, estos corresponden a lugares, direcciones, posiciones en terreno,
áreas urbanas y rurales, regiones y cualquier tipo de ubicaciones en áreas
determinadas. Esta información es trabajada de manera sistémica, lo que
representa una diferencia sustancial relacionada al trabajo con planos y mapas,
permitiendo explorar, ver y analizar los datos según parámetros, relaciones y
tendencias que presenta la información, teniendo como resultado nuevas capas
de información, mapas y bases de datos.
20
�Y. E. Batista Legrá
Tesis Doctoral
1.8. Análisis de los trabajos precedentes relacionados con la temática a
nivel internacional
En el IV curso GPS para Geodesia y Cartografía, desarrollado en Cartagena de
Indias, Colombia, en el año 2003 (Dalda et al., 2003), se define al geoide como
la superficie de referencia más próxima al nivel medio del mar, que debido a la
distribución no homogénea de las masas en el cuerpo de la tierra y las
perturbaciones provocadas por la densidad de la corteza terrestre toma una
forma irregular. En el curso se muestra de manera simplificada un procedimiento
para la determinación de un modelo del geoide global, a partir de estudios
gravimétricos que especifican las zonas donde es posible lograr precisiones en la
determinación de las alturas hasta 10 cm, pero no aseguran la exactitud de los
resultados en todos los países, además se aborda sobre la existencia de varios
modelos del geoide a nivel mundial y algunos a nivel de países, todos referidos a
un elipsoide de referencia y un datum vertical, solo ilustran los países que se
utiliza como proyección cartográfica UTM.
Marcelo (2011), en su artículo titulado Algunas consideraciones sobre las alturas
ortométricas y normales, plantea que es posible obtener alturas ortométricas más
exactas que las alturas normales. ¨Nuestra conclusión es que la altura
ortométrica, y como consecuencia, el geoide, puede obtenerse tan exactamente
como la altura normal. Se ha mostrado que muchos de los argumentos históricos
en contra de ambas alturas son erróneos: originados por conceptos erróneos o
han sido refutados por avances científicos y tecnológicos, al igual que por la gran
disponibilidad de datos de distinta variedad; por tanto, las tendencias para
desacreditar cualquiera de ellas es la solución más tradicional de Stokes, a partir
21
�Y. E. Batista Legrá
Tesis Doctoral
de la integración de modelos de anomalías o la alternativa de Molodensky con el
estudio de las alturas normales, están fuera de lugar y si ambas son igualmente
exactas, por qué no usar una que respete la física y satisfaga los requerimientos
prácticos y científicos¨.
Alfonz (1984) establece el algoritmo de cálculo de las correcciones por la
curvatura de la tierra y refracción solar, factores que influyen en los resultados de
las mediciones de campo ocupando una zona extensa; considera que para cada
región deben de calcularse estas correcciones que están en función de las
relaciones entre la diferencia de alturas y el nivel medio del mar. En las
mediciones de campo con las nuevas tecnologias de estaciones totales y GPS es
fundamental el conocimiento de estas correcciones.
Froment (2009), en su artículo acerca de las Especificaciones técnicas para los
levantamientos topográficos con estación total define las poligonales en tres
clases o tipos: poligonal abierta, cerrada y amarrada, realizando una valoración
de las condiciones idóneas para el empleo de uno u otro tipo. Además, cita los
métodos de cálculo para cada itinerario, haciendo énfasis en los trabajos de
gabinete hacia la solución de los resultados de registros de campo tomados con
estación total. Usa como herramienta bases de datos tomadas en el terreno para
la elaboración matemática de las mediciones y obtener las coordenadas de los
puntos de apoyo, después de realizar la tarea de ajuste donde refiere los
métodos de mínimos cuadrados y ajuste proporcional a la longitud de los lados;
esto posibilitó al autor brindar recomendaciones para lograr el cierre de las
poligonales. Este artículo, aunque incorpora en la poligonometría la nueva
22
�Y. E. Batista Legrá
Tesis Doctoral
tecnología de estaciones totales, solo se centra al cálculo y ajuste de las
coordenadas planimétricas y no estudia las coordenadas altimétricas.
Sánchez (2010) diseña una metodología para el cálculo de las poligonales o
itinerario considerando los valores planimétricos y altimétricos de los puntos a
determinar con estaciones totales; hace una valoración de los errores de cierre
obtenidos mediante el cálculo, pero no tiene en cuenta las posibles desviaciones
que se pueden cometer durante las mediciones directas en campo. Aporta un
conjunto de criterios a considerar durante la determinación de las alturas de los
puntos, basándose en el fundamento del método de la nivelación trigonométrica
compuesta. Las principales críticas a este método se basan en la exactitud de los
resultados obtenidos, según
las instrucciones técnicas para levantamientos
topográficos de 1987 del Ministerio de la Construcción de la República de Cuba.
Este método solo es aceptable para la obtención de planos topográficos con
equidistancias mayores a 2 m, sin embargo, la metodología refiere que puede ser
utilizada para la obtención de planos de equidistancias menores e incluso para el
replanteo de objetos de obra.
Por su parte, Franco (2008) en su artículo Nociones de Topografía, Geodesia y
Cartografía, acerca del empleo de estaciones totales escribe: ¨ La combinación
de los equipos informáticos e instrumentos topográficos, el desarrollo de
avanzados programas de cálculos topográficos y modelos digitales del terreno, la
utilización ya generalizada de estaciones totales permiten la obtención de
precisiones antes solo alcanzadas por métodos geodésicos¨. Se refiere a la
hipótesis de realizar los trabajos de levantamiento topográfico en paralelo con las
mediciones de los puntos de apoyo y luego transformar, aplicando el método
23
�Y. E. Batista Legrá
Tesis Doctoral
Helmert, las coordenadas de todo el trabajo una vez realizado el ajuste de la
poligonal con la ayuda de un software de cálculo topográfico; criterio que difiere
de la tesis de Froment (2009), donde establece la necesaria elaboración
matemática de las mediciones para obtener los puntos de apoyo con la exactitud
que permitan posteriormente realizar los trabajos topográficos. El autor realiza
una sintaxis sobre los softwares topográficos actuales empleados para el cálculo
de poligonales e ilustra varios ejemplos que facilitan el aprendizaje, además,
muestra todo un algoritmo de cálculo hasta la obtención de los principales errores
obtenidos durante el procesamiento, pero no define criterio alguno de los valores
permisibles para cada tipo de poligonal.
López (1996) aborda la temática sobre el ajuste de poligonales cerradas, donde
hace referencia a los métodos de ajustes siguientes: regla de la brújula, regla del
tránsito, método de Crandall, método de los mínimos cuadrados. El autor realiza
una comparación entre los métodos teniendo en cuenta la complejidad y los
criterios de corrección que maneja cada uno y considera los mínimos cuadrados
como el más apropiado para la poligonometría ya que asigna dentro de su
procedimiento un peso relativo a las medidas angulares y otro a las medidas
lineales, ajustando de la manera más imperceptible las longitudes y los rumbos
de sus lados. Deja claro la complejidad y lo extenso del proceso de cálculo pero
con el advenimiento de las computadoras ha pasado de una desventaja a una
particularidad.
Ochoa (1997), en la tesis para obtener el título de Ingeniero Civil en la
Universidad de Sonora, realiza el ajuste de poligonales por el método de mínimos
cuadrados, donde aporta el fundamento matemático llevado a lenguaje de
24
�Y. E. Batista Legrá
Tesis Doctoral
programación Autolisp, para crear una aplicación en Autocad, que permita
realizar los ajustes correspondientes a las mediciones de campo. Coincide con la
tesis de López (1996), en que el método de mínimos cuadrados es el más
apropiado para el ajuste sobre la resolución de la misma poligonal por varios
métodos y la comparación de los resultados le permitieron evaluar la exactitud y
obtener el criterio sobre el más adecuado.
El manual de ingeniería de la Armada de los EEUU, Engineering and Design
Topographic Surveying (1994), establece un conjunto de criterios sobre el control
de la calidad de los trabajos topográficos en la etapa de creación de puntos de
apoyo, levantamiento directo en campo, diseño, control de deformaciones
horizontales y verticales; se definen los principales conceptos de estaciones
totales y poligonometría, así como el algoritmo de cálculo para poligonales
abiertas, cerradas, orientadas en dos puntos extremos y de rodeo. Además,
valora los posibles errores que pueden cometerse con la estación total durante
los trabajos de campo y la obtención de las desviaciones después de realizado el
cálculo. Se puntualiza sobre la tecnología moderna de estaciones totales
integradas con sistema de posicionamiento global (GPS) y su uso en la
densificación de redes de apoyo, fundamentalmente en el método de trilateración,
utilizado en grandes extensiones, tarea de la cual se ocupa la Geodesia,
adoleciendo de información sobre itinerario de poligonales. Generalmente se
hace alusión a parámetros que se deben considerar durante el cálculo, normados
en este manual, pero es poca la información sobre aspectos técnicos a
desarrollar en el terreno.
25
�Y. E. Batista Legrá
Tesis Doctoral
Hundiel (2008) en el Manual de Topografía escribió: ¨Para el cálculo de las
mediciones con estación total, en la determinación de vértices geodésicos por el
método de itinerario o poligonal, es posible emplear software interno del
instrumento para llevar a cabo la tarea de ajuste¨. Describe todo el proceso para
realizar la compensación de la poligonal directamente en el campo con el
software de estación total Sokkia Set 3010, refiriendo todo el proceso de
medición en campo al manual de usuario del instrumento, donde existe el
procedimiento pero no deja claro las tolerancias admisibles en el proceso de
medición, así como el resultado de los errores obtenidos durante el cálculo.
Fargas (2001) en su artículo Redes topográficas, define la poligonometría como
el método de densificación más utilizado en la topografía por ser económico y
que puede adaptarse a cualquier complejidad de la zona de trabajos, pero solo
teniendo en cuenta la planimetría; considera emplear el método de nivelación
para obtener las coordenadas altimétricas. Además, establece una metodología
para el cálculo de poligonales cerradas y la obtención de los errores altimétricos y
planimétricos, sin considerar la tarea de ajuste. Hace un análisis sobre diferentes
sistemas de referencia utilizados en Europa y la necesidad de lograr homogenizar
en un sistema único global, que permita el empleo del sistema de
posicionamiento global a nivel mundial en uno solo.
Batrakov (1987) plantea un algoritmo de cálculo matricial para la obtención de las
etapas de desarrollo de la poligonometría, a partir de poligonales de I orden de
precisión; relaciona la influencia del error angular y lineal durante el desarrollo de
la poligonometría y hace una valoración sobre la longitud límite de la poligonal
fundamentado en los parámetros obtenidos en la teoría de Ganshin (1977).
26
�Y. E. Batista Legrá
Tesis Doctoral
Plantea calcular la precisión de las poligonales trazadas entre puntos de apoyo y
demuestra que el mayor error relativo se encuentra en estas mismas poligonales
y establece que, en los levantamientos en superficies abiertas o en terrenos
construidos a escala 1: 5 000, el error límite de posición de los puntos de la base
de levantamiento es de 0,1 m.
1.9. Análisis de los trabajos precedentes relacionados con la temática en
Cuba
Acosta (2001), del Grupo Empresarial GEOCUBA, creó el modelo del geoide
Cuba 2000, a partir de los datos disponibles sobre la base de la adopción del
método combinado de mejoramiento de los modelos geopotenciales, el uso de
determinaciones GPS y de las diferencias entre las superficies de referencia ideal
y el datum vertical de la República de Cuba; demostró que las diferencias
obtenidas en el modelo reflejan fielmente los errores de transmisión de las
ondulaciones del geoide mediante la NAG.
Acosta (2002) presentó una metodología para la nivelación GPS en las
condiciones de la República de Cuba donde, mediante el uso de los modernos
modelos gravitacionales de la tierra y del modelo del geoide Cuba 2000,
determinó las diferencias de altitudes normales entre los puntos sobre la
superficie de la tierra, utilizando las altitudes elipsoidales h, medidas con
receptores GPS, las diferencias entre las ondulaciones del geoide en dichos
puntos (previamente corregidas por la influencia del campo gravitacional) y la
variación de las diferencias entre las desviaciones astrogravimétricas de la línea
vertical. Logró la transmisión de las altitudes hacia los puntos experimentales
coincidentes con puntos de nivelación geométrica a distancias desde 4,4 hasta
27
�Y. E. Batista Legrá
Tesis Doctoral
194 km, mediante la nivelación GPS para las condiciones de la República de
Cuba, con exactitudes desde 48,82 hasta 0,04 ppm (partes por millón) o
milímetros por kilómetros respectivamente; que clasifican dentro de todos los
órdenes de nivelación geométrica. Pero, además, reconoce que en las zonas
montañosas y con un relieve ondulado no es posible que la exactitud de los
resultados esté dentro de los órdenes de la nivelación geométrica.
Acosta (2009), en su tesis en opción al título de Doctor en Ciencias Técnicas,
para la determinación de índices de vulnerabilidad geotécnica por métodos
geodésicos, utiliza líneas de nivelación de alta precisión para obtener los valores
de deformaciones de objetos de obra en el plano vertical, pero utiliza
instrumentos ópticos mecánicos y logra realizar un ajuste riguroso de las
observaciones de los puntos de apoyo donde lo define como ramillete;
recomienda para próximas investigaciones la utilización de estaciones totales y
GPS.
Arango (1983) crea en su libro una metodología para la medición y cálculo de la
nivelación trigonométrica y cómo eliminar los errores introducidos en las
mediciones por curvatura y refracción, pero no define las tolerancias admisibles
para cada orden de precisión del punto a determinar, es decir, considera todas
las mediciones en una sola precisión y realiza la corrección de curvatura y
refracción de los parámetros definidos a nivel global. No hace una descripción de
los elementos para asumir el valor de las correcciones que propone, realiza una
caracterización de la instrumentación utilizada en la época en profundidad,
reflejando las verificaciones que deben realizarse antes de ejecutar cualquier
28
�Y. E. Batista Legrá
Tesis Doctoral
trabajo. Propone una serie de tablas taquimétricas para facilitar los cálculos en el
terreno.
Olivera (2010) en el V Congreso Internacional de Agrimensura analiza a priori la
precisión de las estaciones totales para tener criterio de selección del instrumento
de acuerdo a la precisión de fabricación y el resultado de la elaboración
matemática de las mediciones geodésicas, considerando criterios de la relación
existente entre el error angular horizontal y lineal transversal, la acción conjunta
en el resultado de los errores angulares y lineales y la relación entre el error
angular vertical y el desnivel, todo este algoritmo y análisis de errores admisibles
para la construcción y el montaje facilitan al profesional de la topografía tener
criterio sobre si es óptima la utilización de la estación total o hay que recurrir a
otra más precisa; además escribe:
Es importante que el topógrafo, y sobre todo el ingeniero tecnólogo, tenga
presente que disponer de una estación total no equivale, ni jamás significa que
puede realizar cuanto trabajo desee. Es necesario apreciar los errores y
posibilidades de la estación total que posee, y en base a ella, proyectar
correctamente su uso. No en balde los fabricantes han diseñado una gama de
estaciones totales: precisa, media, y ordinarias. Cada una tiene su campo de
empleo, saberlo aplicar significa profesionalidad. Plantea además: si la estación
total que usted posee no garantiza la exactitud requerida, entonces debe utilizar
los métodos tradicionales, por ejemplo: Teodolito Leica T3 o T2, cinta métrica de
invar, nivel óptico Leica N3, NA2 con placas plano paralelas, etc. Pero recuerde,
que para el empleo de estos medios es necesario también realizar los cálculos a
priori de exactitud.
29
�Y. E. Batista Legrá
Tesis Doctoral
Las instrucciones técnicas para levantamientos topográficos a escalas: 1:2000,
1:1000, 1:500, año 1987, es el documento técnico rector que rige la política de la
topografía en Cuba. Define los parámetros técnicos poligonométricos de
nivelación geométrica y establece las normas para levantamiento directo de
campo.
Desdin (2009), en su tesis en opción al título de Doctor en Ciencias Técnicas
para caracterizar los movimientos horizontales recientes de la corteza terrestre en
la región de Mayarí, Nícaro y Moa, con el empleo de tecnología de punta GPS,
establece polígonos geodinámicos para la región niquelífera de Holguín que van
ser utilizados como puntos de origen para la poligonometría en la minería y otras
ramas de la economía.
Belete (1998), en su tesis en opción al grado científico de Doctor en Ciencias
Técnicas, realiza un análisis detallado del control del volumen de mineral extraído
y la masa volumétrica; refleja de manera crítica el estado de los trabajos
topográficos, creando una metodología para la valoración de los errores
cometidos durante la realización del levantamiento, pero de manera clara plantea
en sus recomendaciones que el empleo de las nuevas tecnologías de
instrumentos topográficos y software de cálculo van a minimizar los errores
relacionados en su investigación, incitando a continuar los experimentos con el
sistema de posicionamiento global y estaciones totales para llegar a atenuar las
diferencias del volumen de mineral extraído y el que se reporta por la planta
procesadora, que en aquella época y la actual afecta los resultados productivos.
La empresa Geocuba en el año 2008 elaboró una metodología para el
levantamiento topográfico a grandes escalas con estación total Leica 805, en ella
30
�Y. E. Batista Legrá
Tesis Doctoral
se establecen valores admisibles en el levantamiento topográfico, así como se
incorpora un parámetro de medición de distancia máxima del instrumento al
prisma de 1 000 m, pero no deja claro el fundamento teórico para la obtención de
este parámetro.
Herrera (2012), en su tesis en opción al título de Máster en Ciencias, para la
determinación del coeficiente conjunto de curvatura y refracción en los
yacimientos lateríticos cubanos, realizó mediciones experimentales empleando
estaciones totales, donde obtuvo resultados confiables que sirvieron de base en
esta investigación. Demuestra que en las condiciones de las minas en la región
de Moa este coeficiente no se ajusta al estándar propuesto en Cuba, lo cual
permite mitigar los errores en las mediciones.
Por su parte, Pérez (2004), en su tesis de maestría, plantea que “la incidencia de
los factores meteorológicos en cualesquiera de las condiciones climáticas que
pudieran presentarse en el territorio nacional, para los trabajos de levantamientos
topográficos a las escalas 1:2 000, 1:1 000 y 1:500, son despreciables”. Realiza
un análisis de nuevos parámetros técnicos para las mediciones con estaciones
totales bajo el principio de condiciones ambientales, sin tener en cuenta la
influencia de las coordenadas espaciales.
1.10. Conclusiones parciales
Después de realizado un análisis crítico del estado actual y perspectivas de la
nueva tecnología se ha llegado a una serie de conclusiones que ilustran la
necesidad y validez científica de la investigación que se describe en la presente
tesis:
31
�Y. E. Batista Legrá
Tesis Doctoral
1. La tendencia actual para la realización de los trabajos de la topografía
minera e implementación del proyecto de máxima prioridad del estado de
la minería de precisión en yacimientos lateríticos cubanos está enfocada a
la utilización de nuevas tecnologías de estaciones totales y GPS.
2. Los parámetros técnicos vigentes para los trabajos topográficos en la
minería fueron determinados en el año 1987, respondiendo a las
necesidades de la tecnología de los instrumentos topogeodésicos ópticos
mecánicos, lo cual presenta la limitante de no lograr la explotación de las
estaciones totales de acuerdo a las potencialidades para la cual están
diseñadas.
3. En Cuba no existe gran desarrollo en la determinación de alturas de
puntos con el empleo del sistema de posicionamiento global.
32
�CAPÍTULO II
PROCEDIMIENTO PARA LA MODELACIÓN DE COORDENADAS
ESPACIALES EN LA REGIÓN MINERA DE MOA
�Y. E. Batista Legrá
CAPÍTULO
Tesis Doctoral
II.
PROCEDIMIENTO
PARA
LA
MODELACIÓN
DE
COORDENADAS ESPACIALES EN LA REGIÓN MINERA DE MOA
2.1. Contenido
El presente procedimiento contiene la secuencia de los trabajos de campo y
gabinete para la modelación de coordenadas espaciales en la región minera de
Moa; se estructura en dos etapas fundamentales:
Determinación de los parámetros técnicos de medición para las estaciones
totales, a partir de la modelación de coordenadas espaciales.
Modelación de las ondulaciones del geoide en la región minera de Moa,
para la determinación de las coordenadas espaciales con la tecnología
GPS.
En la figura 2.1 se muestra el flujograma de trabajo que relaciona los pasos a
seguir en el procedimiento. Está concebido para el empleo de la nueva tecnología
de instrumentos topogeodésicos que se utiliza en la región minera de Moa y
perspectivas futuras:
Estaciones totales
Sistema de posicionamiento global
Estaciones totales integradas: aún no se cuenta con esta tecnología pero
está prevista en los planes de inversiones futuros en la industria del níquel.
33
�Y. E. Batista Legrá
Tesis Doctoral
Figura 2.1. Flujograma que describe el procedimiento.
2.2. Propósito
El procedimiento tiene el propósito de modelar coordenadas espaciales y definir
parámetros técnicos de medición para la utilización eficiente de estaciones totales
y GPS.
En la tecnología estaciones totales se muestran los pasos para fusionar los
métodos de densificación poligonometría y nivelación en un método que permite
obtener las coordenadas espaciales de acuerdo a las tolerancias admisibles que
exigen los trabajos en la minería, así como determinar nuevos parámetros de
medición para explotar al máximo las potencialidades del instrumento.
34
�Y. E. Batista Legrá
Tesis Doctoral
En el sistema de posicionamiento global se muestran los pasos para determinar
un modelo de ondulaciones del geoide local, el cual permite garantizar la
determinación de coordenadas espaciales de puntos sobre la superficie terrestre
con la exactitud que requieren los trabajos de la topografía minera y así ampliar
su empleo en los trabajos topográficos mineros.
2.3. Alcance
El presente procedimiento está destinado para ser empleado en los trabajos
topográficos de la minería en los yacimientos lateríticos de la región minera de
Moa. El campo de aplicación se centra en los trabajos siguientes:
Densificación de redes de poligonales planimétricas y altimétricas.
Control de volúmenes de mineral extraído.
Marcación y amarre de pozos para la red de exploración geológica y
explotación minera.
Levantamiento topográfico para la ejecución de proyectos de canteras
escombreras, caminos mineros, proyectos medioambientales y otros.
Replanteo de obras mineras.
Marcación para desbroce.
Marcación de límites de concepciones mineras.
2.4. Responsabilidad y autoridad
Son máximos responsables de la correcta aplicación del procedimiento, los
especialistas principales de los departamentos de topografía que laboran en los
yacimientos lateríticos de la región minera de Moa. Los controladores de calidad
de cada departamento son responsables del chequeo directo en campo y
gabinete de lo establecido en el documento.
35
�Y. E. Batista Legrá
Tesis Doctoral
Las revisiones realizadas al procedimiento deben dejarse debidamente
referenciadas, respetando el derecho de autor a favor del Instituto Superior
Minero Metalúrgico de Moa.
2.5. Descripción de las actividades de la primera etapa del procedimiento
La determinación de nuevos parámetros técnicos para el empleo de las
estaciones totales en la región minera de Moa permite lograr una mayor
productividad en los servicios topográficos mineros, aumentando las distancias a
medir respecto a los parámetros vigentes y fusionando dos métodos de medición
en uno fundamentado en coordenadas espaciales. A continuación se presentan
los pasos a seguir en esta etapa:
1. Trabajos de campo.
2. Trabajos de gabinete.
2.5.1. Trabajos de campo
Se realizan un conjunto de trabajos directamente en el campo para seleccionar
las áreas de los experimentos, ubicar los puntos o monumentos topográficos de
referencia y realizar mediciones experimentales periódicas.
Reconocimiento.
Monumentación.
Mediciones experimentales.
Reconocimiento
Se realiza directamente en el terreno dentro de la zona de estudio, con el objetivo
de seleccionar las áreas para los experimentos donde existan las condiciones
más desfavorables del relieve, grandes pendientes, alteración del relieve por los
trabajos mineros, grandes taludes, plataformas, etc. Es importante realizar una
36
�Y. E. Batista Legrá
Tesis Doctoral
revisión de trabajos anteriormente ejecutados y conocer las perspectivas futuras
a desarrollar en el área seleccionada para garantizar la durabilidad, por el período
de un año, de los puntos experimentales a ubicar sobre la superficie terrestre.
Monumentación
Es necesario solicitar el servicio de la empresa Geocuba, perteneciente al
organismo MINFAR, la construcción y medición de puntos experimentales
(monumentos topográficos) de centración forzada (anexo 1), con un cuarto orden
de precisión en coordenadas espaciales.
Deben construirse, como mínimo, cuatro puntos que conformen una cadena de
triángulos, siempre que sea posible a diferentes niveles (Sánches, 2010). Las
distancias entre los lados de los monumentos deben encontrarse en el rango de
las distancias mínimas y máxima que puede medir la estación total, según
certificado del fabricante, esto permite seleccionar distancias patrones para
realizar los experimentos.
Si el alcance máximo en las mediciones de una estación total por su certificado
es de 1 500 m, se pueden distribuir las distancias patrones a partir de cero cada
500 m hasta sobrepasar su alcance; es importante establecer al inicio de la
primera sección, es decir, de 0 a 500 m, una distancia menor que puede llegar
hasta los 100 m, con el objetivo de comprobar la efectividad de las mediciones en
un rango que no afecte la curvatura y refracción terrestre. En el último intervalo,
es decir, de 1 000 m a 1 500 m, es importante establecer un rango de distancia
intermedia, que sea menor o aproximadamente igual a la media del intervalo.
37
�Y. E. Batista Legrá
Tesis Doctoral
Mediciones experimentales
Se realiza un inventario sobre el tipo de estaciones totales que se utiliza en la
región de estudio para seleccionar la de menor precisión, con el objetivo de
determinar los nuevos parámetros y estos puedan ser cumplidos por
instrumentos de mayor precisión. El experimento consiste en medir coordenadas
y distancias entre puntos seleccionados de forma reiterada, para lo cual se
estaciona el instrumento en todos los monumentos experimentales y se observa
a las disímiles direcciones utilizando el método de todas las combinaciones
posibles.
Para tener criterio de la cantidad de experimentos que se necesitan realizar para
obtener los resultados esperados, se diseñan experimentos, utilizando el método
plan factorial (Hernández et al., 2007), fundamentado en la expresión 2 n , donde
n es la cantidad de variables que intervienen en el experimento.
En cada experimento para determinar la cantidad de serie de observaciones a
realizar se emplea la ecuación 2.1 (Vidueva, 1978). Se deben realizar mediciones
que correspondan a un cuarto orden de precisión.
K
m
2
m2
m o
2
(2.1)
2
v
Donde:
K : Cantidad de series de observaciones
2
m : Precisión de la medición del ángulo en segundos. Se toma de certificado del
instrumento
mv2 : Error de colimación en segundos. Se obtiene aplicando la ecuación 2.2
38
�Y. E. Batista Legrá
Tesis Doctoral
mo2 : Error medio cuadrático de la medición del ángulo. Se toma de la tabla 1 del
anexo 2.
mv2
30"
v
(2.2)
Donde:
v : Aumento del anteojo. Se toma de certificado de instrumento.
Las mediciones se realizan en cuatro ciclos durante un año, tratando de buscar
los horarios de las condiciones ambientales más extremas en las minas. En el
anexo 3 se muestra un ejemplo del registro que debe utilizarse para procesar la
información.
Como coeficiente conjunto de curvatura y refracción se emplea 0,20, determinado
en investigaciones anteriores (Herrera, 2012).
2.5.2. Trabajos de gabinete
Para el procesamiento de la información obtenida como resultado de las
mediciones experimentales de campo se deben realizar los siguientes pasos:
Identificación de las tolerancias admisibles.
Procesamiento de los registros de campo.
Análisis comparativo y determinación de los parámetros técnicos de
medición.
Identificación de las tolerancias admisibles
Se realiza un estudio de las normas, instrucciones y procedimientos vigentes en
la minería, con el objetivo de seleccionar las tolerancias admisibles mínimas en
coordenadas espaciales que deben cumplir los diferentes trabajos (Batista,
2012).
39
�Y. E. Batista Legrá
Tesis Doctoral
El caso de los métodos de densificación, poligonometría y nivelación fueron
fusionados en un método planoaltimétrico. La tabla 2.1 muestra las tolerancias
admisibles en coordenadas espaciales para estos trabajos en los yacimientos
lateríticos de la región minera de Moa.
Tabla 2.1. Tolerancias admisibles en coordenadas espaciales para poligonales
Distancias
(m)
< 100
100- 500
500-1 000
1 000- 1 200
1 200-1 500
IV
Orden
(m)
0,007
0,024
0,045
0,053
0,065
I Categoría
(m)
II Categoría
(m)
Técnica
(m)
0,019
0,061
0,112
0,132
0,162
0,026
0,105
0,206
0,246
0,306
0,052
0,252
0,502
0,602
0,752
La tabla 2.2 muestra las tolerancias admisibles en coordenadas espaciales para
levantamientos topográficos a escala 1: 2 000, 1: 1 000 y 1:500, en los
yacimientos lateríticos de la región minera de Moa.
Tabla 2.2. Tolerancias admisibles para la determinación de coordenadas
espaciales en levantamientos topográficos
Escala
1:500
1:1 000
1:2 000
De
En zonas
En zonas
importancia
llanas
montañosas
espaciales espaciales espaciales
(m)
(m)
(m)
0,26
0,30
0,39
0,52
0,60
0,77
1,04
1,20
1,55
Procesamiento de los registros de campo
Se procesan todas las mediciones de coordenadas planimétricas, cotas y
distancias entre los puntos experimentales, realizadas en los cuatro ciclos de
observación, determinando el promedio de las observaciones para cada punto en
40
�Y. E. Batista Legrá
Tesis Doctoral
coordenadas espaciales y para cada lado de distancia medidas entre
monumentos (ecuación 2.3).
Pm
M
n
(2.3)
Donde:
Pm : Promedio de las mediciones (coordenadas o distancias)
M :
Sumatoria de las mediciones realizadas en los ciclos de observación
(coordenadas o distancias)
n : Cantidad total de mediciones.
Para obtener las desviaciones entre los valores patrones de los puntos
experimentales y el valor promedio de las observaciones realizadas en los
experimentos se aplica la ecuación 2.4.
m V p Pm
(2.4)
Donde:
m : Desviaciones
V p : Valor patrón de los puntos experimentales.
Análisis comparativo y determinación de los parámetros técnicos de
medición
Se realiza un análisis comparativo de las principales desviaciones obtenidas en la
realización de los experimentos con las tolerancias admisibles identificadas por
las normas, procedimientos e instrucciones. Se realiza en software Microsoft
Office Excel un gráfico de línea en forma apilada donde se ubican en el eje de las
X las distancias patrones y en el eje de las Y las desviaciones en las mediciones.
41
�Y. E. Batista Legrá
Tesis Doctoral
En el gráfico se pueden identificar los rangos de distancias donde se encuentran
las mayores y menores desviaciones; se seleccionan como parámetro técnico de
medición aquellas distancias donde la línea que representa las desviaciones
obtenidas en los experimentos se encuentra más alejada de la línea que
representa un orden de precisión en las poligonales o un parámetro establecido,
según norma para levantamientos topográficos (anexo 4).
2.6. Descripción de las actividades de la segunda etapa del procedimiento
La determinación de las coordenadas altimétricas, empleando la tecnología GPS,
requiere un estudio de las ondulaciones del geoide de la región que se estudia,
para lograr mayor exactitud en el resultado de las mediciones, el procedimiento
establece el método combinado para la determinación de las ondulaciones del
geoide. A continuación se presentan los pasos a seguir en esta etapa:
1. Trabajos de campo.
2. Trabajos de gabinete.
2.6.1. Trabajos de campo
Con los resultados de investigaciones anteriores (geodinámicas, geofísica,
geodésicas, hidrográficas y topográficas) se realizan un conjunto de trabajos de
campo con el objetivo de obtener el modelo de ondulaciones del geoide de la
región de estudio. Los pasos a seguir son los siguientes:
Reconocimiento.
Monumentación.
Mediciones experimentales.
42
�Y. E. Batista Legrá
Tesis Doctoral
Reconocimiento
Se realiza directamente en el terreno teniendo en cuenta ubicar dentro de la zona
de estudio los lugares de mayor deformación del geoide. Se deben consultar los
resultados de proyectos e investigaciones realizadas anteriormente en el área de
trabajo que tributen informaciones relacionadas con estudios gravimétricos,
topográficos y geológicos. Es importante tener en cuenta que los lugares de
mayor deformación del geoide se encuentran a la orilla de los mares y océanos y
donde existan rocas de diferentes densidades (Dalta et al., 2003). Se delimita el
área que ocupará el modelo de ondulaciones del geoide referenciando las
coordenadas de los vértices al sistema nacional.
Monumentación
Para la ubicación de los puntos experimentales es necesario revisar si en la zona
existen monumentos que se encuentren referenciados al sistema de alturas
nacionales con una precisión de primera categoría o mayor, de no existir se debe
solicitar su ubicación y medición por parte de la Empresa de Ingeniería y
Proyectos del Níquel. Se debe garantizar una densidad de forma homogénea por
toda el área de trabajo, con una distribución de un punto como mínimo cada ocho
hectáreas.
Como punto de origen del modelo de ondulaciones del geoide se selecciona
siempre que sea posible, uno de los puntos de la red geodésica nacional
existente, en caso contrario se debe construir un punto que contenga valores de
coordenadas de orden superior a los monumentos experimentales.
43
�Y. E. Batista Legrá
Tesis Doctoral
Mediciones experimentales
Para realizar las mediciones experimentales es necesario contar con un
equipamiento geodésico apto para el uso, conociendo sus valores de
incertidumbres determinados en laboratorios metrológicos. Se debe contar con
dos receptores GPS de doble frecuencia, un nivel óptico o digital y se construye
un péndulo simple para realizar las mediciones de aceleración de la gravedad; al
ser construido este instrumento es necesario determinar su valor de
incertidumbre, ver epígrafe 2.6.1.1. Las mediciones a ejecutar en campo en esta
etapa son las siguientes:
Mediciones de alturas elipsoidales.
Mediciones de aceleración de la gravedad.
Mediciones para obtener la altura del punto origen del modelo.
Mediciones de alturas elipsoidales
En las mediciones de las alturas elipsoidales se utiliza el método estático
diferencial, ubicando un receptor GPS como base en el punto de origen del
modelo y otro instrumento como móvil en cada uno de los puntos topográficos de
apoyo utilizados para los experimentos. En el proceso de medición debe
cumplirse lo establecido en la instrucción ITT- 08 de CEPRONIQUEL:
1. La distancia máxima entre estación de referencia y estación móvil no debe
exceder los límites declarados en los certificados del fabricante.
2. Las condiciones de la geometría de los satélites GDOP, para todo tipo de
receptor GPS, debe ser menor de 3,0.
44
�Y. E. Batista Legrá
Tesis Doctoral
3. El Tiempo de medición para cada punto va a estar en correspondencia con
el tipo de instrumento y el tiempo que demora en resolver las
ambigüedades. Debe consultarse el manual de usuario.
Durante el trabajo los atributos de los puntos del proyecto, alturas de antena y los
datos meteorológicos, al inicio y al finalizar la sesión, deben ser plasmados en el
registro de campo (anexo 5).
Mediciones de aceleración de la gravedad
Para llevar a cabo las mediciones de aceleración de la gravedad, se construye
un péndulo simple, el cual está compuesto por un hilo de masa despreciable, una
plomada física, cinta métrica, un transportador de ángulos metálico, todos fijados
a un soporte o riostra y un cronómetro (figura 2.2).
Figura 2.2. Péndulo simple construido para la investigación.
El experimento consiste en determinar la gravedad a partir del estudio de un
péndulo simple de hilo. Para ello se miden los períodos de una plomada física de
dimensiones conocidas a cinco longitudes diferentes del hilo (Ramírez, 2005). El
período se define según la ecuación 2.5.
T 2
L
g
(2.5)
45
�Y. E. Batista Legrá
Tesis Doctoral
Donde:
T : Período
L : Longitud del hilo, (m)
g : Aceleración de la gravedad local, (m/s2)
: Constante matemática.
Despejando la ecuación 2.5, se obtiene el valor de aceleración de la gravedad
por la ecuación 2.6.
g 4 2
L
T2
(2.6)
Donde:
T : Se determina según ecuación 2.7
T
t
n
(2.7)
Donde:
T : Período
t : Tiempo transcurrido en una oscilación del péndulo, (s)
n : Cantidad de oscilaciones.
Se miden las dimensiones de la plomada física con un pie de rey. Con ayuda de
la balanza electrónica se obtiene el peso. Posteriormente se miden las longitudes
del hilo con la cinta métrica y se señala cada intervalo con un marcador
permanente. Al marcar el hilo se tiene en cuenta la longitud de la plomada física,
porque esta se considera como un cuerpo puntual, involucrando su centro de
masa en las longitudes seleccionadas para el experimento: 0,20 m; 0,40 m; 0,60
m; 0,80 m; 1,0 m; respectivamente (Muffatti y Cian, 2007).
46
�Y. E. Batista Legrá
Tesis Doctoral
Se arma el sistema atando el hilo al soporte o riostra seleccionado, donde se
ubicaba el transportador para determinar el ángulo de oscilación del hilo.
Se realizan las mediciones para un metro de longitud en el hilo, se traslada la
plomada de manera tal que forme un ángulo de 10º con el eje del soporte, se
libera el péndulo desde esa posición y se realiza simultáneamente un control de
tiempo de oscilación. El cronómetro se detiene cuando el instrumento registra 10
oscilaciones. El mismo procedimiento se aplica para las restantes longitudes.
La cantidad de experimentos a realizar en cada punto se obtiene a partir del
diseño de experimento utilizando el método plan factorial (epígrafe 2.5.1).
Mediciones para obtener la altura del punto de origen del modelo
En los trabajos de campo para obtener la altura del punto de origen de modelo
se planifican dos estudios fundamentales:
Medición y procesamiento de la marea.
Medición de una línea de nivelación técnica para determinar la altura del
punto de origen.
Para la medición y procesamiento de la marea es importante revisar si existe un
mareógrafo instalado en la zona de los trabajos que contenga registros continuos
de la marea para solicitar información; de no existir se utiliza el método de regla
visual de marea.
Se construye una estación mareográfica temporal, conformada por tres reglas de
fibra graduadas cada un centímetro, las lecturas sobre varias reglas se utiliza
como control, las diferencias de lecturas entre las reglas sucesivas debe coincidir
con sus respectivas diferencias de nivel con un error permisible de ± 2 cm (Díaz,
2001). Si esto no ocurre significa que se leyó mal o que las reglas se movieron.
47
�Y. E. Batista Legrá
Tesis Doctoral
Estos experimentos se realizan en cuatro ciclos de observaciones durante un
año.
Para la selección del lugar de ubicación de las reglas visuales de marea se
tienen en cuenta los aspectos siguientes (Donofio et al., 1982):
1. Que la marea se propague libremente hasta la regla de forma tal que
permita las observaciones de las mayores pleamares y las menores
bajamares.
2. La estimación de la amplitud de la marea para evitar que las reglas queden
en seco o totalmente sumergidas.
3. El terreno sea firme o sobre cabecera de muelle.
4. Fácil acceso.
Si las reglas se instalan en un muelle, se fijan a los pilotes, si el lugar escogido
para su instalación es la costa, se instala clavando en el fondo marino estacas de
madera o acero. Si el fondo es duro y no queda firmemente clavado será
necesario colocar vientos en la parte superior de la estaca o acero, distribuidos
aproximadamente cada 1200 de forma tal que el frente de la regla quede libre
(Instrucción Oceanográfica No 1, 2005). Ver figura 2.3.
Las alturas de la superficie del agua registradas se refieren a un nivel o plano de
referencia en la regla, que se conoce como cero de la estación o también como
cero del puesto (Vallejo, 2003).
Se escoge arbitrariamente, pero una vez fijado se toma como único valor,
considerando las graduaciones de la regla empleada. Se marca el cero en una
lectura que permita observar los valores mínimos alcanzados por la superficie del
agua por encima del cero de la regla, garantizando que no se efectúen lecturas
48
�Y. E. Batista Legrá
Tesis Doctoral
negativas del nivel. Se realiza una nivelación técnica entre las reglas ubicadas
con el objetivo de conocer la diferencia de nivel entre ellas, referenciada al cero
del puesto (Díaz, 2001).
Figura 2.3. Ubicación de la regla visual de marea. (Tomado de Instrucciones
Oceanográficas No 1 del 2005).
En la realización de los trabajos de campo para obtener el nivel medio del mar de
la zona de estudio es importante tener cuenta dos parámetros fundamentales: la
hora y la altura de la marea (Vallejo, 2003).
1. Es obligatorio emplear un reloj sincronizado con la emisora nacional Radio
Reloj.
2. Se realizan lecturas en las reglas de marea cada una hora exacta en los
momentos de estabilidad del nivel del mar que se produce entre los trenes
de ola, completando un período de mediciones desde las 6:30 horas, hasta
49
�Y. E. Batista Legrá
Tesis Doctoral
las 17:30 horas, por tres días consecutivos en cada ciclo; estas lecturas se
anotan en el registro de campo (anexo 6).
3. Para mitigar los errores de observaciones se realizan tres lecturas de los
valores más altos de la marea y tres de los más bajos en cada regla; la
lectura definitiva resulta el promedio de estas mediciones (ecuación 2.8).
L( R )
(l max 1 l max 2 l max 3 ) (l min 1 l min 2 l min 3 )
n
(2.8)
Donde:
L(R) : Lectura en la regla visual de marea para una hora determinada
l max(1.2.3) : Lecturas de los valores máximos de la marea para una hora
determinada
l min(1.2.3) : Lecturas de los valores mínimos de la marea para una hora
determinada
n : Cantidad de lecturas en la regla visual de marea.
Contando con el resultado de las observaciones en campo se realiza el
procesamiento de la marea. Para ello, con ayuda del software Microsoft Office
Excel 2007, se elabora un mareograma donde se realiza el registro de la marea y
el procesamiento de las observaciones.
Se identifican las alturas de marea correspondientes a la hora de observación
(anexo 7) en un gráfico de curva en el cual se representa en el eje de las X el
horario y en el eje de la Y la lectura en la regla, este expresa los valores de la
pleamar más alta y la bajamar más baja, referido al plano de referencia
establecido anteriormente como cero del puesto. Esto permite determinar el nivel
medio del mar de la zona de estudio como resultado del promedio de la pleamar
50
�Y. E. Batista Legrá
Tesis Doctoral
más alta y la bajamar más baja, aplicando la ecuación 2.9 a todas las reglas en
cada ciclo (Batista, 2012).
NMM
Pmax Bmin
2
(2.9)
Donde:
NMM : Nivel medio de mar
Pmax : Valor máximo de pleamar
Bmin : Valor mínimo de bajamar.
El resultado de esta ecuación revela el valor de lectura en la regla visual de
marea coincidente con el nivel medio del mar, considerado cero para la
determinación de alturas de puntos sobre la superficie del terreno.
Conociendo la lectura en la regla coincidente con el nivel medio del mar en la
zona de estudio se puede determinar la altura del punto de origen del modelo del
geoide. Para darle cumplimiento a esta tarea se emplea el método de
densificación altimétrica llamado nivelación geométrica.
En cada ciclo se mide un circuito de nivelación geométrica cerrada, partiendo de
cada una de las reglas que conforman la estación mareográfica temporal,
tocando el punto de origen del modelo y cerrando en la misma estación (Batista,
2012).
Se debe cumplir con lo establecido en las instrucciones técnicas para la
nivelación del año 1987.
1. El error de cierre de la nivelación no debe exceder los ± 50√L , L, longitud
de la línea de nivelación en km.
2. Distancia máxima del instrumento a la mira 150 m.
3. Distancia máxima de una sección 300 m.
51
�Y. E. Batista Legrá
Tesis Doctoral
4. Realizar dos puestas en cada sección.
5. La diferencia entre los desniveles de una misma sección no pueden ser
mayores de 5 mm.
En la sección medida desde la estación temporal de marea y la superficie del
terreno se tiene en cuenta el resultado de la diferencia entre la lectura en la regla
de marea que representa el nivel medio del mar y la superficie de referencia
establecida como cero del puesto (Batista, 2012), ya que la mira está
referenciada al cero del puesto y lo que se necesita es el desnivel referido al
NMM, por lo tanto se le aplica a la mira de espalda una corrección (ecuación
2.10).
MEC LME ( LRNMM CP )
(2.10)
Donde:
MEc : Corrección en la mira de espalda
LME : Lectura en la mira de espalda
LRNMM : Lectura en la regla que representa el nivel medio del mar
C P : Cero del puesto.
Una vez determinada la corrección en la mira de espalda, se calcula el desnivel
entre los puntos empleando la ecuación 2.11,
Z ME MF
(2.11)
Donde:
Z : Diferencia de nivel entre dos puntos
ME : Mira de espalda
52
�Y. E. Batista Legrá
Tesis Doctoral
MF : Mira de frente.
Los resultados de la observación en campo se registran en la memoria interna del
instrumento utilizado y en gabinete se descargan a una computadora a través del
software Leica Geoffice, donde posteriormente se realiza el ajuste de la línea de
nivelación (anexo 8). Este proceso se realiza para todas las reglas y en cada ciclo
de observación. Para obtener la altura definitiva del punto de origen del modelo,
se calcula el promedio de las alturas de cada ciclo obtenidas por el estudio del
NMM en la región (anexo 9).
2.6.1.1. Determinación de incertidumbre de medición por el método de
simulación Monte Carlo.
Como el péndulo simple es construido para la investigación es necesario
determinar su incertidumbre de medición, para ello se utiliza el método de
simulación Monte Carlo.
La clave de la simulación Monte Carlo consiste en crear un modelo matemático
del sistema, proceso o actividad que se quiere analizar, identificando aquellas
variables inputs del modelo, cuyo comportamiento aleatorio determina el
comportamiento global del sistema (Wolfgang, 2004). Una vez identificados
dichos inputs o variables aleatorias se lleva a cabo un experimento consistente
en:
1. Generar con ayuda del ordenador muestras aleatorias, valores concretos
para dichos inputs.
2. Analizar el comportamiento del sistema ante los valores generados.
Tras repetir n veces este experimento se dispone de una serie de observaciones
sobre el comportamiento del sistema, lo cual será de utilidad para entender el
53
�Y. E. Batista Legrá
Tesis Doctoral
funcionamiento del mismo; el análisis será tanto más preciso cuanto mayor sea el
número n de experimentos que se lleven a cabo (Wolfgang, 2004).
El algoritmo de simulación Monte Carlo está fundamentado en la generación de
números aleatorios por el método de transformación inversa, el cual se basa
sobre las distribuciones acumuladas de frecuencias (tabla 2.3).
Tabla 2.3. Distribuciones acumuladas de frecuencia
Distribuciones acumuladas de frecuencia
Distribución
Parámetros
Fórmula Excel
Ln( ALEATORIO()) * b
Exponencial Media = b
b * ( LN ( ALEATORIO())^ (1 / a)
Weibull
Escala = b
Forma = a
DISTR.NOM .INV ( ALEATORIO(), , )
Normal
Media =
Desv. estándar =
DISTR.LOG.INV ( ALEATORIO(), , )
Lognormal
Media de Ln(X )
Desv. Estándar
de Ln(X )
a b(b a) * ALEATORIO()
Uniforme
Extremo inferorio = a
entre a y b
Extremo superior = b
Algoritmo del método de simulación Monte Carlo
1. Establecimiento del modelo matemático.
2. Identificación de las fuentes y componentes de incertidumbre.
3. Determinar las variables aleatorias y sus distribuciones acumuladas (F).
4. Generar un número aleatorio distribuido uniformemente entre 0 y 1.
5. Determinar el valor de las variables aleatorias para el número aleatorio
generado de acuerdo con las clases.
6. Calcular media, desviación estándar.
7. Analizar resultados para distintos tamaños de muestra.
54
�Y. E. Batista Legrá
Tesis Doctoral
Establecimiento del modelo matemático
Representa la dependencia entre el mensurando Y y el valor estimado de cada
magnitud de entrada Xi en el proceso de medición (ecuación 2.12).
Y F ( X1, X 2 , X 3 )
(2.12)
Donde:
X 1 (u1 ) : Componente debido a la dispersión de las observaciones
X 2 (u2 ) : Componente debido al error del instrumento de medición
X 3 (u3 ) : Componente debido a la apreciación del observador.
Identificación de las fuentes de incertidumbre
Variación de las observaciones repetidas.
Error del instrumento de medición.
Error de apreciación del observador 0,05 mm.
Componente debido a la dispersión de las observaciones
Se tiene en cuenta la desviación estándar del resultado de las observaciones
repetidas en cada punto con el péndulo, donde influyen variables aleatorias que
se determinan mediante la ecuación 2.13.
u1
S
(2.13)
n
Donde:
u1 : Componente de dispersión de las observaciones
S : La desviación estándar de las repeticiones en las mediciones de gravedad
n : Cantidad de repeticiones.
55
�Y. E. Batista Legrá
Tesis Doctoral
Para la realización del cálculo se utiliza el software Microsoft Office Excel; se
identifica como variable aleatoria la aceleración de gravedad. Se conoce por
información empírica que los datos generados en mediciones repetidas se
ajustan a una distribución normal, por tanto, se utiliza la distribución acumulada
de frecuencia (ecuación 2.14).
f ( x) DISTR.NORM .INV ( ALEATORIO(), , )
(2.14)
Donde:
: Media
: Desviación estándar.
Los valores de la media y desviación estándar se calculan a partir de las
(ecuaciones 2.15 y 2.16).
g
(2.15)
n
Donde:
: Valor de la media en las observaciones de aceleración de gravedad
g : Aceleración de la gravedad medida
n : Cantidad de mediciones.
g
2
n 1
(2.16)
Donde:
: Valor de la desviación estándar
g 2 : Cuadrado de las desviaciones de la media con cada valor medido
n : Cantidad de mediciones.
56
�Y. E. Batista Legrá
Tesis Doctoral
Posteriormente en el software Microsoft Office Excel 2007, se generan números
aleatorios (figura 2.4).
Figura 2.4. Generación de números aleatorios.
Conociendo la media y desviación estándar y aplicando la ecuación 2.14 se
determina el valor de la variable aleatoria para el número aleatorio generado
(figura 2.5), con el cual se calcula la media y el valor de la desviación estándar en
las repeticiones de las medidas de gravedad (S); posteriormente se calcula el
valor de u1 .
Figura 2.5. Cálculo de la variable aleatoria.
Componente debido al error del instrumento de medición
Se toma el valor máximo del error del instrumento y se aplica una distribución
rectangular (ecuación 2.17).
u2
Em
(2.17)
3
57
�Y. E. Batista Legrá
Tesis Doctoral
Donde:
u 2 : Componente debido al error del instrumento de medición
Em : Error máximo del instrumento 2 mm.
Componente debido a la apreciación del observador
Se calcula por la ecuación 2.18.
d
u3
(2.18)
12
Donde:
u3 : Componente de apreciación del observador
d : Error debido a la apreciación del observador: 5 mm.
Cálculo de la incertidumbre combinada
En la ecuación 2.19 se aplica la ley de propagación cuadrática de incertidumbre a
la ecuación modelo:
uc ( y)
n
u
i 1
2
( x) i
(2.19)
Donde:
u c : Incertidumbre combinada
u : Componentes de incertidumbres.
Cálculo de la incertidumbre expandida
Se aplica la ecuación 2.20, para obtener el valor de la incertidumbre expandida.
U K uc
(2.20)
Donde:
U : Incertidumbre expandida
K : Factor de cobertura 2
58
�Y. E. Batista Legrá
Tesis Doctoral
u c : Incertidumbre combinada.
2.6.2. Trabajos de gabinete
Para procesar las informaciones obtenidas en los trabajos de campo se
desarrollan los pasos siguientes:
Identificación de las tolerancias admisibles.
Generación de modelos digitales de superficie 3D.
Determinación del modelo de ondulaciones del geoide a partir del análisis
geoespacial de planos en plataforma SIG.
Identificación de las tolerancias admisibles
Se realiza un estudio de las normas, instrucciones y procedimientos vigentes en
los trabajos mineros de la región de estudio, con el objetivo de seleccionar las
tolerancias admisibles mínimas en coordenadas espaciales que deben cumplir
los diferentes trabajos. Se realiza un estudio detallado con el objetivo de ampliar
el campo de empleo de la tecnología GPS en los diferentes trabajos que se
relacionan en el alcance del procedimiento.
Generación de modelos digitales de superficie 3D
Para generar los modelos digitales de superficie 3D se utiliza el software Autocad
Civil 3D, cumpliendo con el procedimiento descrito en su manual de usuarios.
Con las coordenadas de los puntos experimentales referenciado al sistema de
alturas obtenido por el estudio del NMM, en la zona de los trabajos se genera un
modelo digital del terreno. Los resultados de las mediciones de alturas
elipsoidales permiten elaborar un modelo digital de alturas elipsoidales y con los
resultados de las mediciones de aceleración de la gravedad se calculan las
correcciones gravimétricas a la topografía, permitiendo generar un modelo digital
59
�Y. E. Batista Legrá
Tesis Doctoral
de correcciones gravimétricas, que se calcula mediante la ecuación 2.21
(Sánchez, 2010):
g topo 2 f g med
h2
r3
(2.21)
Donde:
g topo : Corrección a la topografía por gravedad
f : Constante gravitacional: 6.67 *1011kg1m3S 2
g med : Gravedad medida en la superficie del terreno
h 2 : Diferencia de altura entre el punto de origen y el punto a determinar
r 3 : Distancia entre el punto de origen del modelo y el punto a determinar.
Diseño del SIG
Para la creación del sistema de información geográfica se importan todos los
modelos digitales creados en extensión shp al software ArGis, con el objetivo de
realizar un análisis espacial analítico con operaciones matemáticas para obtener
como resultado un nuevo modelo de ondulaciones del geoide. Se utiliza la
herramienta ArcTolbox, del software ArGis, para realizar cálculos entre los
modelos (figura 2.6). Las operaciones matemáticas a utilizar son la suma y resta,
se cargan en la ventana de trabajo (figura 2.7) y se realiza el cálculo.
60
�Y. E. Batista Legrá
Tesis Doctoral
Figura 2.6. Módulo ArcTolbox de operadores matemáticos en software ArGis.
Figura 2.7. Ventana de cálculo del software ArGIS.
Para calcular el modelo de ondulaciones del geoide en el SIG se emplea la
ecuación 2.22.
61
�Y. E. Batista Legrá
Tesis Doctoral
MOG (MDAE MDCG) MDT
(2.22)
Donde:
MOG : Modelo de ondulaciones del geoide
MDAE : Modelo digital de alturas elipsoidales
MDCG : Modelo digital de correcciones gravimétricas
MDT : Modelo digital del terreno.
2.7. Conclusiones parciales:
1. El procedimiento para la modelación de coordenadas espaciales tiene en
cuenta las características de la nueva tecnología de instrumentos
topogeodésicos y su empleo en los yacimientos de la región minera de
Moa, lo cual permite realizar el estudio de las coordenadas espaciales
para determinar los parámetros técnicos de medición y ampliar el campo
de empleo de las estaciones totales y GPS, garantizando la productividad
y eficiencia en los servicios topográficos mineros.
2. Se propone una forma novedosa para determinar el modelo de
ondulaciones del geoide, resultado de la fusión de dos métodos conocidos,
así como la determinación de nuevos parámetros de medición que
permitan utilizar la nueva tecnología de instrumentos topogeodésicos de
acuerdo a la productividad para lo cual ha sido diseñada.
62
�CAPÍTULO III
VALIDACIÓN
DEL
PROCEDIMIENTO
COORDENADAS ESPACIALES
PARA
LA
MODELACIÓN
DE
�Y. E. Batista Legrá
Tesis Doctoral
CAPÍTULO III. VALIDACIÓN DEL PROCEDIMIENTO PARA LA MODELACIÓN
DE COORDENADAS ESPACIALES
3.1. Características físico-geográficas del área de estudio (caso de estudio)
Los zona de estudio se encuentra ubicada en el municipio de Moa, en la parte
más nororiental de la provincia de Holguín (figura 3.1); forma parte del grupo
orográfico Sagua Baracoa, lo cual hace que el relieve sea predominantemente
montañoso, principalmente hacia el sur. En el norte el relieve se hace más suave,
disminuyendo gradualmente en la costa.
La vegetación se caracteriza por la existencia de bosques de Pinus cubencis en
las cortezas lateríticas y donde hay menores potencias de las mismas, matorrales
espinosos, típicos de las rocas ultramáficas serpentinizadas. Las zonas bajas
litorales están cubiertas por una vegetación costera típica entre la que se
destacan los mangles (Rodríguez, 1998).
La red fluvial de interés está representada por los ríos Moa, Cayo Guam y Punta
Gorda, el embalse Nuevo Mundo y la micropresa derivadora de Moa. La fuente
de alimentación principal de la red hidrográfica son las precipitaciones
atmosféricas, que desembocan en las arterias principales en el océano Atlántico
y forman deltas cubiertos de sedimentos palustres (Almaguer, 2005).
63
�Y. E. Batista Legrá
Tesis Doctoral
Figura 3.1. Ubicación geográfica de la región niquelífera.
Las áreas para la validación del procedimiento se encuentran ubicadas dentro del
límite de las coordenadas planas rectangulares aproximadas: x= 696 000,00 m y
703 000,00 m; y=215 000,00 m y 225 000,00 m. En estas zonas se identificaron
los puntos experimentales que se muestran a continuación:
La densificación geodésica planimétrica y altimétrica utilizada en las
mediciones experimentales con estaciones totales fue construida por el
grupo empresarial del MINFAR (Geocuba) en el año 2010, estableciendo
en la mina de la empresa Comandante Pedro Sotto Alba cuatro puntos de
centración forzada denominados FNC-2, FNC-3, FNC-4 y FNC-5, para una
precisión de cuarto orden en coordenadas planimétricas y un segundo
orden en altimetría.
Puntos topográficos de la red geodésica de apoyo para la presa de colas
de la empresa Comandante Ernesto Che Guevara, un total de 91 puntos
64
�Y. E. Batista Legrá
Tesis Doctoral
de primera categoría, creados en trabajos de densificación, ejecutados por
el método de levantamiento directo con estaciones totales por la Empresa
de Ingeniería y Proyectos del Níquel (CEPRONIQUEL).
Se recopilaron datos de cuatro puntos de primer orden, pertenecientes a la
línea geodinámica de Los Indios a Santa María, con coordenadas
altimétricas y valores de aceleración de la gravedad (tabla 3.1), los mismos
se encuentran en los límites de la zona a estudiar.
Tabla 3.1. Puntos de la red de primer orden de la línea geodinámica
Altura Aceleración de la gravedad
(m)
(miligal)
PR-1
4,076
976366,457
PR-2
3,451
976566,388
PR-3
3,628
970168,574
5277-55-A 11,604
982071,3002
Punto
Además, se cuenta con un levantamiento topográfico a escala 1:500, realizado
por la Empresa de Ingeniería y Proyectos del Níquel con estaciones totales.
3.2. Trabajos de campo con las estaciones totales
Primero se realizó un inventario sobre el tipo de estaciones totales que se utilizan
en los yacimientos lateríticos de la región minera de Moa, donde se pudo
observar la presencia de estaciones totales Sokkia y Leica de diferentes series.
Como conclusión, para realizar la experimentación se decide utilizar la Leica TCR
805, con un error medio cuadrático en la determinación del ángulo de cinco
segundos y un error en la medición lineal de 3 mm+2 ppm, seleccionada bajo el
criterio de ser la menos precisa que se emplea en la región minera de Moa.
Para llevar a cabo la experimentación se seleccionó el polígono de puntos de
centración forzada en la mina de la empresa Comandante Pedro Sotto Alba. Los
65
�Y. E. Batista Legrá
Tesis Doctoral
puntos y combinaciones de mediciones del experimento se relacionan en el
anexo 10.
Se midieron coordenadas y distancias entre puntos seleccionados, reiteradas,
estacionados en diferentes posiciones, utilizando el método de todas las
combinaciones posibles. Para conocer la cantidad de experimentos que se
necesitan para obtener los resultados esperados fue necesario diseñar
experimentos, utilizando el método plan factorial (Hernández et al., 2007),
fundamentado en la expresión 2 n , donde n es la cantidad de variables que
intervienen en el experimento.
En este caso para distancias menores a 350 m no influye el error por curvatura y
refracción terrestre e intervienen dos variables no controladas, es decir, no
reguladas en condiciones de laboratorio; en distancias mayores entonces inciden
tres variables (tabla 3.2).
Tabla 3.2: Variables que inciden en los experimentos
Variables que intervienen
Variables que intervienen
en distancias menores a 350 m en distancias mayores a 350 m
Temperatura
Temperatura
Velocidad del viento
Velocidad del viento
…..
Curvatura y refracción
Si se desarrolla la expresión anterior para los dos casos:
22 = 4
23 = 8
Se obtiene como resultado que deben realizarse cuatro experimentos en
distancias menores a 350 m y ocho para distancias mayores. La cantidad de
series de observaciones a realizar en cada experimento se calculó empleando la
ecuación 2.1. Los resultados se muestran en el anexo 11.
66
�Y. E. Batista Legrá
Tesis Doctoral
Las mediciones se ejecutaron en cuatro ciclos durante un año, tratando de buscar
las condiciones ambientales más extremas en las minas.
3.3. Trabajos de gabinete para la determinación de parámetros técnicos
aplicados a las estaciones totales
Fue necesario realizar un análisis de los parámetros técnicos establecidos por las
instrucciones técnicas para levantamientos topográficos a escala 1: 2 000, 1:
1000 y 1: 500 del año 1987, para los métodos de densificación planimétricos y
altimétricos, así como para los levantamientos topográficos.
Se estudiaron los errores máximos alcanzados en las mediciones experimentales
con las estaciones totales, sometiéndose a una comparación con las tolerancias
admisibles para coordenadas espaciales calculadas según norma, lo cual
permitió determinar los parámetros técnicos de medición para esta tecnología, a
partir de la modelación de coordenadas espaciales.
3.3.1. Análisis de las tolerancias admisibles para la densificación de redes
Para obtener las tolerancias admisibles en coordenadas espaciales en los
métodos de densificación, primeramente se analizan los permisibles para la
planimetría, se realiza un análisis de lo establecido por las instrucciones técnicas
para levantamientos a escalas 1: 2 000, 1: 1 000 y 1: 500 del Ministerio de la
Construcción (tabla1 del anexo 2). Se observa que existen errores permisibles
que no fueron determinados debido a la presencia de solo mediciones angulares
y lineales en determinado orden de precisión que no era necesario tener en
cuenta. Al incorporar los parámetros para las coordenadas altimétricas es
necesario calcularlos considerando la relación entre precisión lineal y precisión
angular. Esta relación se obtiene aplicando las ecuaciones 3.1 y 3.2 (anexo 12).
67
�Y. E. Batista Legrá
Tesis Doctoral
P1
P
2
emc1 emc2
(3.1)
Donde:
P1 : Precisión lineal de la poligonal de cuarto orden
emc1 : Error medio cuadrático de la medición del ángulo de la poligonal de cuarto
orden
P2 : Precisión lineal de la poligonal de primera categoría
emc2 : Error medio cuadrático de la medición del ángulo de la poligonal de primera
categoría.
emc1 emc2
eca1
eca 2
(3.2)
Donde:
emc1 : Error medio cuadrático de la medición del ángulo de la poligonal de cuarto
orden
eca1 : Error de cierre angular de la poligonal de cuarto orden
emc2 : Error medio cuadrático de la medición del ángulo de la poligonal de primera
categoría
eca 2 : Error de cierre angular de la poligonal de primera categoría.
Para determinar las longitudes máximas de las poligonales que no fueron
calculadas en las normas se aplica la ecuación 3.3 (Ganshin y Koskov, 1977;
Belete y Batista, 2012), como se muestra en el anexo 12.
L 1.73MTm
(3.3)
68
�Y. E. Batista Legrá
Tesis Doctoral
Donde:
L : Longitud máxima de la poligonal
M : Error estándar (Ganshin & Koskov, 1977), M=0,43 mm)
Tm : Denominador del error relativo permisible de la poligonal.
En la tabla 3.3 se muestra el completamiento de los parámetros no tenidos en
cuenta en la instrucción técnica para levantamientos topográficos a escalas
1:2000, 1:1000 y 1:500.
Tabla 3.3. Completamiento de los parámetros técnicos poligonométricos
Características
Error relativo
Error medio cuadrático
en la medición de
ángulos
Error de cierre angular
Longitud límite, km
4to
orden
1:25000
2
"
5 n
10
I
II
categoría categoría
1:10000
5
"
10 n
5
1.5000
10
"
20 n
3
I
clase
II
clase
1:2000
1:1000
"
25
50"
50 n
1,5
100 n
0,7
En la altimetría se analiza lo establecido en la tabla 2 del anexo 2, donde se
muestran los errores de cierres según el orden de precisión. En los trabajos de la
topografía minera se utilizan el cuarto orden y la nivelación técnica.
3.3.2. Determinación de las tolerancias admisibles por normas en
coordenadas espaciales para poligonales
Se realizó un cálculo de los errores máximos permisibles para cada distancia
patrón propuestas en los experimentos, teniendo en cuenta las tolerancias
contenidas en las tablas 1 y 2 del anexo 2, para la posición planimétrica y
altimétrica, respectivamente. Las tablas 3.4 y 3.5 muestran los resultados
obtenidos.
69
�Y. E. Batista Legrá
Tesis Doctoral
Para realizar los cálculos en la determinación de los errores admisibles en la
planimetría se utilizó la ecuación 3.4.
1
Dp
P
(3.4)
Donde:
P : Precisión lineal
D p : Distancia patrón.
Tabla 3.4. Errores admisibles en planimetría
Distancias
(m)
Para 100
IV Orden
(m)
0,004
I Categoría
(m)
0,010
II Categoría
(m)
0,020
I Clase
(m)
0,050
II Clase
(m)
0,100
Para 500
0,020
0,050
0,100
0,250
0,500
Para 1000
0,040
0,100
0,200
0,500
1,000
Para 1200
0,048
0,120
0,240
0,600
1,200
Para 1500
0,06
0,150
0,300
0,750
1,500
En los cálculos para la determinación de los errores admisibles en la altimetría se
utilizaron las ecuaciones 3.5 y 3.6 para el cuarto orden de precisión y la
nivelación técnica, respectivamente.
IV orden
Fn 20 L
(3.5)
Técnica
Fn 50 L
(3.6)
Donde:
L : Longitud de la línea en km
Fn : Error de cierre de la línea de nivelación.
70
�Y. E. Batista Legrá
Tesis Doctoral
Tabla 3.5. Errores admisibles en altimetría
Distancias IV Orden I y II Categoría
(m)
(m)
y Clase (m)
< 100
0,006
0,016
100- 500
0,014
0,035
500-1 000
0,020
0,050
1 000-1 200
0,022
0,054
1 200-1 500
0,024
0,061
Para obtener los errores máximos permisibles en la determinación de
coordenadas espaciales fue necesario combinar las tolerancias en los planos
horizontales y verticales. Se calculó considerando la suma de las fuentes de
errores, según Olivera (2010), a partir de la ecuación 3.7. En la tabla 3.6 se
muestran los resultados.
2
mTC m 2planimt malt
(3.7)
Donde:
mTC : Errores totales en la determinación de un punto con coordenadas espaciales
m planimt : Errores en la determinación de la planimetría
malt : Errores en la determinación de las alturas.
Tabla 3.6. Errores totales en la determinación de las coordenadas espaciales
para poligonales
Distancias
(m)
< 100
100- 500
500-1 000
1 000-1 200
1 200-1 500
IV
Orden
(m)
0,007
0,024
0,045
0,053
0,065
I Categoría
(m)
II Categoría
(m)
I Clase
(m)
II Clase
(m)
0,019
0,061
0,112
0,132
0,162
0,026
0,105
0,206
0,246
0,306
0,052
0,252
0,502
0,602
0,752
0,101
0,501
1,001
1,201
1,501
71
�Y. E. Batista Legrá
Tesis Doctoral
3.3.3. Determinación de tolerancias admisibles por normas en coordenadas
espaciales para levantamientos topográficos
En el cálculo se consideraron los requisitos contenidos en las instrucciones
técnicas para los levantamientos topográficos a las escalas 1: 2 000, 1: 1 000 y
1:500, editada por el Ministerio de la Construcción en el año 1987 (tabla 3 del
anexo 2). La fusión de las tolerancias admisibles en coordenadas espaciales se
realizó utilizando la ecuación 3.7. Los resultados se muestran en la tabla 3.7.
Tabla 3.7. Tolerancias admisibles para la determinación de coordenadas
espaciales en levantamientos topográficos
Escala
1:500
1: 1 000
1: 2 000
De
En zonas
En zonas
importancia
llanas
montañosas
espaciales espaciales espaciales
(m)
(m)
(m)
0,26
0,30
0,39
0,52
0,60
0,77
1,04
1,20
1,55
3.4. Análisis de los resultados de las mediciones experimentales con
estaciones totales
En la tabla 3.8 se muestran los resultados obtenidos en las mediciones
experimentales realizadas con las estaciones totales en el polígono de puntos de
centración forzada de la empresa Comandante Pedro Sotto Alba, donde se
interrelacionan las desviaciones en la medición de distancias, coordenadas y
alturas de los puntos, mostrando las máximas diferencias referenciadas a cada
punto patrón.
72
�Y. E. Batista Legrá
Tesis Doctoral
Tabla 3.8. Resultados de las mediciones experimentales
Distancias
patrones
(m)
< 100
100- 500
500-1 000
1 000-1 200
1 200-1 500
Desviaciones Desviaciones en
en cotas
coordenadas
(mm)
(mm)
4
2
18
8
44
11
53
13
68
16
Desviaciones
en distancias
(mm)
1
3
5
8
10
El error total de las mediciones experimentales para cada distancia patrón se
obtuvo empleando la ecuación 3.8 (Olivera, 2010), donde se interrelacionan las
tres fuentes de error en la determinación de las coordenadas espaciales. Los
resultados se muestran en la tabla 3.9.
mTC m2 dist m2 alt m2coord
(3.8)
Donde:
mTC : Errores totales en la determinación de un punto con coordenadas
espaciales.
mdist : Errores en la determinación de las distancias
malt : Errores en la determinación de las alturas
mcoord : Errores en la determinación de las coordenadas.
73
�Y. E. Batista Legrá
Tesis Doctoral
Tabla 3.9. Error total en la determinación de las coordenadas espaciales en los
experimentos
Distancias
(m)
100
500
1000
1200
1500
Errores
obtenidos
coordenadas
espaciales
(m)
0,004
0,020
0,046
0,055
0,070
3.4.1. Análisis comparativo de los errores obtenidos en las mediciones
experimentales y los establecidos por las normas
En el anexo 4 (figura 1), se reflejan los resultados de los errores reales obtenidos
en el experimento para poligonales, llevados a una gráfica en forma de línea
apilada. Se comparan con los errores permisibles según las instrucciones para
las poligonales, teniendo en cuenta los órdenes de precisión establecidos. En el
gráfico se puede apreciar que las poligonales de cuarto orden, cuando se miden
distancias mayores a 800 m, las mediciones están fuera del permisible. Se puede
observar que las mayores exactitudes obtenidas en este orden se encuentran en
las distancias entre 200 y 400 m, tomando el máximo valor a los 350 m. En los
demás órdenes de precisión se puede identificar que las mediciones
experimentales con las estaciones totales están por debajo de las normas,
alcanzando su máxima exactitud en distancias medidas hasta los 900 m.
En el gráfico del anexo 4 (figura 2), se puede observar que todas las mediciones
experimentales están por debajo de la norma establecida para la determinación
74
�Y. E. Batista Legrá
Tesis Doctoral
de piquetes de levantamiento topográfico; notándose que en todas las escalas, a
distancias mayores a los 1 000 m, se encuentran las mayores dispersiones.
3.4.2. Parámetros técnicos modelados para coordenadas espaciales
A partir de los resultados de los experimentos realizados se proponen los
parámetros técnicos de medición para la poligonometría y levantamientos con las
estaciones totales (tablas 3.10 y 3.11).
Tabla 3.10. Parámetros técnicos para las poligonales planoaltimétricas en
yacimientos lateríticos en la región minera de Moa
Características
Longitud de los
lados de la
poligonal en km
IV Orden
0,350
I Categoría II Categoría
0,900
0,900
I Clase
0,900
II Clase
0,900
Tabla 3.11. Parámetros técnicos para los levantamientos topográficos con
estaciones totales para piquetes del levantamiento
3.5.
Validación
de
Escala
Distancia máxima
(m)
1:500
1: 1 000
1: 2 000
1 000
1 000
1 000
los
parámetros
técnicos
determinados
para
la
poligonometría
Cumpliendo con los parámetros técnicos determinados en la investigación se
realizó una validación a un total de 10 poligonales distribuidas por los yacimientos
lateríticos de las empresas de níquel: Comandante Ernesto Che Guevara y
75
�Y. E. Batista Legrá
Tesis Doctoral
Comandante Pedro Sotto Alba. En las tablas 1 y 2 del anexo 13 se pueden
observar los cierres planimétricos y altimétricos de las poligonales. La
poligonometría fue ejecutada por brigadas de topografía minera de la Empresa de
Ingeniería y Proyectos del Níquel y de ambas fábricas de níquel en operaciones
radicadas en la región de Moa.
En ambos casos se puede observar que las exactitudes obtenidas en las
poligonales medidas cumplen con las tolerancias admisibles. Para comprobar la
precisión se aplica la ecuación 3,9. Se pudo confirmar que con la utilización de
los parámetros de la investigación, se obtienen exactitudes en las mediciones
superiores a 1,4 veces las exigencias técnicas establecidas. En la tabla 3.12 se
muestran los resultados del análisis realizado, considerando la teoría de
elaboración matemática de las mediciones geodésicas, la cual plantea que las
tolerancias máximas a establecer para un permisible oscilan desde un mínimo de
1,0 hasta un máximo de 2,0 veces el error obtenido, si supera el mayor valor se
diluye precisión. Como resultado se demuestra que cuando se mide con
estaciones totales en las condiciones de las minas no es preciso realizar
poligonales de segunda clase. En la tabla 2.1 se muestran las tolerancias
admisibles para los trabajos de la topografía minera en los yacimientos lateríticos
de la región minera de Moa, resultado de esta investigación, para la
determinación de puntos de apoyo con coordenadas espaciales. Se puede
apreciar la diferencia en relación a la tabla 3.6 por la sustitución de los órdenes
de precisión llamados clases, por un orden al cual se denomina como poligonal
técnica.
VIOrden
Eobt
Eperm
(3.9)
76
�Y. E. Batista Legrá
Tesis Doctoral
Donde:
VIOrden . Valor de exactitud en las mediciones para un IV orden
Eobt : Error relativo obtenido en las poligonales
Eperm : Error relativo admisible.
Tabla 3.12. Exactitud en las mediciones
IV Orden I Categoría II Categoría I Clase II Clase
1,6
1,4
1,4
2
5
3.5.1.
Validación
de
los
parámetros
técnicos
determinados
para
levantamientos topográficos
Se realizaron dos levantamientos topográficos: uno en el yacimiento Punta Gorda
de la empresa Comandante Ernesto Che Guevara, a escala 1:500, y otro a
escala 1:1 000 en el yacimiento Camarioca Sur de la empresa Comandante
Pedro Sotto Alba, en ambos casos se estacionó el instrumento de forma tal que
permitiera realizar observaciones hasta 1 000 m.
Con los resultados de campo se generaron los modelos digitales del terreno,
fueron calculadas las desviaciones respecto a levantamientos patrones del área,
realizados con estaciones totales y niveles por la empresa Geocuba Oriente Sur,
durante los trabajos de exploración geológicas. La tabla 3.13 muestra la
comparación de los resultados obtenidos respecto a las tolerancias admisibles.
Como se puede observar en ambos levantamientos se obtuvieron valores de
desviaciones por debajo de tolerancias admisibles, quedando validados los
parámetros para los levantamientos topográficos.
77
�Y. E. Batista Legrá
Tesis Doctoral
Tabla 3.13. Principales desviaciones entre los levantamientos a validar
Yacimiento
Punta Gorda
Escala 1:500
Camarioca
Sur
Escala
1:1000
3.6.
Valor mínimo de las
desviaciones
(m)
0,06
Valor máximo de
las desviaciones
(m)
0,11
Tolerancias
admisibles
(m)
0,26
0,09
0,18
0,52
Selección del método para
la
determinación del
modelo de
ondulaciones del geoide
Con el objetivo de conocer la exactitud que se necesita para la determinación del
modelo de ondulaciones del geoide, se consultaron las normas cubanas
(RC3008, RC3011, RC3013, RC 3016), aplicadas en los trabajos topográficos en
los yacimientos lateríticos de la región minera de Moa. Las tolerancias admisibles
mínimas identificadas en las normas son las siguientes:
a) Niveles de la superficie ±10 cm
b) Alineación
c) Pie de talud
±20 cm
+ 50 cm
Teniendo en cuenta la tolerancia altimétrica por norma de ±10 cm y los resultados
de la investigación en los departamentos de topografía en la zona de estudio,
donde se plantea que las desviaciones en las altura de puntos cuando se utiliza
la tecnología GPS, son mayores a 20 cm; se justifica la investigación del modelo
de ondulaciones del geoide con precisiones menores a la establecida por la
norma cubana.
Con el resultado de la revisión bibliográfica y la información de trabajos
anteriores, tanto a nivel nacional e internacional y conociendo las particularidades
78
�Y. E. Batista Legrá
Tesis Doctoral
de los métodos existentes para determinar el modelo del geoide, se decidió
realizar una fusión del método geométrico y el físico (Batista, 2012). Al resultado
de esta fusión se le llamó método combinado.
En el desarrollo del método combinado fue necesario realizar investigaciones en
campo, para determinar las alturas elipsoidales, realizar mediciones de
aceleración de la gravedad y obtener la elevación del punto inicial del modelo,
utilizando los equipos de medición que se muestran en la figura 3.2.
(a)
Figura 3.2. a) Receptor GPS
(b)
b) Nivel Sprinter 200
(c)
c) Péndulo simple.
a) Receptor GPS: instrumento de medición de la marca Leica 1200,
encargado de recibir las señales de la constelación de satélites en órbita,
con el fin de calcular las posiciones de puntos, en el plano, el espacio o
sobre cualquier superficie de referencia. Se conoce la incertidumbre de
medición suministrada por el fabricante, en este caso 5 mm+1 ppm,
siempre se verifican los receptores antes de comenzar los trabajos. En la
investigación se utilizaron dos receptores en el modo estático diferencial.
b) Nivel sprinter 200: instrumento de medición, que se utiliza en la
determinación de coordenadas altimétricas de puntos en el terreno a partir
del método de densificación llamado nivelación geométrica. Cuenta con el
certificado de calibración, emitido por el taller metrológico No 57 de la
79
�Y. E. Batista Legrá
Tesis Doctoral
empresa Geocuba Oriente Norte, donde refleja que el instrumento se
encuentra apto para el uso, con un valor de incertidumbre de (± 0,8 mm).
c) Péndulo simple: este instrumento fue construido para la investigación, con
el objetivo de realizar las mediciones para obtener valores de aceleración
de la gravedad en puntos medidos. No se conoce ningún valor de
incertidumbre, por lo que fue necesaria su determinación.
3.7. Determinación de la incertidumbre de medición del péndulo simple
Se consultaron los métodos para la determinación de las incertidumbres de
medición que se utilizan en los laboratorios metrológicos. Como resultado se
pudo comprobar que todos se fundamentan en la GUM, las incertidumbres son
administradas por diferentes fuentes como informe de calibración y
certificado
del fabricante, donde las verificaciones se realizan en condiciones de
laboratorios, con las variables controladas.
Al construir el instrumento no se cuenta con certificado del fabricante o informe
de calibración, por lo que fue necesario recurrir a un método que pudiera
identificar la desviación de una variable en condiciones ambientales de las minas;
por sus características se seleccionó el método de simulación Monte Carlo
(MCM). La aplicación del método se realizó según lo contenido en el epígrafe
2.6.1.1.
Como datos de partida para la determinación de la incertidumbre de medición se
conoce que el valor de división de la cinta métrica es de 1 mm, el valor máximo
de apreciación del cronómetro es de 0,01 s. La tolerancia en la determinación de
los valores de aceleración de la gravedad, según las normas para estaciones de
80
�Y. E. Batista Legrá
Tesis Doctoral
la red nacional gravimétrica, es de 0,10 m. Como variable incógnita se identifica
la aceleración de la gravedad medida con el instrumento en puntos conocidos.
En la tabla 3.14 se muestra el resultado final de la determinación de la
incertidumbre de medición por el método de simulación Monte Carlo. Se realizó
una comparación con el valor de incertidumbre permitido en la determinación de
la aceleración de gravedad en puntos de la red gravimétrica nacional, referido a
la red internacional con un valor de 0,10 m; se obtuvo como resultado que la
incertidumbre del péndulo es tres veces menor que la tolerancia permitida
(ecuación 3.10). Se considera el instrumento apto para realizar los trabajos.
Tabla 3.14. Incertidumbres de medición calculadas
Método
u1
(m)
u2
(m)
u3
(m)
uc
(m)
U
(m)
Monte Carlo 0,15909 0,00115 0,0144 0,01602 0,03210
T
0,10
3,11
U 0,0321
(3.10)
Donde:
T : Tolerancia admisible en la determinación de la aceleración de la gravedad en
puntos sobre la superficie
U : Incertidumbre de medición del péndulo construido.
3.8. Trabajos de campo para la determinación del modelo de ondulaciones
del geoide
Para darle cumplimiento a esta etapa se planificó el área que debe ocupar el
modelo de ondulaciones del geoide en el terreno y se definió como punto de
origen el monumento llamado Blet, el mismo se encuentra en la parte norte de la
81
�Y. E. Batista Legrá
Tesis Doctoral
presa de colas de la empresa Comandante Ernesto Che Guevara, próximo a la
costa, buscando un área de mayor deformaciones en la figura de referencia.
Partiendo del punto de origen del modelo se construyó una red de cuadrículas
dentro de los límites definidos para el modelo de ondulaciones del geoide, con un
espaciamiento tanto transversal como longitudinal de 200 m (anexo 14), donde se
encuentran distribuidos, de forma homogénea, un total de 56 puntos
experimentales seleccionados de la red existente en la presa de colas, que
ocupan un área total de 448 ha del terreno.
3.8.1. Mediciones con los receptores GPS Leica 1200
El método de posicionamiento GPS utilizado en los trabajos de campo fue el
estático diferencial, empleando dos receptores: uno en el punto de origen (Blet),
como estación de referencia, y el móvil en las estaciones experimentales (figura
3.3).
Figura 3.3. Receptor GPS en punto experimental.
El inicio y terminación de las sesiones de trabajo fue planificado previamente,
considerando la geometría de la constelación de satélites para cada día de
medición. Los atributos de los puntos del proyecto, alturas de antena y los datos
82
�Y. E. Batista Legrá
Tesis Doctoral
meteorológicos al inicio y al finalizar la sesión fueron plasmados en la ficha de
campo (anexo 5).
3.8.2. Mediciones de aceleración de la gravedad con el péndulo simple
En cada punto experimental se realizaron mediciones de aceleración de la
gravedad cumpliendo con lo descrito en el epígrafe 2.6.1 de este trabajo. Antes
de realizar los trabajos en cada jornada se comprobó el péndulo simple en dos
estaciones de la línea geodinámica. Se diseñaron experimentos, utilizando el
método plan factorial (Hernández et al., 2007), como se muestra en el epígrafe
2.5.1.
En las mediciones intervienen tres variables no controladas, es decir, no
reguladas en condiciones de laboratorio:
Temperatura.
Presión atmosférica
Velocidad del viento.
Se obtiene como resultado que deben realizarse ocho mediciones para cada
punto.
3.8.3. Mediciones para la determinación de la altura del punto de origen del
modelo
En la investigación se cumplió con lo establecido en el epígrafe 2.6.1 del
procedimiento. Se ubicó la estación mareográfica temporal en la costa próxima a
la zona de los trabajos, se utilizó la misma área donde se encontraba enclavada
una estación mareográfica para los trabajos del campo de boyas en el año 1996
(figura 3.4). Se utilizaron tres reglas de fibra graduada cada un centímetro,
83
�Y. E. Batista Legrá
Tesis Doctoral
colocadas sobre acero hincado en el fondo en una base de hormigón y atada a
una estaca de madera (figura 3.5).
Figura 3.4. Ubicación de la estación mareográfica temporal.
Figura 3.5. Ubicación de una de las reglas de la estación mareográfica temporal.
Se proyectó un circuito de nivelación cerrada partiendo de la estación
mareográfica temporal, tocando el monumento Blet y cerrando en el punto de
partida (figura 3.6). Se cumplió con la secuencia de trabajos contenidos en el
84
�Y. E. Batista Legrá
Tesis Doctoral
epígrafe 2.6.1; los resultados del ajuste de los promedios de los ciclos de
observación se muestran en el anexo 9.
Estación
Mareográfica
Ida
Vuelta
Blet
Figura 3.6. Esquema del circuito de nivelación proyectado.
3.9. Análisis comparativo de las coordenadas altimétricas del punto Blet
La estación Blet contaba con valores de altura referida al nivel medio del mar en
el sistema de alturas nacionales llamado Siboney, obtenidas con trabajos de
densificación anteriormente realizados. En la tabla 3.15 se puede observar la
diferencia entre ambas alturas.
Tabla 3.15. Análisis comparativo entre las alturas del punto Blet
Punto
Altura nacional
(m)
Altura NMM Moa
(m)
Diferencia
(m)
Blet
2,454
2,367
0,087
Como anteriormente se refirió, se cuenta con el levantamiento topográfico a
escala 1:500 y 56 puntos de apoyo de la presa de colas de la empresa
Comandante Ernesto Che Guevara, donde las alturas están referidas al sistema
nacional. Para la obtención del modelo se decidió hacer dos variantes: una con
las alturas en ese sistema y otra con el resultado del estudio de la marea de Moa,
con el fin de establecer un análisis comparativo de las exactitudes del modelo,
85
�Y. E. Batista Legrá
Tesis Doctoral
para transformar los demás puntos de apoyo y el levantamiento topográfico al
sistema de alturas obtenido durante la investigación.
3.10. Trabajos de gabinete para determinar el modelo de ondulaciones del
geoide
Para la realización del procesamiento de la información en la obtención del
modelo de ondulaciones del geoide se logran integrar los trabajos de campo en
un sistema de información geográfica, tomando como base mapas generados en
modelos de superficie 3D.
Para cumplir la tarea se consideró realizar dos modelos digitales del terreno: un
modelo que representara el levantamiento topográfico a escala 1:500 con las
alturas referidas al sistema de alturas nacional y otro referido al sistema obtenido
en la investigación mediante el estudio de la marea en la costa de Moa;
igualmente se construyó un modelo digital de alturas elipsoidales y uno de
correcciones gravimétricas (anexo 15).
En la transformación de las alturas de los puntos experimentales del sistema
nacional al sistema de altura resultado del estudio del nivel medio del mar,
tomando como base el punto de origen del modelo, se utiliza el software
Cartomap cumpliendo el procedimiento descrito en su manual de usuarios.
Para la creación del sistema de información geográfica se importaron todos los
planos de modelos digitales creados anteriormente para realizar un análisis
espacial analítico con operaciones matemáticas (Almaguer, 2005), para obtener
como resultado un nuevo mapa. Se cumplió con los pasos descritos en el
epígrafe 2.6.2.
86
�Y. E. Batista Legrá
Tesis Doctoral
3.11. Determinación del modelo de ondulaciones del geoide a partir del
análisis geoespacial de planos aplicando herramientas de SIG
La ecuación 1.1 define la determinación del modelo de ondulaciones del geoide
por las diferencias de alturas elipsoidales y ortométricas. El método combinado
desarrollado durante la investigación se fundamenta en dicha expresión pero se
aplican correcciones por la influencia de las perturbaciones de gravedad y en el
cálculo intervienen modelos digitales. Se aplicó la ecuación 2.22 que fue
desarrollada en este trabajo para determinar el modelo del geoide local a partir
del análisis geospacial de planos en plataformas SIG.
3.12. Cálculo de la corrección por el efecto de las perturbaciones de
gravedad
Como se puede observar en la ecuación 2.22 interviene un modelo digital de
correcciones gravimétricas. Para calcular este modelo se realizó un análisis de
los valores obtenidos de alturas ortométricas por los métodos de densificación
altimétrica; se consideró el efecto que causan las perturbaciones de las
anomalías de gravedad en el terreno y, a su vez, en la figura física del geoide.
Para darle cumplimiento a esta tarea fue necesario realizar el cálculo de la
atracción gravitacional en los puntos experimentales y la sustracción de la fuerza
de la gravedad medida en cada estación. Según Sánchez (2010) tanto las
depresiones como las elevaciones en los alrededores de la estación disminuye la
gravedad medida, por esto la corrección topográfica siempre es positiva.
Para la realización del cálculo se determinó en cada punto experimental la
corrección a la topografía por el efecto de la gravedad relacionado cada uno de
ellos con el origen del modelo del geoide (Blet), aplicando la ecuación (3.11). Los
87
�Y. E. Batista Legrá
Tesis Doctoral
datos de los puntos experimentales calculados fueron convertidos a un fichero de
texto en formato (txt), con el objetivo de ser cargado por el software encardado
para la modelación de superficie 3D.
g topo 2 f g med
h2
r3
(3.11)
Donde:
g topo : Corrección a la topografía por gravedad
f : Constante gravitacional: 6.67 *1011kg1m3S 2
g med : Gravedad medida en la superficie del terreno
h 2 : Diferencia de altura entre el punto de origen y el punto a determinar
r 3 : Distancia entre el punto de origen del modelo y el punto a determinar.
Una vez determinada la corrección gravimétrica para cada punto experimental, se
realizó una interpolación en el software Autocad Civil 3D creando un modelo
digital de correcciones gravimétricas (figura 3.7).
Figura 3.7. Modelo digital de correcciones gravimétricas (MDCG).
88
�Y. E. Batista Legrá
Tesis Doctoral
3.13. Cálculo de los modelos de ondulaciones del geoide
Aplicando la ecuación (2.22) en el sistema de información geográfica se
determinaron dos modelos de ondulaciones del geoide, teniendo en cuenta lo
descrito en el epígrafe (2.6.2): en un primer caso utilizando el modelo digital del
terreno en los puntos experimentales referidos al nivel medio del mar de la costa
de Moa y en un segundo caso el MDT referido al sistema nacional (figuras 3.8 y
3.9).
Figura 3.8. Modelo referido al NMM de la costa de Moa (MOG-1).
Figura 3.9. Modelo referido al sistema nacional (MOG-2).
89
�Y. E. Batista Legrá
Tesis Doctoral
3.14. Validación de los modelos
Los modelos calculados se sometieron a un proceso de validación para
determinar la exactitud en la determinación de las coordenadas espaciales fue
necesario realizar levantamientos topográficos en la presa de colas utilizando el
sistema GPS en su modo diferencial (figura 3.10).
Figura 3.10. Trabajos de campo para la validación de los modelos.
Con los resultados de campo se obtuvo un modelo digital de alturas elipsoidales,
el mismo fue incorporado al SIG y sometido a un proceso de operación
matemática con cada uno de los modelos de ondulaciones del geoide calculados
anteriormente, utilizando la ecuación 3.12:
MDT MDAE MOG
(3.12)
90
�Y. E. Batista Legrá
Tesis Doctoral
Donde:
MOG : Modelo del geoide
MDAE : Modelo digital de alturas elipsoidales
MDT : Modelo digital del terreno.
Se obtuvieron dos modelos digitales del terreno con coordenadas altimétricas
referidas a diferentes figuras de referencias, que posteriormente en el software
ArGis se compararon con los MDT correspondientes al sistema de referencia
empleado, pertenecientes al levantamiento topográfico a escala 1:500, realizado
con estaciones totales; como resultado
se generaron dos planos de las
principales desviaciones (figuras 3.11 y 3.12).
Figura 3.11. Plano de las desviaciones en la medición de alturas utilizando el
modelo de ondulaciones del geoide referido al NMM de la costa de Moa.
91
�Y. E. Batista Legrá
Tesis Doctoral
Figura 3.12. Plano de las desviaciones en la medición de alturas utilizando el
modelo de ondulaciones del geoide referido al sistema de coordenadas
nacionales.
3.15. Análisis comparativo de los modelos
En la tabla 3.16 se realiza un análisis comparativo de la exactitud de los modelos
de ondulaciones del geoide determinados en la investigación.
Tabla 3.16. Evaluación de la exactitud de los modelos de ondulaciones del
geoide calculados
Evaluación de la exactitud de los modelos
Modelos Valor mínimo alcanzado Valor máximo alcanzado
(cm)
(cm)
MOG-1
1,5
5,7
MOG-2
15
29
Como se muestra en la tabla 3.17 en el modelo de ondulaciones del geoide
(MOG-1), la exactitud en la determinación de las alturas se encuentra en el rango
de los 1,5 a 5,7 cm respectivamente, lo que permite ampliar el campo de empleo
92
�Y. E. Batista Legrá
Tesis Doctoral
de la tecnología GPS en los trabajos topográficos en los yacimientos lateríticos
de la región minera de Moa, por tanto, fue seleccionado como modelo a utilizar
en la actividad minera del níquel y como origen para generalizar en todos los
yacimientos de la región.
Los parámetros técnicos del modelo (MOG-1) se muestran en la tabla 3.17.
Tabla 3.17. Estadísticas del modelo de ondulaciones del geoide
Parámetros
Valor máximo
Ondulaciones
(m)
-30.500
Latitud
(º ' ")
20 39 08
Longitud
(º ' ")
-74 53 15
Total de
Datos
…
Valor mínimo
-30.406
20 39 32
-74 53 48
…
Punto de origen
- 30.420
20 39 35
-74 53 25
…
Número de columnas
…
…
…
14
Número de filas
…
…
…
16
Número de puntos
…
…
…
56
Con las estadísticas en el software Leica Geoffice Combinado, se creó un fichero
del modelo de ondulaciones del geoide en la extensión (gem), el cual es
exportado desde la computadora a los receptores GPS para la ejecución de
trabajos en tiempo real o utilizado en el mismo programa informático para el
procesamiento de las mediciones.
El modelo de ondulaciones del geoide (MOG-1) se utiliza desde los inicios del
proyecto (2455 control topográfico fase cinco, presa de colas en explotación)
hasta la actual fase seis, con buenos resultados. En el control de calidad
realizado al 10% del proyecto según establece la instrucción de trabajo ITT-05 de
la empresa de Ingeniería y Proyectos del Níquel, se evaluó como satisfactorio
(anexo 16).
93
�Y. E. Batista Legrá
Tesis Doctoral
3.16. Evaluación de la efectividad económica del procedimiento propuesto
Al establecer los nuevos parámetros técnicos de medición para las estaciones
totales y el modelo de ondulaciones del geoide en los yacimientos lateríticos de la
región minera de Moa, partiendo de la modelación de coordenadas espaciales,
queda demostrada la factibilidad económica para la topografía minera, con una
destacada eficiencia y rapidez en la ejecución de los trabajos.
Con el objetivo de conocer la efectividad económica del procedimiento propuesto,
se calculó una ficha de costo a la poligonal Che Guevara de I categoría,
ejecutada durante la validación de la investigación, la cual recorre el itinerario de
nueve kilómetros desde la presa de colas de la empresa Comandante Ernesto
Che Guevara hasta el yacimiento Punta Gorda, ocupando un total de cinco
puntos. Se analizaron solo los gastos asociados a los trabajos de campo.
La basificación de la técnica y el personal se instauró en CEPRONIQUEL, a una
distancia promedio de 15 km del área de los trabajos. Se realizó un primer cálculo
de los gastos, considerando las instrucciones técnicas para levantamientos a
escalas 1: 2 000, 1: 1 000 y 1:500, y en un segundo caso, se tuvo en cuenta la
realización de estos trabajos aplicando el procedimiento propuesto (anexo 17).
Para determinar los plazos de ejecución de la poligonal se utilizó el catálogo de
normas de tiempo para los trabajos de la topografía minera, certificado por la
ONHG (tabla 3.19). En el cálculo a partir de los parámetros obtenidos por la
modelación de coordenadas espaciales, solo se consideró la etapa de medición
de puntos para la poligonal de primera categoría de la tabla 3.18.
94
�Y. E. Batista Legrá
Tesis Doctoral
Tabla 3.18. Plazo de ejecución de la poligonal por catálogo de normas actuales
Producto
U/M
Medición de puntos para
poligonal I categoría
Nivelación técnica de doble
puesta de instrumento.
Tiempo total en días
(horas
punto)
(horas/km)
Tiempo
por
norma
1,8 946
Volumen
5 puntos
Tiempo
total
(horas)
9,4 730
2,1 468
9 mm
19,3 212
4
Si se realiza un análisis comparativo del tiempo de ejecución de los trabajos y sus
gastos asociados, entre las mediciones realizadas por las instrucciones técnicas
para levantamientos topográficos a escalas 1: 2 000, 1: 1 000 y 1:500; y los
parámetros obtenidos a partir de la modelación de coordenadas espaciales, se
puede observar en la tabla 3.19, la efectividad económica del procedimiento
propuesto en esta investigación, logrando disminuir los gastos asociados al 68%
y reducir el plazo de ejecución de los trabajos en un 50%.
Tabla 3.19. Análisis comparativo del tiempo de ejecución y los gastos de la
poligonal.
Indicadores
Gastos (pesos)
Tiempo de ejecución
(días)
Poligonal medida por
instrucciones actuales
896,16
Poligonal medida por la
modelación
de coordenadas
espaciales
610,32
%
68
4
2
50
95
�Y. E. Batista Legrá
Tesis Doctoral
3.17. Conclusiones parciales
1. Se determinaron los parámetros de medición para la poligonometría y
levantamiento topográfico con estaciones totales en los yacimientos
lateríticos de la región minera de Moa a partir de la modelación de
coordenadas espaciales.
2. Se calcularon y evaluaron las exactitudes de los modelos del geoide
elaborados con resultados satisfactorios a partir del análisis geoespacial
de mapas integrados en un sistema de información geográfica.
96
�CONCLUSIONES GENERALES
�Y. E. Batista Legrá
Tesis Doctoral
CONCLUSIONES GENERALES
1. Se elaboró un procedimiento que permite determinar a partir de la
modelación de coordenadas espaciales, los parámetros técnicos de
medición para las tecnologías de estaciones totales y sistema de
posicionamiento global en los yacimientos lateríticos de la región minera
de Moa.
2. Se determinó un modelo de ondulaciones del geoide a partir del
procedimiento propuesto que permite obtener la posición altimétrica de
puntos sobre la superficie, cumpliendo con la exactitud que exigen los
trabajos de la topografía minera y ampliando el campo de empleo de la
tecnología GPS en los yacimientos lateríticos de la región minera de Moa.
3. La modelación de coordenadas espaciales permitió fusionar los métodos de
densificación poligonometría y nivelación en un método más productivo y
económico.
4. Se diseñó un sistema de información geográfica en el Software ARGIS que
permitió el cálculo y validación del modelo de ondulaciones del geoide, el
mismo queda establecido para el procesamiento de los trabajos con GPS
en la zona del modelo.
97
�RECOMENDACIONES
�Y. E. Batista Legrá
Tesis Doctoral
RECOMENDACIONES
1. Investigar los parámetros técnicos de medición de la nueva tecnología 3D
Láser Escáner, relacionadas a las coordenadas espaciales en los
yacimientos lateríticos de la región minera de Moa.
2. Continuar los estudios de los modelos de ondulaciones del geoide, para
obtener mayores exactitudes que permitan dar respuestas a trabajos
geodésicos.
3. Aplicar el procedimiento elaborado en los trabajos de la topografía minera
en los yacimientos lateríticos de la región de Moa y su implementación en
otras regiones.
98
�REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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Diseño
de
��ANEXOS
�ANEXO 1
MONUMENTOS TOPOGRÁFICOS DE CENTRACIÓN FORZADA
�Figura 1. Monumentos topográficos de centración forzada utilizados en los
experimentos.
�ANEXO 2
TOLERANCIAS ADMISIBLES Y PARÁMETROS TÉCNICOS DE MEDICIÓN
PARA LOS TRABAJOS DE LA TOPOGRAFÍA MINERA
�Tabla 1. Tolerancias admisibles para la poligonometría
Características
4to
orden
I
categoría
II
categoría
I
clase
II
clase
1:25 000
1:10 000
1.5000
1:2000
1:1000
Error medio
cuadrático de la
medición de
ángulo, seg.
2
5
10
…
…
Error de cierre
angular
5 n
10 n
20 n
Longitud límite,
km
10
5
3
Error relativo
60 n
…
…
Tabla 2.Tolerancias admisibles para la nivelación
Características IV Orden Técnica
Error de cierre
Fn ± 20√L Fn ± 50√L
Tabla 3. Tolerancias admisibles para la determinación de las coordenadas de los
piquetes de contornos
Contornos
Escala
1:500
1:1000
1:2000
De
importancia
En zonas
llanas
En zonas
En
montañosas cotas
planimetría
planimétria
planimetría
0,20 m.
0,40 m.
0,80 m.
0,25 m.
0,50 m.
1,0 m.
0,35 m.
0,70 m.
1,40 m.
0,17
0,33
m.
0,67
m.
m.
�Tabla 4. Parámetros técnicos para la poligonometría
Características
Longitud
máxima de los
lados de la
poligonal en km
IV orden
0,500
I categoría
0,200
II categoría
I clase
II clase
…
…
0,100
Tabla 5. Parámetros técnicos para la nivelación
Indicadores
IV Orden
Técnica
Distancia máxima entre el instrumento y el
bastón (m)
100
150
Distancia mínima entre el instrumento y el
bastón (m)
3
3
Tabla 6. Parámetros técnicos actuales para levantamiento a escalas 1: 2 000,
1:1 000 y 1:500
Indicadores
Distancia (m)
Distancia del instrumento hasta el prisma en el
levantamiento del relieve
150
Distancia del instrumento al prisma en el
levantamiento de los contornos
Firmes 100
No firmes 150
�ANEXO 3
REGISTRO PARA EL PROCESAMIENTO DE LAS MEDICIONES
EXPERIMENTALES DE CAMPO CON ESTACIÓN TOTAL
�Tabla 1. Ejemplo de registro utilizado en un experimento con estaciones totales
Día
29/01/2012
Ciclo: 1
Hora de medición: 10:40
Temp.
Experimento: 1 Estación
FNC-3
am
290C
8 Series
Orientación FNC-2
Punto FN-C5
Med. de
Med ang.
MEDIDO
Distan
Vert
x
y
z
1
449,21
89,3301 695295,998 217280,505
234,096
2
449,208
89,3259 695295,996 217280,503
234,105
3
449,208
89,3259 695295,998 217280,505
234,098
4
449,208
89,3246 695296,001 217280,504
234,107
5
449,208
89,3251 695296,001 217280,504
234,105
6
449,208
89,3246 695296,001 217280,504
234,107
7
449,21
89,3244 695296,001 217280,504
234,105
8
449,209
89,3251 695295,997 217280,502
234,107
PORMEDIO
449,209
89,326 695295,999 217280,504
234,104
�ANEXO 4
ANÁLISIS COMPARATIVO ENTRE LAS TOLERANCIAS ADMISIBLES Y LAS
DESVIACIONES OBTENIDAS EN LOS EXPERIMENTOS
�ESCALA 1:100
Permisible para poligonales 2da clase
Distancias patrones
ERRORES PERMISIBLES EN METROS
Permisible para poligonales 1ra clase
Permisible para poligonales 2da Categoría
Permisible para poligonales 1ra Categoría
Errores obtenidos en mediciones experimentales
Permisible para poligonales IV Orden
DISTANCIAS EN METROS
ESCALA:1:1000
Figura 1. Análisis comparativo de los errores permisibles y los obtenidos en los experimentos para poligonales.
�Escala: 1:100
PERMISIBLE LEVANTAMIENTO 1:2000
Distancias patrones
PERMISIBLE LEVANTAMIENTO 1:1000
PERMISIBLE LEVANTAMIENTO 1:500
Errores obtenidos en mediciones experimentales
Escala: 1:1000
Figura 2. Análisis comparativo de los errores permisibles y los obtenidos en los experimentos para piquetes del levantamiento
�ANEXO 5
REGISTRO DE MEDICIONES EN CAMPO PARA GPS
�Figura 1. Registro de campo para mediciones GPS.
�ANEXO 6
REGISTRO DE MEDICIONES EN CAMPO PARA LA DETERMINACIÓN DEL
NIVEL MEDIO DEL MAR
�Figura 1. Ejemplo de un registro de anotación utilizado en la determinación del
nivel medio del mar.
�ANEXO 7
PROCESAMIENTO DE LA MAREA
�Figura 1. Mareograma que representa el procesamiento de la marea.
�ANEXO 8
COMPENDIO DE NIVELACIÓN
�Tabla 1. Ejemplo de un compendio de nivelación en un ciclo de observación
Proyecto:
Cota EMT
Cota EMT
Fecha: 13/09/2012
Ciclo:
Regla de marea
Valor
0,000
0,000
Punto
Blet
ET Mareográfica
Distancia
(m)
60,67
60,52
Desnivel
(m)
2,376
-2,367
Error obtenido
0,009
Cota de salida
Cota de llegada
Diferencia
Permisible
Distancia total
Yordanys E. Batista Legrá.
Orlando Belette Fuentes
0,000
0,009
-0,009
0,017
0,121
3
1
Cota medida Corrección
(m)
(m)
2,376
-0,005
0,009
-0,004
m
m
m
m
m
Km
Desnivel
Ajustado (m)
2,371
-0,005
Cota
(m)
2,371
0,000
�ANEXO 9
TABLA RESUMEN DE LOS CICLOS DE OBSERVACIÓN PARA OBTENER
LA ALTURA DEL PUNTO DE ORIGEN DEL MODELO DE ONDULACIONES
DEL GEOIDE
�Tabla 1. Tabla de los ciclos de observaciones de marea y nivelación para
determinar la altura del punto de origen del modelo
Promedio de lectura Altura del punto Blet
Altura
regla visual de marea desde reglas de marea del punto
Blet
R1
R2
R3
R1
R2
R3
Ciclos
(m)
(m)
(m)
(m)
(m)
(m)
(m)
1
0,568
1,375
1,622
2,371
2,373
2,369
2,371
2
0,720
1,528
1,774
2,358
2,369
2,366
2,364
3
0,516
1,321
1,575
2,372
2,376
2,372
2,373
4
0,636
1,449
1,691
2,358
2,364
2,361
2,361
Promedio
2.367
�ANEXO 10
POLÍGONO DE PUNTOS DE CENTRACIÓN FORZADA
�Simbología
Punto de cetración forzada
Combinaciones de mediciones
Sentido de las mediciones
Figura 1. Combinaciones de mediciones en poligono de puntos de centración
forzada.
�ANEXO 11
CÁLCULO DE LA CANTIDAD DE SERIES DE OBSERVACIONES
�Cálculo del error de colimación
mv2
"
30" 30"
1
v
30
Cálculo de la cantidad de series de observaciones
K
m
mv2
2
mo2
2
52
25
8,3
2
2
1 2
1
2
�ANEXO 12
CÁLCULO DE LAS TOLERANCIAS ADMISIBLES QUE NO FUERON
CONSIDERADAS EN LAS NORMAS
�Cálculo de los errores medios cuadráticos en la medición de ángulos
Para I categoría
1 : 25000 1 : 10000
; x=5"
2
x
Para II categoría
1 : 10000 1 : 5000
; x=10"
5
x
Para I clase
1 : 5000 1 : 2000
; x=25"
10
x
Para II clase
1 : 2000 1 : 1000
; x=50”
25"
x
Cálculo de los errores de cierre angular
Para I categoría
2
5
; x=12,5 10 n
x
5 n
Para II categoría
5
10
x= 20 n
x
10 n
Para I clase
10
25
;X= 50 n
x
20 n
Para II clase
25"
50"
,x= 100 n
x
50 n
Cálculo de la longitud límite de la poligonal
Para II categoría
L 1,73(0,43)(5000) 3000m
Para I clase
L 1,73(0,43)(2000) 1500m
Para II clase
L 1,73(0,43)(1000) 700m
�ANEXO 13
VALIDACIÓN DE LOS PARÁMETROS TÉCNICOS DETERMINADOS PARA
LA POLIGONOMETRÍA
�Tabla 1. Poligonales realizadas considerando los parámetros propuestos en la
investigación. Cierres planimétricos
Nombre
Orden de
precisión
Error
Error
angular
permisible
Error lineal
relativo
Error
lineal
admisible
F. SM-2
IV Orden
0° 0' 16"
0° 4' 22"
1: 41644.91
1: 25000
NF06YAG308A
IV Orden
0° 1' 59"
0° 4' 7"
1: 51214.30
1: 25000
Puerto de
Moa
I Categoría
0° 2' 44"
0° 5' 2"
1:16566
1:10000
Portada
I Categoría
0° 2' 2"
0° 4' 9"
1:14039
1:10000
Abril
II Categoría
0° 2' 1"
0° 6' 19"
1: 8796.32
1: 5000
F06-YaG
371
II Categoría
0° 0' 57"
0° 2' 27"
1: 7377.35
1: 5000
CS-III
I Clase
0° 1' 10"
0° 4' 7"
1: 4336
1: 2000
Punta
Gorda
I Clase
0° 1' 16"
0° 5' 1"
1: 4241
1:2000
Che
Guevara
II Clase
0° 2' 9"
0° 4' 22"
1: 5421
1:1000
Che
Guevara
II Clase
0° 1' 1"
0° 3' 9"
1: 5266
1:1000
PSA
�Tabla 2. Poligonales realizadas considerando los parámetros propuestos en la
investigación. Cierre altimétrico
Nombre
Orden de
precisión
IV Orden
Distancia
total de la
poligonal
(m)
881,04
Error
total en
cotas
(m)
0,016
Error
permisible
en cotas
(m)
0,045
F. SM-2
NF06YAG308A
IV Orden
1276,55
0,027
0,045
Puerto de
Moa
I Categoría
1112,19
0,052
0,112
Portada
PSA
Abril
I Categoría
2118,55
0,073
0,112
II Categoría
592,37
0,038
0,105
F06-YaG
371
II Categoría
702,63
0,041
0,105
CS-III
I Clase
909,24
0,047
0,252
Punta
Gorda
I Clase
5789,10
0,120
0,252
Che
Guevara
II Clase
9441,33
0,153
0,501
Che
Guevara
II Clase
6213,16
0,124
0,501
�ANEXO 14
ÁREA QUE OCUPA EL MODELO DE ONDULACIONES DEL GEOIDE
�Puntos experimentales
Figura 1. Área que ocupa el modelo de ondulaciones del geoide
�ANEXO 15
MODELOS DIGITALES GENERADOS
�Figura 1. Ejemplo de uno de los dos modelos digitales del terreno generados.
Figura 2. Modelo digital de alturas elipsoidales (MDAE)
Figura 3. Modelo digital gravimétrico (MDG).
��ANEXO 16
CONTROL DE CALIDAD REALIZADO AL MODELO DE ONDULACIONES
DEL GEOIDE
�Tabla 1. Control de calidad del 10% de las mediciones
Hmc
Alturas
Hp
dH
(m)
(m)
(m)
2,425
1,866
2,180
2,210
1,903
2,320
2,637
2,388
2,611
1,816
2,417
1,974
1,629
1,696
2,515
2,124
2,524
1,728
2,438
2,042
1,860
1,814
1,853
1,904
1,883
1,794
1,861
2,165
2,914
2,083
2,518
2,550
2,428
1,865
2,106
2,078
1,902
2,325
2,624
2,394
2,614
1,751
2,374
1,972
1,603
1,619
2,540
2,129
2,553
1,702
2,463
2,014
1,814
1,812
1,813
1,901
1,889
1,814
1,654
2,153
2,909
2,094
2,587
2,589
-0,003
0,001
0,074
0,032
0,001
-0,005
0,013
-0,006
-0,003
0,065
0,043
0,002
0,026
0,077
-0,025
-0,005
-0,02
0,026
-0,025
0,028
0,046
0,002
0,040
0,003
-0,006
-0,020
0,017
0,012
0,005
-0,011
-0,069
-0,039
Las desviaciones obtenidas en la determinación de las alturas no exceden los 10 cm.
Los resultados del servicio son declarados:
Conforme: ( X)
No conforme: ( )
�ANEXO 17
FICHAS DE COSTOS
�
Dublin Core
The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/.
Title
A name given to the resource
Tesis
Dublin Core
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Title
A name given to the resource
Procedimiento para la modelación de coordenadas espaciales en la región minera de Moa
Creator
An entity primarily responsible for making the resource
Yordanis E. Batista Legrá
Publisher
An entity responsible for making the resource available
Liliana Rojas Hidalgo
Type
The nature or genre of the resource
Tesis de doctorado
Date
A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource
2015
Subject
The topic of the resource
Minas
Language
A language of the resource
Español
-
https://repoedum.ismm.edu.cu/files/original/6381b66edb54b3ad5d7d47df74823bb5.pdf
20fb6f086e676ec44e5ea128601afb72
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TESIS
Metodología para el diseño de
voladuras de contorno en el laboreo
de excavaciones subterráneas
horizontales
Yoandro Diéguez García
�Página legal
Título de la obra:Metodología para el diseño de voladuras de contorno en el laboreo
de excavaciones subterráneas horizontales, 99pp.
Editorial Digital Universitaria de Moa, año.2016 -- ISBN:
1.Autor: Yoandro Diéguez García
2.Institución: Instituto Superior Minero Metalúrgico ¨ Dr. Antonio Núñez Jiménez¨
Edición: Lic. Liliana Rojas Hidalgo
Corrección: Lic. Liliana Rojas Hidalgo
Digitalización. Lic. Liliana Rojas Hidalgo
Institución de los autores: ISMM ¨ Dr. Antonio Núñez Jiménez¨
Editorial Digital Universitaria de Moa, año 2016
La Editorial Digital Universitaria de Moa publica bajo licencia Creative Commons de
tipo Reconocimiento No Comercial Sin Obra Derivada, se permite su copia y
distribución por cualquier medio siempre que mantenga el reconocimiento de sus
autores, no haga uso comercial de las obras y no realice ninguna modificación de ellas.
La licencia completa puede consultarse en:
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Editorial Digital Universitaria
Instituto Superior Minero Metalúrgico
Ave Calixto García Íñiguez # 75, Rpto Caribe Moa 83329, Holguín Cuba
e-mail: edum@ismm.edu.cu
Sitio Web: http://repoedum.ismm.edu.cu
�REPÚBLICA DE CUBA
MINISTERIO DE EDUCACIÓN SUPERIOR
INSTITUTO SUPERIOR MINERO METALÚRGICO DE MOA
“Dr. Antonio Núñez Jiménez”
FACULTAD DE GEOLOGÍA - MINERÍA
DEPARTAMENTO DE MINERÍA
METODOLOGÍA PARA EL DISEÑO DE VOLADURAS DE
CONTORNO
EN
EL
LABOREO
DE
EXCAVACIONES
SUBTERRÁNEAS HORIZONTALES
Tesis presentada en opción al grado científico de Doctor en Ciencias Técnicas
YOANDRO DIÉGUEZ GARCÍA
MOA
2014
�REPÚBLICA DE CUBA
MINISTERIO DE EDUCACIÓN SUPERIOR
INSTITUTO SUPERIOR MINERO METALÚRGICO DE MOA
“Dr. Antonio Núñez Jiménez”
FACULTAD DE GEOLOGÍA - MINERÍA
DEPARTAMENTO DE MINERÍA
METODOLOGÍA PARA EL DISEÑO DE VOLADURAS DE
CONTORNO
EN
EL
LABOREO
DE
EXCAVACIONES
SUBTERRÁNEAS HORIZONTALES
Tesis presentada en opción al grado científico de Doctor en Ciencias Técnicas
Autor: Prof. Aux., Ing. Yoandro Diéguez García, M. Sc
Tutores: Prof. Tit., Ing. José Antonio Otaño Noguel, Dr. C
Prof. Tit., Ing. Gilberto Sargentón Romero, Dr. C
MOA
2014
�SÍNTESIS
En la presente investigación, se elaboró una metodología para el diseño de
voladuras de contorno en el laboreo de excavaciones subterráneas horizontales que
considera las propiedades de las rocas, las características mecánico-estructurales
del macizo, las propiedades de las sustancias explosivas y la acción de la explosión
de éstas sobre el macizo rocoso.
Las labores se efectuaron en el Tramo II del Túnel Levisa - Mayarí del Trasvase Este
Oeste, al presentarse en la actualidad como problema fundamental, el exceso de
sobrexcavación obtenido con las voladuras realizadas.
Para validar la metodología se llevaron a cabo trabajos de laboratorio, de campo, de
gabinete y experimentales, que permitieron diseñar patrones de voladura de contorno
para cada una de las secciones típicas y litologías presentes en el tramo del túnel
objeto de estudio. Los resultados obtenidos permitieron disminuir la sobreexcavación
de un 21,07 % a un 4,70 %, aspecto este, que infiere a la empresa un ahorro
(1 286,08 $/ciclo) considerable de recursos y tiempo durante el laboreo de toda la
excavación.
�ÍNDICE
Pág.
INTRODUCCIÓN
1
CAPÍTULO I. ANTECEDENTES Y ACTUALIDAD DEL PROBLEMA
12
I.1 Introducción
12
I.2 Desarrollo histórico
13
I.2.1 Modelos de cálculo de los ingenieros investigadores
13
militares franceses (siglos XVII-XVIII)
I.2.2 Modelos de los ingenieros investigadores rusos (siglo
16
XIX)
I.2.3 Modelos de los investigadores del siglo XX
I.3 Teoría de la voladura de contorno
CAPÍTULO II. METODOLOGÍA PARA EL DISEÑO DE LOS PATRONES DE
17
27
37
VOLADURA DE CONTORNO
II.1 Determinación de las propiedades físico - mecánicas de las
37
rocas
II.2 Estudio del agrietamiento en la excavación
41
II.3 Determinación del diámetro de perforación y la sustancia
42
explosiva a emplear
II.4 Determinación del estado tenso-deformacional al explosionar
45
las cargas de sustancia explosiva
II.4.1 Estado tenso-deformacional al explosionar cargas
compactas
45
�II.4.2 Estado tenso-deformacional al explosionar cargas
51
desacopladas con espacio anular de aire
II.5 Diseño de los patrones de voladura de contorno
52
II.5.1 Diseño de los barrenos de corte
52
II.5.2 Diseño de los barrenos de arranque
58
II.5.3 Diseño de los barrenos de contorno
60
II.5.4 Índices técnico - económicos de la voladura
64
II.6 Ajuste experimental de los patrones de voladura de contorno
66
CAPÍTULO III. CONDICIONES INGENIERO – GEOLÓGICAS DEL TÚNEL
68
OBJETO DE ESTUDIO
III.1 Ubicación geográfica del Túnel Levisa – Mayarí
68
III.2 Características geológicas del túnel
68
III.2.1 Tectónica
68
III.2.2 Hidrología
69
III.2.3 Litología
70
III.3 Características tecnológicas para la construcción del túnel
72
CAPÍTULO IV. VALIDACIÓN DE LA METODOLOGÍA PARA EL DISEÑO DE
77
LA VOLADURA DE CONTORNO
IV.1 Introducción
77
IV.2 Diseño de los experimentos
77
IV.3 Propiedades físico - mecánicas de las rocas
79
IV.4 Agrietamiento en el tramo del túnel objeto de estudio
82
IV.5 Diámetro de perforación y sustancia explosiva a emplear
83
IV.6 Estado tenso-deformacional al explosionar las cargas de
85
sustancia explosiva
IV.6.1 Estado tenso-deformacional para los grupos de
85
barrenos de corte y arranque
IV.6.2 Estado tenso - deformacional para el grupo de
barrenos de contorno
87
�IV.7 Diseño de los patrones de voladura de contorno
88
IV.7.1 Diseño de los barrenos de corte
88
IV.7.2 Diseño de los barrenos arranque
90
IV.7.3 Diseño de los barrenos de contorno
90
IV.7.4 Índices técnico - económicos de la voladura
91
IV.8 Resultados de la sobreexcavación obtenida
91
IV.9 Ajuste de los patrones de voladura de contorno
93
IV.10 Propuesta de diámetro de barreno a emplear para
93
diferentes sustancias explosivas
IV.11 Resultados económicos y ambientales producidos por la
96
investigación
CONCLUSIONES
98
RECOMENDACIONES
99
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ANEXOS
�INTRODUCCIÓN
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Tesis Doctoral
INTRODUCCIÓN
En la Política Económica y Social del Partido y la Revolución aprobada en el VI
Congreso se plantea lo siguiente: Continuará desarrollándose el programa hidráulico
con inversiones de largo alcance para enfrentar mucho más eficazmente los
problemas de la sequía y el uso racional del agua en todo el país, elevando la
proporción del área agrícola bajo riego.
El proceso de inundaciones y sequías que padece Cuba cada año causa estragos a
la economía y a la población, muchos territorios de Guantánamo, Granma, Holguín,
Ciego de Ávila y Camagüey se ven limitados en su capacidad agrícola por no
disponer de recursos hídricos suficientes, necesitando el agua que vierten al mar los
ríos de mayor caudal de estas provincias, acentuándose esta situación cuando se
producen temporadas prolongadas de sequía. Ante este problema la solución es
llevar el agua desde donde es más abundante, y no se utiliza, hacia donde no hay y
se necesita.
En el año 2005 se reinicia la construcción del Trasvase Este-Oeste, obra iniciada en
los años 90 y propuesta en aquel entonces como la obra más importante de la
ingeniería cubana del siglo XX, que contempla la construcción de una serie de
canales, presas y el laboreo de túneles, con el objetivo de trasvasar el agua existente
en la zona noreste de la región oriental hacia el oeste, zona afectada por
1
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Tesis Doctoral
la sequía más intensa de los últimos 100 años.
La ejecución de túneles y galerías requiere de soluciones novedosas que permitan
disminuir los costos de laboreo durante la construcción de estas obras subterráneas.
Uno de los procesos que mayor importancia reviste en esta actividad es el arranque
de las rocas con perforación y voladura, el cual, sigue siendo un importante método
de excavación y separación de la roca del macizo (P. K. Singh, et. al. 2014); sin
embargo, presenta como principal limitante el daño que produce al contorno de las
excavaciones subterráneas, aspecto este, que provoca desprendimientos y una
sobreexcavación excesiva cuando no se realizan diseños adecuados (Stephen R. et.
al. 2013).
Cuando se distribuyen las cargas y se calculan los parámetros de la explosión por la
forma convencional, por lo general no se consigue obtener con precisión el contorno
proyectado de la excavación, produciéndose desviaciones hacia el interior de la
misma y del macizo, lo que implica un aumento del trabajo y el tiempo para la
recogida de las rocas y su trasportación, además se aumenta el gasto de materiales
y el costo para el relleno detrás de la fortificación. Los contornos más irregulares
dificultan el trabajo de colocación del sostenimiento y en las excavaciones que estas
no se colocan provocan una gran resistencia aerodinámica (Otaño, 1998).
Con el objetivo de obtener el contorno de la excavación con la mayor precisión
posible, así como disminuir las violaciones a la estructura del macizo, se han
elaborado diferentes métodos que se agrupan bajo el nombre de explosión lisa o de
contorno.
2
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Tesis Doctoral
Autores como López – Jimeno et al. (2003) plantean que una carga que llena
completamente un barreno (cargas compactas) crea durante la detonación del
explosivo y en la proximidad de la carga, una zona en la que la resistencia dinámica
a compresión es ampliamente superada y la roca triturada y pulverizada. Es por ello
que propone que la voladura de contorno debe considerar el desacople de la
sustancia explosiva y la cámara de carga.
En el Manual de EXSA S.A (2009) se aborda la temática bajo el mismo principio
planteado anteriormente, y así en el resto de la bibliografía consultada. De manera
que, si bien se describe científicamente el proceso de la voladura de contorno en
túneles, aún no se ha encontrado una metodología de cálculo que sea capaz de
integrar las características de las rocas y la acción de la explosión sobre estas.
En Cuba se han desarrollado investigaciones de gran importancia en el tema de la
voladura subterránea, se destaca Sargenton (2008), que establece criterios para la
proyección de voladuras en obras subterráneas, resultados que constituyen un punto
de partida básico en la presente investigación, pero que no constituyen en sí una
metodología para el diseño de las voladuras y no tienen en cuenta todos los
parámetros que intervienen en este tipo de explosión.
En la actualidad en los túneles hidrotécnicos del Trasvase Este – Oeste se realizan
diseños de voladuras que no consideran el comportamiento del macizo ante la acción
de una sustancia explosiva (SE) como un sistema, esto implica que los resultados
difieran de una litología a otra, lo que trae consigo en muchos casos inestabilidad y
3
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Tesis Doctoral
gasto excesivo de recursos producto de la sobreexcavación obtenida después de la
explosión.
Problema científico
Necesidad de una metodología para el diseño de voladuras de contorno, que
considere las propiedades de las rocas, las características mecánico-estructurales
del macizo, las propiedades de las sustancias explosivas y la acción de la explosión
sobre el medio, que permita disminuir la sobreexcavación durante el laboreo de
excavaciones subterráneas horizontales.
Objetivo General
Elaborar una metodología para el diseño de voladuras de contorno que considere las
propiedades de las rocas, las características mecánico-estructurales del macizo, las
propiedades de las sustancias explosivas y la acción de la explosión en el macizo,
que permita disminuir la sobreexcavación durante el laboreo de excavaciones
subterráneas horizontales.
Objeto de estudio
La acción física de la explosión de las cargas de sustancia explosiva sobre el macizo
rocoso.
Campo de acción
El macizo de rocas en el frente de laboreo de las excavaciones subterráneas
horizontales.
4
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Tesis Doctoral
Hipótesis
Si se conocen las propiedades de las rocas, las características mecánico
estructurales del macizo, las propiedades de las sustancias explosivas y el campo
tenso - deformacional que se produce en el macizo al explosionar las cargas, es
posible elaborar la metodología para el diseño de voladuras de contorno que permita
disminuir la sobreexcavación durante el laboreo de excavaciones subterráneas
horizontales.
Objetivos específicos
1. Realizar una caracterización ingeniero - geológica de la zona de estudio.
2. Determinar las propiedades físico-mecánicas de las rocas y las características
mecánico – estructurales de los macizos objeto de estudio.
3. Investigar analíticamente el campo tenso-deformacional alrededor de la cámara de
carga después de la explosión de las sustancias explosivas.
4. Diseñar y realizar voladuras experimentales para investigar la acción de las cargas
sobre el contorno de la excavación.
Novedad científica
La inclusión en la metodología propuesta de los siguientes parámetros:
La longitud de carga para los grupos de barrenos de corte y arranque a partir
de calcular la longitud mínima de relleno considerando el principio de la acción
de la explosión en el medio.
5
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Tesis Doctoral
La línea de menor resistencia de los barrenos de contorno a partir del radio de
agrietamiento y descostramiento para delimitar el área de ubicación de los
barrenos de arranque.
La relación entre el diámetro de carga de sustancia explosiva y barreno para el
grupo de barrenos de contorno a partir de considerar la presión producida por
la detonación de las cargas y las resistencias a tracción y compresión
dinámica de las rocas.
Aportes teóricos
Constituyen aportes teóricos de la investigación:
La metodología para el diseño de las voladuras de contorno en el laboreo de
excavaciones subterráneas horizontales fundamentada en el principio de la
acción de la explosión en el medio.
El estado tenso - deformacional que se produce con la explosión de las cargas
de SenatelTM MagnafracTM de 26 y 32 mm y los cordones detonantes de 20 y
42 g/m.
Aporte práctico
Se proponen nomogramas que permiten seleccionar el diámetro racional de
barreno para cinco sustancias explosivas en función de la resistencia a
compresión dinámica de las rocas, durante el laboreo de excavaciones
subterráneas horizontales.
6
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Tesis Doctoral
Proceso de investigación científica
El proceso de investigación científica consta de trabajos analíticos, experimentales,
de gabinete, de laboratorio y de campo.
Todos estos trabajos se realizan en una determinada secuencia, la cual constituye el
procedimiento para la realización de la investigación. Este procedimiento se refleja
en el flujograma del proceso de investigación que se muestra en la figura1.
El proceso de investigación se compone de cinco etapas, que son las siguientes:
Primera Etapa:
Comprende el diseño de la investigación y el análisis bibliográfico del tema
Segunda Etapa:
En la misma se realizan trabajos en los laboratorios de Mecánica y Física de las
Rocas del ISMM “Dr. Antonio Núñez Jiménez”, en la empresa de Investigación y
Proyectos de Obras Hidráulicas “Raudales“ de Holguín y en la Empresa de
Construcciones Militares en Mayarí. Estos trabajos incluyen las siguientes tareas:
Determinación de las propiedades másicas de las rocas en los macizos donde
se realizaron las investigaciones.
Determinación de las propiedades acústicas de las rocas en las litologías
donde se realizaron las investigaciones.
Determinación de las características de resistencia de las rocas.
Determinación de las propiedades elásticas de las rocas (se determinan en el
laboratorio o por cálculo a partir de las propiedades acústicas y másicas).
7
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Tesis Doctoral
Diseño de la Investigación
a
1 Etapa
Revisión bibliográfica, recopilación y
procesamiento de la información
Trabajos de Laboratorio
Trabajos de campo
a
2 Etapa
a
3 Etapa
Condiciones ingenierogeológicas del macizo
de rocas
Elaboración de la
metodología
a
4 Etapa
5a Etapa
Codiciones minerotecnológicas de la
excavación
Diseño de los
experimentos
Propiedades de las rocas
Estudio del
agrietamiento
acústicas
Modelación del estado
tenso-deformacional
Validación de la metodología propuesta
Ajuste de los pasaportes de voladura
propuestos
Figura 1. Flujograma del proceso de investigación científica.
másicas
elásticas
Cálculo de los
parámetros para cada
grupo de barrenos
de resistencia
Diseño de los
patrones de voladura
Trabajos experimentales
Valoración de los resultados
económicos y ambientales producidos
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Tesis Doctoral
Los trabajos de campo se realizaron en el Tramo II del Túnel Levisa – Mayarí del
Trasvase Este – Oeste, los mismos consistieron en:
La descripción petrográfica de las rocas presentes en los macizos rocosos.
Análisis de la tectónica.
El estudio del agrietamiento.
El estudio del agrietamiento comprendió las etapas siguientes:
I. Análisis de la documentación geológica e ingeniero-técnica de la región donde
está enclavado el túnel objeto de estudio.
II. Mediciones de campo de los parámetros de agrietamiento de los macizos de
rocas.
III. Elaboración en el gabinete de los resultados de las mediciones y su análisis.
El procesamiento de esta información se realizó con el software DIPS versión
5.103 (RockScience, 2004), que permite elaborar la rosa de agrietamiento y
establecer los sistemas de grietas.
Tercera Etapa:
En la misma se realizan trabajos de gabinete que incluyen las siguientes tareas:
Elaboración de la metodología para el diseño de la voladura de contorno.
Planificación de los experimentos.
Determinación del estado tenso – deformacional después de la explosión de
las cargas de sustancia explosiva (radios de trituración, agrietamiento y
descostramiento).
8
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Cálculo de los parámetros para cada grupo de barreno.
Diseño de los patrones de voladura de contorno.
Tesis Doctoral
Cuarta Etapa:
Es la etapa experimental, y comprende la validación de la metodología propuesta a
través de la realización de voladuras experimentales en el Tramo II del Túnel Levisa
Mayarí del Trasvase Este – Oeste.
Quinta Etapa:
Es una etapa que se desarrolla en gabinete e incluye las siguientes tareas:
El ajuste de los patrones (en el caso que lo requiera) de voladura de contorno
propuestos.
Valoración de los resultados económicos y ambientales producidos con la
aplicación de la metodología.
Los resultados de esta investigación han sido presentados en los siguientes
eventos científicos:
GEOMOA´2010. Moa, 2010: Diseño de voladura de contorno fundamentado
en la acción de la explosión sobre el medio durante el laboreo de túneles.
CINAREM. Moa, 2011: Impactos socioeconómicos y ambientales de las
voladuras de contorno en excavaciones subterráneas.
CINAREM. Moa, 2011: Propuesta de criterios para el diseño de voladuras de
contorno durante el laboreo de excavaciones subterráneas horizontales.
Geociencias. Santiago, 2011: Diseño de voladuras de contorno en el laboreo
de excavaciones subterráneas horizontales.
9
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Tesis Doctoral
XXXIII Convención Panamericana de Ingeniería, UPADI. La Habana, 2012:
Principios de diseño de las voladuras de contorno fundamentadas en la acción
de la explosión sobre el medio mediante cordón detonante en túneles
laboreados por rocas plásticas. ISBN: 978-959-247-094-1.
VI Taller Regional de Medio Ambiente y Desarrollo Sostenible. Holguín, 2012:
Principios de diseño de voladuras de contorno para minimizar los impactos
socioeconómicos y ambientales durante el laboreo de túneles. ISBN 978-95916-1696-1.
16 Convención Científica de Ingeniería y Arquitectura. Evento Simposio
Universitario Iberoamericano sobre Medio Ambiente. La Habana, 2012:
Influencia ambiental de la construcción de obras subterráneas de protección
en el municipio Moa. VII. ISBN 978-959-261-405-5.
V Convención Cubana de Ciencias de la Tierra. La Habana, 2013: Campo
tenso – deformacional producido al explosionar cargas con cordón detonante
durante el laboreo de túneles. ISSN 2307-499X.
II Jornadas de Investigación y Tecnología Aplicada. Venezuela, 2013: Diseño
de voladuras de contorno para el laboreo de túneles. Caso de estudio, Túnel
Levisa – Mayarí.
GEOMOA´2014. Moa, 2014: Metodología para el diseño de voladuras de
contorno en el laboreo de excavaciones subterráneas horizontales.
10
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Tesis Doctoral
Publicación de libro digital:
Diseño de Voladuras de Contorno para el Laboreo de Túneles. Editorial
académica española, 2013. ISBN 978-3-659-08064-7.
Publicaciones en revistas:
Campo tenso–deformacional para voladuras con cordón detonante en el
laboreo de túneles. Vol. 29, núm. 3. ISSN: 1993 8012. Revista Minería &
Geología. 2013.
Diseño de voladuras de contorno en túneles. Vol. 30, núm. 3. ISSN: 1993
8012. Revista Minería & Geología. 2014.
11
�CAPÍTULO I
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Tesis Doctoral
CAPÍTULO I. ANTECEDENTES Y ACTUALIDAD DEL PROBLEMA
I.1 Introducción
En la actualidad los cálculos para el diseño de las voladuras en excavaciones
subterráneas se realizan tomando como referencia patrones fundamentados en
resultados empíricos que resultaron en determinadas condiciones, algo que no
siempre cumple los requerimientos de variabilidad de los macizos de rocas y de
sustancias explosivas a emplear.
Cada vez se hace más evidente que los métodos por analogía para realizar los
proyectos de excavaciones subterráneas, no se resuelven por la vía de aplicar
solamente la experiencia adquirida en excavaciones laboreadas acertadamente con
anterioridad.
En opinión de autores como: Hamdi (2003); Karpienko et al. (2005); Rouabhi (2004);
Krising & Novinsky (2006); Semeniak (2006); Vinogradov (2006) y Sargentón (2005a,
2005b, 2007a, 2007b) es más racional la utilización de los métodos analíticos y
numéricos de la mecánica de los medios continuos y del cuerpo sólido deformable y
los principios y regularidades de la mecánica de la fragmentación de rocas, en
comparación con las expresiones empíricas, al resolver tareas concretas de diseño
de voladuras en ingeniería.
12
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Tesis Doctoral
La amplia difusión de la técnica moderna de computación y de las nuevas técnicas
de la información han traído consigo que la práctica ya no sea impotente ante un
aparato matemático complejo.
Un diseño de las voladuras de contorno efectivo, debe realizarse a partir de
considerar la acción de una sustancia explosiva sobre el macizo de rocas, es por
ello, se hace necesario estudiar la evolución histórica de las diferentes teorías que
han regido el proceso de la fragmentación de rocas con explosivos.
I.2 Desarrollo histórico
La teoría de la voladura comienza en el siglo XVII como resultado de la
generalización de las voladuras experimentales y las observaciones elaboradas por
investigadores de la ciencia militar. De esta forma aparecen los primeros modelos
matemáticos, expresiones de cálculo sencillas obtenidas netamente por vía
experimental.
Son los ingenieros investigadores militares franceses, los primeros en establecer las
ecuaciones de cálculo de las cargas de pólvora para el minado de los muros de las
fortalezas en asedio, pero además, la información acumulada permite a estos
investigadores formular en su tiempo toda una teoría relacionada con la acción de la
explosión sobre el medio.
I.2.1 Modelos de cálculo de los ingenieros investigadores militares franceses
(siglos XVII-XVIII)
En 1628 Deuville, citado por Ivolguin (1975), Bobk (1979) y Arsentiev (2004), enuncia
la hipótesis de que la magnitud de la carga (Q) debe de ser linealmente proporcional
13
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Tesis Doctoral
a su profundidad de colocación, por lo que establece para la mina normal la
expresión siguiente:
Q mW , Kg
(1)
Donde:
W – Línea de menor resistencia, m;
m – Coeficiente de aproximación de las cargas.
El modelo de Deuville presenta como limitación principal la dependencia lineal entre
el peso de la carga y la fragmentación producida. Posteriormente Vauban, citado por
Langefors (1976) y Arcentiev (2004), formula en 1669 la hipótesis, de que el peso
de las cargas es proporcional al volumen, y por consiguiente, también al peso del
terreno expulsado por la voladura del cráter de la explosión, y plantea la expresión
cúbica:
Q m W 3 , kg o Q
1 3
W , Kg
m
(2)
El modelo de Vauban supera la dependencia lineal del modelo de Deuville, pero sólo
reconocía la carga normal, la formación de un cono geométricamente regular y una
única resistencia a vencer: la fuerza de gravedad.
Belidor (1725), citado por Ivolguin (1975), plantea un modelo que se deduce de la
hipótesis siguiente: el peso de las cargas es proporcional al cubo de los radios de
fragmentación.
El modelo de Belidor tiene como limitación su elevado empirismo y no considera las
particularidades del terreno a volar, las propiedades de la sustancia explosiva y los
valores reales del índice de acción de la explosión.
14
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Tesis Doctoral
En los siglos XVII y XVIII comenzó la elaboración científica de la teoría de la voladura
prácticamente sobre la base de un fuerte componente experimental y de la
observación científica, métodos sobre los que se apoya en la actualidad en gran
medida el trabajo experimental en la física de la explosión y en la fragmentación de
rocas por voladura.
Sin embargo para ese entonces no se habían descubierto ni la química ni la esencia
física de la explosión, y los investigadores no sobrepasaron el nivel de razonamiento
de los alquimistas de la Edad Media.
En el siglo XIX con la consolidación e intensificación de la Revolución Industrial, las
dos direcciones fundamentales de la Teoría de la Explosión continuaron su
desarrollo.
El auge de la industria química y de la química como ciencia, posibilitó a su vez el
descubrimiento de un gran surtido de sustancias explosivas, con características
energéticas superiores a la pólvora, en 1845 el químico ruso Fadiev descubrió la
piroxilina, un año más tarde en 1846, el químico italiano Sobrero la nitroglicerina.
Estos nitrocompuestos permitieron la aparición de otras sustancias explosivas con
mayor poder rompedor como: el Trotil o TNT, que fue descubierto por Wilbrand en
1863 (Wikipedia, 2014), la dinamita patentada por Alfred Nobel en 1867, las amonitas
descubiertas por los noruegos Olson y Norvin en 1867, el nitruro de plomo en1890, el
TEN en 1891, y el exógeno en el año 1898 (Sargentón, 2008).
Simultáneamente en el siglo XIX se realizaron numerosos experimentos para la
determinación de la función del índice de acción de la explosión.
15
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Tesis Doctoral
I.2.2 Modelos de los ingenieros investigadores rusos (siglo XIX)
El siguiente aporte en el desarrollo de la teoría y la práctica del minado pertenece a
los ingenieros investigadores militares rusos Frolov y Borieskov.
Frolov en 1868 enunció la siguiente hipótesis: “La resistencia total, que presentan los
medios sólidos debe de ser expresada no por el cubo de la línea de la explosión sino
por dos miembros, el primero que consiste en el cubo, y el segundo en el cuadrado
de la línea de la explosión” (citado por Mielnikov, 1962). Frolov plantea determinar la
carga de la mina normal por la ecuación:
, Kg
(3)
En esta expresión los coeficientes a y b para diferentes rocas se determinan por vía
experimental.
Al explicar el mecanismo de fragmentación de los medios en la voladura, Frolov
distinguió las siguientes fuerzas de resistencia: el peso de la masa que es expulsada,
las fuerzas de inercia, las fuerzas de cohesión de las partículas dentro de esta masa
y las fuerzas de cohesión en la superficie del cráter.
Aunque el modelo de Frolov valora más integralmente las fuerzas de resistencia en
el medio que se oponen a la voladura, no tiene en cuenta las propiedades de los
explosivos, ni la del medio que se pretende volar.
Borieskov, en 1876 (citado por Mielnikov, 1962) planteó la expresión para el cálculo
de una carga de sustancia explosiva de la forma siguiente:
Q qW 3 (0,4 0,6n 3 ) , Kg
(4)
16
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Tesis Doctoral
Donde:
q – Gasto específico de sustancia explosiva, Kg/m3;
n – Índice de acción de la explosión.
La fórmula de Borieskov tiene como limitación que no sobrepasa el principio de
semejanza geométrica en el cálculo de la magnitud de las cargas para rocas
resistentes y no analiza la naturaleza de las fuerzas que surgen al formarse el cráter
(en particular la influencia de la fuerza de gravedad de la roca lanzada).
I.2.3 Modelos de los Investigadores del siglo XX
Langefors investigó el mecanismo de fragmentación de las rocas en los cortes rectos
cilíndricos y a partir del análisis de las voladuras realizadas en el laboreo de
excavaciones subterráneas con diversos destinos, plantea expresiones para el
diseño de las voladuras en estas obras.
A pesar de sustentar su teoría tanto en trabajos experimentales de campo (voladuras
de polígono, semindustriales e industriales), como en la descripción cualitativa del
modelo que explica los mecanismos de fragmentación de las rocas y que se
fundamenta en gran medida en la mecánica de los medios sólidos continuos,
presenta como principal limitante el mismo empirismo que la sustenta.
Sus aportes en la voladura de rocas en túneles y en particular, en la voladura de
contorno, han sido tomados como soporte teórico en estas investigaciones.
Pokrovsky (1957, 1977, 1980) citado por Egorov et al. (2000), en su teoría asume a
los procesos ondulatorios como agentes determinantes de la fragmentación y señala
que el volumen principal de fragmentación está condicionado por la acción de las
ondas reflejadas (fenómenos de descostramiento en la superficie libre).
17
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Tesis Doctoral
En su modelo plantea la siguiente expresión de cálculo para determinar la cantidad
de barrenos en el frente de laboreo de las excavaciones subterráneas:
, barrenos
(5)
Donde:
– Área de la sección trasversal de la excavación, m2;
– Coeficiente de llenado de los barrenos;
- Densidad de la sustancia explosiva, Kg/m3;
– Diámetro de la carga de sustancia explosiva, m.
Plantea además que el cálculo del consumo específico por métodos empíricos da
resultados poco confiables, por lo que recomienda que la determinación de este
parámetro se realice por vía experimental para cada caso concreto.
Dolgy & Silantiev (2003) y Lukianov & Gromov (1999) confirman el planteamiento de
Pokrovsky (1980) acerca de la determinación del consumo específico y proponen
establecer este importante indicador por vía experimental, o asumir su valor a partir
de valores tabulados de una serie de voladuras experimentales realizadas en las
condiciones minero-geológicas concretas de laboreo de las excavaciones. Al
pronunciarse respecto al coeficiente de utilización de los barrenos señalan que este
parámetro depende de las propiedades físico - mecánicas de las rocas, del esquema
de disposición de los barrenos, del consumo de sustancia explosiva y del coeficiente
de llenado de los barrenos, pero destacan que la influencia de estos factores ha sido
estudiada aún insuficientemente.
18
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Tesis Doctoral
Mielnikov (1974) demuestra mediante el tratamiento estadístico de datos obtenidos
en más de 200 frentes de excavación (Para un área de la sección trasversal de la
excavación mayor de 20 m2) la dependencia entre el consumo específico de
sustancia explosiva y el área de la sección transversal [qSE=f(Sp)].
La dependencia qSE=f(Sp), es no lineal y fue obtenida de la práctica de los trabajos de
voladura en Rusia, EEUU y Suecia. Además introduce en la fórmula de Pokrovsky, la
densidad de carga promedio en el frente, a partir de considerar que la densidad de
carga de los barrenos de contorno sea inferior a la densidad de carga de los
barrenos de corte y de arranque.
Basándose en la relación de la cantidad de barrenos de contorno (Ncont) respecto a la
cantidad total de barrenos (N) obtenida en el laboreo de excavaciones subterráneas
en la central hidroeléctrica de Chirskeisk obtuvo las siguientes expresiones:
N cont 0,34 N , barrenos
(6)
0,34 1 0,66 2 , Kg/m3
(7)
Donde:
- Densidad media de carga, Kg/m3;
1 - Es la densidad de carga de los barrenos de contorno, Kg/m3;
2 - Densidad de carga de los barrenos de corte y de arranque, Kg/m3.
Según este investigador el coeficiente de carga influye sobre el coeficiente de
aprovechamiento de los barrenos solamente hasta la magnitud 0,75 y añade que un
aumento posterior de la longitud de carga solo mejora la fragmentación de las rocas,
es por ello que modifica la fórmula de Pokrovsky, quedando de la siguiente forma:
19
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
N 1,75
qS p
d 2 0,34 1 0,66 2
Tesis Doctoral
, barrenos
(8)
Los resultados obtenidos con esta expresión, a pesar de las correcciones
introducidas, no han tenido amplia utilización.
Ibolguin (1975) plantea la siguiente metodología para el cálculo de los patrones de
voladura:
Número total de barrenos:
N N int N cont , barrenos
(9)
Cantidad de barrenos interiores:
N int n S int , barrenos
(10)
Donde:
n - Cantidad de barrenos interiores, que corresponden a 1 m
2
de área del frente de
avance, unidad/m2
n
qint
(11)
SE
2
S int - Área del frente de avance fragmentada por los barrenos interiores, m ;
qint - Consumo de sustancia explosiva en los barrenos interiores (cantidad en peso de
sustancia explosiva, necesaria para el mullido y el lanzamiento de 1 m3 de roca en
las condiciones planteadas).
qint qo K agvconf eSE Kc , kg/m3
(12)
q0 - Consumo específico de una sustancia explosiva con una capacidad de trabajo de
420 cm3, cuyo valor numérico se determina por la expresión:
20
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
qo 0,1 f , kg/m
Tesis Doctoral
3
(13)
Kag - Coeficiente que considera el agrietamiento y el carácter de la estratificación de
las rocas;
vconf - Coeficiente de confinamiento, que considera el área del frente de avance (S),
la longitud del barreno (lb), la cantidad de superficies denudadas y el lugar de
ubicación del corte.
e SE - Coeficiente de capacidad de trabajo de la sustancia explosiva.
eSE
420
CTSE
(14)
K c - Coeficiente que considera la influencia del diámetro del cartucho de la sustancia
explosiva utilizada (valor tabulado).
Y para determinar la masa de sustancia explosiva, que se coloca en un metro lineal
de barreno, la expresión:
SE 0,08 d c2 SE K comp K ll , Kg/m
(15)
Donde:
dc - Diámetro del cartucho de la sustancia explosiva, cm;
SE - Densidad de la sustancia explosiva, g/cm3;
Kcomp - Coeficiente de compactación de la sustancia explosiva en el proceso de
carga, se toma igual a 1,1 para las SE encartuchadas y 1,0 para las SE sueltas;
Kll - Coeficiente de llenado del barreno, valor tabulado que se toma en función del
índice de fortaleza ( f ) y del diámetro del cartucho (dc).
Y el área del frente de excavación ( S int ), fragmentado por los barrenos interiores:
21
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Tesis Doctoral
S int S S k , m2
(16)
Donde:
S - Área total del frente de avance de la excavación, m2;
Sk - Área del frente fragmentada por los barrenos de contorno, m 2.
S k Pexc Wcont C , m
2
(17)
Donde:
Pexc - Perímetro del contorno de la excavación, m;
Wcont - Longitud de la línea de menor resistencia (LMR) de los barrenos de contorno,
m.
Posteriormente Shejurdin (1985), recomienda las siguientes expresiones para
calcular los parámetros principales de las voladuras en el laboreo de excavaciones:
W
p
d 2 SE
, m; a mW , m; p
, Kg/m
4
q SE m
(18)
Donde:
p - Cantidad de carga de sustancia explosiva por metro lineal de barreno, kg/m;
d - Diámetro del cartucho de sustancia explosiva o diámetro del barreno para
sustancias explosivas no encartuchadas, m;
m - Coeficiente de aproximación de las cargas.
Ninguna de las expresiones expuestas con anterioridad considera las características
de las rocas y de las sustancias explosivas para establecer los parámetros de la
voladura, en todos los casos, se parte de determinar el número de barrenos a partir
del área de la sección trasversal de la excavación y del diámetro de carga.
22
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Tesis Doctoral
Kutusov (1973, 1974, 2000) y Noskov et al. (1982), realizan un análisis de los
principios de cálculo de los parámetros de la voladura para el laboreo de
excavaciones subterráneas y señalan que el consumo específico de sustancia
explosiva es la información inicial fundamental.
En opinión de Sargentón (2008), este indicador depende de muchos factores (las
propiedades físico-mecánicas de las rocas, la sección transversal, la profundidad y el
diámetro de los barrenos, el tipo de explosivo, etc.), lo que hace compleja su
determinación, por el hecho de que los factores señalados influyen de forma conjunta
y diferente sobre la magnitud de la carga, por lo que concluye que no es posible su
determinación por vía teórica.
Los criterios y principios de Langefors & Kihlström (1976); Ibolguin (1975); Noskov et
al. (1982); Shejurdin (1985); para el diseño de los patrones de voladura son
reanalizados, perfeccionados y relanzados por Lukianov & Gromov (1999); Egorov et
al. (2000); Dolgy & Silantiev (2003); López - Jimeno et al. (1994, 2000, 2003) bajo el
mismo principio geométrico y sin considerar la acción de la explosión sobre el medio.
Otros autores, entre los que se destacan: Palacios, G. (1997); Ouchterlony, F. et al.
(2000, 2001); Cudmore, B. (2001); Matveichuk, V. (2002); Rouabhi, A. (2004); Blair,
DP. & Minchinton A. (2006); Morin, M. (2006); Singh, P. & Narendrula, R. (2007);
Hustrulid, W. & Johnson, J. (2008); Melieh, I. (2009); EXSA S.A. (2009); ASA (2009);
UEE (2010); Dare-Bryan, PC. et al. (2012); Ghasemi, E. (2012); Concha, V. (2012),
proponen expresiones y métodos de cálculo para el diseño de patrones de voladura
en minas y excavaciones, sin embargo, en sus investigaciones no se concibe este
proceso como un sistema que integre las características de los macizos rocosos y la
23
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Tesis Doctoral
influencia que tiene una sustancia explosiva (después de la explosión de la misma)
sobre este.
En los túneles hidrotécnicos del Trasvase Este – Oeste, y en sentido general, en la
construcción de las excavaciones subterráneas que se laborean en Cuba, se emplea
para el diseño de las voladuras, la metodología propuesta por Otaño (1998), que
consta de los siguientes pasos:
1. Determinación del número total de barrenos:
N 12,7
qS
, barrenos
d c2
(19)
Donde:
q - Gasto específico de sustancia explosiva, Kg/m3;
S - Área de la sección trasversal, m2;
- Coeficiente de carga de los barrenos;
dc - Diámetro del cartucho, cm;
- Densidad de la sustancia explosiva en los cartuchos, g/cm3.
2. Determinación del tipo de corte y la cantidad de barrenos en cada grupo:
Corte:
Nc
N
, barrenos
m
(20)
Arranque:
Na
Na
, barrenos
m
(21)
Contorno:
N co
Nb
, barrenos
m
(22)
24
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Tesis Doctoral
m= 1+a+b
(23)
Donde:
a, b - Valores numéricos que dependen de la relación de proporción que se desea
obtener para ubicar en el frente la cantidad de barrenos por grupo.
5. Determinación de la masa de carga de SE para cada ciclo:
Q=q S P´, kg
(24)
Donde:
P´ - Profundidad del conjunto de barrenos (arranque y contorno), m.
6. Determinación de la masa media de la carga en un barreno:
qm
Q
, kg
N
(25)
7. Determinación de la masa de carga para cada grupo de barreno:
Corte: qc= (1,1 – 1,2) qm, Kg
(26)
Arranque: qa= qm, Kg
(27)
Contorno: qco= (0,85 - 0,95) qm, Kg
(28)
9. Determinación del gasto total de sustancia explosiva:
Qr= qc Nc+qa Na+qco Nco, Kg
(29)
10. Distribución de los barrenos en la sección transversal de la excavación:
Distancia media entre los barrenos de contorno.
dm
Pe
,m
N co
(30)
Pe – Perímetro de la excavación, m.
25
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Tesis Doctoral
Las expresiones descritas con anterioridad presentan una serie de limitantes, entre
las que se destacan:
Parten del área de la sección trasversal de la excavación para determinar la
cantidad de barrenos a utilizar en cada voladura y consideran como única
propiedad del macizo la densidad de las rocas.
Se distribuye el número de barrenos por grupos a partir de una relación de
proporción, que aumenta o disminuye en cantidad, en función de la fortaleza de
las rocas y el avance que se desea conseguir, sin considerar la línea de menor
resistencia de arranque y contorno.
Se toma el gasto específico de sustancia explosiva por tablas a partir de los
resultados obtenidos con una serie de explosiones experimentales realizadas
con Amonita 6JV, para luego ajustar a las condiciones reales en que se
proyectan los trabajos.
No se considera el desacople de las cargas en el contorno de la excavación, ni la
acción que ejerce este grupo de barrenos sobre el macizo de rocas.
Se realiza una distribución de las cargas a partir del perímetro de la excavación,
sin considerar la presión que produce la explosión de la sustancia explosiva.
De manera general se puede concluir, que la metodología no considera el principio
de la acción de la explosión en el medio para el cálculo de las cargas, aspecto este
decisivo en los diseños de voladuras que se realicen.
Sargentón (2008) establece por primea vez criterios para el diseño de voladuras en
excavaciones subterráneas fundamentados en la esencia física de la acción de la
26
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Tesis Doctoral
explosión, aporte que constituye un fundamento teórico de gran importancia para la
presente investigación, sin embargo presenta las siguientes limitantes:
Basa su estudio en el dimensionamiento geométrico de los parámetros de diseño
de las voladuras y establece para cada grupo de barrenos un coeficiente de
llenado, que ajusta a partir de las voladuras experimentales realizadas.
No tiene en cuenta la línea de menor resistencia de los barrenos de contorno
para delimitar la cantidad de barrenos de arranque a emplear.
No determina la relación entre el diámetro de carga y barreno para el grupo de
barrenos de contorno.
No establece la longitud de relleno para cada grupo de barrenos a partir de
considerar el diámetro del barreno y las propiedades físico – mecánicas de las
rocas.
I.3 Teoría de la voladura de contorno
Los métodos de voladura de contorno fueron iniciados por Holmes en la década de
los cincuenta en los Estados Unidos (Holmes, 1961), e introducidos posteriormente
en Suecia por Langerfors y Kihlström (1976). En todos los casos se parte del
principio de disminuir la presión producida por la detonación de las cargas a partir del
desacople de la sustancia explosiva y el barreno.
López Jimeno et al. (2003) y EXSA S.A (2009) definen el proceso de la voladura de
contorno de la siguiente forma: “una carga que llena completamente un barreno crea
durante la detonación del explosivo y en la proximidad de la carga, una zona en la
que la resistencia dinámica a compresión es ampliamente superada y la roca
27
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Tesis Doctoral
triturada y pulverizada. Fuera de esa zona de transición, los esfuerzos de tracción
asociados a la onda de compresión generan un esquema de grietas radiales
alrededor de todo el barreno.
Cuando son dos las cargas que se disparan simultáneamente, estas grietas radiales
tienden a propagarse por igual en todas las direcciones hasta que, por colisión de las
ondas de choque en el punto medio entre barrenos, se producen unos esfuerzos
medios de tracción complementarios y perpendiculares al plano axial. Las tracciones
de dicho plano superan la resistencia dinámica a tracción de la roca, creando un
nuevo agrietamiento y favoreciendo, en la dirección del corte proyectado, la
propagación de las grietas radiales.
Posteriormente, la extensión de las grietas se produce bajo la acción de cuña de los
gases de la explosión que las invaden y se infiltran en ellas. La propagación
preferencial en el plano axial junto con el efecto de apertura por la presión de los
gases, permiten obtener un plano de fractura de acuerdo con el corte diseñado.
Puede pues, concluirse que el mecanismo de una voladura de contorno comprende
dos fenómenos distintos, uno derivado de la onda de tensión y el otro de la acción de
los gases de la explosión, pero que entre ambos guardan un nexo causal”.
Son muchas las técnicas de voladura de contorno que se han desarrollado a lo largo
de los años, los métodos más difundidos son las voladuras de precorte y recorte.
La voladura de precorte consiste en crear en el macizo rocoso una discontinuidad o
plano de fractura antes de disparar las voladuras de producción, mediante una fila
generalmente de pequeño diámetro y con cargas de explosivos desacopladas. El
disparo de los barrenos de precorte se puede realizar simultáneamente junto con los
28
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Tesis Doctoral
de arranque pero adelantándose un intervalo de tiempo de 90 a 120 ms. El precorte
se usa principalmente en minería a cielo abierto y obras públicas, en minería de interior
su aplicación es muy rara, prácticamente limitada a la perforación de pozos verticales
(Montoro & Lampaya 2010).
La voladura de contorno de recorte consiste en la explosión de una sola fila de
barrenos con cargas desacopladas. Esta técnica implica el arranque hacia un frente
libre por lo que el espaciamiento de las cargas es mayor que en el caso anterior y
resulta un menor coste.
El uso de la voladura de contorno de precorte en el laboreo de excavaciones
subterráneas horizontales se ve limitada esencialmente por los gastos que produce,
razón por la cual no será abordada en la presente investigación. Cuando se haga
referencia a la voladura de contorno se estará abordando la explosión de recorte.
La mayoría de los investigadores de la fragmentación de rocas con explosivos, entre
los que se destacan: Mielnikov & Marchenko (1963,1964); Baron et al. (1967); Ivanov
& Miloradov (1980); Borovikov & Vaniagin (1995); Shuifer et al. (1982); Azarcovich et
al. (1984, 1996, 1997); Otaño (1998); Konya (1998, 2006); ENAEX S.A (2003); EXSA
S.A (2009); López- Jimeno et al. (2003); Joe – Boy (2007); Sargentón (2008);
Karlinski et al. 2009; Díaz- Martínez et al. 2012; Diéguez-García et al. (2012a, 2012b,
2013a, 2013b), coinciden en que se deben emplear cargas desacopladas en el
diseño de las voladuras de contorno como mecanismo para disminuir la presión
producida por la detonación de las cargas, sin embargo las expresiones propuestas
hasta la actualidad no se integran en una metodología que considere las
29
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Tesis Doctoral
características de los macizos de rocas y la acción de una sustancia explosiva sobre
este.
A continuación se presentan los parámetros y expresiones más difundidas para el
cálculo de las cargas en la voladura de contorno.
Propiedades de las rocas y de los macizos rocosos
Las propiedades más empleadas para el cálculo de los patrones de voladura de
contorno son (López – Jimeno et al. 2003):
Resistencias dinámicas a tracción y a compresión.
Nivel de alteración de las rocas.
Grado de fracturación, espaciamiento de discontinuidades, orientación de las
fracturas y relleno de las mismas.
Tensiones residuales del macizo rocoso.
Existe como limitante en la mayoría de las expresiones que se emplean en el diseño
de las voladuras que no consideran las propiedades acústicas y elásticas de las
rocas, entre las que se destacan la velocidad de las ondas longitudinales,
trasversales y el módulo de elasticidad.
Propiedades del explosivo
La presión de barreno (presión ejercida en la expansión de los gases de detonación),
puede estimarse para cargas acopladas a partir de la ecuación (López – Jimeno et
al. 2003):
, MPa
(31)
30
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Tesis Doctoral
Donde:
PB - Presión de barreno, MPa;
- Densidad del explosivo, g/cm3;
VD - Velocidad de detonación, m/s.
Para cargas desacopladas:
El efecto amortiguador sobre PB, al expansionarse los gases de la cámara de aire,
puede cuantificarse a partir del coeficiente entre el volumen de explosivo y volumen
de barreno elevado a una potencia de 1,2, que es aproximadamente el ratio de los
calores específicos de los gases de la explosión, así resulta:
* +
*√
+
, MPa
(32)
Donde:
PBe - Presión de barreno efectiva, MPa;
D - Diámetro de carga de sustancia explosiva, m;
D - Diámetro del barreno, m;
C1 - Coeficiente entre la longitud de la carga y la longitud del barreno (C 1=1, para
cargas continuas).
Chiappetta, RF. (2001) y P.K. Singh et al. (2014), proponen determinar la presión de
barreno efectiva de la siguiente forma:
( )
, MPa
(33)
Donde:
- Radio de carga de sustancia explosiva, mm;
- Radio del barreno, mm.
31
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Tesis Doctoral
Estas expresiones son función de la velocidad de detonación, densidad de las rocas
y de los diámetros de carga de sustancia explosiva y barreno, que son las variables
básicas de este parámetro, sin embargo, la presión no se integra en una metodología
para determinar el campo tensional producido por la detonación de las cargas, a
partir del cual se establecen los parámetros de la voladura de contorno.
Geometría de la voladura y secuencia de iniciación:
Diámetro de perforación
En los túneles y obras subterráneas los diámetros de perforación más utilizados
varían entre 32 mm y 65 mm, realizándose algunas experiencias con barrenos de 75
mm. En los trabajos subterráneos hay que tener en cuenta que un aumento del
diámetro de perforación trae como consecuencia inmediata una elevación de los
costos de sostenimiento de la roca, debiendo encontrar la combinación diámetro,
carga del barreno que proporcione un coste de excavación y sostenimiento mínimo
(ENAEX S.A 2003; López – Jimeno et al. 2003).
No se ha encontrado en la actualidad una expresión que permita determinar el
diámetro de perforación a emplear para una carga dada de sustancia explosiva, que
a su vez, posibilite utilizar la máxima distancia permisible entre barrenos. En este
trabajo se da respuesta a esta problemática.
Espaciamiento y profundidad
El espaciamiento entre barrenos en una voladura de contorno depende del tipo de
roca y diámetro de perforación, y aumenta conforme lo hace en el mismo sentido
este parámetro.
32
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Tesis Doctoral
En voladuras de recorte se cumplen unas relaciones S/D que oscilan entre 13 y 16,
con un valor promedio de 15 (UEE, 2010).
La relación entre la línea de menor resistencia (B) y el espaciamiento debe ser
(EXSA S.A, 2009):
B= 1,30 S, m
(34)
Donde:
S - Espaciamiento entre barrenos, m;
D - Diámetro del barreno, m.
Estas expresiones empíricas no tienen en cuenta las tensiones producidas por la
detonación de las cargas ni el límite de resistencia de las rocas, parámetros básicos
para determinar la distancia entre cargas en una voladura de contorno.
Hustrulid, W. & Johnson, J. (2008), proponen una expresión para el cálculo de la
distancia entre cargas que considera la presión de barreno y la resistencia a tracción
dinámica de las rocas:
(
), m
(35)
Donde:
- Radio del barreno, m;
- Presión de barreno, MPa;
- Resistencia a tracción de las rocas, MPa.
Sin embargo presenta como limitante, que no parte de considerar el estado de
tensiones y deformaciones que se produce en el macizo de rocas con la explosión de
33
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Tesis Doctoral
las cargas de sustancia explosiva, ni valora el agrietamiento presente en la
excavación.
Densidad lineal de carga
Para el cálculo aproximado y rápido de la cantidad de explosivo necesario para
diseñar una voladura de contorno pueden emplearse las siguientes expresiones
(López – Jimeno et al. 2003):
, Kg/m
, Kg/m3
(36)
(37)
En el manual de tronadura ENAEX S.A (2003), se propone calcular la densidad lineal
de carga como:
, g/m
(38)
Las ecuaciones anteriores están deducidas como valores medios para explosivos
con una densidad de 1,2 g/cm3 y unas rocas con características medias, aspecto
este que impide su utilización en una buena parte de los trabajos de voladura en
excavaciones subterráneas. Además, son expresiones empíricas que solo parten del
diámetro del barreno empleado para establecer la magnitud de la carga.
Tiempo de retardo y secuencia de iniciación
La aparición de una grieta a lo largo de una fila de barrenos está basada en el efecto
casi simultáneo de las respectivas ondas de choque, por ello los mejores resultados
se obtendrán cuando todos los barrenos estén conectados en la misma línea de
cordón detonante o energizados con detonadores del mismo número.
34
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Tesis Doctoral
Cuando por problemas de vibraciones debe reducirse la cantidad de explosivo a
detonar por unidad de tiempo, se pueden intercalar redes de microrretardo entre
distintos grupos de barrenos o iniciar cada grupo con un detonador de microrretardo
de distinto número.
En este parámetro existe consenso en la mayoría de los investigadores de la
fragmentación de rocas con explosivos, al cual se suma el autor del presente trabajo.
Lo anteriormente expuesto denota la necesidad de una metodología para el diseño
de voladuras de contorno que permita establecer los parámetros de la explosión
sobre la base de la acción que ejercen las cargas de sustancia explosiva sobre el
macizo de rocas, con lo cual se podrán obtener contornos regulares y estables
durante la construcción de las excavaciones subterráneas horizontales.
Conclusiones parciales del capítulo I
Los modelos y las metodologías propuestas por los diferentes autores se
fundamentan en los siguientes principios:
La proporcionalidad entre la energía de la explosión y el volumen de roca a
fragmentar.
No es posible el cálculo analítico del consumo específico de sustancia explosiva,
ya que es extremadamente compleja la descripción matemática de las
características anisótropas y físico-técnicas de las rocas, que influyen sobre la
resistencia de éstas a la voladura.
El cálculo, diseño y la proyección de las voladuras se realizan sobre la base de la
generalización de datos prácticos obtenidos en la ejecución de voladuras en
35
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Tesis Doctoral
condiciones de producción, que luego son tabulados y por analogía se extienden
a las condiciones en que se proyecta.
Los principales parámetros de las voladuras para el laboreo de excavaciones
subterráneas se seleccionan fundamentalmente en función del índice o
coeficiente de fortaleza de las rocas (f), que a su vez, sólo depende de la
resistencia a compresión.
Por lo general se hace limitada referencia a las demás características de
resistencia y a las propiedades elásticas y acústicas de las rocas.
No se cuenta con una expresión matemática para establecer la relación entre el
diámetro de carga y barreno que permita obtener la mínima sobreexcavación
durante el laboreo de excavaciones subterráneas.
No se establece la línea de menor resistencia para el grupo de barrenos de
contorno a partir de determinar el estado tenso – deformacional que produce la
explosión de las cargas de sustancia explosiva.
No se ha encontrado una metodología para el diseño de las voladuras de
contorno fundamentada en la acción de la explosión sobre el medio, que permita
establecer los parámetros de la explosión, a partir de considerar las
características de las rocas y de las sustancias explosivas, y con esto, disminuir
la
sobreexcavación
durante
el
laboreo
de
excavaciones
subterráneas
horizontales.
36
�CAPÍTULO II
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Tesis Doctoral
CAPÍTULO II. METODOLOGÍA PARA EL DISEÑO DE LOS PATRONES DE
VOLADURA DE CONTORNO
Como se mencionó en el capítulo I, las expresiones y métodos de cálculo que existen
para el diseño de las voladuras de contorno en el laboreo de excavaciones
subterráneas, no contemplan la acción de la explosión de las sustancias explosivas
sobre el macizo de rocas, principio básico para diseñar voladuras efectivas a partir
de las condiciones existentes en los diferentes macizos por los que se laborean las
excavaciones.
En la figura 2 y anexo 15, se representan los pasos que componen la metodología
para el diseño de voladuras de contorno en el laboreo de las excavaciones
subterráneas horizontales.
II.1 Determinación de las propiedades físico - mecánicas de las rocas
Para realizar una evaluación de las características físico – mecánicas de las rocas
que componen el macizo en una excavación hay que tener en cuenta el estudio de
las siguientes propiedades (Otaño, 2010):
1. Densidad (o);
2. Masa volumétrica ();
3. Resistencia a compresión simple estática ce ;
4. Resistencia a tracción estática te ;
37
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Tesis Doctoral
METODOLOGÍA PARA EL DISÑEO DE VOLADURAS DE CONTORNO
Determinación de las propiedades físico - mecánicas de las rocas
Estudio del agrietamiento del macizo en el frente de la excavación
Determinación del diámetro de perforación y la sustancia explosiva a emplear
Determinación del estado tenso-deformacional al explosionar las cargas de
sustancia explosiva
Diseño de los patrones de voladura de contorno
Ajuste experimental de los patrones de voladura de contorno
Figura 2. Metodología general para el diseño de las voladuras de contorno.
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Tesis Doctoral
5. Velocidad de las ondas elásticas longitudinales (VL):
a) Velocidad de las ondas longitudinales en la varilla: V Lv
b) Velocidad de las ondas longitudinales en muestras volumétricas:
Todas las propiedades mencionadas con anterioridad se determinan en los
laboratorios destinados para estos fines.
A partir de determinar las propiedades de laboratorio, se calculan:
Coeficiente de Poisson;
Módulo de elasticidad;
Velocidad de las ondas transversales;
Límite de resistencia a compresión dinámica;
Límite de resistencia a tracción dinámica;
Límite de resistencia a cortante dinámico.
Coeficiente de Poisson ( )
Conociendo las velocidades de las ondas elásticas longitudinales en varilla VLv y en
muestras volumétricas VLm se calcula el coeficiente de Poisson (Xanukaev, 1962).
VL
1 2 2
m
1
VL
v
(39)
38
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Tesis Doctoral
Módulo de elasticidad (E)
Con la velocidad de las ondas longitudinales en la varilla y la masa volumétrica de la
roca se calcula el módulo de elasticidad E (Xanukaev, 1962).
(VL ) 2 *
, MPa
g
v
E
(40)
Donde:
- Masa volumétrica, Kg/m3;
g - Aceleración de la gravedad, m/s2.
Velocidad de las ondas elásticas transversales en las rocas ( )
Con el módulo de elasticidad y el coeficiente de Poisson calculados y la masa
volumétrica de las rocas, se determina la velocidad de las ondas transversales
(Xanukaev, 1962; citado por Otaño, 1998).
Vt
E*g
*
1
, m/s
2(1 )
(41)
Resistencia a cargas dinámicas producidas por la explosión de la roca
(Borobikok & Vaniagin, 1985)
Límite de resistencia a compresión dinámica
k
d
c
dc
e
c
(42)
Coeficiente de dinamicidad para la resistencia a compresión:
kdc 16,38 - 0,9 x10 11 0 vL 2
Para todos los casos se cumple que:
(43)
=
39
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Tesis Doctoral
Límite de resistencia a tracción dinámica
k
d
t
dt
e
t
(44)
Coeficiente de dinamicidad para la resistencia a tracción:
Para rocas monolíticas no alteradas por procesos de intemperismo:
(45)
Para rocas agrietadas alteradas por el intemperismo:
(46)
Límite de resistencia a cortante dinámico
La resistencia a cortante dinámico de las rocas se puede calcular por la fórmula de
Lundburg (Borobikov & Vaniagin, 1985) obtenida por él sobre la base de la medición
de la resistencia crítica de las rocas a cortante en condiciones de elevadas presiones
hidrostáticas, suponiendo que la carga de las rocas por la presión hidrostática es
equivalente a la presión cuasiestática de los productos de la explosión en la cavidad
de camuflaje.
En este caso la fórmula de Lundburg relativa a la resistencia dinámica a cortante
σdcor considerando la carga de las rocas por los productos cuasiestáticos de la
explosión tiene la forma:
σdcor σocor 1 P σPhi σo
cor
cor
0
(47)
0
Donde:
o
σ cor
-Límite de resistencia a cortante de las rocas a presión atmosférica, Pa;
40
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Tesis Doctoral
hi
σcor
-Límite de resistencia a cortante de las rocas a presión hidrostática, Pa;
- Coeficiente de fricción interna;
Po - Presión seudo estática de los productos de la explosión, Pa.
(
)
(48)
Donde kr, es un coeficiente de recálculo de la presión inicial de los productos de la
explosión, y se determina de la siguiente forma:
seVd2
kr
2
TVdT
(49)
Donde:
T y VdT - Son la densidad y velocidad de detonación de la sustancia explosiva
patrón ( T 1 600 Kg / m3 , VdT 6 910 m / s ).
II.2 Estudio del agrietamiento en la excavación
El estudio del agrietamiento se realiza siguiendo las etapas propuestas por Kazikaev,
1981 y Hoek, 2007a, 2007b, 2007c, 2008.
El resultado del estudio del agrietamiento caracteriza la estructura de las rocas, las
cuales son necesarias para la investigación del mecanismo de fragmentación por
voladura, e incluye los parámetros siguientes: orientación de las grietas en el espacio
(ángulo de buzamiento y azimut del buzamiento); intensidad del agrietamiento:
contiene abertura de las grietas en los sistemas; indicadores de calidad del
agrietamiento: material de relleno y volumen total de la cavidad de las grietas.
(Bukrinsky, 1985 y Kalinchenko et al. 2000).
41
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Tesis Doctoral
Para estudiar el agrietamiento se efectúan mediciones en el frente de la excavación,
esto permitirá conocer el comportamiento de las tensiones ante la interacción con el
sistema de grietas, con lo cual se podrán realizar diseños de voladura de contorno
que tengan en cuenta las características de los macizos rocosos.
II.3 Determinación del diámetro de perforación y la sustancia explosiva a
emplear
Sustancia explosiva a emplear
Para la elección de la sustancia explosiva a emplear hay que tener en cuenta
(Manual de perforación y voladuras de rocas, 1994):
Posibilidades reales de suministro;
Precio del explosivo;
Diámetro de carga;
Características de las rocas;
Volumen de roca a volar;
Presencia de agua.
Posibilidades reales de suministro
Las posibilidades reales de suministro hay que tenerlas en cuenta de acuerdo con la
ubicación de los trabajos, los centros de suministro de estos y los accesorios, así
como los tiempos de almacenamiento y las variaciones de las características
explosivas de algunas sustancias.
42
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Tesis Doctoral
Precio del explosivo
Siempre hay que elegir el explosivo más barato dentro de aquellos que sean capaces
de realizar un trabajo determinado. Al hablar de precio del explosivo hay que hacerlo
expresando éste por unidad de energía disponible (unidad monetaria/ kJ) y no por
unidad de peso. Hay que considerar que el objetivo de las voladuras es realizar el
arranque con un costo mínimo y que en las rocas fuertes y muy fuertes, la
perforación es muy costosa, por lo que la disminución de esta puede compensar la
utilización de explosivos caros, pero más potentes.
Diámetro de carga
Es necesario conocer el diámetro crítico de la SE, sobre todo en los explosivos que
varían fuertemente la velocidad de detonación al variar el diámetro. Normalmente
para las voladuras en túneles se emplean como sustancias explosivas los hidrogeles
y las emulsiones encartuchadas.
Características de las rocas
Al elegir el explosivo es necesario considerar la estructura del macizo rocoso. En los
macizos fuertes monolíticos se deben de utilizar explosivos con elevada densidad y
velocidad de detonación que tendrán una mayor presión en la explosión, mientras
que en macizos muy agrietados son recomendables los explosivos con densidad y
velocidad menores, que producen una menor presión en la onda de detonación.
Volumen de roca a volar
Los volúmenes de roca a volar condicionan la forma de realizar la carga de la SE en
los barrenos, cuando las cantidades de explosivo son grandes puede ser racional su
utilización a granel con carga mecanizada.
43
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Tesis Doctoral
Presencia de agua
La presencia de agua en los barrenos implica que para utilizar las SE a base de
nitrato de amonio (ANFO, Nitromiel) hay que tomar medidas especiales, como la
desecación de estos, o el encartuchado en fundas plásticas. En los casos de
afluencia de agua no controlable, hay que utilizar hidrogeles o emulsiones.
Diámetro de perforación
El diámetro de los barrenos es un parámetro importante en el laboreo de
excavaciones, al elegirlo hay que tener en cuenta (Otaño, 1998):
Área de la sección transversal de la excavación;
Fortaleza de las rocas;
Tipo de sustancia explosiva;
Potencia de la máquina perforadora;
La densidad de la carga.
En excavaciones con sección trasversal pequeña se deben utilizar diámetros
pequeños para obtener un mayor número de barrenos y lograr mejor contorno.
Al trabajar con rocas de mayor fortaleza el diámetro de los barrenos debe ser mayor,
pero conjugando esto siempre con la potencia de la sustancia explosiva y la máquina
perforadora, pues al aumentar el diámetro disminuye la velocidad de perforación y en
mayor grado en las rocas más fuertes.
Al elegir el diámetro de perforación hay que tener en cuenta la sustancia explosiva,
debido a que cada una de ellas tiene un diámetro crítico por debajo del cual no
44
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Tesis Doctoral
detona o la detonación no es estable, y además, hay que considerar el diámetro de
los cartuchos para obtener una buena densidad de carga.
En la elección del diámetro hay que tener presente también la granulometría de la
roca que se requiere de acuerdo con los equipos de carga utilizados, pues al
aumentar el diámetro disminuye el número de barrenos, aumenta la distancia entre
ellos y aumenta la salida de fracciones gruesas.
II.4 Determinación del estado tenso-deformacional al explosionar las cargas de
sustancia explosiva
La determinación del estado tenso-deformacional al explosionar cargas de sustancia
explosiva en el laboreo de excavaciones subterráneas debe realizarse para cargas
compactas (barrenos de corte y arranque) y desacopladas (barrenos de contorno).
II.4.1 Estado tenso-deformacional al explosionar cargas compactas
Se determina la presión en el frente de la onda de detonación de la
sustancia explosiva (Borobikok & Vaniagin, 1985; citado por Otaño, 1998)
p
ρ
(v ) 2
se d
, Pa
k 1
(50)
Donde:
se - Densidad de la sustancia explosiva, Kg/m3;
Vd - Velocidad de detonación de la SE, m/s;
k - Índice de la adiabática de los productos de la explosión; K = f (se). Se determina
interpolando en la tabla 1.
45
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Tesis Doctoral
Tabla 1. Índice de la adiabática de los productos de la explosión
se ( g/cm3)
0,1
0,25
0,5
0,75
1,0
1,25 1,75
k
1,3
1,6
2,2
2,8
3,0
3,2
3,4
Se determina la velocidad de los productos de la explosión (Borobikok &
Vaniagin, 1985; citado por Otaño, 1998)
v
Vd
, m/s
k 1
(51)
Se determina el coeficiente de refracción acústica de las ondas (Borovikov &
Vaniagin, 1974)
kR
2 oVL
seVd oVL
(52)
Se determina el valor inicial de la presión en el frente de las ondas
refractadas a la roca (Borovikov & Vaniagin, 1974)
Pr 1 k R . p , Pa
(53)
Se determinan los coeficientes empíricos A y m (Gogoliev, 1965)
Si
Pr 1
ρ o v L
Si 0,1
2
0,1
Pr 1
ρ o v L
2
35
entonces A =3 y m = 3.
(54)
entonces A =5,5 y m = 5.
(55)
46
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Tesis Doctoral
Se determina la presión máxima (Pr) en el frente de las ondas refractadas en
la pared del barreno (Gogoliev y otros, 1968)
Se calcula en dependencia de la relación entre la resistencia de onda de la sustancia
explosiva ( ρse vd ) y la resistencia de onda de la roca ( ρo v L ).
Si ρo v L ρse vd
1
Pr
1
1
o
m
Pr
1
A
2
oVL
Si
1
v
2k (Pr p)
se ( k 1)Pr(k 1) p ( k 1)
1
2
(56)
ρo v L ρse vd
1
Pr
1
1
o
m
Pr
1
A
2
V
o L
Pr
2
se
puede
1
2
determinar
k 1
2kVd Pr 2 k
v 2
1
k 1 p
(57)
por
uno
de
los
métodos
de
aproximación
o
grafoanalíticamente.
Se determina la máxima amplitud de las tensiones en la componente radial de
las ondas al difundirse por el macizo alrededor de la carga (Borobikok &
Vaniagin, 1974; citado por Otaño, 1998)
r max
Pr
r
1, 08
, MPa
(58)
47
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Tesis Doctoral
Donde:
r - Distancia relativa del punto considerado del macizo al centro de la carga.
r
r
Rce
(59)
Donde:
r - Distancia del punto considerado del macizo al centro de la carga, m;
Rce - Radio de carga equivalente.
Q
R Rc se se
Q
p p
e
c
(60)
Donde:
Rc - Radio de la carga de SE utilizada, m;
se y P - Densidad de la sustancia explosiva utilizada y patrón respectivamente
( P = 1500 Kg/m3);
Qse y QP - Calor de la explosión de la sustancia explosiva utilizada y patrón
respectivamente ( QP = 5950 kJ/Kg);
1/ 2 - Para cargas cilíndricas.
Se determina la máxima amplitud en la componente tangencial de estas
ondas (Borovikov & Vaniagin, 1985)
t max C1 C2 r r max , MPa
2
(61)
48
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Tesis Doctoral
Donde:
C1 y C2 - Son magnitudes adimensionales que dependen de la dureza acústica de
las rocas.
C1 0,09 0,228 *10 7 o vL
(62)
C2 0,07 0,224 *10 7 o vL *10 2
(63)
Se determina la máxima amplitud de las tensiones a cortante (Borovikov &
Vaniagin, 1985)
cor max
r max t max
2
, MPa
(64)
Se construyen los gráficos de extinción de las tensiones
Los gráficos de extinción de las tensiones permiten establecer los radios relativos de
trituración, agrietamiento y descostramiento, a partir de encontrar el punto de
intersección de las tensiones con el límite de resistencia de las rocas.
Anteriormente se mencionó que la modelación del campo tenso – deformacional
comprende el estudio de la explosión para cargas compactas y desacopladas, es por
ello, que para cada caso concreto se debe realizar el gráfico correspondiente.
En la figura 3 se presenta un gráfico que muestra cómo se obtiene el radio relativo de
trituración a partir de encontrar el punto donde se corta el límite de resistencia a
cortante dinámico, con las tensiones a cortante producidas después de la explosión
de las cargas.
El radio de agrietamiento relativo se establece considerando las tensiones
tangenciales y el límite de resistencia a tracción dinámica de las rocas (ver figura 4).
49
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Tesis Doctoral
Figura 3. Curvas de extinción de las tensiones a cortante. Figura 4. Curvas de extinción de las tensiones tangenciales.
Figura 5. Curvas de extinción de las tensiones radiales.
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Tesis Doctoral
Por último se establece el radio de descostramiento, considerando las tensiones
radiales y el límite de resistencia a tracción dinámica de las rocas (ver figura 5).
Se determinan los radios de trituración, agrietamiento y descostramiento
Una vez encontrados los radios relativos de trituración (̅̅̅ ), agrietamiento (̅̅̅̅) y
descostramiento (̅̅̅̅ ), se determinan los radios de trituración ( ̈ ), agrietamiento ( ̈ )
y descostramiento ( ̈ ) para un macizo monolítico (Borobikok & Vaniagin, 1974;
citado por Diéguez – García et al. 2013a).
̈
̅̅̅
̈
̈
,m
(65)
̅̅̅̅
,m
(66)
̅̅̅̅
,m
(67)
Finalmente se determinan los radios de trituración (Rt), agrietamiento (Rg) y
descostramiento considerando el debilitamiento de las tensiones producto del
agrietamiento.
El coeficiente de debilitamiento de la amplitud de las tensiones con el agrietamiento
(Kdb) en las direcciones de la línea de menor resistencia (Kdbw) y de la línea de unión
de las cargas (Kdba) depende de la resistencia acústica de las rocas ( oVL ) y del
material de relleno de las grietas ( reVre ), así como del valor suma de la abertura de
las grietas en el sector considerado
2
K db 1 0,2 g 0,12 g r
g
(Borovikov & Vaniagin, 1985).
(68)
Donde:
g - Abertura de las grietas, m.
50
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
g
Tesis Doctoral
g
(69)
e
c
R
r – Coeficiente que depende del material que rellena las grietas.
r 0,81 * oVL *10
7
12,1*10
6
reVre
V
3
o
L
6
oVL reVre 12,1*10
3
reVre
reVre
(70)
II.4.2 Estado tenso-deformacional al explosionar cargas desacopladas con
espacio anular de aire
Cuando ocurre la explosión de la carga, en el interior del barreno se produce el
proceso de expansión adiabática de los productos de esta, según la expresión (Joe –
Boy, 2007):
(
) , Pa
(71)
Donde:
dse - Diámetro de la carga de sustancia explosiva, m;
db - Diámetro del barreno, m.
A partir de calcular la presión en el frente de la onda de detonación para cargas
desacopladas (Pd), se determina la presión refractada a la roca y el campo tenso
deformacional siguiendo el mismo procedimiento descrito con anterioridad para la
explosión de cargas compactas (ver expresiones desde la 51 hasta la 70).
Teniendo en cuenta que en el laboreo de excavaciones subterráneas se emplean en
la mayoría de los casos sustancias explosivas encartuchadas y que esto implica un
desacople entre el explosivo y la cámara de carga, se recomienda que para todas los
grupos (corte, arranque y contorno) se determine la presión en el frente de la onda
51
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Tesis Doctoral
de detonación empleando la expresión 71. Esto implica que si el diámetro de la
sustancia explosiva es igual al diámetro del barreno, el valor de Pd será igual al
obtenido en la expresión 50.
II.5 Diseño de los patrones de voladura de contorno
La distribución de los cargas para el arranque en el laboreo de excavaciones
subterráneas se realiza a partir de la ubicación en el frente de los grupos de barrenos
de corte (cuele), de arranque y de contorno.
II.5.1 Diseño de los barrenos de corte
Los cortes pueden clasificarse atendiendo a dos grandes grupos (López – Jimeno et
al. 2003):
a) Cortes de barrenos paralelos
b) Cortes de barrenos con ángulos
Los primeros son los que más se emplean en proyectos con perforación mecanizada,
mientras que los del segundo grupo han caído en desuso por la laboriosidad de la
perforación y solo se aplican en excavaciones pequeñas.
En la actualidad no existe un método que permita seleccionar un corte específico
para cada trabajo, ya que se podrían obtener buenos resultados con diferentes
diseños de estos en una misma excavación.
Teniendo en cuenta esto, se propone integrar en la metodología los criterios
obtenidos por Sargenton, 2008 (Expresiones matemáticas: 72-79), los cuales
permiten, independientemente del tipo de corte elegido, establecer los parámetros
geométricos óptimos de diseño.
52
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Tesis Doctoral
Es importante destacar que la influencia del diseño del corte en la voladura de
contorno es mínima, debido a la poca acción que ejercen las tensiones en la zona del
macizo que ocupa el contorno de la excavación, sin embargo la metodología
propuesta integra los tres grupos de barrenos, lo cual permitirá realizar diseños de
voladuras de contorno efectivos durante el laboreo de excavaciones subterráneas
horizontales.
Cortes con barrenos paralelos
Actualmente es el tipo de corte que se utiliza con mayor frecuencia en la excavación
de túneles y galerías, con independencia de las dimensiones de éstas. Consta de
uno o dos barrenos vacíos de expansión, hacia los que rompen escalonadamente los
barrenos cargados. El tipo de corte con barrenos paralelos más empleado es el de
cuatro secciones.
En las figuras 6 y 7 se representan los principales parámetros para el diseño de
estos cortes, a partir de determinar los radios de trituración y el diámetro del taladro
de compensación (vacío).
Distancia del barreno cargado al taladro de compensación.
,
m
(72)
Donde:
: Diámetro del taladro vacío, m;
: Radio de trituración considerando el agrietamiento para el grupo de barrenos de
corte, m;
̈
,m
(73)
53
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Tesis Doctoral
Figura 6. Parámetros geométricos para el diseño del corte con un taladro de
compensación.
Figura 7. Parámetros geométricos para el diseño del corte con dos taladros de
compensación.
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Tesis Doctoral
̈ : Radio de trituración para un macizo monolítico en el grupo de barrenos de corte,
m.
Distancia desde el centro del barreno cargado al eje de unión de los taladros de
compensación.
,m
(74)
Distancia entre los centros de los taladros vacíos.
htal
Dt 2 4 Rt c Dt
2
Dt 2 4 Rt c Dt , m
4
(75)
Cortes de barrenos con ángulos
Este grupo cada día se utiliza menos por la gran laboriosidad en la perforación de los
barrenos.
El corte de barrenos con ángulo más empleado para el laboreo de excavaciones
subterráneas es el de cuña.
Para cortes con barrenos inclinados
Distancia entre filas de los pares de barrenos.
̈
,m
(76)
Donde:
̈
- Radio de agrietamiento para un macizo monolítico en el grupo de barrenos de
corte, m;
Ks - Coeficiente de solape: tiene en cuenta el solape de las zonas de trituración y de
agrietamiento del par de barrenos en el primer caso y de los barrenos situados en
54
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Tesis Doctoral
dos filas contiguas en el segundo caso. Se asume para la zona de trituración igual a
0,9 y para la zona de agrietamiento igual a 0,5.
Distancia por el fondo entre los barrenos en la fila.
̈
,m
(77)
Distancia entre las bocas de los barrenos en la fila.
(
)
,m
(78)
Donde:
kll - Coeficiente de llenado del barreno de corte.
Ángulo de inclinación de los barrenos en el corte.
(
)
,m
(79)
Donde:
l b - Longitud del barreno de corte, m
En la figura 8 se muestran los parámetros geométricos principales de los cortes con
barrenos inclinados.
Longitud de relleno
Para el cálculo de la longitud de relleno se toma la porción superior de la carga, con
longitud lc 1,5 5d b. , de modo que se pueda considerar como una carga
concentrada y se determina el radio de esta carga como si fuera una carga esférica
(Borovikov & Vaniagin 1985).
55
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Vista superior
Tesis Doctoral
Vista frontal
Figura 8. Esquema de disposición de los barrenos en el corte de cuña.
e
lr l r * Rcesf
(80)
,m
Donde:
l r - Longitud relativa de relleno;
R - Radio de carga esférica equivalente;
esf e
c
Rcesf - Radio de carga esférica, m.
√
(
)
,m
(81)
Donde:
db - Diámetro del barreno, m.
R
esf e
c
* Qse
Rcesf se
*Q
p
p
1
3
(82)
56
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Tesis Doctoral
Donde:
se y p - Densidad de la sustancia explosiva utilizada y patrón respectivamente
( P = 1500 Kg/m3);
Qse y QP
- Calor de la explosión de la sustancia explosiva utilizada y patrón
respectivamente ( QP = 5950 kJ/Kg).
̅
[
(
)
](
)
(83)
Donde:
ρ0 - Densidad de las rocas, t/m3;
VL- Velocidad de las ondas elásticas longitudinales, m/s;
- Límite de resistencia a tracción dinámica de las rocas, MPa.
Longitud de la carga (Diéguez – García et al. 2014b)
Lcc= Lbc - lr, m
(84)
Donde:
Lbc - Longitud del barreno, m.
Número de cartuchos en cada barreno (Diéguez – García et al. 2014b)
cartuchos
(85)
Donde:
lcart - Longitud del cartucho, m.
Una vez calculado el número de cartuchos se precisa la longitud real de carga (
y de relleno (
)
):
,m
(86)
57
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
,m
Tesis Doctoral
(87)
Número total de cartuchos (Diéguez – García et al. 2014b)
NTc = Ncc*Nbc, cartuchos
(88)
Donde:
Nbc - Número de barrenos de corte.
Magnitud de la carga (Diéguez – García et al. 2014b)
Qc=NTc*mc; Kg
(89)
Donde:
mc - masa de un cartucho, Kg.
II.5.2 Diseño de los barrenos de arranque
A consecuencia de la voladura de los barrenos de corte, se debe crear una cavidad
suficiente y necesaria, que permita la formación de la segunda superficie libre. Los
parámetros principales de este grupo de barrenos son:
Línea de menor resistencia de los barrenos de arranque (Pedro – Alexandre,
2006)
̈
̈
,m
(90)
Donde:
̈
– Radio de agrietamiento para un macizo monolítico en el grupo de barrenos de
arranque, m;
̈
– Radio de descostramiento para un macizo monolítico en el grupo de barrenos
de arranque, m.
58
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Tesis Doctoral
Distancia entre barrenos de arranque (Sargentón, 2008)
̈
,m
(91)
Longitud de los barrenos de arranque (Otaño, 1998)
Lba=Pc-0,2, m
(92)
Donde:
Pc - Profundidad de los barrenos de corte, m.
Cantidad de barrenos de arranque
El número de barrenos de arranque (Nba) se determina luego de delimitar el área que
queda entre la línea de menor resistencia de los barrenos de arranque (W a) y de
contorno (Wco), ver figura 9. Se ubican a la distancia calculada en la expresión 91.
Figura 9. Distribución de los barrenos en el frente de excavación.
A partir de determinar la cantidad de barrenos de arranque, se procede al cálculo del
resto de los parámetros (longitud de relleno, longitud de carga, número de cartuchos
59
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Tesis Doctoral
en cada barreno y magnitud de carga para los barrenos de arranque) siguiendo el
mismo procedimiento que para los barrenos de corte, descritos en las ecuaciones de
la 80 a la 89.
II.5.3 Diseño de los barrenos de contorno
El diseño de los parámetros de este grupo de barrenos se debe realizar con cargas
desacopladas con espacios radiales de aire, esta tecnología es imprescindible para
lograr contornos rocosos más lisos y menos agrietados, con los cuales se obtiene
mayor estabilidad de las excavaciones, disminuyen los riesgos de accidentes y las
superficies denudadas de las excavaciones ofrecen menos resistencia al paso del
aire y del agua por la excavación.
Los parámetros principales son: desacople entre la carga de sustancia explosiva (dc)
y el diámetro del barreno (db), distancia entre los barrenos de contorno (aco) y
distancia del eje del barreno al contorno proyectado de la excavación (c). En la figura
10 se representan estos parámetros.
Figura 10. Parámetros principales de los barrenos de contorno.
60
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Tesis Doctoral
Relación entre el diámetro de carga y barreno
Este es uno de los parámetros de mayor importancia en el diseño de las voladuras
de contorno. En esta metodología se establece la relación entre el diámetro de carga
de sustancia explosiva (cuando se emplean cargas continuas desacopladas) y el
diámetro del barreno para que se produzca el corte por la línea de unión de las
cargas y a la vez no existan daños en el macizo de rocas producto de la explosión de
las cargas en el contorno, esto ocurre siempre que se cumpla lo siguiente (DiéguezGarcía, 2013b, 2014a):
(93)
( )
(94)
( )
(
( )
)
(
(95)
)
(96)
De aquí se derivan dos condiciones para la elección del diámetro del barreno a partir
de un diámetro de carga determinado:
1.
2.
(
(
) ,m
) ,m
(97)
(98)
Las expresiones 97 y 98 permiten establecer los valores máximos y mínimos del
diámetro de barreno a emplear en el diseño de la voladura de contorno. Una vez que
se comprueban estas condiciones se procede al cálculo de los restantes parámetros.
61
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Tesis Doctoral
Distancia entre cargas en el contorno (Sargentón, 2008)
̈
,m
(99)
Donde:
̈ - Radio de agrietamiento para un macizo monolítico en el grupo de barrenos de
contorno, m.
Distancia del centro de los barrenos al contorno proyectado de la
excavación (Sargentón, 2008)
̈
, m
(100)
Donde:
̈
- Radio de trituración para un macizo monolítico en el grupo de barrenos de
contorno, m.
Línea de menor resistencia de los barrenos de contorno (Pedro – Alexandre,
2006)
̈
̈
(101)
Donde:
̈
- Radio de descostramiento para un macizo monolítico en el grupo de barrenos
de contorno, m.
Cantidad de barrenos de contorno (Otaño, 1998; Diéguez - García et al. 2014b)
, barrenos
(102)
Donde:
Pco - Perímetro que ocupan los barrenos de contorno considerando la distancia c, m.
62
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Tesis Doctoral
Longitud de los barrenos de contorno (Otaño, 1998)
Lbco=Lba, m
(103)
Longitud de la carga (Diéguez - García, 2014a)
La carga en el grupo de barrenos de contorno (para cargas continuas desacopladas),
se recomienda que se distribuya a lo largo del barreno, con lo cual se distribuye la
presión en toda la longitud de la cámara de carga.
Lcco=0,85*Lbco, m
(104)
Número de cartuchos en cada barreno (Otaño, 2010; Diéguez – García et al.
2014b)
cartuchos
(105)
Longitud real de carga (Diéguez – García, 2014a)
,m
(106)
Longitud de relleno (Diéguez - García et al. 2014b)
,m
(107)
Número total de cartuchos (NTco ) o longitud total de cordón detonante (LTco)
(Diéguez - García, 2014a )
Para cargas encartuchadas:
NTco= Ncco * Nbco , cartuchos
(108)
Donde:
Nbco - Número de barrenos de contorno.
Para cargas de cordón detonante:
LTco= Lcco * Nbco, m
(109)
63
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Tesis Doctoral
Magnitud de la carga para los barrenos de contorno (Diéguez - García, 2014a)
Qco= Mco* Nbco, Kg
(110)
Donde:
Mco - Carga de sustancia explosiva dentro del barreno, Kg.
Cuando se empleen cargas de cordón detonante:
Mco = Lcco * mg, Kg
(111)
Donde:
mg - Carga del cordón detonante empleado, Kg/m.
Para cargas encartuchadas
Mco = mc* Ncco, Kg
(112)
Donde:
mc - Masa de un cartucho, Kg.
Ncco - Número de cartuchos, se determina empleando la expresión 105.
II.5.4 Índices técnico - económicos de la voladura (Otaño, 1998)
Avance por ciclo
l P , m3
(113)
Donde:
P - Profundidad de los barrenos arranque y contorno, m;
δ - Coeficiente de aprovechamiento del barreno;
Volumen de roca a arrancar en el macizo
Vr S l , m3
(114)
64
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Tesis Doctoral
Donde:
- Avance por ciclo, m;
S - Área de la sección transversal de la excavación, m2;
Gasto de sustancia explosiva por metro de avance
Gl
QT
, Kg / m
l
(115)
Donde:
QT - Gasto de sustancia explosiva por ciclo, kg;
, Kg
(116)
Donde:
Qc, Qa, Qco - Magnitud de la carga para los grupos de barrenos de corte, arranque y
contorno respectivamente, Kg.
Gasto de sustancia explosiva por metro cúbico de roca a arrancar
(117)
Gasto de detonadores por metro de avance
(118)
Donde:
N - Número total de barrenos para cada ciclo.
Gasto de detonadores por metro cúbico de roca a arrancar
(119)
Cantidad total de metros de perforación
L p lc N c la N a lco N co
,m
(120)
65
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Tesis Doctoral
Donde:
Nc, Na, Nco - Número de barrenos de corte, arranque y contorno respectivamente,
barrenos;
lc, la, lco - Longitud de los barrenos de corte, arranque y contorno respectivamente, m.
Metros de perforación por metro de avance
Lp
Lp
l
, m/m
(121)
Metros de perforación por metro cúbico de roca a arrancar
Lp
Lp
Vr
, m / m3
(122)
II.6 Ajuste experimental de los patrones de voladura de contorno
Una vez diseñados los patrones de voladura de contorno, se comprueban
experimentalmente y se mide la sobreexcavación obtenida en cada una de las
explosiones realizadas, para luego ajustar, de ser necesario, los parámetros de los
mismos.
Conclusiones parciales del capítulo II
La metodología para el diseño de las voladuras de contorno tiene en cuenta las
características del macizo de rocas por el cual se laborean las excavaciones
subterráneas horizontales y la acción de las sustancias explosivas sobre este, lo
cual permite realizar los cálculos de los parámetros de este tipo de explosión de
66
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Tesis Doctoral
manera precisa, con el objetivo de disminuir la sobreexcavación y aumentar la
estabilidad y seguridad de estas obras subterráneas.
Se propone una forma novedosa de seleccionar el diámetro de carga y barreno
para el grupo de barrenos de contorno que permite elegir el diámetro de
perforación racional en función de la sustancia explosiva, esto permite utilizar la
mayor distancia permisible entre las cargas para que se produzca el corte por la
línea de unión de las mismas, y a la vez no ocurra sobreexcavación.
67
�CAPÍTULO III
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Tesis Doctoral
CAPÍTULO III. CONDICIONES INGENIERO – GEOLÓGICAS DEL TÚNEL OBJETO
DE ESTUDIO
III.1 Ubicación geográfica del Túnel Levisa - Mayarí
El Túnel Levisa – Mayarí se encuentra ubicado en el municipio Mayarí, provincia de
Holguín, la zona pertenece al grupo montañoso Nipe – Cristal – Baracoa, se
caracteriza por un relieve montañoso, con cotas que van desde 20,10 m a 477,50 m
y pendientes que oscilan desde 0,002º hasta 64,45º. Los trabajos experimentales de
la presente investigación se realizaron en el Tramo II del Túnel Levisa – Mayarí (ver
figura 11), que tiene una longitud total de 1 797,73 m.
III.2 Características geológicas del túnel
La información que se expone en el presente capítulo fue tomada del informe
realizado por el centro de proyectos Raudal (2010) para la ejecución del Tramo II del
Túnel Levisa – Mayarí.
III.2.1 Tectónica
Los macizos donde se ubica la obra estudiada, por lo general presentan una gran
actividad
tectónica,
las
dislocaciones
están
representadas
por
zonas
de
fragmentación y agrietamiento abierto, en los mismos aparecen algunas fallas con
direcciones muy variadas.
68
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Figura 11. Ubicación de la región de estudio.
Tesis Doctoral
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Tesis Doctoral
La tectónica de la región es compleja respondiendo en primer lugar a la gran
variedad de litologías del macizo y a los diferentes procesos de movimientos
ocurridos en la corteza terrestre. En esta zona se pone de manifiesto la
superposición de fenómenos tectónicos originados en condiciones geodinámicas
contrastantes y en diferentes períodos, lo que provoca un intenso plegamiento, el
cual permite caracterizar la estructura geológica del lugar.
III.2.2 Hidrología
La zona de estudio es, en sentido general, pobre en aguas subterráneas, debido a
la poca permeabilidad de las rocas, las aguas que predominan son de fisuras y
grietas, dependiendo la permeabilidad del grado de alteración y agrietamiento del
macizo, donde en ocasiones las rocas presentan baja permeabilidad, siendo
mayor solamente en las rocas muy agrietadas.
En la zona ocurren abundantes precipitaciones por lo que los ríos corren
permanentemente, aún en época de sequía. Los horizontes acuíferos de la región
son de tres tipos fundamentales:
1) Aguas intersticiales de los depósitos friables aluviales areno-arcillosos
(Ríos Mayarí y Levisa);
2) Aguas fisurales o de grietas, al cual pertenecen los relacionados con las
formaciones rocosas;
3) Las aguas estrato-fisurales de rocas areno-carbonatadas, calizas, margas y
areniscas de edad paleógena, relacionadas con las Formaciones Mucaral,
Bitirí y Río Jagüeyes.
El manto freático se encuentra generalmente por encima del túnel y las aguas
subterráneas como tendencia fluyen en dirección oeste hacia el río Mayarí.
69
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Tesis Doctoral
Las aguas subterráneas en la zona se clasifican como cloruradas-sódicasmagnésicas e hidrocarbonatadas – cloruradas – magnésicas. De acuerdo al PH
(9-10) las aguas son alcalinas.
III.2.3 Litología
La principal litología presente en el área de estudio es la serpentinita con distinto
grado de serpentinización. A continuación se realiza una descripción de las capas
litológicas por la que atraviesa el Tramo II de Túnel Levisa - Mayarí. En el anexo 1
se muestra el perfil ingeniero – geológico del tramo en investigación.
Serpentinitas esquistosas y budinadas, capa 5b (5b´)
Aflora en el inicio del Tramo II, se caracteriza por la presencia de serpentinita
esquistosa, plegada con budinas espaciadas de tamaño medio a grande. Las
serpentinitas esquistosas presentan una dureza blanda y las budinas son de
dureza media. El grado de meteorización es de categoría II (algo meteorizada), en
las grietas y planos de esquistosidad se observa humedad. Las grietas aparecen
juntas y muy juntas con una continuidad de alta a muy alta predominando las de
abertura cerrada y en menor medida abiertas, la rugosidad es escalonada rugosa
y ondulada rugosa.
Las budinas por lo general son rocas más duras que la zona que la bordea, las
cuales son esquistosas, desde el punto de vista ingeniero-geológico este es un
factor desfavorable, debido a que las budinas se vuelven inestables cuando se
excavan y pierden su confinamiento natural. En esta fábrica la zona esquistosa
predomina sobre la parte budinada por lo tanto hay que tener en cuenta que se
avanza sobre un tipo de roca blanda a muy blanda en algunos sectores y
aparecen bloques alargados de rocas de dureza media.
70
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Tesis Doctoral
Serpentinita agrietada y/o brechosa media, capa 5c (5c´).
Son muy frecuentes a lo largo de la traza del túnel y se caracterizan por presentar
bloques brechosos de tamaño medio. Por su dureza se clasifican como rocas
medias a blandas, algo meteorizadas. Las grietas están separadas, tienen una
continuidad alta, son abiertas en superficie y sus planos son ondulados rugosos y
escalonados-rugosos,
aunque
en
profundidad,
alejado
de
la
zona
de
meteorización, son por lo general cerradas y si están abiertas están rellenas
mayormente por arcillas, aunque pueden tener otros rellenos como serpofita,
carbonatos y más raramente cuarzo. Cuando están abiertas, su abertura está en
el orden de los milímetros o fracciones de milímetros. Este tipo de litología es la
más favorable para la ejecución de las obras planificadas.
Gabros, capa 6 (6´).
En el levantamiento ingeniero-geológico realizado por los 3 ejes, se detectaron
abundantes bloques angulosos de gabro microcristalino gris oscuro con brillo de
los pequeños cristales de piroxeno y plagioclasa básica, dándole un parecido a
una piedra de esmeril artificial, presenta además una gran dureza. Por lo general
afloran en las partes más elevadas de los trazados, donde se encuentran “in situ”
en la profundidad. La tomografía eléctrica realizada demostró las altas
resistividades que presenta esta roca, la que además, en su emplazamiento
tectónico fluyó entre los bloques de serpentinita, dejando entre esta y el gabro una
banda esquistosa de pequeño espesor desde algunos centímetros hasta algo más
de 50 cm.
En la tabla 2 se presentan las principales propiedades físico - mecánicas de las
rocas en los perfiles litológicos descritos, obtenidas en la etapa de estudio
geológico.
71
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Tesis Doctoral
Tabla 2. Propiedades físico – mecánicas de las rocas en los tres perfiles
litológicos
Propiedad
U/M
Litología
Litología
Litología
5b
5c
6
Densidad (o)
Kg/m3
2 610
2 733
2 979
Masa Volumétrica ()
Kg/m3
2 231
2 281
2 618
MPa
29,40
101,60
190,90
MPa
0,72
4,55
7,55
Resistencia a compresión
[ ce ]
Resistencia a tracción
[ te ]
III.3 Características tecnológicas para la construcción del túnel
A partir de considerar las litologías presentes en el túnel se hace necesario ajustar
los patrones de voladura, las longitudes de avance y los tipos de sostenimientorevestimiento a emplear en cada sección de la excavación.
Para lograr esto se realiza una división del túnel por secciones típicas en función
de la calidad del macizo de rocas obtenido por Barton (Q), esto permite definir el
avance máximo después de cada explosión y la fortificación a utilizar en cada
sección laboreada.
En las tablas 3, 4, 5, 6, 7 y 8 se muestran las dimensiones y etapas de laboreo
para cada sección típica de túnel a partir de la calidad del macizo rocoso obtenida
por Barton (Q).
72
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Tesis Doctoral
Tabla 3. Parámetros de laboreo de la Sección Típica 1
Sección Típica 1 (T-1) , Q = 0,001
Dimensiones de la excavación
Ancho
Altura total
Sección
sección
(m)
(m)
6,40
6,00
Alto pared
recta (m)
0,93
Área
Perímetro
Avance
Sección
Sección
posible
(m²)
(m)
por ciclo (m)
30,61
21,24
1,00
Etapas de laboreo
I Etapa
II Etapa
III Etapa
Excavación con perforación y voladura: 1 m
Hormigón lanzado con 5 cm de espesor después de cada
voladura y avanzar hasta 3 m si el frente lo permite
Fortificación con hormigón armado
Tabla 4. Parámetros de laboreo de la Sección Típica 2
Sección Típica 2 (T-2), Q = 0,01
Dimensiones de la excavación
Ancho
Altura total
Sección
sección
(m)
(m)
6,40
6,00
Alto pared
recta (m)
0,93
Área
Perímetro
Avance
Sección
Sección
posible
(m²)
(m)
por ciclo (m)
30,61
21,24
1,00
Etapas de laboreo
I Etapa
II Etapa
Excavación con perforación y voladura: 1 m
Hormigón lanzado con 5 cm de espesor después de cada
voladura y avanzar hasta 3 m si el frente lo permite
III Etapa
Bulonado sistemático en techo y paredes
IV Etapa
Colocación de los 4 aceros para formar los arco transversales
V
Hormigón lanzado con 15 cm de espesor
73
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Tesis Doctoral
Tabla 5. Parámetros de laboreo de la Sección Típica 3
Sección Típica 3 (T-3), Q = 0,1
Dimensiones de la excavación
Ancho
Altura total
Sección
sección
(m)
(m)
6,30
5,95
Alto pared
recta (m)
0,95
Área
Perímetro
Avance
Sección
Sección
posible
(m²)
(m)
por ciclo (m)
29,94
20,99
1,50
Etapas de laboreo
I Etapa
II Etapa
III Etapa
Excavación con perforación y voladura: 1,50 m
Hormigón lanzado con 5 cm de espesor después de cada
voladura y avanzar hasta 3 m si el frente lo permite
Bulonado sistemático en hormigón lanzado de 10 cm de
espesor
Tabla 6. Parámetros de laboreo de la Sección Típica 4
Sección Típica 4 (T-4), Q = 1
Dimensiones de la excavación
Ancho
Altura total
Sección
sección
(m)
(m)
6,20
5,90
Alto pared
recta (m)
0,98
Área
Perímetro
Sección
Sección
(m²)
(m)
29,27
20,75
Avance posible
por ciclo (m)
3,00
Etapas de laboreo
I Etapa
II Etapa
Excavación con perforación y voladura: 3 m
Hormigón lanzado con 3 cm de espesor después de cada
voladura y avanzar hasta 6 m si el frente lo permite
III Etapa
Bulonado sistemático en techo y paredes
IV Etapa
Colocación de los 4 aceros para formar los arcos transversales
V
Hormigón lanzado con 7 cm de espesor
74
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Tesis Doctoral
Tabla 7. Parámetros de laboreo de la Sección Típica 5
Sección Típica 5 (T- 5), Q = 3,4 y 5
Dimensiones de la excavación
Ancho
Altura total
Sección
sección
(m)
(m)
6,10
5,85
Alto pared
recta (m)
1,01
Área
Perímetro
Avance
Sección
Sección
posible
(m²)
(m)
por ciclo (m)
28,61
20,51
3,00
Etapas de laboreo
I Etapa
II Etapa
Excavación con perforación y voladura: 3 m
Hormigón lanzado con 3 cm de espesor después de cada
voladura y avanzar hasta 6 m si el frente lo permite
III Etapa
Bulonado sistemático en techo
IV Etapa
Hormigón lanzado con 2 cm de espesor
Tabla 8. Parámetros de laboreo de la Sección Típica 6
Sección Típica 6 (T-6), Q = 8 y 10
Dimensiones de la excavación
Ancho
Altura total
Sección
sección
(m)
(m)
6,10
5,85
Alto pared
recta (m)
1,01
Área
Perímetro
Avance
Sección
Sección
posible
(m²)
(m)
por ciclo (m)
28,61
20,51
3,00
Etapas de laboreo
I Etapa
II Etapa
Excavación con perforación y voladura: 3 m
Hormigón lanzado con 3 cm de espesor después de cada
voladura y avanzar hasta 10 m si el frente lo permite
III Etapa
Bulonado sistemático en techo
IV Etapa
Hormigón lanzado con 2 cm de espesor
Para todos los casos, después de la III etapa se puede continuar con el avance de
la excavación y el resto de las etapas hasta completar el tramo.
75
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Tesis Doctoral
En los anexos 2 y 3 se muestran las dimensiones de la excavación por secciones
típicas y su ubicación por tipo de litología y estacionados de laboreo del túnel.
Conclusiones parciales del capítulo III
El Tramo II del Túnel Levisa – Mayarí se laborea por tres tipos de capas
litológicas, que son: las serpentinitas esquistosas y budinadas (5b), las
cuales se caracterizan por la presencia de serpentinitas esquistosas, plegadas
con budinas espaciadas de tamaño medio a grande. Las serpentinitas
esquistosas presentan una dureza blanda y las budinas son de dureza media;
las serpentinitas agrietadas y/o brechosas media (5c), son muy frecuentes a
lo largo de la traza del túnel y se caracterizan por presentar bloques brechosos
de tamaño medio. Por su dureza se clasifican como rocas medias a blandas,
algo meteorizadas, constituye la litología más favorable para la ejecución del
tramo y además, es la que más predomina en el túnel; por último se encuentran
los Gabros (6), que se presentan en bloques angulosos de gabro
microcristalino gris oscuro con brillo de los pequeños cristales de piroxeno y
plagioclasa básica, dándole un parecido a una piedra de esmeril artificial,
presenta una gran dureza.
A partir de la calidad del macizo de rocas se establecieron seis secciones
típicas (T-1, T-2, T-3, T-4, T-5, T-6) para el laboreo del Tramo II del Túnel
Levisa-Mayarí, cada una de ellas con sus dimensiones y etapas de laboreo.
76
�CAPÍTULO IV
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Tesis Doctoral
CAPÍTULO IV. VALIDACIÓN DE LA METODOLOGÍA PARA EL DISEÑO DE LA
VOLADURA DE CONTORNO
IV.1 Introducción
La validación de la metodología se realizó en el Tramo II del Túnel Levisa - Mayarí
siguiendo los pasos descritos en el capítulo II.
Previo al desarrollo de esta investigación se diseñaban patrones de voladura que
provocaban exceso de sobreexcavación en el túnel, esto, además de la
inestabilidad que produce en la obra, aumenta los gastos por concepto de
hormigón lanzado, incrementando así el tiempo de laboreo de la excavación
subterránea.
Con la metodología propuesta se diseñaron patrones de voladura de contorno en
los frentes de laboreo del túnel objeto de estudio que fueron validados mediante
voladuras experimentales, con las cuales se logró disminuir la sobreexcavación
de un 21,07 % a un 4,70 %
IV.2 Diseño de los experimentos
Para la investigación experimental se diseñaron patrones de voladura empleando
como sustancias explosivas el SenatelTM MagnafracTM de 32 mm para los grupos
de barrenos de corte y arranque y los cordones detonantes de 20 g/m y 42 g/m y
el SenatelTM MagnafracTM de 26 mm para el grupo de barrenos de contorno, por
ser estas las sustancias explosivas más utilizadas y disponibles por la empresa;
se tuvo en cuenta además, la relación entre la presión producida por la
77
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Tesis Doctoral
detonación de las cargas de sustancia explosiva y las propiedades físico
mecánicas de las rocas.
Para establecer el número de explosiones experimentales necesarias, al no
conocer la dispersión de la sobreexcavación en el túnel, como parámetro a
determinar para evaluar la viabilidad de los patrones diseñados, se realizaron tres
voladuras experimentales con las variantes de sustancias explosivas disponibles y
se determinó el porcentaje de sobreexcavación. Con estos resultados se
determinó el número de voladuras necesarias para un índice de exactitud de 3 %,
utilizando la distribución t de Student para una probabilidad de 0,95 . Los
resultados obtenidos indican que son suficientes cinco voladuras cuando se
emplea el Cordón Detonante de 20 g/m, tres voladuras para la variante de Cordón
Detonante de 42 g/m y cuatro explosiones con el SenatelTM MagnafracTM de 26
mm (ver tabla 7 del anexo 4). Se decidió realizar para cada una de las variantes 5
voladuras, lo cual arroja un total de 15 explosiones experimentales
Los experimentos se realizaron con el objetivo de:
Confirmar la validez de la metodología para el diseño de las voladuras de
contorno y su acción sobre la sobreexcavación durante el laboreo de
excavaciones subterráneas horizontales.
Planificación de las voladuras experimentales
En la tabla 9 se muestra la planificación de las voladuras experimentales para
cada variante de SE utilizada por litología y sección típica.
78
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Tesis Doctoral
Tabla 9. Planificación de las voladuras experimentales
Estacionado
1
1+144,759 1+145,759
Sección
Típica
T-2
2
1+183,025 1+184,525
T-3
1+306,327 1+309,327
T-6
4
1+469,296 1+470,796
T-3
5
1+601,659 1+602,659
T-1
6
0+487,572 0+490,572
T-6
0+625,184 0+628,184
T-5
0+796,111 0+799,111
T-4
0+853,756 0+856,756
T-6
0+895,175 0+896,175
T-2
Nº
3
7
8
9
Sustancia
explosiva
Gramaje
Litología
(g/m)
Cordón
Detonante
42
Cordón
20
Detonante
5c
5b
10
Nº
Sustancia
Diámetro
explosiva
(mm)
Litología
11
12
13
14
SenatelTM
MagnafracTM
15
26
6
Desde
Desde
Hasta
Hasta
Sección
Típica
0+685,495 0+688,495
T-5
0+728,522 0+731,522
T-5
0+743,505 0+744,505
T-2
1+517,707 1+518,707
T-1
1+573,147 1+576,147
T-6
IV.3 Propiedades físico-mecánicas de las rocas
En los laboratorios de propiedades físicas de las rocas del ISMM “Dr. Antonio
Núñez Jiménez”, de mecánica de suelos de la ENIA en Holguín y de la Empresa
de Construcciones Militares en Mayarí, se determinaron las propiedades físico
mecánicas de las rocas. Los métodos y ensayos empleados para cada propiedad
fueron los siguientes:
79
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Tesis Doctoral
Densidad (o)
Se determinó por el método picnométrico.
Masa volumétrica ()
Se utilizó el método de la pesada hidrostática.
Límite de resistencia a la compresión simple estática ce
Se determinó en muestras cilíndricas de 50 mm de diámetro y 50 mm de altura.
Límite de resistencia a tracción estática te
Se determinó por el método Brasilero en muestras cilíndricas de 50 mm de
diámetro y 58 mm de altura.
Velocidad de las ondas elásticas longitudinales ( V L )
Se determinó la velocidad de las ondas longitudinales en una varilla larga y fina y
en muestras volumétricas por medio del equipo de ultrasonido UK – 14P.
Las muestras en varilla se cortaron con una sección transversal de 4 x 4 mm y
longitud de 80 - 120 mm, mientras que las muestras volumétricas se prepararon
con una sección transversal de 50 x 50 mm y longitud de más de 10 cm.
Para desarrollar el proceso se realizó el muestreo siguiendo un criterio aleatorio y
cuidando que las muestras fuesen representativas.
Como no se conocía la dispersión o variación de los parámetros a estudiar para
determinar el número de muestras pequeño (Herrera, F.; Kostrikov, P. y Díaz
Duque, 1985), se tomaron 10 muestras para cada propiedad.
Con los resultados de los ensayos se determinó el índice de exactitud aplicando la
distribución t de Student para una probabilidad 0,95 . En todos los casos dio un
80
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Tesis Doctoral
índice de exactitud menor de 3 %, por lo que se consideró que el número de
muestras ensayadas era suficiente para obtener valores confiables. En el anexo
4 se exponen los resultados del análisis estadístico realizado.
Propiedades físico-mecánicas de las rocas en el Tramo II
En la tabla 10 se muestran los valores promedios de las propiedades obtenidas
en los laboratorios para cada litología objeto de estudio.
A partir de estos resultados se obtienen las restantes propiedades (ver tablas 11 y
12).
Tabla 10. Propiedades físico - mecánicas obtenidas en el laboratorio
Propiedad
U/M
Litología
Litología
Litología
5b
5c
6
Densidad (o)
Kg/m3
2 656
2 719
2 984
Masa Volumétrica ()
Kg/m3
2 213
2 290
2 634
Resistencia a compresión [ ce ]
MPa
28,60
102,84
191,32
Resistencia a tracción [ te ]
MPa
0,70
4,66
7,68
3 218
3 293
4 538
3 557
3 589
4 789
Velocidad de las
ondas
longitudinales ( )
VLm
m/s
VLv
Tabla 11. Resultados del cálculo de las propiedades acústicas y elásticas
Propiedad
Coeficiente Poisson (µ)
Módulo de Elasticidad (E)
Velocidad de las ondas
trasversales (Vt)
U/M
Litología
Litología
Litología
5b
5c
6
-
0,27
0,25
0,21
MPa
2 336,06
2 531,34
5 529,37
m/s
2 019,15
2 082,68
2 917,14
81
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Tesis Doctoral
Tabla 12. Resultados del cálculo de las propiedades mecánicas
Litología
Litología
Litología
5b
5c
6
MPa
459,82
1 652,10
3 015,98
Kdc
-
16,08
16,06
15,76
MPa
1,94
12,77
15,91
Kdt
-
2,77
2,74
2,07
Resistencia a
MPa
142,35
155,30
295,86
cortante
o
σ cor
MPa
11,00
hi
σcor
15,00
17,00
MPa
143,00
156,00
295,00
-
0,80
0,90
0,96
P0
MPa
276,24
337,41
488,73
Kr
-
0,89
1,03
1,09
Propiedad
Parámetros
U/M
Resistencia a
dinámica
Resistencia a
d
c
compresión
d
t
tracción
dinámica
dinámico
d
cor
IV.4 Agrietamiento en el tramo del túnel objeto de estudio
El estudio del agrietamiento en el tramo del túnel se realizó en dos fases, una
primera etapa que comprendió la medición de 240 grietas durante un intervalo de
laboreo de 360 m de excavación (ver anexo 5), con lo cual se realizó el
procesamiento estadístico para determinar las familias de grietas presentes en el
túnel. En las figuras 12, 13, 14 y 15 se muestran los diagramas de contorno y
roseta, así como los histogramas que incluyen abertura y relleno de las grietas de
las mediciones realizadas.
En la segunda etapa se hicieron mediciones en el frente del túnel para cada una
de las voladuras experimentales, con el objetivo de determinar el coeficiente de
82
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Tesis Doctoral
debilitamiento de las tensiones producidas por la explosión de las cargas de
sustancia explosiva (ver anexo 6).
La tabla 13 muestra los resultados de las mediciones para la primera voladura
experimental.
IV.5 Diámetro de perforación y sustancia explosiva a emplear
Para la validación de la propuesta se emplean las sustancias explosivas y
diámetros de perforación disponibles en la Unidad de Construcciones Militares del
Trasvase Este – Oeste (ver anexos 7 y 8). En las tablas 14 y 15 se exponen las
características de las sustancias explosivas y del equipo de perforación.
83
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Figura12. Diagrama de contorno del Tramo II.
Figura 14. Histograma del relleno de las grietas.
Tesis Doctoral
Figura 13. Diagrama de roseta del Tramo II.
Figura 15. Histograma de abertura de las grietas.
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Tesis Doctoral
Tabla 13. Resultados de las mediciones en el frente del Tramo II a lo largo de la
línea de menor resistencia y de la unión de colocación de las cargas
En la dirección de
resistencia
la
re (Kg/m3) Vre (m/s)
r
1650
1100
línea
de
Corte y Contorno
menor arranque
db
g
(m)
Kdbw
g
0,027
2,65
0,50
-
0,011
1,11
-
0,83
1,06
En la dirección de colocación de las cargas
1650
1100
1,06
Kdba
0,019
1,88
0,66
-
0,0097
0,96
-
0,86
Tabla 14. Características de las sustancias explosivas
CORDÓN DETONANTE
Características
U/M
42 g/m
20 g/m
10 g/m
Kg/m3
1 620
1 620
1 620
m/s
7 000
6 700
6 500
Gramaje (mg)
Kg/m
0,042
0,020
0,010
Calor de explosión (Q)
Diámetro (dse)
KJ/Kg
m
3 265,86
0,0089
3 265,86
0,0045
3 265,86
0,00225
3,35
3,35
Densidad de la sustancia
explosiva (ρse)
Velocidad de detonación (Vd)
Índice de la adiabática de los
3,35
productos de la explosión, K
SENATELTM MAGNAFRACTM
Características
U/M
26 mm
Densidad de la sustancia
explosiva (ρse)
Velocidad de detonación (Vd)
Calor de explosión (Q)
Diámetro (dse)
Índice de la adiabática de los
productos de la explosión, K
32 mm
Kg/m3
1 150
1 150
m/s
4 200
4 400
KJ/Kg
3 098,38
3 098,38
m
-
0,026
0,032
3,12
3,12
84
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Tesis Doctoral
Tabla 15. Características del equipo de perforación
Parámetro
U/M
Valor
Largo
m
12,47
Ancho
m
3,195
Longitud máxima de perforación
m
3,40
0,046
Diámetros de perforación
m
0,075
0,102
Teniendo en cuenta el área de la sección trasversal de la excavación y los
diámetros de perforación disponibles, además de las condiciones para la elección
expuestas en el capítulo II, se escoge como diámetro de perforación para realizar
los trabajos el de 0,046 m.
IV.6 Estado tenso-deformacional al explosionar las cargas de sustancia
explosiva
En este acápite se muestran los resultados obtenidos del estado tenso
deformacional que se produce al explosionar las cargas de SenatelTM MagnafracTM
de 32 mm para los grupos de barrenos de corte y arranque y de Cordón
Detonante de 42 g/m en el grupo de barrenos de contorno para las cinco
voladuras experimentales realizadas en la litología 5c.
El resto de los resultados para cada carga utilizada, grupo de barreno y tramo de
túnel se muestran en el anexo 9.
IV.6.1 Estado tenso-deformacional para los grupos de barrenos de corte y
arranque
En las tablas 16, 17 y las figuras 16, 17 y 18 se muestran los parámetros
obtenidos por la detonación de las cargas de SenatelTM MagnafracTM de 32 mm de
85
�M. Sc. Yoandro Diéguez García
Tesis Doctoral
diámetro. Estos resultados serán utilizados posteriormente para el diseño de las
voladuras experimentales definidas.
Tabla 16. Estado tenso - deformacional para los grupos de barrenos de corte y
arranque en las cinco voladuras experimentales de la litología 5c
Túnel Levisa - Mayarí: Tramo II
Sustancia Explosiva: SenatelTM MagnafracTM (32 mm)
Resultados
Resistencia dinámica de las rocas
Parámetro
U/M
p
MPa
Pd
V
U/M
Valor
5 403,88
MPa
1 652,10
MPa
1 819,21
MPa
12,77
m/s
1 067,96
MPa
155,30
-
1,32
MPa
2 396,02
A
-
3
m
-
3
Pr
MPa
14977,37
[ ]
Valor
Parámetro
2250
1800
Tensión a cortante
1350
Límite de resistencia a cortante
dinámico
900
450
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Dublin Core
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Tesis
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Metodología para el diseño de voladuras de contorno en el laboreo de excavaciones subterráneas horizontales
Creator
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Yoandro Diéguez García
Publisher
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Liliana Rojas Hidalgo
Date
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Tesis de doctorado
Subject
The topic of the resource
Minas
Language
A language of the resource
Español
Type
The nature or genre of the resource
Tesis de doctorado
-
https://repoedum.ismm.edu.cu/files/original/6075655915b774d58d420a79ddd1a3c6.pdf
8f96fc5795645c2bf443837cd1f77b97
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TESIS
Modelación matemática del proceso
de secado natural de las menas lateríticas
Yoalbis Retirado Mediaceja
�Página legal
Título de la obra. Modelación matemática del proceso de secado natural de las
menas lateríticas. -- 100 pág
Editorial Digital Universitaria de Moa, año.2012 -1. Autor: Yoalbis Retirado Mediaceja
2. Institución: Instituto Superior Minero Metalúrgico” Antonio Núñez Jiménez”
Edición: Liliana Rojas Hidalgo
Digitalización: Miguel Ángel Barrera Fernández
Institución del autor: ISMM ”Antonio Núñez Jiménez”
Editorial Digital Universitaria de Moa, año 2013
La Editorial Digital Universitaria de Moa publica bajo licencia Creative Commons de
tipo Reconocimiento No Comercial Sin Obra Derivada, se permite su copia y
distribución por cualquier medio siempre que mantenga el reconocimiento de sus
autores, no haga uso comercial de las obras y no realice ninguna modificación de ellas.
La licencia completa puede consultarse en:
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/ar/legalcode
Editorial Digital Universitaria
Instituto Superior Minero Metalúrgico
Las coloradas s/n, Moa 83329, Holguín
Cuba
e-mail: edum@ismm.edu.cu
Sitio Web: http://www.ismm.edu.cu/edum
�REPÚBLICA DE CUBA
MINISTERIO DE EDUCACIÓN SUPERIOR
INSTITUTO SUPERIOR MINERO METALÚRGICO
“Dr. Antonio Núñez Jiménez”
FACULTAD DE METALURGIA Y ELECTROMECÁNICA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA
MODELACIÓN MATEMÁTICA DEL PROCESO DE
SECADO NATURAL DE LAS MENAS LATERÍTICAS
TESIS PRESENTADA EN OPCIÓN AL GRADO
CIENTÍFICO DE DOCTOR EN CIENCIAS TÉCNICAS
YOALBYS RETIRADO MEDIACEJA
MOA, 2012
�REPÚBLICA DE CUBA
MINISTERIO DE EDUCACIÓN SUPERIOR
INSTITUTO SUPERIOR MINERO METALÚRGICO
“Dr. Antonio Núñez Jiménez”
FACULTAD DE METALURGIA Y ELECTROMECÁNICA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA
MODELACIÓN MATEMÁTICA DEL PROCESO DE
SECADO NATURAL DE LAS MENAS LATERÍTICAS
TESIS PRESENTADA EN OPCIÓN AL GRADO
CIENTÍFICO DE DOCTOR EN CIENCIAS TÉCNICAS
Autor: Prof. Aux., Ing. Yoalbys Retirado Mediaceja, Ms. C.
Tutores: Prof. Aux., Lic. Arístides Alejandro Legrá Lobaina, Dr. C.
Prof. Tit., Ing. Enrique Torres Tamayo, Dr. C.
MOA, 2012
�ÍNDICE
INTRODUCCIÓN.
Pág.
-1-
1
MARCO TEÓRICO PARA LA MODELACIÓN MATEMÁTICA DEL PROCESO DE SECADO
.
NATURAL DE LAS MENAS LATERÍTICAS.
-11-
1.1- Introducción.
-11-
1.2- Generalidades sobre los procesos de secado.
-11-
1.2.1- Mecanismos de movimiento de la humedad en los materiales porosos.
-12-
1.2.2- Antecedentes y estado actual de las teorías de secado de materiales porosos.
-13-
1.3- Investigaciones precedentes relacionadas con los procesos de secado.
-16-
1.3.1- Modelos matemáticos del proceso de secado solar.
-17-
1.3.2- Secado natural de materiales.
-18-
1.3.3- Secado natural de las menas lateríticas.
-18-
1.4- Teoría básica necesaria para la modelación matemática del proceso de secado natural.
-21-
1.4.1- Contenido de humedad del material.
-21-
1.4.2- Ratio de humedad.
-22-
1.4.3- Requerimiento térmico del proceso de secado.
-23-
1.4.4- Régimen de secado.
-24-
1.4.5- Ratio de secado.
-25-
1.4.6- Propiedades termofísicas del aire que influyen en el proceso de secado natural.
-26-
1.5- Características generales de las menas lateríticas utilizadas en la industria del níquel.
-26-
1.5.1- Composición química, granulométrica y mineralógica.
-26-
1.5.2- Propiedades termofísicas que influyen en el proceso de secado natural.
-27-
1.5.3- Evaporación de la humedad no estructural contenida en las menas lateríticas.
-28-
�1.6- Breve caracterización de las variables meteorológicas en la región de Moa.
-29-
1.7- Análisis del proceso de secado natural como objeto de modelación matemática.
-30-
1.8- Conclusiones del capítulo 1.
-32-
2 MODELACIÓN DE LOS PARÁMETROS FUNDAMENTALES DEL PROCESO DE SECADO
. NATURAL DE LAS MENAS LATERÍTICAS.
-33-
2.1- Introducción.
-33-
2.2- Modelos de los flujos de calor transferidos durante el proceso de secado natural.
-33-
2.2.1- Modelo del flujo de calor por radiación.
2.2.1.1- Modelo de la radiación solar que incide en la superficie de la pila.
-33-34-
2.2.2- Modelo del flujo de calor por convección.
-39-
2.2.3- Modelo del flujo de calor por conducción.
-42-
2.2.3.1- Modelo unidimensional de la distribución de temperatura en la pila.
-44-
2.3- Formalización de la modelación bidimensional de la distribución de temperatura.
-46-
2.4- Modelo general del proceso de secado natural de una pila de minerales.
-47-
2.4.1- Modelo unidimensional de la distribución de humedad en la pila.
-48-
2.5- Formalización de la modelación bidimensional de la distribución de humedad.
-51-
2.6- Modelos de la velocidad de secado y de la humedad del material en la superficie.
-53-
2.7- Modelos generales del área de exposición y el volumen de las pilas de material.
-55-
2.7.1- Modelos para las pilas de sección transversal triangular y otras de interés.
-57-
2.8- Conclusiones del capítulo 2.
-59-
3 IMPLEMENTACIÓN DE LOS MODELOS MATEMÁTICOS DEL PROCESO DE SECADO
. NATURAL DE LAS MENAS LATERÍTICAS.
-613.1- Introducción.
-61-
�3.2- Implementación de los modelos matemáticos en una aplicación informática.
-61-
3.3- Diseño de experimentos para la validación de los modelos.
-62-
3.3.1- Instalación experimental.
-62-
3.3.2- Selección de las variables.
-62-
3.3.2.1- Masa expuesta a secado, ángulo de reposo y dimensiones de las pilas.
-63-
3.3.2.2- Humedad inicial y final de las menas lateríticas.
-63-
3.3.2.3- Variables meteorológicas.
-64-
3.3.3- Tipo de diseño de experimentos empleado.
-64-
3.3.4- Matriz del diseño de experimentos y número de mediciones experimentales.
-65-
3.3.5- Consideraciones sobre la suficiencia del muestreo y el análisis de varianza.
-66-
3.3.6- Técnica experimental para la medición de la humedad de las menas lateríticas.
-67-
3.4- Validación de los modelos matemáticos con pilas de dimensiones industriales.
3.4.1- Aplicación práctica de los modelos matemáticos establecidos.
3.5 - Aplicación del procedimiento establecido a una pila de dimensiones industriales.
-68-70-70-
3.5.1- Cálculo del área de exposición y el volumen de la pila.
-70-
3.5.2- Cálculo de la radiación global que llega a la superficie de secado de la pila.
-71-
3.5.3- Cálculo del calor total que llega a la superficie de secado de la pila.
-72-
3.5.4- Cálculo y simulación de la distribución de temperatura del material en la pila.
-74-
3.5.5- Cálculo y simulación de la distribución de humedad del material en la pila.
-77-
3.5.6- Cálculo y simulación de la velocidad de secado en la pila.
-80-
3.6- Optimización de la forma geométrica de la sección transversal de las pilas.
-82-
�3.6.1- Elección del método de optimización.
-82-
3.6.2- Procedimiento de optimización implementado en la aplicación informática.
-83-
3.6.3- Resultados obtenidos en la optimización del caso de estudio considerado.
-85-
3.6.3.1- Según la densidad de radiación recibida en la superficie de la pila.
-85-
3.6.3.2- Según la radiación total y el calor total recibidos en la superficie.
-86-
3.6.3.3- Según el porcentaje y el volumen de mineral secado.
-88-
3.6.3.4- Influencia del área de exposición y el volumen de las pilas.
-89-
3.7- Propuesta de acciones científico-técnicas para perfeccionar la tecnología de secado
natural empleada en las empresas cubanas productoras de níquel y cobalto.
-90-
3.8- Breve valoración de los beneficios económicos derivados de la implementación del
secado natural de las menas lateríticas en las empresas productoras de níquel.
-92-
3.8.1- Beneficios obtenidos en la empresa “Comandante Ernesto Che Guevara”.
-92-
3.8.2- Beneficios obtenidos en la empresa “Comandante René Ramos Latour”.
-93-
3.9- Valoración de los impactos ambientales asociados al proceso de secado natural.
3.9.1- Impactos provocados por el polvo sobre la salud de los seres humanos.
-9495
3.9.2- Impactos provocados por el ruido sobre la salud de los seres
humanos.
95
3.10- Conclusiones del capítulo 3.
-96-
CONCLUSIONES GENERALES.
-97-
RECOMENDACIONES.
-99-
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS.
-100-
ANEXOS.
-XIV-
��SÍNTESIS
En el presente trabajo se desarrolló la modelación matemática del proceso de secado natural de las
menas lateríticas. Para ello, se sistematizaron los fundamentos básicos, las teorías y los modelos
generales de los procesos de secado y se particularizaron a las condiciones específicas del proceso
investigado, lo cual posibilitó la obtención de los modelos matemáticos de los flujos de calor que
inciden en el secado natural; la distribución de temperatura y humedad que experimenta el material;
la velocidad de secado; el área de exposición y el volumen de las pilas de minerales con diferentes
geometrías de su sección transversal. Los referidos modelos se implementaron en una aplicación
informática y se validaron, comprobándose que los mismos describen satisfactoriamente el proceso
de secado natural en las condiciones de explotación de las empresas cubanas productoras de níquel
y cobalto; por tal razón se consideran la novedad científica de esta Tesis Doctoral.
Mediante la aplicación informática creada se simuló la distribución de humedad que experimenta el
material, evidenciándose que durante el secado natural el movimiento de la humedad en las pilas de
minerales se produce, fundamentalmente, por los efectos combinados de la capilaridad y la difusión
de vapor. Se optimizó la geometría de la sección transversal de las pilas atendiendo a varios
criterios energéticos, determinándose que la implementación del secado natural debe desarrollarse
con pilas de sección parabólica que tengan la superficie de secado inclinada entre 30 y 60 grados
sexagesimales, respecto al plano horizontal. Luego, se establecieron acciones científico-técnicas
que contribuyen a perfeccionar la tecnología de secado natural empleada en las empresas cubanas
productoras de níquel y cobalto. Finalmente, se exponen los beneficios económicos y los impactos
ambientales asociados al proceso de secado natural de las menas lateríticas.
�INTRODUCCIÓN
La producción de níquel y cobalto, basada en la aplicación de la lixiviación carbonato amoniacal, se
desarrolla en las empresas “Comandante Ernesto Che Guevara” y “Comandante René Ramos
Latour”, ubicadas en los municipios Moa y Mayarí, respectivamente. El proceso productivo
comienza con la extracción a cielo abierto de las menas lateríticas, las cuales se someten a diversos
procesos metalúrgicos entre los que se encuentra el secado térmico convencional.
Hoy día, en las plantas de Preparación de Mineral de estas industrias metalúrgicas existe como
situación problémica el elevado contenido de humedad que tienen las menas lateríticas al ingresar
a los secaderos térmicos convencionales. Esto provoca que en las mencionadas plantas persistan
como problemas no resueltos: la adherencia y recirculación del tres al cinco por ciento del
material trasegado en los sistemas de transporte automotor y por bandas, que aumenta sus
respectivos consumos de combustible y energía eléctrica; el transporte de 34 a 42 t de agua por
cada 100 t de material procesadas, que impone la necesidad de aumentar la productividad de los
referidos sistemas de transporte para cumplir los planes de producción de las empresas; y el
consumo de 27 a 34 kg de petróleo por cada tonelada de menas lateríticas alimentada al proceso
de secado convencional, lo cual reduce la eficiencia térmica de los secaderos (Diagnóstico técnico
de las empresas “Comandante Ernesto Che Guevara” y “Comandante René Ramos Latour”, 2010).
Entre las causas fundamentales que originan la mencionada situación problémica se encuentran: las
características hidrogeológicas de los yacimientos niquelíferos cubanos (Blanco y Llorente, 2004;
De Miguel, 2004, 2007; Ochoa, 2008; Carmenate, 2009) y la ineficiente tecnología empleada en la
implementación del proceso de secado natural de las menas lateríticas, antes de que estas ingresen
a los secaderos térmicos convencionales de las empresas cubanas productoras de níquel y cobalto.
La presente investigación está encaminada a mitigar la segunda causa que da origen a la situación
problémica, a partir de introducir acciones científico-técnicas que contribuyan a perfeccionar la
tecnología de secado natural empleada en las empresas niquelíferas cubanas.
�Los estudios más interesantes dedicados a la implementación práctica del secado natural de las
menas lateríticas fueron desarrollados por un grupo de investigadores del Centro de Desarrollo de
Investigaciones del Níquel de Moa (Estenoz et al., 2005, 2007a, b y c). En estas investigaciones, los
autores diseñaron una tecnología para el secado solar a la intemperie de las menas lateríticas que
prevé la formación, la evacuación y el control de las operaciones con pilas de minerales en los
depósitos mineros. La tecnología tiene varias ventajas, pero presenta las siguientes limitaciones:
Presupone la construcción de un grupo de instalaciones auxiliares que, para su funcionamiento,
requieren de elevados consumos de energía, esto limita su aplicación debido al incremento
progresivo del precio del combustible en el mercado internacional.
No considera la evaluación rigurosa de los procesos de transferencia de calor y masa que
inciden en el secado natural, así como la aplicación de modelos matemáticos ajustados a las
condiciones en que se desarrolla el proceso en las empresas productoras de níquel y cobalto.
No permite predecir la variación de humedad que experimenta el material durante el proceso de
secado natural, por tanto, se dificulta estimar el tiempo de secado que se requiere para reducir su
humedad desde un valor inicial conocido a otro valor final deseado.
No concibe la caracterización de la geometría de la sección transversal de las pilas y, por
consiguiente, no permite calcular con precisión el área de exposición de la pila, el volumen de
material expuesto a secado y la radiación solar global captada por la superficie de secado.
Por su parte, en las investigaciones desarrolladas en el Instituto Superior Minero Metalúrgico de
Moa (Retirado y Legrá, 2011; Retirado et al., 2012) y en el presente trabajo se defiende la idea de
que se puede contribuir al perfeccionamiento de la tecnología empleada para la implementación del
secado natural de las menas lateríticas, a través de la modelación matemática del proceso. Este
aspecto no ha sido suficientemente valorado en los trabajos desarrollados en las empresas cubanas
productoras de níquel y cobalto debido, entre otros factores, a la complejidad que implica la
obtención de los modelos del secado natural de las menas lateríticas.
�La modelación matemática del proceso de secado natural de las menas lateríticas permite estudiarlo
teóricamente y, luego de las correspondientes comprobaciones experimentales, posibilita realizar
simulaciones computacionales del proceso mediante el empleo de adecuados sistemas informáticos.
Esta
posibilidad
constituye
una alternativa
tecnológicamente
viable
para predecir el
comportamiento de la humedad del material y la velocidad de secado cuando las variables
independientes y los parámetros de los modelos matemáticos toman ciertos valores. Además las
simulaciones permiten racionalizar la implementación del proceso de secado natural en las
condiciones de explotación de las empresas cubanas productoras de níquel y cobalto.
A nivel internacional, la modelación matemática ha sido utilizada en diversas investigaciones con la
finalidad de establecer tecnologías racionales para la implementación del secado solar de diferentes
materiales. Los estudios más difundidos analizan el secado de granos, café, arroz, madera, pulpa de
bagazo y lodos, entre otros (Simate, 2003; Hossain et al. 2005; Fayett, 2008; Hernández et al.,
2008; Montes et al., 2008; Morsetto et al., 2008; Salinas et al., 2008; Ferreira y Costa, 2009).
En el ámbito nacional, se han publicado trabajos que abordan la modelación del proceso de secado
convencional, pero las investigaciones consultadas no contienen los modelos matemáticos del
secado natural para los materiales analizados. Las mismas se dedican, fundamentalmente, al estudio
energético y termodinámico del secado solar de café (Ferro et al., 1999, 2000; Abdala et al., 2003;
Fonseca et al., 2003), granos (Fonseca et al., 2000), semillas (Fonseca et al., 2002, Bergues et al.,
2002, 2003a), plantas medicinales (Bergues et al., 2003b), madera (Griñán y Fonseca, 2003;
Pacheco et al., 2006), productos varios (Bergues et al., 2006) y carbón mineral (Leyva et al., 2010).
Actualmente, es escasa la literatura internacional que aborda el secado natural de los minerales
lateríticos. En Cuba, los aspectos teóricos, experimentales y tecnológicos del proceso han sido
estudiados por múltiples investigadores (Estenoz y Espinosa, 2003; Estenoz et al., 2005, 2006,
2007b; Retirado et al., 2007, 2009, 2010; Estenoz, 2009; Espinosa y Pérez, 2010a y b; Vinardell,
2011), pero ninguno ha considerado la modelación matemática como herramienta para el
�perfeccionamiento de la tecnología empleada en la implementación del secado natural de las menas
lateríticas que se procesan en las empresas cubanas productoras de níquel y cobalto.
Lo anterior ha contribuido a que, en las empresas niquelíferas cubanas, el proceso de secado natural
de las menas lateríticas se implemente basado en las investigaciones realizadas en el Centro de
Desarrollo de Investigaciones del Níquel y la empresa “Comandante Ernesto Che Guevara”. Los
referidos estudios se orientan, esencialmente, al desarrollo de tecnologías que presuponen el diseño
y la construcción de costosas instalaciones. Este enfoque implica un incremento de los gastos
económicos y relega a un segundo plano la posibilidad de perfeccionar la tecnología empleada para
la implementación del secado natural, mediante la aplicación de la modelación matemática.
Para contribuir, a través de la modelación matemática, al perfeccionamiento de la tecnología de
secado natural empleada en las empresas cubanas productoras de níquel y cobalto, se deben
modelar y calcular los parámetros fundamentales del proceso para el material en cuestión, ellos son:
los flujos de calor transferidos, la radiación solar que incide en la superficie de las pilas, la
distribución de temperatura y humedad que experimenta el material, la velocidad de secado, el área
de exposición y el volumen de las pilas. Sin embargo, en la actualidad lo anterior no ha sido posible
debido al limitado conocimiento que se tiene del proceso de secado natural de las menas lateríticas.
De los criterios expuestos se infiere como problema científico a resolver:
El insuficiente conocimiento del proceso de secado natural de las menas lateríticas, que limita la
modelación matemática y el cálculo de sus parámetros fundamentales en las condiciones de
explotación de las empresas cubanas productoras de níquel y cobalto.
Como objeto de estudio de la investigación se plantea:
El proceso de secado natural de las menas lateríticas en las empresas cubanas productoras de níquel
y cobalto.
�Y su campo de acción es: la modelación de los parámetros fundamentales del proceso investigado.
En correspondencia con el problema científico declarado se define como objetivo general:
Desarrollar la modelación matemática del proceso de secado natural de las menas lateríticas, que
posibilite el cálculo de sus parámetros fundamentales en las condiciones de explotación de las
empresas cubanas productoras de níquel y cobalto.
A partir del problema científico y el objetivo general declarados se establece la siguiente hipótesis:
La sistematización de los fundamentos básicos, las teorías y los modelos generales de secado; y su
particularización para las condiciones específicas en que se implementa el secado natural de las
menas lateríticas, permitirá generar el conocimiento necesario para la modelación y el cálculo de los
flujos de calor transferidos, la radiación solar que incide en la superficie de las pilas, la distribución
de temperatura y humedad que experimenta el material, la velocidad de secado, el área de
exposición y el volumen de las pilas; y posibilitará la simulación y optimización de parámetros del
proceso en las condiciones de explotación de las empresas cubanas productoras de níquel y cobalto.
La novedad científica de la presente investigación radica en que:
Se establecen los modelos matemáticos que describen apropiadamente el proceso de secado natural
de las menas lateríticas y posibilitan, mediante su implementación en una aplicación informática, el
cálculo, la simulación y la optimización de parámetros del proceso en las condiciones de
explotación de las empresas cubanas productoras de níquel y cobalto.
Para dar cumplimiento al objetivo general se declaran los siguientes objetivos específicos:
A. Determinar las limitaciones de las investigaciones precedentes relacionadas con los procesos,
las teorías y los modelos de secado, al ser aplicadas al objeto de estudio.
B. Establecer un procedimiento que contenga e integre los modelos matemáticos de los parámetros
fundamentales del proceso de secado natural de las menas lateríticas.
�C. Calcular los parámetros fundamentales del proceso investigado, mediante la implementación
del procedimiento y los modelos matemáticos establecidos.
Para garantizar la obtención de la novedad científica se desarrollan las siguientes tareas:
A.1- Actualizar el estado del arte en relación con las teorías y los modelos de secado, a partir de la
sistematización del conocimiento científico expuesto en las investigaciones precedentes.
A.2- Exponer un sistema gnoseológico actualizado sobre:
La teoría básica necesaria para la modelación matemática del proceso de secado natural;
Las características generales de las menas lateríticas utilizadas en la industria del níquel y;
Las características de las variables meteorológicas en la región de Moa.
B.3- Desarrollar procedimientos y modelos matemáticos para el cálculo de:
Los flujos de calor transferidos durante el secado natural de las menas lateríticas.
La radiación solar global que incide sobre la superficie de secado de las pilas de minerales.
La temperatura y humedad de las menas lateríticas en la superficie de secado de las pilas.
La distribución de temperatura y humedad que experimenta el material en las pilas.
La velocidad de secado durante la implementación del proceso.
El área de exposición y el volumen de las pilas de material expuestas a secado natural.
C.4- Crear una aplicación informática que permita validar los modelos matemáticos establecidos.
C.5- Simular la distribución de temperatura y humedad que experimentan las menas lateríticas, y la
velocidad de secado durante la implementación del proceso.
C.6- Realizar la optimización multicriterial de la forma geométrica de la sección transversal de las
pilas de menas lateríticas en función del aprovechamiento de la energía térmica disponible
para el proceso de secado natural.
D.7- Establecer acciones científico-técnicas que contribuyan a perfeccionar la tecnología de secado
natural empleada en las empresas cubanas productoras de níquel y cobalto.
�D.8- Valorar los beneficios económicos y los impactos ambientales asociados a la implementación
del proceso de secado natural de las menas lateríticas en las empresas productoras de níquel y
cobalto seleccionadas.
Los principales métodos de investigación empleados en el trabajo se exponen a continuación:
Histórico-lógico: para la actualización del estado del arte relacionado con las teorías y los
modelos actualmente usados para describir el proceso de secado de materiales porosos.
Sistémico: para la sistematización de la teoría básica de los procesos de secado que resulta de
interés para la modelación matemática de los parámetros fundamentales del objeto de estudio.
Inductivo-deductivo: para la determinación de las limitaciones de las investigaciones
precedentes consultadas, al ser aplicadas al secado natural de las menas lateríticas.
Modelación físico-matemática: para el establecimiento de los modelos matemáticos de los
parámetros fundamentales del proceso de secado natural, para el material en cuestión.
Separación de variables: para la obtención de las soluciones analíticas de las ecuaciones
diferenciales de difusión del calor y del intercambio de humedad en un material poroso.
Experimental: para la caracterización de las menas lateríticas y la obtención de los datos
experimentales necesarios para la validación de los modelos matemáticos establecidos.
Computacional: para la validación de los modelos, el cálculo de los parámetros fundamentales
del proceso y la creación de los gráficos de comportamiento de interés para la investigación.
Búsqueda exhaustiva: para la optimización multicriterial de la forma geométrica de la sección
transversal de las pilas de menas lateríticas expuestas a secado natural.
Se establecen como aportes teóricos específicos de la investigación:
El modelo de la radiación solar global que incide en la superficie de secado de las pilas de
minerales que es función de la altura solar (incluye los efectos de sombra que se producen por el
movimiento del sol), la latitud, el día del año, la orientación e inclinación de la superficie de
secado, y los ángulos maximal y tangencial de las pilas de menas lateríticas (expresión 2.21).
� Los modelos de la distribución de temperatura y humedad que experimentan las menas
lateríticas durante el proceso de secado natural, los cuales son función de las condiciones de
secado específicas del proceso investigado (expresiones 2.55; 2.81 y la 4 del Anexo 7).
Los modelos de la velocidad de secado y de la humedad del material en la superficie de las pilas
de minerales que son función de los periodos de secado, el área de exposición de la pila, la
radiación solar global incidente y los flujos de calor transferidos, entre otros parámetros del
proceso de secado natural de las menas lateríticas (expresiones 2.98; 2.99; 2.100 y 2.101).
Los modelos del área de exposición y el volumen de las pilas con diferentes formas geométricas
de su sección transversal (expresiones 2.112; 2.114 y las 1; 2; 6; 7; 8 y 9 del Anexo 9).
Los procedimientos para el diseño y la programación de una aplicación informática que
permiten calcular los parámetros del proceso de secado natural de las menas lateríticas.
Los procedimientos para la optimización multicriterial de la forma geométrica de la sección
transversal de las pilas de menas lateríticas expuestas a secado natural.
Y se consideran como aportes prácticos del trabajo:
El procedimiento de cálculo que contiene e integra los modelos matemáticos de los parámetros
fundamentales del proceso de secado natural de las menas lateríticas.
La aplicación informática (SecSolar) que permite implementar de forma sencilla, rápida y
eficiente, las ecuaciones de enlace, los procedimientos y los modelos establecidos en el trabajo.
Las acciones científico-técnicas que contribuyen a perfeccionar la tecnología de secado natural
empleada en las empresas cubanas productoras de níquel y cobalto.
Producción científica del autor sobre el tema de la tesis
Como parte del proceso investigativo el autor desarrolló y defendió exitosamente su Tesis de
Maestría la cual estuvo directamente relacionada con la temática investigada en esta Tesis Doctoral;
participó en cinco eventos científico-técnicos donde presentó siete ponencias; en revistas científicas
realizó 11 publicaciones relacionadas con el secado solar natural, la modelación matemática, la
�simulación, el mineral laterítico y la transferencia de calor. Además dirigió, como tutor, 17 Tesis de
Ingeniería y una Tesis de Maestría las cuales se vinculan con el tema de investigación en cuestión.
Los eventos, las publicaciones y las tutorías antes mencionadas se relacionan en el Anexo 1.
Metodología empleada para el desarrollo de la investigación
La misma es novedosa porque conjuga el estudio de un proceso complejo y poco investigado para el
material en cuestión, con la utilización del método de modelación físico-matemática y se obtienen
los modelos que describen apropiadamente el objeto de estudio. Además, combina la aplicación de
la simulación y la optimización para el establecimiento de acciones científico-técnicas que
contribuyen a perfeccionar la tecnología empleada para la implementación del proceso de secado
natural de las menas lateríticas, aspecto no logrado hasta el momento.
La metodología consta de cuatro etapas de trabajo que se corresponden con las utilizadas por otros
investigadores en la modelación de procesos industriales (Torres, 2003; Laborde, 2005; Sierra,
2005) y con las empleadas en la modelación del secado de diversos materiales (Jia et al., 2000;
Ananías et al., 2001; Ivanova y Andonov, 2001; Gaston et al., 2002; Mohapatra y Rao, 2005;
Medeiros et al., 2006; Picado et al., 2006; Beltagy et al., 2007; Cala et al., 2007; Parra-Coronado et
al., 2008; Sandoval-Torres, 2009). Las etapas ejecutadas se exponen a continuación:
Primera etapa (Fundamentación teórica de la investigación): se seleccionó el objeto de estudio,
para ello se consideró la importancia económica que el mismo tiene para las empresas cubanas
productoras de níquel y cobalto. Se determinaron los métodos de investigación a emplear, se realizó
la revisión y el análisis de las investigaciones precedentes, y se expuso la teoría básica necesaria
para la modelación del proceso investigado. Se establecieron las características generales de las
menas lateríticas y de las variables meteorológicas de interés para la investigación, y se analizó el
proceso de secado natural como objeto de modelación matemática. Los aspectos anteriores, vistos
de forma integrada, constituyen el marco teórico que sustenta la presente Tesis Doctoral.
�Segunda etapa (Modelación matemática del objeto de estudio): se establecieron los modelos que
permiten calcular los flujos de calor por radiación, convección y conducción; la radiación solar
global que incide sobre la superficie de secado de las pilas de minerales; la distribución de
temperatura y humedad que experimenta el material durante el proceso; la velocidad de secado y la
humedad del mineral en la superficie de las pilas. Además se dedujeron los modelos del área de
exposición y el volumen de las pilas con diferentes formas geométricas de su sección transversal.
Tercera etapa (Validación de los modelos teóricos): se realizaron pruebas de secado natural y se
obtuvieron los valores experimentales de la humedad del material. Se implementaron los modelos
matemáticos en una aplicación informática que permitió calcular los valores teóricos de la
humedad, con los resultados experimentales y los teóricos obtenidos se validaron los modelos
propuestos. El proceso de validación se realizó mediante la comparación de la humedad del material
determinada experimentalmente con la humedad teórica calculada con los modelos para las mismas
condiciones físicas en que se desarrolló el experimento. Se calculó el error relativo promedio y se
verificó que el mismo no excediera el 10 %. Seguidamente, se comprobó que los modelos
matemáticos establecidos, utilizados de forma integrada, describen apropiadamente el proceso de
secado natural de las menas lateríticas.
Cuarta etapa (Implementación de los modelos): mediante la aplicación informática creada
(SecSolar) se calcularon los parámetros fundamentales del proceso estudiado, se simuló la
distribución de temperatura y humedad que experimenta el material y se identificó el mecanismo de
movimiento de la humedad que predomina durante el proceso de secado natural de las menas
lateríticas. Se desarrolló la optimización multicriterial de la forma geométrica de la sección
transversal de las pilas. Luego, se establecieron acciones científico-técnicas que contribuyen a
perfeccionar la tecnología de secado natural empleada en las empresas cubanas productoras de
�níquel y cobalto. Además, se realizó una breve valoración de los beneficios económicos y los
impactos ambientales asociados al secado natural de las menas lateríticas.
Finalmente, se exponen las conclusiones generales, las cuales recogen los principales resultados del
trabajo; las recomendaciones, que constituyen punto de partida para futuras investigaciones
relacionadas con la temática en cuestión; y los anexos, que complementan la información expuesta
en la presente Tesis Doctoral.
�CAPÍTULO I
1. MARCO TEÓRICO PARA LA MODELACIÓN MATEMÁTICA DEL
PROCESO DE SECADO NATURAL DE LAS MENAS LATERÍTICAS
1.1- Introducción
La modelación matemática del secado natural es una tarea compleja que depende de múltiples
parámetros del proceso. Esta temática no ha sido suficientemente investigada para el caso de las
menas lateríticas. Es por ello, que se requiere del estudio de las teorías de secado y los trabajos
precedentes que pueden contribuir en el análisis y la solución del problema investigado.
El objetivo del presente capítulo es: exponer los fundamentos teóricos necesarios para la
modelación matemática del proceso de secado natural de las menas lateríticas, a partir de la
sistematización del conocimiento científico establecido en la literatura consultada.
1.2- Generalidades sobre los procesos de secado
El secado es uno de los procesos más empleados a nivel industrial en el mundo. Actualmente, una
gran cantidad de materiales son secados por diversas razones: la preservación, la reducción de peso
o volumen para el transporte, el mejoramiento de su estabilidad dimensional, o como una etapa más
de su procesamiento industrial. A pesar de los criterios anteriores, todavía se desconocen muchos
aspectos relacionados con las etapas y los mecanismos físicos de movimiento de la humedad
implicados en el proceso de secado. Esto se debe, en buena medida, a la complejidad de la
estructura de los materiales sometidos a secado, porque a nivel microscópico son muy irregulares y
complejos (Hernández y Quinto, 3003b, 2005).
�La importancia de los procesos de secado se puede apreciar a través de los estudios realizados por
Strumillo et al. (1995) quienes estimaron que el 12 % del consumo mundial de energía a nivel
industrial es destinado a los procesos de secado. Por otro lado, Retirado (2007) y Vinardell (2011)
determinaron, basados en el análisis de los informes económicos anuales de las empresas cubanas
productoras de níquel y cobalto, que en el secado convencional de las menas lateríticas se emplea
alrededor del 20 % de la energía consumida en las mencionadas industrias metalúrgicas.
1.2.1- Mecanismos de movimiento de la humedad en los materiales porosos
Para explicar el traslado de la humedad en los materiales porosos, durante el proceso de secado, en
la literatura científica se pueden encontrar referencias a diversos mecanismos de movimiento de la
humedad (Hernández y Quinto, 2003a y b, 2005), ellos son:
Difusión líquida: debido a los gradientes de concentración de humedad.
Difusión de vapor: debido a los gradientes de presión parcial del vapor
Movimiento de líquido: debido a las fuerzas capilares
Flujo de líquido o vapor: debido a diferencias en la presión que existe en el interior de los
poros y el agente secante.
Efusión: se presenta cuando el camino libre medio de las moléculas de vapor es del orden del
diámetro de los poros.
Movimiento de líquido: debido a la gravedad.
Difusión superficial: debido a los gradientes de concentración de humedad y de presión
parcial del vapor que se generan en la superficie de secado.
De forma general, se considera que el mecanismo de flujo capilar es el que predomina durante el
periodo de secado de velocidad constante, mientras que los mecanismos de condensaciónevaporación y flujo de vapor corresponden al periodo de velocidad decreciente (Keey, 1980). El
estudio de estos mecanismos, aplicados al análisis del proceso de secado, ha dado lugar a diferentes
teorías de secado, cuya descripción es el objetivo principal del epígrafe siguiente.
�1.2.2- Antecedentes y estado actual de las teorías de secado de materiales porosos
Los primeros intentos realizados para tratar de explicar el proceso de secado y los mecanismos que
intervienen en el mismo datan de la primera década del siglo XX. Desde entonces, se han publicado
en la literatura científica diversas teorías que buscan describir la forma en que se desarrolla el
secado. A partir de estas teorías fueron establecidos múltiples modelos matemáticos generales.
La mayor parte de esos modelos se desarrollaron con base en el conocimiento empírico, por lo que
estos solo son útiles para describir el secado de una manera muy general. Sin embargo, también se
ha recurrido a los conocimientos que proporcionan la termodinámica, la mecánica de fluidos y la
transferencia de calor, entre otras disciplinas científicas, para plantear ecuaciones matemáticas que
describan el secado desde un punto de vista más formal (Hernández y Quinto, 2005). Las teorías
actualmente usadas para explicar el proceso de secado de los materiales porosos son las que a
continuación se describen.
En 1907 se enuncia la teoría capilar la cual refiere que durante el secado el transporte del líquido
se produce a través de los interticios y sobre la superficie del sólido debido a la atracción molecular
entre el líquido y el sólido (Buckingham, 1907). Algunos investigadores han señalado que en el
secado de sólidos granulares, el flujo de humedad es determinado totalmente por fuerzas capilares
por lo que es independiente de la concentración de humedad. Sin embargo, se ha demostrado a
través de experimentos, que el flujo de humedad puede ser en la dirección del incremento de la
concentración si la fuerza conductora predominante es el gradiente de tensión.
La teoría de difusión líquida considera que el movimiento de la humedad durante el secado se
debe únicamente a la difusión líquida, por lo que se puede representar con la Ley de Fick (Lewis,
1921), la referida ley ha sido resuelta considerando coeficientes de difusión constantes, medios
isotrópicos y condiciones de frontera de primer orden. Esta teoría, en los últimos años, ha ganado
preferencias entre los investigadores en el área de los alimentos y granos por los buenos resultados
que se obtienen al utilizarla (Yang et al., 2002; Wu et al., 2004; Rafiee et al., 2007, 2008).
�Por su parte, la teoría de condensación-evaporación (o teoría de Henry) tiene en cuenta la difusión
simultánea de calor y masa, asume que los poros forman una red continua de espacios incluidos en
el sólido y que la cantidad de vapor varía de forma lineal con la concentración de vapor y la
temperatura. Esta teoría considera además que el flujo capilar no es el único mecanismo de
transporte de humedad presente al inicio del periodo de velocidad de secado decreciente, sino que
también ocurre la transferencia de vapor por difusión (Henry, 1939).
Entre tanto, la teoría de Philip y De Vries considera que la humedad se desplaza tanto por difusión
como por capilaridad (Philip y De Vries, 1957). Los investigadores derivaron las ecuaciones que
describen la transferencia de calor y masa en materiales porosos bajo los gradientes combinados de
temperatura y de humedad; y extendieron sus modelos para mostrar separadamente los efectos de
los componentes isotérmicos y térmicos de la transferencia de vapor. La limitación de esta teoría
radica en que los modelos matemáticos sólo se emplean en el primer periodo de secado, debido a
que es en esta etapa del proceso donde se mantiene en el medio poroso una película de humedad
continua, en el interior de los poros.
De forma análoga la teoría de Krischer y Berger-Pei establece que durante el secado la humedad
puede migrar en el estado líquido por capilaridad y en el estado vapor por un gradiente de
concentración de vapor (Krischer, 1963). Por su parte, Berger y Pei (1973) señalaron que las
principales dificultades encontradas en el modelo de Krischer son la aplicación de la isoterma de
sorción y el uso de las condiciones de frontera de primer tipo. Estos investigadores, a diferencia de
Krischer (1963), emplearon las ecuaciones acopladas de la transferencia de calor y masa.
Las dos teorías anteriores, las enunciadas por Philip y De Vries y por Krischer y Berger-Pei, fueron
los primeros intentos realizados para lograr un modelo general del proceso de secado, en donde se
considera que la migración de la humedad se debe a más de un mecanismo físico.
La consideración de que los flujos debido a la difusión de vapor y líquida están conformados por
dos partes: una debida al gradiente de concentración de humedad total y la otra debido al gradiente
�de temperatura fue establecida en la teoría de Likov (Likov, 1966). Es una de las teorías más
completa de las enunciadas hasta la actualidad para explicar el proceso de secado de los materiales
porosos. Sin embargo, no ha sido completamente aceptada dado a que no existe consenso entre los
investigadores en cuanto a la validez y el significado físico del potencial de transferencia de masa,
introducido por primera vez por Likov en 1966.
Las ecuaciones de conservación para un volumen promedio del sólido a partir de las expresiones
matemáticas de cada fase del proceso fueron establecidas en la teoría de Whitaker (Whitaker,
1977; Whitaker y Chou, 1983). La modelación general planteada no difiere sustancialmente de la
establecida por Likov (1966), pero debido a que tiene un buen sustento físico y matemático, ha
tenido aceptación entre los investigadores de la temática de secado, al grado de ser considerada
como la mejor aproximación al estudio del secado en materiales porosos. Hoy día el modelo de
Whitaker, aunque es casi imposible de resolver analíticamente, se considera el más completo y
preciso para describir los fenómenos que ocurren durante el proceso de secado de un sólido poroso.
El modelo integral de la transferencia simultánea de calor y masa que considera todos los factores
que intervienen en el proceso de secado está contenido en la teoría de Kowalski-Strumillo
(Kowalski y Strumillo, 1997), el mismo implica serios problemas para resolverse analíticamente, es
por ello que en uno de sus trabajos posteriores (Kowalski y Strumillo, 2001) sugirieron que podría
establecerse un modelo más simple, con base en la termodinámica de los procesos irreversibles,
como el desarrollado por Likov (1966), pero que tome en cuenta la transferencia de calor, de masa y
la presencia de los efectos esfuerzo-deformación que tienen lugar durante el secado.
La incorporación de las ecuaciones de esfuerzo-deformación, a las de transferencia de calor y masa,
constituye la novedad de esta teoría ya que con anterioridad casi todos los modelos de secado
consideraban que el sólido no sufría deformaciones, lo que representa una simplificación que
facilita la solución del sistema de ecuaciones diferenciales. La solución del sistema de ecuaciones
generado permite conocer simultáneamente: la humedad, la temperatura, la deformación y el
�esfuerzo en los materiales durante el proceso de secado. Esta teoría es relativamente reciente, sin
embargo, constituye una de las aproximaciones más interesantes de las conocidas hasta hoy, para
estudiar los fenómenos de esfuerzo-deformación de un sólido durante el secado.
Como se ha indicado en este epígrafe, existen varias teorías que explican el transporte de la
humedad en medios porosos, para las cuales se han desarrollado diversos modelos generales. Sin
embargo, los modelos de secado más difundidos actualmente son los que consideran la difusión
simultánea de vapor y líquido (Henry, 1939; Philip y De Vries, 1957), los que se sustentan en la
termodinámica de los procesos irreversibles (Likov, 1966; Whitaker, 1977; Whitaker y Chou, 1983)
y los que se fundamentan en la transferencia simultánea de calor, masa y momentum (Kowalski y
Strumillo, 1997, 2001), los restantes modelos de secado se utilizan en menor medida.
1.3- Investigaciones precedentes relacionadas con los procesos de secado
La modelación matemática del secado de materiales porosos utilizando aire caliente, implica la
inclusión de fenómenos de transporte multifásicos acompañados por cambios de fase. El parámetro
fundamental del proceso es la velocidad de secado, la que depende principalmente de la
temperatura, velocidad y humedad del aire, el área interfacial por unidad de volumen, el espesor del
lecho y la naturaleza intrínseca del material, que determinará si el mecanismo de transporte de la
humedad en su interior es por difusión líquida, difusión de vapor, capilaridad, convección o
transporte mixto (Thorpe, 1995; Jiménez, 1999).
Los modelos matemáticos más difundidos para el estudio de los procesos de transferencia de calor y
masa consideran un equilibrio térmico local en cada punto del grano, originando modelos formados
por ecuaciones diferenciales hiperbólicas (Thorpe y Whitaker, 1992). En la literatura científica se
encuentran diversos modelos de la transferencia de calor y masa que ocurre en almacenes con lotes
de granos (Muregesan y Seetharamu, 1996; Patiño-Palacios, 1996). Tales modelos se emplean con
fines de investigación para el diseño de los procesos de secado (Jiménez, 1999).
�1.3.1- Modelos matemáticos del proceso de secado solar
Montero (2005) realiza la modelación de un secadero solar híbrido para residuos biomásicos
de la industria almazarera en España. Secaderos similares al estudiado por la investigadora
han sido modelados en diversas publicaciones (Condorí et al, 2001; Adsten et al., 2002;
Torres-Reyes et al., 2002; Bennamoun y Belhamri, 2003; Bahansawy y Shenana, 2004). En
general, los autores se basan en la aplicación de balances de masa y energía en los diferentes
elementos del sistema de secado. Otras investigaciones relacionadas con el análisis energético y la
modelación de los procesos de secado desarrollados en secaderos solares directos, indirectos,
mixtos, híbridos, activos, pasivos, y los de tipo túnel, cabina e invernadero se reportan en múltiples
trabajos (Condorí y Saravia, 2003; Sogari y Saravia, 2003; Celma et al., 2004; Jain, 2005, Ribeiro,
2005, Sacilik et al., 2005; Murthy y Joshi, 2006; Chen, 2007). Los modelos obtenidos en estas
publicaciones son satisfactorios para las aplicaciones para los cuales fueron creados.
Montoya y Jiménez (2006) muestran los resultados de un experimento de secado al aire libre de la
especie de bambú Guadua Angustifolia, apoyados en los resultados experimentales plantearon
diferentes modelos matemáticos (exponenciales, lineales, polinomiales y logarítmicos) para
describir el comportamiento del contenido de humedad en función del tiempo de secado. Basado en
el coeficiente de correlación propusieron el modelo exponencial para lograr el mejor ajuste a las
curvas experimentales. Estudios similares se reportan en numerosas investigaciones (Qisheng et al.,
2002; Liese y Kumar, 2003).
Abdel-Rehim y Nagib (2007) exponen los modelos del secado solar de pulpa de bagazo utilizando
aire por convección natural y forzada, emplearon como ecuación de balance para la convección
natural la expresión reportada por Duffie y Beckman (1980), y para la convección forzada usaron
una ecuación diferencial que relaciona los calores que intervienen en el proceso investigado.
En Cuba, el proceso de secado solar ha sido estudiado por múltiples investigadores (Griñán y
Fonseca, 2003; Bergues et al., 2006; Pacheco et al., 2006; Leyva et al., 2010). Sin embargo, estas
�publicaciones no contienen los modelos matemáticos del secado natural de los materiales
examinados, solo se circunscriben al análisis energético y termodinámico del proceso.
1.3.2- Secado natural de materiales
El secado natural o secado directo al sol es el proceso en el cual los materiales se exponen
directamente a la radiación solar colocándolos sobre el suelo o en dispositivos específicos. Es uno
de los usos más antiguos de la energía solar, siendo aún el proceso más utilizado en países en vías
de desarrollo para el secado de productos agrícolas (Alvear et al., 2002; Chiappero, 2002; Berruta,
2004; Doymaz, 2004, 2006). Es un procedimiento con bajo costo económico y ambiental que por
sus perspectivas es muy utilizado e investigado a nivel mundial (Joshi et al., 2004; Koyuncu et al.,
2004; Kavak et al., 2005; Mohamed et al., 2005; Mwithiga y Olwal, 2005; Restrepo y Burbano,
2005; Telis-Romero et al., 2005; Tunde-Akitunde et al., 2005; Gógüs y Mascan, 2006; Ocampo,
2006; Cortez et al., 2008). En el ámbito nacional, su empleo abarca a las industrias alimenticia,
cafetalera, maderera y niquelífera. En esta última, se han desarrollado diversas investigaciones con
la finalidad de implementarlo de forma permanente y eficiente.
1.3.3- Secado natural de las menas lateríticas
Se conoce de la práctica internacional, fundamentalmente en Brasil, Filipinas, Francia y Australia
que el manejo reiterado de las menas lateríticas en los depósitos de secado solar a la intemperie
influye positivamente en la homogenización del material y en la reducción de su contenido de
humedad (Estenoz, 2001; Estenoz et al., 2005, 2007a, b y c; Serrano, 2009).
En Cuba, el secado natural de los minerales lateríticos se implementa en las empresas “Comandante
Ernesto Che Guevara” y “Comandante René Ramos Latour”. Actualmente, las menas lateríticas se
someten al secado natural en pilas (con secciones transversales triangulares) para lograr un mejor
aprovechamiento de la superficie horizontal disponible para el secado y, además, para facilitar el
drenaje del agua en caso de que ocurran abundantes precipitaciones (Figura 1.1). Estas pilas son
�espaciadas para realizar la remoción del material durante el secado y para posibilitar su evacuación
y transportación una vez concluido el proceso.
A pesar de las medidas que se toman para favorecer la implementación del proceso, en la
actualidad, la tecnología de secado natural empleada presenta algunas limitaciones que dificultan la
obtención de eficiencias racionales en la implementación del mismo (ver Introducción, página 2).
Figura 1.1. Implementación del proceso de secado natural de las menas lateríticas en Moa.
Fuente: Espinosa y Pérez, 2010b.
El secado natural de las menas lateríticas se ha implementado como alternativa para racionalizar el
proceso tecnológico de obtención de níquel (Estenoz et al., 2004, 2005, 2006, 2007a; Retirado,
2007, 2010). Sin embargo, la implementación se ha basado en la experiencia práctica y en algunos
estudios empíricos, sin considerar la evaluación rigurosa de los procesos de transferencia de calor y
masa que inciden en el proceso, en las condiciones de explotación de las empresas cubanas
productoras de níquel y cobalto.
�Estudios empírico-teóricos realizados con menas lateríticas en los yacimientos de Moa y Pinares de
Mayarí evidencian que con el secado natural solo es posible evaporar la humedad ligada
mecánicamente al material debido a los bajos regímenes de temperatura que se generan y establecen
que la humedad del mineral varía en función de las variables climatológicas (Retirado, 2007;
Retirado et al., 2007). Otros estudios teórico-experimentales han permitido establecer los modelos
estadísticos que relacionan la humedad con las variables anteriormente expuestas, así como la
relación existente entre la adherencia de las menas, la humedad, la granulometría y el ángulo de
inclinación de la superficie de contacto (Retirado et al., 2008, 2009).
Las investigaciones relacionadas con el secado natural de las menas lateríticas han tomado dos
direcciones, una hacia los criterios tecnológicos y mineralógicos que influyen en la eficiencia y
homogenización durante el secado (Estenoz et al., 2007b, 2008) y otra destinada al estudio
experimental de la desorción de la humedad, en correspondencia con las diferentes variables
climatológicas que intervienen en el secado natural (Retirado et al., 2007, 2008; Retirado, 2010).
Como se observa, existe diversidad en cuanto a las publicaciones relacionadas con el secado de
materiales. En las investigaciones consultadas se estudian diferentes aspectos del proceso, sin
embargo, del análisis y la sistematización de estas se derivan las siguientes consideraciones:
La literatura clásica especializada en la temática de secado no contiene los modelos
matemáticos apropiados para la descripción del proceso de secado natural de las menas
lateríticas. Por cuanto, los modelos de secado actualmente usados no posibilitan el cálculo de los
parámetros fundamentales del proceso en las condiciones de explotación de las empresas
cubanas productoras de níquel y cobalto.
Los modelos matemáticos establecidos para el secado convencional y solar de los materiales
investigados no pueden ser generalizados al proceso de secado natural de las menas lateríticas,
debido a que esos modelos caracterizan a condiciones de secado y mecanismos físicos de la
transferencia de calor y masa que difieren de los encontrados en el proceso objeto de estudio.
�1.4- Teoría básica necesaria para la modelación matemática del proceso de secado natural
La desorción de la humedad de los materiales expuestos a secado está influenciada por diversos
parámetros los cuales deben ser considerados en el análisis matemático del proceso (Babilis y
Belessiotis, 2004; Cardoso et al., 2004; Simal et al., 2005; Javaherdeh et al., 2006; Nogales et al.,
2006; Sandoval et al., 2006; Cota, 2006, 2007). A continuación, se exponen algunos de los
parámetros más importantes a considerar en la modelación matemática del secado natural.
1.4.1- Contenido de humedad del material
Es el factor de mayor influencia en la velocidad de secado, que afecta en general a todos los ratios
de secado. La cantidad de humedad presente en un material (contenido de humedad) puede ser
expresada en base húmeda o en base seca, e indicada en % o kg/kg (Corvalan et al., 1995; Balladin
et al., 1996; Correa y Da Silva, 2005). El contenido de humedad en base húmeda (H bh ), definido
como el peso del agua presente en el producto por unidad de peso del material sin secar, viene dado
por la expresión 1.1. De igual manera, el contenido de humedad en base seca (H bs ), definido como
el peso del agua presente en el producto por unidad de peso del material seco, se calcula por la
expresión 1.2 (Martínez-Pinillos, 1997; Pavez et al., 2000).
H bh
mh
m0
m0 m s
m0
(1.1)
H bs
mh
ms
m0 ms
ms
(1.2)
Donde:
H bh y Hbs : humedad del material en base húmeda y seca, respectivamente; kg/kg.
m h : cantidad de agua en el material húmedo; kg.
m 0 : masa inicial de material sin secar; kg.
m s : masa de la materia seca en el producto; kg.
Las humedades, expresadas en % y kg/kg, se relacionan mediante las expresiones 1.3 y 1.4.
�H*
H
100 H
1 H
(1.3)
H*
(1.4)
100 H *
Donde:
H* y H: humedad del material; % y kg/kg.
La relación entre Hbh y H bs se expresa a través de las expresiones 1.5 y 1.6.
H bh
1
1
H bs
(1.5)
H bs 1
1
1 H bh
(1.6)
1
Habitualmente, en ensayos de secado donde el producto se va pesando de forma regular se dispone
de un registro de pérdida de peso, el contenido de humedad instantáneo para cualquier tiempo , en
base húmeda [Hbh( )] o seca [Hbs( )], se obtiene mediante las expresiones 1.7 y 1.8.
H bh
H bs
1
1 H 0bh m0
m
1 H 0bs m0
m
1
(1.7)
(1.8)
Donde:
Hbh( ) y Hbs( ): humedad instantánea en base húmeda y seca; kg/kg
H0bh y H0bs: humedad inicial en base húmeda y seca; kg/kg.
m( ): masa del material en el tiempo ; kg.
1.4.2- Ratio de humedad
El ratio de humedad se calcula por la expresión 1.9. Sin embargo, es habitual en las aplicaciones de
secado despreciar el contenido de humedad de equilibrio (He), ya que la humedad relativa del aire
�fluctúa continuamente durante el proceso, y por tanto He es un parámetro difícil de determinar en la
práctica (Romero y Kieckbush, 2003; Togrul y Pehlivan, 2004; Montero, 2005). De esta manera, el
ratio de humedad que se utiliza comúnmente es el que se determina a través de la expresión 1.10.
RH
H
H0
RH
H
H0
He
He
(1.9)
(1.10)
Donde:
RH: ratio de humedad; adimensional.
H( ):humedad del material en cada instante de tiempo ; kg/kg.
H e : humedad de equilibrio del material; kg/kg.
H 0 : humedad inicial del material; kg/kg.
1.4.3- Requerimiento térmico del proceso de secado
El requerimiento térmico que se necesita para secar un material se denomina calor latente de
vaporización (Montero, 2005). En el agua libre, a presión constante, depende exclusivamente de la
temperatura. Su valor en función del mencionado parámetro se puede determinar por la ecuación
empírica 1.11 (Giner y Gely, 2005). Esta ecuación tiene una precisión adecuada porque cuando se
calcula con la misma, para el intervalo de temperatura entre 20 y 100 ºC, se incurre en un relativo
promedio de 0,6 %, respecto a los resultados reportados por Vukalovitch (1978).
R
C S1 C S 2 Tag
M ag
273,15
Donde:
: calor latente de vaporización del agua; J/kg.
R: constante de los gases (8 314); J/kmol·K.
M ag : peso molecular del agua (18,01); kg/kmol.
(1.11)
�C S1 y C S2 : constantes cuyo valores son 6 547,1 y 4,23 (Giner y Gely, 2005); adimensionales.
T ag : temperatura del agua; °C.
Si el agua no está libre, el calor latente es mayor y los factores de los que depende son: el tipo de
producto, su humedad y la temperatura. La variación del parámetro respecto a los factores antes
señalados ha sido estudiada por diversos autores para diferentes materiales (Corvalan et al., 1995;
Ekechukwu y Norton, 1999; Maldonado y Pacheco, 2003; Aviara et al., 2004; Giner y Gely, 2005).
Por otro lado, si el ambiente en el que se encuentra el material tiene una humedad relativa mayor
que la actividad de agua que le corresponde a su contenido de humedad, el producto absorbe
humedad. Por lo tanto, para secar el material no basta con suministrar calor, sino que es necesario
que la humedad relativa del ambiente en el que se encuentra sea lo suficientemente baja (López et
al., 2000; Mujumdar, 2000; Park et al., 2002; Chemkhi et al., 2004; Arslan y Togrul, 2005).
1.4.4- Régimen de secado
Para cualquier material cuyo proceso de secado transcurra completamente dentro del periodo de
velocidad de secado constante, el régimen de secado puede ser determinado por la expresión 1.12.
La misma ha sido reportada en diferentes fuentes bibliográficas especializadas en la temática del
secado (Cabrera y Gandon, 1983; Treybal, 1985; Kasatkin, 1987; Boizán, 1991).
N
NC
ms dH
A d
k y Ys Y
(1.12)
Siendo:
ms
m0 100 H 0
100
Donde:
N: régimen de secado; kg/m2·s.
NC: régimen de secado en el periodo de velocidad constante; kg/m2·s.
(1.13)
�A: área donde se lleva a cabo la evaporación (área de exposición para el proceso investigado); m2.
dH/d : velocidad de secado; kg/kg·s.
: tiempo de secado; s.
ky: coeficiente de transferencia de masa gaseosa; kg/m2·s.
Ys: humedad del aire en la superficie del líquido; kg/kg.
Y: humedad del aire en la corriente principal; kg/kg.
Para calcular el régimen de secado de un material en el periodo de velocidad de secado decreciente,
la práctica más empleada según las investigaciones consultadas (Cabrera y Gandon, 1983; Treybal,
1985; Kasatkin, 1987; Rudenko y Shemajanov, 1989; Boizán, 1991) es la que considera el
comportamiento de la curva de velocidad de secado como una línea recta, la cual puede ser
representada según la expresión 1.14.
N
ND
NC
H
He
Hc He
k2 H
He
(1.14)
Donde:
ND: régimen de secado en el periodo de velocidad decreciente; kg/m2·s.
Hc: humedad del material al finalizar el régimen de velocidad de secado constante; kg/kg.
k2: coeficiente de secado para el segundo periodo; kg/m2·s.
1.4.5- Ratio de secado
Cuando el material que debe secarse se pesa a intervalos predefinidos, puede trazarse la curva
contenido de humedad vs. tiempo de secado. Al diferenciar la referida curva, se obtiene una
información muy importante: la velocidad de secado en función del tiempo de operación o ratio de
secado (RS). La velocidad de secado puede calcularse mediante la expresión 1.15 (Montoya y
Orozco, 2005; Prasad y Vijay, 2005; Kulasiri y Woodhead, 2005).
RS
dH
d
H
d
d
H
(1.15)
�Donde:
RS: ratio de secado; kg/kg·s.
dH: variación de humedad del material; kg/kg.
d : variación de tiempo; s.
H( +d ): humedad del material medida en el instante +d ; kg/kg.
1.4.6- Propiedades termofísicas del aire que influyen en el proceso de secado natural
Las mismas son necesarias para el cálculo del intercambio de calor y masa durante el proceso de
secado solar de los materiales almacenados a la intemperie, pueden ser calculadas mediante las
ecuaciones 1-8 del Anexo 2 (Montero, 2005). Las referidas ecuaciones han sido validadas en
diversas regiones del mundo y utilizadas con éxito en múltiples investigaciones precedentes
relacionadas con el secado solar de diferentes materiales (Jain y Tiwari, 2003, 2004; Tiwari et al.,
2004; Kumar y Tiwari, 2006; Tiwari y Sarkar, 2006; Vinardell, 2011).
1.5- Características generales de las menas lateríticas utilizadas en la industria del níquel
1.5.1- Composición química, granulométrica y mineralógica
Las menas lateríticas empleadas en el proceso productivo (menas objeto de secado natural) están
compuestas por materiales esencialmente ferrosos, con elevados contenidos promedios de Fe2O3
que, en general, varían entre 67,79 y 71,74 % (Retirado, 2007; Retirado et al., 2007).
Por su parte, Sierra (2010) reporta que la granulometría predominantemente oscila entre 0 y 50 mm
que representa el 80,72 % del peso total de las muestras, con humedades (en base húmeda)
comprendidas entre 34 y 38 %, lo anterior concuerda con los resultados obtenidos por diferentes
investigadores para los perfiles lateríticos de los yacimientos niquelíferos cubanos (Almaguer y
Zamarsky, 1993; Almaguer, 1995, 1996a, 1996b; Rojas et al., 2007; Sierra, 2007).
La composición mineralógica evidenció el predominio de la Goethita, la que oscila entre 64,58 y
70,68 %, como promedio. En este aspecto coinciden varios autores que han realizados estudios
�relacionados con la mineralogía del material en cuestión (Oliveira et al., 2001; Rojas, 2001; Rojas
et al., 2005a y b; Agyei et al., 2009a y b; Rojas et al., 2012).
1.5.2- Propiedades termofísicas que influyen en el proceso de secado natural
En la modelación del secado natural se deben considerar las propiedades termofísicas del material
que influyen en el proceso. En la Tabla 1.1 se relacionan los valores usados en la simulación y la
optimización de los parámetros fundamentales del secado natural de las menas lateríticas.
La conductividad térmica (k) de las menas lateríticas procesadas en las empresas cubanas
productoras de níquel y cobalto varía desde 0,11 W/m · ºC para la temperatura ambiente hasta 0,17
W/m · ºC para la temperatura de 700 ºC y su calor específico a presión constante (Cp) en el referido
intervalo de temperatura puede asumirse constante e igual a 970 J/kg · ºC (Page et al., 1998).
La densidad real ( ) se determinó en el laboratorio analítico del Centro de Desarrollo de
Investigaciones del Níquel, mediante el método pignométrico (Mitrofánov et al., 1982). El valor
promedio después del procesamiento estadístico de los resultados fue de 3 726 kg/m3, siendo sus
valores mínimo y máximo iguales a 3 673 y 3 771 kg/m3. El valor promedio de la densidad
aparente fue de 1 100,4 kg/m3 y la oscilación estuvo entre 1 084 y 1 122 kg/m3 (Vinardell, 2011).
La difusividad térmica ( ) se calcula mediante la expresión 6 del Anexo 2, para ello se utilizan los
valores de k, Cp y
declarados en la Tabla 1.1. La emisividad ( ) y la absortividad solar ( s) se
asumen de acuerdo con las recomendaciones expuestas en la literatura especializada en la
transferencia de calor (Mijeeva y Mijeev, 1991; Bejan y Kraus, 2003; Incropera y De Witt, 2003).
Tabla 1.1. Valores de las propiedades termofísicas usados en la simulación y la optimización*.
k
(W/m · ºC)
Cp
(J/kg · ºC)
(kg/m3)
(m2/s)
(adimensional)
(adimensional)
0,11
970
3 726
304,353 ·10-6
0,93
0,63
s
*Los valores mostrados en la Tabla 1.1 corresponden a una temperatura de aproximadamente 300 K.
�1.5.3- Evaporación de la humedad no estructural contenida en las menas lateríricas
Para comprobar en qué medida puede ser evaporada la humedad no estructural que se encuentra
enlazada al material se aplicaron las técnicas de ensayos térmicos, para ello se emplearon muestras
de los perfiles lateríticos L-48 y M-47 del yacimiento Punta Gorda y el equipamiento cuyas
características técnicas se exponen en el Anexo 3. Los termogramas de las muestras de los
horizontes superiores (Figuras 1 y 2 del Anexo 3) exponen tres picos endotérmicos notables: el
primero, alrededor de los 65 oC, producto de la pérdida del agua no estructural. El segundo, entre
los 290 y 320 ºC, atribuible a la deshidroxilación de la Goethita que es la fase mineralógica
predominante y el tercero, entre los 450 y 480 ºC, debido a la oxidación de la fase de Manganeso.
El comportamiento térmico representado en la Figura 3 del Anexo 3 refleja el pico endotérmico a
los 69 ºC ya conocido, atribuible a la pérdida de agua no estructural, la muestra MN5, expone el
endotérmico próximo a los 294 ºC, al presentar cierta cantidad de Goethita. Además, se observa
otro pico endotérmico próximo a los 645 ºC atribuible a la deshidroxilación de la Lizardita. El pico
endotérmico a los 714 y 721 ºC se explica por la presencia del Piroxeno Enstatita. El pico
exotérmico a los 827 ºC se debe a la recristalización del mineral refractario. Resultados similares
para el referido pico exotérmico se ilustran en la Figura 4 del Anexo 3.
El estudio térmico de las menas lateríticas evidencia, en general, que la composición mineralógica
no tiene una influencia significativa en el secado natural. Los termogramas en ambos perfiles para
los dos horizontes (superiores e inferiores) exponen un pico endotérmico alrededor de los 65 ºC,
típico de la pérdida del agua no estructural lo que evidencia una alta humedad en las menas.
Resultados análogos fueron obtenidos por otros investigadores en yacimientos cubanos con
características similares (Rojas et al., 2005a, 2012).
Por otra parte, para las muestras estudiadas se comprueba que con el secado a temperaturas
inferiores a 100 ºC solo se puede extraer el agua no estructural (humedad enlazada de forma físicomecánica), como ha sido reportado por Rebinder (1979) y Kasatkin (1987). Esto confirma que con
�el secado solar natural sólo se elimina parcialmente la humedad que se encuentra ligada al material
de forma físico-mecánica (Vega et al., 2005; Montoya et al., 2007; Retirado et al., 2007).
También se infiere que para las muestras de los horizontes inferiores (Figuras 3 y 4 del Anexo 3) se
produce un cambio de estructura en los minerales que componen las menas lateríticas, que se refleja
en el pico exotérmico a temperaturas entre 820 y 830 ºC producto de la recristalización del mineral
refractario, estos resultados indican que el secado convencional del material a temperaturas
superiores a 820 ºC por un tiempo prolongado puede ser perjudicial para la extracción de los
metales útiles en el proceso metalúrgico, lo anterior evidencia la importancia que tiene la reducción
de la humedad del material a través del secado natural previo. A este aspecto se han referido con
anterioridad otros investigadores (Estenoz y Espinosa, 2003; Aldana et al., 2004; Retirado, 2007).
1.6- Breve caracterización de las variables meteorológicas en la región de Moa
Según el estudio realizado por la División América de la empresa especializada en auditorias
ambientales CESIGMA S.A. (CESIGMA S.A., 2004), la región de Moa donde se encuentra el patio
de secado solar de la empresa “Comandante Ernesto Che Guevara” presenta un clima tropical con
una distribución estacional irregular de las precipitaciones, determinada por una significativa
disminución de las mismas dentro del período lluvioso y una tendencia general a la ocurrencia de
láminas máximas al final del mismo. Presenta dos máximos; uno principal en octubre-noviembre y
otro secundario en mayo-junio, de igual manera, presenta dos mínimos; uno en febrero-marzo y otro
en julio-agosto. La cantidad de días al año con lluvias mayor que 1 mm es superior a 100, el
promedio anual de precipitaciones alcanza los 2 000 mm y la evaporación se acerca a los 1 600 mm.
La combinación de la máxima evaporación con el mínimo de precipitaciones en el verano y el
mínimo de evaporación con el máximo de precipitaciones en el invierno producen un resecamiento
intenso en el verano y un exceso de humedad en el invierno.
La temperatura media anual es 27 ºC, en verano fluctúa entre 30 y 32 ºC con máximas que oscilan
entre 34 y 36 ºC y en invierno varía entre 14 y 26 ºC con mínimas alrededor de los 12 ºC. La
�insolación es prácticamente constante todo el año, siendo la frecuencia de días despejados en el
período seco de 60 días/año y la insolación anual es mayor que 2 900 horas luz. La radiación solar
incidente sobre la superficie media anual es de 17 MJ/m2 (suma diaria). La humedad relativa media
anual para las 7:30 horas es de 85 a 90 % y para las 13:00 horas está entre 70 y 75 %.
El régimen eólico refleja la ocurrencia mayoritaria de los vientos alisios reforzados por las brisas
marinas, y contrarrestados por el terral. Los vientos soplan sobre la zona oriental procedentes del
NE en los meses de octubre-enero; del ENE, durante febrero-mayo; y del Este, en junio-septiembre.
La velocidad promedio de la brisa es en general de 1,4 a 4,1 m/s y mantiene una frecuencia de 180
días al año. Se puede afirmar que el viento reinante en la zona es la combinación alisios-brisa
marina con una frecuencia mayor que el 64 %. Generalmente el viento reinante es el de mayor
velocidad promedio anual, que en la zona del patio de secado es de 3,9 a 4,4 m/s.
Como se infiere de las características ante expuestas existen ocho meses del año (diciembre-abril y
julio-septiembre) donde las precipitaciones son moderadas. En el período se destacan los meses de
verano donde existe una marcada disminución de las mismas, lo que conjugado con los altos
regímenes de radiación solar provoca la máxima evaporación de la humedad.
1.7- Análisis del proceso de secado natural como objeto de modelación matemática
Durante el proceso de secado natural el material está expuesto directamente a la radiación solar, al
aire y a otras condiciones ambientales, siendo los requerimientos energéticos de la operación
suministrados, fundamentalmente, por la energía solar (Montero, 2005).
Como se ilustra en la Figura 1.2 una parte de la radiación de onda corta incidente del sol es
absorbida por el material y la otra parte es reflejada. Una fracción de la radiación absorbida y el aire
caliente que circula sobre el material provoca el calentamiento superficial del mismo, lo que da
lugar a la propagación de calor al interior (consiguiéndose la variación de la energía interna del
�material) y a la evaporación de la humedad superficial, de esta forma se logra la desecación del
producto. La otra fracción de la radiación se pierde por la transmisión de onda larga al ambiente.
Sol
Pérdida por radiación de onda larga al ambiente
Pérdidas por reflexión
Radiación solar de onda corta
Calor absorbido
Transferencia de calor y masa
por convección y evaporación
Aire
Material expuesto a secado natural
Superficie del terreno
Figura 1.2. Esquema estructural del secado natural de los materiales almacenados en forma de pila.
Fuente: Montero, 2005.
Al considerar los criterios anteriores, se puede establecer la expresión general 1.16 para el balance
de energía y la modelación matemática de la velocidad de secado en la superficie de las pilas.
qe
(1.16)
qs
Donde:
qe y q s : calores que entran a la superficie de secado y que salen de la superficie de secado; W/m2.
Al particularizar los términos de la ecuación general del balance de energía (ecuación 1.16) al
proceso de secado natural de las menas lateríticas resulta que:
qe
qRad
qs
qCond
qConv [se utilizan los signos + y – para Ta
N
Ts y Ta
Ts, respectivamente]
(1.17)
(1.18)
�Donde:
qRad: calor por radiación que se aprovecha en el secado natural de las menas lateríticas; W/m2.
qConv: calor por convección que intercambian la superficie de la pila de minerales y el aire; W/m2.
qCond: calor por conducción transferido hacia el interior de la pila de minerales; W/m2.
N · : calor de evaporación; W/m2.
En el proceso investigado se considera que qg= qa= 0 porque se trata de un balance de energía en
la superficie de secado de la pila (en la superficie de control) y para este caso los términos de
generación y almacenamiento de energía no son relevantes (Incropera y De Witt, 1999, 2003).
Al sustituir las expresiones 1.17 y 1.18 en la 1.16 se obtiene la ecuación para el balance de energía,
particularizada al proceso investigado (1.19). En la misma, se desprecian las pérdidas de calor por
radiación de onda larga al ambiente y por conducción hacia el terreno. Esto se debe, a que se
considera que el material es opaco y mal conductor del calor, por tanto, los procesos de absorción,
reflexión y conducción se pueden tratar como fenómenos superficiales (Incropera y De Witt, 2003).
q Rad
qConv
qCond
N
(1.19)
En las publicaciones consultadas se reportan trabajos relacionados con el proceso de secado solar de
múltiples materiales (Phoungchandang y Woods, 2000; Türk, 2003; Gigler et al., 2004; Touré y
Kibangu-Hkembo, 2004; Vega et al., 2006). Sin embargo, solo se dispone de estudios aislados para
las menas lateríticas y ninguno de ellos aborda la modelación matemática del secado natural para el
material en cuestión.
1.8- Conclusiones del capítulo 1
La literatura científica contiene un soporte matemático satisfactorio para la modelación de los
procesos de secado, pero las simplificaciones realizadas para resolver las situaciones físicas
particulares no dan solución al problema de la inexistencia de modelos apropiados para la
descripción del secado natural de las menas lateríticas.
�En las investigaciones precedentes se exponen los aspectos teóricos y las metodologías generales
para el análisis de la transferencia de calor y masa en los procesos de secado. Sin embargo, las
publicaciones consultadas no contienen un procedimiento de cálculo que posibilite la determinación
de los parámetros fundamentales del secado natural de las menas laterítica.
�CAPÍTULO II
2. MODELACIÓN DE LOS PARÁMETROS FUNDAMENTALES DEL
PROCESO DE SECADO NATURAL DE LAS MENAS LATERÍTICAS
2.1- Introducción
El secado natural de los materiales almacenados en pilas a la intemperie depende de diversos
parámetros fundamentales los cuales deben ser considerados en la modelación matemática del
proceso. El establecimiento de los modelos que describen el proceso de secado natural de las menas
lateríticas resulta novedoso debido, entre otros aspectos, a las múltiples situaciones físicas que se
presentan durante su implementación en las empresas cubanas productoras de níquel.
El objetivo del presente capítulo es: establecer los modelos matemáticos de los flujos de calor
transferidos; la radiación solar que incide en la superficie de la pila; la temperatura y humedad de
las menas lateríticas en la superficie de secado; la distribución de temperatura y humedad que
experimenta el material; la velocidad de secado; el área de exposición y el volumen de las pilas.
2.2- Modelos de los flujos de calor transferidos durante el proceso de secado natural
2.2.1- Modelo del flujo de calor por radiación
Para determinar el flujo de calor por radiación que recibe la pila de menas lateríticas se realiza el
balance de energía en la superficie de secado de la misma y se obtiene la expresión 2.1.
qRad
Donde:
c
Gc
s
I( , )
I( , )
c
Gc
s
I( , )
(2.1)
�c:
absortividad del cielo; adimensional.
Gc: irradiación del cielo; W/m2.
I( , ): radiación solar global que incide sobre la superficie de secado de la pila; W/m2.
: inclinación de la superficie de la pila respecto al plano horizontal; grados sexagesimales.
: orientación de la superficie de la pila respecto al eje norte-sur; grados sexagesimales.
: reflectividad de las menas lateríticas; adimensional.
La irradiación del cielo debido a la emisión atmosférica se calcula por la expresión 2.2 (Anderson,
1982; Duffie y Beckman, 1991).
Gc
4
Tcielo
(2.2)
Donde:
: constante de Stefan-Boltzman (5,67 · 10-8); W/m2·K4.
Tcielo: temperatura efectiva del cielo; K.
El valor de la temperatura efectiva del cielo depende de las condiciones atmosféricas, el mismo
varía desde 230 K para un cielo claro y frío hasta 285 K aproximadamente, para condiciones
nubladas y calientes (Howell et al., 1982). Esta temperatura puede ser estimada en función de la
temperatura del aire (Ta), a través de la expresión 2.3 (Duffie y Beckman, 1980, 1991).
Tcielo
0,0552 Ta1,5
[en esta expresión Ta se expresa en K]
(2.3)
2.2.1.1- Modelo de la radiación solar que incide en la superficie de la pila
Como consecuencia de las diferentes regiones y composición de la atmósfera, no toda la energía
extraterrestre llega a la superficie de la tierra, modificándose su naturaleza, y sobre todo, su
�componente direccional. La radiación global que incide sobre una superficie inclinada en la tierra
consta de tres componentes, y se calcula por la expresión 2.4 (Luboschik y Schalajda, 1990).
IG I B
Donde:
ID
IR
(2.4)
IG, IB, ID y IR: radiación global, directa, difusa y reflejada, respectivamente; W/m2.
Si se conoce la radiación global sobre una superficie horizontal en sus dos componentes, directa y
difusa, existen varios métodos y modelos matemáticos para determinar la radiación global sobre una
superficie inclinada (Corvalan et al., 1995), uno de ellos es el establecido por Alaiz (1981), en el cual
es necesario determinar la irradiación solar extraterrestre sobre una superficie horizontal (I0), para ello
se emplea la expresión 2.5. Al analizar de forma integrada las ecuaciones 2.5-2.9 se infiere que en una
latitud dada para cada día del año y a cada hora solar le corresponde un valor diferente de I0.
I0
I S cos
I S sen hs
(2.5)
Siendo:
IS
I CS
cos
s
wh
1 0,033 cos
sen l a sen s
23,45 sen 360
360 nd
365,25
cos l a cos s cos wh
(2.6)
sen hs
284 nd
365
nh 15 º
Donde:
I0: irradiancia extraterrestre horaria en la superficie horizontal; W/m2.
IS: irradiancia solar extraterrestre normal a la radiación; W/m2.
: ángulo de incidencia; grados sexagesimales.
hs: altura solar; grados sexagesimales.
ICS: constante solar, su valor más aceptado es 1 367 (Duffie y Beckman, 1980, 1991); W/m2
(2.7)
(2.8)
(2.9)
�nd: número del día del año (siendo nd = 1 para el 1ro de enero); adimensional.
la: latitud; grados sexagesimales.
s:
declinación solar; grados sexagesimales.
wh: ángulo horario; grados sexagesimales.
nh: número de horas antes o después del mediodía solar; adimensional.
La declinación solar varía entre 23,45 y -23,45 grados desde el solsticio de verano al solsticio de
invierno. Para el cálculo del ángulo horario se considera que a cada hora le corresponde una distancia
de 15 grados (Duffie y Beckman, 1980, 1991; Montero, 2005). En la Tabla 2.1 se muestra el valor de
dicho ángulo para cada hora en el hemisferio norte.
Tabla 2.1. Variación diaria del ángulo horario en el hemisferio norte.
Parámetros
nh (adimensional)
wh (grados)
6
6
-90
7
5
-75
8
4
-60
9
3
-45
10
2
-30
Hora del día
11 12 13
14
1
0
1
2
-15 0 +15 +30
15
3
+45
16
4
+60
17
5
+75
18
6
+90
Por su parte, la altura de culminación hc, la hora de salida y puesta del sol ws y el número de horas de
sol Td (orto y ocaso solar o duración del día) para cada día del año se calculan por las expresiones
2.10; 2.11 y 2.12, respectivamente (McQuiston et al., 2008).
hc
90
la
ws
arccos
tan s tan l a
Td
2
ws
15
2
arccos tan s
15
(2.10)
s
(2.11)
tan l a
Donde:
hc: altura de culminación; grados sexagesimales.
ws: hora de salida y puesta de sol; adimensional.
Td: número de horas de sol; adimensional.
(2.12)
�Para calcular las componentes directa (IB) y difusa (ID) de la radiación incidente sobre la superficie
horizontal (IH) es necesario utilizar una serie de correlaciones. Se definen entonces, los coeficientes
kT, kB y kD, los mismos se calculan por las expresiones 2.13; 2.14 y 2.15 (Alaiz, 1981; Duffie y
Beckman, 1980, 1991).
kT
kB
kD
IH
I0
IB
I0
ID
I0
IH
I CS
360 nd
1 0,033 cos
365,25
sen l a sen s
(2.13)
cos l a cos s cos wh
IB
I CS
360 nd
1 0,033 cos
365,25
sen l a sen s
(2.14)
cos l a cos s cos wh
ID
I CS
360 nd
1 0,033 cos
365,25
sen l a sen s
(2.15)
cos l a cos s cos wh
Donde:
kT: coeficiente de transmisión total atmosférico; adimensional.
IH : radiación incidente sobre la superficie horizontal (se determina experimentalmente); W/m2.
kB y kD: coeficientes de transmisión fraccionales; adimensionales.
Calculado el coeficiente kT (mediante la expresión 2.13) se verifican las condiciones representadas
en las ecuaciones 2.17; 2.18 y 2.19 y se calcula el coeficiente empírico Ce, luego se determina la
radiación difusa (ID) haciendo el despeje correspondiente en la expresión 2.16. Por su parte, la
radiación directa (IB) se determina a través de la expresión 2.20.
ID
IH
Ce
(2.16)
Siendo:
Ce
1 0,09 kT
Ce
0,951 0,160 kT
Ce
0,165
4,388 kT2 16,638 kT3 12,336 kT4
para
kT
0,22
para
0,22
kT
para
kT
0,80
(2.17)
0,8
(2.18)
(2.19)
�IB
IH
ID
IH
I H Ce
I H 1 Ce
(2.20)
Para calcular la radiación solar global que incide sobre la superficie de secado de la pila de menas
lateríticas la cual está inclinada y orientada en
y
grados, se emplea la expresión 2.21, nótese que
la misma depende del ángulo . En el caso de las pilas de sección transversal parabólica el ángulo
de referencia para el cálculo es el tangencial ( t) y para las pilas de sección transversal triangular se
considera para el cálculo el ángulo maximal (
m).
Estos ángulos pueden ser determinados como una
función de dos propiedades físicas del material (granulometría y humedad), a través de las
expresiones 3 y 4 del Anexo 9 propuestas por Sierra (2010), o mediante trigonometría si se conoce
el ancho de la base y la altura de la pila.
Al utilizar la expresión 2.21 en la presente investigación se incorpora como elemento novedoso la
modelación matemática del efecto de sombra que se produce por el movimiento diario del sol y la
inclinación de la superficie de secado de la pila (ver Figura 2 del Anexo 10)
I
,
IG
IH
1 Ce R ,
Ce
1 cos
2
1 cos
2
(2.21)
cos wh
cos wh
(2.22)
Siendo:
R ,
sen s sen l a
sen s sen l a
cos s
cos s
cos l a
cos l a
Donde:
Ce: coeficiente empírico; adimensional.
R( , ): factor de conversión; adimensional.
: albedo o reflectividad del suelo frente al plano receptor, habitualmente oscila entre 0,17 y 0,2.
�Luego, el modelo apropiado para el cálculo del flujo de calor por radiación que recibe la superficie
de secado de la pila de minerales expuesta a secado natural lo constituye la ecuación 2.23, la misma
se obtiene al sustituir las expresiones 2.2; 2.3 y 2.21 en la 2.1. En esta ecuación igualmente se
introduce como elemento novedoso la modelación del efecto de sombra anteriormente mencionado.
qRad
c
0,0552 Ta1,5
4
s
I H 1 Ce R ,
Ce
1 cos
2
1 cos
2
(2.23)
2.2.2- Modelo del flujo de calor por convección
El flujo de calor por convección que intercambian la superficie de la pila y el aire se determina,
según la ley de Newton-Richman, por la expresión 2.24 (Incropera y De Witt, 1999, 2003).
qConv
ha Ts
Ta
(2.24)
Donde:
ha: coeficiente de transferencia de calor por convección; W/m2·ºC.
La literatura internacional reporta diversas investigaciones encaminadas a determinar el coeficiente
de transferencia de calor por convección durante el secado solar de diferentes materiales (Anwar y
Tiwari, 2001; Jain y Tiwari, 2003, 2004; Tiwari et al., 2004; Kumar y Tiwari, 2006). En general,
los modelos obtenidos para el cálculo del coeficiente convectivo constituyen adaptaciones del
modelo reportado por Kumar y Tiwari (1996).
En el presente trabajo el coeficiente de transferencia de calor por convección (ha) se determina por
la expresión 2.25 (Incropera y De Witt, 1999, 2003), para ello se calcula el número de Nusselt (Nu)
en función del tipo de convección que predomina durante la implementación del proceso.
ha
Nu ka
L
Donde:
Nu: número de Nusselt; adimensional.
(2.25)
�L: longitud característica de la superficie de secado; m.
Debido a que el secado solar de las menas lateríticas se desarrolla a la intemperie, el material
intercambia calor con el aire en condiciones naturales, en estas circunstancias la transmisión de
calor se produce por convección libre, forzada y mixta (Retirado et al., 2011), para definir el tipo de
convección predominante se verifican las condiciones mostradas en las expresiones 2.26; 2.27 y
2.28, si se cumple la primera condición se considera que predomina la convección libre, en la
segunda predomina la convección forzada y en la tercera se tiene en cuenta el efecto combinado de
ambas (Incropera y De Witt, 1999, 2003).
Gr
1
(2.26)
1
(2.27)
Re 2
Gr
Re 2
Gr
1
Re 2
(2.28)
Siendo:
Gr
g sen
a
Re
Ts Ta L3
a
2
a Va L
Va L
a
a
Donde:
Gr: número de Grashof; adimensional.
Re: número de Reynolds; adimensional.
g: aceleración de la gravedad (9,81); m/s2.
Va: velocidad del aire; m/s.
(2.29)
(2.30)
�Para calcular el número de Nusselt en la convección libre (NuL) Tiwari y Sarkar (2006)
recomiendan la expresión 2.31. En la misma, las propiedades termofísicas del aire se determinan a
la temperatura promedio (Tp), la cual se calcula por la expresión 9 del Anexo 2.
C Gr Pr n*
NuL
C Ran*
(2.31)
Donde:
NuL: número de Nusselt para la convección libre; adimensional.
Ra: número de Rayleigh; adimensional.
C y n*: constantes experimentales; adimensionales.
En el proceso investigado la superficie de secado de la pila de minerales tiene una inclinación
respecto al plano horizontal ( ) que oscila entre 20 y 70 grados (Estenoz, 2009; Retirado et al.,
2011) y por tanto el número de Nusselt puede ser determinado por la expresión 2.32 (Incropera y de
Witt, 1999; 2003). Las propiedades termofísicas del aire contenidas en la expresión 2.32 ( a,
a)
a,
y
se calculan mediante las expresiones 5, 6 y 8 del Anexo 2. Los valores de las constantes C y n*
se asumen de la literatura consultada (Bejan y Kraus, 2003).
Nu L
0,56
g sen
Ts Ta L
a
a
2
3
a
a
1
4
0,56
g sen
a
a
Ts Ta
1
3 4
L
(2.32)
a
Para determinar el número de Nusselt (NuF) con predominio de la convección forzada (caso más
frecuente en la implementación del proceso) se tiene en cuenta que el mismo es función de los
números de Reynolds, Prandtl y Gujman, según la expresión 2.33 reportada por Kasatkin (1987).
Nu F
2
M Re
B
1
2
3
15
Pr Gu
(2.33)
Siendo:
Gu
Ts
Ta
Donde:
Ta
Ta
(2.34)
�NuF: número de Nusselt para la convección forzada; adimensional.
Gu: número de Gujman; adimensional.
: potencial de secado; K.
M y B: constantes experimentales; adimensionales.
Al sustituir las ecuaciones 2.30; 7 del Anexo 2 y 2.34, en la 2.33 se obtiene la expresión 2.35. Los
valores de las constantes M y B se seleccionaron según las recomendaciones de Kasatkin (1987).
Nu F
2
1
40
Va L
9
10
a
1
a 3
a
2
15
(2.35)
Ta
Las propiedades termofísicas del aire ( a,
a
y Pr) se determinan por las expresiones 2, 4 y 7 del
Anexo 2. Al igual que en la convección libre estas son determinadas a la temperatura promedio Tp.
Si existe predominio de la convección mixta o mezclada el número de Nusselt (NuM) puede ser
determinado por la expresión 2.36, la misma fue propuesta por Churchill (1983) y posteriormente ha
sido recomendada por Incropera y De Witt (1999, 2003). El signo positivo se aplica al flujo
transversal y el signo negativo al flujo opuesto.
Nu M
Nu FP
1
P P
Nu L
(2.36)
Donde:
NuM: número de Nusselt para la convección mixta; adimensional.
P: constante experimental; adimensional.
Sustituyendo las expresiones 2.33; 2.31 y los valores de las constantes en la expresión 2.36 resulta:
Nu M
2 0,025
9
10
Re
1
Pr 3
2
15
Gu
3
0,56 Gr Pr
1
3
3
1
4
(2.37)
Al sustituir la expresión 2.25 en la 2.24 se obtiene el modelo general (ecuación 2.38) para el cálculo
del flujo de calor por convección. En el mismo, se introduce como elemento novedoso la utilización
�del número de Nusselt en función del tipo de convección predominante (ecuaciones 2.32; 2.35 y
2.37), lo cual está determinado por la dinámica con que cambian las condiciones físicas durante la
implementación del proceso de secado natural en las empresas productoras de níquel y cobalto.
Nu ka
Ts Ta
L
qConv
(2.38)
2.2.3- Modelo del flujo de calor por conducción
El calor que se transfiere por conducción desde la superficie de secado hacia el interior de la pila de
minerales se calcula mediante la Ley de Fourier (expresión 2.39), la misma ha sido reportada en
múltiples fuentes bibliográficas (Edwards y Penney, 1994; Incropera y De Witt, 1999, 2003).
qCond
k
Ts
T ,
(2.39)
Donde:
Ts( ): temperatura en la superficie de la pila de minerales en el instante (para y = l); ºC.
T ( , ): temperatura en el interior de la pila de minerales a la distancia
y en el instante ; ºC.
: espesor de la capa de material donde se produce la conducción del calor ( = y - l); m.
La temperatura del material en la superficie de la pila [Ts( )] se calcula como una función de dos
parámetros principales: la radiación solar global y el calor transmitido por convección, dependiendo
el primero de la inclinación de la superficie ( ), el ángulo de incidencia ( ) y la altura solar (hs); y el
segundo del coeficiente de transferencia de calor por convección y la diferencia de temperatura
entre la superficie y la corriente libre, factores todos que se encuentran en la expresión general 2.40.
Se recomienda utilizar algún software apropiado (Derive, MATLAB, Mathcad o cualquier otro). En
este trabajo se determinó con la aplicación informática creada (ver Figuras 7 y 8 del Anexo 10).
Ts
4
ha Ts
Ta4
ha Ta
c
0,0552 Ta1,5
4
s
I( , )
0 (2.40)
La temperatura T ( , ) se determina al obtener la distribución de temperatura en la pila, para ello es
necesario resolver la ecuación 2.41 con la condición inicial 2.42 y de frontera 2.43.
�2
T
T
x
T x, y, z,0
T S,
2
2
T
2
2
z2
y
x, y, z
T
x, y , z
(2.41)
D , donde D es el conjunto de puntos de la pila
0 , donde S es la frontera de la pila
1
(2.42)
(2.43)
Donde: T: temperatura del material; ºC.
Existen diferentes métodos de solución de ecuaciones diferenciales en derivadas parciales, los que
se clasifican en analíticos y numéricos (Edwards y Penney, 1994; Jiménez, 1999; Young et al.,
2008). Sin embargo, en este trabajo se empleó el método de separación de variables porque a través
del mismo se muestra explícitamente la dependencia entre las variables del proceso investigado.
2.2.3.1- Modelo unidimensional de la distribución de temperatura en la pila
La expresión que caracteriza la distribución unidimensional de temperatura [T(y, )] de cada sección
del corte (Figura 2.1) se obtiene al considerar que la conducción de calor transitoria cumple las
condiciones del primer problema general de contorno definido por Tijonov y Samarsky (1980), para
ello se emplea la ecuación 2.44 con las condiciones iniciales y de frontera representadas en 2.45.
T
2
T
y2
T y,0
f y,
(2.44)
y
T 0,
1
T l,
2
(2.45)
Para emplear este enfoque es necesario discretizar el problema de la distribución de la temperatura,
lo anterior se logra al dividir la pila en cortes de espesor fino y cada uno de estos cortes en
secciones de ancho suficientemente pequeño, según se muestra en la Figura 2.1.
�y
y
y
y=l
y = f(x)
y = f(x)
bo/2
-bo/2
0
z
a)
x
x
0
xi
b)
xf
x
c)
Figura 2.1. Esquema para el análisis de la distribución unidimensional de temperatura y humedad.
a): Pila de mineral; b): Corte de la sección transversal; c): Sección analizada en el corte.
En el modelo de la distribución de temperatura de una sección se cumplen las condiciones:
f y,
y
0
(2.46)
(2.47)
1
T0
2
Ts
(2.48)
(2.49)
T0
Donde:
T0: temperatura inicial del material; ºC.
Para resolver la ecuación 2.44 con las condiciones 2.46-2.49 se aplica el método de separación de
variables, para ello se introduce una nueva función incógnita v y,
v y,
T y,
, según la expresión 2.50.
U y,
(2.50)
Siendo:
U y,
1
La función v y,
v
2
y
v
2
y
l
y
Ts
T0
l
se determinará como la solución de la ecuación 2.52.
f y,
2
1
U
T0
2
U
y
2
Con las condiciones complementarias:
0
y dTs
l d
0
y dTs
l d
(2.51)
(2.52)
�v y,0
T y,0
U y,0
v 0,
T 0,
U 0,
v l,
T l,
y
1
U l,
y
Ts 0
l
0
T0
1
Ts
Ts
T0
y
T0 Ts 0
l
(2.53)
0
Se resuelve el problema anterior [ecuación 2.52 con las condiciones representadas en 2.53]
suponiendo que la solución tiene la forma de una serie de Fourier (ver Anexo 4). Luego se sustituye
la ecuación 15 del Anexo 4 en la 1 del propio anexo y se obtiene la expresión 2.54.
v y,
cos n
n
n 1
2
n
l
e
2
e
n
l
2
dTs ( )
d
d
0
Ts (0) T0
sen
n
y
l
(2.54)
Al sustituir las ecuaciones 2.54 y 2.51 en la 2.50 se obtiene la expresión 2.55, la cual constituye el
modelo matemático para el cálculo de la distribución de temperatura del material en una pila de
menas lateríticas expuesta a secado natural. El referido modelo tiene como elemento novedoso que
es el resultado de la solución de un problema de contorno que incluye las condiciones iniciales y de
frontera (esta última, es una función que varía en la posición y el tiempo) características del proceso
objeto de estudio. Además, incluye los elementos novedosos declarados con anterioridad.
T y,
cos n
n
n 1
2
T0
y
Ts
l
n
l
e
2
e
0
n
l
2
dTs ( )
d
d
Ts (0) T0
sen
n
y
l
(2.55)
T0
2.3- Formalización de la modelación bidimensional de la distribución de temperatura
Para determinar el valor de la temperatura T(x,y, ) en cualquier punto (x;y) de la sección transversal
de la pila de menas lateríticas para cualquier instante de tiempo
se emplea la Figura 2.2. Para ello
se conoce que T(x,0, ) = T0 y que para y = f(x) se cumple la igualdad siguiente:
T x, y ,
Ts x, f ( x),
(2.56)
�Y
Y
Y
g2(x, )
6
5
y = f (x)
b
y = f (x)
4
(x; y)
f 1(y, )
3
f 2(y, )
2
j
X
a)
1
i
1 2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12
b)
X
0
g1(x, )
a
X
c)
Figura 2.2. Esquema para el análisis de la distribución bidimensional de temperatura y humedad.
a): Corte de la sección transversal de la pila; b): Discretización de la sección transversal;
c): Sección rectangular analizada en el corte.
Sin perder generalidad, el problema se puede discretizar de la forma como se muestra en la Figura
2.2b. Luego cada punto (x;y) pertenece a un rectángulo Rij (i =1, 2,…, 12; j = 1, 2,…, 6) y para cada
rectángulo Rij (Figura 2.2c) se plantea el siguiente problema de contorno:
Tij
2
Tij
2
x2
y2
Tij 0, y,
f1 y,
Tij a, y,
f 2 y,
Tij x,0,
g1 x,
Tij x, b,
g 2 x,
Tij x, y,0
y,
Tij
(2.57)
(2.58)
T0
Para los rectángulos limítrofes con y = f(x) [los sombreados en la Figura 2.2b] se cumple que:
g1 x,
g 2 x,
Tij x,0,
si j 1
T0
si j 1
Ts x, f ( x),
0
(2.59)
(2.60)
Si i 1, ... ,6 (mitad izquierda de la pila o talud este de la pila)
f1 y,
Ts x, f ( x),
f 2 y,
Ti 1 j x a, y,
(2.61)
(2.62)
�Si i
f1 y,
f 2 y,
7, ... ,12 (mitad derecha de la pila o talud oeste de la pila)
(2.63)
Ti 1 j x a, b,
Ts x, f ( x),
(2.64)
Para los rectángulos no limítrofes con y = f(x) [los interiores en la Figura 2.2b] se cumple que:
g1 x,
Tij x,0,
si j 1
T0
si j 1
(2.65)
(2.66)
f1 y,
Tij 1 x, y b,
Ti 1 j x a, y,
f2 y,
Ti 1 j x a, y,
(2.68)
g2 x,
(2.67)
Como se aprecia, la modelación bidimensional de la distribución de temperatura en las pilas de
minerales se realiza considerando las condiciones físicas en que se desarrolla el proceso
investigado. El procedimiento general para la obtención de los modelos se expone en el Anexo 5.
2.4- Modelo general del proceso de secado natural de una pila de minerales
En el proceso de secado natural de las menas lateríticas, como resultado de la incidencia de la
radiación solar, en la superficie de secado de la pila de minerales se forma una película de vapor de
agua, la humedad del material disminuye y en el interior de la pila surgen dos gradientes: el de
humedad ( H) y el de temperatura ( T). En presencia de ambos gradientes comienza el traslado de
la humedad desde las capas interiores hasta la superficie de secado de la pila.
Para el estudio del proceso investigado se considera que los coeficientes ku y
son constantes y no
dependientes de la humedad del material, y se emplea la ecuación 2.69 obtenida por Likov (1968).
Esta expresión constituye el modelo general que caracteriza la velocidad de cambio de la humedad
en el interior de un sólido poroso en un punto de coordenadas (x; y; z) en el tiempo , es por ello
que ha sido sugerida por varios investigadores para el estudio del proceso de secado de materiales
porosos (Kasatkin, 1987; Rudenko y Shemajanov, 1989; Hernández y Quinto, 2005, 2008).
�H
2
ku
2
H
x2
H
y2
2
H
z2
2
2
2
x2
y2
z2
T
T
T
(2.69)
Donde:
ku: coeficiente de conducción de humedad; m2/s.
: coeficiente térmico de conducción de humedad; 1/ºC.
La ecuación 2.69 en este trabajo se utiliza concretamente para la determinación de la distribución de
humedad en las pilas de menas lateríticas expuestas al proceso de secado natural. Para ello se
resuelve la misma mediante el método de separación de variables con las condiciones iniciales y de
frontera específicas (problemas de contorno característicos) del proceso investigado.
Los coeficientes ku y
para las menas lateríticas del yacimiento Punta Gorda fueron determinados
por De Miguel (2009) y Retirado (2007), sus valores respectivos son: 0,00112 m2/s y 0,01862 1/ºC.
Los mismos fueron utilizados en la simulación y la optimización de los parámetros del proceso.
2.4.1- Modelo unidimensional de la distribución de humedad en la pila
La expresión que caracteriza la distribución unidimensional de humedad [H(y, )] en la pila de
menas lateríticas se determina considerando que la ecuación 2.70 con las condiciones iniciales y de
frontera representadas en el sistema de ecuaciones 2.73, se corresponde con el primer problema
general de contorno definido por Tijonov y Samarsky (1980).
H
2
ku
H
y2
f y,
(2.70)
Siendo:
2
f y,
ku
T
y2
(2.71)
�2
T
y
2
2
cos n
n
l
n 1
H y,0
2
n
l
e
2
n
l
e
2
dTs ( )
d
d
0
sen
n
y
l
(2.72)
y
H 0,
H0
H l,
Hs
(2.73)
Donde:
(y): función que caracteriza el cambio de H0 en cada instante de tiempo y posición “y”; kg/kg.
Hs( ): humedad del material en la superficie de secado de la pila (para y l ) en el instante ; kg/kg.
Para resolver la ecuación 2.70 con las condiciones representadas en 2.73 se aplica el método de
separación de variables y se emplea la Figura 2.1, para ello se introduce la función incógnita
v y,
, según la expresión 2.74.
v y,
H y,
U y,
(2.74)
Siendo:
U y,
H0
La función v y,
v
2
ku
v
y
Hs
l
H0
(2.75)
se determinará como la solución de la ecuación 2.76.
H
y2
2
ku
H
U
y2
2
ku
U
y2
Con las condiciones complementarias representadas en 2.77.
y
v y,0 H y,0 U y,0
y
H0
Hs 0 H0
l
v 0,
H 0,
U 0,
H0 H0 0
v l,
H l,
U l,
Hs
H0
Hs
H0
y dH s
l d
f ( y, )
y
H0
R ( y, )
y
Hs 0
l
(2.76)
H0
(2.77)
0
Luego el problema anterior se reduce a la ecuación 2.78 y las condiciones representadas en 2.79.
v
2
ku
y
v
2
R( y, )
(2.78)
�v y,0
H y,0
v 0,
v l,
0
0
U y,0
y
y
Hs 0
l
H0
H0
y
(2.79)
Este último problema [ecuación 2.78 con las condiciones representadas en 2.79] se resuelve
suponiendo que la solución tiene la forma de una serie de Fourier (ver Anexo 6). Luego se sustituye
la ecuación 11 del Anexo 6 en la 1 del propio anexo y se obtiene:
ku
2
ku
v y,
e
n
l
2
cos n
e
n
l
0
2
Rn
d
2 H1
n
2H s 0
n
n 1
l
2 n
2 H0
Hs 0
n
sen
Hs 0
2 2
sen n
H 1 y sen
0
n
n
y dy
l
H0 l
l
n
y
l
(2.80)
Al sustituir las ecuaciones 2.80 y 2.75 en la 2.74 se obtiene la expresión 2.81, la cual constituye el
modelo matemático para el cálculo de la distribución de humedad del material en una pila de menas
lateríticas expuesta a secado natural. Este modelo incluye los elementos novedosos declarados
anteriormente y los restantes que, con posterioridad, se declaran en el presente capítulo.
Para el caso particular en que
(y) = H1 = constante se procede de forma análoga al caso general
anteriormente expuesto [donde
(y) = variable] y se obtienen las expresiones 1-4 del Anexo 7.
�2
ku
H y,
e
2
n
l
cos n
e
n
ku
l
0
2
Rn
d
2 H1
n
2H s 0
n
n 1
l
2 n
2 H0
Hs 0
n
sen
Hs 0
n
y
l
y
Hs
l
H0
2 2
sen n
H 1 y sen
0
n
n
y dy
l
H0 l
l
H0
(2.81)
2.5- Formalización de la modelación bidimensional de la distribución de humedad
Para determinar el valor de la humedad H(x,y, ) en cualquier punto (x;y) de la sección transversal
de la pila de menas lateríticas para cualquier instante de tiempo , al igual que para el análisis de la
distribución de temperatura, se emplea la Figura 2.2. Para ello se conoce que H(x,0, ) = H0 y que
para y = f(x) se cumple la relación siguiente:
H x, y ,
H s x, f ( x),
(2.82)
En este caso se procede de forma análoga al análisis realizado para la modelación matemática
bidimensional de la distribución de temperatura y se considera que cada punto (x;y) pertenece a un
rectángulo Rij (i =1, 2,…, 12; j = 1, 2,…, 6), y que para cada rectángulo Rij (Figura 2.2c) puede ser
planteado el siguiente problema de contorno:
H ij
2
ku
2
H ij
x2
H ij
q x, y ,
y2
(2.83)
Siendo:
2
q x, y ,
ku
Tij
2
x2
y2
Tij
(2.84)
�H ij 0, y,
f1 y,
H ij a, y,
f 2 y,
H ij x,0,
g1 x,
H ij x, b,
g 2 x,
H ij x, y,0
y,
(2.85)
H0
Para los rectángulos limítrofes con y = f(x) [los marcados en la Figura 2.2b] se cumple que:
g1 x,
g 2 x,
H ij x,0,
si j 1
H0
si j 1
H s x, f ( x),
0
(2.86)
(2.87)
Si i 1, ... ,6 (mitad izquierda de la pila o talud este de la pila)
f1 y,
H s x, f ( x),
f2 y,
Hi 1 j x a, y,
Si i
f1 y,
f 2 y,
(2.88)
(2.89)
7, ... ,12 (mitad derecha de la pila o talud oeste de la pila)
(2.90)
Hi 1 j x a, b,
H s x, f ( x),
(2.91)
Para los rectángulos no limítrofes con y = f(x) [los interiores en la Figura 2.2b] se cumple que:
g1 x,
H ij x,0,
si j 1
H0
si j 1
(2.92)
g2 x,
Hij 1 x, y b,
(2.93)
f1 y,
Hi 1 j x a, y,
Hi 1 j x a, y,
(2.94)
f2 y,
(2.95)
Luego, la modelación bidimensional de la distribución de humedad de las menas lateríticas
expuestas a secado natural se desarrolla según el procedimiento que se expone en el Anexo 8.
De los procedimientos generales mostrados en los Anexos 5 y 8 se deduce que los modelos
matemáticos bidimensionales de la distribución de temperatura y humedad de las menas lateríticas
son casi imposibles de validar en la práctica. Es por ello, que en la presente investigación se emplea
la homogenización del material en las pilas como método alternativo para hacer corresponder los
modelos unidimensionales obtenidos [T(y, ) y H(y, )], con la realidad física del proceso estudiado.
�2.6- Modelos de la velocidad de secado y de la humedad del material en la superficie
En la Figura 2.3 se muestra un esquema estructural del secado natural de las menas lateríticas que
refleja los calores que influyen en el proceso, del análisis de la figura antes mencionada y el
ordenamiento de la expresión 1.19 se establece la ecuación 2.96. La misma, relaciona el régimen de
flujo calórico (calor total) y el régimen de secado (N) durante el proceso.
c
0,0552 Ta1,5
4
s
I( , )
Nu ka
Ts
L
Ta
k
Ts
T ,
N
(2.96)
Las expresiones particulares para la determinación de los calores presentes en el miembro izquierdo
de la expresión 2.96 (las expresiones 2.23; 2.38 y 2.39) se obtienen del análisis de los modos de
transferencia de calor que influyen en el secado natural de las menas lateríticas, el régimen de
secado (N) se determina por las ecuaciones 1.12 o 1.14, según corresponda y el calor latente de
vaporización ( ) se calcula por la expresión 1.11.
Sol
Calor de evaporación
Calor por radiación
Aire
Calor por conducción
Calor por convección
Menas lateríticas expuestas a secado natural
Superficie del terreno
Figura 2.3. Calores que influyen en el proceso de secado natural de las menas lateríticas.
�Al sustituir las expresiones de cálculo de , N y ms (1.11; 1.12 o 1.14 y 1.13) en la ecuación 2.96 se
obtiene para el periodo de velocidad de secado constante:
0,0552 Ta1,5
c
k
Ts
4
I( , )
s
T ,
Nu ka
Ts
L
dH 1 m0 100 H 0
d
A
100
Ta
R
CS1 CS 2 Tag
M ag
(2.97)
273,15
Después de las transformaciones correspondientes, la expresión 2.97 puede ser escrita como se
muestra en la 2.98. Luego se despeja el térmico de interés y se obtiene la expresión 2.99 para el
cálculo de la humedad del material en la superficie de la pila en cualquier instante
A
0,0552 Ta1,5
c
dH
d 1
m0 100 H 0
100
A
k
H0
Nu k a
Ts
L
I( , )
s
Ts
Ta
R
C S1 C S 2 Tag
M ag
0,0552 Ta1,5
c
Hs
4
4
s
I( , )
k
Ts
[Hs( )].
T ,
(2.98)
273,15
Nu k a
Ts
L
Ta
T ,
m0 100 H 0
100
R
C S1 C S 2 Tag
M ag
(2.99)
273,15
Donde:
-dH/d 1: velocidad de secado en la superficie de la pila durante el primer periodo; kg/kg·s.
Las expresiones 2.98 y 2.99 solo son aplicables al periodo de velocidad de secado constante, las
mismas caracterizan a la velocidad de secado y la humedad del material en la superficie de una pila
de menas lateríticas sometida al proceso de secado natural.
En el periodo de velocidad de secado decreciente se combinan las ecuaciones 2.96; 1.11; 1.12; 1.13
y 1.14; y se obtienen las expresiones 2.100 y 2.101, las cuales son análogas a la 2.98 y 2.99.
�0,0552 Ta1,5
c
A H
dH
d 2
He
Hc
Ts
R
C S1 C S 2 Tag
M ag
0,0552 Ta1,5
c
A H
s
He
k
Hs
H0
Hc
Ts
I( , )
4
(2.100)
273,15
Nu k a
Ts
L
Ta
T ,
m0 100 H 0
100
He
Ta
T ,
m0 100 H 0
100
He
Nu k a
Ts
L
I( , )
s
k
4
R
C S1 C S 2 Tag
M ag
(2.101)
273,15
Donde:
-dH/d 2: velocidad de secado en la superficie de la pila durante el segundo periodo; kg/kg·s.
Las expresiones 2.98 y 2.100; 2.99 y 2.101 constituyen los modelos que permiten calcular la
velocidad de secado [-dH/d
instante de tiempo
1
y -dH/d 2] y la humedad del material en la superficie de la pila en el
[Hs( )], respectivamente. Los mismos tienen como elementos novedosos que
son aplicables a los dos periodos de secado y que están particularizados a las condiciones de secado
específicas en que se implementa el secado natural en las empresas cubanas productoras de níquel y
cobalto. También incluyen los elementos novedosos declarados para los modelos de los flujos de
calor por radiación, convección y conducción.
2.7- Modelos generales del área de exposición y el volumen de las pilas de material
En las investigaciones que abordan la modelación matemática del proceso de secado solar,
generalmente, se calcula el área de exposición y el volumen de material expuesto a secado en
función de la forma geométrica que adopta el producto que se desea secar y no como una función de
las propiedades físicas del mismo (Salinas et al., 2004, 2008; Hernández et al., 2008; Montes et al.,
2008; Ferreira y Costa, 2009).
�En el caso particular de las menas lateríticas cubanas, el secado natural se realiza almacenando el
material en pilas, las cuales tienen por lo general su sección transversal triangular (Estenoz et al.,
2007 a y b; Retirado et al., 2007, 2009, 2011; Vinardell, 2011). Debido a esto, las ecuaciones
clásicas que se emplean en el cálculo del área de exposición y el volumen para las geometrías
cuadradas, rectangulares y cilíndricas no pueden ser aplicadas al mencionado proceso. Se requiere
entonces, establecer los modelos para el cálculo del área de exposición y el volumen de las pilas de
menas lateríticas con geometrías de su sección transversal triangular.
Para obtener el área de exposición y el volumen de una pila de mineral se deben considerar sus
áreas laterales y frontales (Retirado y Legrá, 2011). De forma general, se puede establecer la
expresión 2.102 para el cálculo del área superficial de una pila de material con simetría axial.
A
2 ASL
ASF
(2.102)
Los parámetros ASL y ASF se calculan por las ecuaciones 2.103 y 2.104 (Stewart, 2009).
bo 2
ASL
2 LSL
1
f ' ( x) 2 dx
(2.103)
0
bo 2
ASF
2
x
1
f ' ( x) 2 dx
(2.104)
0
Donde:
ASL: área de la superficie lateral de la pila; m2.
ASF: área de la superficie frontal de la pila; m2.
LSL: longitud de la superficie lateral de la pila; m.
bo: ancho de la base de la pila; m.
f´(x): derivada de la función que caracteriza la generatriz de la superficie lateral; m.
Luego, el área de exposición de la pila de minerales (A) se obtiene sumando las dos áreas anteriores
(ASL y ASF) y resulta:
�bo 2
A 2
LSL
x
1
f ' ( x) 2 dx
(2.105)
0
El volumen de las pilas de menas lateríticas se calcula por la expresión 2.106, mientras que los
volúmenes de la superficies lateral y frontales se determinan por las expresiones 2.107 y 2.108,
respectivamente (Swokowski, 2002; Stewart, 2009).
V
VSL VSF
(2.106)
Siendo:
VSL
ASTSL LSL
(2.107)
bo 2
VSF
2
x f ( x) dx
(2.108)
0
Donde:
V: volumen de la pila; m3.
VSL y VSF: volumen de la parte lateral y de las partes frontales de la pila; m3.
ASTSL: área de la sección transversal de la superficie lateral; m2.
El área de la sección transversal de la superficie lateral (ASTSL) se calcula por la expresión 2.109, la
misma ha sido recomendada en investigaciones precedentes (Ricaurte y Legrá, 2010; Sierra, 2010).
ASTSL
bo2 k f
(2.109)
Donde:
kf: factor de forma; adimensional.
2.7.1- Modelos para las pilas de sección transversal triangular y otras de interés
Este tipo de geometría en la más frecuente en la práctica. En este caso se considera que las
superficies laterales de la pila son planas y las frontales son cónicas, como se muestra en la Figura
2.4. Las áreas de las superficies laterales y frontales se calculan con las expresiones 2.103 y 2.104.
�Y
Y
D
D
C
f (x)
aSL
h
h
f (x)
ASL
0
0
bo/2
bo/2
m
A
X
A
LSL
X
a)
B
b)
Figura 2.4. Superficies que se generan en una pila de menas lateríticas de sección transversal
triangular (caso donde
m=
t).
a): superficie frontal; b): superficie lateral.
La función f(x) en este caso es una línea recta (Figura 2.5), cuya ecuación es la siguiente:
y
f x
2x
bo
h 1
(2.110)
Siendo la derivada (respecto a x ) de la función f(x):
y'
f ' ( x)
2 h
bo
tan m
(2.111)
Y
P2
f(x)
h
-bo/2
P1
m=
t
0
bo/2
P3
X
Figura 2.5. Vista frontal de una pila de sección transversal triangular.
Se sustituye la ecuación 2.111 en la 2.105 y se obtiene modelo matemático para el cálculo del área
de exposición de la pila de minerales con sección transversal triangular (expresión 2.112).
�bo 2
A 2
LSL
x
tan m 2 dx
1
(2.112)
0
Para establecer el modelo del volumen de la pila se debe calcular el factor de forma, para la sección
transversal triangular se determina por la expresión 2.113 (Ricaurte y Legrá, 2010).
1
tan m
4
kf
(2.113)
Luego, el modelo para el cálculo del volumen de la pila (expresión 2.114) se obtiene sustituyendo
las ecuaciones 2.113; 2.111; 2.110; 2.109; 2.108 y 2.107 en la 2.106.
V
1 2
bo tan m LSL
4
bo 2
2
x
0
bo
tan m
2
1
2x
bo
dx
(2.114)
Finalmente, es importante destacar que, siguiendo el mismo procedimiento descrito en este
epígrafe, se establecieron los modelos para el cálculo del área de exposición y el volumen de las
pilas de minerales que tienen su sección transversal parabólica, hiperbólica y semi-elíptica (ver
Anexo 9). Estas geometrías no son frecuentes, pero se obtienen durante la formación de las pilas de
menas lateríticas (Ricaurte y Legrá, 2010; Sierra, 2010; Retirado y Legrá, 2011). Por tal razón,
fueron consideradas en la modelación matemática del proceso de secado natural.
Los modelos establecidos en esta sección tienen como elemento novedoso que permiten
calcular el área de exposición y el volumen de las pilas en función de las dimensiones de la
superficie horizontal disponible para el secado natural y de los ángulos maximal y tangencial de las
pilas.
2.8- Conclusiones del capítulo 2
La expresión 2.21 constituye el modelo para el cálculo de la radiación solar global que incide
sobre la superficie de secado de las pilas de minerales [I( , )]. La misma es función,
fundamentalmente, del día del año, la declinación solar, el ángulo horario, la latitud, la altura
solar, el ángulo de incidencia, las componentes directa y difusa de la radiación solar horizontal,
�la orientación e inclinación de la superficie de secado, la reflectividad del suelo ubicado frente a
la pila y los ángulos maximal y tangencial de la pila de menas lateríticas.
Las expresiones 2.23; 2.38; 2.39 y 2.40 son los modelos para el cálculo de los flujos de calor
transferidos y la temperatura del material en la superficie de las pilas. Estos modelos están
particularizados al proceso estudiado y son función de la irradiación del cielo, la radiación
global que incide sobre la superficie de secado de las pilas, el tipo de convección predominante
y la variación de temperatura que experimenta el material durante el proceso de secado natural.
Quedaron establecidos los modelos para el cálculo de la distribución unidimensional de
temperatura y humedad [T(y, ) y H(y, )] que experimentan las menas lateríticas durante el
proceso de secado natural (expresiones 2.55; 2.81 y 4 del Anexo 7) y los procedimientos
generales para el desarrollo de la modelación bidimensional de estos parámetros [T(x,y, ) y
H(x,y, )] (Anexos 5 y 8). Los referidos modelos y procedimientos se obtienen al resolver las
ecuaciones diferenciales de difusión del calor (2.41) y del intercambio de humedad en un sólido
poroso (2.69) para las condiciones iniciales y de frontera específicas del proceso investigado.
Los modelos obtenidos para la velocidad de secado [(dH/d 1) y (dH/d 2)] y la humedad del
material en la superficie de la pila en el instante de tiempo
[Hs( )] en los dos periodos de
secado están formados por las expresiones 2.98; 2.99; 2.100 y 2.101. Los mismos se deducen
del balance de energía en la superficie de secado de una pila de menas lateríticas almacenada a
la intemperie que está expuesta, de forma natural, a la radiación solar y la convección del aire.
Los modelos representados por la expresión 2.112 y las 1; 6 y 8 del Anexo 9 permiten calcular
el área de exposición (A) de las pilas de menas lateríticas expuestas al proceso de secado natural
que tengan simetría axial y geometría de su sección transversal triangular, parabólica,
hiperbólica y semi-elíptica, respectivamente. De modo similar, la expresión 2.114 y las 2; 7 y 9
del Anexo 9 permiten calcular el volumen de las pilas (V). Para ello, basta conocer las
dimensiones (largo y ancho) de la superficie horizontal disponible para el secado natural y los
�ángulos maximal (
m)
y tangencial ( t) de las pilas. Estos ángulos pueden determinarse como
una función de dos propiedades físicas del material: la granulometría y humedad.
�CAPÍTULO III
3. IMPLEMENTACIÓN DE LOS MODELOS MATEMÁTICOS DEL
PROCESO DE SECADO NATURAL DE LAS MENAS LATERÍTICAS
3.1- Introducción
En los capítulos precedentes fueron establecidos los modelos, las ecuaciones de enlace y los
procedimientos que permiten calcular los parámetros fundamentales del secado natural de las menas
lateríticas. Sin embargo, debido a la complejidad que presupone el trabajo manual con los modelos,
se requiere implementarlos en una aplicación informática que permita validarlos y luego posibilite
la simulación y optimización de los parámetros del proceso que son de interés para la presente
investigación. En este sentido los objetivos del capítulo son:
Implementar en una aplicación informática los modelos, las ecuaciones de enlace y los
procedimientos establecidos para el cálculo de los parámetros fundamentales del proceso.
Obtener información experimental de un caso de estudio representativo del proceso de secado
natural a escala industrial que posibilite la validación de los modelos teóricos establecidos.
Desarrollar la simulación de la distribución de temperatura y humedad del material; y la
optimización de la forma geométrica de la sección transversal de las pilas de menas lateríticas.
Valorar los beneficios económicos y el impacto ambiental asociados al proceso investigado.
3.2- Implementación de los modelos matemáticos en una aplicación informática
�Los modelos matemáticos, las ecuaciones de enlace, y los procedimientos de cálculo establecidos
en los capítulos precedentes fueron implementados en una aplicación informática denominada
“SecSolar”, la cual fue diseñada y creada por un grupo multidisciplinario de investigadores del
Centro de Estudio de Energía y Tecnología Avanzada de Moa y del Departamento de Ingeniería
Mecánica del Instituto Superior Minero Metalúrgico. La mencionada aplicación informática permite
validar los modelos establecidos y calcular los parámetros fundamentales del proceso de secado
natural de las menas lateríticas, en las condiciones de explotación de las empresas cubanas
productoras de níquel y cobalto. La misma consta de cinco ventanas, ellas son: áreas y volúmenes
de pilas; diseño de pilas según radiación solar recibida; cálculo del calor total; dinámica del calor y
dinámica del secado. Las operaciones que se pueden realizar en cada una de las ventanas, sus
imágenes y los diagramas de bloque utilizados para los cálculos se exponen en el Anexo 10.
3.3- Diseño de experimentos para la validación de los modelos
3.3.1- Instalación experimental
Los experimentos se realizaron con menas lateríticas extraídas del frente de explotación del
yacimiento Punta Gorda. El material se transportó en camiones desde la mina de la empresa
“Comandante Ernesto Che Guevara” hasta el Centro de Desarrollo de Investigaciones del Níquel,
donde se depositó en el patio de secado solar y se procedió a la formación de las pilas de minerales
mediante el empleo de cargadores frontales. Se seleccionó el yacimiento Punta Gorda porque el
mismo, por sus características promedios, resulta representativo de los yacimientos lateríticos
cubanos (Legrá, 1999; Oliveira, 2001; Vera, 2001; Ariosa, 2002; Cuador, 2002). Lo anterior ha
motivado que el yacimiento en cuestión haya sido objeto de estudio de diversas investigaciones
científicas (Belete, 1995; Rojas, 1995; De Dios y Díaz, 2003; Proenza et al., 2003; De Miguel,
2002, 2009; Sánchez, 2006; Agyei, 2009a y b; Rojas et al., 2012).
�3.3.2- Selección de las variables
La velocidad de secado de las menas lateríticas durante el proceso de secado natural depende de
múltiples variables, entre ellas se encuentran: la masa de material expuesta a secado, el ángulo de
reposo y las dimensiones de las pilas, la humedad inicial y final del material (Retirado et al., 2010).
Para la validación de los modelos matemáticos propuestos las variables antes mencionadas se
midieron de forma directa en las pilas. También se consideraron los parámetros meteorológicos que
influyen en el secado natural. Las particularidades de las variables se describen a continuación:
3.3.2.1- Masa expuesta a secado, ángulo de reposo y dimensiones de las pilas
Se construyeron tres pilas de menas lateríticas con sección transversal triangular, dos se formaron
con 500 toneladas de material y la otra con 700 toneladas. Se experimentó con un ángulo de reposo
maximal de 61 grados sexagesimales. Las dimensiones de las pilas de minerales fueron 140 m de
largo y 3,2 m de ancho de la base, para las pilas de 500 toneladas, mientras que la pila de 700
toneladas tuvo una longitud de 140 m y un ancho de la base de 5,49 m. Las características de las
pilas expuestas en este párrafo (masa de material expuesta a secado, ángulo de reposo maximal y
dimensiones) se corresponden con las utilizadas en la implementación práctica del proceso de
secado natural en las empresas cubanas productoras de níquel y cobalto (Estenoz, 2009; Espinosa y
Pérez, 2010b; Vinardell, 2011).
3.3.2.2- Humedad inicial y final de las menas lateríticas
La humedad inicial se considera una variable independiente y, a la vez, un parámetro de referencia
por cuanto permite estimar la incidencia que tiene el proceso de secado natural en la humedad del
material. Su valor varía aleatoriamente porque depende de las condiciones meteorológicas de la
región en el momento de la implementación del proceso y de las características hidrogeológicas del
yacimiento en explotación. Se experimentó con los valores que tenían las menas lateríticas en el
�momento en que fueron depositadas (valores de referencia), para ello se tomaron tres muestras en
los taludes longitudinales de las pilas. En el caso de la humedad final se realizaron determinaciones
en los mismos puntos donde se hicieron las mediciones de la humedad inicial. Los valores de la
humedad inicial y final se calcularon mediante las expresiones 1.1 y 1.3.
3.3.2.3- Variables meteorológicas
Para el monitoreo de estas variables se empleó el equipo Davis EZ-Mount Groweather que
pertenece a la empresa “Comandante Ernesto Che Guevara”. El mismo tiene un sistema de
adquisición de datos, utilizando un conjunto básico de sensores, que incluye la medición y el
registro en computadora, cada una hora, de las variables meteorológicas siguientes: radiación solar,
nubosidad, precipitaciones, temperatura del punto de rocío, y la temperatura, humedad relativa,
dirección y velocidad del aire. Estas variables tienen un comportamiento aleatorio por lo que no
pudieron ser prefijadas para la experimentación, no obstante, sus valores reales fueron considerados
en el momento en que se realizó la simulación computacional con la aplicación informática creada.
3.3.3- Tipo de diseño de experimentos empleado
En las investigaciones científicas contemporáneas pueden ser empleados diversos tipos de diseños
de experimentos (Guzmán, 1986; Guerra et al., 2003; Montgomery, 2004; Miller et al., 2005; Legrá
y Silva, 2011). Sin embargo, por las características del proceso estudiado y los recursos disponibles,
se empleó un diseño multifactorial cuyas características se relacionan a continuación:
1. Se realizaron mediciones en tres pilas de menas lateríticas para descartar la influencia del
proceso mecánico de formación de las pilas. Las mismas se orientaron longitudinalmente en la
dirección del eje norte-sur.
2. Las muestras para la medición de la humedad de las menas lateríticas se tomaron en la
superficie de las pilas, de esta manera se garantizaron mediciones correctas con la
instrumentación disponible.
�3. En cada pila se tomaron tres puntos de medición en diferentes cortes y para el análisis
posterior se consideró el resultado promedio. Se procedió de esta forma debido a los pequeños
valores puntuales y promedios obtenidos para el coeficiente de variación, los cuales fueron
inferiores al 5 %. Lo anterior confirma la calidad de las mediciones realizadas y asegura que
los resultados obtenidos en un corte sean extrapolables a cualquier otro corte de la pila.
4. Las mediciones antes mencionadas se realizaron durante 14 días no consecutivos donde la
variabilidad climática determinó un conjunto diverso de condiciones experimentales en lo que
se refiere a los valores de la humedad inicial del material y de los parámetros meteorológicos.
5. En los días impares (1; 3; 5; 7; 9; 11 y 13) se realizaron mediciones en puntos del talud oeste
de las pilas y en los días pares se realizaron las mediciones en puntos del talud este.
6. No se consideraron pilas con secciones transversales diferentes a las triangulares o ángulos de
reposo maximal diferentes a 61 grados por motivos técnico-económicos. Sin embargo, esto no
constituye un obstáculo para comprobar la veracidad de los modelos teóricos propuestos.
3.3.4- Matriz del diseño de experimentos y número de mediciones experimentales
En el diseño empleado se consideran como factores o variables independientes la distancia en el eje
“X” medida simétricamente desde el origen de coordenadas (XO y XE), la altura en el eje “Y” de la
superficie de secado de la pila (YS), la distancia en el eje “Z” medida desde el origen de la
superficie lateral de la pila (Z1, Z2 y Z3), y el tiempo medido a las seis y las 18 horas (
0
y
F).
El
parámetro de referencia lo constituye la humedad inicial del material (H0) y la variable dependiente
es la humedad final de las menas lateríticas (HF). En la Tabla 3.1 se expone la matriz del diseño de
experimentos implementado en la investigación. Por su parte, los resultados experimentales
obtenidos para la humedad de las menas lateríticas y sus correspondientes valores teóricos
calculados con los modelos establecidos se relacionan en la Tabla 1 del Anexo 11.
Tabla 3.1. Matriz del diseño de experimentos implementado en cada pila de menas lateríticas.
�Día
1
2
3
4
X
(m)
XO
XE
XO
XE
Mediciones de humedad a realizar
en las pilas a las seis horas
Mediciones de humedad a realizar
en las pilas a las 18 horas
Tres muestras y el valor promedio
Tres muestras y el valor promedio
Z
0
(m) (h)
Z1-3 0
Z1-3 0
Z1-3 0
Z1-3 0
H0(Z1)
(%)
H0(Z1)
H0(Z1)
H0(Z1)
H0(Z1)
H0(Z2)
(%)
H0(Z2)
H0(Z2)
H0(Z2)
H0(Z2)
H0(Z3)
(%)
H0(Z3)
H0(Z3)
H0(Z3)
H0(Z3)
H0(P)
(%)
H0P(1)
H0P(2)
H0P(3)
H0P(4)
Tres muestras y el valor promedio
F
(h)
12
12
12
12
HF(Z1) HF(Z2) HF(Z3)
HF(P)
(%)
(%)
(%)
(%)
HF(Z1) HF(Z2) HF(Z3) HFP(1)
HF(Z1) HF(Z2) HF(Z3) HFP(2)
HF(Z1) HF(Z2) HF(Z3) HFP(3)
HF(Z1) HF(Z2) HF(Z3) HFP(4)
Continuación de la Tabla 3.1.
Tres muestras y el valor promedio
X
Z
H0(Z1) H0(Z2) H0(Z3) H0(P)
HF(Z1) HF(Z2) HF(Z3)
HF(P)
0
F
(m) (m) (h) (%)
(%)
(%)
(%) (h) (%)
(%)
(%)
(%)
XO Z1-3 0 H0(Z1) H0(Z2) H0(Z3) H0P(5) 12 HF(Z1) HF(Z2) HF(Z3) HFP(5)
5
XE Z1-3 0 H0(Z1) H0(Z2) H0(Z3) H0P(6) 12 HF(Z1) HF(Z2) HF(Z3) HFP(6)
6
XO Z1-3 0 H0(Z1) H0(Z2) H0(Z3) H0P(7) 12 HF(Z1) HF(Z2) HF(Z3) HFP(7)
7
XE Z1-3 0 H0(Z1) H0(Z2) H0(Z3) H0P(8) 12 HF(Z1) HF(Z2) HF(Z3) HFP(8)
8
XO Z1-3 0 H0(Z1) H0(Z2) H0(Z3) H0P(9) 12 HF(Z1) HF(Z2) HF(Z3) HFP(9)
9
10 XE Z1-3 0 H0(Z1) H0(Z2) H0(Z3) H0P(10) 12 HF(Z1) HF(Z2) HF(Z3) HFP(10)
11 XO Z1-3 0 H0(Z1) H0(Z2) H0(Z3) H0P(11) 12 HF(Z1) HF(Z2) HF(Z3) HFP(11)
12 XE Z1-3 0 H0(Z1) H0(Z2) H0(Z3) H0P(12) 12 HF(Z1) HF(Z2) HF(Z3) HFP(12)
13 XO Z1-3 0 H0(Z1) H0(Z2) H0(Z3) H0P(13) 12 HF(Z1) HF(Z2) HF(Z3) HFP(13)
14 XE Z1-3 0 H0(Z1) H0(Z2) H0(Z3) H0P(14) 12 HF(Z1) HF(Z2) HF(Z3) HFP(14)
Total de mediciones experimentales realizadas en cada una de las pilas consideradas 84
Día
3.3.5- Consideraciones sobre la suficiencia del muestreo y el análisis de varianza
Para comprobar la pertinencia práctica de los modelos teóricos establecidos para el cálculo de la
humedad de las menas lateríticas durante el proceso de secado natural se pueden realizar dos tipos
de experimentos, ellos son:
1. El experimento en el cual se determina la humedad de las menas lateríticas tomando muestras
de material en la superficie de secado de las pilas y;
2. El experimento en el cual se determina la humedad de las menas lateríticas tomando muestras
de material en la superficie de secado y en el interior (parte central) de las pilas.
Sin embargo, se debe puntualizar que cuando se someten las menas lateríticas investigadas al
secado natural las mismas se compactan y forman una coraza prácticamente impenetrable que,
según las investigaciones consultadas, dificulta mucho el muestreo en el interior de las pilas de
�minerales (Espinosa y Pérez, 2010a y b; Vinardell, 2011). Este inconveniente determinó que en la
validación de los modelos teóricos se implementara mayoritariamente el primer experimento y en
menor medida el segundo. En ambos casos durante los experimentos se homogenizó el material en
las pilas para obtener valores promedios de humedad. Los resultados obtenidos se exponen en las
Tablas 1 y 3 del Anexo 11.
En relación con la necesidad de realizar o no un análisis de varianza, se debe destacar que en este
caso concreto no se requiere inferir la ya conocida relación existente entre las variables espaciales
(x, y, z) y la variable temporal ( ) con la temperatura y la humedad del material en cada punto
espacial e instante de tiempo, lo anterior resulta evidente en las ecuaciones 2.41 y 2.69. Por otra
parte, en la investigación tampoco fue necesario establecer un modelo empírico para el cálculo de la
humedad de las menas lateríticas, por ejemplo utilizando el Método de los Mínimos Cuadrados,
porque las mediciones experimentales realizadas tienen como único propósito confirmar la validez
de los modelos teóricos obtenidos al resolver las ecuaciones diferenciales 2.41 y 2.69 con los
problemas de contorno planteados para el proceso investigado.
3.3.6- Técnica experimental para la medición de la humedad de las menas lateríticas
Para el experimento realizado se removió y homogenizó el material en la pilas con la finalidad de
obtener valores promedios de humedad. Este parámetro se determinó por el método tradicional de
diferencias de pesadas (Martínez-Pinillos, 1997). Se empleó el mismo por la confiabilidad que
brinda en los resultados, su sencillez y fácil aplicación (Miranda, 1996; Pavez et al., 2000).
Durante el experimento se tomaron muestras de aproximadamente dos kilogramos en la superficie
de las pilas en el horario de las seis de la mañana. Las muestras se trasladaron en recipientes
herméticos hasta el laboratorio, se le determinó la masa en ese instante en una balanza digital (ver
Figura 1 del Anexo 12). Posteriormente se sometieron al secado, en la estufa que se ilustra en la
Figura 2 del Anexo 12, a una temperatura de 105 ºC hasta que la masa de la muestra permaneciera
constante (alrededor de 24 horas), luego se enfriaron en una desecadora, se determinó la masa de la
�muestra seca y se calculó la humedad inicial del material. Simultáneamente las pilas de menas
lateríticas se expusieron al proceso de secado natural en el horario comprendido entre las seis y las
18 horas y en éste último horario se tomaron nuevamente muestras en los mismos puntos de
muestreo, se repitió el procedimiento realizado en la mañana y se determinó la humedad final.
Luego se comprobó el efecto que tuvo el proceso de secado natural en la humedad del material.
3.4- Validación de los modelos matemáticos con pilas de dimensiones industriales
En el capítulo precedente se establecieron los modelos teóricos que permiten calcular la humedad
de las menas lateríticas, pero se desconoce en qué medida los mismos permiten describir el proceso
real, por tal razón los modelos matemáticos deben ser validados.
La validación de los modelos tiene gran importancia porque permite conocer con qué precisión los
mismos se corresponden con la realidad física del proceso investigado (Viera et al., 1988;
Columbié, 2001; Retirado, 2004; Góngora et al., 2007, 2008; Bombino et al., 2010; Brito-Vallina et
al., 2011). Dicha validación puede realizarse comparando los resultados obtenidos con el uso del
modelo con los datos disponibles sobre el objeto de estudio, comparándolos con los datos
reportados por otros modelos ya validados o valorando las conclusiones que se obtienen al usar el
modelo en cuestión (Legrá y Silva, 2011).
En este trabajo, la validación de los modelos se realiza comparando los resultados experimentales
obtenidos para la humedad del material [HF(P)Epx.], con los teóricos calculados con los modelos para
las mismas condiciones del experimento [(HF(P)Teo.]. Luego, se calculan los errores relativos
puntuales y promedios entre los resultados experimentales y los teóricos, teniendo como criterio de
aceptación que el error relativo promedio sea inferior al 10 %. Para el cálculo de los errores se
emplean las expresiones 3.1 y 3.2; propuestas por Montgomery (2004) y Miller et al. (2005). El
diagrama general empleado en la validación de los modelos se expone en la Figura 1 del Anexo 11.
E
H F ( P ) Exp.
H F ( P )Teo.
H F ( P ) Exp.
100
(3.1)
�EP
Nd H
F ( P) Exp.
i 1
H F ( P)Teo.
H F ( P) Exp.
100
Nd
(3.2)
Donde:
E: error relativo puntual entre los valores experimentales y los teóricos de la humedad; %.
HF(P)Exp.: valor promedio de la humedad del material determinado de forma experimental; %.
HF(P)Teo.: valor promedio de la humedad del material determinado de forma teórica; %.
EP: error relativo promedio entre los valores experimentales y los teóricos de la humedad; %.
Nd: número de determinaciones; adimensional.
En la Tabla 1 del Anexo 11 se relacionan los valores de la humedad de las menas lateríticas
obtenidos experimentalmente en las pruebas de secado natural y los valores teóricos calculados con
los modelos matemáticos para las mismas condiciones del experimento, los resultados
experimentales [H0(P)Exp. y HF(P)Exp.] son los promedios para las tres muestras analizadas. En la
referida tabla se observa que los errores relativos puntuales siempre fueron inferiores al 15 %,
siendo el 73,81 % de ellos inferiores al 10 %. El error relativo promedio, en las tres pilas, se
encuentra por debajo del 8 % y el error relativo promedio considerando todas las determinaciones
es igual a 6,57 %. Estos valores indican que existe una correspondencia satisfactoria entre los
resultados de la humedad obtenidos experimentalmente durante el secado natural y los valores
teóricos calculados con los modelos establecidos. Los errores relativos puntuales calculados para
cada uno de los niveles de humedad relacionados en la Tabla 1 del Anexo 11 obedecen a la
distribución que se muestra en la Tabla 2 del Anexo 11.
Teniendo en cuenta el ajuste global del 93,43 % alcanzado con los modelos establecidos para el
cálculo de la humedad del material, la distribución de los errores relativos puntuales calculados y
sus pequeños valores promedios (ver Tablas 1; 2 y 3 del Anexo 11), así como, los criterios
expuestos en las literaturas que abordan la modelación matemática de procesos industriales
�(Tijonov, 1978; Lucenko, 1984; Legrá y Silva, 2011) donde se especifica que para cálculos de
ingeniería (excepto en los procesos y las instalaciones que por su principio de funcionamiento
requieren alta precisión en los cálculos) una aproximación del 90 % es satisfactoria, debido a que
los resultados siempre están influenciados por los errores inherentes al proceso de experimentación,
se puede aseverar entonces que los modelos matemáticos establecidos en el presente trabajo tienen
una exactitud adecuada y, por tanto, son válidos para los fines para los cuales fueron creados.
3.4.1- Aplicación práctica de los modelos matemáticos establecidos
La aplicación práctica fundamental de los modelos establecidos en el presente trabajo, es que
permite calcular los valores y pronosticar los comportamientos de los parámetros fundamentales del
secado natural de las menas lateríticas, lo cual es beneficioso para racionalizar la implementación
del proceso, por cuanto se puede estimar en qué magnitud se reducirá el contenido de humedad de
una cantidad determinada de menas lateríticas, sin tener que someterla al proceso de
experimentación y, por consiguiente, se infiere si es factible el secado natural previo del material
bajo las condiciones prefijadas para las simulaciones computacionales. Estas posibilidades que
brindan los modelos obviamente se pueden convertir en ahorro de combustible y, por tanto, en
utilidades económicas para las empresas niquelíferas cubanas que implementan el proceso.
3.5- Aplicación del procedimiento establecido a una pila de dimensiones industriales
Para desarrollar este epígrafe se calculan los parámetros fundamentales del proceso de secado
natural para la pila de 700 toneladas (ver sus características en la Tabla 1 del Anexo 11). En las
secciones siguientes se exponen los resultados obtenidos y los correspondientes comentarios.
3.5.1- Cálculo del área de exposición y el volumen de la pila
En las Tablas 1 y 2 del Anexo 13 se relacionan los valores obtenidos para el área de exposición y el
volumen de la pila en correspondencia con la variación de los ángulos maximal y tangencial, como
�se aprecia, los modelos establecidos en el capítulo anterior (expresiones 2.112 y 2.114 y las 1; 2; 6;
7; 8 y 9 del Anexo 9) permiten determinar los mencionados parámetros para las pilas de minerales
con geometría de su sección transversal triangular, parabólica, hiperbólica y semi-elíptica.
Sobre el cálculo del área y el volumen resulta interesante destacar que al utilizar los modelos
propuestos en la presente investigación solo se requiere conocer las dimensiones (largo y ancho) de
la superficie horizontal disponible para el secado natural, datos que siempre están disponibles y los
ángulos maximal y tangencial de la pila de minerales, los cuales se pueden determinar conociendo
la granulometría y humedad del material (ver ecuaciones 3 y 4 del Anexo 9), estas propiedades
físicas de las menas lateríticas igualmente son conocidas y ampliamente dominadas por los obreros
e investigadores encargados de implementar el proceso en las empresas productoras de níquel.
Los comportamientos mostrados por los valores expuestos en las Tablas 1 y 2 del Anexo 13 indican
que el área de exposición y el volumen de las pilas aumentan en la medida en que se incrementan
los ángulos maximal y tangencial. Sin embargo, aunque las tendencias al crecimiento de los valores
en ambos casos son similares, se observa que la diferencia entre los valores extremos (máximo y
mínimo) es más acentuada en el caso del volumen. Por tanto, al variar los ángulos maximal y
tangencial se pueden obtener incrementos en el volumen de las pilas que son superiores al
incremento que se obtiene para el área de exposición.
Por otra parte, aunque es importante valorar las tendencias al crecimiento que reflejan el área de
exposición y el volumen de la pila, durante la implementación práctica del proceso de secado
natural se debe considerar que no necesariamente se obtienen eficiencias racionales en las pilas de
mayor área y volumen, sino en aquellas en que los procesos de transferencia de calor y masa se
intensifican como resultado de una mayor captación de la radiación solar y que, a la vez, su
volumen sea suficientemente grande para satisfacer la productividad requerida por las empresas
�productoras de níquel. Estos criterios deben ser considerados en la optimización de la forma
geométrica de la sección transversal de las pilas de menas lateríticas expuestas a secado natural.
3.5.2- Cálculo de la radiación global que llega a la superficie de secado de la pila
Los valores obtenidos para la radiación global que incide sobre la superficie de secado de la pila se
relacionan en la Tabla 3 del Anexo 13, los mismos fueron calculados empleando la expresión 2.21,
la cual fue establecida para las condiciones específicas del proceso investigado.
Al graficar los resultados en la Figura 3.1 se observa que la radiación solar medida sobre la
superficie horizontal, en general difiere de un 3 a un 5 % de la radiación global que incide sobre los
taludes este y oeste de la pila, lo anterior se debe a que la superficie de secado de la pila está
inclinada en 61 grados. De lo aquí expuesto se deduce la importancia que tiene, en el diseño de la
tecnología de secado natural, la evaluación rigurosa de la radiación solar disponible e incidente.
Sobre el talud este
Sobre superficie horizontal
Sobre el talud oeste
Radiación solar (W/m 2)
1200
1000
800
600
400
200
0
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
Hora del día
Figura 3.1. Comportamiento de la radiación solar que llega a la superficie de secado de la pila.
En la Figura 3.1 se observa además que en la sección de la tarde (a partir de las 12 horas) la
radiación es más intensa y en consecuencia el secado del talud oeste de la pila será más rápido que
�en el este, por tanto el proceso de remoción del material debe realizarse en el sentido este-oeste, lo
anterior es congruente con el procedimiento de remoción propuesto por Estenoz (2009), el cual
tiene como objetivo desarrollar un método que posibilite aprovechar al máximo las energías solar y
eólica en el proceso de secado natural para obtener una elevada productividad del secado por unidad
de superficie, mediante la remoción periódica de las pilas, y la regulación y control de sus taludes y
parámetros, en tal forma que se pueda adecuar a las variaciones climáticas y las irregularidades de
los regímenes de precipitación presentes en la región donde se implementa el proceso investigado.
3.5.3- Cálculo del calor total que llega a la superficie de secado de la pila
Debido a que el proceso estudiado se desarrolla a la intemperie, la superficie de secado de la pila
intercambia calor con los alrededores por convección y radiación. El calor total que se aprovecha en
el secado lo constituye la suma o la diferencia (según corresponda) de estos dos flujos de calor.
Calor por convección (W/m 2)
Sobre el talud este
Sobre superficie horizontal
Sobre el talud oeste
11
15
60
50
40
30
20
10
0
6
7
8
9
10
12
13
14
16
17
18
Hora del día
Figura 3.2. Comportamiento del flujo de calor por convección durante el proceso de secado natural.
�Calor por radiación (W/m 2)
Sobre el talud este
Sobre superficie horizontal
Sobre el talud oeste
800
700
600
500
400
300
200
100
0
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
Hora del día
Figura 3.3. Comportamiento del flujo de calor por radiación durante el proceso de secado natural.
En las Tablas 4 y 5 del Anexo 13 se relacionan los valores calculados (con los modelos
matemáticos 2.38 y 2.23) para los flujos de calor transferidos por convección y radiación. Al valorar
sus comportamientos (Figuras 3.2 y 3.3) se infiere que estos están determinados por el régimen de
radiación solar existente, lo anterior explica el hecho de que las tendencias globales de las curvas
representadas en las Figuras 3.1 y 3.3 sean similares. Además, se aprecia claramente que el flujo de
calor predominante y por tanto más influyente en el proceso de secado natural es el de radiación.
Sin embargo, si se comparan los valores obtenidos para la radiación solar (Figura 3.1) y para el
flujo de calor por radiación (Figura 3.3), se observa una reducción del segundo respecto al primero,
lo anterior es consecuencia de la influencia que tienen la absortividad solar y la reflectividad de las
menas lateríticas, la inclinación de la superficie de secado de la pila y las condiciones
climatológicas predominantes en la región durante la implementación del proceso de secado natural.
3.5.4- Cálculo y simulación de la distribución de temperatura del material en la pila
Durante el proceso de secado natural de las menas lateríticas la superficie de secado recibe la
radiación solar, una parte del calor recibido se emplea en evaporar la humedad no estructural del
�producto y otra parte en variar la energía interna del material mientras aumenta su temperatura. La
distribución de temperatura que experimentan las menas lateríticas durante el secado natural se
calcula mediante la ecuación 2.55. Los resultados obtenidos para los diferentes taludes de la pila y
espesores de secado se relacionan en las Tablas 6; 7; 8 y 9 del Anexo 13.
Al analizar los comportamientos mostrados en las Figuras 3.4 y 3.5 se observa que la superficie de
secado de la pila de minerales (donde la altura h = 4,7 m) incrementa su temperatura después de las
ocho y 10 horas, respectivamente (posterior a las dos y cuatro horas de secado) y los mayores
valores en el talud este de la pila se obtienen en el horario comprendido entre las 10 y las 13:30
horas, donde oscilan entre los 51,4 y 82,9 ºC. En el caso del talud oeste de la pila los mayores
valores de temperatura se alcanzan entre las 11 y las 16 horas, en este horario la temperatura del
material oscila entre los 70,9 y 85,8 ºC. Sin embargo, en ambos taludes para las restantes alturas
consideradas este parámetro tiene un comportamiento aproximadamente constante e igual al valor
inicial (25,5 ºC), excepto para la altura h = 4,3 m donde se alcanzan valores cercanos a los 29 y
31ºC entre las 11 y las 13 horas (ver Tablas 6 y 7 del Anexo 13).
De los comportamientos mostrados en las Figuras 3.4 y 3.5 se infiere que las menas lateríticas
investigadas se caracterizan por ser un material mal conductor del calor, por cuanto los cambios que
se producen en la temperatura superficial de la pila de minerales no inciden significativamente en la
capa de material que se encuentra ubicada a una distancia de 0,388 m (38,8 cm).
�Temperatura del material (ºC)
90
h = 0,000 m
80
h = 0,486 m
h = 0,971 m
70
h = 1,457 m
60
h = 1,942 m
50
h = 2,428 m
h = 2,913 m
40
h = 3,399 m
30
h = 3,884 m
20
h = 4,370 m
h = 4,758 m
10
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
Hora del día
Figura 3.4. Comportamiento de la distribución de temperatura de las menas lateríticas en el talud
este de la pila, desde la base hasta la superficie de secado.
Temperatura del material (ºC)
90
h = 0,000 m
80
h = 0,486 m
h = 0,971 m
70
h = 1,457 m
60
h = 1,942 m
50
h = 2,428 m
h = 2,913 m
40
h = 3,399 m
30
h = 3,884 m
20
h = 4,370 m
h = 4,758 m
10
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
Hora del día
Figura 3.5. Comportamiento de la distribución de temperatura de las menas lateríticas en el talud
oeste de la pila, desde la base hasta la superficie de secado.
�Con el objetivo de determinar el espesor de material al cual se produce un cambio significativo en
la temperatura de las menas lateríticas en el interior de la pila se graficaron los valores de
temperatura para las alturas más cercanas a la superficie de secado de la pila (Figuras 3.6 y 3.7).
Como se aprecia para la altura h = 4,6 m, a partir de las 10 horas, se produce un incremento
considerable en la temperatura del material respecto a su valor inicial, sin embargo, para la altura
siguiente (h = 4,5 m) los valores no cambian significativamente, por tanto se puede concluir que
para las condiciones de secado natural analizadas la conducción del calor en ambos taludes de la
Temperatura del material (ºC)
pila se produce en una capa de material de aproximadamente 0,097 m (9,7 cm) de espesor.
90
h = 3,787 m
80
h = 3,884 m
h = 3,981 m
70
h = 4,078 m
60
h = 4,175 m
50
h = 4,272 m
h = 4,370 m
40
h = 4,467 m
30
h = 4,564 m
20
h = 4,661 m
h = 4,758 m
10
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
Hora del día
Figura 3.6. Comportamiento de la temperatura en el talud este en función del espesor de secado.
�Temperatura del material (ºC)
90
h = 3,787 m
80
h = 3,884 m
h = 3,981 m
70
h = 4,078 m
60
h = 4,175 m
50
h = 4,272 m
h = 4,370 m
40
h = 4,467 m
30
h = 4,564 m
20
h = 4,661 m
h = 4,758 m
10
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
Hora del día
Figura 3.7. Comportamiento de la temperatura en el talud oeste en función del espesor de secado.
3.5.5- Cálculo y simulación de la distribución de humedad del material en la pila
Los valores de la humedad del material se obtienen con las ecuaciones 2.81 y 4 del Anexo 7, y se
relacionan en las Tablas 10; 11; 12 y 13 del Anexo 13. En general, se observan pequeñas
reducciones en el contenido de humedad de las menas lateríticas que no exceden el 2 y 4,5 % (1,6 y
4,3 %) en los taludes este y oeste de la pila, respectivamente (Figuras 3.8 y 3.9). Estos resultados se
corresponden con la cantidad de energía solar y eólica disponible para el proceso de secado natural
y con las características del movimiento de la fuente de energía utilizada: el sol.
En la Figura 3.8 se observa que en el talud este de la pila se obtienen reducciones en el contenido de
humedad del material a partir de las nueve y hasta las 13:30 horas. Sin embargo, en el horario
restante la humedad de las menas lateríticas permanece prácticamente constante. En la mañana
(desde las seis hasta las nueve horas) se debe a los bajos niveles de radiación solar existentes en ese
horario y en la tarde (de 13:30 a 18) el comportamiento puede ser atribuido al efecto de la sombra
que se genera producto de la inclinación de la superficie de la pila y del movimiento diario del sol.
�37
h = 0,000 m
Humedad del material (%)
h = 0,486 m
h = 0,971 m
h = 1,457 m
36
h = 1,942 m
h = 2,428 m
h = 2,913 m
35
h = 3,399 m
h = 3,884 m
h = 4,370 m
h = 4,758 m
34
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
Hora del día
Figura 3.8. Comportamiento de la distribución de humedad de las menas lateríticas en el talud este
de la pila, desde la base hasta la superficie de secado.
En el talud oeste de la pila (Figura 3.9) para las capas de mineral ubicadas entre 0 y 2,4 m de altura
se obtienen reducciones de la humedad inferiores al 2,5 %, mientras que en las capas más cercanas
a la superficie de la pila (desde h = 3,8 m hasta h = 4,7 m) los niveles de reducción de la humedad
oscilan entre 3,2 y 4,2 %. Sin embargo, como promedio en los taludes este y oeste la humedad se
redujo en 0,4 y 0,7 %; y en la pila completa la reducción fue de 0,6 %.
Este último valor sugiere que para reducir la humedad entre 5 y 6 % en la pila completa, la misma
se debe someter al proceso de secado natural por un tiempo de alrededor de 10 días si las
condiciones meteorológicas se mantienen similares a las utilizadas en la simulación. De lo contrario
puede que se requiera más o menos tiempo, según sea el caso, para lograr los mismos niveles
reducción de humedad en el material. Resultados similares a los expuestos en este epígrafe han
sidos obtenidos en la implementación práctica del proceso objeto de estudio y en las pruebas
�experimentales de secado natural que constan en las investigaciones consultadas (Estenoz et al.,
2004, 2005; Retirado et al., 2007, 2008, 2009, 2010).
Humedad del material (%)
37
h = 0,000 m
h = 0,486 m
36
h = 0,971 m
h = 1,457 m
35
h = 1,942 m
h = 2,428 m
34
h = 2,913 m
33
h = 3,399 m
h = 3,884 m
32
h = 4,370 m
h = 4,758 m
31
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
Hora del día
Figura 3.9. Comportamiento de la distribución de humedad de las menas lateríticas en el talud
oeste de la pila, desde la base hasta la superficie de secado.
En las Figuras 3.10 y 3.11 se graficaron los valores de humedad obtenidos para las mismas
condiciones de secado en la que se obtuvo la distribución de temperatura que se muestra en las
Figuras 3.6 y 3.7. Al analizar detalladamente las Figuras 3.6; 3.7; 3.10 y 3.11 y su interrelación se
aprecia que en el caso de la temperatura los cambios significativos se producen en la capa de
material que está a 9,7 cm de la superficie de la pila (Figuras 3.6 y 3.7), pero en el caso de la
humedad sucede diferente y se obtienen reducciones en la misma, que resultan significativas para el
proceso (mayor de 1,5 y 3,5 %, según el talud del que se trate), hasta las capas que se encuentran a
una distancia de 29,1 y 87,4 cm en los taludes este y oeste, respectivamente (Figura 3.10 y 3.11).
�37
h = 3,787 m
Humedad del material (%)
h = 3,884 m
h = 3,981 m
h = 4,078 m
36
h = 4,175 m
h = 4,272 m
h = 4,370 m
35
h = 4,467 m
h = 4,564 m
h = 4,661 m
h = 4,758 m
34
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
Hora del día
Figura 3.10. Comportamiento de la humedad en el talud este en función del espesor de secado.
Los resultados anteriores confirman que durante el proceso de secado natural de las menas
lateríticas el transporte de la humedad se produce por los efectos combinados de los gradientes de
temperatura y de humedad. En el caso del primero actúa, fundamentalmente, en las capas cercanas a
la superficie de secado de la pila como resultado del calentamiento que experimenta el material en
esa zona y el segundo, actúa en las capas interiores como consecuencia de la diferencia de
concentración de humedad existente entre las diferentes zonas de la pila. Estos comportamientos
sugieren que durante el proceso investigado el mecanismo de movimiento de la humedad es mixto e
incluye los efectos combinados de la difusión de vapor debido a los gradientes de presión parcial
del vapor, la difusión líquida debido a los gradientes de concentración de humedad y el movimiento
de líquido debido a las fuerzas capilares y gravitatorias.
�Humedad del material (%)
37
h = 3,787 m
h = 3,884 m
36
h = 3,981 m
h = 4,078 m
35
h = 4,175 m
h = 4,272 m
34
h = 4,370 m
33
h = 4,467 m
h = 4,564 m
32
h = 4,661 m
h = 4,758 m
31
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
Hora del día
Figura 3.11. Comportamiento de la humedad en el talud oeste en función del espesor de secado.
3.5.6- Cálculo y simulación de la velocidad de secado en la pila
La velocidad de secado durante el proceso investigado tiene un comportamiento oscilatorio que se
corresponde con las oscilaciones de la radiación solar y la temperatura del material en la superficie
de la pila. Se caracteriza, además, por tener pequeños valores (ver Tablas 14 y 15 del Anexo 13), los
cuales son consecuencia de la baja densidad de energía con que se implementa el secado natural.
En la Figura 3.12 se observa que la velocidad de secado en el talud este de la pila, entre las 6:30 y
las 8 horas, es prácticamente insignificante debido a la poca radiación solar existente, pero se
intensifica entre las 10 y las 13:30 horas como resultado del incremento de la radiación. Posterior a
las 14 horas la velocidad de secado es nula porque en el talud analizado deja de incidir la radiación
solar debido a la inclinación de la superficie y a la posición del sol (ver Tabla 14 del Anexo 13).
�0.050
h = 0,000 m
Velocidad de secado (%/h)
0.045
h = 0,486 m
0.040
h = 0,971 m
0.035
h = 1,457 m
0.030
h = 1,942 m
0.025
h = 2,428 m
0.020
h = 2,913 m
h = 3,399 m
0.015
h = 3,884 m
0.010
h = 4,370 m
0.005
h = 4,758 m
0.000
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
Hora del día
Figura 3.12. Comportamiento de la velocidad de secado en el talud este de la pila, desde la base
hasta la superficie de secado.
0.050
h = 0,000 m
Velocidad de secado (%/h)
0.045
h = 0,486 m
0.040
h = 0,971 m
0.035
h = 1,457 m
0.030
h = 1,942 m
0.025
h = 2,428 m
0.020
h = 2,913 m
h = 3,399 m
0.015
h = 3,884 m
0.010
h = 4,370 m
0.005
h = 4,758 m
0.000
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
Hora del día
Figura 3.13. Comportamiento de la velocidad de secado en el talud oeste de la pila, desde la base
hasta la superficie de secado.
�En el caso del talud oeste de la pila (Figura 3.13) se puede inferir que hasta las 10 horas dicho talud
se encuentra a la sombra, sin embargo, a partir de la hora mencionada comienza a incidir la
radiación solar y por consiguiente se incrementa abruptamente la velocidad de secado alcanzando
sus valores máximos entre las 11 y las 15 horas, pero a diferencia del talud este (Figura 3.12), aquí
entre las 14 y las 18 horas la velocidad de secado tiene valores apreciables para el proceso
investigado (ver Tabla 15 del Anexo 13). Lo anterior está condicionado por los regímenes de
radiación solar que inciden en la superficie de secado de la pila en la sección de la tarde.
De los comportamientos mostrados en las Figuras 3.12 y 3.13 se infiere que la implementación
práctica del proceso pudiera realizarse con pilas asimétricas cuyo talud oeste sea mucho mayor que
el talud este, de esta manera se lograría reducir la inclinación del talud oeste y se haría corresponder
la mayor superficie de captación solar de la pila con el horario en que mayor radiación solar incide.
Finalmente es importante destacar que los resultados mostrados para la distribución de temperatura
y humedad del material; y la velocidad de secado se corresponden con los obtenidos en las
simulaciones computacionales desarrolladas para la pila del caso de estudio analizado. Nótese en las
Figuras 3.4; 3.5; 3.8; 3.9; 3.12 y 3.13 que la temperatura del material, la reducción de la humedad y
velocidad de secado son mayores en las capas superficiales por estar en contacto directo con la
radiación solar, de igual manera se refleja en las simulaciones mostradas en las Figuras 1a y b del
Anexo 14) donde se aprecia, mediante el cambio en la intensidad del color, que en las capas
superiores el material está más caliente y tiene menos contenido de humedad que en el interior de la
pila. También es obvia la diferencia entre los resultados obtenidos en los dos taludes de la pila.
3.6- Optimización de la forma geométrica de la sección transversal de las pilas
3.6.1- Elección del método de optimización
Se seleccionó el método propuesto por Sierra (2010), el cual básicamente consiste en:
�1. Discretizar los valores de las variables. Con este procedimiento el problema queda escrito
como un problema de optimización combinatoria.
2. Aplicar el método denominado Búsqueda Exhaustiva, el cual consiste en evaluar las
restricciones para cada una de las combinaciones de los valores discretos de las variables.
Cuando cierta combinación de valores de las variables satisface las restricciones, entonces, se
considera que se obtuvo una solución factible (Arzola, 2000).
3. Evaluar la función objetivo para todas las soluciones factibles y seleccionar las mejores
soluciones (combinaciones que generen el menor o los menores valores; o que generen el
mayor o los mayores valores) de acuerdo con las particularidades del proceso investigado.
La ventaja de este método es que no se presentan complicaciones relacionadas con la continuidad,
aleatoriedad y derivabilidad de las funciones objetivos y las restricciones. Su desventaja está
relacionada con la correcta selección de la discretización que contemple el análisis del mayor
número de casos y se logre obtener una solución satisfactoria en un tiempo razonable (Sierra, 2010).
3.6.2- Procedimiento de optimización implementado en la aplicación informática
El proceso de discretización del problema de optimización se realiza siguiendo los pasos que a
continuación se relacionan:
Se divide la pila en un número n de cortes finos k1, k2, … kn; al espesor de cada corte ki se les
denomina ei. Cada uno de estos cortes ki es dividido en m sectores Ci1, Ci2, Cij, … Cin, tal como
se muestra de forma simplificada en la Figura 1 del Anexo 16.
La superficie queda dividida en secciones superficiales Sij determinadas por cada corte ki y cada
sector Cij. A cada sección superficial Sij se le puede asociar una sección plana Pij determinada
por los cuatro vértices de Sij.
� A cada corte ki se le asocia una función f(Xi) tal que a cada valor de X se le asocia el valor de Y
en la superficie de la pila.
En la práctica el ancho de la base de la pila de cada corte fue dividido en m subintervalos, donde se
cumple la condición: 3
m
100. Por defecto se tomó m = 50.
Esta partición de la base de la pila generó los subintervalos [Xj; Xj+1], siendo j = 1, 2,…, m. Al
evaluar para cada valor Xj, Xj+1 y Xm se obtienen los respectivos valores de Yj, Yj+1 y Ym, siendo:
Xm
Xj
Xj 1
2
(3.3)
A continuación se determinan los parámetros
j
y lj mediante las expresiones 3.4 y 3.5, para ello se
emplea la Figura 2 del Anexo 16.
j
lj
arctan
Xj 1
Yj 1 Yj
Xj 1 Xj
Xj 2
Yj 1 Yj 2
(3.4)
(3.5)
El área de cada sección superficial Sij (Aij) puede ser aproximada al área de la sección plana Pij, la
misma se calcula por la expresión 3.6.
Aij
l j ei
(3.6)
Mediante las expresiones 3.7; 3.8 y 3.9 se determina la radiación solar global que recibe la pila de
minerales en un período de 12 horas (ISG), contadas desde las 6 hasta las 18 horas del día.
�n
I SG
Ii
(3.7)
i 1
m
Ii
I ij
(3.8)
j 1
18
I ij
h* 6
I ijh *
(3.9)
Donde:
ISG: radiación solar global que recibe la superficie de la pila de menas lateríticas; J/día.
n: número de cortes en que se divide la superficie de la pila; adimensional.
Ii: radiación global que recibe el corte ki; J/día.
m: número de sectores en que se divide cada uno de los cortes de la superficie; adimensional.
Iij: radiación global que recibe una sección plana Pij determinada por el corte i y el sector j; J/día.
h*: número de horas en que las secciones reciben radiación solar (6
h
18); adimensional.
El cálculo de Iijh* se explica en el Epígrafe 2.2.1.1 y su expresión de cálculo es la 2.21. Esta
radiación es una aproximación razonable de la radiación que recibe la sección Sij.
La aplicación del método de optimización denominado Búsqueda Exhaustiva se realiza según
los pasos que a continuación se exponen:
Se toman los valores mínimos prefijados para los ángulos maximal y tangencial de la pila de
menas lateríticas [
m
=
m(Mínimo)
y
t
=
t(Mínimo)].
Es obvio que la combinación de los valores
de estos dos ángulos determina cierta configuración geométrica de las secciones Pij.
Se determina el valor de la radiación solar global ISG para los ángulos
m
y
t
prefijados.
� Se inicia un doble lazo algorítmico donde se van incrementando los valores de
los mismos alcanzan ciertos valores máximos prefijados [
cada combinación de los ángulos
m
y
t
m
=
m(Máximo)
y
t
m
=
y
t
hasta que
t(Máximo)].
Para
se calcula ISG.
Entre todos los valores calculados de ISG se selecciona el valor máximo [ISG(Máximo)]. La pareja de
ángulos maximal y tangencial (
m
y
t)
que lo generó determina la mejor forma geométrica de
la sección transversal de la pila de menas lateríticas.
3.6.3- Resultados obtenidos en la optimización del caso de estudio considerado
3.6.3.1- Según la densidad de radiación recibida en la superficie de la pila
Los resultados obtenidos para la densidad de radiación solar recibida (DR) reflejan un
comportamiento oscilatorio con tendencia decreciente cuando se analizan los valores
correspondientes a los diferentes ángulos calculados (ver Tabla 1 del Anexo 16). Sin embargo,
cuando se fija el valor del ángulo tangencial (AT) y se varía el ángulo maximal (AM) ocurre un
decrecimiento para todas las combinaciones analizadas, observándose que para un mismo ángulo
tangencial se obtiene mayor densidad de radiación en las pilas de sección transversal parabólica
(combinación donde AT > AM). Los valores extremos (máximo y mínimo) de densidad de
radiación se obtienen en las combinaciones 25º-20º y 70º-70º, respectivamente, lo que es lógico
debido a la marcada incidencia que tiene el ángulo de inclinación de la superficie ( ) en la función
objetivo que se empleó para el cálculo (ver ecuaciones 3.7; 3.8; 3.9 y 2.21).
Este análisis puntual de las soluciones que generan los valores máximo y mínimo, si bien es cierto
que puede conducir, desde el punto de vista teórico, a la optimización de la forma geométrica de la
sección transversal de la pila de menas lateríticas, basada en el enfoque clásico (ver Anexo 15), en
la práctica es poco factible porque durante los procesos de apilado y remoción del material es
extremadamente difícil mantener un valor fijo de la inclinación de la superficie, por tanto, para el
�proceso investigado se debe considerar la posibilidad que brinda el enfoque flexible de la
optimización (ver Anexo 15), de encontrar un conjunto de soluciones que satisfagan las
restricciones de la función objetivo y que en la implementación práctica del proceso pueda
materializarse sin grandes dificultades.
Los resultados expuestos en la Tabla 1 del Anexo 16 se graficaron con el propósito de encontrar la
región de soluciones satisfactorias (ver Figura 3 del Anexo 16), como se aprecia en la figura
anteriormente mencionada, se pueden obtener valores de densidad de radiación suficientemente
grandes para oscilaciones de los ángulos maximal y tangencial entre 20º-29,78º y 20º-48,95º,
respectivamente. Esto permite que la implementación del proceso investigado sea más ajustada a la
realidad física en que se desarrolla. Para ello, fue imprescindible la aplicación del enfoque flexible
de optimización, recomendado en la literatura (Arzola, 2000; Legrá y Silva, 2011).
3.6.3.2- Según la radiación total y el calor total recibidos en la superficie
Al considerar como función objetivo la radiación total los resultados obtenidos muestran un
comportamiento similar al caso de estudio anteriormente analizado (Epígrafe 3.6.3.1). En la Tabla 1
del Anexo 16 se observa que el valor máximo de radiación total se obtiene en la combinación 30º30º de los ángulos maximal y tangencial lo que es indicativo de que se puede exponer al secado
natural una pila de mayor volumen respecto a la obtenida en la optimización realizada en el epígrafe
anterior. Por su parte, el valor mínimo igualmente se obtiene en la combinación 70º-70º.
En la Figura 4 del Anexo 16 se aprecia la existencia de una región donde se obtienen valores
satisfactorios de radiación total sobre la superficie de la pila cuando los ángulos maximal y
tangencial oscilan entre 20º-31,96º y 20º-45,66º, respectivamente. De lo anterior se infiere que en
los dos casos de estudio analizados, las mejores soluciones de optimización se obtienen para
combinaciones de ángulos inferiores a 50º-50º. Por tanto, una recomendación práctica para la
�implementación del proceso es que se deben construir las pilas alargadas pero de poca altura para
propiciar que el espesor de secado sea pequeño y que la captación de energía solar sea grande.
Figura 3.14. Comportamiento del calor total recibido en la superficie de la pila.
Al valorar los resultados obtenidos para el flujo de calor total recibido en la superficie se obtiene un
comportamiento similar al caso de la radiación total recibida (ver Figuras 4 del Anexo 16 y 3.14),
coincidiendo que los valores máximo y mínimo se obtienen en las combinaciones 30º-30º y 70º-70º
(ver Tablas 1 y 2 del Anexo 16). Sin embargo, la región de soluciones factibles se obtiene cuando
los ángulos maximal y tangencial oscilan entre 20º-31,96º y 20º-59,47º, respectivamente. La
similitud entre los dos casos analizados se debe a la marcada incidencia que tiene la radiación total
en el flujo de calor total recibido por la superficie. En este punto se debe recordar que el calor total
es la suma o la diferencia entre el calor por radiación y el calor por convección, y que el segundo es
poco influyente para las condiciones del secado natural analizadas (ver Figuras 3.2 y 3.3).
�3.6.3.3- Según el porcentaje y el volumen de mineral secado
Los comportamientos obtenidos para el porcentaje de mineral secado y el volumen de mineral
secado son opuestos pero lógicos, en el primer caso se obtienen los valores máximo y mínimo en las
combinaciones 20º-20º y 70º-70º de los ángulos maximal y tangencial y para el segundo caso se
invierten las combinaciones encontrándose el valor máximo en 70º-70º y el mínimo en 20º-20º (ver
Tabla 2 del Anexo 16). Considerando el enfoque flexible de optimización la región de soluciones
factibles para el caso del porcentaje de mineral secado se obtiene cuando los ángulos oscilan en las
combinaciones 20º-27,61º y 20º-42,37º, respectivamente (ver Figura 3.15).
Figura 3.15. Comportamiento del porcentaje de mineral secado en la pila.
Por su parte, los mayores volúmenes de mineral secado se obtienen para oscilaciones 43,91º-70º y
67º-70º de los ángulos maximal y tangencial (Figura 3.16). De lo expuesto anteriormente, se infiere
que para optimizar la forma geométrica de la sección transversal de las pilas con la finalidad de
�implementar el proceso en la práctica productiva se debe tener en cuenta el compromiso que existe
entre obtener mayor cantidad de material seco o mayor reducción en la humedad del material.
Figura 3.16. Comportamiento del volumen de mineral secado en la pila.
3.6.3.4- Influencia del área de exposición y el volumen de las pilas
Desde el punto de vista de la optimización del proceso de secado natural se deben considerar no
solo las tendencias crecientes del área de exposición y el volumen (ver Figuras 5 y 6 del Anexo 16),
sino también la forma geométrica de la sección transversal de las pilas, porque de ella depende en
buena medida el volumen de material que se puede exponer al proceso de secado en una superficie
horizontal disponible y la cantidad de radiación solar que puede captar la superficie de secado.
En el caso particular del volumen, la optimización de la sección transversal de la pila debe
realizarse estableciendo un compromiso entre la productividad que demanda el proceso industrial y
la reducción en el contenido de humedad del material que se quiere obtener. Si se desea secar mayor
cantidad de material, entonces los niveles de reducción del contenido de humedad serían pequeños
y si, por el contrario, se desea secar más el material, entonces se debe disminuir el espesor de
�secado mediante la reducción del volumen de las pilas que se exponen al proceso de secado natural
o el aumento del área horizontal disponible. Este compromiso que debe considerarse durante la
implementación práctica del proceso está concebido en la aplicación informática creada, pero
esencialmente obedece a la lógica y la experiencia de los trabajadores encargados de implementar el
proceso en las industrias niquelíferas, y a las exigencias tecnológicas del proceso productivo.
De los elementos expuestos hasta aquí se deduce que la sistematización de los fundamentos
básicos, las teorías y los modelos generales de secado; y su particularización para las condiciones
en que se implementa el secado natural de las menas lateríticas permitió la modelación matemática
del proceso y el cálculo de sus parámetros fundamentales. Lo anterior, unido a la aplicación de
procedimientos de simulación y optimización, posibilitó inferir el mecanismo de movimiento de la
humedad y determinar la forma geométrica que debe tener la sección transversal de las pilas para
maximizar la captación de la energía térmica disponible para el secado natural. Los elementos
antes expuestos, vistos de forma integrada, permitieron concretar la novedad científica definida
para la presente investigación.
3.7- Propuesta de acciones científico-técnicas para perfeccionar la tecnología de secado
natural empleada en las empresas cubanas productoras de níquel y cobalto
Como se ha indicado en la introducción general del presente trabajo, la tecnología de secado natural
empleada en las referidas empresas presenta varias limitaciones, las mismas pueden ser mitigadas
mediante la realización de las siguientes acciones científico-técnicas:
Implementar un sistema de drenaje en los yacimientos niquelíferos cubanos particularizado a las
características hidrogeológicas y de relieve del yacimiento en cuestión, esto permitirá reducir la
humedad de las menas lateríticas desde el propio momento de la explotación de los yacimientos.
� Caracterizar cualitativa y cuantitativamente las variables meteorológicas del lugar específico
donde se implementará el proceso de secado natural, a partir del estudio del comportamiento de
dichas variables en un periodo de tiempo que resulte representativo para estos fines.
Caracterizar las menas lateríticas desde el punto de vista granulométrico, químico,
hidrogeológico y termofísico para conocer con anterioridad el posible comportamiento térmico
que experimentará durante la implementación del proceso de secado natural.
Orientar longitudinalmente las pilas de menas lateríticas en la dirección del eje norte-sur, esto
permitirá que el sol en su movimiento diario (de este a oeste) distribuya uniformemente la
radiación solar sobre la superficie de secado de las pilas y además eliminará los inconvenientes
asociados al cálculo de la radiación solar global que incide sobre una superficie de secado
inclinada y que está orientada arbitrariamente.
Caracterizar la geometría de la sección transversal de las pilas de menas lateríticas que se
someterán al proceso de secado natural considerando las propiedades físicas (humedad y
granulometría) del mineral y posteriormente calcular, con la debida precisión, el área de
exposición de las pilas, el volumen de material expuesto a secado y la radiación solar global que
llega a la superficie de secado. Lo anterior permitirá estimar con mayor exactitud el tiempo de
secado al que deberá someterse el producto para reducir su contenido de humedad desde un
valor inicial conocido hasta otro valor final deseado y, por consiguiente, mitigará los
inconvenientes asociados a los prolongados tiempos de retención al que someten, a veces de
forma innecesaria, las menas lateríticas en los patios de secado natural.
Evaluar rigurosamente los procesos de transferencia de calor y masa que se producen durante el
secado natural de la menas lateríticas a partir del empleo de los modelos establecidos en este
trabajo. Por cuanto, dichos modelos están ajustados a las condiciones específicas en que se
desarrolla el proceso en las empresas cubanas productoras de níquel y, por tanto, garantizan un
aceptable grado de confiabilidad de los resultados que se obtienen en su implementación.
� Simular la distribución de temperatura y humedad que experimentará el material durante la
implementación del proceso de secado natural, y con ello predecir la variación de humedad que
es posible obtener en las menas lateríticas para ciertas condiciones de secado predeterminadas.
Esto permitirá perfeccionar la planificación, la ejecución y el control del proceso de secado
natural en las condiciones de explotación de las empresas cubanas productoras de níquel.
Optimizar la forma geométrica de la sección transversal de las pilas considerando los criterios
científico-técnicos y prácticos que se analizan en la presente investigación con la finalidad de
conocer previamente la conveniencia o no de la implementación del proceso para determinadas
condiciones de explotación. Con ello se reducen los gastos económicos, a veces innecesarios,
asociados a la experimentación y por tanto se racionaliza la implementación del secado natural.
3.8- Breve valoración de los beneficios económicos derivados de la implementación del secado
natural de las menas lateríticas en las empresas productoras de níquel
3.8.1- Beneficios obtenidos en la empresa “Comandante Ernesto Che Guevara”
Durante la prueba de secado realizada en la empresa la productividad promedio de los secaderos
durante los días en que se alimentó el mineral de los depósitos de secado natural se incrementó
hasta 110,2 t/h, mientras que en el período en que se alimentó el mineral en la forma tradicional (sin
secado natural) la productividad promedio fue de 97,2 t/h. En la Tabla 1 del Anexo 17 se observa
que en los secaderos convencionales durante el trabajo con el mineral secado al sol todos los turnos
de trabajo tuvieron productividades mayores que 102 t/h, alcanzándose en el 53 % de los turnos
productividades superiores a las 106 t/h. Por otra parte, durante el procesamiento del material sin
secado natural sólo en el 41 % de los turnos se lograron productividades superiores a 100 t/h.
A partir de la Tabla 1 del Anexo 17 se infiere que en los 29 turnos de trabajo donde se alimentó el
material sin secado natural se procesaron 82 589 toneladas de mineral y se consumieron 2 521
toneladas de petróleo para un índice de 32,8 t de mineral/t de petróleo. Cuando se aplica el secado
natural se procesaron 44 198 toneladas de mineral en 15 turnos de trabajo y se consumieron 1 292
�toneladas de petróleo, para un índice de 34,2 t/t, o sea, se alimentaron a los secaderos 1,4 toneladas
de mineral más que sin secado natural. De lo anterior se deduce que en el caso del secado
convencional cuando se procesa el material secado de forma natural se consumen 1,3 kg de petróleo
menos por tonelada de mineral alimentado a los secaderos y, por tanto, se obtiene un efecto
económico por concepto de ahorro de combustible.
3.8.2- Beneficios obtenidos en la empresa “Comandante René Ramos Latour”
En la Tabla 2 del Anexo 17 se expone el comportamiento del consumo de combustible en función
de la humedad de las menas lateríticas a la entrada de los secaderos térmicos convencionales de la
empresa para el periodo en que se alimentó el material sin y con secado natural. En la prueba de
secado se alimentaron 195 173 toneladas de menas lateríticas sin secado natural, luego la misma
cantidad de material fue sometida al proceso de secado natural y con ello se redujo su humedad
promedio en 1,4 %.
Como se observa en la Tabla 2 del Anexo 17 en los primeros cinco meses donde se alimentó el
material sin secado natural el consumo de petróleo fue igual a 112 192 toneladas, determinado en
gran medida por la alta humedad de las menas, lo anterior eleva los costos de producción y reduce
considerablemente las utilidades que se pueden obtener en la explotación de los secaderos.
De acuerdo con lo expuesto en la Tabla 2 del Anexo 17 el índice de producción fue solo de 1,7 t de
mineral/t de petróleo consumido en la operación convencional sin secado natural, lo anterior
confirma la baja eficiencia con que trabaja la planta de secaderos de la empresa. Al aplicarle el
secado natural al material para el mismo periodo de tiempo se obtuvo un consumo igual a 109 382
toneladas de petróleo y, por consiguiente, se logró un ahorro de 2 810 toneladas y un índice de
producción de 1,8 t/t. Estos comportamientos demuestran la factibilidad económica que tiene la
implementación del proceso de secado natural en la empresa analizada.
En el sistema de transporte de la fábrica también se obtienen los impactos económicos positivos que
se muestran en la Tabla 3 del Anexo 17. Los resultados mostrados en la mencionada tabla indican
�que la implementación del secado natural incidió en que se obtuviera una reducción del combustible
perdido, por concepto de recirculación de las menas lateríticas en el sistema de transporte, que
asciende a 53 206 litros para el periodo enero-mayo. La distribución por meses, comenzando por
enero fue de 22 716; 11 692; 722; 6 552 y 11 524 litros respectivamente, de la misma se observa
que los mayores ahorros se obtuvieron en enero, febrero y mayo (ver Tabla 3 del Anexo 17). Estos
comportamientos aunque no están determinados únicamente por la implementación del secado
natural, los mismos si están influenciados por la aplicación del proceso porque a través del mismo
se reduce la humedad del material y con ello se disminuye la adherencia del mineral a las paredes
de los medios de transporte en que son trasladados desde la mina hasta la empresa.
3.9- Valoración de los impactos ambientales asociados al proceso de secado natural
El proceso de secado natural de las menas lateríticas daña poco al medio ambiente
debido a que utiliza las energías solar térmica y eólica como fuentes de secado. Por
otra parte, los ahorros de combustible que se producen como resultado de la
implementación del proceso, además de los beneficios económicos que generan,
también tienen asociados impactos ambientales favorables, por cuanto el
combustible ahorrado no se combustiona y en consecuencia se reducen las
emanaciones de gases productos de la combustión, los cuales son nocivos para los
seres humanos y los ecosistemas. De lo anterior se desprende que la reducción de las
emanaciones de gases mejora la calidad del aire en el entorno laboral y en las
comunidades mineras cercanas a las empresas, lo que repercute en la disminución de
la contaminación y en el mejoramiento de la calidad de vida.
�No obstante a lo anterior, durante el desarrollo del proceso de secado natural existe
afectación al medio ambiente y los trabajadores del patio de secado provocada por
las emanaciones de polvo producto del desmenuzamiento que sufre el material y por
las emisiones de ruido que se generan en el proceso de carga y descarga de los
camiones, y durante la remoción de las pilas de minerales. En el presente trabajo no
se exponen los valores cuantitativos para las diferentes fuentes contaminantes
porque en las empresas cubanas productoras de níquel no se han realizado
mediciones recientes.
3.9.1- Impactos provocados por el polvo sobre la salud de los seres humanos
Los contaminantes penetran en el organismo de dos maneras: por inhalación de polvo en el aire por
las vías respiratorias y mediante la absorción de polvo a través de la piel. En la primera, el efecto
que se produce depende del tamaño de las partículas, composición química, densidad, superficie
específica, entre otras características. En la segunda, las partículas de diámetro superiores a 5 µm
quedan retenidas en la cavidad nasal y también pueden quedar atrapadas por la mucosa que tapiza la
tráquea. Las partículas con diámetros comprendidos entre 0,5 y 5 µm son capaces de penetrar hasta
el sistema respiratorio inferior depositándose en los bronquios. De aquí que, en la mayoría de los
casos, sean eliminadas al cabo de algunas horas por respiración. Sin embargo, la situación más
preocupante corresponde a las partículas con diámetros menores de 0,5 µm, ya que se ha estimado
que más del 50 % de las partículas de 0,01 a 0,1 µm que penetran en los alvéolos se depositan allí,
donde es difícil eliminarlos por carecer de cilios y mucosas, pudiendo permanecer durante meses e
incluso durante años degradando la salud de los seres humanos (Retirado, 2007; Vinardell, 2011).
�3.9.2- Impactos provocados por el ruido sobre la salud de los seres humanos
Entre los impactos negativos del ruido se encuentran la pérdida de la audición, interferencia de la
comunicación oral, molestias y disminución de la capacidad de trabajo. Se ha demostrado que la
exposición prolongada a altos niveles de ruido (superiores a 85 dB) puede provocar la pérdida
total de la audición. Otras alteraciones del oído producto del ruido son: el tapamiento del canal
auditivo y la ruptura de la membrana timpánica. El ruido también produce en el sistema neurovegetativo una serie de modificaciones funcionales que son reacciones de defensa del organismo
frente a una agresión externa, por ejemplo: la elevación de la presión arterial, aceleración del
ritmo cardiaco y de los movimientos respiratorios, tensión muscular y descarga de hormonas en
sangre. Esto ocurre cuando el ruido es intenso, de carácter impulsivo y el que escucha no está
preparado para ello. Los niveles de ruido altos, son considerados factores de riesgo para la vida de
los seres humanos ya que, por lo general, desencadenan en una enfermedad cardiovascular
(Retirado, 2007; Vinardell, 2011).
3.10- Conclusiones del capítulo 3
La implementación de los modelos matemáticos en la aplicación informática creada permitió
determinar de forma teórica la humedad promedio del material. Este parámetro se comparó con
los resultados experimentales obtenidos durante el proceso de secado natural a escala industrial
y con ello se validaron los modelos correspondientes, comprobándose que el error relativo
promedio asociado a su uso es ligeramente inferior al 6,6 %.
Las simulaciones desarrolladas evidenciaron que durante el proceso de secado natural de las
menas lateríticas se producen cambios significativos en la temperatura y la humedad del
material hasta las capas que están separadas alrededor de 10 y 87 cm de la superficie de la pila,
respectivamente. De lo anterior se infiere que el movimiento de la humedad en las pilas de
�minerales se produce, fundamentalmente, por la influencia del gradiente de temperatura en las
capas superficiales y del gradiente de concentración de humedad en las capas interiores.
La optimización de la forma geométrica de la sección transversal de las pilas de minerales
evidenció que se pueden obtener valores máximos y mínimos puntuales para la densidad de
radiación, la radiación total, el calor total, el porcentaje de mineral secado y el volumen de
mineral secado. Sin embargo, por las características del material y el proceso investigados la
implementación práctica del secado natural debe desarrollarse considerando la región de
soluciones factibles que se obtienen en la optimización. Dicha región puede asumirse cuando la
inclinación de la superficie de secado de las pilas varía entre 30 y 60 grados sexagesimales.
La implementación del secado natural de las menas lateríticas en la empresa “Comandante
Ernesto Che Guevara” incrementó la productividad promedio de los secaderos en 13 t/h. En la
empresa “Comandante René Ramos Latour” disminuyó en 1,1 % la carga circulante
improductiva en el sistema de transporte por ferrocarril e incrementó la productividad del
referido sistema de transporte en 17 t/vagón. En ambas entidades se redujeron las emanaciones
de gases producto de la combustión y se incrementaron las emisiones de polvo y ruido.
�CONCLUSIONES GENERALES
La modelación matemática desarrollada para el secado natural de las menas lateríticas posibilitó
modelar y calcular los siguientes parámetros fundamentales del proceso: flujos de calor
transferidos por radiación, convección y conducción; radiación solar global que incide sobre la
superficie de secado de las pilas de minerales; temperatura y humedad de las menas lateríticas
en dicha superficie; distribución de temperatura y humedad que experimenta el material;
velocidad de secado; área de exposición y volumen de las pilas. Los modelos se obtienen del
análisis físico-matemático del objeto de estudio y se validan para las condiciones de explotación
de las empresas cubanas productoras de níquel y cobalto. Los mismos describen adecuadamente
el proceso investigado por cuanto su precisión es ligeramente superior al 93,4 % y el error
relativo promedio asociado a su uso es inferior al 6,6 %.
En las condiciones de secado natural analizadas en las simulaciones la humedad de las menas
lateríticas se redujo en 1,5 y 3,5 % hasta las capas que se encuentran separadas alrededor de 29
y 87 cm de la superficie de los taludes este y oeste de la pila, respectivamente. En los referidos
taludes la humedad se redujo en 0,4 y 0,7 % como promedio; y en la pila completa la reducción
fue de 0,6 %, para un tiempo de secado de 12 horas. El movimiento de la humedad durante el
proceso estuvo influenciado, fundamentalmente, por los gradientes de temperatura y de
concentración de humedad, y por las fuerzas capilares y gravitatorias que actúan sobre la
columna de líquido presente en la pila de minerales. Lo anterior determinó la existencia de un
mecanismo mixto de transporte de la humedad que incluye los efectos combinados de la
difusión de vapor, la difusión líquida y el movimiento de líquido.
El método de optimización seleccionado posibilitó la discretización de los valores de las
variables, la evaluación exhaustiva de las restricciones para cada uno de los valores discretos de
las variables, la evaluación de la función objetivo para todas las soluciones factibles y la
�selección de las mejores soluciones. Este enfoque permitió optimizar la forma geométrica de la
sección transversal de las pilas de minerales atendiendo a múltiples criterios relacionados con el
aprovechamiento de la energía térmica disponible para el secado, y se determinó que la
implementación práctica del proceso de secado natural de las menas lateríticas debe realizarse
con pilas de sección transversal parabólica que tengan la superficie de secado inclinada entre 30
y 60 grados sexagesimales, respecto al plano horizontal.
Las acciones científico-técnicas establecidas consideran, entre otros aspectos fundamentales, la
caracterización cualitativa y cuantitativa de las variables meteorológicas del lugar específico
donde se implementará el proceso de secado natural; la caracterización granulométrica, química,
hidrogeológica y termofísica de las menas lateríticas; la evaluación rigurosa de los procesos de
transferencia de calor y masa que se producen durante el secado natural; la simulación de la
distribución de humedad que experimenta el material y la optimización de la forma geométrica
de la sección transversal de las pilas de minerales. Estas acciones, implementadas integralmente,
permiten mejorar la planificación, la ejecución y el control del proceso de secado natural de las
menas lateríticas y, por tanto, contribuyen a perfeccionar la tecnología de secado natural
empleada en las empresas cubanas productoras de níquel y cobalto.
La implementación del proceso de secado natural en las empresas “Comandante Ernesto Che
Guevara” de Moa y “Comandante René Ramos Latour” de Nicaro redujo la humedad promedio
de las menas lateríticas en 2,8 y 1,4 %, respectivamente. Lo anterior contribuyó a que el
consumo específico de combustible de los secaderos térmicos convencionales se redujera en 1,3
y 14,4 kg de petróleo por cada tonelada de material procesado y posibilitó que se obtuvieran
impactos ambientales, en general positivos, para los trabajadores de las plantas de preparación
de minerales de las mencionadas industrias metalúrgicas y paras las comunidades mineras
cercanas a las mismas.
��RECOMENDACIONES
Utilizar los modelos matemáticos establecidos y la aplicación informática creada en futuras
investigaciones donde se requiera el cálculo de los parámetros fundamentales del proceso de
secado natural de las menas lateríticas.
Incorporar las acciones científico-técnicas propuestas en el presente trabajo a la tecnología de
secado natural empleada en las empresas cubanas productoras de níquel y cobalto.
Continuar el desarrollo y el perfeccionamiento de la presente investigación mediante:
La determinación experimental de las constantes que se emplean en el cálculo del flujo de
calor por convección.
El análisis del proceso de secado natural en pilas de menas lateríticas asimétricas que tengan
la superficie de secado orientada arbitrariamente respecto al eje norte-sur.
El estudio de otras tecnologías de secado solar (secado techado y en plazoletas de hormigón)
y su posible implementación al proceso investigado.
La validación de la modelación bidimensional formalizada para la distribución de humedad.
La modelación del proceso de drenaje durante el secado natural de las menas lateríticas.
La incorporación de la programación cíclica del secado a la aplicación informática creada.
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empresas niquelíferas cubanas. Tesis de Maestría. ISMMM. 2011. 63 h.
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Habana: Editorial Félix Varela, 2008. 2 t.
��ANEXO 1
PRODUCCIÓN CIENTÍFICA DEL AUTOR SOBRE EL TEMA DE LA TESIS
Participación en eventos científicos
1. Retirado, Y. Comportamiento de la humedad durante el secado solar del mineral laterítico. XVI
Forum Ramal Cubaníquel “ENERMOA-2007”. Moa. 2007.
2. Retirado, Y.; E. Góngora; E. Torres; N. Hernández. Cinética del secado solar del mineral
laterítico empleado en la industria del níquel en Moa. V Taller Internacional de Energía y Medio
Ambiente. Cienfuegos. 2008, ISBN: 978-959-257-186-0.
3. Retirado, Y. Modelos teóricos del secado solar natural de las menas lateríticas. V Conferencia
Internacional de Aprovechamiento de Recursos Naturales. Moa. 2009.
4. Retirado, Y. Cinética y tiempo de secado para las menas lateríticas expuestas a secado solar
natural. V Conferencia Internacional de Aprovechamiento de Recursos Naturales. Moa. 2009.
5. Retirado, Y. Estudio experimental del proceso de secado solar de las menas lateríticas
empleadas en la industria del níquel en Moa. Forum Tecnológico Especial de Energía “III
ENERMOA”. Moa. 2010, ISBN: 978-959-16-1216-8.
6. Retirado, Y. Impactos asociados a la implementación del secado solar natural de las menas
lateríticas. VI Conferencia Internacional de Aprovechamiento de Recursos Naturales. Moa.
2011.
7. Retirado, Y. Resultados experimentales obtenidos durante el secado solar natural de las menas
lateríticas. VI Conferencia Internacional de Aprovechamiento de Recursos Naturales. Moa.
2011.
Publicaciones científicas relacionadas con el tema de la Tesis Doctoral
1. Retirado, Y.; E. Góngora; E. Torres; A. Rojas. Comportamiento de la humedad durante el
secado solar del mineral laterítico. Minería y Geología, 2007, 23 (3): 1 - 19.
2. Retirado, Y.; E. Góngora; E. Torres; N. Hernández. Comportamiento de la adherencia en
menas lateríticas sometidas a secado solar. Minería y Geología, 2009, 25(1): 1 - 11.
3. Retirado, Y.; E. Góngora; E. Torres; M. Lamorú; B. Leyva; D. García. Transferencia de calor
en el secado solar a la intemperie de menas lateríticas ferroniquelíferas. Minería y Geología,
2011, 27(1): 1 - 21.
4. Retirado, Y.; A. Legrá. Modelación del área de exposición y del volumen de las pilas de menas
lateríticas expuestas a secado solar natural. Minería y Geología, 2011, 27(2): 84 - 108.
�5. Retirado, Y.; A. Legrá; M. Lamorú; E. Torres; H. Laurencio. Optimización del secado solar de
la mena laterítica en la industria cubana del níquel. Minería y Geología, 2012, 28(2): 30 - 46.
Otras publicaciones realizadas por el autor que se relacionan con la modelación matemática,
la simulación, el mineral laterítico y la transferencia de calor
6. Torres, E; Y. Retirado. Modelación matemática del transporte neumático del mineral laterítico
en fase densa. Minería y Geología, 2007, 23(1): 1 - 31.
7. Góngora, E.; D. Guzmán; A. Columbié; S. Marrero; Y. Retirado. Modelo matemático
multivariable para un proceso de enfriamiento industrial de sólidos en cilindros rotatorios
horizontales. Energética, 2007, 28(2): 15 - 25.
8. Torres, E; A. Columbié; Y. Retirado; A. Machado. Simulación del transporte neumático del
mineral laterítico en fase densa. Minería y Geología, 2009, 25(3): 2 - 22.
9. Góngora, E.; M. Lamorú; A. Columbié; Y. Retirado; A. Legrá; Y. Spencer. Coeficientes de
transferencia de calor en enfriadores de mineral laterítico a escala piloto. Minería y Geología,
2009, 25(3): 1 - 18.
10. Torres, E.; L. Quintana; O. Vega; Y. Retirado. Coeficientes de transferencia de calor y pérdida
de eficiencia en intercambiadores de calor de placas durante el enfriamiento del licor amoniacal.
Minería y Geología, 2011, 27(2): 67 - 83.
11. Laurencio, H.; J. Falcón; Y. Retirado; O. Pérez. Modelo para cálculo de pérdidas de presión en
tuberías conductoras de petróleo pesado (11º API). Minería y Geología, 2012, 28(3): 70 - 86.
Tutorías a Tesis de Ingeniería
1. Santos, Y. Estudio del proceso de secado solar natural de las menas lateríticas en la empresa
“Comandante Ernesto Che Guevara” de Moa. Tesis de Ingeniería. ISMM. 2005. 71 h.
2. Romero, Y. Estudio experimental a escala piloto del proceso de secado solar natural de las
menas lateríticas. Tesis de Ingeniería. ISMM. 2006. 65 h
3. Ramírez, Y. Influencia de los parámetros climatológicos en el proceso de secado solar natural de
las menas lateríticas. Tesis de Ingeniería. ISMM. 2006. 74 h
4. Niyuhire, J. Comportamiento de la humedad durante el secado solar natural de las menas
lateríticas. Tesis de Ingeniería. ISMM. 2007. 53 h
5. Castillo, A. Influencia de la humedad de las menas lateríticas en el consumo de combustible de
los secaderos convencionales de la empresa “Comandante Ernesto Che Guevara”. Tesis de
Ingeniería. ISMM. 2007. 64 h
�6. Azman, G. Diagnóstico térmico del proceso de secado en los tambores cilíndricos rotatorios de
la empresa “Comandante Ernesto Che Guevara”. Tesis de Ingeniería. ISMM. 2008. 69 h
7. Ricardo, M. Procedimiento teórico para la determinación de la variación de la humedad durante
el secado solar de las menas lateríticas. Tesis de Ingeniería. ISMM. 2008. 57 h
8. Moya, Y. Determinación de las pérdidas de calor en los secaderos convencionales de la empresa
“Comandante Ernesto Che Guevara”. Tesis de Ingeniería. ISMM. 2008. 63 h
9. Cutiño, I. Evaluación de la transferencia de calor durante el secado solar natural de las menas
lateríticas. Tesis de Ingeniería. ISMM. 2009. 62 h
10. Socarrás, D. Evaluación de la transferencia de masa en el secado solar natural de las menas
lateríticas. Tesis de Ingeniería. ISMM. 2009. 71 h
11. Tour, J. Comportamiento de la transferencia de calor en el secado solar de las menas lateríticas
en la empresa “Comandante Ernesto Che Guevara”. Tesis de Ingeniería. ISMM. 2010. 58 h.
12. Zayas, M. Automatización de los modelos matemáticos del secado solar natural de las menas
lateríticas. Tesis de Ingeniería. ISMM. 2010. 56 h
13. Figueroa, K. Impactos asociados a la implementación del secado solar de las menas lateríticas en
las empresas niquelíferas cubanas. Tesis de Ingeniería. ISMM. 2011. 61 h
14. Valdés, Y. Modelación matemática del secado solar natural de las menas lateríticas cubanas.
Tesis de Ingeniería. ISMM. 2011. 65 h
15. Jardines, Y. Determinación de los parámetros fundamentales del proceso de secado natural de
las menas lateríticas. Tesis de Ingeniería. ISMM. 2012. 59 h
16. Berrío, D. Simulación computacional del proceso de secado natural de las menas lateríticas.
Tesis de Ingeniería. ISMM. 2012. 52 h
17. Cabezas, A. Optimización de la forma geométrica de la sección transversal de las pilas de menas
lateríticas expuestas a secado natural. Tesis de Ingeniería. ISMM. 2012. 58 h
Tutoría a Tesis de Maestría
1. Vinardell, J. Implementación del secado solar natural de las menas lateríticas en las empresas
niquelíferas cubanas. Tesis de Maestría. ISMM. 2011. 75 h
�ANEXO 2
ECUACIONES PARA EL CÁLCULO DE LAS PROPIEDADES TERMOFÍSICAS
DEL AIRE QUE INFLUYEN EN EL PROCESO DE SECADO NATURAL
0,0244 0,6763 10 4 T p
353,44
Tp 273,15
ka
a
Cpa
a
999,2 0,1434 T p 1,101 10 4 T p2
1,718 10 5
(1)
(2)
6,7581 10 8 T p3
4,620 10 8 T p
a
a
(3)
(4)
(5)
a
ka
a Cp a
a
Pr
a
(6)
(7)
a
a
1
273,15
Tp
(8)
Siendo:
Tp
Ts
Ta
2
Donde:
ka: conductividad térmica del aire; W/m·K.
Tp: temperatura promedio o de película; ºC.
a:
densidad del aire; kg/m3.
Cpa: calor específico a presión constante del aire; J/kg·K.
a:
viscosidad dinámica del aire; N·s/m2.
a:
viscosidad cinemática del aire; m2/s.
a:
difusividad térmica del aire; m2/s.
Pr: número de Prandtl del aire; adimensional.
a:
dilatación térmica del aire; K-1.
Ts: temperatura de la superficie de secado; ºC.
Ta: temperatura del aire; ºC.
ANEXO 3
(9)
�TERMOGRAMAS REALIZADOS A LAS MUESTRAS DE MENAS LATERÍTICAS
DEL YACIMIENTO NIQUELÍFERO PUNTA GORGA
Figura 1. Termogramas de las menas lateríticas de los horizontes superiores del perfil L-48.
Figura 2. Termogramas de las menas lateríticas de los horizontes superiores del perfil M-47.
�Figura 3. Termogramas de las menas lateríticas de los horizontes inferiores del perfil L-48.
Figura 4. Termogramas de las menas lateríticas de los horizontes inferiores del perfil M-47.
Características técnicas del equipamiento empleado
Se empleó el equipamiento conjugado TG y ATD según modelo PL-STA Thermal Science con
analizador térmico simultáneo STA 1 000/1 500, de la Stanton Rederoff Ltd, que tiene un horno
cilíndrico vertical, con conversor digital acoplado a un micro computador. Crisol de platino, peso de
la muestra de 12 a 14 mg, con registros normalizados para 10 mg. Velocidad de calentamiento de
20 ºC/minuto, temperatura inicial y final variando de 25 ºC a 1 100 ºC, respectivamente. El
equipamiento pertenece al Centro de Geociencia de la Universidad Federal de Pará en Brasil y está
debidamente certificado por las normas internacionales correspondientes.
ANEXO 4
�SOLUCIÓN ANALÍTICA DE LA ECUACIÓN DIFERENCIAL DE DIFUSIÓN DEL
CALOR MEDIANTE EL MÉTODO DE SEPARACIÓN DE VARIABLES
Al resolver la ecuación 2.52 con las condiciones complementarias representadas en 2.53 suponiendo
que la solución tiene la forma de una serie de Fourier, se plantea la expresión 1.
v y,
vn
sen
n 1
n
y
l
(1)
Y se designa la función g y ,
y dTs
l d
g y,
a través de la expresión 2.
gn
n
y
l
sen
n 1
2
dTs
cos n
d n 1 n
sen
n
y
l
(2)
Siendo:
2
l
gn
l
f y,
sen
0
2 dTs
l2 d
n
y dy
l
l
y sen
0
n
y dy
l
2
dTs cos(n )
d
n
(3)
Sustituyendo las expresiones 1 y 2 en la ecuación 2.52 resulta:
vn
n
y
l
sen
n 1
vn
sen
n 1
n
y
l
2
yy
dTs
cos n
d n 1 n
sen
n
y
l
(4)
De modo que se obtiene:
v´n
n 1
n
sen
y
l
n
l
vn
n 1
2
sen
n
y
l
2
dTs
cos n
d n 1 n
sen
n
y
l
(5)
Agrupando los términos de la ecuación anterior resulta:
v´n
n 1
2
n
l
vn
2
dTs cos(n )
n
sen
y
d
n
l
Esta expresión es válida si para todo n 1,2,...,
v´n
n
l
2
vn
2
0
se cumple que:
dTs cos(n )
d
n
Nótese que se trata de encontrar vn
Recordando que:
(6)
como solución de la ecuación diferencial 7.
(7)
�y
T0 Ts 0
l
v y,0
n
y
l
vn 0 sen
n 1
(8)
Ordenando la expresión anterior:
n
y
l
vn 0 sen
n 1
y
T0 Ts 0
l
(9)
Aplicando el concepto de la serie de Fourier a la ecuación 9, se obtienen las expresiones 10 y 11
para el cálculo de v n 0 :
vn 0
vn 0
l
2
l
0
y
T0 Ts 0
l
n
sen
y dy
l
T 0 T0 l 2 cos(n )
2 s
n
l2
2
2 Ts 0
T0 Ts 0
l2
T0
l
y sen
0
n
y dy
l
cos(n )
n
(10)
(11)
Ahora, se resuelve la ecuación diferencial 7 con la condición 11. Dicha ecuación diferencial es
lineal de primer orden, cuya forma general es:
v´n
M
vn
N
(12)
Y su solución, según Swokowski (2002) y Stewart (2009), es:
vn
e
M
d
N
e
y
N
M
d
d
(13)
C
Siendo:
n
l
M
2
gn
2
dTs cos(n )
d
n
(14)
Luego, la solución de la ecuación 7 con la condición 11 es:
vn
2
cos n
n
e
n
l
2
e
0
n
l
2
dTs ( )
d
d
Ts (0) T0
ANEXO 5
MODELACIÓN BIDIMENSIONAL DE LA DISTRIBUCIÓN DE TEMPERATURA
(15)
�Para resolver el problema de contorno definido por la ecuación 2.57 y las condiciones iniciales y de
frontera representadas en 2.58 se realiza el cambio de variable como se muestra en la ecuación 1.
v x, y ,
T x, y ,
T0
(1)
Realizando las correspondientes transformaciones el problema se convierte en:
2
vij
vij
2
x2
y2
vij 0, y,
f1* y,
vij a, y,
f 2* y,
vij x,0,
g1* x,
vij x, b,
g 2* x,
vij x, y,0
0
vij
(2)
(3)
Donde, por ejemplo: f1* y,
f y,
(4)
T0
La solución del problema anterior, según Tijonov y Samarsky (1980), puede ser obtenida como la
suma de las soluciones de los cuatro problemas de contorno siguientes:
1ro:
vij
2
vij
2
2
y2
x
2do:
3ro:
vij 0, y,
f1* y,
vij a, y,
vij x,0,
vij
2
2
x2
y2
f 2* y,
vij 0, y,
vij x,0,
(8)
2
2
y2
g1* x,
vij a, y,
vij 0, y,
2
(10)
x2
y2
vij a, y,
vij x,0,
0
(9)
vij x, b,
2
g 2* x,
vij x, y,0
vij
vij
vij x, b,
0
(7)
vij x, b,
vij x,0,
vij
vij x, y,0
vij
vij
x
4to:
(6)
vij
2
(5)
vij x, b,
vij a, y,
vij
vij
vij x, y,0
0
vij
(11)
(12)
vij 0, y,
vij x, y,0
0
�Cualquiera de los problemas de contorno anteriores puede ser resuelto mediante una transformación
que homogenice la condición no nula a través del método de separación de variables (Tijonov y
Samarsky, 1980). Por ejemplo, el problema representado por la ecuación 5 con las condiciones
expuestas en 6, mediante la transformación 13, queda escrito como se muestra en 15 y 16.
z x, y,
v x, y,
( x, y, )
(13)
Siendo:
( x, y , )
f1* y,
para x
0
para otros valores de x, y,
2
zij
2
zij
x2
zij 0, y,
zij
y2
zij a, y,
0, siendo 0
y
b, y
0
P x, y,
(14)
(15)
zij x,0,
zij x, b,
zij x, y,0
0
(16)
La solución del problema 15 con las condiciones representadas en 16 es:
z x, y ,
sen
mn
m 1n 1
Donde
dTmn
d
m x
a
sen
n y
b
(17)
es la solución del Problema de Cauchy que a continuación se expone:
mn
2
Wmn
Tmn
Pmn
0 ; con Tmn 0
0
(18)
Siendo:
Pmn
4
a b
ab
P x, y,
00
m
a
2
Wmn
sen
2
n
b
m x
a
sen
n y
dx dy
b
(19)
2
(20)
Luego, se escribe la solución en términos de T(x,y, ) aplicando las transformadas inversas a las
transformadas 1 y 13, obteniéndose el modelo representado por la ecuación 21. Finalmente, los tres
problemas restantes se resuelven de forma análoga con transformaciones semejantes.
T x, y ,
mn
m 1 n 1
sen
m x
a
sen
n y
b
( x, y, ) T0
(21)
ANEXO 6
SOLUCIÓN ANALÍTICA DE LA ECUACIÓN DIFERENCIAL DEL INTERCAMBIO
DE HUMEDAD MEDIANTE EL MÉTODO DE SEPARACIÓN DE VARIABLES
�Al resolver la ecuación 2.78 con las condiciones representadas en 2.79 suponiendo que la solución
tiene la forma de una serie de Fourier, se plantea la expresión 1.
v y,
vn
sen
n 1
n
y
l
(1)
Luego, se designa la función R y,
R y,
Rn
a través de la expresión 2.
n
y
l
sen
n 1
(2)
Siendo:
l
2
l
Rn
n
sen
y dy
l
R y,
0
2
l
l
y dH s
n
sen
y dy
l d
l
f y,
0
(3)
Por tanto:
l
2
R y,
l
n 1 0
R y,
sen
n
n
y dy sen
y
l
l
(4)
Sustituyendo las expresiones 1 y 4 en la ecuación 2.78 se obtiene:
vn
n
y
l
sen
n 1
ku
vn
sen
n 1
n
y
l
Rn
yy
n 1
sen
n
y
l
(5)
Se deriva y agrupan los términos de la ecuación anterior y resulta:
v´n
ku
n 1
n
l
2
vn
Rn
sen
n
y
l
Esta expresión es válida si para todo n 1,2,...,
v´n
ku
n
l
(6)
se cumple que:
2
vn
(7)
Rn
Nótese que se trata de encontrar vn
Recordando que:
0
como solución de la ecuación diferencial 7.
�v y,0
y
y
y
H0
l
H0
Hs 0
n
y
l
vn 0 sen
n 1
(8)
Luego, se agrupa la expresión anterior y se aplica el concepto de la serie de Fourier, obteniéndose la
expresión 9 para el cálculo de v n 0 .
vn 0
2
l
l
y
sen
0
n
y dy
l
(9)
y es una función variable respecto a l , entonces se obtiene que:
Si se considera que
l
2 n
vn 0
2 H s 0 cos n
2 H0
Hs 0
n
n
H1 y sen
sen n
0
2 2
n
y dy
l
n
H0 l
l
(10)
Al resolver la ecuación diferencial 7 con la condición expuesta en 10 se obtiene:
ku
vn
e
n
l
2
2
cos n
e
n
ku
l
0
2
Rn
d
2 H1 H s 0
n
(11)
2H s 0
n
l
2 n
2 H0
Hs 0
n
sen n
H1 y sen
0
2 2
n
n
y dy H 0 l
l
l
ANEXO 7
ECUACIONES PARA EL CASO PARTICULAR DESCRITO EN EL CAPÍTULO 2
vn 0
2 Hs 0
H1 cos n
n
2 H0
Hs 0
n
2 2
sen n
2 H 0 H1
n
(1)
�ku
vn
e
n
ku
l
2
2
e
2
n
l
Rn
0
cos n
Hs 0
sen n
e
2
2
n
ku
l
e
2
Rn
0
cos n
(2)
2 H 0 H1
n
n2 2
v y,
2 H1 H s 0
n
2 H0
n
ku
l
d
d
2 H1
H 0
n
n 1
(3)
2 H0
H 0
sen n
2 H 0 H1
n
n2 2
sen
n
y
l
ku
H y,
e
n
ku
l
2
2
e
n
l
0
cos n
2
Rn
d
2 H1
H 0
n
n 1
(4)
2 H0
H 0
n2 2
sen
n
y
l
H0
y
Hs
l
sen n
2 H 0 H1
n
H0
ANEXO 8
MODELACIÓN BIDIMENSIONAL DE LA DISTRIBUCIÓN DE HUMEDAD
Para resolver el problema definido por la ecuación 2.83 y las condiciones iniciales y de frontera
representadas en 2.85 se realiza el cambio de variable como se muestra en la ecuación 1.
�v x, y ,
H x, y ,
H0
(1)
Realizando las correspondientes transformaciones el problema se convierte en:
vij
2
ku
vij
2
x2
y2
vij 0, y,
f1* y,
vij a, y,
f 2* y,
vij x,0,
g1* x,
vij x, b,
g 2* x,
vij x, y,0
0
vij
(2)
q x, y,
(3)
Donde, por ejemplo: f1* y,
f y,
(4)
H0
La solución del problema anterior, según Tijonov y Samarsky (1980), puede ser obtenida como la
suma de las soluciones de los cuatro problemas de contorno siguientes:
1ro:
2do:
3ro:
4to:
vij
2
ku
vij
2
x2
y2
vij 0, y,
f1* y,
vij a, y,
vij x,0,
vij
2
ku
x2
y2
vij 0, y,
vij x,0,
2
ku
y2
vij 0, y,
vij
2
vij
x2
y2
vij a, y,
vij x,0,
vij x, y,0
0
(9)
(10)
2
g 2* x,
(7)
q x, y,
vij x, b,
vij
vij x, b,
0
(8)
x2
vij a, y,
vij x, y,0
q x, y,
vij x, b,
2
g1* x,
ku
vij
vij
vij x,0,
(5)
(6)
2
f 2* y,
q x, y,
vij x, b,
vij
vij a, y,
vij
vij
vij
vij x, y,0
0
q x, y,
(11)
(12)
vij 0, y,
vij x, y,0
0
Cualquiera de los problemas anteriores puede ser resuelto mediante una transformación que
homogenice la condición no nula a través del método de separación de variables (Tijonov y
�Samarsky, 1980). Por ejemplo, el problema representado por la ecuación 5 con las condiciones
expuestas en 6, mediante la transformación 13, queda escrito como se muestra en 15 y 16.
z x, y,
v x, y ,
( x, y, )
(13)
Siendo:
( x, y , )
zij
f1* y,
para x
0
para otros valores de x, y,
2
ku
2
zij
x2
zij 0, y,
zij
q x, y ,
y2
zij a, y,
0, siendo 0
zij x,0,
y
b, y
0
P x, y ,
R ( x, y , )
zij x, b,
zij x, y,0
(14)
(15)
0
(16)
La solución del problema 15 con las condiciones representadas en 16 es:
z x, y ,
sen
mn
m 1n 1
Donde
dH
W2 H
mn mn
d
sen
n y
b
(17)
es la solución del Problema de Cauchy que a continuación se expone:
mn
mn
m x
a
R
mn
0 ; con H
mn
0
0
(18)
Siendo:
Rmn
4
a b
2
Wmn
ab
R x, y,
sen
2
2
00
m
a
n
b
m x
a
sen
n y
dx dy
b
(19)
(20)
Luego, se escribe la solución en términos de H(x,y, ) aplicando las transformadas inversas a las
transformadas 1 y 13, obteniéndose el modelo representado por la ecuación 21. Finalmente, los tres
problemas restantes se resuelven de forma análoga con transformaciones semejantes:
H x, y ,
mn
m 1 n 1
sen
m x
a
sen
n y
b
( x, y , ) H 0
(21)
ANEXO 9
MODELOS PARA EL ÁREA DE EXPOSICIÓN Y EL VOLUMEN DE LAS PILAS
QUE TIENEN DIFERENTES GEOMETRÍA DE SU SECCIÓN TRANSVERSAL
Pilas de menas lateríticas con geometría de su sección transversal parabólica
Las ecuaciones 1 y 2 constituyen los modelos para el cálculo del área de exposición y el volumen
(A y V) de una pila con sección transversal parabólica (Figura 1).
�Y
P2
f(x)
h
t
-bo/2
P1
bo/2
P3
m
0
X
Figura 1. Vista frontal de una pila de sección transversal parabólica.
2
bo 2
A
2
LSL
x
tan t
tan m
1
0
1 2
bo
2
V
tan t
tan m
tan m
tan t
1
tan m
tan m
tan t
tan m
bo
2
x
2
tan m
x
0
1
dx
(1)
1
bo 2
LSL
tan t
tan m
bo
2
tan t
1
tan m
tan t
tan m
x
bo
tan m
2
dx
(2)
Siendo:
1
2
Donde:
kf
m:
t:
n
n 1
tan m
y
n
tan t
tan m
(2a)
ángulo maximal de la pila; grados sexagesimales.
ángulo tangencial de la pila; grados sexagesimales.
Los valores de
m
y
t,
cuando se trata de los ángulos de reposo, se determinan en función de la
granulometría y la humedad del material, usando las ecuaciones empíricas 3 y 4 propuestas por
Sierra (2010). Estas ecuaciones permiten obtener buenas predicciones de
m
y
t
porque para un
nivel de confianza del 95 % sus coeficientes de correlación son iguales a 0,973 y 0,965.
m
30,58 0,4592 G p
0,00496 G p H p
0,00651 G 2p
0,01109 H 2p
(3)
�33,25 0,505 G p
t
0,0025 G p H p
0,0062 G 2p
0,008 H 2p
(4)
Para utilizar las ecuaciones 3 y 4 debe verificarse que:
5 mm G p
78 mm y 26 % H p
(5)
42 %
Donde:
Gp: granulometría promedio de las menas lateríticas; mm.
Hp: humedad promedio de las menas lateríticas; %.
Pilas de menas lateríticas con geometría de su sección transversal hiperbólica
Las ecuaciones 6 y 7 constituyen los modelos para el cálculo del área de exposición y el volumen de
una pila con sección transversal hiperbólica (Figura 2a).
Y`
Y
Y
P2
f (x)
y=h
t
t
m
h
X=bo/2
x=x
0
X
-bo/2
y=y
P1
X`
0
bo/2
m
0
b)
a)
P3 X
Figura 2. Vista frontal de una pila de sección transversal hiperbólica [a)] y semi-elíptica [b)].
bo
tan m
2
tan m tan t
bo 2
A 2
LSL
x
2
2
tan t
1
0
x
bo
tan m
2
tan m tan t
2
dx
(6)
�V
tan 2
1
2
bo2
m
tan m
x
tan m
tan m
tan t
bo
tan m
2
tan m tan t
0
x
tan t
tan t
LSL
2
bo
tan m
2
tan m tan t
bo 2
2
tan t
tan m
ln
tan t
tan t 2
bo
tan m tan t
2
tan m tan t
(7)
dx
Siendo:
tan 2 m tan t
tan m
ln
tan t
tan m tan t 2
1
2
kf
tan m tan t
tan m tan t
(7a)
Pilas de menas lateríticas con geometría de su sección transversal semi-elíptica
Las ecuaciones 8 y 9 constituyen los modelos para el cálculo del área de exposición y el volumen de
una pila con sección transversal semi-elíptica (Figura 2b).
2
bo 2
A
2
LSL
x
x tan m
1
bo
2
0
V
bo2
8
LSL
2
x
0
(8)
x2
bo 2
tan m
dx
2
bo
2
2
x2
1
2
tan m
dx
(9)
Siendo:
kf
8
tan m
(9a)
ANEXO 10
DESCRIPCIÓN DE LA APLICACIÓN INFORMÁTICA CREADA EN EL TRABAJO
Primera ventana: “Áreas y volúmenes de pilas”
En esta ventana se programaron las ecuaciones empíricas 3 y 4 del Anexo 9 y con ellas se calculan
los ángulos maximal y tangencial del material. También, se programaron los modelos y
�procedimientos que permiten calcular las áreas y los volúmenes de las pilas de menas lateríticas
expuestas a secado natural con diferentes geometrías de su sección transversal (ver Epígrafe 2.7 y
el Anexo 9). Para ello solo es necesario conocer la granulometría y humedad del material, así como
las dimensiones (largo y ancho) de la superficie horizontal disponible para el secado natural. Estos
datos son conocidos por el personal que implementa el proceso en las empresas niquelíferas.
Como se aprecia en la Figura 1 la aplicación informática permite calcular el valor puntual de la
altura de la pila, el área de la sección transversal, la longitud de la superficie lateral, el área de la
superficie y el volumen. Nótese que se caracteriza la forma geométrica de la sección transversal de
la pila y se realiza el gráfico lateral, además se calculan, con la opción “Llenar Tablas”, todos los
valores del área de exposición y el volumen de la pila cuando los ángulos maximal y tangencial
varían entre 0 y 90 grados. Luego ejecutando la opción GT (Guardar Tablas) se guardan los
parámetros de interés calculados. El diagrama general utilizado se muestra en la Figura 3.
Segunda ventana: “Diseño de pilas según radiación solar recibida”
En la misma se programó el procedimiento para la determinación de la radiación solar global que
incide sobre la superficie de secado (ver Epígrafe 2.2.1.1) y mediante la aplicación informática se
realiza el cálculo cuando el ángulo de inclinación de la superficie de secado oscila entre -90 y 90
grados, y el tiempo de secado varía entre las seis y las 18 horas (ver Figuras 2 y 4). Luego, mediante
la implementación de técnicas de discretización, se calcula la radiación total y la densidad de
radiación solar que llega a la superficie de secado. Los valores obtenidos en estos cálculos
constituyen la base para la optimización de la forma geométrica de la sección transversal de la pila,
atendiendo a estos dos criterios. Aquí se considera la restricción impuesta al volumen.
�Figura 1. Ventana creada para calcular el área de exposición y el volumen de las pilas de minerales.
Figura 2. Ventana creada para calcular la radiación solar global que recibe la superficie de secado
de las pilas de minerales durante la implementación del proceso de secado natural.
�Inicio
Conocidos los parámetros Gp; Hp;
No
¿
m
=
m;
t;
bo; LSL; f(x) y kf
La sección transversal
de la pila es triangular
2x
y f x h 1
bo
1
kf
tan m
4
Si
t?
La sección transversal de la
pila es semi-elíptica
¿
m
<
Si
t?
¿
No
t
Si
90º?
y
bo
2
f x
kf
No
8
2
x2
1
2
tan m
tan m
Calcular:
¿
m
-
t
No
< 60º?
La sección transversal
de la pila es parabólica
f x
axn c
1 n
kf
tan m
2 n 1
y
Si
La sección transversal de la pila es hiperbólica
P
y f x
yo
x xo
kf
1
2
tan 2
tan m
m
tan t
tan m
ln
2
tan t
tan t
tan m tan t
tan m tan t
Calcular el área de exposición y el volumen (A y V) de
la pila para todas las combinaciones de m y t
bo 2
A 2
LSL
x
f ' ( x) 2 dx
1
0
bo 2
V
bo2
k f LSL
2
x f ( x) dx
0
Fin
Figura 3. Diagrama general utilizadoInicio
por la primera ventana de la aplicación informática.
�Conocidos los parámetros nd; la; nh; IH; ;
y
Calcular la irradiancia extraterrestre horaria en la superficie horizontal
I0
I CS
1 0,033 cos
360 nd
365,25
sen la
sen s
cos la cos s
cos wh
Calcular el coeficiente de transmisión total atmosférico
kT
IH
I0
IH
I CS
1 0,033 cos
360 nd
365,25
sen l a sen s
Calcular el coeficiente empírico por
la expresión:
Si
¿0,22< kt 0,8?
cos l a cos s cos wh
Ce
4,388 kT2 16,638 kT3 12,336 kT4
0,951 0,160 kT
No
Calcular el coeficiente empírico por
la expresión:
Si
¿ kt 0,22?
Ce
1 0,09 kT
No
El coeficiente empírico tiene
un valor constante:
Si
¿ kt > 0,8?
Ce
0,165
Calcular la radiación solar global que incide sobre la superficie
de secado de las pilas de menas lateríticas [I( , )]
I
,
IG
IH
1 Ce R ,
Ce
1 cos
2
1 cos
2
Fin
Figura 4. Diagrama general utilizado por la segunda ventana de la aplicación informática.
Tercera ventana: “Cálculo del calor total”
�Para determinar el calor total que llega a la superficie de secado de la pila se programaron los
modelos y los procedimientos que permiten el cálculo de los flujos de calor transferidos por
radiación y convección (ver Epígrafes 2.2.1 y 2.2.2). Estos flujos de calor se determinaron para una
hora específica y para las 12 horas de sol, comprendidas entre las seis y las 18 horas, con los
resultados obtenidos se optimiza la forma geométrica de la sección transversal de la pila
considerando el calor total recibido, el cual se determina como la suma o la diferencia, según
corresponda, entre los flujos de calor transferidos por radiación y convección. Adicionalmente, se
considera la restricción establecida para el valor del volumen mínimo de la pila (ver Figuras 5 y 6).
Figura 5. Ventana creada para calcular el calor total que recibe la superficie de secado de las pilas
de minerales durante la implementación
Inicio del proceso de secado natural.
Conocidos los parámetros Va; L; Ta; Ts;
¿Gr/Re2 » 1?
c;
s;
; I( , );
y
�No
Predomina la
convección libre
Calcular el Nusselt por:
Si
Nu
Predomina la
convección forzada
(caso más frecuente)
Si
2
¿Gr/Re « 1?
0,56 Gr Pr 1 / 4
Calcular el Nusselt por:
9
Nu
1
2
2 0,025 Re 10 Pr 3 Gu 15
No
¿Gr/Re2 1?
Calcular el Nusselt por:
Si
9
Nu
Predomina la
convección mixta
1
2
2 0,025 Re 10 Pr 3 Gu 15
3
0,56 Gr Pr
1
1 3 3
4
Se utiliza el signo “+” para el flujo transversal y el
signo “-” para el flujo opuesto
Calcular el flujo de calor por convección
según el Nu que corresponda
q Conv
Nu k a
Ts
L
Ta
Calcular el flujo de calor por radiación
qRad
0,0552 Ta1,5
c
4
s
I
,
Calcular el calor total disponible para el secado natural (qTotal)
qTotal
c
0,0552 Ta1,5
4
s
I
,
Nu ka
Ts Ta
L
Si Ta > Ts se utiliza el signo “+” y en caso contrario (Ta < Ts) se emplea el signo “-”
Fin
Figura 6. Diagrama general utilizado por la tercera ventana de la aplicación informática.
Cuarta ventana: “Dinámica del calor”
�En esta sección se programaron los modelos establecidos para el cálculo del flujo de calor por
conducción (QCond), la temperatura del material en la superficie de la pila de minerales en cualquier
instante de tiempo
[Ts( )] y la distribución de temperatura del material [T(y, )], los cuales se
exponen en los Epígrafes 2.2.3 y 2.2.3.1, respectivamente. Luego, se calculan los referidos
parámetros y se simula la distribución de temperatura que experimenta la pila de minerales durante
el proceso de secado natural (ver Figuras 7 y 8), para ello se emplean los resultados obtenidos en las
ventanas anteriores (Figuras 1; 2 y 5). Por su parte, los resultados obtenidos en esta ventana son
necesarios para el cálculo y la simulación de la distribución de humedad del material.
Figura 7. Ventana creada para calcular la temperatura en la superficie de la pila y para simular la
distribución de temperatura que experimenta el material durante el secado natural.
Inicio
Conocidos los parámetros Nu; ka; L;
c;
Gcielo;
s;
; I( , ); ; Ta y
�Se desprecia la convección del aire y Ts( ) se calcula por:
Si
¿ha 0?
c
Gcielo
I ,
s
Ts
4
Ta4
0
No
Se considera la convección del aire y Ts( ) se calcula por:
c
Gcielo
I ,
s
4
Ts
Ta4
ha Ts
Ta
0
Calcular la distribución de temperatura en la pila de menas lateríticas [T(y, )]
y con ello se determina T( , ) para el espesor que corresponda
T y,
cos n
n
n 1
2
T0
n
l
e
2
n
l
e
2
dTs ( )
d
d
0
y
Ts
l
Ts (0) T0
sen
T0
Calcular el flujo de calor por conducción (qCond)
q Cond
k
Ts
T
,
Fin
Figura 8. Diagrama general utilizado por la cuarta ventana de la aplicación informática.
Quinta ventana: “Dinámica del secado”
n
y
l
�En esta ventana se programaron los procedimientos de cálculo y los modelos de la distribución de
humedad del material [H(y, )], la velocidad de secado [-dH/d
superficie de la pila en cualquier instante de tiempo
1
y -dH/d 2] y la humedad en la
[Hs( )] en ambos periodos de secado, (ver
Epígrafes 2.4.1; 2.6 y el Anexo 7). Lo anterior permitió determinar la distribución de humedad que
experimenta el material durante el secado natural (ver Figuras 9 y 10) y la humedad promedio del
mismo, además se determina el volumen de material que reduce su contenido de humedad en un
valor predeterminado para la simulación (en la Figura 9 se asume el 2 %). Finalmente, se optimiza
la forma geométrica de la sección transversal de las pilas de minerales ateniendo a dos criterios: el
porcentaje del volumen de mineral secado y el volumen de mineral secado.
Figura 9. Ventana creada para calcular y simular la distribución de humedad que experimenta la
pila de minerales durante la implementación del proceso de secado natural.
Inicio
�Conocidos los parámetros N; A; QRad.; QConv.; QCond.; ; I( , ); H( ); He; Hc; ku y
El proceso se desarrolla en el primer periodo de secado y
Hs( ) se calcula por:
Si
¿N = cte?
A
Ts
k
Hs
No
0,0552 Ta1,5
c
4
s
Nu k a
Ts
L
I( , )
Ta
T ,
H0
m0 100 H 0
100
R
C S1 C S 2 Tag
M ag
273,15
El proceso se desarrolla en el segundo periodo de secado y Hs( ) se calcula por:
0,0552 Ta1,5
c
A H
k
Hs
H0
Hc
He
Nu k a
Ts
L
I( , )
s
He
4
Ts
Ta
T ,
m0 100 H 0
100
R
C S1 C S 2 Tag
M ag
273,15
Calcular la distribución de humedad en la pila de material [H(y, )] para
n
l
ku
ku
H y,
e
n
l
2
2
cos n
e
(y) = variable:
2
0
Rn
d
2 H1
Hs 0
n
2H s 0
n
n 1
l
2 n
2 H0
Hs 0
n
sen n
2 2
H1 y sen
0
n
n
y dy
l
H0 l
l
n
y
y
H0
Hs
H0
l
l
Para el caso en que (y) = H1 = constante, se calcula H(y, ) por la expresión 4 del Anexo 7
sen
Fin
Figura 10. Diagrama general utilizado por la quinta ventana de la aplicación informática.
ANEXO 11
�VALIDACIÓN DE LOS MODELOS DE INTERÉS PARA LA INVESTIGACIÓN
Tabla 1. Resultados experimentales y teóricos obtenidos para la humedad en las pilas 1, 2 y 3.
Días
(No.)
1
2
3
4
5
6
7
Características de la primera pila de menas lateríticas
Masa = 500 t; LSL = 140 m; bo = 3,2 m; m = 61º; Geometría de la sección transversal: triangular
H0(P) Exp.
HF(P)Exp.
HF(P)Teo.
E
Días
H0(P) Exp.
HF(P)Exp.
HF(P)Teo.
(%)
(%)
(%)
(%)
(No.)
(%)
(%)
(%)
34,05
27,81
29,61
6,48
38,04
31,06
34,06
8
32,07
29,46
27,40
6,99
31,42
26,21
26,66
9
31,48
27,02
26,74
1,04
36,93
30,62
32,82
10
34,81
30,29
30,46
0,56
31,36
25,15
26,60
11
31,72
27,90
27,00
3,23
27,73
22,61
22,55
12
35,13
30,81
30,81
0,00
25,63
19,61
20,20
13
32,45
30,68
27,82
9,32
35,31
29,51
31,02
14
E
(%)
9,66
1,72
7,18
5,77
0,27
3,01
5,12
Error relativo promedio entre los valores experimentales y teóricos de la humedad Ep = 4,31 %
Características de la segunda pila de menas lateríticas
Masa = 500 t; LSL = 140 m; bo = 3,2 m; m = 61º; Geometría de la sección transversal: triangular
Días H0(P) Exp.
HF(P)Exp.
HF(P)Teo.
E
Días
H0(P) Exp.
HF(P)Exp.
HF(P)Teo.
(No.)
(%)
(%)
(%)
(%)
(No.)
(%)
(%)
(%)
31,88
30,66
27,18
11,35
30,62
27,72
25,77
1
8
29,99
29,05
25,06
13,73
28,09
24,24
22,94
2
9
35,30
27,43
31,01
13,05
37,39
31,54
33,34
3
10
29,63
27,61
24,66
10,68
27,83
24,74
22,65
4
11
31,16
26,40
26,37
0,11
36,73
33,01
32,60
5
12
31,11
30,39
26,32
13,39
23,89
18,21
18,29
6
13
31,73
25,04
27,01
7,870
33,61
26,77
29,11
7
14
E
(%)
7,03
5,36
5,71
8,45
1,24
0,44
8,74
Error relativo promedio entre los valores experimentales y teóricos de la humedad Ep = 7,65 %
Valores de los factores del diseño de experimento para las pilas 1 y 2
XO = +0,8 m; XE = -0,8 m; Z1 = 35 m; Z2 = 70 m; Z3 = 105 m; Ys = 1,443 m; 0 = 0 h y F = 12 h
Características de la tercera pila de menas lateríticas
Masa = 700 t; LSL = 140 m; bo = 5,49 m; m = 61º; Geometría de la sección transversal: triangular
Días H0(P) Exp.
HF(P)Exp.
HF(P)Teo.
E
Días
H0(P) Exp.
HF(P)Exp.
HF(P)Teo.
E
(No.)
(%)
(%)
(%)
(%)
(No.)
(%)
(%)
(%)
(%)
36,32
30,61
33,88
10,68
33,05
27,50
30,36
10,40
1
8
36,61
33,89
34,19
0,89
33,96
27,42
31,34
14,30
2
9
35,50
32,11
33,01
2,80
34,94
30,85
32,40
5,02
3
10
42,77
36,56
40,77
11,52
32,22
27,75
29,47
6,20
4
11
39,80
34,68
37,61
8,45
22,74
18,38
19,18
4,35
5
12
34,23
30,54
31,63
3,57
29,02
22,67
26,01
14,73
6
13
36,99
33,93
34,60
1,97
25,07
19,13
21,71
13,49
7
14
Error relativo promedio entre los valores experimentales y teóricos de la humedad Ep = 7,74 %
Valores de los factores del diseño de experimento para la pila 3
XO = +1,3725 m; XE = -1,3725 m; Z1 = 35 m; Z2 = 70 m; Z3 = 105 m; Ys = 2,476 m; 0 = 0 h y F = 12 h
Tabla 2. Distribución de los errores relativos puntuales expuestos en la tabla anterior.
Intervalo
PRE
Intervalo
PRE
Intervalo
PRE
de oscilación
(%)
de oscilación
(%)
de oscilación
(%)
�Pila 1
(0
E
5)
50
(5
E
10)
50
(10 E
15)
0
Pila 2
(0
E
5)
21,43
(5
E
10)
42,86
(10 E
15)
35,71
Pila 3
(0
E
5)
35,71
(5
E
10)
21,43
(10 E
15)
42,86
Distribución de los errores relativos puntuales para las tres pilas juntas
(0
E
5)
PRE = 35,71 %
(5
E
10)
PRE = 38,10 %
(10 E
15)
PRE = 26,19 %
Tabla 3. Resultados experimentales y teóricos obtenidos para la humedad de las menas lateríticas a
diferentes profundidades.
Profundidad a la cual
se midió la humedad
del material
(m)
Superficie (0,0)
Resultados obtenidos en el talud
este de la pila de minerales
A las
A las
seis horas
18 horas
H0(P) Exp.
HF(P)Exp. HF(P)Teo.
E
(%)
(%)
(%)
(%)
32,46
27,59
28,44
3,08
Resultados obtenidos en el talud
oeste de la pila de minerales
A las
A las
seis horas
18 horas
H0(P) Exp.
HF(P)Exp.
HF(P)Teo.
E
(%)
(%)
(%)
(%)
32,46
26,09
26,25
0,61
-0,3
32,46
28,15
28,93
2,77
32,46
26,61
27,01
1,50
-0,6
32,46
28,37
29,42
3,70
32,46
27,17
27,76
2,17
-0,9
32,46
29,22
29,91
2,36
32,46
28,19
28,52
1,17
-1,2
32,46
29,43
30,41
3,33
32,46
30,04
29,28
2,53
-1,5
32,46
32,18
30,90
3,98
32,46
30,91
30,04
2,81
Error relativo promedio entre los valores experimentales y teóricos de la humedad
Ep = 2,50 %
Observación para la Tabla 3: la profundidad se midió desde la superficie de la pila hacia la base.
Simbología empleada en las Tablas 1; 2 y 3 del Anexo 11
XO y XE: distancia en el eje “X” medida desde el origen hacia los taludes oeste y este; m.
Z1, Z2, y Z3: distancia en el eje “Z” medida desde el origen de la superficie lateral de la pila; m.
Ys: altura en el eje “Y” de la superficie de secado de la pila; m.
0
y
F:
tiempo inicial y final medido a las seis y las 18 horas del día; h.
H0(P) Exp.: valor promedio de la humedad inicial del material determinado de forma experimental; %.
PRE: porcentaje que representan los errores que se encuentran en el intervalo considerado; %.
Nota: Los términos HF(P)Exp.; HF(P)Teo.; E y Ep seInicio
declaran en el capítulo 3
Entrada de los datos iniciales y los valores de los coeficientes de los modelos matemáticos
Los mismos deben ser los que se utilizaron en el proceso de experimentación
Seleccionar nuevos valores
de los coeficientes
�Calcular el área de exposición según la forma
geométrica de la sección transversal de la pila
Mediante las expresiones
2.112 y las 1; 6 y 8 del Anexo 9
Calcular la radiación solar global que incide
sobre la superficie de secado de la pila
Mediante la expresión 2.21
Calcular la humedad
experimental promedio del
material [HF(P)Exp.]
Mediante técnicas convencionales
Calcular el calor total disponible para el
proceso de secado natural
Para ello se suman o se restan los flujos de calor
obtenidos con las expresiones 2.23 y 2.38
Calcular la distribución de temperatura en la
pila de menas lateríticas [T(y, )]
Mediante la expresión 2.55
No
Calcular la distribución de humedad en la pila
de menas lateríticas [H(y, )]
Mediante las expresiones 2.81 y la 4 del Anexo 7
Calcular Ep (Ec. 3.2)
¿Ep < 10 %?
Calcular la humedad teórica
promedio del material [HF(P)Teo.]
Mediante técnicas convencionales
Si
Terminar el proceso
de validación
Fin
Figura 1. Diagrama general para la validación de los modelos establecidos en la investigación.
ANEXO 12
PRINCIPALES INSTRUMENTOS USADOS EN LA MEDICIÓN DE LA HUMEDAD
�Figura 1. Balanza utilizada para determinar la masa de las muestras de menas lateríticas.
Balanza de laboratorio de tipo digital
Rango de medición: de 0 a 100 kg
Error: 0,058 kg
Figura 2. Estufa utilizada para la extracción de la humedad de las menas lateríticas.
Estufa marca MEMMERT
Rango de medición: de 0 a 220 ºC
Error: 1 ºC
Nota: Los instrumentos pertenecen al Centro de Desarrollo de Investigaciones del Níquel de Moa.
ANEXO 13
�VALORES DE LOS PARÁMETROS CALCULADOS PARA LA PILA DE MENAS
LATERÍTICAS SELECCIONADA (PILA TRES, DE 700 TONELADAS)
Tabla 1. Valores probables del área de exposición para las diferentes combinaciones de
m→
15º
20º
25º
30º
789,0
791,1
794,9
799,4
804,5
810,0
816,2
823,0
830,6
839,3
849,5
813,4
811,0
813,6
818,4
824,5
831,4
839,3
848,1
858,2
869,6
883,0
849,8
842,9
840,9
843,9
849,8
857,5
866,7
877,3
889,5
903,6
920,2
893,7
887,8
881,6
880,0
883,5
890,6
900,3
912,1
926,2
942,7
962,3
t↓
15º
20º
25º
30º
35º
40º
45º
50º
55º
60º
65º
35º
40º
45º
50º
Área de exposición de la pila (m2)
940,6
942,4
937,0
931,7
930,4
934,4
942,9
955,0
970,2
988,7
1011,1
988,5
1 003,2
1 004,4
1 000,2
995,7
994,9
999,6
1 009,8
1 025,0
1 044,7
1 069,4
1 036,4
1 068,1
1 081,5
1 084,1
1 081,5
1 078,1
1 077,8
1 083,4
1 095,9
1 115,2
1 141,2
1 084,1
1 136,1
1 166,5
1 181,9
1 187,4
1 187,2
1 185,2
1 185,7
1 192,4
1 208,1
1 233,4
15º
20º
25º
30º
277,4
319,9
353,0
380,0
402,7
422,3
439,7
455,5
470,0
483,7
496,8
319,2
376,8
423,6
463,0
497,0
527,2
554,6
579,9
603,6
626,3
648,4
351,7
422,9
482,7
534,5
580,4
621,9
660,3
696,4
730,9
764,4
797,5
t↓
15º
20º
25º
30º
35º
40º
45º
50º
55º
60º
65º
419,2
524,3
619,4
707,3
789,8
868,6
945,2
1 020,8
1 096,5
1 173,5
1 253,1
436,0
550,9
656,9
756,5
851,7
944,1
1 035,2
1 126,5
1 219,3
1 315,3
1 416,1
451,3
575,4
692,1
803,5
911,7
1 018,3
1 125,1
1 233,7
1 345,9
1 463,7
1 589,5
m.
60º
65º
1 131,5
1 206,8
1 259,1
1 293,3
1 313,6
1 323,6
1 327,0
1 327,2
1 328,7
1 337,2
1 357,5
1 179,1
1 280,5
1 359,2
1 418,6
1 461,4
1 490,5
1 508,2
1 517,2
1 520,9
1 524,3
1 535,2
1 227,1
1 357,5
1 467,6
1 559,1
1 633,6
1 692,3
1 736,6
1 767,5
1 786,6
1 796,7
1 803,4
35º
40º
45º
50º
3
Volumen de la pila (m )
378,0 400,1
461,5 494,8
533,7 578,8
597,7 654,7
655,6 724,9
709,1 790,8
759,4 853,8
807,4 915,0
854,2 975,4
900,3 1 035,9
946,5 1 097,5
y
55º
Tabla 2. Valores probables del volumen para las diferentes combinaciones de
m→
t
t
y
m.
55º
60º
65º
465,3
598,4
725,6
849,0
970,7
1 092,5
1 216,3
1 344,2
1 478,4
1 621,7
1 777,5
478,5
620,4
758,1
893,8
1 029,7
1 167,8
1 310,3
1 459,9
1 619,5
1 793,0
1 985,3
491,0
641,6
790,1
938,6
1 089,6
1 245,4
1 408,8
1 583,1
1 772,5
1 982,4
2 220,0
Tabla 3. Valores de radiación global calculados para las 51 secciones del corte realizado.
No.
1
2
.
.
.
25
26
RG -6
35,85
35,85
.
.
.
35,85
37,00
RG -7
30,11
30,11
.
.
.
30,11
38,00
RG -8
42,58
42,58
.
.
.
42,58
54,00
RG -9
202,47
202,47
.
.
.
202,47
254,00
RG -10
390,66
390,66
.
.
.
390,66
470,00
RG -11
804,43
804,43
.
.
.
804,43
865,00
RG -12 RG -13 RG -14 RG -15
1 000,8 944,15 0,00
0,00
1 000,8 944,15 0,00
0,00
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
1 000,8 944,15 0,00
0,00
1 072,0 1 008,0 915,00 779,00
RG -16
0,00
0,00
.
.
.
0,00
662,00
RG -17
0,00
0,00
.
.
.
0,00
460,00
RG -18
0,00
0,00
.
.
.
0,00
217,00
�27
.
.
.
50
51
0,00
.
.
.
0,00
0,00
0,00
.
.
.
0,00
0,00
0,00
.
.
.
0,00
0,00
0,00
.
.
.
0,00
0,00
0,00
.
.
.
0,00
0,00
804,43 1 000,8
.
.
.
.
.
.
804,43 1 000,8
804,43 1 000,8
944,15 866,43 755,27
.
.
.
.
.
.
.
.
.
944,15 866,43 755,27
944,15 866,43 755,27
676,75
.
.
.
676,75
676,75
555,42
.
.
.
555,42
555,42
403,30
.
.
.
403,30
403,30
Tabla 4. Valores de los flujos de calor por convección para las 51 secciones del corte realizado.
No.
1
2
.
.
.
25
26
27
.
.
.
50
51
C-6
5,30
5,30
.
.
.
5,30
5,43
0,00
.
.
.
0,00
0,00
C-7
4,63
4,63
.
.
.
4,63
5,54
0,00
.
.
.
0,00
0,00
C-8
6,04
6,04
.
.
.
6,04
7,22
0,00
.
.
.
0,00
0,00
C-9
1,13
1,13
.
.
.
1,13
21,63
0,00
.
.
.
0,00
0,00
C-10
2,38
2,38
.
.
.
2,38
32,18
0,00
.
.
.
0,00
0,00
C-11
5,24
5,24
.
.
.
5,24
46,01
44,21
.
.
.
44,21
44,21
C-12
6,52
6,52
.
.
.
6,52
51,86
50,03
.
.
.
50,03
50,03
C-13
6,07
6,07
.
.
.
6,07
50,36
48,62
.
.
.
48,62
48,62
C-14
0,00
0,00
.
.
.
0,00
47,85
46,44
.
.
.
46,44
46,44
C-15
0,00
0,00
.
.
.
0,00
43,70
42,95
.
.
.
42,95
42,95
C-16
0,00
0,00
.
.
.
0,00
39,75
40,26
.
.
.
40,26
40,26
C-17
0,00
0,00
.
.
.
0,00
31,91
35,77
.
.
.
35,77
35,77
C-18
0,00
0,00
.
.
.
0,00
19,58
29,36
.
.
.
29,36
29,36
Tabla 5. Valores de los flujos de calor por radiación para las 51 secciones del corte realizado.
No.
1
2
.
.
.
25
26
27
.
.
.
50
51
R-6
22,59
22,59
.
.
.
22,59
23,31
0,00
.
.
.
0,00
0,00
R-7
18,97
18,97
.
.
.
18,97
23,94
0,00
.
.
.
0,00
0,00
R-8
26,83
26,83
.
.
.
26,83
34,02
0,00
.
.
.
0,00
0,00
R-9
127,5
127,5
.
.
.
127,55
160,0
0,00
.
.
.
0,00
0,00
R-10
246,12
246,12
.
.
.
246,12
296,10
0,00
.
.
.
0,00
0,00
R-11
506,79
506,79
.
.
.
506,79
544,95
506,7
.
.
.
506,79
506,79
R-12
630,54
630,54
.
.
.
630,54
675,36
630,54
.
.
.
630,54
630,54
R-13
594,81
594,81
.
.
.
594,81
635,04
594,81
.
.
.
594,81
594,81
R-14
0,00
0,00
.
.
.
0,00
576,4
545,8
.
.
.
545,8
545,8
R-15 R-16
0,00
0,00
0,00
0,00
.
.
.
.
.
.
0,00
0,00
490,7 417,06
475,8 426,3
.
.
.
.
.
.
475,8 426,3
475,8 426,3
Simbología empleada en las Tablas 3; 4 y 5 del Anexo 13
RG: radiación solar global que reciben las secciones; W/m2.
C: flujo de calor por convección que reciben o entregan las secciones; W/m2.
R: flujo de calor por radiación que reciben las secciones; W/m2.
R-17
0,00
0,00
.
.
.
0,00
289,8
349,9
.
.
.
349,9
349,9
R-18
0,00
0,00
.
.
.
0,00
136,71
254,0
.
.
.
254,0
254,0
�Observación para las Tablas 3; 4 y 5: los números 6, 7… 18 corresponden a la hora del día.
Tabla 6. Valores de la temperatura del material desde la base hasta la superficie del talud este.
Alturas a las cuales se determinaron los valores de temperatura del material (m)
Hora
del día
0,000
0,486
06:00
06:30
07:00
07:30
08:00
08:30
09:00
09:30
10:00
10:30
11:00
11:30
12:00
12:30
13:00
13:30
14:00
14:30
15:00
15:30
16:00
16:30
17:00
17:30
18:00
25,453
25,453
25,453
25,453
25,453
25,453
25,453
25,453
25,453
25,453
25,453
25,453
25,453
25,453
25,453
25,453
25,453
25,453
25,453
25,453
25,453
25,453
25,453
25,453
25,453
0,971
1,457
1,942
2,428
2,913
3,399
3,884
4,370
4,758
Temperatura de las menas lateríticas en el talud este de la pila (ºC)
25,436
25,441
25,444
25,439
25,420
25,379
25,325
25,274
25,205
25,139
25,104
25,077
25,113
25,146
25,317
25,471
25,612
25,690
25,654
25,623
25,598
25,577
25,558
25,542
25,528
25,464
25,461
25,457
25,464
25,443
25,505
25,523
25,569
25,564
25,663
25,786
25,733
25,788
25,688
25,848
25,364
24,964
25,198
25,222
25,240
25,257
25,271
25,282
25,293
25,302
25,464
25,461
25,456
25,464
25,431
25,505
25,516
25,567
25,542
25,661
25,819
25,739
25,823
25,692
25,954
25,327
24,815
25,158
25,184
25,203
25,220
25,235
25,247
25,258
25,267
25,432
25,438
25,439
25,437
25,378
25,364
25,276
25,227
25,087
25,060
25,118
25,011
25,137
25,097
25,593
25,391
25,252
25,645
25,602
25,563
25,532
25,505
25,482
25,462
25,445
25,454
25,454
25,450
25,457
25,395
25,465
25,435
25,465
25,374
25,485
25,679
25,549
25,698
25,546
26,054
25,312
24,715
25,250
25,252
25,249
25,250
25,250
25,250
25,251
25,251
25,481
25,473
25,462
25,480
25,416
25,585
25,624
25,746
25,714
25,983
26,326
26,165
26,331
26,047
26,546
25,183
24,065
24,762
24,826
24,875
24,921
24,957
24,988
25,016
25,040
25,427
25,434
25,434
25,434
25,335
25,342
25,217
25,162
24,946
24,949
25,091
24,900
25,112
25,001
25,825
25,290
24,895
25,610
25,563
25,518
25,483
25,452
25,424
25,401
25,380
25,424
25,432
25,433
25,434
25,322
25,334
25,199
25,147
24,915
24,936
25,122
24,925
25,186
25,071
26,019
25,394
24,907
25,685
25,602
25,528
25,471
25,421
25,381
25,347
25,319
25,583
25,548
25,511
25,570
25,509
26,048
26,364
26,841
27,059
27,923
28,817
28,565
28,764
27,985
28,345
24,688
21,625
22,820
23,124
23,389
23,639
23,864
24,073
24,272
24,455
26,834
26,645
26,456
27,112
27,769
32,984
38,199
44,802
51,405
62,388
73,372
78,156
82,941
81,985
81,029
56,165
31,300
31,000
30,700
30,300
29,900
29,450
29,000
28,600
28,200
Tabla 7. Valores de la temperatura del material desde la base hasta la superficie del talud oeste.
Alturas a las cuales se determinaron los valores de temperatura del material (m)
Hora
del día
0,000
0,486
06:00
06:30
07:00
07:30
08:00
08:30
09:00
09:30
10:00
10:30
11:00
11:30
12:00
12:30
25,453
25,453
25,453
25,453
25,453
25,453
25,453
25,453
25,453
25,453
25,453
25,453
25,453
25,453
25,474
25,470
25,467
25,464
25,460
25,457
25,448
25,438
25,312
25,165
25,068
24,995
25,046
25,093
0,971
1,457
1,942
2,428
2,913
3,399
3,884
4,370
4,758
Temperatura de las menas lateríticas en el talud oeste de la pila (ºC)
25,439
25,441
25,443
25,446
25,448
25,451
25,443
25,459
25,272
25,659
26,039
25,863
25,909
25,799
25,439
25,442
25,443
25,446
25,448
25,451
25,439
25,458
25,169
25,664
26,160
25,898
25,972
25,832
25,479
25,475
25,471
25,467
25,461
25,458
25,433
25,430
24,994
25,108
25,311
24,987
25,132
25,108
25,451
25,451
25,451
25,452
25,451
25,453
25,428
25,447
24,941
25,506
26,117
25,698
25,848
25,695
25,418
25,424
25,428
25,436
25,439
25,448
25,425
25,468
24,898
25,982
27,053
26,525
26,665
26,356
25,486
25,481
25,475
25,471
25,464
25,460
25,419
25,423
24,673
25,029
25,510
24,928
25,164
25,070
25,490
25,483
25,476
25,470
25,462
25,457
25,411
25,416
24,561
24,985
25,570
24,941
25,240
25,154
25,288
25,315
25,339
25,370
25,394
25,428
25,415
25,553
24,826
27,821
30,588
29,734
29,814
28,918
23,700
23,750
23,800
23,950
24,100
24,350
24,600
25,850
27,100
51,618
76,136
80,960
85,785
84,820
�13:00
13:30
14:00
14:30
15:00
15:30
16:00
16:30
17:00
17:30
18:00
25,453
25,453
25,453
25,453
25,453
25,453
25,453
25,453
25,453
25,453
25,453
25,164
25,226
25,288
25,343
25,392
25,433
25,470
25,507
25,545
25,585
25,621
25,760
25,709
25,682
25,632
25,594
25,574
25,559
25,525
25,504
25,474
25,450
25,794
25,739
25,717
25,663
25,623
25,607
25,596
25,559
25,542
25,511
25,488
25,205
25,271
25,363
25,419
25,475
25,535
25,590
25,628
25,680
25,729
25,774
25,705
25,681
25,703
25,673
25,657
25,667
25,681
25,659
25,664
25,654
25,649
26,255
26,122
26,057
25,927
25,828
25,781
25,748
25,659
25,611
25,535
25,475
25,195
25,269
25,396
25,458
25,527
25,611
25,690
25,734
25,806
25,869
25,930
25,308
25,398
25,541
25,604
25,673
25,755
25,832
25,867
25,932
25,986
26,037
28,370
27,789
27,360
26,819
26,379
26,100
25,880
25,547
25,314
25,018
24,791
83,856
82,249
80,641
77,909
75,176
73,029
70,882
67,511
64,139
59,701
55,264
Tabla 8. Valores de la temperatura del material para las alturas seleccionadas en el talud este.
Alturas a las cuales se determinaron los valores de temperatura del material (m)
Hora
del día
3,787
3,884
06:00
06:30
07:00
07:30
08:00
08:30
09:00
09:30
10:00
10:30
11:00
11:30
12:00
12:30
13:00
13:30
14:00
14:30
15:00
15:30
16:00
16:30
17:00
17:30
18:00
25,408
25,419
25,423
25,417
25,300
25,254
25,067
24,949
24,659
24,574
24,659
24,445
24,687
24,625
25,613
25,316
25,135
25,905
25,819
25,740
25,676
25,619
25,570
25,527
25,489
25,424
25,432
25,433
25,434
25,322
25,334
25,199
25,147
24,915
24,936
25,122
24,925
25,186
25,071
26,019
25,394
24,907
25,685
25,602
25,528
25,471
25,421
25,381
25,347
25,319
3,981
4,078
4,175
4,272
4,370
4,467
4,564
4,661
4,758
Temperatura de las menas lateríticas en el talud este de la pila (ºC)
25,514
25,498
25,478
25,511
25,433
25,739
25,863
26,110
26,142
26,637
27,216
27,004
27,229
26,758
27,345
25,064
23,164
24,137
24,261
24,360
24,450
24,525
24,591
24,652
24,704
25,480
25,471
25,458
25,478
25,382
25,576
25,588
25,707
25,611
25,905
26,308
26,056
26,270
25,902
26,641
24,956
23,612
24,613
24,715
24,791
24,857
24,909
24,952
24,988
25,017
25,368
25,390
25,402
25,383
25,240
25,075
24,766
24,520
24,094
23,816
23,758
23,525
23,809
23,879
25,120
25,432
25,783
26,573
26,401
26,248
26,119
26,006
25,907
25,819
25,742
25,431
25,440
25,440
25,446
25,329
25,383
25,280
25,278
25,080
25,192
25,482
25,304
25,620
25,474
26,479
25,574
24,806
25,609
25,483
25,378
25,299
25,238
25,193
25,162
25,142
25,583
25,548
25,511
25,570
25,509
26,048
26,364
26,841
27,059
27,923
28,817
28,565
28,764
27,985
28,345
24,688
21,625
22,820
23,124
23,389
23,639
23,864
24,073
24,272
24,455
25,455
25,446
25,433
25,442
25,319
25,422
25,314
25,292
25,030
25,112
25,320
24,943
25,117
24,796
25,756
24,564
23,827
25,220
25,582
25,895
26,178
26,425
26,645
26,839
27,011
25,208
25,278
25,331
25,264
25,057
24,407
23,676
22,980
22,181
21,261
20,796
20,882
21,666
22,798
25,312
28,916
32,103
33,062
32,844
32,644
32,460
32,287
32,120
31,950
31,785
25,594
25,625
25,637
25,760
25,785
26,606
27,445
28,727
30,015
32,372
35,217
37,073
39,473
40,724
42,953
40,027
36,315
36,565
35,948
35,360
34,814
34,293
33,800
33,338
32,900
26,834
26,645
26,456
27,112
27,769
32,984
38,199
44,802
51,405
62,388
73,372
78,156
82,941
81,985
81,029
56,165
31,300
31,000
30,700
30,300
29,900
29,450
29,000
28,600
28,200
Tabla 9. Valores de la temperatura del material para las alturas seleccionadas en el talud oeste.
Alturas a las cuales se determinaron los valores de temperatura del material (m)
Hora
del día
3,787
3,884
06:00
06:30
07:00
25,511
25,501
25,493
25,490
25,483
25,476
3,981
4,078
4,175
4,272
4,370
4,467
4,564
4,661
4,758
Temperatura de las menas lateríticas en el talud oeste de la pila (ºC)
25,376 25,418 25,561 25,480
25,388 25,426 25,544 25,472
25,398 25,432 25,527 25,464
25,288
25,315
25,339
25,450
25,462
25,470
25,764
25,707
25,652
25,274
25,212
25,156
23,700
23,750
23,800
�07:30
08:00
08:30
09:00
09:30
10:00
10:30
11:00
11:30
12:00
12:30
13:00
13:30
14:00
14:30
15:00
15:30
16:00
16:30
17:00
17:30
18:00
25,484
25,473
25,465
25,415
25,405
24,546
24,686
25,004
24,365
24,648
24,619
24,827
24,976
25,176
25,306
25,436
25,569
25,692
25,783
25,900
26,013
26,117
25,470
25,462
25,457
25,411
25,416
24,561
24,985
25,570
24,941
25,240
25,154
25,308
25,398
25,541
25,604
25,673
25,755
25,832
25,867
25,932
25,986
26,037
25,413
25,423
25,439
25,413
25,492
24,747
26,588
28,366
27,646
27,819
27,299
27,069
26,795
26,624
26,357
26,143
26,019
25,920
25,735
25,612
25,443
25,304
25,440
25,444
25,452
25,417
25,467
24,650
25,969
27,277
26,502
26,678
26,273
26,166
26,019
25,971
25,838
25,748
25,726
25,720
25,643
25,621
25,566
25,531
25,510
25,490
25,473
25,410
25,370
24,371
23,981
23,871
23,191
23,553
23,689
24,072
24,382
24,730
25,008
25,266
25,498
25,705
25,894
26,098
26,310
26,499
25,459
25,451
25,449
25,402
25,418
24,496
25,155
26,000
25,367
25,735
25,628
25,772
25,833
25,947
25,962
25,980
26,017
26,050
26,030
26,047
26,047
26,048
25,370
25,394
25,428
25,415
25,553
24,826
27,821
30,588
29,734
29,814
28,918
28,370
27,789
27,360
26,819
26,379
26,100
25,880
25,547
25,314
25,018
24,791
25,476
25,475
25,477
25,428
25,452
24,502
25,432
26,307
25,268
25,333
24,916
24,883
24,862
24,991
25,084
25,255
25,513
25,806
26,063
26,391
26,714
27,064
25,588
25,525
25,458
25,341
25,163
23,846
21,104
19,136
18,750
19,697
20,985
22,536
24,024
25,508
26,963
28,326
29,531
30,649
31,800
32,891
34,014
35,014
25,122
25,093
25,091
25,056
25,226
24,537
28,529
33,518
35,192
37,881
39,387
40,989
42,290
43,495
44,317
44,976
45,578
46,051
46,192
46,218
45,944
45,505
23,950
24,100
24,350
24,600
25,850
27,100
51,618
76,136
80,960
85,785
84,820
83,856
82,249
80,641
77,909
75,176
73,029
70,882
67,511
64,139
59,701
55,264
Tabla 10. Valores de la humedad del material desde la base hasta la superficie del talud este.
Alturas a las cuales se determinaron los valores de humedad del material (m)
Hora
del día
0,000
06:00
06:30
07:00
07:30
08:00
08:30
09:00
09:30
10:00
10:30
11:00
11:30
12:00
12:30
13:00
13:30
14:00
14:30
15:00
15:30
16:00
16:30
17:00
17:30
18:00
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
0,486
0,971
1,457
1,942
2,428
2,913
3,399
3,884
4,370
4,758
36,320
36,319
36,318
36,315
36,311
36,299
36,276
36,237
36,177
36,073
35,916
35,719
35,479
35,230
34,970
34,834
34,834
34,834
34,834
34,834
34,834
34,834
34,834
34,834
34,834
36,320
36,319
36,318
36,315
36,310
36,297
36,272
36,230
36,165
36,051
35,880
35,666
35,404
35,134
34,851
34,702
34,702
34,702
34,702
34,702
34,702
34,702
34,702
34,702
34,702
Humedad de las menas lateríticas en el talud este de la pila (%)
36,320
36,320
36,320
36,320
36,319
36,318
36,315
36,311
36,304
36,293
36,275
36,253
36,227
36,198
36,169
36,154
36,155
36,155
36,155
36,155
36,155
36,155
36,155
36,155
36,155
36,320
36,320
36,320
36,319
36,318
36,315
36,310
36,302
36,288
36,265
36,230
36,187
36,133
36,077
36,019
35,989
35,990
35,990
35,990
35,990
35,990
35,990
35,990
35,990
35,990
36,320
36,320
36,319
36,318
36,317
36,313
36,306
36,292
36,272
36,238
36,185
36,120
36,040
35,955
35,868
35,823
35,825
35,825
35,825
35,825
35,825
35,825
35,825
35,825
35,825
36,320
36,320
36,319
36,318
36,316
36,311
36,301
36,283
36,257
36,210
36,140
36,053
35,946
35,834
35,718
35,658
35,660
35,660
35,660
35,660
35,660
35,660
35,660
35,660
35,660
36,320
36,320
36,319
36,317
36,315
36,309
36,296
36,274
36,241
36,183
36,095
35,986
35,853
35,713
35,568
35,493
35,495
35,495
35,495
35,495
35,495
35,494
35,494
35,494
35,494
36,320
36,319
36,319
36,317
36,314
36,306
36,291
36,265
36,225
36,156
36,050
35,919
35,759
35,592
35,418
35,328
35,330
35,330
35,329
35,329
35,329
35,329
35,329
35,329
35,329
36,320
36,319
36,318
36,316
36,313
36,304
36,286
36,255
36,209
36,128
36,006
35,853
35,666
35,471
35,269
35,163
35,165
35,164
35,164
35,164
35,164
35,164
35,164
35,164
35,164
36,320
36,319
36,318
36,316
36,312
36,302
36,281
36,246
36,193
36,101
35,961
35,786
35,572
35,350
35,119
34,999
34,999
34,999
34,999
34,999
34,999
34,999
34,999
34,999
34,999
�Tabla 11. Valores de la humedad del material desde la base hasta la superficie del talud oeste.
Alturas a las cuales se determinaron los valores de humedad del material (m)
Hora
del día
0,000
06:00
06:30
07:00
07:30
08:00
08:30
09:00
09:30
10:00
10:30
11:00
11:30
12:00
12:30
13:00
13:30
14:00
14:30
15:00
15:30
16:00
16:30
17:00
17:30
18:00
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
0,486
0,971
1,457
1,942
2,428
2,913
3,399
3,884
4,370
4,758
Humedad de las menas lateríticas en el talud oeste de la pila (%)
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,312
36,293
36,270
36,241
36,211
36,180
36,148
36,115
36,082
36,050
36,018
35,986
35,955
35,926
35,900
35,877
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,304
36,266
36,219
36,162
36,102
36,040
35,976
35,910
35,845
35,780
35,716
35,652
35,590
35,533
35,481
35,435
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,295
36,239
36,169
36,084
35,993
35,900
35,804
35,705
35,607
35,511
35,414
35,318
35,227
35,140
35,062
34,994
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,287
36,212
36,119
36,005
35,885
35,760
35,632
35,501
35,371
35,242
35,114
34,985
34,863
34,748
34,644
34,553
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,279
36,185
36,068
35,926
35,776
35,621
35,461
35,297
35,134
34,974
34,813
34,653
34,501
34,357
34,227
34,113
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,271
36,158
36,018
35,847
35,668
35,481
35,290
35,093
34,898
34,706
34,513
34,322
34,139
33,966
33,810
33,673
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,262
36,131
35,968
35,768
35,560
35,342
35,119
34,890
34,663
34,439
34,214
33,991
33,777
33,576
33,394
33,234
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,254
36,104
35,917
35,689
35,452
35,203
34,948
34,687
34,428
34,172
33,915
33,660
33,416
33,186
32,978
32,796
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,246
36,077
35,867
35,611
35,344
35,065
34,778
34,485
34,193
33,905
33,617
33,330
33,056
32,797
32,564
32,358
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,239
36,055
35,827
35,548
35,258
34,954
34,642
34,323
34,005
33,692
33,379
33,067
32,769
32,487
32,232
32,008
Tabla 12. Valores de la humedad del material para las alturas seleccionadas en el talud este.
Alturas a las cuales se determinaron los valores de humedad del material (m)
Hora
del día
3,787
3,884
06:00
06:30
07:00
07:30
08:00
08:30
09:00
09:30
10:00
10:30
11:00
11:30
12:00
12:30
13:00
13:30
36,320
36,319
36,318
36,316
36,312
36,302
36,282
36,248
36,196
36,106
35,970
35,799
35,591
35,375
35,149
35,031
36,320
36,319
36,318
36,316
36,312
36,302
36,281
36,246
36,193
36,101
35,961
35,786
35,572
35,350
35,119
34,999
3,981
4,078
4,175
4,272
4,370
4,467
4,564
4,661
4,758
36,320
36,319
36,318
36,315
36,311
36,298
36,273
36,231
36,168
36,057
35,889
35,679
35,423
35,158
34,880
34,735
36,320
36,319
36,318
36,315
36,310
36,297
36,272
36,230
36,165
36,051
35,880
35,666
35,404
35,134
34,851
34,702
Humedad de las menas lateríticas en el talud este de la pila (%)
36,320
36,319
36,318
36,316
36,312
36,301
36,280
36,244
36,190
36,095
35,952
35,773
35,554
35,326
35,089
34,966
36,320
36,319
36,318
36,316
36,312
36,301
36,279
36,243
36,187
36,090
35,943
35,759
35,535
35,302
35,059
34,933
36,320
36,319
36,318
36,315
36,312
36,300
36,278
36,241
36,184
36,084
35,934
35,746
35,516
35,278
35,030
34,900
36,320
36,319
36,318
36,315
36,311
36,300
36,277
36,239
36,180
36,079
35,925
35,733
35,498
35,254
35,000
34,867
36,320
36,319
36,318
36,315
36,311
36,299
36,276
36,237
36,177
36,073
35,916
35,719
35,479
35,230
34,970
34,834
36,320
36,319
36,318
36,315
36,311
36,299
36,275
36,235
36,174
36,068
35,907
35,706
35,460
35,206
34,940
34,801
36,320
36,319
36,318
36,315
36,311
36,298
36,274
36,233
36,171
36,062
35,898
35,693
35,441
35,182
34,910
34,768
�14:00
14:30
15:00
15:30
16:00
16:30
17:00
17:30
18:00
35,032
35,032
35,032
35,032
35,032
35,032
35,032
35,032
35,032
34,999
34,999
34,999
34,999
34,999
34,999
34,999
34,999
34,999
34,966
34,966
34,966
34,966
34,966
34,966
34,966
34,966
34,966
34,933
34,933
34,933
34,933
34,933
34,933
34,933
34,933
34,933
34,900
34,900
34,900
34,900
34,900
34,900
34,900
34,900
34,900
34,867
34,867
34,867
34,867
34,867
34,867
34,867
34,867
34,867
34,834
34,834
34,834
34,834
34,834
34,834
34,834
34,834
34,834
34,801
34,801
34,801
34,801
34,801
34,801
34,801
34,801
34,801
34,768
34,768
34,768
34,768
34,768
34,768
34,768
34,768
34,768
34,735
34,735
34,735
34,735
34,735
34,735
34,735
34,735
34,735
34,702
34,702
34,702
34,702
34,702
34,702
34,702
34,702
34,702
Tabla 13. Valores de la humedad del material para las alturas seleccionadas en el talud oeste.
Alturas a las cuales se determinaron los valores de humedad del material (m)
Hora
del día
3,787
3,884
06:00
06:30
07:00
07:30
08:00
08:30
09:00
09:30
10:00
10:30
11:00
11:30
12:00
12:30
13:00
13:30
14:00
14:30
15:00
15:30
16:00
16:30
17:00
17:30
18:00
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,256
36,109
35,927
35,705
35,473
35,231
34,982
34,728
34,475
34,225
33,975
33,726
33,489
33,264
33,062
32,883
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,254
36,104
35,917
35,689
35,452
35,203
34,948
34,687
34,428
34,172
33,915
33,660
33,416
33,186
32,978
32,796
3,981
4,078
4,175
4,272
4,370
4,467
4,564
4,661
4,758
Humedad de las menas lateríticas en el talud oeste de la pila (%)
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,252
36,098
35,907
35,674
35,430
35,176
34,914
34,647
34,381
34,118
33,856
33,594
33,344
33,108
32,895
32,708
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,251
36,093
35,897
35,658
35,409
35,148
34,880
34,606
34,334
34,065
33,796
33,528
33,272
33,031
32,812
32,621
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,249
36,088
35,887
35,642
35,387
35,120
34,846
34,566
34,287
34,012
33,736
33,462
33,200
32,953
32,729
32,533
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,247
36,082
35,877
35,626
35,365
35,093
34,812
34,525
34,240
33,958
33,677
33,396
33,128
32,875
32,646
32,445
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,246
36,077
35,867
35,611
35,344
35,065
34,778
34,485
34,193
33,905
33,617
33,330
33,056
32,797
32,564
32,358
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,244
36,071
35,857
35,595
35,322
35,037
34,744
34,444
34,146
33,852
33,557
33,264
32,984
32,720
32,481
32,270
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,242
36,066
35,847
35,579
35,301
35,009
34,710
34,404
34,099
33,799
33,498
33,198
32,912
32,642
32,398
32,183
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,241
36,061
35,837
35,563
35,279
34,982
34,676
34,363
34,052
33,745
33,438
33,133
32,840
32,564
32,315
32,096
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,320
36,239
36,055
35,827
35,548
35,258
34,954
34,642
34,323
34,005
33,692
33,379
33,067
32,769
32,487
32,232
32,008
Tabla 14. Valores de la velocidad de secado desde la base hasta la superficie del talud este.
Alturas a las cuales se determinaron los valores de la velocidad de secado (m)
Hora
del día
0,000
0,486
06:00
06:30
07:00
07:30
08:00
08:30
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,001
0,971
1,457
1,942
2,428
2,913
3,399
3,884
4,370
4,758
0,002
0,001
0,002
0,002
0,005
0,002
0,002
0,002
0,002
0,005
Velocidad de secado en el talud este de la pila (%/h)
0,000
0,000
0,000
0,000
0,001
0,001
0,000
0,001
0,001
0,002
0,001
0,001
0,001
0,001
0,002
0,001
0,001
0,001
0,001
0,003
0,001
0,001
0,001
0,001
0,003
0,001
0,001
0,001
0,002
0,004
0,001
0,001
0,002
0,002
0,004
�09:00
09:30
10:00
10:30
11:00
11:30
12:00
12:30
13:00
13:30
14:00
14:30
15:00
15:30
16:00
16:30
17:00
17:30
18:00
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,001
0,001
0,002
0,003
0,004
0,004
0,004
0,004
0,004
0,002
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,002
0,003
0,003
0,005
0,007
0,008
0,009
0,009
0,008
0,004
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,003
0,004
0,005
0,008
0,011
0,012
0,013
0,013
0,012
0,006
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,003
0,005
0,007
0,010
0,014
0,016
0,018
0,017
0,017
0,008
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,004
0,006
0,008
0,013
0,018
0,020
0,022
0,022
0,021
0,010
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,005
0,008
0,010
0,015
0,021
0,024
0,027
0,026
0,025
0,012
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,006
0,009
0,012
0,018
0,025
0,028
0,031
0,030
0,029
0,014
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,007
0,010
0,013
0,021
0,028
0,032
0,036
0,034
0,033
0,016
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,008
0,011
0,015
0,023
0,032
0,036
0,040
0,038
0,037
0,018
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,008
0,012
0,016
0,025
0,034
0,039
0,044
0,042
0,040
0,020
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
Tabla 15. Valores de la velocidad de secado desde la base hasta la superficie del talud oeste.
Alturas a las cuales se determinaron los valores de la velocidad de secado (m)
Hora
del día
0,000
06:00
06:30
07:00
07:30
08:00
08:30
09:00
09:30
10:00
10:30
11:00
11:30
12:00
12:30
13:00
13:30
14:00
14:30
15:00
15:30
16:00
16:30
17:00
17:30
18:00
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,486
0,971
1,457
1,942
2,428
2,913
3,399
3,884
4,370
4,758
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,016
0,034
0,038
0,043
0,041
0,040
0,038
0,037
0,034
0,032
0,030
0,029
0,026
0,024
0,020
0,017
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,018
0,037
0,042
0,046
0,045
0,043
0,042
0,040
0,037
0,035
0,033
0,031
0,028
0,026
0,022
0,019
Velocidad de secado en el talud oeste de la pila (%/h)
ANEXO 14
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,002
0,004
0,004
0,005
0,005
0,004
0,004
0,004
0,004
0,004
0,003
0,003
0,003
0,003
0,002
0,002
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,004
0,008
0,008
0,009
0,009
0,009
0,009
0,008
0,008
0,007
0,007
0,006
0,006
0,005
0,005
0,004
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,005
0,011
0,013
0,014
0,014
0,013
0,013
0,012
0,012
0,011
0,010
0,010
0,009
0,008
0,007
0,006
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,007
0,015
0,017
0,019
0,018
0,018
0,017
0,016
0,015
0,014
0,014
0,013
0,012
0,010
0,009
0,008
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,009
0,019
0,021
0,024
0,023
0,022
0,021
0,020
0,019
0,018
0,017
0,016
0,015
0,013
0,011
0,009
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,011
0,023
0,025
0,028
0,028
0,027
0,026
0,025
0,023
0,021
0,020
0,019
0,017
0,016
0,014
0,011
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,013
0,026
0,030
0,033
0,032
0,031
0,030
0,029
0,027
0,025
0,024
0,022
0,020
0,018
0,016
0,013
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,015
0,030
0,034
0,038
0,037
0,035
0,034
0,033
0,031
0,028
0,027
0,026
0,023
0,021
0,018
0,015
�SIMULACIÓN DE LA DISTRIBUCIÓN DE TEMPERATURA Y HUMEDAD
a)
b)
Figura 1. Simulaciones computacionales realizadas para la pila de menas lateríticas considerada.
a): distribución de temperatura del material; b): distribución de humedad del material
ANEXO 15
�TIPOS DE OPTIMIZACIÓN UTILIZADOS EN LAS INVESTIGACIONES QUE SE
DESARROLLAN EN EL ÁREA DE LAS INGENIERÍAS
De acuerdo con la bibliografía consultada (Legrá y Silva, 2011) el enfoque clásico de la
optimización plantea que un problema de optimización matemática está dado por:
a. Una función objetivo z = f(x) donde X representa un conjunto de n variables independientes
{x1, x2,…, xn}.
b. Un conjunto de k restricciones Gi(x)
relación
0, donde i = 1, 2,…, k y además se cumple que la
{0, >, <, ≤, ≥}.
c. La necesidad de encontrar un conjunto S de valores de X tales que satisfagan las relaciones
Gi(x) y se obtenga como resultado el valor máximo o mínimo de la función objetivo f(x).
El enfoque flexible de la optimización y que se ajusta mejor a la diversidad de problemas que hoy
día formulan los ingenieros asume que la tercera condición [el inciso “c”] se exprese como sigue:
La necesidad de encontrar un conjunto S de valores de X tales que satisfagan las relaciones Gi(x) y
que al evaluarlo en la función objetivo se obtenga como resultado un valor Z que esté por encima o
por debajo de cierta cota de optimización (solución satisfactoria). Gráficamente, estos dos
enfoques de optimización se ilustran en la Figura 1.
Figura 1. Enfoques de optimización empleados en las investigaciones tecnológicas.
En este trabajo se emplea el segundo enfoque de optimización (el flexible) debido a las
características del parámetro del proceso que se desea optimizar y porque brinda la posibilidad de
encontrar un conjunto de soluciones factibles para la implementación práctica del objeto de estudio.
�ANEXO 16
VALORES Y COMPORTAMIENTOS DE LOS PARÁMETROS OBTENIDOS EN LA
OPTIMIZACIÓN DE LA SECCIÓN TRANSVERSAL DE LA PILA DE MINERALES
Y
C10-10 Cn-1
C10-9
Cn
C10-8
C10-7
C10-6
C10-5
C10-4
C10-3
C10-2
C10-1
k1
k2 k3
k4
k5
k6
k 7 k 8 k9
k10 k11 k12 k13 k14 k15 k16 k17 kn-1 kn
X
Figura 1. Representación de los cortes k1, k2,… , kn y los sectores C10-1, C10-2,… , Cn que se forman
al dividir la superficie de captación solar de la pila de menas lateríticas.
lj
Y
Yj+1
j
-bo/2
Yj
xj Xm xj +1
dxj
0
bo/2
X
�Figura 2. Esquema estructural para el cálculo de los parámetros
j y l j.
Tabla 1. Valores calculados para los dos criterios de optimización considerados.
AT
(grados)
20
25
25
30
30
30
35
35
35
35
40
40
40
40
40
45
45
45
45
45
45
50
50
50
50
50
50
50
55
55
55
55
55
AM
(grados)
20
20
25
20
25
30
20
25
30
35
20
25
30
35
40
20
25
30
35
40
45
20
25
30
35
40
45
50
20
25
30
35
40
DR
(J/m2 · día)
598 576,32
598 652,95
581 058,74
595 181,70
578 915,22
555 509,63
583 352,14
563 517,12
533 696,57
493 282,09
573 993,01
554 553,65
529 494,90
493 579,48
455 950,71
563 910,32
545 815,24
522 536,87
491 829,58
453 850,63
413 449,54
552 010,17
531 493,59
506 258,14
476 482,24
437 415,06
390 774,34
337 347,07
540 268,91
519 226,23
494 601,41
465 385,35
430 655,70
RT
(J/día)
485 471 621,20
487 041 100,78
488 623 627,13
487 094 118,27
488 526 352,48
488 867 411,66
480 949 373,91
478 867 615,74
471 497 409,03
458 945 337,11
477 240 543,17
475 547 430,38
471 554 672,25
461 188 023,62
453 621 953,78
473 292 955,83
473 070 846,91
470 425 542,53
463 747 893,19
453 654 425,70
445 623 031,30
468 186 338,71
466 295 602,49
461 769 795,55
455 030 215,78
441 722 338,84
423 357 465,14
399 981 191,25
463 635 939,98
461 862 359,39
458 075 224,73
451 512 586,57
441 411 116,91
AT
(grados)
55
55
55
60
60
60
60
60
60
60
60
60
65
65
65
65
65
65
65
65
65
65
70
70
70
70
70
70
70
70
70
70
70
AM
(grados)
45
50
55
20
25
30
35
40
45
50
55
60
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
DR
(J/m2 · día)
388 937,80
339 659,23
291 975,00
530 678,19
506 376,20
481 680,37
453 584,75
421 460,48
383 106,34
339 583,10
290 830,83
245 158,33
515 428,64
491 863,43
464 671,14
435 457,94
404 227,22
370 479,17
326 923,11
280 218,19
228 064,76
175 518,25
502 317,26
476 568,97
448 926,91
420 604,40
389 778,36
356 663,40
318 520,24
277 598,79
229 776,98
178 402,08
134 783,89
RT
(J/día)
426 255 493,01
405 016 333,08
387 957 817,31
461 494 555,97
457 575 363,55
454 064 884,32
448 459 162,56
440 283 757,61
427 245 978,64
410 266 344,19
388 887 045,05
373 685 977,38
455 131 137,25
452 608 799,79
447 145 363,33
440 298 192,71
432 269 922,01
422 794 496,19
403 220 622,87
380 410 096,28
350 119 456,06
316 522 196,81
451 584 030,56
448 005 532,36
442 646 982,16
436 832 794,26
428 884 245,42
419 104 496,58
404 166 805,50
386 427 789,33
359 152 870,50
324 388 643,63
300 342 246,96
Tabla 2. Valores calculados para los tres criterios de optimización considerados.
AT
(grados)
20
25
25
30
30
30
35
35
35
35
40
40
40
40
AM
(grados)
20
20
25
20
25
30
20
25
30
35
20
25
30
35
CT
(J/día)
332 582 624,68
333 661 144,90
334 814 479,91
334 105 021,86
334 748 857,67
335 112 042,89
331 376 873,69
328 448 738,55
323 655 438,95
315 500 325,13
330 069 790,95
327 103 801,28
323 715 395,64
316 976 370,11
PVS
(%)
84,68
83,86
81,82
81,97
80,01
77,51
80,15
77,51
74,22
72,15
79,74
76,02
72,20
69,36
VMS
(m3)
318,92
355,09
394,76
379,36
427,45
463,03
398,21
449,68
486,41
522,72
420,19
472,58
511,73
548,29
AT
(grados)
55
55
55
60
60
60
60
60
60
60
60
60
65
65
AM
(grados)
45
50
55
20
25
30
35
40
45
50
55
60
20
25
CT
(J/día)
293 804 952,35
279 759 699,19
268 495 387,79
324 263 650,35
319 676 438,83
315 569 335,46
310 393 571,91
303 850 568,90
294 460 304,45
283 245 203,64
269 119 160,29
259 126 964,39
321 155 448,81
317 706 228,41
PVS
(%)
54,80
48,78
45,77
76,13
70,75
66,10
61,66
56,88
52,52
47,21
41,51
39,76
75,07
69,69
VMS
(m3)
667,86
656,30
676,29
476,42
540,50
594,72
638,38
667,18
690,45
690,69
672,90
712,57
486,26
555,39
�40
45
45
45
45
45
45
50
50
50
50
50
50
50
55
55
55
55
55
40
20
25
30
35
40
45
20
25
30
35
40
45
50
20
25
30
35
40
312 096 639,64
328 595 041,57
326 387 319,21
323 232 441,45
318 639 359,58
312 114 664,68
306 917 583,91
326 505 284,39
323 146 356,47
318 353 169,93
312 940 857,76
304 024 882,97
291 906 426,71
276 361 462,78
324 667 532,04
321 224 561,52
316 977 220,31
311 285 407,30
303 790 003,35
66,47
78,29
74,09
70,68
67,57
63,53
62,63
77,52
73,32
68,96
65,42
60,99
56,79
50,69
76,76
72,06
67,53
63,20
58,79
577,11
433,98
488,97
536,49
576,63
600,25
648,01
449,20
510,32
556,56
598,34
622,32
639,50
625,09
462,99
526,36
576,50
616,14
644,38
65
65
65
65
65
65
65
65
70
70
70
70
70
70
70
70
70
70
70
30
35
40
45
50
55
60
65
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
312 408 914,86
306 226 753,94
299 497 657,35
292 196 060,05
278 404 880,04
263 262 500,06
243 091 230,83
220 608 568,41
320 044 251,81
316 069 425,51
310 873 365,16
305 491 503,70
298 733 005,66
290 993 609,18
279 757 226,85
267 197 598,25
249 078 382,34
225 912 807,72
209 922 058,23
64,80
59,40
54,89
50,48
44,61
39,11
33,58
29,39
74,42
69,13
63,52
58,45
53,37
48,70
43,34
38,26
32,88
27,92
27,51
612,94
651,58
687,52
714,50
708,79
694,97
666,31
652,05
498,16
573,71
630,53
678,29
712,97
741,68
747,84
745,83
724,05
696,44
782,03
Simbología empleada en las Tablas 1 y 2 del Anexo 16
AT y AM: ángulo tangencial y ángulo maximal; grados sexagesimales.
DR: densidad de radiación; J/m2 · día.
RT y CT: radiación total y calor total; J/día.
PVS y VMS: porcentaje de mineral secado y volumen de mineral secado; % y m3.
Observación: se emplean AT y AM en lugar de
t
y
m
para facilitar la realización de los gráficos.
Figura 3. Comportamiento de la densidad de radiación recibida en la superficie de la pila.
�Figura 4. Comportamiento de la radiación total recibida en la superficie de la pila.
Área de exposición (m2)
2000
AT = 15º
AT = 20º
1800
AT = 25º
1600
AT = 30º
1400
AT = 35º
AT = 40º
1200
AT = 45º
1000
AT = 50º
800
AT = 60º
AT = 55º
AT = 65º
600
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
Ángulo maximal (grados sexagesimales)
Figura 5. Comportamiento del área de exposición de la pila en función de los ángulos maximal y
tangencial.
�Volumen (m3)
2500
AT = 15º
2200
AT = 20º
1900
AT = 25º
AT = 30º
1600
AT = 35º
1300
AT = 40º
1000
AT = 45º
AT = 50º
700
AT = 55º
400
AT = 60º
AT = 65º
100
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
Ángulo maximal (grados sexagesimales)
Figura 6. Comportamiento del volumen de material expuesto a secado natural en función de los
ángulos maximal y tangencial.
ANEXO 17
RESULTADOS ECONÓMICOS DERIVADOS DE LA IMPLEMENTACIÓN DEL
SECADO NATURAL EN LAS EMPRESAS PRODUCTORAS DE NÍQUEL
Tabla 1. Productividad y consumo de petróleo de los secaderos térmicos convencionales de la
empresa “Comandante Ernesto Che Guevara” de Moa durante la prueba de secado.
Material procesado sin secado natural
H(P) = 38,10 %
Productividad de
los secaderos
(t/h)
Menos de 90
91-95
96-100
101-105
106-110
111-115
116-120
Total
Turnos de
trabajo
(No.)
04
08
05
10
02
29
(%)
Cantidad
procesada
Petróleo
consumido
(t)
(t)
14
9 751
328
28
22 067
711
17
15 005
468
34
29 041
823
07
6 725
191
Productividad promedio: 97 t/h
Índice de producción: 32,8 t/t
100
Fuente: Estenoz et al., 2007c.
82 589
2 521
Material procesado con secado natural
H(P) = 35,27 %
Turnos de
trabajo
(No.)
07
04
02
02
15
(%)
Cantidad
procesada
Petróleo
consumido
(t)
(t)
Productividad promedio: 110 t/h
Índice de producción: 34,2 t/t
Se reduce el CEP en 1,3 kgp/tm
47
20 717
613
27
12 057
349
13
5 869
176
13
5 555
154
100
44 198
1 292
Observación: CEP es el consumo específico de petróleo.
�Tabla 2. Incidencia de la humedad del material en el consumo de combustible de los secaderos
térmicos convencionales de la empresa “Comandante René Ramos Latour” de Nicaro.
Cantidad de menas lateríticas procesadas en la prueba de secado: 195 173 toneladas
Meses en
que se realizó
la prueba de
secado
Enero
Febrero
Marzo
Abril
Mayo
Material procesado sin secado natural
Material procesado con secado natural
H(P) = 32,86 %
H(P) = 31,46 %
Humedad del
material a la entrada
de los secaderos
(%)
32,20
32,70
33,56
33,13
32,69
Consumo de
combustible en los
secaderos
(t)
23 250
21 686
22 679
21 722
22 855
Humedad del
material a la entrada
de los secaderos
(%)
32,46
31,61
30,95
30,56
31,71
32,86*
112 192
31,46*
Total
Consumo de
combustible en los
secaderos
(t)
23 704
19 496
21 719
21 942
22 521
109 382
Tabla 3. Impacto económico de la implementación del secado natural de las menas lateríticas en el
sistema de transporte de la empresa “Comandante René Ramos Latour”.
Carga circulante, carga improductiva y combustible perdido durante el transporte por ferrocarril de
las menas lateríticas desde la mina de la empresa hasta la planta de secaderos
Meses en
que se
realizó la
prueba
de secado
Enero
Febrero
Marzo
Abril
Mayo
Total
Material procesado sin secado natural
Material procesado con secado natural
H(P) = 32,86 %
H(P) = 31,46 %
Carga
circulante
(t)
20 118
9 714
6 138
6 642
12 517
Carga
improductiva
(%)
10,40
7,04
6,03
5,01
9,03
Combustible
perdido
(litros)
40 236
19 428
12 276
13 284
25 034
Carga
circulante
(t)
8 760
3 868
5 777
3 366
6 755
Carga
improductiva
(%)
8,10
6,40
5,80
3,90
7,70
Combustible
perdido
(litros)
17 520
7 736
11 554
6 732
13 510
55 129
7,502*
110 258
28 526
6,38*
57 052
Observación para las Tablas 2 y 3 del Anexo 17: * corresponde al valor promedio, no al total.
Simbología empleada en las Tablas 1; 2 y 3 del Anexo 17
H(P): humedad promedio de las menas lateríticas a la entrada de los secaderos convencionales; %.
Con la implementación del proceso de secado natural de las menas lateríticas en la empresa
“Comandante René Ramos Latour” se alcanzó, en el sistema de transporte por ferrocarril, una
productividad de 51 toneladas por vagón de las 34 que se tiene planificada. Lo anterior produjo un
incremento en la cantidad de menas lateríticas transportadas y, por consiguiente, se obtuvieron
ahorros económicos por concepto de consumo de combustible de las locomotoras utilizadas para el
transporte del material desde la mina de Pinares de Mayarí hasta la referida empresa.
��
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Modelación matemática del proceso de secado natural de las menas lateríticas
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2012
-
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4f0d1bc908a11bcdd48d531a3d7ebe1c
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TESIS
ESTUDIO GEOAMBIENTAL
DEL DEPÓSITO DE LA UB MINA
DE LA EMPRESA
COMANDANTE ERNESTO CHE GUEVARA
Yanet Ramírez Urgellés
�Página legal
Título de la obra:Estudio geoambiental del depósito de la UB Mina de la Empresa
Comandante Ernesto Che Guevara, 74pp.
Editorial Digital Universitaria de Moa, año.2016 -- ISBN:
1.Autor: Yanet Ramírez Urgellés
2.Institución: Instituto Superior Minero Metalúrgico ¨ Dr. Antonio Núñez Jiménez¨
Edición: Lic. Liliana Rojas Hidalgo
Corrección: Lic. Liliana Rojas Hidalgo
Digitalización. Lic. Liliana Rojas Hidalgo
Institución de los autores: ISMM ¨ Dr. Antonio Núñez Jiménez¨
Editorial Digital Universitaria de Moa, año 2016
La Editorial Digital Universitaria de Moa publica bajo licencia Creative Commons de
tipo Reconocimiento No Comercial Sin Obra Derivada, se permite su copia y
distribución por cualquier medio siempre que mantenga el reconocimiento de sus
autores, no haga uso comercial de las obras y no realice ninguna modificación de ellas.
La licencia completa puede consultarse en:
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Editorial Digital Universitaria
Instituto Superior Minero Metalúrgico
Ave Calixto García Íñiguez # 75, Rpto Caribe Moa 83329, Holguín Cuba
e-mail: edum@ismm.edu.cu
Sitio Web: http://repoedum.ismm.edu.cu
�MINISTERIO DE EDUCACIÓN SUPERIOR
INSTITUTO SUPERIOR MINERO METALÚRGICO DE MOA
FACULTAD DE GEOLOGÍA Y MINERÍA
TESIS EN OPCIÓN AL TÍTULO ACADÉMICO DE MASTER EN GEOLOGÍA
MENCIÓN GEOLOGÍA AMBIENTAL
TÍTULO: ESTUDIO GEOAMBIENTAL DEL DEPOSITO DE LA U.B.MINA DE LA
EMPRESA COMANDANTE ERNESTO CHE GUEVARA
MAESTRÍA GEOLOGÍA
AUTORA: Ing. Yanet Ramírez Urgellés
Año 56 de la Revolución
Moa / 2016
I
�INDICE
RESUMEN
ABSTRAC
INDICE
ÍNDICE DE FIGURAS
ÍNDICE DE TABLAS
INTRODUCCIÓN
CAPÍTULO 1. MARCO TEÓRICO DE LA INVESTIGACIÓN
1.1. Antecedentes de la investigacion
1.2. Análisis de los métodos de evaluación de impacto ambiental
1.3. Regulaciones legales vigentes
CAPÍTULO 2. MARCO METODOLÓGICO
2.1. Métodos de la investigación científica
2.2. Etapas metodológicas de la investigación
2.3 Desarrollo de las fases metodológicas
2.4. Procesamiento de la información
CAPÍTULO 3. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS
3.1. Resultados químicos del muestreo
3.2. Identificación de los impactos
3.3. Evaluación final de los impactos sobre cada medio afectado
CONCLUSIONES
RECOMENDACIONES
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ANEXOS
IX
VII
VIII
IX
X
XI
1
4
4
7
9
16
16
17
18
35
43
43
44
65
69
70
71
�ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 2.1 Etapas metodológicas
17
Figura 2.2 Mapa de los depósitos.
20
Figura 2.3 Mapa Base.
22
Figura 2.4 Mapa topográfico actual.
22
Figura 2.5 Acumulación de las aguas pluviales.
23
Figura 2.6 y 2.7 Presencia de actividad biótica en áreas aledañas (zona sur).
24
Figura 2.8 y 2.9 GPS Portátil y Equipo para determinar material particulado.
33
Figura 2.10 Determinación In situ de Polvo.
34
Figura 2.11 Sonómetro utilizado en las mediciones de ruido ambiental.
35
Figura 2.12 Ubicación de los puntos de medición de calidad del agua, aire y sedimento.
36
Figura 2.13 Diagrama del VIA
40
Figura 3.1 y 3.2 Grandes espesores de lodo frente a la caseta de muestreo.
48
Figura 3.3 Aguas superficiales provenientes de escorrentías.
51
Figura 3.4 y 3.5 Desprendimientos y deslizamientos en las laderas y taludes que bordean las
plazoletas.
53
Figura 3.6 y 3.7 Arrastre y acumulación de sedimentos durante las precipitaciones atmosféricas.
56
Figura 3.8 y 3.9 Modificaciones del paisaje.
58
Figura 3.10 y 3.11 Depresiones provocadas por la mala operación de los operadores de los
cargadores y retroexcavadoras al minar.
58
Figura 3.12 Plazoletas desérticas por la actividad minera.
61
X
�ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1.1. Nombre: Principales métodos para la evaluación de impactos ambientales.
7
Tabla 2.1. Nombre: Puntos de muestreo de calidad del aire, el agua y los sedimentos.
37
Tabla 2.2. Nombre: Escala de clasificación de impactos.
40
Tabla 2.3. Nombre: Criterios de evaluación y peso asignado.
41
Tabla 2.4. Nombre: Jerarquización de impactos.
42
Tabla 3.1. Nombre: Resumen de las determinaciones de laboratorio de los puntos del muestreo
de aguas superficiales y subterráneas.
68
Tabla 3.2. Nombre: Resultados de las determinaciones de calidad del aire (polvo y ruido).
45
Tabla 3.3. Nombre: Impactos de Ambientes.
46
Tabla 3.4. Nombre: Jerarquización del impacto sobre el aire
49
Tabla 3.5. Nombre: Jerarquización del impacto sobre el suelo.
51
Tabla 3.6. Nombre: Jerarquización del impacto sobre las aguas superficiales
53
Tabla 3.7. Nombre: Jerarquización del impacto sobre el paisaje
55
Tabla 3.8. Nombre: Jerarquización del impacto sobre el suelo.
57
Tabla 3.9. Nombre: Jerarquización del impacto sobre el relieve
59
Tabla 3.10. Nombre: Jerarquización del impacto sobre la flora.
60
Tabla 3.11. Nombre: Jerarquización del impacto sobre la fauna.
61
Tabla 3.12. Salarios y plantilla en Depósito.
62
Tabla 3.13. Nombre: Jerarquización del impacto sobre el medio social.
63
Tabla 3.14. Nombre: Jerarquización del impacto sobre el medio económico.
64
Tabla 3.15. Nombre: Jerarquización del impacto sobre el medio económico.
65
XI
�Tesis de Maestría
Yanet Ramírez Urgellés
INTRODUCCIÓN
Los recursos minerales conforman un elemento fundamental en la sociedad,
puesto que brindan muchos elementos beneficiosos y traen mejora para el modo de
vida al hombre, y tienen gran importancia, debido a que traen consigo adelantos
económicos, aportando así al desarrollo del país. A partir de la extracción de los
mismos, la minería juega un papel importante en la actualidad.
En la Empresa Comandante Ernesto Che Guevara
(ECECG) se desarrolla la
minería a cielo abierto y para un mayor logro de su proceso metalúrgico, se emplea
la tecnología de secado solar y aireo en depósitos mineros a la intemperie en los
campos mineros de la Unidad Básica Mina, considerando un gradiente de secado
solar aceptable de la humedad de entrada del mineral, que contribuye a la
disminución del consumo de petróleo al año.
Estos depósitos se usan para el almacenamiento, homogeneización y la reducción
de la humedad del mineral, que se alimenta a la Planta. Están ubicados a unos 500
m del punto de recepción de mineral de la fábrica.
Los depósitos están conformados y operados por bulldozers y cargadores que
descargan el material procedente de los frentes en pilas previamente diseñadas por
rangos de calidad, en dependencia de los frentes en operación. Los depósitos
operan tantas pilas como demande el cumplimiento de los requerimientos para los
cuales fueron creados en cuanto a la calidad del componente útil que se envía para
la fábrica y la disminución del % de humedad.
La tecnología de secado solar en pilas a la intemperie forma parte del Proyecto de
Secado Solar incluido en el Sistema Integral de Preparación de Mineral (SIPREMI)
desarrollado por investigadores del Centro de Investigaciones del Níquel (CEDINIQ)
entre 1994 y 2005 y perfeccionado sobre el sistema de plazoletas desde 2007 en la
ECECG.
Las operaciones y procesos que componen este sistema producen afectaciones
notables sobre el medio natural, que se manifiestan de muchas maneras y que en
general tiene como principales causas el manejo deficiente de residuales sólidos y
emisiones a la atmósfera, la insuficiente aplicación de enfoques preventivos, la falta
1
�Tesis de Maestría
Yanet Ramírez Urgellés
de conciencia ambiental de muchos de los actores involucrados en la gestión
ambiental a los diferentes niveles, las debilidades en la aplicación de la legislación y
normas vigentes y la carencia de recursos materiales y financieros para acometer las
inversiones requeridas, sustituir tecnologías obsoletas e implementar un sistema de
monitoreo ambiental que sustente la toma de decisiones (Terry, Rodríguez, et. al.,
2014). Estas razones, unido a que hasta la fecha no se ha realizado un estudio
específico en el depósito de minerales, que identifique, caracterice y evalúe los
impactos ambientales que produce la etapa de operación del mismo, justifica la
realización de esta investigación.
Los factores que se encuentran afectados en esta área son el subsuelo, las
características geotécnicas, las geoformas, la flora, la fauna, las aguas superficiales
y subterráneas, siendo estos aspectos importantes para la caracterización
geoambiental del depósito de minerales.
Sobre esta base, el problema que aborda la investigación, es la necesidad de
elaborar un estudio geoambiental para determinar los efectos que produce la
operación del depósito de la Mina de la ECECG.
El objeto de la investigación son los estudios geoambientales y el campo de acción
el depósito de la Mina de la ECECG.
El Objetivo general de la investigación es elaborar un estudio geoambiental en el
depósito de la Mina en la ECECG para determinar los impactos ambientales que
produce y proponer un sistema de medidas para minimizar sus efectos negativos.
A partir del objetivo general, se establecen los siguientes objetivos específicos:
1. Caracterizar el depósito de secado solar del mineral como productor de impactos.
2. Analizar y seleccionar la metodología de evaluación de impactos a utilizar en la
investigación.
3. Identificar los factores ambientales susceptibles de recibir impactos.
4. Identificar, caracterizar y evaluar los impactos que genera el depósito de
minerales
2
�Tesis de Maestría
Yanet Ramírez Urgellés
5. Elaborar un plan de medidas para mitigar los efectos negativos provocados por
las operaciones en el depósito.
La investigación se sustenta en la siguiente hipótesis: Si se caracteriza el depósito
del secado solar como productor de impactos, se selecciona la metodología aplicar,
se identifican los factores ambientales susceptibles de recibirlos, se pueden evaluar
los impactos ambientales que produce y elaborar un sistema de medidas para
minimizar sus efectos negativos.
La investigación posee valor teórico, metodológico y socio-ambiental.
El valor teórico se manifiesta en la utilización de la metodología de Criterios
Relevantes Integrados, para la evaluación de los impactos ambientales, por primera
vez en el Depósito.
Su aporte metodológico consiste en su posible aplicación en depósitos de otros
yacimientos con características similares.
Se corresponde con la determinación, valoración de los impactos y la elaboración de
medidas para corregirlos que redundarán en el mejoramiento de los estándares
ambientales de la ECECG, la calidad ambiental de los trabajadores y la población
del municipio.
3
�Tesis de Maestría
Yanet Ramírez Urgellés
CAPÍTULO 1. MARCO TEÓRICO DE LA INVESTIGACIÓN
Este capítulo comprende la sustentación teórica de la investigación. En el mismo la
investigadora realiza una revisión y análisis de los trabajos desarrollados por autores
dentro del área de estudio, así como antecedentes de otras investigaciones
referentes al tema investigado.
1.1. Antecedentes de la investigacion
Con el objetivo de ofrecer criterios ambientales adecuados y actuales por medio de
los cuales se puedan identificar las regulaciones existentes en cuanto a los impactos
ambientales y los que pueden producirse debido a las actividades de extracción y
almacenamiento de minerales, se revisaron normas ambientales, la legislación
vigente en Cuba y otras fuentes bibliográficas relacionadas con el tema.
Sobre depósitos con el secado solar
Según Estenoz (2013), el secado solar de minerales lateríticos comenzó casi de
forma simultánea, en las Filipinas y en Nueva Caledonia, entre 1975 y 1976,
después de la crisis energética mundial del año 1974. Posteriormente lo
implementaron varias empresas de otros países, como Australia y Brasil. En la
industria cubana del níquel los primeros trabajos se desarrollaron en la última
década del siglo pasado, en el Centro de Investigaciones del Níquel, con resultados
muy favorables. Así surgieron las primeras invenciones y patentes para el secado
solar y la homogeneización de minerales lateríticos en depósitos mineros. Ya en el
año 2003 se efectuaron pruebas con 1700 toneladas de lateritas a escala semiindustrial, Como resultado al año siguiente se efectuó una gran corrida a escala
industrial en la Empresa Comandante ECG, en la cual se alimentaron 40140
toneladas de mineral teniendo como resultado más sobresaliente el ahorro de 255
toneladas de petróleo durante los días en que se proceso mineral secado al Sol.
Se conoce de prácticas internacionales que el manejo reiterado y recurrido de los
minerales en depósitos de secado solar de menas lateríticas, influye de manera
positiva, mejorando así su calidad para ser tratado en los procesos metalúrgicos. En
países o regiones tales como Filipinas, Nueva Caledonia, Australia, Brasil, etc. se
secan y se les reduce la humedad con el secado solar o natural a menas lateríticas,
logrando reducir de 4-14% la humedad inicial (Corvalan,1992; Fernández, 1989;
4
�Tesis de Maestría
Yanet Ramírez Urgellés
Fernández, 1992; Grupo de Secado Solar, 2004-2009; ISES, 2005; Restrepo y
Burbano, 2005).
La refinería de Yabulu de Quesean Ni en Australia, recibe 3,75 millones de
toneladas anuales de mineral procedente de 16 minas ubicadas en tres países, el
cual es transportado y depositado, para luego conformar los montones horizontales
donde logran reducir la humedad de 35 a 28% y preparar una homogeneidad de
salida superior al 90% (Estenoz, Pérez y Ramírez, 2004).
La Empresa Río Tuba Co en las Filipinas trasiega en los depósitos de secado solar
unos 2.9 millones de toneladas de mineral para reducir la humedad de entrega en un
14% y elevar los niveles de homogeneidad del mineral hasta 88-91% (Estenoz,
Espinosa y Pérez, 2003).
La Empresa Tocantin S.A. del Brasil maneja unos 3,2 millones de toneladas de
minerales en depósitos mineros de secado solar para reducir la humedad del mineral
en 5% y elevar la homogeneización de los flujos de salida de las minas a 75-78 %
(Estenoz, Pérez y Espinosa, 2004).
En Cuba se han realizado investigaciones y comprobaciones a nivel semindustrial
(Estenoz, Rondón y Eulalia, 1997; Estenoz, 1999; Estenoz, Pérez y Rondón, 1999;
Estenoz, Pérez y Rondón, 1999; Estenoz, Pérez y Ramírez, 2003E; Estenoz, Pérez
y Ramírez, 2004) e industrial (Estenoz, Pérez y Espinosa, 2004; Estenoz, Pérez y
Ramírez, 2004; Estenoz y Pérez, 2004; Estenoz, 2005; Estenoz, 2006) cuyos
resultados demostraron la factibilidad de aprovechar la energía solar para favorecer
las condiciones de estabilidad del mineral de alimentación, obtener ahorros
energéticos y mayor eficiencia en los procesos metalúrgicos.
Sobre estudios geoambientales
La Guia No 2 de la Serie Ambiente y Ordenamiento Territorial del Ministerio de
ambiente de Colombia (2010) define los estudios geaambientales como los que
contienen los elementos, informaciones, datos y recomendaciones que se requieren
para describir y caracterizar el medio físico, social y económico del lugar o región de
las obras y trabajos de explotación minera; los impactos de dichas obras y trabajos
con su correspondiente evaluación; los planes de prevención, mitigación, corrección
y compensación de esos impactos; las medidas específicas que se aplicarán para el
abandono y cierre de los frentes de trabajo y su plan de manejo.
5
�Tesis de Maestría
Yanet Ramírez Urgellés
En la literatura internacional se recogen diversos trabajos referente a la temática
estudiada, que establecen como tendencia, estructura y contenidos equivalentes y
que seleccionan metodologias de valoración de impacto tomando en cuenta el nivel
de profundidad de los estudios y sobre todo las particularidades propias de cada
proyecto.
En Cuba, como parte de la Maestria de Geología del ISMM de Moa se han realizado
numerosas investigaciones que han abordado estudios geambientale para diferentes
yacimientos y proyectos con distintos objetivos científicos, entre las que se destacan
autores como: Hernández (2003) y Ulloa (2014), en la industria del níquel, Espinosa
(2003) y Perotti (2003) para materiales de construcción y Vílchez (2014) relacionado
con la industria petrolera.
En línea general, estos trabajos se estructuran de forma similar, pero difieren en el
empleo de distintas metodologias
de evaluación de impacto, en función de las
caracteristicas y objetivos ambientales de sus investigaciones.
En el depósito de minerales de la Mina de la ECECG, desde el punto vista
geambiental, no se han realizado investigaciones integrales destinadas a la
determinación de los efectos que produce su face de operación.
La Empresa de Ingeniería y Proyectos del níquel (Ceproníquel) en el año 2013,
elaboró un estudio para identificar las acciones e impactos ambientales que se
desencadenaron a partir de la puesta en marcha del proyecto de Secado Solar,
concluyendo que las mayores afectaciones se presentaron en las fases de
construcción y operación. A partir de ello, establecieron un plan de medidas de
prevención y control para la fase de construcción, operación y cierre del proyecto.
Este trabajo no establece con exactitud las acciones del proyecto y los componentes
ambientales afectados, tampoco identifica y valora cuantitativamente los impactos
que se producen en la etapa de operación que es la que se desarrolla en la
actualidad y la de mayor duración.
Otras investigaciones parciales se han realizado por Inversiones GAMMA SA en el
2010 relacionadas con el área de estudio, para la realización del análisis químico a
la determinación de las emisiones de polvo y de los niveles de ruido emitidos a la
atmósfera en el yacimiento de Punta Gorda.
6
�Tesis de Maestría
Yanet Ramírez Urgellés
1.2. Análisis de los métodos de evaluación de impacto ambiental
Existe una amplia variedad de métodos que permiten realizar la evaluación de
impacto ambiental de una determinada área o actividad.
A continuación se muestran en la Tabla 1.1 un resumen de los principales métodos
para la evaluación de impactos ambientales.
Tabla 1.1 Principales métodos para la evaluación de impactos ambientales.
Métodos
1.- Reuniones de expertos. Solamente a considerar cuando se trata de
estudiar un impacto muy concreto y circunscrito. Si no ocurre así, no se puede
pretender ni rapidez ni exhaustividad, a causa de los cruces interdisciplinarios.
El método Delphi ha sido de gran utilidad en estos casos.
2.-Lista de Chequeo “checklists”. Son listas exhaustivas que permiten
identificar rápidamente los impactos. Existen las puramente “indicativas”, y las
“cuantitativas”, que utilizan estándares para la definición de los principales
impactos (por ejemplo contaminación del aire según el número de viviendas).
3.- Matrices simples de causa-efecto. Son matrices limitadas a relacionar la
variable ambiental afectada y la acción humana que la provoca.
4.- Grafos y diagramas de flujo. Tratan de determinar las cadenas de
impactos primarios y secundarios con todas las interacciones existentes y sirven
para definir tipos de impactos esperados.
5.- Cartografía ambiental o superposición de mapas (overlay). Se
construyen una serie de mapas representando las características ambientales
que se consideren influyentes. Los mapas de síntesis permiten definir las
aptitudes o capacidades del suelo ante los distintos usos, los niveles de
protección y las restricciones al desarrollo de cada zona.
6.-Redes. Son diagramas de flujo ampliados a los impactos primarios,
secundarios y terciarios.
7.- Sistemas de Información Geográficos. Son paquetes computacionales
muy elaborados, que se apoyan en la definición de sistemas. No permiten la
7
�Tesis de Maestría
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identificación de impactos, que necesariamente deben estar integrados en el
modelo, sino que tratan de evaluar la importancia de ellos.
8.-Matrices. Consisten en tablas de doble entrada, con las características y
elementos ambientales y con las acciones previstas del proyecto. En la
intersección de cada fila con cada columna se identifican los impactos
correspondientes. La matriz de Leopold es un buen ejemplo de este método. En
matrices más complejas pueden deducirse los encadenamientos entre efectos
primarios y secundarios, por ejemplo.
9.-Criterios relevantes integrados. El método consiste en asignar valores a
los efectos adversos relevantes de acuerdo a los criterios de probabilidad ,
intensidad, duración, extensión y reversibilidad del efecto , para obtener un valor
de impacto ambiental por efecto y la jerarquización de los mismos
Fuente: Espinoza, (2001) Modificada Vílchez, (2014)
La selección del método apropiado a utilizar es un elemento importante en los
resultados de la evaluación. No es posible establecer una formula única para elegir
un método en particular en una evaluación de impacto ambiental, debido a que
ningún método por sí solo puede ser utilizado para satisfacer la gran variedad y tipos
de actividades que intervienen en un estudio de impacto ambiental, la clave está en
seleccionar adecuadamente el método más apropiado de acuerdo a las necesidades
de cada estudio.
La utilización de métodos ya seleccionados para identificar las modificaciones en el
medio, es una tarea relativamente fácil. Pero otra cosa es la calificación de esas
modificaciones: todos los aspectos y parámetros pueden medirse; la dificultad está
en valorarlos.
La medición puede ser cuantitativa o cualitativa; ambas son igualmente importantes,
aún cuando requieren de criterios específicos para su definición adecuada. La
predicción implica seleccionar los impactos que efectivamente pueden ocurrir y que
merecen una preocupación especial por el comportamiento que pueda presentarse.
Es importante contrastarlos con indicadores de la calidad ambiental deseada.
Para seleccionar un método de evaluación de impacto debe partirse de visitar el
sitio, reconocer su entorno, identificar las variables ambientales afectadas por la
8
�Tesis de Maestría
Yanet Ramírez Urgellés
actividad, fijarse en el proceso productivo, hablar con los responsables de la
explotación, con personas del entorno afectadas y con grupos ambientalistas (u
otros) si los hubiese. Posteriormente deben analizarse las ventajas y desventajas de
cada método en relación con las características de la investigación.
1.3. Regulaciones legales vigentes
Las principales regulaciones relacionadas con la actividad minera y la protección del
medio ambiente son en Cuba, la Ley No 76 de Minas, la Ley No 81 del Medio
Ambiente y la Ley No. 85 Forestal y sus respectivos reglamentos, y el Decreto-Ley
136 Del Patrimonio Forestal y Fauna Silvestre y sus Contravenciones y además, un
sistemas de normas al respecto.
Ley 81 de Medio Ambiente
La Ley 81 de Medio Ambiente, aprobada el 11 de julio de 1997 por el Parlamento
Cubano, establece en su Artículo 13, que los organismos que tienen a su cargo el
uso y administración de recursos naturales, en cumplimiento de sus deberes,
atribuciones y funciones específicas relativas a la protección del medio ambiente,
deben incorporar y evaluar los requerimientos de la protección del medio ambiente
en sus políticas, planes y programas de desarrollo y ejecutar proyectos con vista a
garantizar la sostenibilidad de su gestión y contribuir al desarrollo de la vida en un
medio ambiente adecuado, valorando científicamente los factores ambientales.
Los Artículos 67 y 70, establecen el régimen de sanciones administrativas en materia
de protección del medio ambiente que incluye a las personas naturales y jurídicas
que incurran en las contravenciones establecidas en la legislación complementaria a
la Ley y asevera que toda persona natural o jurídica que por su acción u omisión
dañe el medio ambiente está obligada a cesar en su conducta y a reparar los daños
y perjuicios que ocasione.
El Artículo 92 plantea la obligación de todas las personas naturales y jurídicas en la
protección y conservación de las aguas y de los ecosistemas acuáticos en
condiciones que permitan atender de forma óptima a la diversidad de usos
requeridos para satisfacer las necesidades humanas y mantener una equilibrada
interpelación con los demás recursos naturales asegurando un adecuado desarrollo
del ciclo hidrológico y de los elementos que intervienen en él, prestando especial
9
�Tesis de Maestría
Yanet Ramírez Urgellés
atención a los suelos, áreas boscosas, formaciones geológicas y a la capacidad de
recarga de los acuíferos.
Las personas naturales o jurídicas, según el Artículo 106, que tienen a su cargo el
uso o explotación de los suelos se ajustarán hacer su actividad compatible con las
condiciones naturales de estos y con la exigencia de mantener su integridad física y
su capacidad productiva y no alterar el equilibrio de los ecosistemas. Adoptarán las
medidas que correspondan, tendientes a evitar y corregir las acciones que
favorezcan la erosión, salinización y otras formas de degradación o modificación de
sus características topográficas y geomorfológicas. Realizar las prácticas de
conservación y rehabilitación que se determinen de acuerdo con las características
de los suelos y sus usos actuales y perspectivos. Cumplir las demás disposiciones
establecidas en la legislación básica de suelos del país y otras que a su amparo
dicten los organismos competentes.
En los Artículos 120, 122 y 137 se refieren a que toda actividad minera estará sujeta
al proceso de evaluación de impacto ambiental, por lo que el concesionario solicitará
la licencia ambiental para ejecutar la fase de explotación y especifica que las
personas naturales o jurídicas que desarrollan actividades de aprovechamiento de
recursos minerales, estarán en la obligación de rehabilitar las áreas degradadas por
su actividad, así como las áreas y ecosistemas vinculados a éstas que puedan
resultar dañados, de conformidad con lo dispuesto en la Ley de Minas y en la
presente Ley, o en su defecto, a realizar otras actividades destinadas a la protección
del medio ambiente, en los términos y condiciones que establezcan el Ministerio de
Ciencia, Tecnología y Medio Ambiente, el Ministerio de la Agricultura y el Ministerio
de la Industria Básica. Recalca, además, que las medidas correctivas estarán
destinadas a remediar los daños causados al paisaje y, en la medida de lo posible, a
recuperarlos o rehabilitarlos y se aplicarán de conformidad con lo dispuesto en la
presente Ley y su legislación complementaria.
También en esta Ley, el Artículo 160 se refiere a que todo inversionista está
obligado a asegurar condiciones ambientales que no afecten o pongan en riesgo la
salud o la vida de los trabajadores, así como desarrollar las actividades laborales en
armonía con el medio ambiente, garantizando además los medios de protección
10
�Tesis de Maestría
Yanet Ramírez Urgellés
adecuados. El inversionista queda obligado a reparar los daños o perjuicios
provocados por el incumplimiento de las obligaciones anteriores.
Ley 76 de Minas
La Ley 76 de Minas de enero de 1995, establece en su Artículo 40 y 42 que todos
los concesionarios están obligados a preservar adecuadamente el medio ambiente y
las condiciones ecológicas del área, elaborando estudios de impactos y planes para
prevenir, mitigar, controlar, rehabilitar y compensar el impacto derivado de la
actividad minera en los términos que establece la legislación. En el artículo 57
señala que los concesionarios pueden perder esta condición si no cumplen con el
programa de ejecución de las medidas de mitigación y en el 64 y 65 señala la
obligación de restaurar con el cierre de la mina.
Ley No. 85 Forestal
Esta ley de agosto de 1998, tiene entre sus objetivos establecer los principios y
regulaciones generales para la protección, el incremento y desarrollo sostenible del
patrimonio forestal de la nación.
En su Artículo 19 establece como Bosques Protectores de las Aguas y los Suelos a
los situados en las cabeceras de las cuencas hidrográficas, las fajas forestales de
las zonas de protección de embalses, ríos y arroyos, así como todos los situados en
pendientes mayores de 45 % o en zonas susceptibles al desarrollo de la erosión
hídrica y eólica. El ancho de las fajas forestales de las zonas de protección de
embalses y cauces fluviales será establecido conjuntamente por el Ministerio de la
Agricultura y las entidades que correspondan. El artículo 21 prohíbe las actividades
que ocasionen la eliminación permanente de la vegetación en las zonas declaradas
como bosques protectores.
Decreto-Ley
136
Del
Patrimonio
Forestal
y
Fauna
Silvestre
y
sus
Contravenciones
La concepción del Decreto - Ley para la protección del patrimonio forestal y la fauna
silvestre, aprobado el 3 de marzo de 1993 por el Consejo de Estado de la República
de Cuba, plantea “que los bosques y la fauna silvestre constituyen recursos
naturales renovables, patrimonio de todo el pueblo, susceptibles de ser
11
�Tesis de Maestría
Yanet Ramírez Urgellés
aprovechados racionalmente sin detrimento de su integridad ni de sus cualidades
reguladoras y protectoras del medio ambiente”. En este sentido, establece las
regulaciones generales para la protección, la conservación, el desarrollo sostenible,
el incremento y el uso racional de los bosques y la fauna silvestre, así como, de las
especies forestales, y controla sus recursos faunísticos y valores florísticos,
mediante sus regulaciones.
Para el caso particular de las explotaciones mineras, el Artículo 16 de su Capítulo III,
Sección Primera, establece que “cualquier inversión que pueda perjudicar el
patrimonio forestal o alterar el hábitat o las condiciones de vida y reproducción de las
especies de la fauna silvestre, antes de su ejecución, se deberá consultar con el
Ministerio de la Agricultura, el cual explicará, cuando proceda, la correspondiente
autorización. A su vez, semejante actividad perturbadora de las condiciones
medioambientales en áreas forestales, requiere de la correspondiente Licencia
Ambiental, emitida por el Centro Inspección y Control Ambiental del Ministerio de
Ciencia, Tecnología y Medio Ambiente”.
En su Sección Cuarta, en el Artículo 25, se exige como medida correctiva y de
restauración, la reforestación de las áreas del patrimonio forestal, en las cuales se
realice extracción de minerales, y por otras razones de protección al medio
ambiente, sea recomendable reforestar. Con tales fines, el Artículo 27 refiere, que en
los trabajos de reforestación, se utilizarán especies que mejoren la calidad y las
condiciones del lugar, las que estén en peligro de extinción, incluidas las de
reconocido valor económico, así como, las que sean útiles para la fauna silvestre.
Resolución No. 132 /2009. Reglamento del Proceso de Evaluación de Impacto
Ambiental
Sobre la base de la experiencia acumulada desde 1999 y teniendo en cuenta los
preceptos que se establecen en la Ley Nº81, se procedió a revisar la Resolución
77/99, del propio organismo, "Reglamento del Proceso de Evaluación de Impacto
Ambiental" que dio lugar al nuevo Reglamento del Proceso de Evaluación de
Impacto Ambiental, Resolución No. 132 /2009 .
Este reglamento regula la realización del proceso de Evaluación de Impacto
Ambiental.
12
�Tesis de Maestría
Yanet Ramírez Urgellés
El Artículo 2 expone que los objetivos de la Evaluación de Impacto Ambiental son los
siguientes:
a) Asegurar que los potenciales impactos ambientales sean debidamente previstos
en una etapa temprana del diseño y la planificación del proyecto, mediante la
identificación de las medidas para prevenir, mitigar, controlar, rehabilitar y
compensar los posibles impactos negativos y realzar los posibles impactos positivos,
así como la presentación de alternativas que los eviten o minimicen al máximo, para
la toma de decisiones.
b) Examinar en qué forma el proyecto puede causar impactos a las comunidades, a
otros proyectos de desarrollo social y al medio ambiente en general.
c) Propiciar la evaluación y la valoración económica de los efectos ambientales
previstos y el costo de la reducción de los efectos ambientales negativos.
Tambien especifica con claridad en su Artículo 3: las actividades para las que la
realización del proceso de Evaluación de Impacto Ambiental son obligatorias.
Guías para la Realización de las Solicitudes de Licencia Ambiental y los
Estudios de Impacto Ambiental
En el Artículo 27 de la Ley Nº81 se plantea que el Proceso de EIA comprende:
a) La Solicitud de Licencia Ambiental;
b) El Estudio de Impacto Ambiental, en los casos en que proceda;
c) La evaluación propiamente dicha, a cargo del Ministerio de Ciencia, Tecnología y
Medio Ambiente;
d) El otorgamiento o no de la Licencia Ambiental.
El principal objetivo de este manual es establecer el procedimiento metodológico que
garantice el desarrollo homogéneo del Proceso de EIA, en todo el territorio nacional,
y su control, a través del Sistema de Inspección Ambiental Estatal.
Las Guías para la Solicitud de Licencia Ambiental están estructuradas de la forma
siguiente:
Guía General (obligatoria para todos los proyectos de obras o actividades que se
relacionan en el Artículo 28 de la Ley Nº81).
13
�Tesis de Maestría
Yanet Ramírez Urgellés
Guías Específicas (elaboradas para determinadas actividades, como
complemento de la Guía General):
Por otra parte el manual recoge la estructura de las Guías Metodológicas para
realizar Estudios de Impacto Ambiental y las agrupa de la forma siguiente:
Guía General (obligatoria para todos los Estudios de Impacto Ambiental).
Guías
Específicas
(complementan
la
Guía
General,
pero
contienen
especificidades para cada proyecto de obra o actividad):
o Industria
o Petróleo
o Minería
o Obras hidráulicas
o Turismo
o Aeropuertos
o Viales
o Agrícola
o Pecuaria
o Forestal
En este manual no están recogidas las guías específicas para todas las actividades,
sino que aparecen solo aquellas que han tenido una mayor frecuencia en la
presentación de las solicitudes de licencia ambiental y de los estudios de impacto
ambiental.
El alcance de las solicitudes de licencia y los estudios, para el resto de las
actividades, serán definidos por la Autoridad Responsable.
14
�Tesis de Maestría
Yanet Ramírez Urgellés
Normas cubanas
Las principales normas cubanas afines con la temática son:
NC 28 1999. Calidad del suelo. Clasificación de las tierras afectadas para la
restauración.
NC 29 1999. Calidad del suelo. Restauración de las tierras. Términos y definiciones.
NC 30 1999. Calidad del suelo. Tierras alteradas. Requisitos generales para la
restauración.
NC.23:99. Franja forestal de las Zonas de Protección a Embalses y Cauces Fluviales.
NC 26:2007. Ruidos en zonas habitables. Requisitos higiénicos sanitarios.
NC.31:99. Calidad del Suelo. Requisitos para la Protección de la Capa Fértil del
Suelo al realizar trabajos de Movimiento de Tierra.
NC 39:99. Calidad de aire. Requisitos higiénico sanitario (antes NC 93 – 02 – 202 –
1987) cambiado por número y título por Enmienda (obligatoria).
NC 111:02. Calidad del aire. Reglas para la vigilancia de la calidad del aire en
asentamientos humanos.
NC
133:02.
Residuos
sólidos
urbanos.
Almacenamiento.
Transportación. Requisitos higiénico sanitarios y ambientales.
15
Recolección.
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CAPÍTULO 2. MARCO METODOLÓGICO
En el presente capítulo se procede a explicar la metodología que se utilizó para la
identificación, caracterización y evaluación de los impactos que se producen al
medio ambiente producto de la acción minera en los Depósitos de mena donde se
aplica el Secado Solar.
2.1. Métodos de la investigación científica
En la Investigación se emplearon métodos empíricos y teóricos de la investigación
científica, entre los que se destacan los siguientes:
Dentro de los métodos empíricos:
Observación: para de manera consciente y planificada, percibir visualmente los
impactos en el Depósito de mena.
Entrevistas: a técnicos y trabajadores del depósito para identificar los
conocimientos que tienen en lo relativo a la importancia de protegerse de los
impactos causados por la minería y mediante la identificación de estos, contribuir
a la disminución de sus efectos negativos.
Consulta a expertos: Por su aporte en el dominio en la materia objeto de estudio
y en el desarrollo de la metodología para la identificación, caracterización,
valoración y evaluación de los impactos producto de la minería.
Y de los métodos teóricos:
Histórico- lógico: Permitirán estudiar y valorar la situación ambiental que ha
caracterizado la actividad antes y durante el transcurso de la investigación y
establecer de forma lógica y coherente los fundamentos teóricos del proceso
objeto de estudio.
El hipotético-deductivo: Para la formulación y verificación de la hipótesis.
Análisis- síntesis: Para identificar los impactos ambientales y establecer las
causas de ellos y aplicar la metodología para su estudio.
Inducción-deducción: Se empleará para interpretar los resultados obtenidos de la
evaluación de impactos y establecer las medidas dirigidas a minimizar y corregir
los impactos negativos provocados al medio.
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2.2. Etapas metodológicas de la investigación
Las etapas metodológicas de la investigación conllevan a un trabajo de forma lógica,
logrando mostrar la estrategia a seguir durante el estudio ambiental. Las etapas del
trabajo se muestran en la Figura 2.1.
Figura 2.1. Etapas metodológicas de la investigación
Etapa 1: Preliminar
El objetivo de esta etapa es definir el área de estudio y las características del
proyecto.
Se formula el problema, objetivos, la hipótesis, se eligen los métodos de trabajo y la
estrategia a seguir y se realiza la recopilación de la información necesaria para
realizar el estudio geoambiental. Esta información permite realizar el análisis y
descripción del proyecto, conocer sus características, y propicia la identificación de
los factores ambientales más impactados por las acciones antrópicas, que se
desarrollan durante la obra.
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Etapa 2: Campo
Se realiza la caracterización geoambiental del área de estudio, a partir de la
información recopilada y de recorridos en el área (áreas desbrozadas, minadas
parcialmente y
reforestadas) donde se lleva a cabo diariamente el proyecto de
Secado Solar.
En esta etapa son importantes las entrevistas a los técnicos y especialistas de la
empresa a y a los expertos de los diferentes aspectos del estudio.
Al diagnosticar y evaluar los elementos relacionados con el medio físico natural, se
obtiene una perspectiva amplia de los problemas existentes en el depósito.
Etapa 3: Trabajo de Gabinete
Se procesa toda la información obtenida en la etapa de campo, se identifican los
impactos, se caracterizan y valoran según la metodología a emplear, y se elaboran
las medidas para prevenir, mitigar los impactos negativos.
2.3 Desarrollo de las fases metodológicas
2.3.1. Etapa preliminar
El área de estudio está situada dentro del yacimiento Punta Gorda y su zona de
influencia como se muestra en el Mapa1. Este yacimiento ha sido el más estudiado
en la mina, por lo que de este se puedo adquirir un gran volumen de información
necesaria para la realización de este trabajo (estudios geológicos, ambientales y
mineros).
En esta etapa se analizó el depósito y sus características, además de realizarse
varios recorridos por el área. Se identificaron las principales acciones, que se
desarrollan durante esta etapa de la minería en los depósitos, capaz de producir
impactos, para lo cual se emplearon métodos y técnicas de investigación en
conformidad al objeto de estudio, tales como, análisis de la información, consulta de
experto a través de entrevista, escenarios comparados y consultas públicas a los
responsables de la minería y trabajadores del área del depósito.
El proyecto presenta tres etapas (construcción, operación y cierre de la obra), sin
embargo, actualmente las acciones están ligadas a todas aquellas actividades que
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se realizan dentro de la segunda etapa (operación de la obra), y a la vez están
relacionadas con la entrada y salida del mineral a los depósitos.
Las acciones dentro de la Fase de Operación:
a) El muestreo: es la primera acción que se realiza en la caseta, la cual permite
conocer mediante el análisis químico de estas muestras en el CEDINIQ, la calidad
del mineral que se incrementa y evacúa a los depósitos.
b) El abasto: se desarrolla en las plazoletas a medida que los camiones avanzan
desde los frentes de minería y van depositando el mineral en forma de hileras
alargadas quedando así los viajes bien pegados.
c) Remoción y formación de pilas: esta acción ocurre cuando la retroexcavadora
realiza el remonte del mineral depositado, lo que propicia la separación de todo el
material rocoso que pueda estar presente y la homogenización del componente útil,
de esta manera finalmente queda conformada la pila.
d) La evacuación de la mena: corresponde luego de haber sido conformada la pila,
con la ayuda de equipos de arranque y carga para enviar en camiones el material
minado hasta la tolva donde es separado de todo material rocoso, iniciando allí su
preparación para el proceso metalúrgico.
2.3.2. Etapa de Campo
Caracterización geoambiental del área de estudio
El área de estudio se encuentra ubicado dentro del Yacimiento Punta Gorda, el cual
se localiza al Este de la Ciudad de Moa en la provincia de Holguín. El yacimiento
aparece dentro de los límites del macizo montañoso Moa-Baracoa, ocupando un
área de 7.46 Km 2. Como límites naturales tiene por el Oeste-Noroeste; al río Moa,
al Suroeste el río Yagrumaje y al Oeste el arroyo Los Lirios. El Depósito de la
UBMina de la Empresa Comandante ECG se encuentra al sur de las instalaciones
fabriles, y está limitado en las coordenadas X: 703111-703703 y Y: 220227-220919.
(Figura 2.2).
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Figura 2.2. Mapa de los depósitos.
Características generales del área del Depósito
El área donde se desarrolla el estudio se encuentra en el yacimiento Punta Gorda
de la ECECG. El mismo presentó en sus inicios un relieve moderado, actualmente
con inclinación hacia el Norte, con rangos de pendientes variables (Ceproníquel,
2013).
El área es rica en reservas de aguas subterráneas, que han afectado la minería
desde el inicio de su explotación; por lo que en el Plan “20 Años de Minería
Conjunta” se previó la construcción de canales magistrales para el drenaje que, en
la actualidad, aún no han alcanzado una eficiencia adecuada.
El régimen de temperaturas del aire es el típico de zonas costeras de la región
tropical, con un valor medio anual superior a 26 ºC y temperaturas máximas y mínima
absolutas anuales de 36 y 12 ºC respectivamente. La temperatura entre 05:30 y
06:30 horas alcanza su valor mínimo absoluto en el mes de enero, a partir de ahí,
con la salida del sol la temperatura experimenta una subida típica del
calentamiento diurno y su comportamiento es similar a la curva de la insolación,
para alcanzar su valor máximo entre las 13:00 y 14:00 horas.
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La precipitación media anual en la región de donde se ubicaron las plazoletas, oscila
entre 1400-1600mm, con un gradiente en estos rangos hacia las zonas más
elevadas.
Los sistemas de drenaje debían evacuar de forma continua toda la lluvia que
pudiese producirse en cualquier momento del año, que pueden ser precipitaciones
extraordinarias en 24 horas de hasta 1 000 mm.
La humedad relativa del aire oscila de 60% y hasta 90%, pero en extremos llega a 99
y 100%. La evaporación alcanza entre 1 900 y 2 800 mm al año.
Según el estudio de impacto ambiental de la nueva presa de colas, Línea base, la
evaluación del viento en la zona durante el periodo nocturno reveló una alta
ocurrencia de casos de velocidad del viento inferior a 1 m/s, lo que unido al elevado
número de casos de calma registrados en el aeropuerto de Moa al amanecer, indica
una alta potencialidad para el estancamiento de contaminantes en la zona durante
las noches.
Hidrografía
Según lo reflejado en estudios realizados anteriormente por Martínez (2011), la
hidrografía del área está representada de forma general por los ríos Moa (al norte),
sus afluentes río Los Lirios (al oeste), arroyo La Vaca (área central) y el río
Yagrumaje (al este y sur). La fuente de alimentación principal de estos ríos y
arroyos, son las precipitaciones atmosféricas, desembocando las arterias principales
en el Océano Atlántico, donde forman deltas cubiertos de sedimentos palustres y
vegetación típica de manglar.
La mayor parte del yacimiento está ocupado por la zona de divisorias entre el río
Yagrumaje y el arroyo La Vaca, presentando un relieve suavemente ondulado que
alcanza una altura de 174 m hacia el sur, disminuyendo su altura hasta 20 m al norte
y nordeste. Tratándose de los depósitos en específico, aparece al oeste un pequeño
arroyuelo con estrecho cause proveniente de las aguas de escorrentía.
Relieve
El relieve del área antes de iniciarse la explotación del yacimiento, se caracterizaba
por un conjunto de elevaciones pre-montañosas escalonadas con superficies de
aplanación que descendían suavemente en dirección Noroeste (Figura 2.3).
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Figura 2.3. Mapa Base
Durante la explotación del yacimiento los frentes de explotación se orientaron en
dirección Este – Oeste, generándose taludes con pendientes abruptas y depresiones
en esta dirección, que modificaron totalmente el relieve original, interceptando
además transversalmente a la red del drenaje superficial natural. Las nuevas
pendientes generadas tanto por su magnitud, como por su dirección, provocaron
desequilibrios en las formas estables del relieve original, propiciando el desarrollo de
los procesos erosivos y notables modificaciones topográficas (Figura 2.4). Con la
actividad extractiva fueron creadas varias formas antrópicas positivas y negativas del
relieve.
Figura 2.4. Mapa topográfico actual.
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Aguas terrestres
Este factor ambiental ha sufrido el impacto de la actividad minera, con
transformaciones notables de la red de drenaje superficial original, a la cual se han
incorporado los surcos y cárcavas generadas por las alteraciones en la naturaleza
de los materiales superficiales y el surgimiento de formas favorables y desfavorables
del relieve para su desarrollo. El drenaje superficial se ha deteriorado en la mayoría
de las plataformas, aunque se han adoptado medidas correctivas con anterioridad.
Debido a la actividad minera se generan continuamente depresiones donde se
acumulan las aguas pluviales como puede apreciarse en la Figura 2.5.
Figura 2.5. Acumulación de las aguas pluviales.
Suelo
Por la cantidad de cárcavas, surcos erosivos y arrastre de sedimentos hacia lugares
bajos, la erosión en el área puede evaluarse de intensa o de gran magnitud, siendo
este precisamente, como uno de los problemas principales que se observan en el
Depósito.
Dentro de los procesos y fenómenos geoambientales que afectan los suelos se
presenta la erosión, que no es más que el proceso de desagregación y remoción de
partículas del suelo o de fragmentos y partículas de rocas, por la acción combinada
de la gravedad y el agua, la erosión eólica y la acción de los organismos (plantas y
animales).
En general se distinguen dos formas de enfoque para los procesos erosivos:
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•Erosión natural o geológica.
•Erosión artificial o antrópica
Erosión natural se desarrolla en equilibrio con la formación de los suelos, es
beneficiosa. En cambio la erosión artificial, es producida por la actividad del hombre.
Crea condiciones de desequilibrio que no son fáciles de controlar y van en aumento
de año en año.
Las causas conocidas de la erosión son muchas, pero podrían sintetizarse en dos:
o
La destrucción de la estructura superficial natural de los suelos, conformada
naturalmente para resistir los golpes de las gotas de lluvia, evitando la separación de
sus partículas componentes.
o
La erosión acelerada provocada por la acción del hombre.
Flora y Fauna
La vegetación juega un papel importante, ya que constituye uno de los productores
primarios de casi todos los ecosistemas, además de ser estabilizadora de
pendientes, retarda la erosión, influye en la cantidad y la calidad del agua, mantiene
microclimas locales, atenúa el ruido, y es el hábitat de varias especies (Hernández,
2003).
En el área, la flora y la fauna fue prácticamente eliminada debido a la explotación
minera, solo se encuentran fragmentos de relictos de vegetación seminatural en
zonas aledañas, asociada algunas cañadas y a fuertes pendientes (Figura 2.6 y 2.7).
De forma similar la fauna asociada fue extinguida y en menor medida migró hacia
áreas distantes al perder su hábitat.
Figura 2.6 y 2.7. Presencia de actividad biótica en áreas aledañas al depósito (zona sur).
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Calidad del aire
Sin duda las condiciones climáticas del territorio determinan los niveles y forma de
afectación de la calidad del aire por la emisión de partículas y de ruido durante y
después de la actividad extractiva. En la región predomina un clima tropical húmedo
con lluvia todo el año a diferencia de la mayor parte del resto del país, que ha sido
clasificado como tropical con verano muy húmedo. Este rasgo distintivo del territorio,
está relacionado con la ocurrencia de las mayores precipitaciones durante el periodo
invernal, con valores máximos entre octubre y febrero, comportamiento diferente al
de la mayor parte del país y el cual está condicionado fundamentalmente por la
orografía presente. El régimen de precipitaciones en Moa, posee rasgos
diferenciales respecto al contexto del país, pues en su ritmo anual se observa como
tendencia la ocurrencia de láminas máximas entre los meses de octubre y enero es
decir, hacia finales del período lluvioso (mayo - octubre) y comienzos del menos
lluvioso (noviembre - abril), de forma que resulta más regular. Existe además un
máximo secundario de precipitaciones en mayo y dos mínimos relativos, el principal
de febrero a abril y el secundario de junio a septiembre (Inversiones GAMMA SA,
2010).
Vientos
La zona de Moa se encuentra bajo la influencia directa de los vientos Alisios, de
manera que la brisa puede quedar enmascarada dentro del flujo de circulación
general de la atmósfera, sin que se aprecie cambio de signo de las componentes en
la mañana, manifestándose solamente un aumento en la velocidad del viento, en un
proceso conocido como reforzamiento del Alisios por la brisa. Aunque la información
sobre el viento en condiciones nocturnas en la zona es muy escasa, la presencia del
terral ha sido inferida a partir de evaluaciones para las primeras horas de la mañana.
En tal sentido, al evaluar datos de las 06.00 horas se encontró la manifestación del
terral como un flujo continuo de vientos del tercer cuadrante de poca intensidad
hasta 2-3 horas después de la salida del sol, quedando ubicado el inicio de la hora
de transición terral-brisa marina en el período de 08.00-09.00. Los espesores del
terral en la zona han mostrado valores entre 300 - 600 m, con las menores alturas en
el área de la fábrica Ernesto Guevara, donde en ocasiones no superan los 300 m.
Dos aspectos fundamentales a la hora de determinar la afectación de calidad del
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aire en el territorio lo constituyen sin dudas la concentración de material particulado
en suspensión y el comportamiento del ruido ambiental.
Polvo
Como resultado del tráfico de camiones y otros equipos que desarrollan la minería,
se pueden presenciar las grandes emisiones de polvo a la atmósfera.
Son notables las consecuencias negativas de los impactos actuales sobre el medio
ambiente. En la atmósfera de regiones como la estudiada, se genera una zona
química de origen antrópico que extiende su influencia a decenas de kilómetros de
distancia en las direcciones predominantes del viento, provocando la presencia de
altos contenidos de sustancias nocivas, que aún en bajas concentraciones, pueden
llegar a afectar no solo la calidad del aire, sino además la del suelo, la vegetación y
la fauna en los ecosistemas presentes, así como la salud de la población
(Inversiones GAMMA SA, 2010).
Economía
Económicamente la región está dentro de las más industrializadas del país, no solo
por sus riquezas minerales, sino además, porque cuenta con dos plantas
procesadoras de níquel en producción, la ECECG y la Cmdte. Pedro Soto Alba. Este
renglón constituye el segundo rubro exportable del país. Además de estas industrias
metalúrgicas, existen otras instalaciones de apoyo a la metalurgia y la minería, tales
como la Empresa Mecánica del Níquel, Centro de Proyectos del Níquel
(CEPRONIQUEL), la Empresa Constructora y Reparadora del Níquel (ECRIN),
CEDINIQ, entre otras (Martínez, 2011).
Geotectónica
Martínez (2011) recoge en su investigación que desde el punto de vista regional,
esta área se relaciona con el desarrollo de sistemas de arco insulares y cuenca
marginal durante el mesozoico, y a su extinción a fines del Campaniano SuperiorMaestrichtiano. Debido a procesos de acreción tectónica, se produce la obducción
del complejo ofiolítico, según un sistema de escamas de sobrecorrimiento, sobre el
borde pasivo de la Plataforma de Bahamas. Una vez que se ha producido el
emplazamiento del complejo ofiolítico – obducción - las litologías ultramáficas en
condiciones de clima tropical y subtropical, fundamentalmente, se inicia el proceso
de
serpentinización,
aunque
hay
criterios
26
fundados
en
consideraciones
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experimentales, que en ambos procesos – obducción y serpentinización – se
producen casi simultáneamente. La mayoría de los complejos ofiolíticos que afloran
están tectonizados y sumamente agrietados, dislocados, con presencia de espejos
de fricción y otras estructuras que manifiestan una intensa fracturación y
desplazamiento de las litologías hasta emplazarse en la litosfera superior; los
fenómenos estructurales producidos durante los procesos de obducción y
serpentinización, contribuyeron a acelerar el proceso de lateralización de las
ultramafitas serpentinizadas.
Las principales estructuras representativas de este sistema son: falla Los Indios,
Cayo Guam, Moa, Miraflores, Cabaña y Maquey (Martínez, 2011).
Relativo a la morfotectónica, el yacimiento Punta Gorda se encuentra ubicado en el
bloque El Toldo, el cual ha manifestado los máximos levantamientos relativos de la
región. La litología está representada por rocas del complejo máfico y ultramáfico de
la secuencia ofiolítico, sobre las cuales se ha desarrollado un relieve de montañas
bajas de cimas aplanadas ligeramente diseccionadas.
Características geológicas de la región
Según Iturralde-Vinent, (1996a, 1996b, 1996c, 1998) el área de estudio se enmarca
dentro de la región oriental de Cuba, la cual desde el punto de vista geológico se
caracteriza por la presencia de las secuencias del cinturón plegado cubano y las
rocas del “neoautóctono”.
En los macizos rocosos de Mayarí y Sagua-Moa-Baracoa afloran fundamentalmente
unidades oceánicas correspondientes a las ofiolitas septentrionales, y a los arcos de
islas volcánicos del Cretácico y del Paleógeno (Iturralde-Vinent, 1996, 1998). Las
ofiolitas septentrionales en la región de estudio están enmarcadas dentro de la
llamada faja ofiolítica Mayarí-Baracoa (Iturralde-Vinent, 1996a, 1996b, 1998). Sus
principales afloramientos están representados por los macizos Mayarí-Cristal y MoaBaracoa (Martínez, 2011). Desde el punto vista tectónico la región se caracteriza por
su gran complejidad, predominando las estructuras disyuntivas de direcciones NW y
NE.
El área de estudio se caracteriza desde el punto de vista geológico por la presencia
de las secuencias del cinturón plegado cubano y del “Neoautóctono” (Iturralde
Vinent, 1996).
27
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Se reconocen seis unidades tectónico-estratigráficas (UTE) principales en la región:
1) Rocas de afinidad ofiolíticas.
2) Materiales volcánicos vulcano-sedimentarios asociados a un arco de islas
Cretácico.
3) Materiales asociados a cuencas transportadas del Campaniense Tardío al
Daniense.
4) Rocas volcánicas y vulcano-sedimentarias pertenecientes al arco de islas del
Terciario.
5) Materiales asociados a cuencas transportadas del Eoceno Medio al Oligoceno.
6) Materiales asociados a un estadío neoplatafórmico “Neoautóctono” desde el
Oligoceno al Reciente (Iturralde,1999a).
Las rocas de afinidad ofiolíticas son las de mayor distribución en el área,
enmarcándose dentro de la llamada faja ofiolíticas Mayarí-Baracoa (Iturralde Vinent..
1996 y 1998.). Estas ofiolitas han sido interpretadas como representativas de un
sistema de cuencas de retroarco-marginal, ubicado paleogeográficamente entre la
plataforma de Las Bahamas y el arco de las Antillas Mayores (Iturralde Vinent,
1996b, 1998). La faja ofiolítica constituye un cuerpo alóctono tabular con una
longitud de 170 Km. Geomorfológicamente dividido en diferentes partes por el valle
del río Sagua de Tánamo y las Montañas del Purial. Posee un espesor que en
ocasiones sobrepasa los 1000 metros (Iturralde Vinent 1996, 1998). La secuencia de
piso a techo está compuesta por peridotitas con texturas de tectonitas, “acumulados
ultramáficos”, acumulados máficos, diques de diabazas y secuencias efusivassedimentarias. Estas ofiolitas se disponen en forma de escamas tectónicas,
cabalgando las rocas vulcano-sedimentarias del arco de islas del Cretácico, las
cuales
están
cubiertas
transgresivamente
por
secuencias
flychoides
y
olistostrómicas del Maestrichtiano al Paleoceno (Fm. Mícara, y la Fm. Picota). En
ocasiones las ofiolitas están cubiertas por materiales vulcano-sedimentarios
procedentes del arco de islas del Paleógeno y por secuencias terrígenascarbonatadas más jóvenes.
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Macizo ofiolítico Mayarí –Baracoa
El complejo ofiolítico Mayarí-Cristal se ubica en la parte occidental de la faja
ofiolíticas Mayarí-Baracoa, ocupando un área aproximada de 1200 Km2 y posee una
morfología tabular con un espesor de 1 a 1,5 Km. En él se han descrito
principalmente los complejos utramáficos y diques de diabasas; en cambio la
existencia del complejo de gabros es polémica y el vulcano-sedimentario no ha sido
localizado todavía (Iturralde Vinent, 1996, 1998). Las rocas ultramáficas están
constituidas predominantemente por harzburgitas, dunitas, rara veces por iherzolitas
y piroxenitas. Al sur del macizo Mayarí-Cristal, se localiza el melange La Corea, la
cual es una zona metamórfica de unos 25 Km2. Esta zona se compone por
diferentes bloques separados por una matriz serpentinítica. Predominan las rocas
metamórficas de alta presión, así como metabasitas de baja presión de origen
ofiolítico. Las metamorfitas de alta presión son anfibolitas areníferas y bloques
aislados de esquistos glaucofánicos; además existen esquistos verdes, esquistos
tremolíticos, actinolíticos, diques de pegmatitas y granitóides masivos. En La Corea
existen diferentes fasies metamórficas, y todas afloran hacia la parte sureste de la
región de estudio, las que se distinguen son:
fasies de esquistos verdes: en ellos se asocian los esquistos micáceos, esquistos
grafíticos, cuarcíferos y otros.
fasies de las córneas: estas fasies se encuentran mucho en los metamorfismos
de contacto, en ellas se localizan los mármoles, las cuarcitas secundarias y otras.
fasies de las anfibolitas: Esta es la fasie donde todos los minerales se forman a
alta presión y temperatura, en ella se encuentra todas las anfibolitas propiamente
dichas.
En la faja ofiolítica existen diferentes cuerpos de cromitas con diferentes niveles de
estructuras del corte ofiolítico. Las cromitas ricas en cromo se localizan en rocas
ultrabásicas, peridotitas con texturas de tectonitas (Mayarí), y las ricas en aluminio
en la denominada Moho Transition Zone (Moa – Baracoa). Sin embargo en la zona
de Sagua de Tánamo (extremo oriental del macizo Mayarí-Cristal) existen los dos
tipos de cromitas, las ricas en aluminio y las ricas en cromo, todo esto es debido que
Sagua de Tánamo es el lugar de depósito de estos sedimentos erosionados, es
decir, es la cuenca que acumula los sedimentos de las dos grandes fuentes de
29
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suministro (Mayarí –Cristal y Moa –Baracoa). En Mayarí - Cristal también están
presentes los cuerpos de piroxenitas los cuales cortan los peridotitos y los cuerpos
de cromitas (Iturralde, 1996, 1998). Los diques de diabazas de pocos centímetros de
potencia se encuentran separados a una distancia de 1mts a 5 mts (Iturralde Vinent,
1996, 1998) hoy por hoy se cuestiona mucho la existencia de una secuencia de
diques paralelos como las que existen en otras regiones del mundo.
Características geológicas del área de estudio
En el yacimiento Punta Gorda se encuentran tres grandes conjuntos litológicos: el
basamento, la corteza de meteorización laterítica y lateritas redepositadas. La
litología que existe en el basamento es la peridotita serpentinizada en mayor o
menor grado, por eso es que hay una complejidad litológica media. Las peridotitas
presentes en el área son harzburgitas, de color azul verdoso oscuro, con contenidos
variables de piroxénos rómbicos y olivinos, y tanto los piroxénos como el olivino han
sido transformados al grupo de la serpentina. En el área, la faja de serpentinita
foliada y esquistosa coincide con las zonas de contacto de los mantos tectónicos. La
faja ofiolítica deformada está cortada completamente por varios sistemas de fallas
más jóvenes. Las budinas, fundamentalmente son peridotitas que se presentan
fracturadas y rodeadas por serpentinitas esquistosas. Estas fajas se orientan
preferentemente al N60ºE.
Caracterización de la corteza de meteorización
La corteza de meteorización está desarrollada sobre rocas peridotíticas como
pueden ser harzburgitas- serpentinizadas en distintos grados y por serpentinitas, las
cuales ocupan la mayor parte del yacimiento, en menor grado existen minerales
friables producto del intemperismo químico de gabro olivínico, plagioclasas y
anfibolitas. Ubicado el primero hacia las zonas este y norte del yacimiento y los otros
dos tipos de corteza hacia la parte este del depósito mineral. Las litologías que
conforman el perfil friable son de arriba hacia abajo:
o
Litología 1: Ocre estructural con concreciones ferruginosos (OICP). Presentan
color pardo oscuro con concreciones ferruginosas que aumentan de tamaño hacia la
superficie donde forman bloques de distintas dimensiones y forma.
o
Litología 2: Ocre inestructural sin concreciones ferruginosos (OISP). Presenta
color pardo oscuro y no lleva en su formación los perdigones de hierro redondeados.
30
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o
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Litología 3: Ocre estructural final (OEF). Se caracteriza por sus estructuras
terrosas y color pardo amarillento hasta amarillo, se distingue la estructura de la roca
madre.
o
Litología 4: ocre estructural inicial (OEI) es un material de color amarillento,
con tonalidades rojizas y verdosas típico de una serpentinita fresca, y en el se
reconoce en su estructura la roca que le dio origen.
o
Litología 5: Serpentina lixiviada (SL). Las rocas como regla están manchadas
de ocre. La ocretización se observa en forma de manchas de los hidróxidos de
hierro. El grado de intemperismo es irregular y las más intemperizadas están
representadas por rocas claras donde en forma de una red de vetillas tiene lugar la
serpentinización. Son rocas friables y ligeramente compactas de color gris verdoso
las cuales conservan la estructura de la roca madre.
o
Litología 6: Corteza a partir de gabros (CG). Son materiales arcillosos de color
pardo lustroso de diferentes tonalidades (desde pardo oscuro brillante hasta colores
ladrillo y crema). Estos materiales son pobres en hierro, níquel y cobalto con
contenidos perjudiciales al proceso de sílice y aluminio. Esta litología está presente
en la parte este del yacimiento y en menor proporción en su parte norte.
En conclusión, el área de estudio presenta un relieve bastante erosionado y afectado
como consecuencia de las
actividades de la explotación minera activa,
principalmente en esta etapa operativa en la que se encuentra actualmente,
representado por taludes descubiertos, expuestos a los agentes erosivos que
accionan con gran intensidad, presencia de surcos y cárcavas de mediana y gran
extensión, influenciados por los agentes de intemperismo, acumulación de aguas
pluviales y subterráneas que drenan desde los taludes existentes.
Existen también escombreras que en estos momentos son inactivas en las cuales en
ocasiones se han descuidado los parámetros de diseño que se exigen, lo que puede
ocasionar inestabilidad de las mismas, afectaciones al paisaje, agrietamiento y
deslizamientos (Inversiones GAMMA SA, 2010). El medio biótico es uno de los más
alterados, encontrándose vida solo en las áreas aledañas, teniendo en cuenta que
son pequeñas zonas donde aparece algún tipo de vegetación, y un poco más
distante, las áreas reforestadas.
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Toma de muestras
Los trabajos de muestreo fueron tomados de trabajos anteriores previamente
realizados. Para la obtención del diagnóstico adquirieron y utilizaron los materiales y
técnicas más novedosas para orientar y apoyar la cartografía durante los trabajos de
campo y para evaluar el estado del medio ambiente y de las acciones de la
rehabilitación minera (Inversiones GAMMA SA, 2010). Entre los materiales, equipos
y técnicas empleadas se encuentran:
Las imágenes satelitales de alta resolución, fueron utilizadas en la delimitación
cartográfica de las zonas afectadas por la minería y áreas de difícil acceso, en las
que fueron realizadas acciones de rehabilitación minera. Se emplearon las imágenes
IKONOS de alta resolución mediante un mosaico de imágenes comprendidas entre
los años 2005 y 2006. Las imágenes IKONOS se obtuvieron en formato GEOTIFF,
con resolución espacial 1 m, color verdadero. El sistema de referencia empleado fue
la proyección geográfica longitud/latitud Datum WGS 84 (EPSG: 4326), método
Bursa-Wolfe (7-parámetros). La imagen se procesó con el Software ENVI versión
4.5, aplicándosele varios filtros para mejorar el contraste y la textura. Posteriormente
se exportó a un Sistema de Información Geográfica (SIG MapInfo V.10),
realizándose la vectorización de la misma, con el objetivo de realizar distintos
análisis de la información espacial e integrar los resultados en una región común
(capa), que contiene una base de datos con los principales indicadores empleados
para el diagnóstico del proceso de rehabilitación minera.
El Sistema de Posicionamiento Global (GPS) se usó durante los trabajos de campo
para delimitar cartográficamente las áreas de las plantaciones forestales. Para las
principales afectaciones provocadas por el desarrollo de los procesos erosivos y la
ubicación de los espejos de aguas y sedimentadores, se utilizó un equipo de
posicionamiento global (GPS) de la marca Garmin 60 Csx con una precisión de más
menos 1 metro (Figura 2.8). Los puntos de GPS conjuntamente con las imágenes
satelitales permitieron precisar la ubicación exacta de cada sitio y su representación,
en el Sistema de Información Geográfico.
o Mediciones de Polvo y de Ruido
Con el objetivo de conocer la calidad del aire, se determinó el grado de dispersión de
las partículas y los niveles de ruido en el Yacimiento y su área de influencia.
32
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Durante los trabajos realizados en el presente estudio, se diseñó una red de punto
para medir in situ el volumen y tipo de polvo en suspensión mediante el contador de
partículas Aerocet 531 Serie E7295 (Figura 2.9). Este equipo es pequeño,
totalmente portable y almacena hasta 4000 mediciones en tiempo real. Esta unidad
contiene una fuente de radiación beta que determina la ganancia de peso en un
filtro, a medida que este experimenta acumulación de partículas dando cumplimiento
al método alterno para determinación de material particulado PM10. El rango de
concentración es de 0-1 mg/m³, el equipo opera a una temperatura no menor a 0 °C
y no mayor a 50 °C y la toma de muestra se realiza durante 2 minutos por punto.
Este equipo puede trabajar en dos modalidades:
a) como contador de partículas en los rangos >0.5 μm y < .5 μm
b) como un contador volumétrico para la fracciones PM1, PM2.5, PM7, PM10 y TSP.
Las mediciones fueron realizadas colocando el sensor del equipo a una altura de
1.55 metros teniendo en cuenta, que esa es la altura promedio de las fosas nasales
para una persona parada o en estado de movimiento, Figura 2.10.
Figura 2.8 y 2.9. GPS Portátil y Equipo para determinar material particulado
33
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Figura 2.10. Determinación in situ de Polvo.
Se diseñó una red de puntos de determinación de polvo que abarcara de forma
general toda el área del Yacimiento Punta Gorda y una parte considerable de
Yagrumaje Norte y Oeste, Figura 2.12.
Equipo para mediciones del ruido ambiental
De forma conjunta con las mediciones de polvo en suspensión se hicieron
mediciones de ruido ambiental. En todos los puntos se midió el ruido con un
sonómetro tipo HD 8701 de la Delta OHM, cuya región de frecuencia y el rango de
niveles abarcados es de 1000 Hz y de 30 a 130 respectivamente, Figura 2.11.
Las mediciones se realizaron siguiendo los siguientes aspectos metodológicos:
-el sonómetro se encontraba debidamente verificado y con alta técnica.
-antes de cada jornada de medición se calibró el sonómetro con una fuente HD 9102
de Clase 1 según la noma IEC 942-1988, para la calibración integral del sistema que
provee un sonido de banda estrecha con nivel sonoro de 94 y 110 dB (lineal) con
incertidumbre no mayor de ± 0, 5 dB (lineal).
-en cada punto de medición se hicieron cinco determinaciones, que fueron
promediadas.
Técnicas de laboratorio empleadas en el análisis de las aguas superficiales.
Las determinaciones de laboratorio de las aguas fueron realizadas en el CEDINIQ.
Los métodos de análisis empleados fueron los siguientes:
34
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o Volumétricos (CO3 -2, CL-, NH3)
o Gravimétricos (ST, S/S, SD, SO4 -2)
o Espectrofotometría de Absorción Atómica: Metales
o Electrométricos (pH)
Figura 2.11. Sonómetro utilizado en las mediciones de ruido ambiental.
Con relación a la calidad de las aguas superficiales, durante la ejecución del
diagnóstico fueron muestreadas y caracterizadas en diferentes sitios del yacimiento
(Tabla 2.1), las aguas de ríos, arroyos y pequeños cuerpos de agua. El punto 36,
presenta como coordenadas X: 20. 612880 y Y: 74. 895650 en el yacimiento PG.,
donde también se tomaron mediciones de polvo y ruido solamente.
2.4. Procesamiento de la información
Se han analizado en otros estudios referentes al área las acciones del proyecto
sobre el medio ambiente, aparecen alteraciones en los factores, lo que trae como
resultado la aparición de varios impactos, muchos de estos se han ido intensificando,
por lo que fue necesario recurrir a varias caminatas por los Depósitos para
corroborar los impactos que anteriormente existían. Este proyecto ha traído como
consecuencia
diversos
impactos
sobre
socioeconómico.
35
los
factores
físico,
biológico
y
�Tesis de Maestría
Yanet Ramírez Urgellés
Figura 2.12. Ubicación de los puntos de muestreo de calidad del agua, aire y sedimentos.
36
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Tabla 2.1 Puntos de muestreo de calidad del aire, del agua y los sedimentos.
37
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2.4.1. Elección de la metodología de evaluación de impactos
Se seleccionó la metodología Criterios Relevantes Integrados (CRI) de Buroz (1990),
para la evaluación de los impactos ambientales. El método de CRI está basado en
un análisis multicriterio, partiendo de la idea de que un impacto ambiental se puede
estimar a partir de la discusión y análisis de criterios con valoración ambiental, los
cuales se seleccionan dependiendo de la naturaleza del proyecto. Es una
metodología ventajosa, simple de usar y comprender. Permite el estudio profundo de
las acciones e impactos, la esquematización de los resultados de la EIA, es
excelente para la identificación y análisis de los impactos. Facilita la descripción de
cada impacto en su medio y su efecto en detalle para luego evaluarlo
cuantitativamente a partir de los criterios de evaluación.
38
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Este método se emplea asignando valores a los efectos adversos relevantes de
acuerdo a los criterios de extensión, intensidad, duración, reversibilidad y riesgo,
para de esta manera alcanzar el valor de impacto ambiental por efecto y la
jerarquización de los mismos.
Caracterización de la metodología CRI
Para identificar los impactos que están operando o interactuando sobre el área
previamente seleccionada, es requisito indispensable conocer las diferentes
actividades que se generan durante la ejecución del proyecto y las cuales producen
efectos sobre el medio físico, biológico y socio-económico. (Buroz, 1990, citado por
Vílchez, 2014).
Se mantiene un orden consecutivo según el medio afectado:
Medio Físico
MF - 01
Medio Biológico
MB - 01
Medio Socioeconómico
MSE- 01
La metodología considera indicadores de impactos para la valoración de de los
mismos
Intensidad (I): Cuantificación de la fuerza, peso o rigor con que se manifiesta el
proceso o impacto puesto en marcha.
Extensión (E): Influencia espacial o superficie afectada por la acción antrópica.
Es decir, Medida del ámbito espacial o superficie donde ocurre la afectación.
Duración (D): Lapso o tiempo que dura la perturbación. Período durante el cual
se sienten las repercusiones del proyecto o número de años que dura la acción
que genera el impacto.
Reversibilidad (Rv): La posibilidad o dificultad para retornar a la situación actual.
Riesgo (Ri): Probabilidad de que el efecto ocurra.
La escala de valores para todos los indicadores estará comprendida entre 1 y 10.
Este método considera que el valor del impacto ambiental (VIA), es generado por
una acción que es producto de las siguientes variables, como se muestra en la
Figura 2.13.
39
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MÉTODO DE LOS CRITERIOS RELEVANTES INTEGRADOS
.
Intensidad
Extensión
Duración
Reversibilidad
Riesgo
Valor de Impacto Ambiental (VIA)
Figura 2.13. Diagrama del VIA. Fuente: Buroz, (1990)
En la tabla 2.2 se muestra la clasificación de los impactos según su valor.
Tabla 2.2. Escala de clasificación de impactos.
Valor
Intensidad
Extensión
Duración
Reversibilidad
Riesgo
6-10
Alta
Generalizada
Larga
Irreversible
Alto
> 75%
(>5años)
(baja capacidad
(>50%)
o irrecuperable)
3-5
Media
Local o
Media
Medianamente
Medio
Extensiva
(2>5 años)
reversible de 11
(10 a
a 20 años, largo
50%)
10% - 75%
plazo
1-2
Baja
Puntual
Corta
Reversible (a
Bajo
< 10 %
(<2 años)
corto plazo <de
(<10%)
10 años)
Fuente: Buroz, (1990).
Posterior a la asignación de valores para cada una de las variables antes descritas
se procede a introducir esos datos en la siguiente fórmula, para asignarle una
categoría:
VIA = I x Wi + E x We + D x Wd + Rv x WRv + Ri x WRi(1)
Donde,
I = Intensidad
E = Extensión
40
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D = Duración
Rv = Reversibilidad
Ri = Riesgo
Wi = Peso con que se pondera la intensidad
We = Peso con que se pondera la extensión
Wd = Peso con que se pondera la duración
WRv = Peso con que se pondera la reversibilidad
WRi = Peso con que se pondera el riesgo
La prueba del método en numerosos proyectos indicó la necesidad de diferenciar el
peso de cada indicador. Los diferentes análisis indicaron que los mejores resultados
se obtenían con la ponderación mostrada en la siguiente tabla 2.3.
Tabla 2.3. Criterios de evaluación y peso asignado.
Indicador
Peso (%)
Intensidad
30
Extensión
20
Duración
10
Reversibilidad
20
Riesgo
20
Fuente: Buroz, (1990).
Los resultados de la evaluación se reflejan en la ficha descriptiva que recoge los
elementos fundamentales y se muestra a continuación:
Jerarquización de los impactos
Nombre / Código
Descripción
Para la jjerarquización de impacto ambiental (JIA), una vez que se han aplicado las
metodologías pertinentes, para identificar los impactos ambientales, los ordenamos
de mayor a menor valor, con el fin de establecer prioridades, en cuanto a las
propuestas y ejecución de medidas.
41
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La siguiente tabla 2.4, presenta la Jerarquización de los impactos a partir del valor
de impacto ambiental (VIA).
Tabla 2.4. Jerarquización de impactos.
Categoría
Ocurrencia
Valor de VIA
I
Muy alta
II
Alta
6< VIA ≤ 8
III
Moderada
4< VIA ≤ 6
IV
Baja
VIA >8
VIA ≤ 4
Fuente: Buroz, (1990).
Posteriormente se elaboran las medidas ambientales de prevención, mitigación o
corrección en función de las categorías asignadas:
CATEGORÍA I. Probabilidad de ocurrencia muy alta. VIA ≥ 8. Máxima atención.
Medidas preventivas para evitar su manifestación.
CATEGORÍA II. Probabilidad de ocurrencia alta. 6 <VIA < 8. Medidas mitigantes
o correctivas (preferiblemente estas últimas). Normalmente exigen monitoreo o
seguimiento.
CATEGORÍA III. Probabilidad de ocurrencia moderada. 4 < VIA < 6. Medidas
preventivas, que pueden sustituirse por mitigantes, correctivas o compensatorias
cuando el impacto se produzca, si aquéllas resultaran costosas.
CATEGORÍA IV. Probabilidad de ocurrencia baja o media. VIA ≤ 4. No se
aplican medidas, a menos que se trate de áreas críticas o de medidas muy
económicas.
42
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CAPÍTULO 3. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS
En este capítulo se presentan y analizan los resultados obtenidos durante el
desarrollo de la investigación, siguiendo la metodología expuesta en el capítulo II,
marco metodológico, así como su relación con los objetivos específicos.
3.1. Resultados químicos del muestreo
Se tomaron los resultados obtenidos a partir de los estudios de Inversiones GAMMA
SA, (2010).
Aguas
Los resultados del muestreo de las aguas de ríos, arroyos y pequeños cuerpos de
agua se resumen en la Tabla 3.1.
Del total de los 7 puntos muestreados 5 corresponden a corrientes superficiales (1,
2, 3, 4, y 7) y las dos restantes (la 5 y la 6) a un pozo hidrogeológico y a la surgencia
de un pequeño manantial respectivamente. Es notable la diferencia entre estos dos
tipos de aguas en la mayoría de los indicadores que fueron medidos tales como el
pH, la carga de sedimentos, las concentraciones de Cl, SO4 y Ca.
En pocos casos los valores rebasan las concentraciones máximas admisibles (CMA)
para el agua potable, siendo significativa una mineralización inferior a la reportada
para yacimientos en su fase de inicio de explotación. Esto puede estar motivado por
el hecho de que en Punta Gorda se ha retirado casi en su totalidad la capa mineral y
el agua está en contacto con rocas y sedimentos de más baja mineralización.
En sentido general las aguas de acuerdo a su composición físico-química no
presentan un estado preocupante por una alta contaminación por metales.
Polvo
Las concentraciones de contaminantes en el área, superan, según los resultados de
estudios precedentes, las Concentraciones Máximas Admisibles (CMA) del SO2, H2
S, aerosoles (polvo en suspensión) y polvo en suspensión y sedimentable (INSMET,
1990; CESIGMA, 1997 y 2003 y Inversiones GAMMA, 2009). La emisión de los
contaminantes del aire en el caso del material particulado proviene en la actualidad
del resto de la explotación de los yacimientos más cercanos y de la fábrica Che
Guevara. En cuanto a los gases, los principales contaminantes son SO2, H2S, NO2y
NH3 producto de la actividad de las fábricas (Che Guevara y Moa Níquel) y la Planta
de Amoniaco. Los resultados de las determinaciones de polvo en suspensión para
43
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cada una de las fracciones en los 56 puntos correspondientes a los yacimientos
Punta Gorda, Yagrumaje Norte y Yagrumaje Oeste, obtenidos en este estudio son
mostrados en la Tabla 3.2.
En todos los puntos de medición los valores de las fracciones PM-7, PM-10, TSP
sobrepasan los Concentración Máxima Admisible (CMA) vigente en Cuba de 0,1
mg/m3 para zonas habitables, siendo los más críticos los puntos 49, 51 y 53
asociados al tráfico vehicular en caminos mineros no asfaltados y con bajo grado de
humedad.
Del análisis de estas figuras se puede apreciar la considerable contribución de los
aportes de las emisiones de la fábrica ECECG, ya que por lo general los valores más
altos se encuentran en los puntos más cercanos a las áreas de la fábrica y a la presa
de cola y de forma más puntual a sectores de los caminos principales de mayor
circulación.
Estos resultados concuerdan con los valores existentes para la región y corroboran
el hecho de que la presencia de material particulado suspendido representa un
fenómeno de carácter regional donde el proceso de reforestación si bien puede
contribuir a su disminución no representa la contribución fundamental.
• Ruido
En total fueron medidos una serie de 56 puntos coincidentes con los de
determinaciones de polvo (Figura 2.12), cuyos valores se presentan en la Tabla 3.2.
Como se puede observar, existen una serie de puntos con valores superiores a los
45 dB, valor que representa de forma aproximada el máximo establecido para zonas
rurales no perturbabas, mostrando así que los valores más elevados son producto
de la proximidad a vías con tráfico automotor (17, 22, 43, 44, 46, 47, 48, 49, 50 y 52)
y cercanía a la zona fabril (1, 2, 4, 5, 26, 27, 51, 56).
3.2. Identificación de los impactos
Los impactos evaluados por el método CRI se dividen en tres medios: físico,
biológico y socioeconómico (Tabla 3.3).
44
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Tabla 3.2. Resultados de las determinaciones de calidad del aire (polvo y ruido).
45
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Tabla 3.3. Impactos de Ambientes.
46
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Componente Medio Físico
A continuación se analizan los impactos que afectan el medio físico. La puntuación
asignada para cada criterio de valoración se obtuvo a través de tormenta de idea,
consulta a especialistas, trabajadores y técnicos que radican en los depósitos.
MF- 01: Alteración de la calidad del aire.
o Medio Afectado: Aire.
o Localización: Depósitos.
o Acciones generadoras: Tráfico de vehículos en los depósitos durante la carga y
transportación del mineral desde los diferentes frentes de minería. Emisiones de
polvo, gases y ruido. Ubicación del mineral, remonte y formación de pilas.
o Efectos: La alteración en la composición del aire por las emisiones de polvo,
gases y ruido, afecta la flora y fauna asociada al área. Tratando el tema de los
efectos de las emisiones de polvo en específico, es crítica la situación, debido a que
en tiempo de seca se dificulta grandemente el paso del personal que trabaja en los
depósitos para realizar recorridos y otras tareas. Con el paso de los camiones y
otros equipos, se crean capas con un espesor de hasta 25 cm de polvo muy fino que
logra viajar en forma de torbellino a grandes distancias. En tiempos de lluvia, se
generan capas de lodo de hasta 20 cm de espesor en los caminos mineros, y más
tarde son retirados con buldozer y mototrailla (Figura 3.1 y 3.2), quedando expuesta
una superficie seca y vulnerable al paso de los camiones, ocasionando de esta
manera grandes nubes densas de polvo que se elevan hasta más de 10 m de altura.
El equipamiento minero produce ruido considerable que dificulta la estancia en la
caseta de muestreo donde se realiza la actividad.
El ruido se define como un sonido indeseable para los sujetos que lo perciben. Sus
efectos negativos más importantes son la pérdida de audición, dolores de oído y
cabeza, estrés, irritabilidad, agresividad, malestar, alteraciones del sistema nervioso,
interferencias en la comunicación, disminución de la eficacia en la actividad cotidiana
y perturbaciones en la fauna local (Terry, Rodríguez, et. al., 2014).
o Descripción del impacto: Estas emisiones se pueden considerar como el
impacto negativo que más afecta al medio, en las zonas aledañas donde se ha
logrado desarrollar la reforestación, y en las mismas áreas del depósito. La
47
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contaminación acústica es una de las causas de mayor deterioro de la calidad de
vida en los depósitos.
Figura 3.1 y 3.2. Grandes espesores de lodo frente a la caseta de muestreo.
Criterios de valoración del impacto
o Intensidad: Este impacto ha traído consigo grandes afectaciones a los factores
ambientales en el depósito y en otras áreas circuncidantes, por lo que se considera
como notable o muy alta intensidad 10.
o Extensión: Este impacto es característico en el depósito alcanzando unos 15.73
ha, y cuyo efecto, se manifiesta en todo el entorno considerado, siendo su nivel de
extensión generalizada 9.
o Duración: El criterio de duración del impacto está asociado al tiempo de duración
del mismo desde el momento en que aparece hasta que pueda el medio regresar a
sus condiciones iniciales. A partir de la existencia de los depósitos, ha sido alterada
la calidad del aire, debido a las emanaciones de polvo, ruido y gases durante 12
años, por lo que se considera como larga 9.
o Reversibilidad: La reversibilidad en los depósitos, teniendo en cuenta este tipo
de impacto, puede alcanzar un plazo corto de menos de 10 años para que el medio
retome su condición inicial, lo que se puede lograr una vez que cese la actividad de
la minería, además de ser un área de pequeña extensión en comparación a los
yacimientos. Este efecto se considera reversible con un valor de 1.
o Riesgo: Este impacto representa un alto nivel de riesgo para el medio físico,
debido a las afectaciones que en el entorno se han causado, principalmente por el
exceso de polvo y ruido en el ambiente, se considera el riesgo como alto, con un
valor de 8.
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Los datos determinados se introducen en la fórmula que aparece en la página 37.
VIA = 10 x 0.3 + 9 x 0.2 + 9 x 0.1 + 1 x 0.2 + 8 x 0.2 = 7.5
El resultado de los criterios de valoración del impacto se introduce en la tabla 3.4.
Tabla 3.4. Jerarquización del impacto sobre el aire.
Medio
I
E
D
Rv
Ri
VIA
Categoría
10
9
9
1
8
7.5
ll
Afectado
Aire
Fuente: Elaboración propia.
MF-02: Aumento de la intensidad de la erosión en el área por remoción y
excavación.
Medio Afectado: Suelo.
o Localización: Depósitos.
o Acciones generadoras: Ubicación del mineral, remonte y formación de pilas.
Tráfico de vehículos y equipos pesados. Formación de pasteles y pilas del mineral
seco.
o Efectos: Los efectos de este impacto se agravan cada vez más, debido a que el
medio no es capaz de restablecerse con la misma intensidad en que se degrada. A
simple vista se pueden notar las afectaciones en el suelo, lo que dificulta el acceso
del personal que transita por el área, e incluso en ocasiones, para los camiones.
Actualmente aunque se toman medidas para una mejor conformación de las
plataformas, no se han resuelto estos problemas.
Cada día se intensifica la erosión de los suelos producto a las malas condiciones del
terreno y por la mala operación de los equipos (cargadores, mototrailla,
retroexcavadoras y buldozer) a la hora de realizar las diversas tareas como:
remonte, evacuación, nivelación de caminos y plataformas donde se incrementa y
extrae el mineral. Toda modificación que se realiza en depósito, al no considerar
medidas para su mejor conformación, influye y determina en el aumento de la
intensidad de la erosión, lo que origina que en ocasiones quede expuesto a la
superficie el material de la propia base del depósito, corriendo el riesgo de ser
minado o arrastrado por las aguas o por los buldozer, lo cual ya ha sucedido con
anterioridad.
49
�Tesis de Maestría
Yanet Ramírez Urgellés
o Descripción del impacto: Teniendo en cuenta esta etapa operativa,
constantemente se mantiene la acción sobre el suelo, y trae como consecuencia
negativa la erosión del mismo, lo cual se intensifica y se hace cada vez más notable.
Al caminar a través de las pilas o pasteles, u otras áreas de las plataformas que
están por los alrededores, se observan huellas de la minería que en algún momento
se desarrolló allí, ha sido abandonada por un tiempo, y quedan expuestas a los
agentes de intemperismo, formando así cortezas duras y muy degradadas, dando
lugar al agrietamiento y desertificación de las mismas donde apenas se origina el
habitad para algunas especias de la vegetación típica de estas zonas
semidesérticas.
Existen ciertas características en el terreno como la pendiente, topografía, humedad
del suelo, el contenido en nutrientes, a cuyas variaciones son muy sensibles algunas
especies florísticas, que resultan por tanto, indicadoras de estas condiciones y se
pierden de forma irreversible del territorio (CEPRONIQUEL, 2001).
Criterios de valoración del impacto
o Intensidad: El grado de incidencia de estas acciones sobre el suelo, es notable,
por lo que se considera como de alta intensidad 10.
o Extensión: Este impacto se manifiesta en toda la zona de estudio, con un nivel
de extensión generalizado, tomando el valor de 9.
o Duración: El criterio de duración de este impacto ha estado de manifiesto
durante más de cinco años, por lo que la misma se considera como larga con un
valor de 8.
o Reversibilidad: Este aumento de la intensidad de la erosión en el área, logrará
alcanzar su mayor estabilidad y recuperación luego del cese de la minería, lo que se
podría lograr a corto plazo en menos de 10 años, siempre que se tomen en cuenta
todas las medidas y se realice la supervisión continua. Su efecto se considera
reversible con un valor de 2.
o Riesgo: A pesar del riesgo que representa este impacto, se trabaja por el
mejoramiento de ello, aún así, se considera como alto, incluso sigue generando
otros efectos. Este riesgo alcanza un valor de 9.
VIA = 10 x 0.3 + 9 x 0.2 + 8 x 0.1 + 2 x 0.2 + 9 x 0.2 = 7.8
El resultado de los criterios de valoración del impacto se introduce en la tabla 3.5.
50
�Tesis de Maestría
Yanet Ramírez Urgellés
Tabla 3.5. Jerarquización del impacto sobre el suelo.
Medio
I
E
D
Rv
Ri
VIA
Categoría
10
9
8
2
9
7.8
II
Afectado
Suelo
MF- 03: Contaminación de las aguas superficiales.
o Medio Afectado: Aguas superficiales.
o Localización: Depósitos.
o Acciones generadoras: Mantenimiento de los sistemas de drenaje y de las vías
de acceso.
o Efectos:
Las
aguas
superficiales
provenientes
de
escorrentías
corren
contínuamente a orillas del depósito, con un pequeño cauce que ha ido
disminuyendo en el tiempo al igual que su caudal. Los flujos hídricos provocan
cambios físico-químicos en el terreno que disminuyen la resistencia del mismo
(Guardado y Almaguer, 2001), y en temporada lluviosa suele incrementarse y tomar
fuerza mientras que en el período seco, llega a desaparecer. La generación de
polvo, desprendimiento de suelos y materia orgánica, y los desechos sólidos han
contribuído a ello. No da abasto para ningún uso, ni siquiera para regar los caminos
del depósito. En estas zonas pantanales por las que apenas corre un hilillo de agua,
se han reducido las posibilidades de vida vegetal y animal, Figura 3.3
Figura 3.3. Aguas superficiales provenientes de escorrentías.
o Descripción del impacto: La minería es uno de los principales focos
contaminantes
de
las
aguas,
las
cuales
son
impactadas
negativamente,
produciendo de algún modo el encausamiento de las aguas superficiales. Se han
51
�Tesis de Maestría
Yanet Ramírez Urgellés
creado sistemas de drenaje, los cuales están cubiertos de sedimentos, y en otros
casos se han formado lagunas de sedimentación de gran espesor, con
granulometría muy fina. Esto ha provocado que las aguas superficiales que
provienen de escorrentía, alcancen elevadas concentraciones de minerales y
elementos pesados propios del medio, modificando así su composición. Son
saturadas por sólidos en suspensión, sales metálicas, nutrientes, restos de suelo y
materia orgánica que se desprende de las laderas de las escombreras ya
reforestadas y de las zonas más altas de los depósitos.
Criterios de valoración del impacto
o Intensidad: Si se logra el mantenimiento de los sistemas de drenaje, existe la
posibilidad del aumento de la circulación de las aguas, principalmente las pluviales
que permanecen estancadas en las plataformas, se puede mejorar la fluidez y
circulación del caudal de estos manantiales. El grado de incidencia se considera
como de alta intensidad 6.
o Extensión: Este impacto se manifiesta de forma extensiva en la zona de estudio,
con un valor de 8.
o Duración: Este impacto ha permanecido vigente hace varios años, y a la vez se
incrementa cada vez más. Tiene un valor de 8, debido a que se considera como de
larga duración.
o Reversibilidad: Con el cese de la minería, existe la posibilidad de que estas
aguas recuperen su calidad, quizás no como la inicial, pero ya no existiría una fuente
de contaminación como lo ha sido la minería, lo que se podría lograr a largo plazo,
de 11-20 años, siempre que se tomen en cuenta todas las medidas. Su efecto se
considera medianamente reversible con un valor de 5.
o Riesgo: Al no trabajar en el mantenimiento y mejor conformación del sistema de
drenajes, no se podrá lograr el mejoramiento de la calidad de estas aguas,
permaneciendo de esta manera inútiles. Este riesgo se considera como alto, con un
valor de 8.
VIA = 6 x 0.3 + 6 x 0.2 + 8 x 0.1 + 5 x 0.2 + 8 x 0.2 = 6.4
El resultado de los criterios de valoración del impacto se introduce en la tabla 3.6.
52
�Tesis de Maestría
Yanet Ramírez Urgellés
Tabla 3.6. Jerarquización del impacto sobre las aguas superficiales.
Medio
Afectado
Aguas
Superficiales
I
E
D
Rv
Ri
VIA
Categoría
6
6
8
5
8
6.4
ll
MF- 04: Posible ocurrencia de desprendimientos o deslizamientos.
o Medio Afectado: Paisaje.
o Localización: Depósitos.
o Acciones generadoras: Tráfico de vehículos y equipos pesados. Producción de
vibraciones.
o Efectos: En los taludes descubiertos de los pasteles, se crean sistemas de
agrietamiento muy pronunciados, cárcavas y surcos de mediana y gran extensión
expuestos a los agentes de intemperismo. Son zonas donde a pesar de tomarse
medidas de seguridad para disminuir la erosión en los depósitos, se hace difícil
mantener la estabilidad, provocando el deslizamiento y desprendimiento del material,
principalmente al aumentar la humedad. A la hora de evacuar el mineral o nivelar los
pasteles (con buldozer o compactadores) para lograr mejor conformación de los
mismos, el suelo es sometido a fuertes vibraciones. Estos taludes aparecen en los
bordes de los pasteles o plataformas, donde es inactiva la minería, y han quedado
abandonadas a la merced de los agentes de intemperismo, modificando el paisaje
con gran intensidad y de manera extensiva, Figura 3.4 y 3.5.
Figura 3.4 y 3.5. Desprendimientos y deslizamientos en las laderas y taludes que bordean las
plazoletas.
o Descripción del impacto: Este impacto negativo va dejando notables
modificaciones en el medio trayendo consigo el deterioro del paisaje, la inestabilidad
53
�Tesis de Maestría
Yanet Ramírez Urgellés
de laderas y taludes donde lamentablemente al hombre en ocasiones se le hace
difícil acceder a ellas por el peligro al que se expone. No se manifiestan con
frecuencia deslizamientos de gran escala, mas ocurren con la presencia de la alta
humedad en el medio. El debilitamiento de la resistencia del suelo es consecuencia
de los cambios físicos (Chávez y Guardado, 2008) lo que brinda un enfoque a
estudios geotécnicos de laderas y taludes que puedan ser utilizados para la
prevención, mitigación y estabilización de riesgos por deslizamientos en los
Depósito.
Desde el punto de vista físico, los deslizamientos se producen como consecuencia
de los desequilibrios existentes entre las fuerzas que actúan sobre un volumen de
terreno (Almaguer, 2006).
Criterios de valoración del impacto
o Intensidad: La intensidad de los desprendimientos o deslizamientos en los
depósitos, se considera como de intensidad alta con un valor de 7. A pesar de
tomarse medidas para asegurar la estabilidad del medio, no se erradican todos los
problemas y es necesario persistir en ello.
o Extensión: Este impacto se manifiesta de forma extensiva bordeando todo el
perímetro del depósito, con un valor de 5.
o Duración: Este impacto según ha pasado el tiempo, ha estado vigente y a la vez
se incrementa cada vez más. Tiene un valor de 9, debido a que se considera como
de larga duración.
o Reversibilidad: Al finalizar la minería, estas áreas de los depósitos serán
tratadas como un yacimiento cerrado para su rehabilitación, asegurando su
recuperación a corto plazo, lo que requiere de atención y supervisión para evitar la
erosión de sus laderas como actualmente sucede. Su reversibilidad tiene un valor de
2.
o Riesgo: Se debe trabajar en la conformación de las laderas y taludes, para lograr
mayor estabilidad. Este riesgo se considera como alto, con un valor de 7.
VIA = 7 x 0.3 + 5 x 0.2 + 9 x 0.1 + 2 x 0.2 + 7 x 0.2 = 5.8
El resultado de los criterios de valoración del impacto se introduce en la tabla 3.7.
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�Tesis de Maestría
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Tabla 3.7. Jerarquización del impacto sobre el paisaje.
Medio
I
E
D
Rv
Ri
VIA
Categoría
7
5
9
2
7
5.8
llI
Afectado
Paisaje
MF- 05: Arrastre de sedimentos durante las precipitaciones atmosféricas.
o Medio Afectado: Suelo.
o Localización: Depósitos.
o Acciones
generadoras:
Conformación
de
las
plazoletas
y
falta
de
compactación. Ubicación del mineral, remonte y formación de pilas. Mantenimiento de
los sistemas de drenaje.
o Efectos: Actualmente, uno de los problemas que afectan severamente es el
desnivel e irregularidad en las plataformas, generando el mayor arrastre de
sedimentos hacia las plazoletas bajas, las cuales carecen de un sistema de drenaje
en buen estado (Figura 3.6 y 3.7). Durante los tiempos de seca se crean grandes
emanaciones de polvo, por lo que durante la etapa de las precipitaciones, se
estanca un gran volumen de agua y acarrea con ella materiales y sedimentos muy
finos que son arrastrados desde las partes más elevadas. En la orilla del camino
principal, se acumulan materiales más gruesos removidos por la mototrailla o
buldozer a su paso, los cuales luego son arrastrados por el agua. Al no existir el
contínuo mantenimiento de las zanjas, se originan lagunas pantanosas, las cuales
impiden la circulación de los equipos mineros y dificulta el incremento y evacuación
en el depósito. En ocasiones se atascan los camiones, y aunque no se producen
graves daños materiales, en los frentes de minería o caminos mineros ha ocurrido.
Además de los antes expuesto, incrementa la erosión en las laderas descubiertas y
desprotegidas en los alrededores donde no existe acceso al minado, y afecta la
calidad de las aguas superficiales, además de saturar su cauce con gran cantidad de
sedimentos.
55
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Figura 3.6 y 3.7. Arrastre y acumulación de sedimentos durante las precipitaciones atmosféricas.
o Descripción del impacto: La sedimentación constituye uno de los más graves
impactos de la erosión en el medio ambiente, desequilibrando las condiciones
hidráulicas, promoviendo crecientes, pérdida de capacidad de almacenamiento de
agua, e incremento de sólidos en suspensión y disueltos, con la consecuente
afectación a la calidad del agua (CEPRONIQUEL, 2007). El arrastre de sedimentos
durante las precipitaciones atmosféricas trae consigo diversas afectaciones en los
depósitos y la generación de nuevos impactos con sus efectos negativos sobre el
medio físico, biológico y socioeconómico. Al concluir la temporada de lluvia, el
material húmedo se seca originando mayor volumen de polvo en el aire y en el
suelo, afectando así todo el ecosistema que lo rodea.
Criterios de valoración del impacto
o Intensidad: Este impacto se considera como de intensidad alta con un valor de
8.
o Extensión: Este impacto se manifiesta de forma generalizada en todas las
plataformas del depósito, aunque en unas ocurre con mayor intensidad, con un valor
de 8.
o Duración: Con el accionar continuo de la minería, este impacto se incrementa
cada vez más. Alcanza el valor de 7, debido a que se considera como de larga
duración.
o Reversibilidad: Este impacto es medianamente reversible, con un valor de 5,
puesto que cuando cierre el proyecto, y concluya la minería en el área, el medio
56
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afectado que se analiza podrá recuperarse lentamente tomando un tiempo entre 11 20 años.
Riesgo: Este riesgo se considera como alto, con un valor de 7.
VIA = 8 x 0.3 + 8 x 0.2 + 7 x 0.1 + 5 x 0.2 + 7 x 0.2 = 7.1
El resultado de los criterios de valoración del impacto se introduce en la tabla 3.8.
Tabla 3.8. Jerarquización del impacto sobre el suelo.
Medio
I
E
D
Rv
Ri
VIA
Categoría
8
8
7
5
7
7.1
II
Afectado
Suelo
MF- 06: Cambios geomorfológicos del paisaje (nueva modificación del relieve).
o Medio Afectado: Relieve.
o Localización: Depósitos.
o Acciones
generadoras:
Conformación
de
las
plazoletas
y
falta
de
compactación. Ubicación del mineral, remonte y formación de pilas. Planificación y
dirección de la evacuación del mineral seco y listo para alimentar a fábrica.
Mantenimiento de los caminos.
o Efectos: En el área de estudio han ocurrido notables modificaciones en el
relieve, puesto que se diferencian las condiciones actuales a las que inicialmente
existían (Figura 3.8 y 3.9). En las plazoletas más bajas de los depósitos (al norte), el
mineral aparece depositado generalmente en forma de pilas; en las más altas (al
sur) en forma de pasteles, y el depósito de nivel más bajo está conformado por
pasteles (al este). Según la planificación de la minería, va desarrollándose la
evacuación y el incremento, y con ella el avance de los cambios en el medio. A
medida que se va extrayendo el componente útil, al mismo tiempo en otra plazoleta
se va incrementando desde los frentes. Al remontar el material, quedan
estructuradas las pilas. Los pasteles son conformados con buldozer y deben ser
compactados para una mejor conformación, pero la mayoría de las veces esto no
sucede, por lo que al llover aumenta la humedad del componente útil que no ha
secado completamente, y muchas veces cesa la minería, por lo que se abandona un
leve tiempo. Existen áreas donde antes no se incrementaba, y ahora se toman con
este fin, propiciando la creación de nuevas vías para acceder dentro de ellas, dando
lugar al tráfico de vehículos y equipos pesados, por lo que el relieve es modificado.
57
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Figura 3.8 y 3.9. Modificaciones del paisaje.
o Descripción del impacto: Este impacto negativo es el resultado de los trabajos
de movimientos de tierras, conformación de plataformas, construcción de caminos,
zanjas, y otras acciones que se desarrollan en la fase de operación, lo que genera
severas modificaciones morfológicas en la superficie original del terreno propiciando
la creación de formas antrópicas, unas positivas con respecto al nivel del relieve
actual por acumulación de mineral, y otras negativas por la extracción (depresiones)
que se ejecuta depresiones provocadas por la mala operación de los operadores de
los cargadores y retroexcavadoras al minar (CEPRONIQUEL, 2007), Figura 3.10 y
3.11.
Figura 3.10 y 3.11. Depresiones provocadas por la mala operación de los operadores de los
cargadores y retroexcavadoras al minar.
Criterios de valoración del impacto
o Intensidad: Este impacto se considera como de intensidad alta con un valor de
8.
o Extensión: Este impacto se manifiesta de forma generalizada en todas las
58
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plataformas del depósito, aunque en unas ocurre con mayor intensidad, con un valor
de 10.
o Duración: Este impacto acciona desde los inicios de la etapa operativa,
alcanzando un valor de 7, debido a que se considera como de larga duración.
o Reversibilidad: Es reversible, con un valor de 1, puesto que al pasar a la etapa
de cierre se podrá restablecer el área en menos de 10 años.
o Riesgo: Este riesgo se considera como alto, con un valor de 6.
VIA = 8 x 0.3 + 10 x 0.2 + 7 x 0.1 + 1 x 0.2 + 6 x 0.2 = 6.5
El resultado de los criterios de valoración del impacto se introduce en la tabla 3.9.
Tabla 3.9. Jerarquización del impacto sobre el relieve.
Medio
I
E
D
Rv
Ri
VIA
Categoría
8
10
7
1
6
6.5
ll
Afectado
Relieve
MB - 01: Destrucción de la flora.
o Medio Afectado: Flora.
o Localización: Depósitos.
o Acciones generadoras: Tráfico de vehículos. Ubicación del mineral, remonte y
formación de pilas. Emisión de gases y de polvo. Alteración del paisaje. Producción
de ruido y vibraciones. Maquinarias y medios técnicos. Mantenimiento de los
caminos.
o Efectos: En las áreas del depósito no existe vegetación alguna, solo que en
algunos alrededores han sobrevivido algunas especies como: pequeños bosques
donde aparecen la Casuarina equisetifolia y Pinus cubensis, marañón, especies del
orden Orchidale, Crisobalanus icaco (icaco), matorrales espinosos, charrascales y
otros tipos de plantas invasoras. Las pocas especies que aún se encuentran están
amenazadas por la contaminación, el aumento del nivel de ruido, por el trasiego de
los camiones y equipos pesados (CEPRONIQUEL, 2004).
o Descripción del impacto: El impacto es negativo, pues en las áreas destinadas
para la recepción y evacuación del componente útil, es baja la probabilidad de
encontrar vida. Las principales causas que han provocado la pérdida de diversidad
biológica son las siguientes: alteraciones, fragmentación o destrucción de hábitat,
59
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ecosistemas y paisajes, la contaminación del suelo, las aguas y la atmósfera
(Rodríguez, Terry y Valdés, et. al., 2014).
Criterios de valoración del impacto
o Intensidad: Su intensidad es alta con un valor de 10, teniendo en cuenta que
este es uno de los impactos más latentes.
o Extensión: Se extiende de manera generalizada en todos los depósitos, con un
valor de 10.
o Duración: Este impacto acciona desde hace más de 5 años, con un valor de 10,
debido a que se considera como de larga duración.
o Reversibilidad: Este impacto es medianamente reversible, luego del cierre de la
minería se puede restablecer el área, mas la flora y la fauna solo logrará recuperarse
una parte de ella, alcanzando un valor de 5.
o Riesgo: El riesgo es alto con un valor de 10, considerando la importancia que
tiene la necesidad del restablecimiento del ecosistema en los depósitos.
VIA = 10 x 0.3 + 10 x 0.2 + 10 x 0.1 + 5 x 0.2 + 10 x 0.2 = 9
El resultado de los criterios de valoración del impacto se introduce en la tabla 3.10.
Tabla 3.10. Jerarquización del impacto sobre la flora.
Medio
I
E
D
Rv
Ri
VIA
Categoría
10
10
10
5
10
9
l
Afectado
Flora.
MB-02: Alteración del habitad para la fauna (migración y muerte) por la actividad
minera.
o Medio Afectado: Fauna.
o Localización: Depósitos.
o Acciones generadoras: Maquinarias y medios técnicos. Mantenimiento de los
caminos. Tráfico de vehículos. Ubicación del mineral, remonte y formación de pilas.
Emisión de gases y de polvo. Producción de ruido y vibraciones.
o Efectos: Debido a cada modificación que surge con el avance de la evacuación y
el abasto en los depósitos, crece la posibilidad de que se degeneren los
ecosistemas, aún aquellos que rodean el área de estudio. Las pocas especies
existentes migran hasta donde puedan sentirse seguras y puedan reproducirse.
60
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o Descripción del impacto: Este impacto negativo permite analizar las
condiciones de esta etapa operativa en la que está encausado este proyecto, donde
las plazoletas son desérticas (Figura 3.12), y el ruido por el tráfico de los equipos es
continuo. Todo esto es lo que propicia seguramente, la no permanencia de especies
en la zona.
Figura 3.12. Plazoletas desérticas por la actividad minera.
Criterios de valoración del impacto
o Intensidad: Su intensidad es alta con un valor de 10.
o Extensión: Se extiende de manera generalizada con un valor de 10.
o Duración: Este impacto acciona desde hace más de 5 años, con un valor de 9.
o Reversibilidad: Este impacto es medianamente reversible con un valor de 5,
considerando que al pasar a la etapa de reforestación, se recupere el ecosistema,
pero no asegura logarlo en su totalidad.
o Riesgo: El riesgo es alto con un valor de 10.
VIA = 10 x 0.3 + 10 x 0.2 + 9 x 0.1 + 5 x 0.2 + 10 x 0.2 = 8.9
El resultado de los criterios de valoración del impacto se introduce en la tabla 3.11.
Tabla 3.11. Jerarquización del impacto sobre la fauna.
Medio
I
E
D
Rv
Ri
VIA
Categoría
10
10
9
5
10
8.9
l
Afectado
Fauna
MS - 01: Generación de nuevas fuentes de empleo.
o Medio Afectado: Sociedad.
o Localización: Depósitos.
61
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o Acciones generadoras: Toma de muestras. Control de las operaciones y
ubicación de los equipos mineros. Maquinarias y medios técnicos. Regadío de agua
por pipas. Mantenimiento de los caminos.
o Efectos: Con la generación de nuevas fuentes de empleo, se benefician
económicamente todo el personal que labora en el depósito, contribuyendo de esta
manera a la disminución de la tasa de desempleo en el municipio y logrando mayor
efectividad del trabajo en la mina. A continuación se muestra la tabla 3.12 donde se
reflejan los salarios según la plantilla establecida en los depósitos.
o Descripción del impacto: La plantilla de los depósitos ha estado incompleta en
ocasiones, pero se han hecho convocatorias de parte de la especialista en recursos
humanos y el especialista al frente del proyecto, incorporando así el personal
idóneo, lo que asegura mejor productividad. La aparición de este impacto positivo
está ligado a la fase operativa del proyecto, puesto que existe demanda de fuerza de
trabajo producto al incremento de los volúmenes de extracción haciéndose
necesario la adquisición de nuevos equipos.
Tabla 3.12. Salarios y plantilla en Depósito.
Turnos
A, B, C y D
Plazas
Salarios por
Salario
turnos
Total
Esp. B en Geología.
589.25$
2357$
Muestrero
482.72$
1930.88$
Muestrero
482.72$
1930.88$
Muestrero
482.72$
1930.88$
Total
8149.64$
Fuente: Elaboración propia.
Criterios de valoración del impacto
o Intensidad: Su intensidad es baja con un valor de 2, teniendo en cuenta que el
nivel de empleo es bajo.
o Extensión: Se extiende de manera local con un valor de 3.
o Duración: Este impacto acciona desde hace más de 5 años, con un valor de 8.
o Reversibilidad: Este impacto es irreversible con un valor de 6, dado que siempre
va a existir la necesidad del empleo, producto a la carga de trabajo y tareas que se
deben realizar en el depósito, de manera ardua y continua.
o Riesgo: El riesgo es bajo con un valor de 1.
62
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VIA = 2 x 0.3 + 3 x 0.2 + 8 x 0.1 + 6x 0.2 + 1 x 0.2 = 3.4
El resultado de los criterios de valoración del impacto se introduce en la tabla 3.13.
Tabla 3.13. Jerarquización del impacto sobre el medio social.
Medio
I
E
D
Rv
Ri
VIA
Categoría
2
3
8
6
1
3.4
lV
Afectado
Sociedad
MS - 02: Aumento del consumo de combustible.
o Medio Afectado: Económico.
o Localización: Depósitos.
o Acciones generadoras: Control de las operaciones y ubicación de los equipos
mineros. Maquinarias y medios técnicos. Regadío de agua por pipas. Mantenimiento
de los caminos. Carga y transportación del mineral desde los diferentes frentes de
minería. Desmonte y formación de pasteles del mineral seco.
o Efectos: El consumo diario de petróleo, es considerable en el depósito,
principalmente en aquellos equipos de arranque y carga que son los de mayor
consumo. Por tal motivo cada tarea a realizar debe ser bien orientada y supervisada
para no derrochar este preciado líquido.
o Descripción del impacto: Este impacto repercute en el medio económico, ya
que todo equipamiento minero es habilitado con diesel, y anualmente se consumen
4 488 202.29 ltrs del mismo, en función de las labores mineras, por lo que se toman
medidas para evitar el desvío de este recurso que le cuesta al país.
Criterios de valoración del impacto
o Intensidad: Su intensidad es notablemente alta con un valor de 10.
o Extensión: Se extiende de manera generalizada con un valor de 9.
o Duración: Este impacto acciona con un valor de 8.
o Reversibilidad: Este impacto es irreversible con un valor de 10, pues no es
recuperable.
o Riesgo: El riesgo es alto con un valor de 8.
VIA = 10 x 0.3 + 9 x 0.2 + 8 x 0.1 + 10 x 0.2 + 8 x 0.2 = 9
El resultado de los criterios de valoración del impacto se introduce en la tabla 3.14.
63
�Tesis de Maestría
Yanet Ramírez Urgellés
Tabla 3.14. Jerarquización del impacto sobre el medio económico.
Medio
I
E
D
Rv
Ri
VIA
Categoría
10
9
8
10
8
9
I
Afectado
Económico
MS - 03: Aumento de la probabilidad de riesgo de accidentes por incremento del
tráfico de equipos.
o Medio Afectado: Sociedad.
o Localización: Depósitos.
o Acciones generadoras: Control de las operaciones y ubicación de los equipos
mineros. Maquinarias y medios técnicos. Carga y transportación del mineral desde
los diferentes frentes de minería. Desmonte y formación de pasteles del mineral
seco. Señalización.
o Efectos: Como parte de los efectos que causa este impacto, se establecen
medidas de seguridad y en cada plazoleta se señalizan los caminos y las pilas para
facilitar de esta manera el tráfico de los camiones y demás equipos.
o Descripción del impacto: La probabilidad de riesgo de accidentes no solo está
dada por el incremento del tráfico de equipos, sino también por las condiciones
irregulares existentes en el terreno, por lo que al personal del área se le exige que
solo deben circular de día para los recorridos y marcha ruta que se orientan, y en
horario nocturno realizarlo en camiones.
Criterios de valoración del impacto
o Intensidad: Su intensidad es alta con un valor de 8.
o Extensión: Este impacto es extensivo en los depósitos con un valor de 5.
o Duración: Desde hace más de 5 años acciona con un valor de 6.
o Reversibilidad: Este impacto es irreversible con un valor de 10. Al tomarse
medidas, se asegura la vida del trabajador. Aún así, de suceder lo contrario, nada
haría volver la vida del hombre.
o Riesgo: El riesgo es alto con un valor de 9.
VIA = 8 x 0.3 + 5 x 0.2 + 6 x 0.1 + 10 x 0.2 + 9 x 0.2 = 7.8
64
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Yanet Ramírez Urgellés
El resultado de los criterios de valoración del impacto se introduce en la tabla 3.15.
Tabla 3.15. Jerarquización del impacto sobre el medio económico.
Medio
I
E
D
Rv
Ri
VIA
Categoría
8
5
6
10
9
7.8
II
Afectado
Económico
3.3. Evaluación final de los impactos sobre cada medio afectado
Evaluación final del impacto sobre el medio afectado: suelo
Este impacto de clasifica como de Categoría II, posee una probabilidad de
ocurrencia alta, con 6 < VIA < 8. Se recomienda como medidas correctivas:
1. Realizar la compactación adecuada (con el equipamiento apropiado) de las
plataformas y pasteles para disminuir el arrastre del material suelto.
2. Relleno de los huecos y nivelación de las plataformas.
3. Remodelación y protección de los taludes para atenuar la acción de la erosión.
4. Capacitar y preparar los operadores de los equipos de arranque y carga (RE, CF
y buldozer) para realizar sus funciones en las distintas plataformas, y así alcanzar y
mantener buena conformación del terreno.
Evaluación final del impacto sobre el medio afectado: relieve
Este impacto de clasifica como de Categoría II, posee una probabilidad de
ocurrencia alta, con 6 < VIA < 8. Se recomienda como medida correctiva:
1. Supervisión del modo operativo de los equipos en el área para evitar graves
modificaciones del terreno.
Evaluación final del impacto sobre el medio afectado: agua
Este impacto se clasifica como de Categoría II, la probabilidad de ocurrencia es alta,
con 6 < VIA < 8. Como parte de las medidas se recomienda:
Correctiva:
Mantener distante los basureros de las zonas por donde corren las aguas de
escorrentía, y garantizar la supervisión y control de estos.
Mitigante :
Lograr la conformación del sistema de drenajes existente, y darle seguimiento.
65
�Tesis de Maestría
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Evaluación final del impacto sobre el medio afectado: aire
Este impacto se clasifica como de Categoría II, la probabilidad de ocurrencia es alta,
con 6 <VIA < 8. Como medidas correctivas se recomienda:
1. Mantener y priorizar el riego sistemático de agua en los caminos de los depósitos,
principalmente frente a la caseta de muestreo.
2. Reducir las velocidades de los equipos que circulan en los depósitos para
disminuir las emanaciones de polvo.
Evaluación final del impacto sobre el medio afectado: flora
Este impacto se clasifica como de Categoría I, la probabilidad de ocurrencia es muy
alta, con VIA ≥ 8. Se establecen como medidas:
Mitigante :
1. Favorecer el crecimiento de vegetación en forma de pantalla arbórea por los
bordes de los depósitos con el apoyo del personal de REMIN o del Proyecto EcoArte.
Correctiva :
2. Se propone una vez cerrado el proyecto de Secado olar, la restauración de las
áreas afectadas con la siembra de especies propias del territorio.
Evaluación final del impacto sobre el medio afectado: fauna
Este impacto se clasifica como de Categoría I, la probabilidad de ocurrencia es muy
alta, con VIA ≥ 8. Se recomienda como medida preventiva :
1. Monitorear en la etapa de cierre la restauración del terreno para insertar varias
especies endémicas en la zona.
Evaluación final del impacto sobre el medio afectado: paisaje
Este impacto se clasifica como de Categoría IIl, la probabilidad de ocurrencia es
moderada, con 4 < VIA < 6. Se recomienda tomar medidas correctivas como:
1. Exponer en lugares visibles avisos indicando las medidas de protección y
prevención que deben adoptarse respecto a los riesgos ambientales del
establecimiento.
2. Perfeccionar la elaboración de la planificación en Depósitos.
3. Mejoramiento de la señalización en las pilas y caminos.
66
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Evaluación final del impacto sobre el medio afectado: sociedad
Este impacto se clasifica como de Categoría Il, la probabilidad de ocurrencia es alta,
se recomienda tomar medidas mitigantes y correctivas :
1. Realizar chequeos médicos con mayor rigor y frecuencia al personal que labora
directamente en los depósitos.
2. Uso de los medios de seguridad, respeto a las señales del tránsito, y no exceso
del uso del claxon de los camiones principalmente frente a la caseta de muestreo.
3. Prohibición de la permanencia de personas ajenas a la actividad, en las áreas
donde se ejecuten los trabajos.
Evaluación final del impacto sobre el medio afectado: económico
Este impacto se clasifica como de Categoría Il, la probabilidad de ocurrencia es alta,
se recomienda tomar medidas de corrección :
1. Uso estricto de las medidas (control de los GPS y mediciones de combustible).
El resultado del análisis previamente realizado, se resume en una tabla matriz (Tabla
3.16), en la que se ordenan los impactos del medio físico, biológico y
socioeconómico de mayor a menor VIA, con la finalidad de proponer que se ejecuten
las medidas mitigantes y correctivas priorizando el orden que ellas presentan. Ver
Anexos.
67
�Tesis de Maestría
Yanet Ramírez Urgellés
Tabla 3.1. Resumen de las determinaciones de laboratorio de los puntos del muestreo de aguas superficiales y subterráneas.
68
�Tesis de Maestría
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CONCLUSIONES
La caracterización del depósito de mineral del secado solar como productor de
impactos, el análisis y selección de la metodología aplicar, la identificación de los
factores ambientales susceptibles de recibirlos, y la identificación, caracterización y
evaluación de los impactos ambientales permitió obtener el estudio geoambiental del
Depósito de la UBMina y elaborar un sistema de medidas para minimizar sus efectos
negativos.
La caracterización del depósito de mineral de secado solar como productor de
impactos permitió identificar como principales acciones productoras de impactos : la
toma de muestras, el abasto, el remonte y formación de pilas, y la evacuación del
mineral.
El análisis de las principales metodologías de evaluación de impactos propició
seleccionar la metodología Criterios Relevantes Integrados de Buroz (1990), como la
más racional debido a su efectividad, además de ajustarse a las necesidades del
ambiente afectado y a las características del proyecto.
Se
identificaron y caracterizaron seis factores ambientales susceptibles de
recibir impactos en el medio físico, dos en el medio biológico y tres en el medio
socio-económico.
El plan de medidas correctivas y mitigantes elaborado permite minimizar los
efectos negativos provocados por la ejecución del proyecto.
69
�Tesis de Maestría
Yanet Ramírez Urgellés
RECOMENDACIONES
Elaborar un programa de educación ambiental para el personal de la Mina con
acciones específicas para los trabajadores del Depósito de Secado solar.
70
�Tesis de Maestría
Yanet Ramírez Urgellés
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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servicio científico-tecnológico 1239: Monitoreo Minero y Operación de los
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Estabilización.
ECECG-CEINNIQ,
Servicio
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Tecnológico 1239, Moa.
Alepuz, H. (2001). Secado natural del mineral laterítico. Paper presented at the X
Simposio del CEINNIQ, Moa.
Alepuz, H., Aldana, E., & Legra, A. (1993). Secado solar de minerales lateríticos para
corrida en planta piloto CIL
Alamguer-Carmenates, Y. (2006). Evaluación de la susceptibilidad del terreno a la
rotura por desarrollo del deslizamineto en el yacimiento Punta Gorda. Minería
y Geología, 22(2).
CEPRONIQUEL. (2001). Plan 5 Años de Minería 2001- 2005 Sub. Dirección de
Minas de la E.C.E.CH.G. Empresa de Ingeniería y Proyectos del Níquel.
CEPRONIQUEL. (2004). Plan 5 Años de Minería. Empresa de Ingeniería y
Proyectos del Níquel.
CEPRONIQUEL. (2007). Explotación Yacimiento Camarioca Este. Medio Ambiente.
Empresa de Ingeniería y Proyectos del Níquel.
CEPRONIQUEL. (2013). Ingeniería Básica Depósito de Secado Solar
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METALÚRGICO “Dr. Antonio Núñez Jiménez”, Maracaibo.
76
�Tabla 3.16. Tabla Matriz.
Código
Nombre del
impacto
Descripción
Medio
Afectado
VIA
Probabilidad
de ocurrencia
Medidas a Aplicar
Alta
Correctivas:
1. Capacitar los operadores de los equipos de
arranque y carga para realizar sus funciones en
las distintas plataformas logrando buena
conformación del terreno.
2. Remodelación y protección de los taludes para
atenuar la acción de la erosión.
Alta
Correctivas:
1. Riego sistemático de agua en los caminos de
los depósitos, principalmente frente a la caseta
de muestreo.
2. Reducir las velocidades de los equipos que
circulan en los depósitos para disminuir las
emanaciones de polvo.
Componente Medio Físico.
MF-02
MF-01
Aumento de la
intensidad de la
erosión por
remoción y
evacuación.
Alteración de la
calidad del aire.
Existen áreas de los alrededores,
donde se observan huellas de la
minería que ha sido abandonada , y
quedan expuestas a los agentes de
intemperismo, formando así cortezas
duras y muy degradadas, apareciendo
el agrietamiento y desertificación de las
mismas donde apenas se origina el
habitad para algunas especias de la
vegetación típica de estas zonas
semidesérticas.
Estas emisiones se pueden considerar
como el impacto negativo que más
afecta al medio en las zonas aledañas
donde se ha logrado desarrollar la
reforestación, y en las mismas áreas
del depósito. La contaminación acústica
es una de las causas de mayor
deterioro de la calidad de vida en los
depósitos.
Suelo
Aire
7,8
7,5
�Tabla 3.16. Continuación.
Código
Nombre del
impacto
Descripción
Medio
Afectad
o
VIA
Probabilida
d de
ocurrencia
Medidas a Aplicar
Alta
Correctivas:
1. Compactación adecuada con el
equipamiento apropiado de las plataformas y
pasteles.
2. Relleno de los huecos y nivelación de las
plataformas.
Alta
Correctiva:
Supervisión del modo operativo de los
equipos en el área para evitar graves
modificaciones del terreno.
Componente Medio Físico.
MF-05
MF-06
El arrastre de sedimentos durante las
precipitaciones atmosféricas afecta los
depósitos y genera nuevos impactos
con sus efectos negativos sobre el
Arrastre de
medio
físico,
biológico
y
sedimentos durante
socioeconómico. Al concluir la Suelo
las precipitaciones
temporada de lluvia, el material
atmosféricas
húmedo se seca originando mayor
volumen de polvo en el aire y en el
suelo, afectando así todo el
ecosistema que lo rodea.
Este impacto negativo es el resultado
de los trabajos de movimientos de
tierras, conformación de plataformas,
Cambios
construcción de caminos, zanjas, y
geomorfológicos otras acciones que se desarrollan en la
del paisaje (nueva fase de operación, lo que genera Relieve
modificación del severas modificaciones morfológicas
relieve).
en la superficie original del terreno
propiciando la creación de formas
antrópicas, unas positivas y otras
negativas.
7,1
6,5
�Tabla 3.16. Continuación.
Código
Nombre del
impacto
Descripción
Medio
Afectado
VIA
Probabilidad
de ocurrencia
Medidas a Aplicar
Alta
Correctivas:
Distanciar los basureros de las zonas por
donde corren las aguas de escorrentía, y
garantizar la supervisión y control de estos.
Mitigante:
Lograr la conformación del sistema de
drenajes existente, y darle seguimiento.
Alta
Correctiva:
Supervisión del modo operativo de los
equipos en el área para evitar graves
modificaciones del terreno.
Componente Medio Físico.
MF-03
Riesgo de
contaminación de
las aguas
superficiales.
MF-04
Posible ocurrencia
de
desprendimientos
o deslizamientos.
Se han formado lagunas de
sedimentación de gran espesor de
granulometría muy fina provocando
que las aguas superficiales que vienen
de escorrentía, alcancen elevadas
concentraciones de minerales y
elementos pesados propios del medio
modificando así su composición,
siendo saturadas de sólidos en
suspensión,
sales
metálicas,
nutrientes, restos de suelo y materia
orgánica que se desprende de las
laderas de las escombreras ya
reforestadas y de las zonas más altas
de los depósitos.
Este impacto negativo va dejando
notables modificaciones en el medio
trayendo consigo el deterioro del
paisaje, la inestabilidad de laderas y
taludes donde lamentablemente al
hombre en ocasiones se le hace difícil
acceder a ellas por el peligro al que se
exponen. No se manifiestan con
frecuencia deslizamientos de gran
escala, pero frecuentan en presencia
de alta humedad en el medio.
Aguas
Superfi
ciales
Relieve
6,4
6,5
�Tabla 3.16. Continuación.
Código
Nombre del
impacto
Descripción
Medio
Afectado
VIA
Probabilidad
de ocurrencia
Medidas a Aplicar
Muy Alta
Mitigante:
Favorecer el crecimiento de vegetación
espontánea en los alrededores de los depósitos
donde no existe vegetación alguna.
Correctivas:
Al cerrar el proyecto de secado solar, restaurar
las áreas afectadas con la siembra de especies
propias del territorio.
Muy Alta
Correctiva:
Supervisión del modo operativo de los
equipos en el área para evitar graves
modificaciones del terreno.
Componente Medio Biológico
MB-01
MB-02
El impacto es negativo, pues en las
áreas destinadas para la recepción y
evacuación del componente útil, es
baja la probabilidad de encontrar vida,
y solamente existen en aquellas zonas
circundantes. Las principales causas
Destrucción de la
que han provocado la pérdida de
flora.
diversidad
biológica
son
las
siguientes:
alteraciones,
fragmentación o destrucción de
hábitat, ecosistemas y paisajes, la
contaminación del suelo, las aguas y
la atmósfera.
Este impacto negativo permite
analizar las condiciones de esta etapa
Alteración del
operativa en la que está encausado
habitad para la
este proyecto, donde las plazoletas
fauna (migración y son desérticas, y el ruido por el
muerte) por la
tráfico de los equipos es continuo.
actividad minera. Todo esto es lo que propicia al seguro
la no permanencia de especies en la
zona.
Flora
Fauna
9
8,9
�Tabla 3.16. Continuación.
Código
MS-02
MS-03
Nombre del
impacto
Consumo de
combustible.
Aumento de la
probabilidad de
riesgo de
accidentes por
incremento del
tráfico de equipos.
Descripción
Medio
Afectado
Componente Socio-económico.
Este impacto repercute en el medio
económico, ya que todo equipamiento
minero es habilitado con diesel, y al
año se consumen 4 488 202.29 litros Económi
del mismo en función de las labores
co
mineras, por lo que se toman medidas
para evitar el desvío de este recurso
que le cuesta tanto al país.
La probabilidad de riesgo de
accidentes no solo está dada por el
incremento del tráfico de equipos,
sino también por las condiciones
irregulares existentes en el terreno, Sociedad
por lo que al personal del área se le
exige que solo deben circular de día
para los recorridos, y en horario
nocturno hacerlo en camiones.
VIA
Probabilidad
de ocurrencia
Medidas a Aplicar
9
Muy Alta
Correctivas:
1. Uso estricto de las medidas (control de los
GPS y mediciones de combustible).
Alta
Mitigante:
Prohibición de la permanencia de personas
ajenas a la actividad del área.
Correctiva:
Uso de los medios de seguridad, y no
exceso del uso del claxon de los camiones
(principalmente frente a la caseta de
muestreo).
7,8
�Tabla 3.16. Continuación.
Código
MS-01
Nombre del
impacto
Generación de
nuevas fuentes de
empleo.
Descripción
Medio
Afectado
Componente Socio-económico.
La aparición de este impacto positivo
está ligado a la fase operativa del
proyecto, puesto que existe demanda
de fuerza de trabajo producto al Sociedad
incremento de los volúmenes de
extracción haciéndose necesario la
adquisición de nuevos equipos.
VIA
2,4
Probabilidad
de ocurrencia
Medidas a Aplicar
Baja
Correctivas:
Realizar chequeos médicos con mayor rigor y
frecuencia al personal que labora directamente
en los depósitos.
��ANEXOS.
�
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Title
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Estudio geoambiental del depósito de la UB Mina de la empresa Comandante Ernesto Che Guevara
Creator
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Yanet Ramírez Urgellés
Publisher
An entity responsible for making the resource available
Liliana Rojas Hidalgo
Type
The nature or genre of the resource
Tesis de Maestría
Date
A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource
2016
Subject
The topic of the resource
Geología
Language
A language of the resource
Español
-
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16aed1292018d95a240201a1604cbc63
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FOLLETO
MODELO PARA LA APLICACIÓN DEL SISTEMA
DE COSTO ABC A PROCESOS INDUSTRIALES
Lic. YAMILKA BLANCO GARCÍA
Lic. NANCY ALMAGUER LAURENCIO
�MODELO PARA LA APLICACIÓN DEL SISTEMA DE COSTO ABC A PROCESOS
INDUSTRIALES
Autores: Lic. Yamilka Blanco García
Lic. Nancy Almaguer Laurencio
Editorial Digital Universitaria, Moa
�Página legal
Título de la obra: Modelo para la aplicación del sistema de costo ABC a procesos
industriales, 26 págs
Editorial Digital Universitaria de Moa, año.2015 -- ISBN: 978-959-16-2423-9
1. Autores: Lic. Yamilka Blanco García
Lic. Nancy Almaguer Laurencio
2. Institución: Instituto Superior Minero Metalúrgico de Moa ¨ Dr. Antonio Núñez
Jiménez¨
Edición: M. Sc Niurbis La Ó Lobaina
Corrección: Lic. Liliana Rojas Hidalgo
Institución de los autores: ISMM ¨ Dr. Antonio Núñez Jiménez¨
Editorial Digital Universitaria de Moa, año 2015
La Editorial Digital Universitaria de Moa publica bajo licencia Creative Commons de
tipo Reconocimiento No Comercial Sin Obra Derivada, se permite su copia y
distribución por cualquier medio siempre que mantenga el reconocimiento de sus
autores, no haga uso comercial de las obras y no realice ninguna modificación de ellas.
La licencia completa puede consultarse en:
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/ar/legalcode
Editorial Digital Universitaria
Instituto Superior Minero Metalúrgico
Las coloradas s/n, Moa 83329, Holguín
Cuba
e-mail: edum@ismm.edu.cu
Sitio Web: https://repoedum.ismm.edu.cu
�Introducción
En la actualidad el Estado demanda profesionales de las ciencias contables y
financieras que contribuyan con eficacia al control y la planificación de las
actividades económicas y financieras de cualquier nivel o sector del
mercado nacional. En este aspecto se deben considerar como prioridades la
administración estatal y los sectores de la economía nacional.
El Ministerio de Educación Superior ha encaminado un proceso de
perfeccionamiento constante, del cual la Carrera de Contabilidad y Finanzas
no ha estado exenta; para ello, ha tenido presente la conjugación entre los
conocimientos que aporta la ciencia en particular, con la práctica;
interrelación que conlleva al desarrollo de conocimientos científico- técnicos
para la formación de un profesional competente.
El actual orden económico y social, impuesto por el modo de producción
capitalista a la sociedad, es insostenible. La crisis económico-financiera
obliga a los países a dar óptimo uso a sus factores de producción y Cuba se
encuentra en un proceso de reordenamiento económico como respuesta a la
recesión que vive el mundo.
La aplicación, cálculo y análisis del costo de producción constituyen un
elemento indispensable para la correcta dirección económica, lo que
condiciona el carácter social de la producción y el principio de distribución
sobre la base de la cantidad y calidad del trabajo aportado.
Para cualquier sistema de dirección constituye un factor fundamental,
asegurar el papel del costo tanto en la planificación, como en la dirección de
la empresa a través de mecanismos efectivos y ágiles que posibiliten su
cálculo con elevado grado de confiabilidad.
El costo como herramienta de dirección debe facilitar la valoración de
posibles decisiones a tomar y permitir que se seleccione la de mayor
beneficio con un mínimo de gastos; además de reducir el riesgo en la toma
de decisiones en situaciones coyunturales de mercado o acciones
impostergables de carácter nacional.
Constituye también un indicador del aprovechamiento de los recursos
materiales, financieros y humanos en el proceso productivo que refleja el
efecto de las desviaciones respecto de lo previsto y asegura una correcta
planificación de los mismos; para lograr esto, se requiere de una perfecta
voluntad y estilo de dirección que utilice el costo como un verdadero
instrumento rector, además de establecer una adecuada base metodológica
y de registro donde se analice su comportamiento durante un período
determinado y se compare lo que se hizo, con lo previsto en determinadas
circunstancias.
Objetivo fundamental del material didáctico elaborado:
Capacitar a docentes y estudiantes sobre el sistema de contabilidad de
costos ABC (Activity Based Costing), el cual se ha ajustado excelentemente
a las empresas de la rama industrial de Estados Unidos y Europa y se
expande a otros países de Asia, América Latina, y hacia otros sectores de la
1
�economía como servicios (hospitales, bancos, etcétera) de modo que se
puedan tomar decisiones administrativas que propicien el logro de mayor
eficiencia económica.
ANTECEDENTES DE LOS COSTOS ABC
Según Johnson y Kaplan los Sistemas de Costos Basados en
Actividades (ABC) no han supuesto nada más, que la vuelta a los
orígenes de la contabilidad de costos. Esta aseveración se fundamenta en
que la contabilidad de costos nació científicamente, pareja a la Revolución
Industrial y como consecuencia de que la producción empezó a
desarrollarse dentro de un mismo recinto y bajo la supervisión directa del
empresario.
La necesidad del empresario de conocer el desempeño en las distintas
tareas que realizaba para fabricar los productos, hizo que, en sus
comienzos, la contabilidad de costos estuviese dirigida principalmente a
conocer las actividades que se desarrollaban en la organización.
La complejidad cada vez mayor de los procesos productivos y la falta de
medios técnicos e informáticos fueron los factores que provocaron que la
contabilidad de costos se preocupe cada vez menos de las actividades como
núcleo del cálculo de costos y más de las diferentes partes de la
organización al frente de los cuales fueron apareciendo responsables de la
gestión. Justificándose así, el auge tradicional de los costos por
departamentos.
Si bien en la década del 70 aparecen las primeras publicaciones sobre
Costeo Basado en Actividades, no se conocen aplicaciones de este sistema
hasta la década del 80, en que el desarrollo de la informática pone a
disposición de las empresas los medios para obtener y procesar más
fácilmente información clave para su implementación. A partir de los años
80, comienza a proliferar la literatura sobre este tema, tal es el caso de la
obra “The Goal”, de los autores E. Goldratt y J. Cox (1984) donde se
critican las fallas del costeo tradicional, dando paso en los años siguientes,
a una nueva corriente de pensamiento en cuanto a los métodos para
calcular costos y determinar precios.
En estos años el mercado mundial se enfrentó al cambio de filosofía de
negocios con un enfoque globalizador apoyado en los avances tecnológicos
cuyo objetivo es obtener productos competitivos, minimizar costos de
producción y responder oportunamente a las necesidades específicas del
cliente.
Dado este fenómeno, el profesor Robert S. Kaplan (1986) de la Harvard
Business School, propone la metodología ABC que se fundamenta en una
hipótesis básica: las distintas actividades que se desarrollan en las
empresas son las que consumen los recursos y las que originan los costos,
no los productos. Estos solo demandan las actividades necesarias para su
obtención.
�Lógicamente para establecer un sistema, se hace necesario primero definir
cuál será el enfoque para la acumulación de los costos que se seguirá en
una entidad para poder diseñar el mismo. En los sistemas tradicionales se
vienen utilizando: área de responsabilidad, centros de costos,
departamentos, entre otros, los cuales también son utilizados por algunos
investigadores en los modelos ABC, pero tienen características muy
particulares que no son las más adecuadas para la gestión estratégica de
las actividades.
Esta cuestión exige adentrarse primero en algunos aspectos relacionados
con la gestión de procesos, enfoque que se tomará como referencia en este
material, siguiendo el punto de vista de Cooper (1995) y Thrischler (1998)
de orientar la gestión de las actividades de las organizaciones hacia los
procesos.
FUNDAMENTOS DEL MÉTODO ABC
El método ABC analiza las actividades de los departamentos indirectos (de
soporte) dentro de la organización para calcular el costo de los productos
terminados y analiza las actividades porque reconoce dos verdades simples
pero evidentes:
1. No son los productos sino las actividades las que causan los costos;
2. Son los productos los que consumen las actividades.
El método ABC consiste en asignar los gastos indirectos de fabricación a los
productos siguiendo los pasos descritos a continuación:
1. Identificación y análisis, por separado, de las distintas actividades de
apoyo que proveen los departamentos indirectos;
2. Asignación a cada actividad de los costos que les corresponden,
creando así agrupaciones de costo homogéneas en el sentido de que
el comportamiento de todos los costos de cada agrupación es
explicado por la misma actividad;
3. Ya que todas las actividades han sido identificadas y sus respectivos
costos agrupados, entonces se deben encontrar las "medidas de
actividad" que mejor expliquen el origen y variación de los gastos
indirectos de fabricación.
MEDIDAS DE ACTIVIDAD
Son medidas competitivas que sirven como conexión entre las actividades y
sus gastos indirectos de fabricación respectivos y que pueden relacionar
�también con el producto terminado. Cada "medida de actividad" debe estar
definida en unidades de actividad perfectamente identificables.
Las medidas de actividad son conocidas como "COST DRIVERS", término
cuya traducción en castellano aproximada sería la de "origen del costo"
porque son precisamente los "cost drivers" los que causan que los gastos
indirectos de fabricación varíen; es decir, mientras más unidades de
actividad del "cost driver" específico identificado para una actividad dada se
consuman, entonces mayores serán los costos indirectos asociados con esa
actividad.
Como ejemplo de “cost drivers” se pueden mencionar:
a. Número de t de carnes producidas;
b. Número de t de mercancías transportadas.
De esta manera, se les asigna un costo mayor a aquellos productos que
hayan demandado más recursos organizacionales, y dejarán de existir
distorsiones en el costo de los productos causados por los efectos de
promediación de un sistema tradicional de asignación de costos que falla en
estudiar las verdaderas causas del comportamiento de los gastos indirectos
de fabricación y que, por ello, los prorratea utilizando bases de asignación
arbitrarias como las horas de mano de obra directa.
El sistema tradicional no identificó, ni estudió, ni analizó las causas de fondo
del origen y variaciones de los gastos indirectos de fabricación.
El método ABC sostiene que cada renglón de los gastos indirectos de
fabricación está ligado a un tipo de actividad específica y es explicado por lo
tanto por una "Medida de Actividad" diferente, dicho de otro modo, lo que
explica el comportamiento de los costos de los departamentos indirectos
(considerados la mayoría de ellos como fijos según el pensamiento contable
tradicional), son las distintas transacciones o actividades que consumen de
ellos los productos terminados en su elaboración.
MODELO PROPUESTO PARA LA APLICACIÓN DEL SISTEMA ABC A
PROCESOS INDUSTRIALES
Propuesta del Sistema ABC
que consta de tres pasos, los que
posteriormente serán desglosados en tareas para poder comprender en
detalles la secuencia lógica del modelo. El modelo general se representa en
la tabla 1.
�Tabla 1. Modelo para la aplicación del sistema ABC
ETAPAS
Análisis de los procesos
PASOS
CÓDIGO
Análisis del diseño de los procesos y
actividades
PII1.1
Diseño o rediseño de los procesos
Análisis de las actividades primarias y
Identificación de los elementos de apoyo
del costo de cada proceso
Elección de los inductores
Cálculo del costo de las actividades
primarias y de apoyo
Determinación del costo de los Asignación del costo de las actividades
procesos operativos
de apoyo a las primarias
Asignación del costo de las actividades
a los procesos operativos
PII1.2
PII2.1
PII2.3
PII3.1
PII3.2
PII3.3
Fuente: Lic. Pérez Falco, G.: “Sistema de costo ABC. Una propuesta para procesos
industriales" en Contribuciones a la Economía, junio 2007.
DESPLIEGUE DE LA METODOLOGÍA PROPUESTA EN EL MODELO
DISEÑADO
Etapa I: Análisis de los procesos
Esta etapa se desarrolla con el fin de seleccionar los procesos de la
empresa, determinando los subprocesos que lo integran y las actividades
implicadas, teniendo en cuenta lo siguiente:
1. Análisis preliminar del diseño de los procesos
Para realizar el análisis preliminar del diseño de los procesos, es necesario
formar un equipo de trabajo interdisciplinario para lo cual se tendrá en
cuenta el Método de Expertos descrito por Goicoechea (1982) y Sánchez
(1984), compuesto por no más de siete personas según Trischler (1998);
Amozarrain (1999), Zaratiegui (1999).
Para la selección de expertos se utilizará el coeficiente de competencia K, el
cual se calcula de acuerdo con la opinión del candidato sobre su nivel de
conocimiento acerca del problema que se está resolviendo y con las fuentes
que le permiten argumentar sus criterios.
Posteriormente se pasa a identificar los procesos para lo cual se utilizará el
Método Delphi, como método de expertos que facilitará el trabajo del equipo
ejecutivo seguido de la selección de los procesos operativos, estratégicos y
de apoyo definiendo la relación de los mismos con los objetivos estratégicos
�de la organización. Esta selección se realiza con la intención de hacer un
análisis más detallado desde el punto de vista del sistema. Esta tarea
concluye con la designación del responsable de cada proceso.
2. Diseño o rediseño de los procesos
Para cada uno de estos elementos se realiza un estudio exhaustivo que
culminará con el análisis del valor añadido de cada proceso.
Se comenzará el análisis con la constitución del equipo de trabajo el cual
será seleccionado por el responsable del proceso quienes elaborarán una
ficha técnica para cada proceso y determinarán los subprocesos.
Posteriormente se determinan las actividades a través de entrevistas con
los trabajadores y se elabora el diccionario de actividades.
Etapa II: Identificación de los elementos del costo de cada proceso
En esta etapa se identifican los elementos del costo de cada proceso o
actividad teniendo en cuenta que las actividades son ahora el centro del
modelo.
3. Análisis de actividades primarias y de apoyo
En esta tarea, las actividades serán clasificadas a partir de los criterios de
Porter (1985) y se identificarán los inputs y outputs de cada una de las
actividades primarias y secundarias, es decir, las entradas necesarias para
que comience cada actividad y las salidas que se obtienen de cada una de
ellas y que implica al recurso consumido por parte de la misma.
4. Elección de los inductores de costo
La selección de los inductores más adecuados está en función del parámetro
que más influye en la variación de los costos. Su obtención se realiza
mediante dos formas: una cuantitativa y otra cualitativa. En el primer caso
se genera a través del sistema informativo actual y en el segundo caso se
obtiene con el método de expertos, por lo que deberá ser incluido en el
sistema informativo.
Etapa III: Determinación del costo de los procesos
En este paso se elabora el procedimiento para el cálculo del costo de los
procesos, el cual contiene el cálculo del costo de las actividades.
�1.
Cálculo del costo de las actividades primarias y de apoyo;
2.
Asignación del costo de las actividades de apoyo a las primarias;
3.
Asignación del costo de las actividades a los procesos operativos.
APLICACIÓN EXPERIMENTAL DEL MODELO PROPUESTO EN LA
PRESTACIÓN DE SERVICIOS
Paso I: Localización de los procesos
Después que cada experto selecciona las características por las que
considera cumplir con los requisitos para ello y las fuentes de sus
conocimientos se obtienen los siguientes resultados:
Tabla 2: Puntuaciones de cada experto evaluado
EXPERTOS EVALUADOS
Director de UEB Dirección Comercial
Director UEB 2 Gastronomía
Director UEB Hotelería
Jefe de Grupo de ATM
Director Económico
Jefe de Grupo Control de la Producción
PUNTUACIÓN
0,9135
0,9230
0,9125
0,8536
0,9035
0,9580
Como se puede ver en la tabla anterior, todos los evaluados obtienen una
puntuación mayor a 80 %, por tanto, permite avalarlos como expertos.
El sistema continúa con la identificación de los procesos potenciales los
cuales son priorizados posteriormente siguiendo los criterios definidos
anteriormente y los resultados se muestran en la Tabla 3.
El proceso productivo en la empresa se realiza a través de tres servicios
fundamentales (Alimentación, Hospedaje y Transporte de Personal), para
ello se realizan varios procesos.
�Tabla 3: Listado de los Procesos seleccionados
Gastronómico
Transportación
Alojamiento
Gestión de Recursos Humanos
Gestión Económico Financiera
Gestión Logística
Servicios Técnicos
Gestión Apoyo a los Servicios
Una vez determinada la concordancia de expertos, se clasifican los procesos
en operativos, estratégicos y de apoyo, lo que se muestra a continuación.
Tabla 4: Clasificación de los Procesos
OPERATIVOS
ESTRATÉGICOS
APOYO
Gastronómico
Gestión de Recursos Humanos
Servicios Apoyo
Transportación
Gestión Económico Financiera
Servicios Técnicos
Alojamiento
Gestión Logística
Seguidamente se designa el responsable de cada proceso el cual se
encargará del desarrollo de las tareas posteriores.
La validación del sistema prosigue con la constitución del equipo de trabajo
para delimitar procesos y subprocesos y posteriormente seleccionar las
actividades de cada proceso.
La identificación de las actividades se realiza según los criterios de
clasificación de Porter (1985) definidos anteriormente. Esta clasificación se
realiza a través de entrevistas sistemáticas con los empleados, pues poseen
la experiencia práctica y por tanto, son un elemento clave a tener en
cuenta. Una muestra de las actividades seleccionadas se presenta en la
Tabla 5.
�Tabla 5. Listado de Actividades
NO
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
ACTIVIDAD
Elaborar alimentos
Distribuir y transportar alimentos
Prestar servicios
Fregar utensilios
Trasladar trabajadores
Limpieza de vehículos
Dar mantenimiento a vehículo
Programar y controlar rutas
Abastecer el vehículo
Recaudar efectivo
Recepción y reservación
Limpieza y avituallamiento
Elaborar alimentos
Prestar servicio Restaurant Bar Cafetería
Planear y controlar salario
Realizar estudios de capacidad y carga
Realizar acciones de capacitación
Gestionar comunicación
Administrar y controlar
Registrar operaciones
Conciliar con proveedores
Gestionar cobros y pagos
Elaborar y controlar planes
Elaborar y controlar precios
Elaborar informes estadísticos
Solicitar ofertas
Solicitar contrato de servicio o compras
Asegurar materias primas y materiales
Transportar las mercancías
Almacenar
Distribuir los materiales
Gestionar software y redes
Auditar sistemas y subsistemas
Gestionar marco legal y contractual
Planear y controlar inversiones
Gestionar seguridad y salud al obrero
Gestionar calidad del servicio
Planificar y controlar portadores energéticos
Elaborar dulces, cakes y panes
Producir viandas, hortalizas y vegetales
Producir cerdos, ovejos y aves
Servicios de impresión
Tapizar muebles y vehículos
Recoger desechos sólidos
Limpiar locales y áreas exteriores
Servicio, Mantenimiento civil e industrial
�Paso II: Identificación de los elementos del costo de cada proceso
Para el análisis del valor añadido se aplican los criterios de Porter (1985)
tratados en el diseño del modelo, además de realizar la identificación de las
actividades primarias y de apoyo, paso que da continuidad al modelo. Los
resultados de muestran en la Tabla 6.
Tabla 6. Clasificación de las Actividades
CRITERIO
NO
ACTIVIDAD
1 Elaborar alimentos
2 Distribuir y transportar alimentos
3 Prestar servicios
4 Fregar utensilios
5 Trasladar trabajadores
6 Limpieza de vehículos
PRIMARIA
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
7 Dar mantenimiento a vehículo
8 Programar y controlar rutas
9 Abastecer el vehículo
10 Recaudar efectivo
11 Recepción y reservación
12 Limpieza y avituallamiento
13 Elaborar alimentos
Prestar servicio, Restaurant Bar
14 Cafetería
15 Planear y controlar salario
16 Realizar estudios de capacidad y carga
17 Realizar acciones de capacitación
18 Gestionar comunicación
19 Administrar y controlar
20 Registrar operaciones
21 Conciliar con proveedores
22 Gestionar cobros y pagos
23 Elaborar y controlar planes
24 Elaborar y controlar precios
25 Elaborar informes estadísticos
26 Solicitar ofertas
27 Solicitar contrato de servicio o compras
28 Asegurar materias primas y materiales
29 Transportar las mercancías
30 Almacenar
31 Distribuir los materiales
32 Gestionar software y redes
33 Auditar sistemas y subsistemas
34 Gestionar marco legal y contractual
APOYO
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
�X
X
X
35 Planear y controlar inversiones
36 Gestionar seguridad y salud al obrero
37 Gestionar calidad del servicio
Planificar y controlar portadores
38 energéticos
39 Elaborar dulces, cakes y panes
X
X
X
X
X
X
X
X
X
40 Producir viandas, hortalizas y vegetales
41 Producir cerdos, ovejos y aves
42 Servicios de impresión
43 Tapizar muebles y vehículos
44 Recoger desechos sólidos
45 Limpiar locales y áreas exteriores
46 Servicio, Mantenimiento civil e industrial
La selección de los inductores más adecuados está en función de los
parámetros que más influyen en la determinación de los costos y se realiza
teniendo en cuenta la clasificación de los mismos: de transacción,
intensidad y duración. Los resultados de esta selección conjuntamente con
el costo de las actividades se muestran en la Tabla 7.
Tabla 7. Inductores de Costo
NO
ACTIVIDAD
1 Elaborar alimentos
Distribuir y transportar alimentos
2
3 Prestar servicio
4 Fregar utensilios
Trasladar trabajadores
5
6 Limpieza de vehículos
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
CIP
PRIMARIA APOYO
X
X
X
X
X
X
Dar mantenimiento a vehículo
Programar y controlar rutas
Abastecer el vehículo
Recaudar efectivo
Recepción y reservación
Limpieza y avituallamiento
Elaborar alimentos
Prestar servicio, Restaurant Bar
Cafetería
Planear y controlar salario
Realizar estudios de capacidad y
carga
Realizar acciones de capacitación
Gestionar comunicación
Administrar y controlar
Registrar operaciones
Conciliar con proveedores
X
X
X
X
X
X
X
X
INDUCTOR
Cantidad de comensales
Consumo combustible/Km
recorridos
Cantidad de comensales
Cantidad de utensilios
Cantidad de obreros
Transportados
Cantidad de vehículos
Cantidad de vehículos
(Reparados)
Cantidad de controles realizados
Cantidad de vehículos (Veces)
Monto recaudado
Cantidad de solicitud
Cantidad de habitaciones
Cantidad de raciones
X
Cantidad de comensales
Cantidad de trabajadores
X
X
X
X
X
X
Cantidad de estudios
Acciones de capacitación
Acciones de comunicación
Acciones de control
Cantidad de documentos
Cantidad de conciliaciones
�22 Gestionar Cobros y Pagos
X
Elaborar y controlar planes
23
24 Elaborar y controlar precios
X
X
Elaborar informes estadísticos
25
26 Solicitar ofertas
Solicitar contrato de servicio o
27 compras
Asegurar materias primas y
28 materiales
Transportar las mercancías
29
30 Almacenar
Distribuir los materiales
31
32 Gestionar software y redes
33 Auditar sistemas y subsistemas
Gestionar marco legal y
34 contractual
35 Planear y controlar inversiones
Gestionar seguridad y salud al
36 obrero
37 Gestionar calidad del servicio
Planificar y controlar portadores
38 energéticos
39 Elaborar dulces, cakes y panes
Producir viandas, hortalizas y
40 vegetales
41 Producir cerdos, ovejos y aves
42 Servicios de impresión
43 Tapizar muebles y vehículos
44 Recoger desechos sólidos
45 Limpiar locales y áreas exteriores
Servicio, mantenimiento civil e
46 industrial
X
X
X
X
No exceder el % (Cualitativo)
% de puntualidad de entrega
(Cualitativo)
Cantidad de inspecciones
% de puntualidad de entrega
(Cualitativo)
Cantidad de solicitudes realizadas
Cantidad de contratos en
ejecución
X
X
X
Cantidad de surtidos (ton)
Toneladas de mercancías
transportadas
Surtidos en almacén
Toneladas de mercancías
transportadas
Tareas realizadas
Cantidad de inspecciones
X
X
Número de contratos
Inversiones ejecutadas
X
X
Obreros atendidos
Cantidad de inspecciones
% de puntualidad de entrega
(Cualitativo)
Cantidad de Unidades
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
Toneladas de viandas
Toneladas de carnes
Millar de modelos
Cantidad de obras
Cantidad de toneladas recogidas
Cantidad de metros cúbicos
Cantidad de Mantenimiento
realizados
Paso III: Determinación del costo de los procesos operativos
Finalmente para la determinación del costo de los procesos operativos se
continúa con el modelo propuesto. Una vez determinado el costo de las
actividades, se realiza la asignación del costo de las actividades de apoyo a
las primarias mediante la utilización del inductor que mejor refleje la
relación causa – efecto:
Consumo de Recursos
Actividad de Apoyo - Actividad Primaria
Este paso concluye con la asignación del costo de las actividades a los
procesos operativos y se obtienen los resultados que aparecen en las Tablas
8 y 9.
�Tabla 8: Total de costos tipos de procesos
COSTO
TIPO
TOTAL
DIRECTOS
DIRECTOS
PROCESO
FIJOS
TOTAL
INDIRECTO
INDIRECTO
VARIABLES
FIJOS
Total general
VARIABLES
Apoyo
747490,5
188292,63
935783,13
3827907,9
809224,07
4637131,97
5572915,1
Estratégicos
85411,13
33890,63
119301,76
2514325,39
401065,78
2915391,17
3034692,93
Operativo
14089643,53
1052172,77
15141816,3
1065712,35
184386,44
1250098,79
16391915,09
Total general
14922545,16
1274356,03
16196901,19
7407945,64
1394676,29
8802621,93
24999523,12
Tabla 9: Costo por proceso y tipo de moneda
Costo por proceso
Costo
Tipo
Directos
Total Directos Indirecto
Proceso
Moneda Fijos
Apoyo
CUC
29020,22
97777,79
126798,01
463054,58
396008,1
859062,68
985860,69
CUP
718470,28
90514,84
808985,12 3364853,32
413215,97
3778069,29
4587054,41
747490,5
188292,63
935783,13
3827907,9
809224,07
4637131,97
5572915,1
CUC
2479,48
9077,37
11556,85
377645,07
103870,64
481515,71
493072,56
CUP
82931,65
24813,26
107744,91 2136680,32
297195,14
2433875,46
2541620,37
85411,13
33890,63
119301,76 2514325,39
401065,78
2915391,17
3034692,93
CUC
5626968,06
528958,12
6155926,18
81399,24
102674,16
184073,4
6339999,58
CUP
8462675,47
523214,65
8985890,12
984313,11
81712,28
1066025,39 10051915,51
15141816,3 1065712,35
184386,44
1250098,79 16391915,09
16196901,19 7407945,64 1394676,29
8802621,93 24999523,12
Total Apoyo
Estratégicos
Total Estratégicos
Operativo
Variables
Total Operativo
14089643,53 1052172,77
Total general
14922545,16 1274356,03
Fijos
Total Indirecto Total general
Variables
Tabla 10: Total de costos de los procesos
COSTOS DE LOS
PROCESOS
PROCESOS
Alojamiento
Gastronómico
Gestión apoyo a
servicios
Gestión económico
Financiera
Gestión logística
Gestión recursos
Humanos
Servicios técnicos
Transportación
Total general
COSTO
TIPO
TOTAL
TOTAL
TOTAL
DIRECTOS
DIRECTOS INDIRECTO
INDIRECTO GENERAL
FIJOS
VARIABLES
FIJOS
VARIABLES
2060329,6 303178,78 2363508,4
94477,49
14082,16 108559,65 2472068,1
10661823
284154,9 10945978 532983,47 140622,93
673606,4 11619585
747490,5
176009,84 923500,34
3728126,4
810516,27
3504,08
29288,93
397424,91
1088756,1
210011,9
99273,31
607436,81 610940,89
1188029,5 1217318,4
1016,75
1016,75
7436,67
7436,67
469766,08 1922667,7
1274356 16196901
332756,27
848205,42
385215,54
7407945,6
26196,13
65582,44
28391,15
1394676,3
358952,4 359969,15
913787,86 921224,53
413606,69 2336274,4
8802621,9 24999523
3504,08
29288,93
1452901,6
14922545
4538642,7
5462143
�Tabla 11: Total de costos de los procesos y tipo de moneda
COSTO POR PROCESO
MONEDA
COSTO
TOTAL
CUC
CUC
DIRECTOS
Alojamiento
778580,33
19812,8 798393,13 1584928,1
Gastronómico
4455403,5
135898,17 4591301,7 6490574,8
537708,23
7028283
11619585
Gestión Apoyo a Servicios
Gestión Económico
Financiera
125284,99
822295,24 947580,23 798215,35
3716347,4 4514562,8
5462143
80471,61
88746,85 1673674,9 2472068,1
81720,14
2255,55
526965,2 529220,75 610940,89
27360,27
926501,68 953861,95 1217318,4
45044,86
560,54
314363,75 314924,29 359969,15
138272,9
2857,42
780094,21 782951,63 921224,53
926799,57
26363,9 953163,47 995868,14
387242,79 1383110,9 2336274,4
6294281
1524651,8 7818932,8 9902620,1
1928,66
456,21
44588,65
Servicios Técnicos
4579,25
133693,65
Total general
INDIRECTO
261527,77 263456,43
Gestión Logística
Gestión Recursos
Humanos
Transportación
DIRECTOS
TOTAL
GENERAL
SERVICIO
1248,53
INDIRECTO
TOTAL
CUP
CUP
7277970,1
17180590
Gráfico 1. Estructura del costo por proceso
Una vez calculado el costo de cada actividad se puede proseguir con el
cálculo del costo de los productos, servicios y clientes. No obstante con el
cálculo del costo de las actividades, se pueden tomar decisiones en cuanto
a: el costo de las actividades de la empresa, reducciones de costos basadas
en el análisis de las actividades y decisiones sobre reducción, eliminación o
división de determinadas actividades.
24999523
�DETERMINACIÓN DE COSTOS UNITARIOS EN EL PROCESO
OPERATIVO
Servicios prestados Promedio en el proceso gastronómico
Unidad (uno)
MERIENDA
4327488
ALMUERZO
1269648
COMIDA
265824
TOTAL
5862960
Gastos de comedores $ 5 834 241,93
Costo unitario comensal = Gasto de comedores / (almuerzo + comida)
Costo unitario comensal = 5 834 241.93 / (256 824 + 51 269 648)
Costo unitario comensal = 0.959 centavos por comensal
Servicios prestados.
transportación
TRABAJADORES
TRANSPORTADOS
1 430 600
Promedio
de
gastos
en
el
proceso
de
GASTOS DE
TRANSPORTACIÓN
2 336 274,4
Costo unitario Transp. Obrero = Gasto de Transporte / Trab. Transportado
Costo unitario Transp. Obrero = 2 336 274,4 / 1 430 600
Costo unitario Transp. Obrero = 1.633 pesos por trabajador
�Conclusiones:
1. El ABC constituye un potente sistema de gestión que se presenta
como una alternativa a los sistemas tradicionales, en un intento de
superar las deficiencias presentadas por estos en el cálculo de los
costos y, como un sistema que ayuda en la gestión de acuerdo con
las nuevas exigencias de información en las empresas modernas.
2. El ABC además de basarse en el análisis de las actividades y los
costos tiene en cuenta otras variables críticas de éxito (calidad,
innovación,
tiempo,
flexibilidad),
abandona
la
visión
por
departamentos de la empresa, permite valorar y tomar decisiones
relacionadas con otros objetos de costo diferentes a los productos y
rastrea el consumo de los recursos que realizan los productos desde
su concepción hasta su abandono.
3. El conocimiento de los trabajadores y en especial de la alta gerencia
sobre las posibilidades que brinda el modelo ABC, es de especial
atención en cada una de las organizaciones que vayan a aplicar este
sistema.
4. El modelo diseñado puede ser aplicado a cualquier proceso industrial
o de servicio.
5. El costo basado en las actividades fue diseñado y aplicado partiendo
de las reglas para su instalación, teniendo en cuenta sus ventajas y
desventajas en la prestación de servicios de gastronomía,
transportación y hospedaje, como una herramienta de gestión de los
costos que contribuye a una mejor toma de decisiones.
.
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�
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Modelo para la aplicación del sistema de costo ABC a procesos industriales
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Yamilka Blanco García
Nancy Almaguer Laurencio
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2015