1 10 113 https://repoedum.ismm.edu.cu/files/original/284686aa80d2f53350c9cba74060ecec.pdf ff47ff0fe8e39a67f6b06fdfd79a0e5a PDF Text Text Tesis doctoral EVALUACIÓN DE PELIGROS DE DESLIZAMIENTOS Y LICUEFACCIÓN DE SUELOS INDUCIDOS POR LA ACTIVIDAD SÍSMICA EN CUBA SURORIENTAL Sandra Yanetsy Rosabal Domínguez �REPÚBLICA DE CUBA MINISTERIO DE EDUCACIÓN SUPERIOR INSTITUTO SUPERIOR MINERO METALÚRGICO DR. ANTONIO NÚÑEZ JIMÉNEZ FACULTAD DE GEOLOGÍA Y MINERÍA DEPARTAMENTO DE GEOLOGÍA EVALUACIÓN DE PELIGROS DE DESLIZAMIENTOS Y LICUEFACCIÓN DE SUELOS INDUCIDOS POR LA ACTIVIDAD SÍSMICA EN CUBA SURORIENTAL Tesis en opción al grado científico de Doctor en Ciencias Geológicas MSc. Sandra Yanetsy Rosabal Domínguez Moa, Holguín 2018 �REPÚBLICA DE CUBA MINISTERIO DE EDUCACIÓN SUPERIOR INSTITUTO SUPERIOR MINERO METALÚRGICO DR. ANTONIO NÚÑEZ JIMÉNEZ FACULTAD DE GEOLOGÍA Y MINERÍA DEPARTAMENTO DE GEOLOGÍA EVALUACIÓN DE PELIGROS DE DESLIZAMIENTOS Y LICUEFACCIÓN DE SUELOS INDUCIDOS POR LA ACTIVIDAD SÍSMICA EN CUBA SURORIENTAL Tesis presentada en opción al Grado Científico de Doctor en Ciencias Geológicas Autor: MSc. SANDRA YANETSY ROSABAL DOMÍNGUEZ Tutores: Dr. Alina Rodríguez Infante Dr. José Alejandro Zapata Balanqué Moa, Holguín 2018 �AGRADECIMIENTOS En primer lugar, mi más profundo agradecimiento a mis tutores, los doctores Alina Rodríguez Infante y José Alejandro Zapata Balanqué. Muchas gracias por confiar en mí y darme la oportunidad de llevar a cabo esta investigación. Gracias por el tiempo invertido, los consejos y apoyos concedidos sin reservas. Agradezco al Instituto Superior Minero Metalúrgico Dr. Antonio Núñez Jiménez (ISMM), donde me formé como profesional, y al colectivo de profesores de la Facultad de Geología y Minas (doctores Carlos Leyva, Rafael Guardado y Nicolás Muñoz; así como a los másteres Yurisley Valdés y Liuska Fernández) por la ayuda brindada. A Teresa Hernández, por guiarme en la tramitación del doctorado, sus consejos y sugerencias. Doy gracias a mi compañero Ing. Ricardo Oliva Álvarez, por su voluntad de apoyarme durante el trabajo de campo, con muestras de gran empeño y dedicación. Mis agradecimientos al Dr. Tomás Chuy Rodríguez, que apoyó el trabajo de campo en Guamá y II Frente. Gracias al técnico Silvio Rodríguez Albear, por la ayuda brindada; a los investigadores Eberto Hernández y Nicolás Vega, por su valiosa ayuda e información necesaria para la culminación de esta investigación; a los doctores Antonio Salgado y Darío Candebat, por su apoyo y empeño para que terminara la investigación. También agradezco de corazón a todos mis compañeros, que de una u otra forma me apoyaron en la realización de este trabajo. Asimismo, a los oponentes, doctores Liber Galbán Rodríguez, José Rueda, Enrique Arango Arias, Carlos Pérez Pérez, Fernando Guasch Hechavarría, José Fernando �Alcaide Orpi y al especialista Eric Escobar Pérez; a todos, muchas gracias por sus sugerencias, revisión formal de la tesis, comentarios y señalamientos oportunos. Quiero dar las gracias al Centro Nacional de Investigaciones Sismológicas (Cenais), por formarme como investigadora; al Dr. Bladimir Moreno Toirac (actual director) y al Consejo Científico, por fortalecer la investigación a través de la asignación del número de oponentes. Gracias, Yordan Infante y Alberto Beiris, por su valiosa ayuda en el manejo de los SIG. Agradezco a la Dra. Ingrid Vidau, por su apoyo en la realización de esta tesis. Doy gracias al Dr. Guillermo Riveaux, la MSc. Melek Campos Sofía, la Lic. Ena Tauler Marañón y la Dra. Elizabeth Isaac Alemán del Centro Nacional de Electromagnetismo Aplicado (CNEA). Agradezco al MSc. Rafael Chagman por su ayuda incondicional. Finalmente, gracias a mi madre y mi tía Miriam, que desde el comienzo de mis estudios me apoyaron en todo y fueron las que me inculcaron los deseos de llegar a ser una profesional de este país; a mi hija y esposo, por tolerarme durante estos años; al Dr. Amauris Domínguez, por sus ánimos y porque desde la distancia siempre estuvo pendiente del desarrollo de la investigación. ¡A todos, gracias de corazón! �DEDICATORIA A mi familia, por su cariño y apoyo incondicional �SĺNTESIS Los movimientos telúricos de gran intensidad traen consigo la manifestación de fenómenos geológicos secundarios, entre estos los principales son los deslizamientos, la amplificación y la licuefacción de suelos; por tanto, su estudio y consideración en la prevención de desastres es importante. La presente investigación tiene como objetivo evaluar en Cuba suroriental la susceptibilidad a los peligros de deslizamientos y licuefacción de suelos inducidos por actividad sísmica, a partir de la integración de los métodos morfométricos, la tectónica activa y el análisis sismológico. La aplicación de estos métodos integrados en los sectores elegidos (Guamá, Santiago de Cuba y Guantánamo) permitió obtener la caracterización de nueve bloques morfotectónicos, donde predominan los deslizamientos en los bloques en ascenso y prevalece la licuefacción en los bloques en descenso relativo. Se obtuvo además la zonación de la susceptibilidad a la licuefacción y a los deslizamientos en estos territorios; el análisis del carácter activo de las principales fallas, así como su clasificación de acuerdo con estos criterios. Palabras claves: susceptibilidad. deslizamientos, licuefacción de suelos, morfotectónica, �ABSTRACT High-intensity telluric movements bring with them the manifestation of secondary geological phenomena, the main being the landslides, the amplification, and liquefaction of soils; as their study and consideration in disaster prevention is important. The present research aims to evaluate in Southeast Cuba the susceptibility to the hazards of landslides and liquefaction of soils induced by seismic activity, through the integration the morphometric methods, the active tectonics and the seismological analysis. The application of these integrated methods in the sectors the study (Guamá, Santiago de Cuba and Guantánamo) allowed to obtain the characterization of nine morphotectonic blocks, where landslides predominate in the rising blocks and liquefaction prevails in the blocks in relative descent. The zonation of the susceptibility to liquefaction and landslides in these territories; the analysis of the active nature of the main faults, as well as their classification according to these criteria. Keywords: landslides, liquefaction of soils, morphotectonic, susceptibility �ÍNDICE Págs. SÍNTESIS ABSTRACT INTRODUCCCIÓN 1 CAPÍTULO 1. DESLIZAMIENTOS Y LICUEFACCIÓN COMO 11 PELIGROS GEOLÓGICOS INDUCIDOS POR LA ACTIVIDAD SÍSMICA 1.1 Introducción 11 1.2 Licuefacción y deslizamientos inducidos por sismos 11 1.2.1 Caracterización de la peligrosidad por deslizamientos 12 1.2. 2 Caracterización de la peligrosidad por licuefacción de suelos 17 inducida por sismos 1.3 Estudios de peligro por licuefacción y deslizamientos inducidos por 18 sismos, situación internacional y nacional 1.4 Metodologías empleadas en la evaluación de la susceptibilidad a 28 licuefacción y deslizamientos inducidos por sismos 1.5 Condiciones ingeniero-geológicas y sismotectónicas de Cuba 31 suroriental 1.6 Conclusiones 39 CAPÍTULO 2. METODOLOGÍA PARA LA EVALUACIÓN DE LA SUSCEPTIBILIDAD A LOS PELIGROS DE DESLIZAMIENTOS Y LICUEFACCIÓN DE SUELOS, INDUCIDOS POR LA ACTIVIDAD SÍSMICA 40 �ÍNDICE Págs. 2.1 Introducción 40 2.2 Metodología de la investigación 40 2.3 Metodología para la evaluación de la susceptibilidad a los peligros 41 de deslizamientos y licuefacción de suelos inducidos por actividad sísmica 2.3.1 Caracterización geológica 42 2.3.2 Factores antrópicos 42 2.3.3 Caracterización morfotectónica 42 2.3.3.1 Definición de estructuras tectónicas 42 2.3.3.2. Realización del análisis geomorfológico 45 2.3.3.3 Revaluación de estructuras tectónicas regionales o límites de 45 bloques morfotectónicos 2.4. Evaluación sismológica 47 2.4.1 Ejecución de análisis de los catálogos del Servicio Sismológico 47 Nacional (SSN) 2.4.2 Realización de análisis de la información macrosísmica existente 48 2.4.3 Obtención de las máximas aceleraciones esperadas 48 2.4.4 Aplicación del Criterio Magnitud-Distancia 48 2.5. Peligros inducidos por actividad sísmica 49 2.5.1 Evaluación de la susceptibilidad a la licuefacción de suelos 49 inducida por sismos �ÍNDICE Págs. 2.5.1.1 Criterio geológico-geomorfológico 50 2.5.1.2 Criterio si/no se caracterizan los suelos a licuar 52 2.5.2 Evaluación de la susceptibilidad a los deslizamientos inducidos por 53 sismos 2.5.2.1 Método zonación pasiva 53 2.5.2.2 Comprobación directa 56 2.6 Conclusiones 56 CAPÍTULO 3. EVALUACIÓN DE LA SUSCEPTIBILIDAD A LOS 57 PELIGROS DE DESLIZAMIENTOS Y LICUEFACCIÓN DE SUELOS INDUCIDOS POR ACTIVIDAD SÍSMICA EN TRES SECTORES DE CUBA SURORIENTAL 3.1 Introducción 57 3.2 Ubicación y caracterización general de los tres sectores de Cuba 57 suroriental 3.3 Evaluación de los peligros de deslizamientos y licuefacción de 59 suelos inducidos por la actividad sísmica en el sector Guamá 3.3.1 Caracterización geológica 59 3.3.2 Factores antrópicos 60 3.3.3 Caracterización morfotectónica 61 3.3.4 Definición de estructuras tectónicas 61 �ÍNDICE Págs. 3.3.5 Realización del análisis geomorfológico 65 3.3.6 Revaluación de estructuras tectónicas regionales o límites de 66 bloques morfotectónicos 3.3.7 Evaluación sismológica 69 3.3.8 Peligros inducidos por la actividad sísmica 69 3.4. Evaluación de los peligros de deslizamientos y licuefacción de 72 suelos inducidos por la actividad sísmica en el sector Santiago de Cuba 3.4.1 Caracterización geológica 72 3.4.2 Factores antrópicos 74 3.4.3 Caracterización morfotectónica 75 3.4.4 Definición de estructuras tectónicas 75 3.4.5 Realización del análisis geomorfológico 79 3.4.6 Revaluación de estructuras tectónicas regionales o límites de 80 bloques morfotectónicos 3.4.7 Evaluación sismológica 83 3.4.8 Peligros inducidos por la actividad sísmica 84 3.5. Evaluación de los peligros de deslizamientos y licuefacción de 86 suelos inducidos por la actividad sísmica en el sector Guantánamo 3.5.1 Caracterización geológica 87 3.5.2 Factores antrópicos 88 3.5.3 Caracterización morfotectónica 89 �ÍNDICE Págs. 3.5.4 Definición de estructuras tectónicas 89 3.5.5 Realización del análisis geomorfológico 92 3.5.6 Revaluación de estructuras tectónicas regionales o límites de 93 bloques morfotectónicos 3.5.7 Evaluación sismológica 95 3.5.8 Peligros inducidos por la actividad sísmica 96 3.6 Conclusiones 97 CONCLUSIONES 99 RECOMENDACIONES 100 BIBLIOGRAFÍA 101 ANEXO �INTRODUCCIÓN �INTRODUCCCIÓN Los terremotos son fenómenos geológicos devastadores que causan cada año pérdidas de vidas humanas y materiales. En el período 2010-2017 han ocurrido en el mundo 11 terremotos fuertes (Japón 2011, Chile 2010, 2014, 2015 y 2016; Indonesia 2012, Rusia 2013, Ecuador 2016, México e Irak 2017), de acuerdo con los datos del servicio geológico de los Estados Unidos (United States Geological Survey (USGS) en el 2017, con magnitudes superiores a los 7,1 grados en la escala Richter; de estos, el sismo de Japón fue el más devastador y el que mayor número de víctimas humanas provocó. Los movimientos telúricos de gran intensidad traen consigo la manifestación de fenómenos geológicos secundarios. Entre los principales se encuentran los deslizamientos, la amplificación y licuefacción de los suelos; por tanto, su estudio y consideración en la prevención de desastres es importante. En el caso de Cuba, el área geográfica de mayor peligrosidad sísmica es la región oriental debido a su cercanía al contacto tectónico entre las placas Norteamérica y la del Caribe (zona de falla Bartlett-Caimán u Oriente). Asociadas con los terremotos de mayor magnitud de esta región se han reportado manifestaciones de licuefacción de suelos y deslizamientos. 1 �En el caso de la licuefacción de suelos existen dos reportes en Cuba Oriental, uno en 1551 en las localidades de Bayamo, Yara, Cauto Embarcadero y Niquero (Cotilla y Córdoba, 2010) y el otro en 1932; este último proceso afectó las zonas bajas cercanas a la bahía de Santiago de Cuba, donde existen sedimentos aluviales de baja compactación, compuestos por arcillas orgánicas, limo orgánico y arcilla muy plástica, según Fernández et al (2016). En cambio, los deslizamientos inducidos por sismos fueron reportados en varias ocasiones: 1852 en la sierra de La Gran Piedra, 1930 en Maffo y Puerto Moya, 1947 en la loma del Kake en Santiago de Cuba y 1976 en la costa sur, cerca de la Sierra Maestra, entre los municipios Guamá y Pilón (Chuy y Pino, 1982). El Centro Nacional de Investigaciones Sismológicas (Cenais) dirige los estudios sismológicos del sismogeneradoras país. Esta principales institución (Chuy et tiene al., identificadas 1997), así las zonas como otras caracterizaciones específicas relacionadas con la manifestación de los sismos y el peligro que generan. Sin embargo, los fenómenos secundarios que estos inducen (deslizamientos y licuefacción de suelos) son pocos tratados y se encuentran caracterizados a través de diferentes métodos. En el caso de los deslizamientos, a nivel regional están los resultados obtenidos por Castellanos E. (2008), así como los alcanzados para las provincias de Santiago de Cuba (Villalón et al., 2012; Galbán y Guardado, 2016), Guantánamo (Savón et al., 2017) y Holguín (Colectivo de autores, 2011); la mayoría de ellos realizados para los estudios de peligro, vulnerabilidad y riesgos (PVR); dirigidos por la Agencia Nacional de Medio Ambiente (AMA) y la Defensa Civil, en cumplimiento de las indicaciones de la Directiva 1/2010. 2 �Estos estudios, específicamente los referidos a la temática de los deslizamientos, consideran de conjunto elementos sísmicos y ambientales, así como los catalizadores de estos fenómenos: lluvias y aceleración pico, mediante metodologías propias diseñadas a tales efectos. En la actualidad los mismos sirven de guía a nivel nacional y territorial para la toma de decisiones en situaciones de desastres por parte de la Defensa Civil, los Centros de Gestión y Reducción de Riesgos (CGRR), Planificación Física y otras entidades del estado. A propósito de la licuefacción de suelos, existen estudios detallados específicos en distintas partes de Cuba Oriental, como en la ciudad de Santiago de Cuba (García et al., 2002; Márquez et al., 2002; Heredia y Calderín, 2004; Chuy et al., 2015b; Fernández et al., 2016), en Guantánamo (Fernández et al., 2017) y en Holguín (Zapata et al., 2013). Estos también han sido entregados a las autoridades locales para su empleo en la toma de decisiones ante posibles desastres. Independientemente de lo expresado con anterioridad, en el caso de los deslizamientos estos estudios no evalúan los elementos morfométricos, sismológicos y la tectónica activa de forma integrada; ya abordados parcialmente por varios autores en diferentes partes del mundo (Everard y Savigny, 1994; Vargas, 2002; Aristizábal y Yokota, 2006; Flores y Hernández, 2012). Los métodos morfométricos y geomorfológicos ayudan a precisar los peligros inducidos por sismos y tienen como ventajas: 1. Permiten la caracterización y cartografiado del fallamiento con énfasis en las estructuras activas. 2. El estudio de las condiciones morfotectónicas a escala detallada. 3 �3. Elevan el conocimiento para la zonación de la susceptibilidad a los deslizamientos y licuefacción de suelos. En Cuba, varias investigaciones se han enfocado en la elaboración de mapas de zonas sismogeneradoras (Orbera, 1985; González et al., 1991; Cotilla, 1998, 1999, 2001; Cotilla et al., 1997; Cotilla y Álvarez, 1998; Chuy et al., 1997; Pérez et al., 2008; Cabrera et al., 2011; Arango, 2014), pero no se ha concebido la zonación de la susceptibilidad a deslizamientos y licuefacción de suelos inducidos por sismos, mediante el empleo integrado de métodos morfométricos, la tectónica activa y el análisis sismológico, incorporados a los métodos tradicionales que evalúan estos peligros geológicos secundarios, lo cual permite identificar las zonas donde deben realizarse estudios de detalle. Estos mapas de susceptibilidad pueden utilizarse como un instrumento en la toma de decisiones por las autoridades, la Defensa Civil y Cenais, entre otras instituciones. El estudio bibliográfico mostró que existe poca ejecución de estudios morfotectónicos (Lilienberg et al., 1988; Magaz et al., 1991; Hernández et al., 1991; Hernández et al., 1994; Rodríguez, 1998; Zamorano et al., 2000; Rosabal, 2001) que valoren la susceptibilidad a los deslizamientos y licuefacción inducidos por sismos, para que puedan emplearse en el perfeccionamiento de las determinaciones del peligro sísmico de esta región. El análisis anterior establece como problema científico que los estudios de deslizamientos y licuefacción inducidos por actividad sísmica en el territorio de Cuba suroriental no integran los métodos morfométricos, la tectónica activa y el análisis sismológico, hecho que limita la evaluación de sus manifestaciones. 4 �A partir de ese problema se define como objetivo general evaluar en Cuba suroriental la susceptibilidad a los peligros de deslizamientos y licuefacción de suelos, inducidos por actividad sísmica, a partir de la integración de los métodos morfométricos, la tectónica activa y el análisis sismológico. El objeto de estudio está constituido por los peligros de deslizamientos y licuefacción de suelos inducidos por actividad sísmica. Y como campo de acción se establece la evaluación de la susceptibilidad a los peligros de deslizamientos y licuefacción de suelos, inducidos por actividad sísmica, en Cuba suroriental. Se elaboraron los siguientes objetivos específicos 1. Evaluar conceptual y contextualmente los deslizamientos y la licuefacción como peligros geológicos inducidos por la actividad sísmica. 2. Aplicar los métodos morfométricos, la tectónica activa y el análisis sismológico, apoyados en herramientas del Sistema de Información Geográfica (SIG) en el área de investigación. 3. Evaluar la susceptibilidad a los peligros de deslizamientos y licuefacción de suelos inducidos por actividad sísmica en tres sectores de Cuba suroriental. Se plantea como hipótesis que, si se determinan las características morfométricas y geomorfológicas, sismológicas y tectónicas de un territorio, entonces se podrán definir las zonas de mayor susceptibilidad a los peligros de deslizamientos y licuefacción de suelos, inducidos por la actividad sísmica, lo que permitirá mejorar la estimación de la peligrosidad ante estos fenómenos. Para cumplir con los objetivos propuestos en esta investigación fue necesario desarrollar varias tareas: 5 �1. Valoración de la bibliografía existente relacionada con los deslizamientos y licuefacción de suelos como peligros geológicos inducidos por actividad sísmica. 2. Aplicación de los métodos morfométricos, el análisis sismológico y la tectónica activa en el área de investigación, apoyados en herramientas del Sistema de Información Geográfica (SIG). 3. Determinación de las posibles alineaciones y parámetros que indican movimientos tectónicos en los sectores de estudio de Cuba suroriental. 4. Realización del análisis geomorfológico, la caracterización geológica y antrópica de los sectores de estudio de Cuba suroriental. 5. Revaluación de las estructuras tectónicas regionales o límites de bloques morfotectónicos. 6. Definición de los bloques morfotectónicos de cada sector de investigación. 7. Caracterización de la sismicidad de la región de Cuba suroriental y los sectores de estudio. 8. Valoración de la susceptibilidad a los peligros de deslizamientos y licuefacción de suelos inducidos por la actividad sísmica en los sectores de estudio de Cuba suroriental. En la región de Cuba suroriental se seleccionaron tres sectores de estudio, bajo los siguientes criterios: x Áreas que poseen suficiente grado de estudio que permiten verificar los resultados. x Ciudades o asentamientos humanos ubicados en zonas de alta peligrosidad sísmica. 6 �x Cercanía a las zonas de falla Oriente, la más importante de la región. La novedad científica de este trabajo se basa en la integración de un conjunto de métodos morfométricos, el análisis sismológico y la tectónica activa para determinar los niveles de susceptibilidad a los deslizamientos y licuefacción de suelos inducidos por actividad sísmica, lo cual permite estimar la peligrosidad ante estos fenómenos. Las ventajas de su aplicación pueden resumirse en: x Se elabora una metodología para evaluar los peligros de deslizamientos y licuefacción de suelos, inducidos por la actividad sísmica. x Se obtienen nuevos mapas de susceptibilidad a los deslizamientos y licuefacción de suelos inducidos por actividad sísmica, para los sectores Guamá, Santiago de Cuba y Guantánamo, en todos los casos comprobados en el campo. x Se establecen las fallas principales que cortan los sectores de estudios. x Se caracterizan nueve bloques morfotectónicos entre los tres sectores de Cuba suroriental; de ellos, siete en ascenso y dos en descenso relativo. La actualidad de la investigación está en correspondencia con los objetivos priorizados de la Defensa Civil Nacional, establecidos en la Directiva No.1/2010 del presidente del Consejo de Defensa Nacional Para la organización, planificación y preparación del país para situaciones de desastres; con los objetivos estratégicos nacionales del Citma y con los Lineamientos de la Política Económica y Social del Partido Comunista de Cuba, aprobados por el 7mo Congreso. La reducción de riesgo de desastres naturales en Cuba es una prioridad. Como parte del DIRDN (Decenio Internacional para la Reducción de Desastres 7 �Naturales), el gobierno, apoyado en un marco legal internacional (Declaración de Río sobre el Medio Ambiente y Desarrollo, Convención Marco de Naciones Unidas sobre Cambio Climático, El Marco de Sendai 2015-2030 para la Reducción del Riesgo de Desastres (MSRRD), Cumbre de Desarrollo Sostenible) y nacional (Ley 75 de la Defensa Nacional, Ley 81 del Medio Ambiente, Decreto Ley 170/97 del Sistema de Medidas de Defensa Civil, Decreto 262/99 de la Compatibilización del Desarrollo Económico Social del País con los Intereses de la Defensa, Resolución No.6/2002) a través de la Defensa Civil y el Cenais, ha desarrollado instrumentos y herramientas que permiten determinar el peligro, la vulnerabilidad y el riesgo sísmico; accionar en su prevención y dar una respuesta eficaz. Además, complementa los estudios de peligro, vulnerabilidad y riesgo de los territorios estudiados; el ordenamiento territorial, los proyectos constructivos y las medidas de defensa civil. El aporte teórico reside en que la metodología utilizada en la investigación permite integrar los métodos morfométricos, el análisis sismológico y la tectónica activa para la evaluación de la susceptibilidad a los peligros geológicos inducidos por la actividad sísmica y mejora el rigor de las evaluaciones que se realicen; asimismo, permite profundizar el conocimiento geológico de los sectores de estudio. El aporte práctico es la determinación de los niveles de susceptibilidad a los peligros de deslizamientos y licuefacción de suelos inducidos por actividad sísmica en los sectores seleccionados de Cuba suroriental, a partir de la integración de métodos morfométricos, el análisis sismológico y la tectónica 8 �activa; así como la caracterización de las fallas activas y la elaboración de los mapas morfotectónicos de estos sectores. Los resultados que se alcancen en la investigación se podrán insertar dentro de las acciones estratégicas relacionadas con la planificación y desarrollo de las zonas costeras y constituirán una base informativa para los estudios del programa del estado cubano para El enfrentamiento al Cambio Climático denominado Tarea Vida, teniendo en cuenta la alta susceptibilidad del territorio estudiado a los cambios de la dinámica global. El impacto social y ambiental es el incremento en la precisión de la zonación de la susceptibilidad a los peligros de deslizamientos y licuefacción de suelos inducidos por sismos, a través de la integración de los métodos morfométricos, el análisis sismológico y la tectónica activa; además será posible mejorar la estimación de la peligrosidad, vulnerabilidad y riesgo ante estos fenómenos. Estos resultados tienen mayor incidencia en las áreas urbanizadas de las ciudades de Santiago de Cuba, Guantánamo y el poblado de Chivirico. El impacto económico establece que, al contar con zonas inestables por peligros geológicos inducidos por actividad sísmica, se ofrece la posibilidad de planificar físicamente el espacio y diseñar y ejecutar proyectos de construcción económicamente sustentables. Además, se incrementa la precisión de los estudios de PVR de los sectores estudiados y sus asentamientos humanos. En cuanto a los métodos de investigación, se emplearon métodos teóricos (histórico-lógico, hipotético-deductivo, inducción-deducción, análisis-síntesis y modelación), empíricos (documental o bibliográfico y estudio de caso) y el estadístico. 9 �La presente investigación define como estructura de la tesis la introducción, tres capítulos, conclusiones, recomendaciones, bibliografía y anexos. El primer capítulo consta de introducción, epígrafes enfocados en los peligros geológicos inducidos por sismos, situación internacional y nacional; así como una caracterización ingeniero–geológica y sismotectónica de Cuba suroriental. En el Capítulo 2 se explica la metodología seguida en la investigación, la cual se desarrolló en tres etapas: preliminar, experimental y gabinete. Se diseña y se desarrolla una metodología que integra los métodos morfométricos, el análisis sismológico y la tectónica activa para obtener la zonación de la susceptibilidad a los peligros de deslizamientos y licuefacción de suelos, con el apoyo de herramientas del SIG. En el Capítulo 3 se presentan los resultados de la aplicación de la metodología en los sectores seleccionados de Cuba suroriental. Se obtiene la caracterización de bloques morfotectónicos, el fallamiento activo y la zonación de la susceptibilidad a los peligros de deslizamientos y licuefacción de suelos inducidos por sismos. 10 �CAPÍTULO 1. DESLIZAMIENTOS Y LICUEFACCIÓN COMO PELIGROS GEOLÓGICOS INDUCIDOS POR LA ACTIVIDAD SÍSMICA �CAPÍTULO 1. DESLIZAMIENTOS Y LICUEFACCIÓN COMO PELIGROS GEOLÓGICOS INDUCIDOS POR LA ACTIVIDAD SÍSMICA 1.1 Introducción En este capítulo se establece el basamento teórico de la investigación. Su objetivo es realizar una valoración de las principales amenazas geológicas inducidas por la actividad sísmica, los deslizamientos y la licuefacción de suelos; su evaluación y situación internacional y nacional. 1.2 Licuefacción y deslizamientos inducidos por sismos Un sismo, terremoto, movimiento telúrico o temblor de tierra es un fenómeno geológico de carácter repentino, que ocurre por una liberación súbita de energía en un punto de la corteza terrestre; este movimiento causa ondas sísmicas, que se propagan desde el punto de origen y viajan a través de la tierra. De forma general, los sismos pueden producirse por varias causas, tales como: el choque de las placas tectónicas de la tierra, los deslizamientos de tierra, el ascenso del magma volcánico, los colapsos de rocas inducidos por el llenado rápido de los embalses, el choque de meteoritos y la acción antrópica. Los terremotos se caracterizan por cuatro parámetros: tiempo de origen, foco o hipocentro, epicentro, magnitud e intensidad. 11 �Los efectos de un terremoto pueden ser varios: movimiento y ruptura del suelo, deslizamientos de tierra, incendios, licuefacción de suelos, tsunamis, inundaciones y lesiones o pérdidas de vidas humanas; además de daños en las carreteras, puentes y en general en los bienes. 1.2.1 Caracterización de la peligrosidad por deslizamientos Los deslizamientos son fenómenos que contribuyen significativamente a la evolución del relieve y el paisaje en numerosas regiones de la superficie terrestre, modifican más o menos bruscamente las condiciones ambientales y están entre los peligros de origen geológico que causan los daños más extendidos en el mundo. Para que ocurra un deslizamiento es necesario, como condición, la existencia de un talud o ladera, que posea pendiente o cambios de altura significativos (Suárez, 1998). Los elementos morfométricos de un talud o ladera son: x Altura. Es la distancia vertical entre el pie y la cabeza. Se presenta claramente definida en taludes artificiales, pero es complicada de cuantificar en las laderas debido a que el pie y la cabeza no son accidentes topográficos bien marcados. x Pie. Corresponde al sitio de cambio brusco de pendiente en la parte inferior. x Cabeza o escarpe. Se refiere al sitio de cambio brusco de pendiente en la parte superior. x Altura de nivel freático. Distancia vertical desde el pie del talud o ladera hasta el nivel de agua medida debajo de la cabeza. 12 �x Pendiente. Es la medida de la inclinación del talud o ladera. Puede medirse en grados, porcentaje o relación m/1; en la cual m es la distancia horizontal que corresponde a una unidad de distancia vertical (ver figura 1). Figura 1. Nomenclatura de taludes y laderas. Fuente: Suárez, (1998). Existen, además, otros factores topográficos, como son: longitud, convexidad (vertical), curvatura (horizontal) y área de cuenca de drenaje; los cuales pueden tener influencia sobre el comportamiento geotécnico del talud. Un deslizamiento puede ser descrito por las características geomorfológicas de la masa desplazada y del terreno alrededor del movimiento. Estas características definen un cierto número de elementos morfológicos, que han sido descritos por Varnes (1978): x Corona. Sector de la ladera que no ha fallado, se localiza en la parte más alta de la zona deslizada. En ocasiones presenta grietas, llamadas grietas de la corona. x Escarpe principal. Superficie de la pendiente muy fuerte, localizada en el límite del deslizamiento y originada por el material desplazado de la ladera. Si este escarpe se proyecta bajo el material desplazado, se obtiene la superficie de ruptura. 13 �x Escarpe menor. Superficie de pendiente muy fuerte en el material desplazado, producida por el movimiento diferencial dentro de este material. x Punta de la superficie de ruptura. Intercepción (algunas veces cubierta) entre la parte baja de la superficie de ruptura y la superficie original del terreno. x Cabeza. Parte superior del material desplazado a lo largo de su contacto con el escarpe principal. x Tope. Punto más alto de contacto entre el material desplazado y el escarpe principal. x Cuerpo principal. Parte del material desplazado sobre el que yace la superficie de ruptura localizada entre el escarpe principal y la punta de la superficie de ruptura. x Flanco. Lado del deslizamiento. x Pie. Porción del material desplazado que descansa ladera abajo desde la punta de la superficie de ruptura. x Dedo. Margen del material desplazado más distante del escarpe principal. x Punta. Punto en el pie más distante del tope del deslizamiento (figura 2). Figura 2. Elementos estructurales de un deslizamiento. Fuente: Varnes, (1978). 14 �Según un colectivo de autores (2011), los factores condicionantes en la formación de deslizamientos en un territorio son: x La estructura y composición geológica de las laderas y taludes. x Las particularidades de las propiedades físico-mecánicas de las rocas y suelos. x Las condiciones de actividad de las aguas subterráneas cercanas a la superficie. x Las condiciones de actividad de las aguas superficiales. x La presencia de vegetación. x Las particularidades climáticas de la región. x El régimen hidrológico de las cuencas, sus arroyos y ríos con sus tramos deslizables. x El relieve del terreno. x Los movimientos neotectónicos y los fenómenos sísmicos a ellos asociados. En términos generales, la inestabilidad de las laderas, inducida por sismos, incluye una variedad de fenómenos que pueden ser clasificados, según Keefer and Wilson (1989), en tres principales categorías. x Categoría I: caídas de rocas o suelos, deslizamiento de suelos o rocas, deslizamiento translacional a lo largo de una superficie debilitada, aludes de roca y suelo. x Categoría II: deslizamiento rotacional de suelos o masas de rocas, flujos de tierra lentos. x Categoría III: propagación lateral, flujos de tierra rápidos. 15 �Según Keefer (1984), existe posibilidad de deslizamientos causados por sismos con magnitud de 4,0 (caídas de roca, deslizamientos de roca, caídas de suelo y alteración de masas de suelo), 4,5 (deslizamiento de traslación, rotación y bloques de suelo), 5,0 (flujos de suelo, esparcimientos laterales, deslizamientos subacuáticos), 6,0 (avalanchas de roca) y 6,5 Richter (avalanchas de suelo). La susceptibilidad a los deslizamientos puede definirse como la posibilidad de que una zona sea afectada o genere un determinado fenómeno de deslizamiento, en función de los factores que controlan o condicionan la ocurrencia de estos procesos; pueden ser intrínsecos a los propios materiales geológicos o externos. Los mapas de susceptibilidad se realizan a partir de datos cartográficos de tipos topográficos, geomorfológicos, litológicos, estructurales, uso del suelo y otros. Estos parten del análisis de las condiciones actuales existentes de los deslizamientos para, extrapolando los resultados de dicho análisis, confeccionar el mapa de susceptibilidad (Obregón y Lara, 2014). Para evaluar la peligrosidad por deslizamientos se emplean en la actualidad los SIG. Estos se han convertido en una herramienta útil para identificar, cartografiar y evaluar el riesgo asociado (Bathrellos et al., 2009), ya que permiten la extracción, almacenamiento y procesamiento rápido de la información (Guzzetti et al., 2006). Del mismo modo, integran y modelan espacialmente los datos de fuentes diversas y exploran las relaciones entre causa-efecto (Van Westen y Soeters, 2000). Según Van Westen (1993), las ventajas del uso del SIG para evaluar la susceptibilidad a los deslizamientos son varias, como la velocidad de cálculo, que permite realizar un número de cruces de mapas y cálculos de tablas; la posibilidad 16 �de mejorar modelos mediante la evaluación de sus resultados y el ajuste de las variables de entrada; además de la actualización de mapas derivados de observaciones de campo. 1.2. 2 Caracterización de la peligrosidad por licuefacción de suelos inducida por sismos La licuefacción de suelos es un fenómeno donde la rigidez y la resistencia de los suelos se reducen o se pierden, como consecuencia de movimientos dinámicos producidos durante los terremotos u otros esfuerzos dinámicos o rápidos. Esto se debe a la facilidad que tiene un suelo de aumentar su presión de poros, de manera que se pueda producir la pérdida total de su resistencia efectiva, por lo cual pasaría a comportarse como un fluido (Pierre–Yves, 2005). Los daños por licuefacción pueden ser dramáticos: se desestabilizan las construcciones, pudiendo generar su caída; se produce agrietamiento y propagación lateral (figura 3), colapso de puentes (figura 4), averías en tuberías, cables eléctricos y conexiones de gas. El incremento de la presión de poros, provocado por la licuefacción, puede formar chorros de agua y aire mezclados con sedimentos finos, que cuando son expulsados sobre la superficie del terreno crean volcanes de arena y agua (figura 5). La licuefacción depende de los factores intensidad, duración del sismo y material susceptible (Technical committee for earthquake geotechnical engineering (TC4) of the International Society of Soil Mechanics and Geotechnical Engineering (ISSMGE), 1999). El resultado de la combinación de esos elementos en un sitio se considera como peligro o potencial de licuefacción (Pierre–Yves, 2005). 17 �Figura 3. Agrietamiento y propagación lateral en Chile. Fuente: Falcón y Ramírez, 2012. Figura 4. Colapso de puentes y daños por grietas en Chile. Fuente: Falcón y Ramírez, 2012. Figura 5. Volcanes de arena. Chile. Fuente: Falcón y Ramírez, 2012. �La estimación del potencial de licuefacción se da generalmente por medio de la comparación de la fuerza inducida por la acción de carga y la resistencia del suelo a licuar. La acción de carga se puede especificar a partir de la intensidad máxima o la aceleración (máximas, efectivas, espectrales). Lo anterior permite evaluar la posibilidad real de ocurrencia del fenómeno de licuefacción en una ciudad de alta densidad poblacional y gran volumen de industrias, en las cuales puede provocar afectaciones económico-sociales incalculables. Según Kramer (1996), los suelos susceptibles son los materiales uniformes, granulares sueltos y saturados, tales como los depósitos fluviales, coluviales y eólicos; así como los rellenos y suelos reclamados al mar. Este fenómeno se ha observado en abanicos aluviales, playas y otros depósitos. Los suelos de edad Holoceno son más susceptibles que los del Pleistoceno. Los suelos no plásticos son muy susceptibles, especialmente los limos, las arenas finas y algunas arcillas, de acuerdo con sus propiedades, según Wang (1979). 1.3 Estudios de peligros por licuefacción y deslizamientos inducidos por sismos: situación internacional y nacional A nivel internacional la licuefacción es la causante del agravamiento de los escenarios que han sido afectados por fuertes terremotos, como en los siguientes casos: Chile, 2010, la licuefacción se extendió entre La Calera y el Lago Llanquihue. Los daños incluyeron la formación de grietas, asentamientos, desplazamiento lateral del suelo y formación de volcanes de arenas. Las estructuras afectadas fueron 18 �viviendas, puentes, pasos a desnivel, puertos, muelles, tranques de relaves y estructuras enterradas (González y Verdugo, 2014). En Chile, 1965, fallaron 8 presas de relave; dos de estas arrasaron con el pueblo El Cobre, donde murieron más de 200 personas (Verdugo, 2009). En correspondencia con lo anterior, la comunidad científica ha incrementado su preocupación por la licuefacción, en aras de su prevención; sin embargo, en Cuba solo se han desarrollado estos estudios de forma puntual, lo cual influye en el ordenamiento territorial del país; particularmente en Cuba Oriental los estudios realizados corresponden a las ciudades de Santiago de Cuba, Holguín y el municipio Caimanera, Guantánamo. A continuación, se mencionan algunos de los trabajos precedentes: Zapata (1995) presentó las zonas con posibilidades de desarrollo urbano, teniendo en cuenta variantes metodológicas para la licuefacción, deslizamientos y derrumbes en la cuenca Santiago de Cuba. Para la evaluación de la licuefacción el autor no tuvo en cuenta los suelos susceptibles y sus características. Fernández (2000) elaboró el mapa de licuefacción de suelos de la ciudad de Santiago de Cuba a escala 1:25 000, basado en características geólogogeomorfológicas, profundidad de niveles freáticos, entre otros factores; además, valoró el sismo como catalizador, con diferentes magnitudes y distancia de los terremotos fuertes ocurridos. Pero la autora excluye los suelos susceptibles y sus características para la evaluación de la licuefacción. Fernández et al. (2000) determinaron la posibilidad de ocurrencia de licuefacción inducida por sismos a través de comprobaciones en el terreno, la evaluación de los suelos, profundidad de las aguas subterráneas, topografía y los terremotos 19 �como catalizadores. Sin embargo, no valoraron los elementos geológicos y geomorfológicos, así como las características de los suelos susceptibles que influyen en la licuefacción. García et al. (2002) obtuvieron el mapa de riesgo sísmico de Santiago de Cuba a escala 1:25 000, con la evaluación de la licuefacción de suelos como consecuencia de sismos de gran intensidad; determinaron la vulnerabilidad sísmica para la ciudad de Santiago de Cuba y establecieron la distancia a la tectónica activa. Pero debieron apreciar los criterios geológicos y geomorfológicos que influyen en la licuefacción. Heredia y Calderín (2004) determinaron a través del factor de seguridad que la licuefacción solo ocurre en aislados puntos: en los suelos donde se ubican el Hospital Militar y el tanque de succión anexo al mismo, el muelle Malecón 620, el ramal de ferrocarril y el patio de la refinería, la remodelación Punta Gorda, Almacenes Cimex (Santiago In Bond). Sin embargo, no valoraron los suelos susceptibles y sus características. Zapata et al. (2013) lograron determinar la susceptibilidad a la licuefacción de suelos en la presa de cola de la fábrica Ernesto Guevara de Moa, Holguín, a través de la identificación de los suelos susceptibles, mediante la valoración de las propiedades físico–mecánicas, tales como índice de plasticidad (IP), límite líquido (LL), contenido de agua, tamaño del grano y grado de saturación; además, aplicaron el criterio chino para la evaluación de la licuefacción. Chuy et al. (2015b), a partir de las propiedades físico–mecánicas de los suelos en una pequeña área de la costa oeste de la bahía de Santiago de Cuba, donde se ubica la terminal portuaria multipropósito, determinaron que en ese sitio no existen 20 �condiciones para que ocurra la licuefacción de suelos. Establecieron como problemas geotécnicos la subsidencia, asentamientos y grietas en el terreno. Fernández et al. (2016) obtuvieron la zonación del potencial de licuefacción de suelos para el Consejo Popular Guillermón Moncada, Santiago de Cuba, mediante la evaluación de las condiciones ingeniero-geológicas, el nivel freático y los resultados del cálculo del factor de seguridad. Como resultado propusieron un esquema de susceptibilidad y demostraron que los sectores más susceptibles ante sismos de magnitudes entre 7,0 y 8,0 Richter se ubican hacia el centro-este de esta área, donde predominan suelos areno–arcillosos. Fernández et al. (2017) obtuvieron el esquema del potencial de licuefacción del municipio Caimanera a escala 1:50 000, con cuatro niveles de susceptibilidad, alto, medio, bajo y sin datos; mediante la evaluación de las condiciones ingeniero–geológicas de los suelos y el cálculo del factor de seguridad. La tabla 1 muestra la comparación de resultados precedentes de licuefacción de suelos inducida por actividad sísmica con los resultados alcanzados para los tres sectores de Cuba suroriental; esta refleja las diferencias existentes ( figura 6), desde las escalas de trabajo, métodos o metodologías empleados y los resultados obtenidos. La mayoría de estos resultados han sido introducidos en la práctica social por instituciones como el Cenais, la Universidad de Oriente (UO) y el Instituto Minero Metalúrgico de Moa (ISMM); lo cual influye en la toma de decisiones de los inversionistas, ya que deben aplicar medidas para mitigar sus efectos y evitar los suelos susceptibles a licuefacción, tales como construir estructuras resistentes con cimentaciones superficiales y pilotes (NC46:99). 21 �Galbán, L. 2014 Heredia, N y Calderín, F. 2004 García et al., 2002 Fernández, 2000 La modelación de los niveles freáticos y su combinación con la susceptibilidad litológica dio como resultado que las áreas más susceptibles a la ocurrencia de la licuefacción corresponden a las zonas bajas cercanas a la costa donde los ríos depositan sedimentos aluviales de baja compactación (formaciones Maya, La Cruz, Río Macío, El Caney, Jutía y depósitos aluviales asociados a formaciones del grupo El Cobre). Análisis de profundidad de niveles freáticos; tipología y propiedades de los suelos; estructuras tectónicas locales; pendiente del terreno Evaluación de las condiciones ingenierogeológicas, el análisis del nivel freático; topografía; edad de los suelos; magnitud y distancia de los terremotos; distribución de licuefacción durante terremotos pasados comparados con las curvas propuestas por Youd, Perkin y Ambrasey y reportes históricos (Figura 6). Calculan el factor de seguridad Fernández et 2000 al., Variante metodológica para la licuefacción Métodos o Metodologías empleadas para evaluar la licuefacción de suelos Zapata, J. 1995 Autor 1:50 000 Escala de detalle 1:25 000 1:200 000 Escala Determinan que la licuefacción puede aparecer en los suelos del Hospital Militar y el tanque de succión anexo al mismo, en el muelle Malecón 620, en el ramal de ferrocarril y el patio de la refinería, en la remodelación Punta Gorda, Almacenes CIMEX (Santiago In Bond). Mapa de riesgo a la licuefacción de suelos de la provincia Santiago de Cuba Mapa pronóstico de ocurrencia del fenómeno de licuefacción inducido por sismos con aceleraciones igual o mayor a 0,3 g e intensidades mayores o iguales que 8,5 grados MSK, para la cuenca Santiago de Cuba. Zona de mayor susceptibilidad a licuefacción de suelos (bahía, zona industrial y portuaria, cuencas de los ríos San Juan, Gascón y antiguos ríos que corrían por Yarayó y Trocha Esquema de ocurrencia de fenómenos físicogeológicos en la ciudad de Santiago de Cuba. Resultados Resultados alcanzados para los sectores Guamá, Santiago de Cuba y Guantánamo x Obtención de nuevos mapas de susceptibilidad a licuefacción de suelos inducidos por actividad sísmica, a partir de la integración de métodos morfométricos y el análisis sismológico en los sectores Guamá (que incluye las desembocaduras de los ríos Jibacoa, Palma Mocha, El Naranjo, Potrerillo, Ocujal, El Muerto, Turquino, Peladero, Babujal, Uvero, Avispero, Bayamita, Grande y Guamá), Santiago de Cuba (actual cauce del río Cobre, alrededores de las bahías Cabañas y Santiago de Cuba, cuencas de los ríos San Juan, Sardinero y Santa Ana) y Guantánamo (actual cauce de los ríos Guaso, Jaibo, Guantánamo y los alrededores de la bahía homóloga y el poblado Caimanera). x Se establecieron las fallas principales que cortan a los sectores de estudios. x Se caracterizaron nueve bloques morfotectónicos entre los tres sectores; de ellos, siete en ascenso con gran susceptibilidad a deslizamientos y dos bloques en descenso relativo con las mayores áreas susceptibles a la licuefacción de suelos. Tabla 1. Resultados de la comparación de trabajos precedentes de licuefacción de suelos con el estudio actual realizado para los tres sectores de Cuba suroriental. Fuente: Autora �Figura 6. Mapa de susceptibilidad a la licuefacción de suelos de la cuenca Santiago de Cuba. Escala 1:25 000. Área=216 km2. Fuente: García et al., 2002. �A partir de experiencias locales y reportes históricos, es recomendable realizar la zonación de la susceptibilidad a la licuefacción en áreas donde estén presentes los factores condicionantes y desencadenantes. Por otra parte, los deslizamientos son considerados entre los principales causantes de desastres naturales que producen daños significativos a las vidas humanas, las propiedades y proyectos de ingeniería en las áreas montañosas del mundo (Marta et al., 2010). En 1960 un terremoto de magnitud 9,5 Richter azotó las costas del centro sur de Chile y causó deslizamientos profundos y cientos de deslizamientos superficiales (Davis y Karzulovic, 1963; Weischet, 1963). A nivel mundial los grandes terremotos han detonado una variedad de deslizamientos y de erosión, lo que ha afectado la estabilidad de taludes; lo anterior ha sido documentado en numerosos estudios (Keefer, 1984; Denier et al., 1991; Vargas, 2002; Keefer, 2002; Meunier et al., 2007; Laffaille et al., 2010). También otros autores, como Ouimet (2011), Parker et al. (2011) y Schulz et al. (2012) documentaron deslizamientos en el mundo. Estos fenómenos han causado cientos de miles de muertos, billones de dólares de pérdidas económicas; asimismo, han denudado miles de km 2 de suelo (Keefer, 1984). La mayoría de los procesos han ocurrido a lo largo de fallas y en laderas de montañas escarpadas con grandes desniveles topográficos (Denier et al., 1991; Laffaille et al., 2010). Keefer (1984) presentó una recopilación de casos históricos de deslizamientos inducidos por sismos, con el fin de establecer la relación general entre la extensión de los deslizamientos y los parámetros sísmicos como herramienta preliminar de zonificación de riesgos. 22 �Everard y Savigny (1994) estudiaron los efectos neotectónicos en la distribución de deslizamientos para el área de Yukón, Canadá. Determinaron la relación entre la litología de los deslizamientos y los epicentros de los sismos por medio de un inventario de deslizamientos. Las rocas con discontinuidades penetrantes y orientaciones que faciliten los deslizamientos son más susceptibles a las fallas sísmicas, debido a que el desplazamiento crítico es mínimo. Mora (1997a) presentó una compilación de los sismos más fuertes de Costa Rica, que detonaron deslizamientos con magnitudes mayores a 5,2 Richter, y mostró que la extensión y distribución de los deslizamientos dependen de las condiciones climáticas. Tossati et al. (2008) presentaron una compilación de 18 deslizamientos inducidos por sismos con magnitudes entre 3,6 y 6,5 Richter en la zona norte de la cadena montañosa de los Alpes italianos, los cuales reflejan la máxima distancia al epicentro. Delgado et al. (2011) recopilaron información de aproximadamente 17 sismos que indujeron terremotos en la Cordillera Bética, España, entre magnitudes de 4,2 a 6,9 Richter, y realizaron la comparación de la relación entre magnitud y la distancia epicentral y/o área afectada. Caballero (2011) desarrolló un formato de recopilación de datos de deslizamientos inducidos por sismos en Colombia, a partir de 760 eventos compilados, que incluye tipo de mecanismo, material, distancia epicentral, volumen de sedimentos ocasionados por cada deslizamiento; así como notas que permiten sintetizar la información y elaborar análisis estadísticos. 23 �Si bien en los últimos años a nivel mundial ha aumentado la preocupación por la evaluación de este peligro y la valoración de sus daños, en Cuba aún no ha adquirido la importancia apropiada, pues se detectan como insuficiencias la inexistencia de un inventario de deslizamientos inducidos por sismos y solo se tienen reportes, sin coordenadas para su ubicación; lo cual dificulta la aplicación de las metodologías antes mencionadas. En Cuba los deslizamientos mayormente estudiados están relacionados con el paso de huracanes, tormentas tropicales y con prolongados períodos de intensas lluvias (Castellanos, 2008). A continuación, se mencionan algunos de los trabajos precedentes que han evaluado esta amenaza en la región de Cuba Oriental. Reyes (2001) presentó el mapa de peligro geológico por deslizamientos en la ciudad de Santiago de Cuba y sus alrededores a escala 1:25 000 y evaluó los factores condicionantes y los catalizadores. Sin embargo, no consideró la acción antrópica, los aspectos ingeniero-geológicos y la tipología de deslizamientos presentes, así como los requerimientos por grados de zonación sísmica según escala de trabajo. Del Puerto y Ulloa (2003) identificaron los peligros geólogo-geomorfológicos de la cuenca Santiago de Cuba a escala 1:25 000, con morfometría, y obtuvieron mapas tipológicos de peligros y su distribución espacial. En este estudio se suprimió la evaluación del sismo como detonante de los deslizamientos según la escala de trabajo. Almaguer (2005), con el empleo de un mapa de inventario, determinó para el yacimiento Punta Gorda la susceptibilidad del terreno a la rotura por desarrollo de deslizamientos; igualmente, evaluó la influencia de los factores condicionantes y 24 �obtuvo la caracterización de los mecanismos y tipologías de deslizamientos. En este caso debió evaluarse la acción sísmica. Reyes et al. (2005), a través de la zonación de deslizamientos, basada en la combinación de la evaluación de factores pasivos y activos (sismo y lluvia) y la aplicación de métodos de Grado 1, determinaron el nivel de peligro geológico de la red vial de las provincias orientales para casos de sismos de gran intensidad; pero los autores no valoraron la acción antrópica. Morejón et al. (2006) realizaron estudios de vulnerabilidad ante la ocurrencia de eventos naturales en las carreteras de interés nacional de la provincia Santiago de Cuba y caracterizaron los peligros geológicos a partir de la topografía, propiedades físico-mecánicas de los suelos y rocas; además, analizaron los posibles incrementos de la amenaza sísmica, así como la influencia de la tectónica. Los autores consideraron los requerimientos de la zonación sísmica según escala de trabajo. Castellanos (2008), con el uso de varios métodos, realizó la evaluación multiescala del riesgo por deslizamientos del terreno en toda Cuba, desde los niveles nacional, provincial, municipal y local. Para el primer caso empleó modelos semicuantitativos con 10 indicadores estandarizados; en el segundo combinó métodos heurísticos, estadísticos y elementos en riesgo; en el tercer caso utilizó métodos heurísticos con pesos asignados por expertos; y en el último empleó modelos runout en el escarpe de Caujerí, a escala 1:25 000. Sin embargo, la zonación obtenida para las caídas de rocas de la provincia Guantánamo debió incluir otras áreas con susceptibilidad donde existen condiciones para su ocurrencia. 25 �Rosabal et al. (2009) determinaron la incidencia de la geomorfología en los deslizamientos de la carretera de Beltrán, Guantánamo, a través de las variables disección vertical, máximas alturas y clasificación del relieve; se contrastaron los resultados con los materiales obtenidos de los recorridos de campo. Se identificaron zonas con similares parámetros, proclives al fenómeno, y se aplicaron métodos de Grado 1 de zonación sísmica. Se debieron considerar los aspectos ingeniero–geológicos de las formaciones presentes. AMA (2012) propone la guía metodológica para el estudio de peligro, vulnerabilidad y riesgo (PVR) por deslizamientos de terreno a nivel municipal con 4 fases (identificación de escenarios susceptibles, cálculo de peligro y vulnerabilidad, así como la estimación del riesgo). Esta metodología se implementa en diferentes partes de Cuba y ha arrojado resultados importantes para la toma de decisiones a diferentes niveles; sin embargo, no incluye los aspectos ingeniero–geológicos de las formaciones presentes para determinar la susceptibilidad litológica. Savón et al. (2017) realizaron la evaluación del peligro que generan los movimientos gravitacionales en la provincia Guantánamo. Emplearon una metodología de PVR mediante el método de suma ponderada de factores y el mapa isoyético de lluvias máximas de 60 años para obtener un modelo digital de lluvias máximas hiperanual. La metodología empleada excluye los aspectos ingeniero–geológicos de las formaciones presentes, no integra los elementos morfométricos, la tectónica activa y el análisis sismológico; así como excluye la influencia de la acción antrópica. 26 �Galbán y Guardado (2016) desarrollaron una metodología basada en los niveles de importancia de las variables que influyen en la manifestación de los deslizamientos y propusieron la formulación matemática para su determinación mediante un SIG. En este caso se considera que la susceptibilidad litológica debe integrar los aspectos ingeniero–geológicos, tales como la alternancia de rocas duras con débiles, la estratificación y rocas intemperizadas. Además, los investigadores no concibieron la comprobación directa en el terreno para corroborar sus resultados, aunque emplearon otros métodos indirectos. En la tabla 2 se muestran los resultados de la comparación de trabajos precedentes de deslizamientos inducidos por actividad sísmica con los resultados alcanzados para los tres sectores de Cuba suroriental. Esta refleja diferencias existentes desde las escalas de trabajo, métodos o metodologías empleados (figuras 7, 8 y 9) y los resultados obtenidos. En Cuba Oriental son insuficientes los trabajos que evalúan los deslizamientos inducidos por sismos ni existe su inventario; los aspectos ingeniero-geológicos no son considerados en la susceptibilidad litológica y son escasos los estudios que declaran la existencia de caídas y desprendimientos de rocas; así como tampoco la valoración de la acción antrópica, la comprobación directa en el terreno de los resultados y las exigencias de la zonación sísmica por escala de trabajo. 27 �Galbán Guardado 2016 Villalón et al., 2012 AMA 2012 y 1:100 000 1:1 000 000 1:25 000 Escala Metodología basada en los niveles de importancia de las 50 000 variables que influyen en la manifestación de los deslizamientos y su formulación matemática para su determinación mediante un SIG. Empleo de otros métodos a escala local en Jagüeyes y 1:25 000 Caujerí (modelos runout) Guía metodológica para el estudio de peligro, vulnerabilidad 1:100 000 y riesgo (PVR) por deslizamientos de terreno a nivel municipal con 4 fases (identificación de escenarios susceptibles, cálculo de peligro y vulnerabilidad, así como la estimación del riesgo) Guía metodológica para el estudio de peligro, vulnerabilidad 100 000 y riesgo por deslizamientos (Variante A-método heurístico) Método propuesto por Mora y Varshon que incluye el análisis de la susceptibilidad por relieve (disección vertical) susceptibilidad por geología (profundidad del nivel freático, litología predominante, grado de intemperismo y grado de fracturación); susceptibilidad por humedad del suelo (precipitaciones mensuales promedio); y disparadores como lluvia (lluvia máxima) y sismos (intensidad sísmica) . Modelos semicuantitativos con 10 indicadores estandarizados Análisis heurísticos, estadísticos (modelos de pesos y evidencias) red artificial neuronal y elementos en riesgo García, et al 2002 Castellanos, E 2008 Métodos o Metodologías empleadas para evaluar los deslizamientos Autor Mapa de susceptibilidad, peligro, vulnerabilidad y riesgo a los deslizamientos de la provincia Santiago de Cuba (Figura 8) Modelo de deslizamientos por sismos en el municipio Santiago de Cuba (Figura 9) Mapa de susceptibilidad, peligro, vulnerabilidad y riesgo a los deslizamientos Mapa de riesgo a deslizamientos Mapa índice de riesgos por deslizamientos para Cuba Mapa de susceptibilidad a los deslizamientos, (que incluye flujos de detritos, grandes deslizamientos de rocas, caídas de rocas, volcamientos y deslizamientos) de la provincia Guantánamo. Mapa de peligro, vulnerabilidad y riesgo a deslizamientos (Figura 7) Esquema de ocurrencia de fenómenos físicogeológicos en la ciudad de Santiago de Cuba. Resultados Resultados alcanzados para los sectores Guamá, Santiago de Cuba y Guantánamo Obtención de nuevos mapas de susceptibilidad a los deslizamientos inducidos por actividad sísmica, a partir de la integración de métodos morfométricos, el análisis sismológico y la tectónica activa en los sectores Guamá (alta susceptibilidad a caídas, desprendimientos y deslizamientos en gran parte del sector al norte), Santiago de Cuba (deslizamientos al norte en las cercanías del escarpe de Boniato y al este de la bahía de Santiago de Cuba, donde también pueden aparecer desprendimientos y caídas de rocas, así como en el asentamiento Aguadores, ubicado al sureste de la bahía de Santiago de Cuba en la zona costera, deslizamientos en la sierra de la Gran Piedra) y Guantánamo (caídas y desprendimientos de rocas en las colinas montañosas, en la meseta de Santa María del Loreto, alta susceptibilidad a deslizamientos rotacionales en la sierra del Maquey). Se establecieron las fallas principales que cortan a los sectores de estudios. Se caracterizaron nueve bloques morfotectónicos entre los tres sectores; de ellos, siete en ascenso con gran susceptibilidad a deslizamientos y dos bloques en descenso relativo con las mayores áreas susceptibles a la licuefacción de suelos. Tabla 2. Resultados de la comparación de trabajos precedentes de deslizamientos inducidos por actividad sísmica, con el estudio actual realizado para los tres sectores de Cuba suroriental. Fuente: Autora �Figura 7. Mapa de susceptibilidad a los deslizamientos de la provincia Guantánamo. Escala 1:100 000. Fuente: Castellanos, 2008. �Figura 8. Mapa de susceptibilidad a los deslizamientos de la provincia Santiago de Cuba, resultado de los estudios PVR. Escala:100 000. Fuente: Villalón et al., 2012. Figura 9. Modelo de deslizamientos por sismos, en el municipio Santiago de Cuba. Escala 1:50 000. Fuente: Galbán y Guardado 2016. �1.4 Metodologías empleadas en la evaluación de la susceptibilidad a licuefacción y deslizamientos inducidos por sismos A nivel internacional existen diversas metodologías para evaluar el potencial de licuefacción, tales como Seed and Idriss (1971), Seed et al. (1983), Seed et al. (1985), Tokimatsu and Yoshimi (1983), Seed and De Alba (1986), Ishihara (1985), Shibata and Teparaksa (1988) (citados por TC4, 1999). Así como los diferentes métodos desarrollados en el manual de zonación sísmica japonés, conocido como TC4 (1999), en función de los grados o nivel de estudio y la escala correspondiente. Los métodos más empleados tienen dos vertientes: Métodos empíricos. Se basan en observaciones in situ o en laboratorios del comportamiento de depósitos tipo arena durante movimientos sísmicos anteriores. Las pruebas in situ más empleadas para la valoración de la licuefacción son: los ensayos de penetración estándar, Standard Penetration Test, en inglés (SPT) y los ensayos de penetración de cono, Cone Penetration Test, en inglés (CPT). Métodos analíticos. Basados en la determinación en laboratorio de las características de resistencia a la licuefacción de muestras no alteradas y el uso de análisis de respuestas dinámicas del predio, para determinar la magnitud de las tensiones de corte inducidas por los movimientos sísmicos. En los últimos años estas metodologías fueron implementadas en Cuba de forma integral, parcial o combinada; esto se puede notar en los trabajos de Ordaz et al. (2013), Fernández (2000), Márquez et al. (2002), García et al. (2002), Heredia y Calderín (2004), Zapata et al. (2013), Chuy et al. (2015b), Fernández et al. (2016), Fernández et al. (2017). 28 �Existen otros métodos para predecir el potencial de licuefacción, tales como: x Métodos de Grado I. Criterio geológico-geomorfológico (TC4, 1999). En función de las unidades geomorfológicas (tabla 3) y geológicas se clasifican los territorios donde existe probabilidad para la licuefacción de suelos (TC4, 1999). x Métodos de Grado 2. Criterio geológico y geomorfológico para la evaluación del potencial de licuefacción. En función de las unidades geológicas (tabla 4) y condiciones geomorfológicas específicas (tabla 5) se identifican áreas de alto potencial a la licuefacción de suelos (TC4, 1999). Por otra parte, para los deslizamientos existen diferentes formas de realizar el cartografiado de la susceptibilidad a través de métodos estadísticos, heurísticos y determinísticos (Van Westen et al., 1999; Guzzetti et al., 1999). El método heurístico, según Van Westen et al. (1997), es el más subjetivo de todos, ya que un especialista es el que decide el tipo o grado de riesgo para una zona en cuestión, mediante la asignación directa o indirecta. Así, dos tipos de análisis heurísticos pueden distinguirse: (1) el análisis geomorfológico y (2) la combinación cualitativa de mapas. Mediante el análisis geomorfológico, conocido como método de cartografía directa, el grado de susceptibilidad del terreno es determinado directamente en el campo, sobre la base del conocimiento y la experiencia del investigador. Por lo tanto, los criterios aplicados son difíciles de definir, ya que varían según el sitio estudiado. 29 �Tabla 3. Susceptibilidad de unidades geomorfológicas a la licuefacción, Grado I. Fuente: Iwasaki et al., 1982 (citados por TC4, 1999) Categoría Topografía Potencial de licuefacción A Actual cauce del río, viejo cauce del río, pantano, tierras reclamadas, tierras bajas. Abanico, arenas de dunas, llanura de inundación, playas y otras llanuras. Terrazas marinas, colinas y montañas. Probable licuefacción B C Posible licuefacción No probable licuefacción Tabla 4. Unidades geológicas (resumidas) susceptibles a la licuefacción durante una fuerte sacudida. Fuente: Youd and Perkins, 1978 (citados por TC4, 1999) Tipos de depósitos Canal del río Llanura de inundación Abanico y llanura aluvial Terrazas marinas Coluviales Probabilidad de que los sedimentos cohesivos, saturados, sean susceptibles a la licuefacción por la edad del depósito < 500 años Muy alta Alta Holoceno Alta Moderada Pleistoceno Baja Baja Pre-Pleistoceno Muy baja Muy baja ------------ Baja Muy baja Muy baja Moderada Alta Baja Moderada Baja Baja Muy baja Muy baja Tabla 5. Susceptibilidad de unidades geomorfológicas a la licuefacción sometidas a una sacudida de VIII grados M.M (Mercali Modificada). Fuente: Wakamatsu, 1992 (citado por TC4, 1999) Clasificación Llanura del valle Pantano y ciénagas Canal de río abandonado Antiguo estanque Canal de río seco Condiciones geomorfológicas Condiciones específicas Llanura del valle que contiene grava o adoquines Llanura del valle que contiene suelos arenosos -------------------------------------Canal de río seco que contiene grava o adoquines Canal de río seco que contiene suelos arenosos Potencial de licuefacción No probable Posible Posible Probable Probable No Probable Probable �La combinación cualitativa de mapas, busca superar los criterios ocultos del análisis geomorfológico. Con este método el científico usa su criterio experto para asignar pesos (valores que representan un determinado grado de importancia) a una serie de mapas parámetro. Tales factores se suman de acuerdo con estos pesos, dando como resultado valores de susceptibilidad que pueden ser agrupados en categorías o clases. El método determinístico tiene como base los modelos hidrológicos y de estabilidad, que consideran la información detallada de las pendientes, fundamentada en la mecánica de suelos. Este método elimina la subjetividad mediante la cuantificación de los grados de riesgo en valores absolutos, como por ejemplo, a través del factor de seguridad (Barredo et al., 2002). Una ventaja de este método es el alto grado de simplificación para cartografiado de escala media y regional, debido a la gran variedad de los parámetros geotécnicos. De esta forma, el desempeño del método depende totalmente de la calidad y cantidad de los datos colectados (Dai et al., 2002). El método estadístico, según Carrara et al. (1995) y Guzzetti et al. (1999), tiene como principio la búsqueda de relaciones entre los factores condicionantes de inestabilidad (litología, cobertura vegetal, uso del suelo, pendientes, entre otros) y la distribución de los deslizamientos recientes. A partir de la combinación estadística de estos factores se determinan los grados de riesgo, asumiendo que los factores que causan inestabilidad para determinadas áreas serán los mismos que podrían generar movimientos futuros (Dai et al., 2002). Esta técnica está compuesta por el análisis multivariado (considera para cada unidad, polígono o pixel la presencia o ausencia de movimientos de laderas; lo 30 �cual genera una matriz de datos que es analizada en un soporte estadístico mediante regresión múltiple, análisis discriminante, entre otros) y el análisis bivariado (considera el peso de cada clase y de cada parámetro de análisis mediante el uso de técnicas de inferencia como: Lógica difusa o Fuzzy e Inferencia Bayesiana); según Carrara et al. (1995) y Dai and Lee (2002), la confiabilidad del método depende de la calidad y cantidad de los datos. Las metodologías descritas con anterioridad, así como otras empleadas en Cuba por colectivo de autores (2011), Castellanos (2008), Villalón et al. (2012), Savón et al. (2017), entre otras, tienen como deficiencia la falta de integración en los análisis de los peligros de deslizamientos y licuefacción inducidos por sismos, ya que no integran los aspectos ingeniero-geológicos y no aplican los métodos morfométricos, el análisis sismológico y la tectónica activa. Los criterios referidos con anterioridad hacen necesario la introducción de estos métodos. 1.5 Condiciones ingeniero-geológicas y sismotectónicas de Cuba suroriental El área de estudio se ubica al sur del extremo este de Cuba, entre los 74.133° y 77.752° de longitud oeste y los 19.831° a 20.317° de latitud norte (figura 10). Abarca parte de la zona emergida de Cuba Oriental y cubre un área aproximada de 11 632.2 km2. Dentro de sus límites geográficos se encuentran la parte sur de las provincias de Santiago de Cuba, Guantánamo y Granma. Relieve. El relieve de Cuba suroriental es variado, abarca las categorías morfológicas de montañas, alturas y llanuras (Hernández et al., 1994, ajustado para Cuba por Moreno et al., 2017). Hacia el sur y noreste se encuentran las dos primeras clases, representadas por los dos grandes sistemas montañosos: 31 �Figura 10. Ubicación geográfica de Cuba suroriental (rectángulo rojo), con las ciudades Santiago de Cuba y Guantánamo como cabeceras de provincias. Fuente: Autora. �la Sierra Maestra y la parte meridional de las sierras de Nipe-Cristal-Sagua-MoaBaracoa y Purial y de mayor manifestación en el área de estudio las dos últimas sierras (figura 11). En la Sierra Maestra las mayores alturas corresponden a los picos Turquino (1 970 m), Cuba (1 872 m), Suecia (1 734 m) y loma de la Gran Piedra (1 225 m), que se clasifican como montañas medias (Moreno et al., 2017). Las pendientes se caracterizan por ser de moderadas a muy altas. En las sierras de Nipe-Cristal-Sagua-Moa-Baracoa y Purial se acentúan las zonas elevadas tales como la superficie de Pinares de Mayarí (500-700 m), restos de la pendiente meridional de la Sierra del Cristal (700-800 m), de la Loma de Mulas, entre los ríos Mayarí y Levisa (700-800 m), y otras más elevadas como las de la Loma de La Mensura, Pico Cristal, La Calinga y Guaso, entre otras, (con alturas de 900-1000 m, 1100-1200 m, 860-1000 m y 840-900 m, respectivamente). Magaz 2017. En las sierras Nipe-Cristal-Sagua-Moa-Baracoa y Purial las pendientes oscilan entre 7°-15°, en ocasiones mayores; se corresponden con las zonas de montañas. Las llanuras se localizan a lo largo de las costas sur, norte y oeste. En la primera dirección, próximas a la zona costera y con distribución de este a oeste, están las llanuras fluviales, que se sitúan perpendiculares a la línea costera. En las llanuras fluviales prevalecen los procesos acumulativos sobre los erosivos. Las pendientes oscilan entre 0° y 7°. En esta categoría se ubican los alrededores de la laguna de Baconao, los entornos de las bahías de Santiago de Cuba, Cabañas y Guantánamo y el valle Caujerí. 32 �Figura 11. Modelo Digital del Terreno (MDT) de la región Cuba oriental. Escala 1:25 000. Fuente: Geocuba, (2006). �Asimismo, en esta costa, de este a oeste, se desarrollan las terrazas marinas escalonadas de Cabo Cruz, Pilón, Siboney, Baconao y Maisí; surgidas de la combinación de un escarpe de falla costero y la abrasión marina. En estas predominan las formaciones cársicas; además estas terrazas se encuentran falladas y deformadas (Pérez et al., 1994). En cambio, en la costa oeste las llanuras están asociadas al litoral que se desarrolla a lo largo del golfo de Guacanayabo, donde se ubica la bahía de Niquero. La costa norte se caracteriza por ser abrasiva. Al norte del sistema montañoso de la Sierra Maestra se localiza una parte de la amplia llanura aluvial del río Cauto. Hidrografía. La hidrografía de Cuba suroriental se comporta de forma diferente. Hacia la costa sur se encuentran los ríos jóvenes, de cortos recorridos y gran poder erosivo, los cuales transitan por cañones y no permiten el desarrollo de terrazas fluviales. Entre los ríos más importantes se citan el Chivirico, Sevilla, San Juan, Sardinero y Baconao. Igualmente, se destacan importantes cuencas hidrográficas, como la del Guaso, que tiene un número grande de afluentes y desemboca en la ensenada de Manatí, bahía de Guantánamo. El río más extenso de Cuba es el Cauto, su nacimiento se ubica dentro del área de estudio y sus afluentes más importantes son Contramaestre, Cautillo, Bayamo y Salado. El grupo montañoso de Sagua-Moa-Baracoa da origen a potentes ríos, como el Toa, el más caudaloso; Yateras, entre otros (Arcia et al., 1997). Índice de los ríos. En la vertiente sur de la Sierra Maestra los ríos La Mula, Guamá, Sevilla, San Juan, Sardinero, Hondo, Cañas, Sabanalamar, Imías y Jojo 33 �poseen quinto orden. El río Guantánamo tiene sexto orden (Cotilla et al., 2003). Los ríos de mayor orden en la costa norte son Tana, Duaba y Yurumí; con quinto orden; Yara y Toa, con sexto orden (Cotilla et al., 2003). Densidad de la red hidrográfica. La mayor densidad de la red fluvial de Cuba está localizada en la región bahía de Santiago de Cuba-Pinares de Mayarí-Moa-bahía de Guantánamo. Sin embargo, al este del Turquino se aprecia una considerable densidad, reflejo de la influencia neotectónica (Cotilla et al., 2003). En Cuba suroriental los valores de la densidad fluvial y las pendientes de los ríos son mayores que en el resto de Cuba. Existe un predominio de costas dentadas, abrasivas y erosivo-tectónicas; vinculadas con montañas y alturas diseccionadas y con terrazas marinas. Los primeros órdenes (2do-3er) de la red fluvial se encuentran concentrados en las zonas elevadas, montañosas; por consiguiente, son más intensos los procesos neotectónicos y existe erosión (Cotilla et al., 2003). Geología. Se han realizados números trabajos para esclarecer la composición litológica del territorio cubano, una de las más complejas de toda la región del Caribe. De acuerdo con el modelo planteado por Iturralde (1998), se pueden reconocer dos niveles estructurales principales: el substrato plegado y el neoautóctono. El substrato plegado está constituido por distintos tipos de terrenos, de naturaleza continental y oceánica, propios de las Placas de Norteamérica, del Caribe y probablemente del Pacifico; incluidas rocas que datan desde el Proterozoico (940-1000 Ma) hasta el Eoceno Superior temprano (42 Ma). El neoautóctono está representado por las rocas y estructuras originadas a partir del Eoceno Superior, que se desarrollaron básicamente en el mismo lugar que 34 �hoy ocupa el territorio de Cuba, ya formando parte del margen pasivo meridional de la placa de Norteamérica. Del substrato plegado en la región de Cuba suroriental se encuentran unidades de naturaleza continental (secuencias sedimentarias del Protocaribe y plataforma de Bahamas) y unidades de naturaleza oceánica (ofiolitas septentrionales, arcos volcánicos, cuencas de antepaís, cuencas posvolcánicas y transportadas (piggy back). La tabla 6 representa las principales litologías que reflejan la existencia de los niveles estructurales, el substrato plegado y el neoautóctono en la región de Cuba suroriental. La sismicidad de Cuba suroriental posee dos formas de origen de terremotos: de entre placas y de interior de placa. El primer tipo incide sobre la región suroriental por la frecuencia de ocurrencia de sismos de alta magnitud, asociados con la zona sismogénica Bartlett-Caimán (Oriente). La segunda, asociada con fallas activas de tipo regional y local, se caracteriza por la baja frecuencia, focos someros y magnitud baja a moderada de sus eventos. La información macrosísmica (1528-2010) del Servicio Sismológico Nacional Cubano (SSNC) muestra que en la zona de falla Oriente se reportaron 22 terremotos fuertes, de ellos 20 en la provincia de Santiago de Cuba y 2 (1976 y 1992) en la provincia de Granma, con intensidad de 8 y 7 grados (Chuy, 1999). Sobre la estructura Oriente y cercanos a la ciudad de Santiago de Cuba, se reportaron 2 sismos que produjeron intensidad de 9 MSK con magnitud de 7,6 (1766) y 7,3 Richter (1852). 35 �Tabla 6. Litologías presentes en el área de Cuba suroriental. Fuente: Iturralde Vinent, 1998 Plataforma de Bahamas Rocas ultrabásicas serpentinizadas y complejo básico Güira de Jauco, metavulcanitas cretácicas del Purial. Formaciones geológicas como: Santo Domingo, Palma Mocha Miembros como: Guásimas y Perucho. Macizo del Turquino Ofiolitas septentrionales Formaciones geológicas como: Mícara, La Picota, Gran Tierra y Manacal Cuencas piggy-back 1era generación Grupo El Cobre. Formaciones geológicas como: Sabaneta, Pilón y El Caney Formaciones geológicas como: Charco Redondo, Puerto Boniato, San Luis y Camarones Formaciones geológicas como: Maquey, Yateras, Cabo Cruz, Manzanillo, Sevilla Arriba, La Cruz, Río Maya, Río Macío, Jaimanitas, Jamaica, Camaroncito, Yateras, Cauto, Bayamo, Dátil, Jutía Miembros como: Quintero, Tejar y Santiago Depósitos Cuaternarios. Arco volcánico AlbienseCampaniense Arco de islas del Paleógeno Cuencas piggy-back 2da generación Neoautóctono Substrato plegado Formación geológica: Chafarina Unidades de naturaleza continental Formación geológica: Sierra Verde Elementos Estructurales (Iturralde-Vinent, 1998) Secuencias sedimentarias del protocaribe Unidades oceánicas Litología �Otros terremotos fuertes afectaron la ciudad de Santiago de Cuba, tales como el de 1932 (M=6,75 Richter; I=8 MSK) y el de 1947 (M=6,75 Richter; I = 7,0 MSK). El primer sismo afecto el 80 % de las edificaciones de la ciudad, de las cuales el 5 % quedó colapsado totalmente (Chuy y Pino, 1982; Magazine Las Noticias, 1932, y Montoulieu, 1933 (citados por Chuy, 1999). Sin embargo, a pesar de presentar una menor frecuencia la ocurrencia de terremotos en las zonas con sismicidad de interior de placa, su ubicación cercana a las costas en el mar o en el interior del territorio, así como la poca profundidad de los hipocentros de los sismos que se generan en ellas, hacen que en ocasiones los efectos de sismos de menor magnitud reporten afectaciones significativas (Álvarez et al., 1999; SSNC, 2015). Los ejemplos más reveladores de esta actividad sísmica de interior de placa son los terremotos ocurridos en octubre de 1905, con epicentro en Songo; el del 27 de enero de 1922 en Guantánamo y el del 5 de marzo de 1927 en Santiago de Cuba y Guantánamo. De lo anteriormente expuesto se infiere que el valor estimado de la intensidad a esperar depende de la ubicación del epicentro; por tanto, la influencia de zonas sismogénicas regionales es de obligatoria observación, porque en ocasiones el mayor peligro sísmico al que está sometida una región no proviene de zonas sismogénicas localizadas en ella, sino de zonas vecinas, donde sus condiciones sismotectónicas les imponen una marcada peligrosidad (Chuy et al., 2015a). Para el caso de la región suroriental, Oriente es la estructura sismogénica principal y bajo la cual se realizan todas las consideraciones relacionadas con la 36 �peligrosidad sísmica. Desde este punto de vista las estructuras de interior de placa para las ciudades de esta región se relegan a un segundo término. Del análisis de la información instrumental (período de 1998-2017), la red de estaciones del Servicio Sismológico Nacional (SSN) del Cenais registró entre los años 2000-2015 alrededor de 20 000 eventos sísmicos; de ellos, la mayoría en la falla Oriente, en particular en el sector Santiago-Baconao. Durante el año 2014 se registraron 6 872 terremotos; de estos, 5 799 se localizaron en el archipiélago cubano. De los 1 073 que se reconocieron fuera del territorio nacional, 794 corresponden al área del Caribe y 279 al resto del mundo. En 2017 se reportaron un total de 4 567 terremotos en el área de Cuba y la zona más activa del año fue Pilón-Chivirico con 1 824 eventos. En la figura 12 se muestran los epicentros localizados en el área de estudio durante el período 2000-2017, nótese la concentración de eventos en este espacio. En relación con los sismos perceptibles, los más significativos se reportaron el 15 y el 20 de marzo de 2010, con una magnitud Richter de M=4,2 y 5,5 Richter. Por ser posteriores al sismo de Haití del 12 de enero de 2010, produjeron estrés en la población de Santiago de Cuba y Guantánamo. El 17 de enero de 2016 se destacó la serie anómala de terremotos al sur de la playa de Caletón, con sismos de 4,8 y 5,0 Richter como máximas magnitudes, perceptibles en gran parte del oriente cubano y el 17 de enero de 2017 se desató otra serie al sur de Uvero, con un sismo de máxima magnitud de 5,8 Richter, sentido en Cuba Oriental. En el contexto geodinámico Cuba suroriental presenta la mayor peligrosidad sísmica de país por su proximidad al sistema de fallas Oriente. 37 �Figura 12. Mapa de epicentros de Cuba, período de 2000-2017. Fuente: SSNC, 2017. �Esta estructura (Oriente) es capaz de generar terremotos de hasta 8,0 Richter. A lo largo de su trazado se pueden encontrar diferentes procesos geodinámicos (Calais and Lépinay, 1991): al oeste se ubica el centro de generación de corteza Caimán, con expansión tectónica característica de las dorsales ultralentas (Lépinay and Rangún, 2011). Al este se ubica la depresión de Cabo Cruz, interpretada como una cuenca de pull-apart donde ocurre la transtención. En el propio margen al este de la cuenca de Cabo Cruz se ubica la Fosa de Oriente, donde ocurre la extensión de este a oeste. A lo largo de la falla de deslizamiento, por el rumbo, se han desarrollado dos pequeñas cuencas de pull-apart, Chivirico y Batiquirí; al sur, entre estas cuencas, está el cinturón deformado de Santiago, con un régimen tectónico caracterizado por la transpresión. Estudios recientes sobre esta zona del Caribe proponen la existencia de la Microplaca de Gonave (Mann et al., 2002; Demets & Wiggins-Grandison, 2007; Rosencrantz & Mann, 1991). Asimismo, nuevos estudios llevados a cabo en la parte norte de La Española y Puerto Rico (Mann et al., 2004) demuestran la existencia de una falla al norte de la Española, que es una continuidad de la zona de subducción de las Antillas Menores; se conoce como Falla Norte de La Española. Calais & Lépinay (1989), a partir de los resultados de la campaña oceanográfica SEA CARIB II, descubrieron elementos que suponen la no continuidad de la falla Oriente hacia el este con la zona de subducción que bordea las Antillas Menores. Estos autores propusieron al norte de la Española una doble zona de falla: la falla norte de la Española y la falla Septentrional; esta última es la continuación hacia el este de la falla Oriente en territorio dominicano. 38 �En Cuba suroriental existen condiciones para que se originen deslizamientos y licuefacción de suelos inducidos por la actividad sísmica, debido a la existencia de reportes históricos de estos peligros, condiciones del relieve, valores de pendientes, geología, densidad de la red hidrográfica; zona sismogeneradora principal, altos valores de aceleración horizontal efectiva e intensidad sísmica a esperar y presencia de suelos aluviales de edad Holoceno, ubicados en los canales y desembocaduras de los ríos. 1.6 Conclusiones 1. Del análisis de las metodologías para evaluar los deslizamientos y licuefacción de suelos inducidos por sismos, a nivel internacional y nacional, se concluye que en la gran mayoría se emplean elementos relacionados con la sísmica y tectónica; sin embargo, para los deslizamientos no se integran los elementos morfométricos y la tectónica activa; la susceptibilidad litológica no contiene los aspectos ingeniero–geológicos. 2. En la región de Cuba suroriental no existe un inventario de deslizamientos inducidos por sismos y son escasos los estudios que declaran la existencia de caídas y desprendimientos de rocas. 3. Las investigaciones precedentes sobre licuefacción de suelos son pocos, ya que existen reportes históricos en otras partes de Cuba Oriental que demuestran la necesidad de su estudio. 39 �CAPÍTULO 2. METODOLOGÍA PARA LA EVALUACIÓN DE LA SUSCEPTIBILIDAD A LOS PELIGROS DE DESLIZAMIENTOS Y LICUEFACCIÓN DE SUELOS, INDUCIDOS POR LA ACTIVIDAD SÍSMICA �CAPÍTULO 2. METODOLOGÍA PARA SUSCEPTIBILIDAD DESLIZAMIENTOS LA A Y EVALUACIÓN LOS DE PELIGROS LICUEFACCIÓN DE LA DE SUELOS, INDUCIDOS POR LA ACTIVIDAD SÍSMICA 2.1 Introducción En este capítulo se explica la metodología seguida por la investigación y el conjunto de métodos empleados. Posteriormente se presenta la metodología para la evaluación de los peligros inducidos por la actividad sísmica (deslizamientos y licuefacción de suelos), a partir de la integración de criterios morfométricos, el análisis sismológico y geomorfológico y la tectónica activa. 2.2 Metodología de la investigación La metodología de la investigación consta de tres etapas: preliminar, experimental y gabinete. A continuación, se explican cada una de ellas: • Etapa I. Preliminar. En esta etapa se seleccionó el área de Cuba suroriental por ser la zona de mayor peligro sísmico, se realizó el basamento teórico de la investigación, luego se procedió a la revisión, recopilación y valoración de la bibliografía existente relacionada con los deslizamientos y licuefacción de suelos inducidos por actividad sísmica. Y por último, se procedió a la caracterización ingeniero-geológica y sismotectónica del territorio. 40 �• Etapa II. Experimental. Se diseñó la metodología para la evaluación de la susceptibilidad a los peligros de deslizamientos y licuefacción de suelos inducidos por la actividad sísmica, integrando un conjunto de métodos como los morfométricos, el análisis sismológico y geomorfológico y la tectónica activa. Luego se aplicaron los procedimientos y técnicas experimentales (laboratorio y campo). La escala de trabajo para el uso de la metodología depende de la escala de la información base con la que se trabaja. En este caso se partió del mapa geológico digital de Cuba Oriental a escala 1: 100 000, que se corresponde con la zonación sísmica de Grado 1. • Etapa III. Gabinete. Se realizó el análisis de los resultados, se elaboraron los mapas morfotectónicos y de susceptibilidad a los peligros de deslizamientos y licuefacción de suelos de los sectores de Cuba suroriental. También se obtuvo la caracterización de la tectónica activa y se alcanzaron las principales conclusiones y recomendaciones. 2.3 Metodología para la evaluación de la susceptibilidad a los peligros de deslizamientos y licuefacción de suelos inducidos por actividad sísmica En la evaluación de la susceptibilidad a los peligros geológicos secundarios se utiliza un conjunto de métodos tradicionales, a lo cual se sumará el análisis morfométrico, las condiciones geológicas, antrópicas, geomorfológicas y sismológicas, que facilitarán y precisarán las diferentes áreas susceptibles a deslizamientos y licuefacción de suelos inducidos por la actividad sísmica. A continuación, se realiza la descripción de cada uno de estos pasos 41 �2.3.1 Caracterización geológica Se realiza la caracterización geológica del territorio con la ayuda del mapa geológico digital de Cuba Oriental escala 1:100 000 (Instituto de Geología y Paleontología (IGP), 2003) y el léxico estratigráfico (Colectivo de autores, 2013). Se obtienen las formaciones geológicas de mayor susceptibilidad a los peligros de deslizamientos y licuefacción de suelos. En el caso de los deslizamientos se incluyen los aspectos ingeniero-geológicos, valorados a partir de la revisión bibliográfica y observación directa en el campo durante la actividad investigativa. Se logra una evaluación cualitativa a partir de los datos obtenidos. 2.3.2 Factores antrópicos Al identificar los principales elementos antropizados del territorio que conducen a la ocurrencia de deslizamientos y licuefacción de suelos, se obtiene una caracterización de los factores antrópicos. 2.3.3 Caracterización morfotectónica La caracterización morfotectónica incluye varias tareas: la definición de las estructuras tectónicas, el análisis geomorfológico y la revaluación de las estructuras regionales o límites de bloques morfotectónicos. A continuación, se realiza la descripción de cada uno de estas tareas. 2.3.3.1 Definición de estructuras tectónicas Para definir las estructuras tectónicas se aplican los métodos morfométricos, los cuales ofrecen información acerca de las medidas de las formas del relieve, como se muestra a continuación: x Mapa de red fluvial: para su confección se parte del sistema de ríos y tributarios, representados en el mapa topográfico, tanto sus cauces 42 �permanentes como temporales; después de lo cual se procede al trazado de todas las cárcavas y afluentes, que quedan inferidos por las curvas de nivel hasta llegar a los extremos más elevados de la red fluvial, tanto en su cabecera como en los márgenes de la cuenca (Rodríguez, 2000). x Jerarquización de la red del drenaje: para su elaboración los distintos cursos de agua que integran la red de drenaje superficial se subdividen en segmentos de cauce, clasificados en función del orden de magnitud de los mismos, según el método de Horton (1945). x Densidad de drenaje: según Horton (1945), se define como el cociente entre la longitud total de los cauces que conforman el sistema fluvial de la cuenca y el área total de la cuenca. Dada por la ecuación 1: ‫ ܦ‬ൌ �–Ȁ� (1) donde: �–ǣ�longitud total de todos los canales de agua en km; ��ǣ área en km2 El resultado debe interpretarse como el número de cauces existentes por Km 2. x Mapas de isobasitas: estos mapas marcarán los niveles de base de erosión de los ríos de un determinado orden, el cual está dado por el tiempo de su formación. Se denominan de primer orden los ríos más jóvenes o de última formación, sucesivamente serán más viejos a medida que el orden sea mayor. Después de confeccionado el mapa de órdenes, se superpone el mismo al mapa topográfico; posteriormente, se buscan los puntos de intersección de los ríos de un orden determinado con las curvas de nivel y se ponen en esos puntos los valores de la cota topográfica. Después de 43 �marcados todos los puntos, se unen con líneas rectas o curvas los puntos de igual valor (Rodríguez, 2000). x Mapa de pendientes: consiste en la representación areal de la variación de los valores de pendiente de un sector de la superficie. Para la confección del mapa se parte del criterio de que áreas con separación similar de las curvas de nivel presentan iguales valores de inclinación; por lo cual la primera tarea consiste en separar los sectores del mapa con comportamiento similar de estas curvas, determinando para cada sector los valores de pendiente que le corresponden en dependencia del espaciamiento entre curvas. Según Rodríguez (2000) se determina a través de la ecuación 2: �ƒȽ ൌ ȟŠȀ‡� (2) donde: Ƚ: ángulo de pendiente; ȟŠ: desnivel o separación vertical entre curvas; ‡: espaciamiento horizontal entre curvas. x Disección vertical: es un parámetro morfométrico que representa la amplitud del relieve (altura relativa) por unidad de área y se expresa en m/km2 (Mora & Vahrson, 1993; Priego et al., 2008). Sirve principalmente para definir algunos tipos de relieve (montañas, planicies acolinadas, etc.) y ofrece datos sobre la energía del relieve. Se determina a través de la ecuación 3: �˜ ൌ �ƒš െ �‹Ȁ��� (3) donde 44 ��˜: disección vertical; �žšǣ altura máxima en metros; �Àǣ altura mínima en metros; �ǣ área en kilómetros cuadrados (km2) Deben considerarse los valores (Mora & Vahrson, 1993) que influyen en la inestabilidad de las laderas. Como resultado se obtienen los esquemas correspondientes a cada método morfométrico aplicado, apoyados en herramientas SIG. Luego se identifican los principales alineamientos y se confecciona el mapa de superposición gráfica de los mismos; finalmente, con la aplicación de criterios de identificación se obtienen las estructuras, su caracterización y esquema tectónico. 2.3.3.2. Realización del análisis geomorfológico Para el análisis geomorfológico se considera la clasificación morfológica del relieve (Moreno et al., 2017), se obtienen las categorías de montañas, alturas y llanuras; así como las subcategorías asociadas a estas. Se resaltan, además, los criterios de identificación del fallamiento activo, tales como: encajamiento de valles fluviales, valores morfométricos marcadamente diferentes sobre igual litología a ambos lados de la falla, formación de escarpes rectilíneos con pendientes mayores de 30° en contacto con pendientes suaves, alineación y desplazamiento de la línea de costa actual, entre otros. 2.3.3.3 Revaluación de estructuras tectónicas regionales o límites de bloques morfotectónicos Se realiza la revaluación de estructuras tectónicas regionales o límites de bloques morfotectónicos a través del método de Haller et al. (1993), que plantea que las 45 �fallas pueden clasificarse por sus características como: simple falla, definida por una edad única de ruptura; con secciones, que puede o no ser de una edad o estilo estructural simple; segmentada, presenta segmentos estructurales con comportamiento sísmico propio o que actúan independientemente uno de otro. Como resultado se obtiene el fallamiento activo. La metodología especifica que las fallas segmentadas deben de contar con trincheras paleosísmicas en cada uno de sus segmentos, así como datos geomorfológicos y geológicos (escarpe morfológico, control estratigráfico sobre el tiempo de fallamiento y la estructura geológica puede tener control físico de la segmentación, etc). Si el dato por segmentos independientes no es convincente (definido solamente por datos geomorfológicos), se debe describir la falla como con secciones. Los criterios para la sección son menos rigurosos. Las secciones pueden ser definidas sobre la base del criterio de la edad relativa, por geometría de falla, la presencia y preservación del escarpe, una sola trinchera o desde otro dato geológico (estructura, etc,); si ninguno de esos datos existe, se debe caracterizar la falla como una simple estructura. Además, explica que el compilador esta forzado a seleccionar un desplazamiento y una edad incluso cuando no existen datos. En el caso de que se desconozca el desplazamiento se debe elegir el término desconocido. La aplicación de esta metodología permite identificar las fallas activas, pero existen insuficiencias a pesar de la modernización de la red sísmica cubana que ha mejorado la calidad de la determinación y precisión de los parámetros sismológicos de los terremotos (Diez et al., 2014), que dificultan la realización de 46 �estudios detallados, así como la determinación del potencial sismogénico de la tectónica activa expresada por morfometría. Sin embargo, los métodos morfométricos demuestran la existencia de zonas de levantamientos y descensos relativos, lo que indica que existen fallas activas que provocan el desplazamiento de bloques, pero no es posible determinar su sismicidad asociada. Asimismo, las manifestaciones de deslizamientos dependen del fallamiento activo, aunque existen deslizamientos no relacionados con fallas activas y catalizadas por intensas lluvias y la actividad antrópica. Como resultado final se obtiene el mapa morfotectónico y la caracterización de sus bloques, el fallamiento activo, las estructuras tectónicas, su caracterización y el esquema tectónico. 2.4. Evaluación sismológica La evaluación sismológica incluye varias tareas, tales como: ejecución de análisis de los catálogos del Servicio Sismológico Nacional, realización de análisis de la información macrosísmica existente, obtención de las máximas aceleraciones esperadas, aplicación del Criterio Magnitud-Distancia. A continuación, se describen cada una de ellas: 2.4.1 Ejecución de análisis de los catálogos del Servicio Sismológico Nacional (SSN) Se analizará el catálogo de terremotos y se considerarán los eventos con magnitud mayor o igual a 4,0 Richter; a partir de esta magnitud se aprecian las manifestaciones de deslizamientos (Keefer, 1984). Se obtendrán los niveles de actividad sísmica y epicentros reportados, las principales zonas 47 �sismogeneradoras que afectan la región o área de estudio, así como los criterios de fallamiento activo. 2.4.2 Realización de análisis de la información macrosísmica existente Se analiza la información macrosísmica y se valoran los reportes históricos de peligros geológicos inducidos por sismos, a través de la documentación histórica o entrevistas a residentes que puedan proveer información histórica sobre la ocurrencia de deslizamientos o licuefacción durante pasados terremotos y los daños causados por estos. Estas zonas constituyen áreas de peligro porque bajo condiciones similares puede volver a ocurrir el fenómeno (TC4, 1999). También se obtiene la cantidad de terremotos fuertes ocurridos en la región. 2.4.3 Obtención de las máximas aceleraciones esperadas Al usar los resultados precedentes de Chuy y Álvarez (1995) y la NC: 46-99 (Cuba. Oficina Nacional de Normalización, 1999), esta información permite ubicar el área de estudio en las zonas sísmicas de Cuba y obtener los valores de la aceleración horizontal máxima del terreno e intensidad sísmica. Según los criterios de Seed et al. (1985) (citado por TC4, 1999), los rangos de la intensidad (VII-IX) y los valores de la aceleración (0,10g – 0,40g) influyen en la ocurrencia de la licuefacción. 2.4.4 Aplicación del Criterio Magnitud-Distancia Este criterio establece que la proporción del fallo de los taludes disminuye proporcionalmente con el aumento de la distancia de la fuente sísmica (TC4, 1999). Como resultado se obtiene la máxima distancia epicentral de fallo destructivo de taludes (Clase 1) y la máxima distancia epicentral de fallo de 48 �taludes (Clase 2); esta relación entre la magnitud y la distancia epicentral de fallo de taludes (figura 13) fue necesaria ajustarla para las condiciones cubanas. Para la aplicación de este criterio se consideró un país húmedo (Clase 1 representado por la ecuación 4; y Clase 2, representado por la ecuación 5) y los terremotos históricos con peligros geológicos asociados. �ൌͲǡͲʹͲ͵݁ ଴ǡଽ଻଻ଵ௑ (4) �ൌͲǡ͵Ͳͷͳ݁ ଴ǡ଼ହଷଷ௑ (5) donde: �: máxima distancia epicentral; šǣ magnitud 2.5. Peligros inducidos por actividad sísmica Luego de obtener la caracterización geológica, antrópica, morfotectónica y la evaluación sismológica del territorio, se evalúan la licuefacción de suelos y los deslizamientos inducidos por sismos, como se describe a continuación: 2.5.1 Evaluación de la susceptibilidad a la licuefacción de suelos inducida por sismos Los principales efectos de la licuefacción de suelos son la pérdida de la capacidad de presión del suelo debajo de las fundaciones y la expansión lateral, (lateral spreading en inglés), que ocurren sobre superficies casi llanas sin continuidad lateral, en las orillas de los ríos (Pierre–Yves, 2005) en las llanuras con rellenos granulares de origen antrópico, deltaicas y terrazas fluviales, escarpes de riberas fluviales y lacustres y bordes de humedales; todos con pendientes de 0°-3° (Youd, 1977). 49 �Figura 13. Relación general entre la magnitud y la distancia epicentral de fallo de taludes. Fuente TC4, (1999). �Es un movimiento lateral traslacional de terrenos, sobre una zona basal de sedimentos y suelos de composición limosa, areno-limosa y arena suelta de grano fino, licuefaccionada; debido a la posición relativamente superficial del techo de la capa freática. En la corona de los taludes se forman grietas por la baja resistencia del suelo a los esfuerzos de tensión asociados a la onda sísmica. La falta de confinamiento lateral al borde de un talud puede inducir esfuerzos de tensión en el suelo y posterior deslizamiento hacia el borde de la cara libre. Si el suelo está saturado pierde su capacidad de soporte (Rauch, 1997; Rauch y Martin, 2000). 2.5.1.1 Criterio geológico-geomorfológico Se aplica el criterio geológico-geomorfológico en función de la información existente (mapas a escala 1:100 000). Se seleccionan las unidades geomorfológicas (tabla 3) y geológicas susceptibles (tabla 4); además, se incluye la edad de los mismos. Asimismo, se determinan las condiciones geomorfológicas específicas (tabla 5) para la ocurrencia de este peligro (TC4, 1999). Suelos susceptibles. Pueden determinarse por el criterio si/no se caracterizan los suelos a la licuefacción; así como formaciones jóvenes, depósitos palustres, marinos, biogénicos; sedimentos aluviales de edad Holoceno; estos suelos poseen alta susceptibilidad al proceso (Youd and Perkins, 1978; Galbán et al., 2012; Pierre-Yves Bard, 2005; TC4, 1999). En correspondencia con lo anterior, los depósitos aluviales en Cuba suroriental incluyen una potente secuencia de bloques, cantos rodados, gravas, arenas limosas (según la NC: 59-2000 (Cuba. Oficina Nacional de Normalización, 2000) se clasifica como SM) y arcillas derivadas de la erosión fluvial y regional. 50 �La tabla 7 muestra la clasificación de estos suelos en función de su granulometría (Peñalver et al., 2008) y su perfil de suelo según la NC: 46-99. Estos depósitos aluviales se distribuyen en cauces, valles fluviales, llanuras y abanicos aluviales, terrazas y paleocauces; presentan un nivel freático alto (González de Vallejo et al., 2002). Las arenas finas y flojas y las arenas y limos mal graduados son susceptibles a este fenómeno, ya que poseen bajo grado de compactación; es decir, con valores N de ensayo de penetración estándar (Standard Penetration Test en inglés, SPT) inferiores a 10 golpes para profundidades menores de 10 metros y N menor de 20 golpes para profundidades mayores de 10 metros (González de Vallejo et al., 2002). También se consideraron la intensidad sísmica, aceleración horizontal (los sectores de estudio abarcan las zonas 2A con 0,15 g, 2B con 0,20 g y 3 con 0,30 g, según la NC 46:1999) y la topografía (no se consideran montañas, colinas, terrazas marinas, pues en estos lugares no ocurre o existe baja licuefacción) (TC4, 1999). La carencia de información justifica la aplicación del método mencionado, que pertenece al Nivel o Grado I de Zonación (TC4, 1999). A lo anterior se suma la poca información ingeniero-geológica para los sectores seleccionados de Cuba suroriental, la falta de información requerida sobre los mapas de suelos cuaternarios a escala 1:250 000 (IGP, 2008), la información a escalas pequeñas y la falta de datos (límite líquido, índice de plasticidad, profundidad del nivel freático) en las calas realizadas por diversas instituciones con diversos fines; lo cual impide realizar una evaluación a escala local de esta amenaza. 51 �Nombre del suelo y símbolo del grupo Arenas (S), Arena limosa (SM), Gravas (G) Limos (M) y Arcillas (C) Arcilla y Limo orgánico (O) Turba (PT) Clasificación de los suelos Suelos de granos gruesos Suelos de granos finos Suelos altamente orgánicos Tabla 7. Clasificación de los suelos y su granulometría. Fuente: Autora - limos finos 0,1 mm - 0,05 mm limo grueso 0,05 - 0,1 mm arcillas < 0,01 mm Arenas < 1,5 mm gravas 10 mm -1,0 mm Granulometría (mm) S4 S4 S4 Clasificación del perfil de suelos �Respecto a la licuefacción, es necesario esclarecer que este proceso depende de la respuesta de los suelos poco consolidados ante los sismos; sin embargo, no es directamente dependiente al fallamiento activo local; por lo tanto, este aspecto no fue valorado. 2.5.1.2 Criterio si/no se caracterizan los suelos a licuar Según Pierre–Yves (2005), son susceptibles a licuar: Cieno y arenas que presenten las siguientes características: x Grado de saturación al 100 % x Granulometría uniforme con tamaño del grano al 50 %, (D50), en el intervalo de 0,05 mm y 1,5 mm Arcillas que presenten las siguientes características: x Tamaño del grano al 15 %, (D15) mayor que 0,005 mm x Límite líquido menor que 35 % x Contenido de agua mayor que 0,90W l x Índice de plasticidad menor que 0,73 (W l- 20) No son susceptibles a licuar en ningún caso: a) Gravas con D10 mayor que 2 mm b) Arcillas que presenten las siguientes características: x Tamaño del grano al 70 %, (D70) menor que 74 ʋm x Índice de plasticidad mayor que 10 % Para la aplicación de este criterio se consultó la base de calas disponible (Méndez et al., 2003). Como resultado se obtienen los suelos susceptibles a la licuefacción. 52 �2.5.2 Evaluación de la susceptibilidad a los deslizamientos inducidos por sismos Para la evaluación de la susceptibilidad a los deslizamientos se emplea el método de la zonación pasiva, que permite clasificar la amenaza por deslizamientos en áreas tropicales con alta sismicidad. Incluye 5 factores (3 intrínsecos o de susceptibilidad) y 2 factores externos o de disparo. A continuación, se explica este método. 2.5.2.1 Método zonación pasiva La zonación pasiva se obtiene mediante la combinación de las variables condicionantes, ya que los deslizamientos ocurren cuando una ladera con determinadas litologías, cierto grado de humedad y pendientes específicas alcanza un grado de susceptibilidad. Esos elementos son los denominados elementos pasivos (Mora et al., 1992). En correspondencia con estos criterios se realizaron modificaciones, tal y como en la susceptibilidad litológica, en la cual se incluyen los aspectos ingeniero– geológicos y las características de los grupos litoestructurales (Nicholson y Hencher, 1997). Además, se sustituye la susceptibilidad por humedad de suelo por la densidad de la red hidrográfica, según los criterios de Aristizábal y Yokota (2006), Flores y Hernández (2012), Vargas (2002) y Castellanos (2008). Este factor determina la intensidad de la erosión; además expresa las características geoecológicas del territorio, que están controladas por la litología del sustrato, permeabilidad del suelo y capacidad de infiltración, cobertura vegetal y su tipo. Los rangos de pendientes fueron modificados (Roa y Kamp, 2008). En la figura 14 se muestran las variables condicionantes que conforman la zonación pasiva. 53 �Figura 14. Variables empleadas para la obtención del mapa de susceptibilidad a los deslizamientos a través de la zonación pasiva. Fuente: Autora. �Geomorfología. Se consideran las zonas rocosas o acantilados de fuertes pendientes según los criterios de la Agencia Suiza para la Cooperación y el Desarrollo/Apoyo Local para el Análisis y Manejo de los Riesgos Naturales (COSUDE/ALARN, 2006). Igualmente, la topografía y la forma del relieve, que constituyen un indicador que es necesario evaluar en los estudios de riesgo geológico (Galbán et al., 2012; Galbán, 2014). Los valores de las pendientes se generan a partir del MDT, para obtener la susceptibilidad geomorfológica. Geología y Geotecnia. Se valoran los afloramientos rocosos, fuertemente fracturados (COSUDE/ALARN, intemperizadas; presencia de 2006; Flores, estratificación, 2003); rocas carsificación, alteradas, agrietamiento, tectonismo y plegamientos (Pérez, 1976); información geológica (IGP, 2003; Colectivo de autores, 2013) y elementos litológicos (alternancia de estratos de diferente naturaleza). Además, se clasifican las rocas en rocas duras, duras a semiduras, friables incoherentes y blandas coherentes (Lomtadze, 1977 y Abramson, 1996). Hidrología. La red del drenaje, los efectos del agua en el terreno, los arrastres, la erosión de los materiales que integran el talud o la ladera, la circulación subsuperficial de agua, los cambios en el nivel de base en la escorrentía y las variaciones del nivel freático, entre otros elementos (González de Vallejo et al., 2002). Igualmente, la densidad de la red y los primeros órdenes de los ríos, que indican áreas de erosión. La tabla 8 muestra los tipos de rocas, sus propiedades físico–mecánicas, los grupos litoestructurales y su susceptibilidad. 54 �La Serpentinita Esquistos Pizarra Intercalaciones de estratos duros y blandos, rocas bandeadas o con intrusiones ígneas Areniscas Margas Calizas débiles Granito sano Gabro Basaltos Riolita Calizas Mármol Dolomitas Conglomerados Rocas Roca Anisotrópica Rocas debilitadas tectónicamente Roca débil granular Roca compuesta Roca fuerte discontinua Roca fuerte masiva Grupos litoestructurales Susceptibles a la meteorización del material y debilitamiento que conduce a la formación de láminas, caídas de granos, lavado de granos, colapso y caídas de bloques. Muy alta porosidad y pueden formar acuíferos Susceptibles a la formación de láminas que pueden colapsar, al lavado superficial y proceso de erosión. Zonas trituradas o cortadas y altamente fracturadas, susceptibles a colapso desmoronamiento, caídas de rocas y bloques. Susceptibles a varios modos de deterioro dependiendo del sistema de fractura. Las caídas de rocas y desmoronamiento de los taludes son dominantes con caídas de bloques. Susceptibles a la meteorización diferencial que conduce al colapso y caídas de bloques de rocas y de rocas asociadas. Resistentes a procesos de deterioro de roca y susceptibles a la meteorización, pueden conducir a caídas de bloques. Susceptibilidad del grupo litoestructural 9,806-460,912 10,591-225,553 196,133-245,166 7,845-196,133 3,432-193,191 - - 78,453-264,779 147,099-274,586 196,133-392,266 78,453-156,906 78,453-147,099 78,453-147,099 35,303-549,172 137,293 Resistencia a la compresión (MPa) 0,1-0,5 3 0,1-1 5-25 - - 0,5-1,5 0,1-0,2 0,1-2 4,6 5,0-20 0,3-2 0,2-4 - Porosidad (%) 5 000-6 500 3 500-5 000 1 400-4 200 1 800-3 200 - - Velocidad de propagación (Vp) de las ondas longitudinales (m/s) 4 500-6 000 4 500-6 500 4 500-6 500 2 500-6 000 3 500-6 000 2 500-5 000 Propiedades físico-mecánicas Tabla 8. Tipos de rocas, sus propiedades físico–mecánicas y grupos litoestructurales. Fuente: Autora 2,3 a 2,7 2,7 a 2,9 2,7 a 2,8 1,6 a 2,9 2,6 a 2,7 - - 2,5 a 2,8 2,8 a 3,1 2,7 a 2,8 2,45 a 2,6 1,5 a 2,8 2,6 a 2,8 2,2 a 2,9 2,0 a 2,7 Densidad (Tm/m3) �Es necesario resaltar la aplicación de métodos y técnicas experimentales (laboratorio y campo) en el área de investigación. Como parte de este proceso se crea el inventario de deslizamientos, a partir del reconocimiento geológico y compilaciones antecedentes (Villalón et al., 2012; Rosabal et al., 2009; Rosabal, 2012 y 2013) el mismo está relacionado con las intensas lluvias, debido a que no existe un inventario de deslizamientos por sismos para Cuba. Con el auxilio de herramienta SIG se digitalizan y confeccionan las bases de datos, se generan los mapas que dependen del MDT, se georeferencia la información y se realiza la generalización cartográfica de los mapas bajo análisis. En el análisis, cada variable condicionante es tratada individualmente en el SIG, mediante clasificaciones. A partir de lo anterior, se crean 4 clases para generar los mapas que expresan su aporte a la susceptibilidad, se realiza el procesamiento de los mapas temáticos a través de consultas al SIG (SQL Select en inglés) a las capas a analizar a través de la operación contiene o entre (contains o within en inglés), como resultado se obtiene una consulta (Query en inglés) que se salva (save as en inglés) y se le otorga un nombre, que corresponde a la capa que se intercepta, con lo cual se obtiene el mapa de susceptibilidad a los deslizamientos. Se consideraron los criterios de evaluación del peligro por derrumbe, teniendo en cuenta que existe similitud en el tipo de material, las pendientes y la gravedad como agente detonante (tabla 9). Como resultado se obtiene el mapa de susceptibilidad a los deslizamientos (tabla 10) con cuatro niveles de 55 �Tabla 9. Diferentes niveles de peligro por derrumbes y sus efectos. Fuente: COSUDE/ALARN, 2006 Nivel de peligro Efectos indicadores visibles Bajo Rocas duras pobremente fracturadas, cono coluvial sin indicios de actividad reciente y cubierto de vegetación Rocas con alteración moderada, facturación inicial, pero fracturas no muy abiertas o cerradas Rocas con fuerte alteración y profundidad de alteración Presencia de fracturas abiertas y diaclasadas Alto grado de intemperismo Escorrentía superficial o fuentes de agua Conos coluviales vivos, sin cobertura vegetal y bloques recientes Medio Alto Tabla 10. Propuesta de clasificación de la zonación pasiva. Fuente: Autora Clasificación Pendientes Alta Mayores de 45˚ y de 35˚-45˚ S*. litológica Alta Moderada 25˚ -35˚ Moderada Baja 15˚ -25˚ Baja Muy baja 0˚- 15˚ Baja Relieve Montañas con elevaciones de más 500 m y entre 200 y 500 m sobre nivel medio del mar Zonas elevadas entre 50 y 200 m de altura Zonas bajas, llanuras o elevaciones bajas de hasta 50 m de altura Zonas bajas Hidrología Resultados a esperar Muy densa y densa Caídas desprendimientos de rocas, desplomes, volcamientos, deslizamientos Moderadamente densa Deslizamientos Baja densidad Baja ocurrencia de deslizamientos Baja densidad No ocurren deslizamientos Nota: en la tabla 10. S*. litológica representa la susceptibilidad litológica �susceptibilidad. El mapa obtenido necesita ser validado, a través de la comprobación directa. 2.5.2.2 Comprobación directa En el terreno se realiza la comprobación directa del modelo de susceptibilidad alcanzado, lo cual permite verificar en el campo el comportamiento del modelo y prever deslizamientos futuros. Se emplean, además, los inventarios y resultados de investigaciones precedentes. Se obtiene la documentación de deslizamientos, lo cual contribuye a fortalecer el mapa de susceptibilidad a los deslizamientos. Al culminar este último paso de la metodología se obtiene la zonación de la susceptibilidad a la licuefacción de suelos y los deslizamientos inducidos por actividad sísmica; lo cual permitirá una mejor estimación de la peligrosidad a los deslizamientos y la licuefacción. Este resultado es una herramienta muy útil para la toma de decisiones, principalmente en la primera etapa de planificación de un proyecto constructivo. Las figuras 15, 15a y 15b muestran el diseño del flujograma para la evaluación de la susceptibilidad a los peligros objeto de estudio. 2.6 Conclusiones 1. La metodología que agrupa los métodos morfométricos, conjuntamente con la evaluación sismológica y la tectónica activa, permite la caracterización y cartografiado del fallamiento activo; la caracterización morfotectónica a escala detallada y aporta criterios válidos para la zonación de la susceptibilidad a los deslizamientos y licuefacción de suelos inducidos por la actividad sísmica, así como la comprobación directa en el terreno de los deslizamientos. 56 �Figura 15. Flujograma general de la aplicación de métodos integrados para la evaluación de deslizamientos y licuefacción de suelos, inducidos por la actividad sísmica. Fuente: Autora. Figura 15a. Representación esquemática detallada del flujograma que muestra la aplicación de métodos integrados para la evaluación de deslizamientos y licuefacción de suelos, inducidos por la actividad sísmica. Fuente: Autora. Figura 15b. Representación esquemática del flujograma en detalle. Fuente: Autora. �CAPÍTULO 3. EVALUACIÓN DE LA SUSCEPTIBILIDAD A LOS PELIGROS DE DESLIZAMIENTOS Y LICUEFACCIÓN DE SUELOS, INDUCIDOS POR ACTIVIDAD SÍSMICA, EN TRES SECTORES DE CUBA SURORIENTAL �CAPÍTULO 3. EVALUACIÓN DE LA SUSCEPTIBILIDAD A LOS PELIGROS DE DESLIZAMIENTOS INDUCIDOS POR Y LICUEFACCIÓN ACTIVIDAD DE SÍSMICA, SUELOS, EN TRES SECTORES DE CUBA SURORIENTAL 3.1 Introducción El objetivo principal de este capítulo es implementar el conjunto de métodos integrados, de modo que permitan evaluar la susceptibilidad a los peligros de deslizamientos y licuefacción de suelos inducidos por la actividad sísmica en tres sectores seleccionados de Cuba suroriental 3.2 Ubicación y caracterización general de los tres sectores de Cuba suroriental Los sectores elegidos para la implementación de la metodología son Guamá, Santiago de Cuba y Guantánamo. Estos sectores fueron escogidos bajo el criterio de que son áreas que poseen suficiente grado de estudio para verificar los resultados; ciudades o asentamientos humanos ubicados en zonas de alta peligrosidad sísmica y cercanos a la zona de falla activa más importante de la región. 57 �Sector Guamá. Ubicado en la costa sur del municipio de igual nombre en la provincia Santiago de Cuba. Se extiende desde los ríos Guamá, al este, hasta La Plata, al oeste, como límites naturales; al sur limita con las aguas del Mar Caribe. Posee un área aproximada de 593,76 Km 2. Se extiende por las coordenadas geográficas longitud oeste: 76.908ͼ a 76.408ͼ, latitud norte: 19.911ͼ a 20.028ͼ (figura 16). En el sur del sector se ubica la carretera que conecta las provincias de Santiago de Cuba y Granma, con varios asentamientos humanos, tales como: Uvero, Guamá Abajo, La Uvita, Las Cuevas y La Plata. Sector Santiago de Cuba. Se localiza en la costa sur del municipio Santiago de Cuba. Consta de dos bahías: Santiago de Cuba y Cabañas. Limita al norte con las elevaciones de sierra Boniato y Puerto Pelado y al sur con el Mar Caribe; se extiende desde las cercanías de Rancho Club, al oeste, hasta las inmediaciones de la localidad de La Estrella, al este (figura 17). Abarca un área de 612,12 km2 aproximadamente, con coordenadas geográficas longitud oeste: 75.971° a 75.684°, latitud norte: 19.941° a 20.121°. El asentamiento poblacional de mayor importancia es la ciudad de Santiago de Cuba, con más de medio millón de habitantes e infraestructura urbana compleja. Sector Guantánamo. Se sitúa en la costa sur de las provincias Santiago de Cuba y Guantánamo, desde el macizo montañoso de La Gran Piedra y las proximidades del río Duarte, al oeste, hasta Punta Mal Año, ubicada al este de la bahía de Guantánamo. Al sur limita con el Mar Caribe (Figura 18). Las coordenadas geográficas son longitud oeste: 75.607° a 75.032°, latitud norte: 19.875° a 20.294°. 58 �Figura 16. Ubicación geográfica del sector Guamá. �Figura 17. Ubicación geográfica del sector Santiago de Cuba. Figura 18. Ubicación geográfica del sector Guantánamo. �El sector Guantánamo abarca un área de 2 674,12 km2 aproximadamente. Los asentamientos poblacionales del sector son ciudad Guantánamo, Jamaica, El Salvador, Manuel Tames y Honduras. 3.3 Evaluación de los peligros de deslizamientos y licuefacción de suelos, inducidos por la actividad sísmica, en el sector Guamá En el sector Guamá se aplica el conjunto de métodos integrados para evaluar la susceptibilidad a los peligros de deslizamientos y licuefacción de suelos inducidos por la actividad sísmica. Se describen los pasos seguidos. 3.3.1 Caracterización geológica Desde el punto de vista geológico en el sector Guamá se encuentran formaciones que datan desde el Cretácico hasta el Holoceno. La breve caracterización geológica se realizó a partir del mapa geológico del IGP (2003) y del léxico estratigráfico de Colectivo de autores, (2013). Formación Palma Mocha (pmc): su litología diagnosticada son rocas terrígenoclásticas y vulcanógenas, en menor cantidad aparecen calizas; intercalaciones de argilitas, su edad es Cretácico Inferior (Aptiano)-Cretácico Superior (Turoniano). Formación Manacal (mc): compuesta por areniscas y aleurolitas polimícticas y tobácea, argilitas, calizas, gravelitas, tobas y conglomerados; de edad Cretácico Superior (Campaniano-Maestrichtiano Inferior). Grupo El Cobre (ec): está constituido por diferentes tipos de rocas vulcanógenas y vulcanógeno-sedimentarias en distintas correlaciones y combinaciones alternantes, muy variables, tanto en sentido vertical como lateral. Edad Paleoceno-Eoceno Medio parte baja (Colectivo de autores, 2013). 59 �Formación Río Macío (río): se caracteriza por poseer litologías como depósitos en valles aluviales de composición y granulometría heterogénea. De edad Cuaternario (Colectivo de autores, 2013). Formación Jaimanitas (js): su litología diagnosticada es calizas biodetríticas masivas, generalmente carsificadas, muy fosilíferas. Edad Pleistoceno Superior. Formación Jutía (jut): está constituida por sedimentos no consolidados, friables y fragmentarios, como aleurolita calcárea y órgano detrítico, arena margosa y arcillosa. Su edad es Holoceno (Colectivo de autores, 2013). En las tablas 11 y 12 se muestran los aspectos ingeniero-geológicos de las rocas y formaciones geológicas presentes en los sectores, así como las formaciones más susceptibles a los deslizamientos, teniendo en cuenta los criterios de Lomtadze (1977), Pérez (1976) y Colectivo de autores (2013). Los suelos aluviales son los susceptibles a la licuefacción. 3.3.2 Factores antrópicos El sector Guamá presenta condiciones de antropización que conducen a deslizamientos y a daños generados por estos. Estas condiciones son: x La construcción de la carretera Granma-Santiago de Cuba, principal vial de este sector, expuesta a laderas inclinadas, inestables y donde existen reportes históricos y actuales de deslizamientos, caídas y desprendimientos de rocas. x Los asentamientos poblaciones poseen una importante población dispersa en las zonas de montañas y serranías, cuyas acciones provocan cortes en las laderas, la deforestación y erosión de los suelos. 60 �Clasificación de las rocas Grabos, Gabrodioritas, Gabrodiabasas Gabroplagio-graniticas Granitos, Dioritas, Dioritas-cuarciferas, Dolerita, Diabasas, Cuarzo-pofiritas, Sienitas Tonalito-granodioritico Granodioritas Riolitas, Andesitas, Dacitas, Andesitas-dacitas, Basaltos, Porfiro-andesito-basalto, Porfiritas, Porfido-diortico, Cuarcitas, Andesito-basalto Formación Manacal Formación Yaguaneque Formación Güira de Jauco Formación Sierra del Purial Litología - - - Presencia de estratificación Muy intemperizadas, forman cortezas de 10 a 100 m. Los gabros forman corteza de intemperismo arcillosa de 10 a 15 m de potencia que puede ser mayor en zonas de fallas. El intemperismo arenoso se localiza en áreas de intrusiones granitoides. - - Presencia de intemperismo Basaltos, entre otras rocas duras y areniscas - - Alternancia o intercalaciones de rocas duras y débiles - Muy agrietados - - Agrietamiento, tectonismo y pleglamiento - - Carso Tabla 11. Rocas duras firmes de Cuba oriental y sus aspectos ingeniero-geológicos. Fuente: Autora Rocas duras firmes Moderado Baja Baja Baja Baja Baja Nivel de Susceptibilidad �Clasificación de las rocas - - - - Gran Tierra Micara Sierra Verde Ultrabasitas serpentinitas Río Maya - Intemperismo arcilloso y de agrietamiento - - Cortezas potentes - Presencia de Intemperismo - - - Estratificación muy fina Estratificación Presencia de estratificación - Pilón Santo Domingo Sabaneta Grupo El Cobre El Caney Sevilla Arriba Formación geológica Intercalaciones terrígenos de clastos Alternancia de tobas e intercalaciones de lavas y aglomerados Tobas vitroclásticas con intercalaciones de tufita Intercalaciones de rocas metavulcanógenas básicas con calizas - Alternancia o intercalaciones de rocas duras y débiles Calizas biodetríticas duras, que se interéstratifican con argilitas calcáreas y margas limosas - carso Muy afectadas por el tectonismo - - - - - - - - - Intenso agrietamiento - - - Agrietamiento, tectonismo y pleglamiento - Carso Alta Alta Moderada Moderada Moderada Alta Moderada Moderada Alta Muy Alta Nivel Susceptibilidad asignado Moderada Tabla 12. Rocas relativamente duras-semiduras de Cuba oriental y sus aspectos ingeniero-geológicos. Fuente: Autora Rocas relativamente duras-semiduras �Clasificación de las rocas La Cruz - Se encuentra bien estratificada Estratificación gradacional San Luis Sierra del Capiro - Presencia de estratificación Estratificación grosera Estratificación fina Estratificación fina y gruesa Finamente estratificada Estratificación de fina a media Chafarina Palma Mocha Maquey Puerto Boniato Charco Redondo Jaimanitas Yateras Formación geológica - Las margas se encuentran intemperizadas - Aleurolitas y margas con intercalaciones de aleurolitas y conglomerados Intercalaciones de arcillas Intercalaciones de argilitas Alternancia de areniscas, aleurolitas y arcillas calcáreas y margas Mármoles y dolomitas intercalaciones de metapedernales y esquístos calcáreos - - - Calizas y margas - En ocasiones con margas - Alternancia o intercalaciones de rocas duras y débiles - - Presencia de Intemperismo Arcilloso y de agrietamiento - Muy afectada por procesos tectónicos - - - - - - - - - - Agrietamiento, tectonismo y pleglamiento - - - - carso carso carso Carso Moderada Moderada Alta Moderada Moderada Alta Moderada Alta Muy Alta Muy Alta Nivel Susceptibilidad Tabla 12. Rocas relativamente duras-semiduras de Cuba oriental y sus aspectos ingeniero-geológicos (continuación). Fuente: Autora Rocas relativamente duras-semiduras �3.3.3 Caracterización morfotectónica Se realiza la caracterización morfotectónica del sector Guamá a partir de la aplicación de métodos y criterios que permiten definir las estructuras tectónicas, realizar el análisis geomorfológico y revaluar las estructuras tectónicas límites de bloques morfotectónicos. A continuación, se explican los pasos dados. 3.3.4 Definición de estructuras tectónicas Se aplican los métodos morfométricos, tales como red del drenaje y su jerarquización, densidad de la red hidrográfica, nivel base de erosión de segundo y tercer orden, pendiente y disección vertical. Red del drenaje. En el centro y este del sector se define como paralela y subparalela; mientras que, al oeste, en la zona del Pico Turquino, es radial (figura 19). Los cursos principales de los ríos se disponen paralelos entre sí con orientación NS, NW, NE; en zonas de igual litología se observan tramos rectos y alineados, así como cambios bruscos en el trazado de los cauces fluviales principales; lo cual indica el control tectónico del drenaje. Jerarquización de la red. En el último tramo de La Mula, situado al oeste, se encuentra el 5to orden (figura 20). Densidad de la red hidrográfica. La mayor densidad se obtuvo hacia el suroeste, que se corresponde con la zona del Pico Turquino; altos valores ubicados al centro y noreste del sector (figura 21). Nivel base de erosión de segundo orden. Se obtienen ocho cierres positivos máximos, localizados en el oeste y este. En el contorno de estos sectores el espaciamiento se comporta con un gradiente más elevado que en su interior, lo que indica la existencia de levantamientos con mayor velocidad. 61 �Figura 20. Jerarquización de la red del drenaje del sector Guamá. Escala 1:25 000. Fuente: Autora. Figura 19. Trazado de la red fluvial del sector Guamá. Escala 1:25 000. Fuente: Autora. �2 Figura 21. Densidad de la red hidrográfica del sector Guamá, expresada en km/km . Escala 1:25 000. Fuente: Autora. �Próximo al litoral las isolíneas mantienen la misma trayectoria que la línea de costa y las inflexiones negativas conservan una ubicación perpendicular a esta, formando alineaciones, que pueden estar dadas por la existencia de estructuras tectónicas. Las direcciones de los morfoalineamientos son NW-SE y NE-SW (figura 22). Nivel base de erosión de tercer orden. Se obtienen siete cierres positivos máximos, ubicados al oeste y este. Se describe un comportamiento similar a las isobasitas anteriores. Las principales formas alineadas mantienen la orientación de las primeras, hacia el norte (figura 23). Pendiente. Muestran sectores de altos valores de 40Û-80Û, que indican condiciones favorables para el desarrollo de caídas y desprendimientos de rocas, en zonas de contacto brusco entre inclinaciones altas con las de bajo ángulo, que pueden ser indicadoras de corrientes fluviales. Al sur, próximo a la costa y coincidente con los ríos, los valores disminuyen y oscilan entre 0Û-7Û, lo cual indica ambientes propicios para la licuefacción (figura 24). Disección vertical. Los máximos valores se distribuyen al oeste (450-650 m/km2), centro (500-650 m/km2) y al noreste (400-550 m/km2) del sector (figura 25). Estos valores de disección vertical muestran inestabilidad en las laderas, un relieve diseccionado y condiciones propicias para el desarrollo de deslizamientos. Alineaciones tectónicas. Para su determinación se valoraron los criterios de identificación. A partir del mapa de superposición gráfica de los alineamientos se confeccionó el mapa de estructuras tectónicas, con el cual quedaron cartografiadas aquellas que sobre de la base a la suma de criterios resultan de importancia dentro del área de estudio. 62 �Figura 23. Nivel base de erosión (isobasitas) de tercer orden del sector Guamá. Escala 1:25 000. Fuente: Autora. Figura 22. Nivel base de erosión (isobasitas) de segundo orden del sector Guamá. Escala 1:25 000. Fuente: Autora. �Figura 25. Mapa de disección vertical del sector Guamá. Escala 1:25 000. Fuente: Autora Figura 24. Mapa de pendientes del sector Guamá. Escala 1: 25 000. �Los trabajos precedentes describieron las fallas regionales del sector, tales como: Jibacoa (Alioshin et al., 1975), Turquino, Vega Grande (Pérez y García, 1997) y Bayamita (Kuzovkov et al., 1977; Pérez y García, 1997); declaradas con el empleo de métodos geofísicos, geológicos y geomorfológicos. En la presente investigación los criterios geomorfológicos permitieron identificar o confirmar la existencia de algunas estructuras (tabla 13 y figura 26). x Turquino. Se ubica en la parte occidental del sector con una dirección NNW. Delimitada por los tramos rectos del río Turquino, alineación de cursos de ríos y arroyos, alteración de valores morfométricos marcadamente diferentes sobre la misma litología, inflexión de las curvas de isobasitas de tercer orden. x Bayamita. De dirección NW-SE. Se determinó por inflexión de las isobasitas de segundo y tercer órdenes, alteración de los valores morfométricos, tramos rectos del río Bayamita, alineación de ríos y arroyos. x Guamá Abajo. Se localiza al este con una dirección NS. Fue identificada por inflexión de las isobasitas de segundo y tercer órdenes, tramos rectos del río Guamá, alteración de valores morfométricos, contactos bruscos lineales entre dos formaciones. x Palma Mocha. Se sitúa en la parte occidental del sector con una dirección NESW. Identificada por los tramos rectos de río Palma Mocha, alineación de arroyos, contactos bruscos lineales entre dos formaciones, inflexión de las curvas de isobasitas de segundo y tercer órdenes, alineación brusca de montañas. 63 �Xx* xx xx xx xx xx xx xx - xx xx xx Estructuras Guamà Vega Grande Jibacoa Palma Mocha El Naranjo Potrerillo La Mula Bruja Arriba Peladero La Plata Grande Alineación de cursos fluviales xx - xx xx - x x xx xx - xx xx Alineación brusca del relieve - xx xx x x xx - - - - - - xx secundaria - - x x - - - Mineralización epitermal Contacto brusco lineales entre dos materiales distintos xx - xx xx xx xx - xx - Anomalía gravimétrica - - x - - X* - gradiente - - x - - - Alineación del magnetomètrico valores Alteración de morfométricos xx xx - - x - - x - - - x x - - x - Cambios del nivel del campo radiométrico - - - - x x Nota: en la tabla 13, las xx* representan la descripción por la investigación y la x* simboliza la descripción por otros autores. Tramos rectos de ríos y arroyos Turquino Bayamita magnetomètrico Campo anómalo Criterios de identificación de fallamiento activo Encajamiento de valles fluviales Criterios de identificación de fallas - - - - xx - Valores morfométricos marcadamente diferentes sobre igual litología a ambos lados de la falla Tabla 13. Criterios de identificación de fallas y fallamiento activo en el sector Guamá. Fuente: Autora - - x - - - Actividad sísmica �3.4. Evaluación de los peligros de deslizamientos y licuefacción de suelos, inducidos por la actividad sísmica, en el sector Santiago de Cuba En el sector Santiago de Cuba, al igual que en el sector Guamá, se aplica un conjunto de métodos morfométricos, geomorfológicos y sismológicos para evaluar los peligros de deslizamientos y licuefacción inducidos por la actividad sísmica. 3.4.1 Caracterización geológica El sector Santiago de Cuba está compuesto por las formaciones geológicas que datan desde el Paleógeno hasta el Holoceno, donde se destacan el Grupo El Cobre y las formaciones Charco Redondo, Puerto Boniato, San Luis, Jaimanitas, La Cruz, Río Macío, Jutía y Río Maya. Algunas de estas formaciones ya fueron descritas en el sector Guamá. A continuación, se realiza un resumen de las formaciones presentes. Formación El Caney (ecy). Su litología diagnosticada es la alternancia de tobas cineríticas, tufitas, tobas calcáreas, calizas tobáceas, lapilitas e intercalaciones de lavas y aglomerados. Edad: Eoceno Medio (Colectivo de autores, 2013). Formación Charco Redondo (chr). Está compuesta por calizas compactas órgano-detríticas, fosilíferas. En la parte inferior del corte, son frecuentes las brechas. En esta parte predomina la estratificación gruesa y en la superior prevalece la estratificación fina. Edad: Eoceno Medio (Colectivo de autores, 2013). Formación Puerto Boniato (pb). Presenta una alternancia de calizas organodetríticas y margas, con intercalaciones de sílice negro-parduzco. Edad: Eoceno Medio (Colectivo de autores, 2013). 72 �Formación San Luis (sl). Está constituida por areniscas polimícticas, aleurolitas, margas, arcillas calizas arcillosas y conglomerados polimícticos. Se encuentra bien estratificada. Se halla cortada por diques y cuerpos de basalto. Sus depósitos aparecen ligeramente plegados. Edad: Eoceno Medio parte alta-Eoceno Superior (Colectivo de autores, 2013). Formación La Cruz (lcz). Se subdivide en los miembros Quintero, Tejar y Santiago. Su litología diagnosticada es secuencia terrígeno-carbonática en la base y el techo, en su parte media carbonato-terrígena. Existen alternaciones de calizas biodetríticas, a veces limosas o arcillosas; calcarenitas de matriz margosa y subordinadamente margas, conglomerados, areniscas polimícticas y aleurolitas, formadas por vulcanitas. Edad: Mioceno Superior-Plioceno Superior. Miembro Santiago (stg). Está constituido por argilitas calcáreas, limoso-arenáceas plásticas con interestratificaciones de aleurolitas polimícticas areno-arcillosas y calcilutitas laminares. Edad: Plioceno Inferior (Colectivo de autores, 2013). Miembro Quintero (qt). Está compuesto por conglomerados polimícticos de vulcanitas y calizas. Edad: Mioceno Medio parte alta (Colectivo de autores, 2013). Miembro Tejar (tjr). Su litología diagnosticada es alternancia de calizas biodetríticas, calizas limosas y limoso-arcillosas, calcarenitas de matriz margosa, margas, aleurolitas y más subordinadamente arcillas conglomerados y areniscas polimícticas. Edad: Mioceno Superior- Plioceno parte baja. Formación Río Maya (rm). Está constituida por calizas biohérmicas algáceas y coralinas muy duras de matriz micrítica. Las calizas se encuentran frecuentemente dolomitizadas. El contenido de arcilla es variable. Edad: Plioceno Superior-Pleistoceno Inferior (Colectivo de autores, 2013). 73 �En las tablas 11 y 12 se muestran las formaciones geológicas y sus aspectos ingeniero-geológicos, así como las formaciones más susceptibles a los deslizamientos. Igualmente, los sedimentos aluviales son susceptibles a la licuefacción. 3.4.2 Factores antrópicos El relieve al este de la bahía de Santiago de Cuba ha sido modificado para la urbanización, lo cual influye en la detonación y formación de deslizamientos en la ciudad de Santiago de Cuba. x La proliferación de barrios y asentamientos insalubres, muchos de los cuales se construyen excavando o con cortes del terreno para realizar su construcción; así como senderos peatonales, sin estudios geotécnicos previos, obras de protección y ni drenajes adecuados (figura 34). x Alteración de las condiciones naturales del terreno, como la eliminación de la capa vegetal, y construcción de terrazas para ampliar sus propiedades, lo que impiden el normal flujo del agua (figura 35). x Localización de viviendas cerca del pie o cabeza de taludes, con pendientes muy altas o verticales (figura 36). x Sobrecarga de laderas y taludes de fuerte pendiente, con la conformación de basureros, muros de contención y edificaciones (figura 37). x Baja percepción del riesgo de las personas que invaden estos terrenos de manera ilegal (Rosabal et al., 2014a). Para minimizar los impactos de los deslizamientos y licuefacción inducidos por sismos en el sector Santiago de Cuba y Guamá se realizaron acciones en la comunidad, como talleres comunitarios (Figura 38 y 39) en las zonas de peligro 74 �Figura 34. Barrios y asentamientos insalubres, construidos en las laderas. Reparto Van Van, Consejo Popular Altamira, Santiago de Cuba. Foto tomada por la autora. Figura 35. Alteración de las condiciones naturales. Foto tomada por la autora. Figura 36. Vivienda ubicada cerca del pie del talud en calle Varadero, Altamira. Santiago de Cuba. Foto tomada por la autora. Figura 37. Sobrecarga a las laderas naturales (al fondo zona de basurero en la ladera). Foto tomada por la autora. Figura 38. Talleres comunitarios realizados en el sector Santiago de Cuba. Figura 39. Charlas en las zonas de peligro donde existen instalaciones estatales. �donde existen instalaciones estatales para elevar el conocimiento entre los adultos y los decisores. 3.4.3 Caracterización morfotectónica Para la caracterización morfotectónica del sector se emplean los métodos morfométricos, los criterios de identicación y se definen las estructuras tectónicas. Además, se realiza el análisis geomorfológico y se revalúan las estructuras tectónicas límites de bloques morfotectónicos. A continuación, se explican los pasos dados. 3.4.4 Definición de estructuras tectónicas Se aplican los métodos morfométricos en el sector de estudio, como se muestra a continuación: La red del drenaje. Se caracteriza por ser paralela y subparalela en casi todo el sector. Al norte es dendrítica y enrejada (figura 40). Los cursos principales de los ríos se disponen paralelos entre sí, con orientación NE-SW, NW. En zonas de igual litología se observan tramos rectos y alineados de los ríos, al sureste aparecen cambios bruscos de la dirección de los cauces fluviales de San Juan y Sardinero, lo cual indica el control tectónico del drenaje. Jerarquización de la red. Se identifica el séptimo orden como mayor índice de los ríos, lo que es característico del último tramo del río San Juan, ubicado al este de la bahía de Santiago de Cuba (figura 41). Densidad de la red hidrográfica. La mayor densidad se obtuvo al norte en la parte central del sector (figura 42), que se corresponde con la zona del río Bongo. La litología pertenece al Grupo El Cobre y formación El Caney. 75 �Figura 40. Trazado de la red fluvial del sector Santiago de Cuba. Escala 1:25 000. Fuente: Autora. Figura 41. Jerarquización de la red del drenaje del sector Santiago de Cuba. Escala 1:25 000.Fuente: Autora. �Figura 42. Densidad de la red hidrográfica del sector Santiago de 2 Cuba, expresada en km/km . Escala 1:25 000. Fuente: Autora. �Al noreste, por donde corre el río Santa Ana, la litología corresponde a las formaciones El Caney, Puerto Boniato y San Luis. Alrededor de la bahía de Santiago de Cuba y la costa se aprecian bajos valores de este parámetro. Nivel base de erosión (isobasitas) de segundo orden. Se observan cierres positivos máximos, distribuidos al oeste (150 a 400 m), centro (300 a 400 m) y este (400 a 750 m). En las zonas próximas a la costa y la ciudad de Santiago de Cuba las isolíneas poseen bajos valores (figura 43). Los principales morfoalineamientos tienen como dirección predominante NW-SE y NE-SW. Nivel base de erosión de (isobasitas) de tercer orden. Se observan ocho cierres positivos máximos, distribuidos en el oeste (450 m), noroeste (300 y 350 m), norte central (300 a 400 m) y noreste (350 a 700 m). Se observan otros cierres de bajos valores en los alrededores de la ciudad de Santiago de Cuba (figura 44). Las inflexiones negativas poseen dirección NW-SE, N y NE-SW, formando posibles estructuras (Rosabal et al., 2015a). Pendientes. Muestran sectores mayores de 40Û, ubicados al suroeste; al norte, en las zonas de escarpes, oscilan entre 30°-50Û; al noroeste con valores de este parámetro entre 25Û-45Û, al noreste y este entre 20°-50Û y de 0°-3Û en los alrededores de la bahía de Santiago de Cuba y Cabañas; este último intervalo muestra un ambiente favorable para la licuefacción, al igual que al sur, en las zonas coincidentes con las corrientes fluviales, los valores son bajos de 0Û- 7Û. Próximo a la costa, en las terrazas, oscilan entre 20Û-40Û (figura 45). Disección vertical. Los máximos valores de disección vertical se encuentran ubicados hacia el este de la ciudad de Santiago de Cuba con 300-500 m/km2 e indican media susceptibilidad a los deslizamientos (figura 46); 76 �Figura 43. Nivel base de erosión (isobasitas) de segundo orden del sector Santiago de Cuba. Escala 1:25 000. Fuente: Autora. Figura 44. Nivel base de erosión (isobasitas) de tercer orden del sector Santiago de Cuba. Escala 1:25 000. Fuente: Autora. �Figura 45. Mapa de pendientes del sector Santiago de Cuba. Escala 1: 25 000. Fuente: Autora. Figura 46. Mapa de disección vertical del sector Santiago de Cuba. Escala 1:25 000. Fuente: Autora. �al suroeste sobre igual litología (Grupo El Cobre) con 350 m/km 2, al noroeste y norte sobre la formación El Caney con 250 m/km 2. Hacia estas direcciones existe mayor probabilidad de ocurrencia de los deslizamientos. En los alrededores de la bahía de Santiago de Cuba los valores son bajos, de 50 m/km2. Alineaciones tectónicas. A partir de la aplicación e interpretación de los métodos morfométricos se evidenciaron las principales alineaciones tectónicas del sector y con los criterios de identificación se determinaron las principales estructuras (tabla 18 y figura 47), muchas de las cuales han sido descritas en trabajos precedentes; entre ellas: Boniato (Taber, 1934; Pérez y García, 1997; Magaz et al., 1998), Mar Verde-El Cristo (Pérez y García, 1997), Sardinero y otras (Seisdedos et al., 1991; Arango, 1996; Pérez y García, 1997; Rosabal, 2001; García et al., 2002); caracterizadas por diferentes métodos. En la presente investigación, con la aplicación de métodos geomorfológicos, se detectan y confirman nueve estructuras, citadas a continuación: x Boniato. Se confirma por la localización de un escarpe con pendiente por encima de los 30°. x Puerto Pelado. Cambios bruscos de pendientes y alineación fluvial. Esta falla se ubica al norte del área y constituye límites de bloques morfotectónicos. x Costera. Esta falla es denominada con este nombre por la proximidad a la costa y los elementos geomorfológicos de igual nombre, conforma la línea costera con dirección este a oeste y presenta un escarpe costero, que levanta la topografía del relieve hasta los 40-60 m aproximadamente (Rosabal, 2001). Identificada, además, por la alineación costera y de pendientes. 77 �xx xx xx Contacto brusco lineales entre dos materiales distintos xx xx - - magnetomètrico Campo anómalo x x - x x - - Cambios del nivel del campo radiometrito xx x xx xx xx xx X* - - xx xx Nota: en la tabla 18 las xx* representan la descripción por la investigación y la x* simboliza la descripción por otros autores. xx - Xx* xx xx xx xx xx Estructuras Costera Mar Verde Santiago Universidad San Juan Sardinero Justicia Tramos rectos de los ríos y arroyos - Alineación costera - Alineación de cursos fluviales Boniato Puerto Pelado Formación de escarpes rectilíneos con pendientes mayores a 30° en contacto con pendientes suaves Criterios de identificación de fallamiento activo xx xx xx - - Escarpes de fallas Criterios de identificación de estructuras tectónicas del sector Santiago de Cuba Alineación brusca del relieve Tabla 18. Criterios de identificación de fallas y fallamiento activo en el sector Santiago de Cuba. Fuente: Autora xx - - Alineación y desplazamiento de la línea de costa actual �Figura 47. Mapa tectónico del sector Santiago de Cuba. Escala 1:25 000. Fuente: Autora. �x Mar Verde. Esta falla nace en la playa Rancho Club, se extiende desde la carretera de Mar Verde, Micro VII, hasta las inmediaciones del Cristo con dirección NE-SW; presenta un escarpe de falla bien definido donde se registran deslizamientos y derrumbes de rocas (Rosabal, 2001). x Santiago. Se extiende por el margen este de la bahía de Santiago de Cuba hasta las cercanías de la sierra de Puerto Boniato. Determinada por criterios morfométricos y fotogeológicos (Rosabal, 2001). Identificada por el contacto brusco lineal entre dos formaciones, ubicadas al oeste; escarpe de falla donde existen desprendimientos de rocas en el lado este de la bahía; alineación de la costa, visible en fotografías aéreas y mapas topográficos; alineación de cursos fluviales. Esta estructura presenta elementos geomorfológicos que sugieren fallamiento activo. x Universidad. Es nombrada en la investigación con ese nombre por su ubicación geográfica y su influencia sobre elementos construidos. Se encuentra muy próxima a la falla Santiago, con la misma dirección, y determinada por los métodos morfométricos y fotogeológicos (Rosabal, 2001). Se detecta también por tramos rectos de arroyos y alineación de pendientes. x San Juan. Se extiende con dirección NNE-SSW a través de los tramos rectos del río San Juan, determinada por alineación fluvial y otros criterios morfométricos (Rosabal, 2001). Se observa alineación de pendientes. x Sardinero. Tramos rectos del río Sardinero, alineación fluvial y de pendientes. x Justicí. Identificada por tramos rectos del arroyo Justicí y alineación de pendientes. 78 �En estudios precedentes las estructuras Boniato (Arango, 1996; Pérez y García, 1997; Magaz et al., 1998); Sardinero (Pérez y García, 1997), Mar Verde, (Arango, 1996; Pérez y García, 1997), Santiago (Arango, 1996), San Juan y Puerto Pelado fueron descritas como fallas activas mediante diversos criterios. 3.4.5 Realización del análisis geomorfológico En el sector Santiago de Cuba, se distinguen tres categorías básicas del relieve (Moreno et al., 2017): montañas, alturas y llanuras (figura 48). Esta última comprende los alrededores del río San Juan y de las bahías de Cabañas y Santiago de Cuba, que indican condiciones favorables para la licuefacción; al este de esta última aparecen las llanuras y terrazas fluviales acumulativas y erosivoacumulativas, medianas, onduladas y planas (Pórtela et al., 1989). La zona de montañas pequeñas a bajas (500-1000 m) está distribuida en todo el sector, como Pico Cobre (805.6 m), ubicado al oeste, y Loma el Bonete (578.3 m), al este. Montañas medias como la sierra de la Gran Piedra (1 225 m), ubicada al este. Las sierras de Puerto Pelado y Boniato desarrollan un relieve de tipo crestas y cuestas, elevaciones alargadas que poseen una ladera de pendiente suave y otra más abrupta (Rodríguez, 1991). Al norte se encuentran las montañas pequeñas en cadenas diseccionadas. Terrazas fluviales a lo largo de los valles de los ríos San Juan y Sardinero, donde predominan los procesos de erosión y acumulación. Próximo a la zona costera, al este, se desarrollan las terrazas marinas escalonadas, producto de la acción erosiva del mar; al bajar el nivel del mar o elevarse el continente, la plataforma de abrasión queda expuesta, dando origen a una nueva terraza marina; en las mismas predominan las formaciones cársicas. 79 �Figura 48. Modelo Digital del Terreno del sector Santiago de Cuba. Escala 1: 25 000. Fuente: Geocuba, 2006. �Se analizan las principales estructuras límites de bloques morfotectónicos (tabla 18). Se detecta un escarpe en las estructuras tectónicas Boniato, Costera, Mar Verde y Santiago. En estas dos últimas se registran desprendimientos de rocas, que se consideran como criterio de falla activa. Así como se determina la alineación de la línea costera actual en la estructura Costera. Las fallas Puerto Pelado y Boniato se confirman por la formación de un escarpe rectilíneo con pendientes mayores de 30° en contacto con pendientes suaves. Las fallas activas propuestas (Santiago, Universidad, Mar Verde y Boniato), por mediciones geodésicas de primer orden de la cuenca Santiago de Cuba, presentan evidencias geomorfológicas; aunque no constituyen un peligro significativo por su capacidad sismogénica, sino por servir de guías de ondas de la zona de falla Oriente y por producir movimientos diferenciales rápidos y lentos (Arango, 1996; García et al., 2002). 3.4.6 Revaluación de estructuras tectónicas regionales o límites de bloques morfotectónicos Al revaluar las estructuras tectónicas mediante el método de Haller et al. (1993), se detecta poca información relacionada con la geometría y el desplazamiento. Las fallas Boniato, Puerto Pelado, San Juan y Mar Verde se clasifican como simple falla (tabla 19). En cada bloque propuesto se determinó la dirección principal del agrietamiento mediante la medición de elementos de yacencia y los diagramas de rosetas (Rosabal, 2001). 80 �Sentido de movimiento Comentario Expresión geomorfológica Situación geológica Provincia País Fidelidad de localización Comentario Fecha de compilación Compilador y afiliación Autor Clasificación de la estructura Comentario Nombre de estructura Número de estructura Falla Boniato Puerto Pelado 56 referida como falla 06 (Magaz et al., 57 1998) Simple Falla Simple Falla Se localiza al sur de la meseta de Se localiza al sur de la Sierra Boniato, al norte de Santiago de Cuba de Puerto Pelado al noroeste de Santiago de Cuba Taber, 1934; Hernández et al., 1989 en Seisdedos et al., 1991; Magaz et al., 1998; Pérez y García, 1997 Arango, 1996; Rosabal, 2001 (28 /12 /1995) (- /- /2014) Hernández, J. Instituto de Geografía Rosabal S. CENAIS Tropical. CITMA Santiago de Cuba Santiago de Cuba Cuba Cuba Buena Buena Localización de la falla fundamentada en Localización de la falla basada el mapa a escala 1:250 000 (Colectivo de en el mapa a escala 1:25 000. autores, 1988). A partir del mapa de Actual investigación Alineamientos (Pérez, 1989). Mapa geomorfológico de la zona de suturas interplacas (Hernández, 1987; Hernández et al., 1991). Limita actualmente con la Formación Limita al oeste la Formación El Caney de la secuencia superior del grupo Caney del Grupo El Cobre El Cobre al noroeste de Santiago de Cuba Normal de ángulo abrupto Normal Magaz et al., 1998 Actual investigación Escarpe tectónico, alineación de Cambios bruscos de elementos del relieve. Constituye la zona pendientes y alineación fluvial. de articulación entre la meseta horstmonoclinal de Boniato y la depresión graben-monoclinal Santiago de Cuba. Su ubicación desde el oeste de Santiago de Cuba hasta las inmediaciones del Pueblo El Cristo Normal Pérez y García, 1997 Alineación del relieve Santiago de Cuba Cuba Buena Localización de la falla basada en el mapa a escala 1:50 000 (Pérez et al., 1994) Simple Falla Limita a la cuenca de Santiago de Cuba por el noroeste Pérez y García, 1997; Arango, 1996, Rosabal, 2001; (- /- /1994) Rosabal, S. CENAIS Falla Mar Verde 58 Parece limitar la distribución de la Formación La Cruz del Mioceno Superior, separa 2 bloques con diferente corte erosivo Normal Actual investigación Tramos rectos del río San Juan, alineación fluvial, alineación de pendientes Santiago de Cuba Cuba Buena Localización de la falla basada en el mapa a escala 1:75 000 ( Seisdedos et al., 1991) Simple Falla Se localiza al este de la ciudad de Santiago de Cuba, en la cercanía de Playa Aguadores Seisdedos et al., 1991; Arango, 1996; Rosabal, 2001. (- /- /) Rosabal, S. CENAIS Falla San Juan 59 Tabla 19. Resultados de la evaluación de las principales fallas por el método de Haller et al., 1993 en el sector Santiago de Cuba. Fuente: Autora �Tipo de línea Edad Escala del mapa Proyección Nombre de estructura Azimut Desplazamiento Orientación Longitud X; Y Falla Boniato desconocido desconocido NE-SW 11,29 km en el sector X:598600-609900; Y:159000-160300 1:25 000 Proyección cónica conforme de Lambert Cretácico Superior-Eoceno Medio En Magaz et al., 1998 sólida Puerto Pelado Falla Mar Verde Falla San Juan desconocido desconocido desconocido desconocido desconocido desconocido NE-SW NE-SW NNE-SSW 7,18 km en el sector 26,51 km en el sector 12,82 km en el sector X:590700-597700; X:593500-615200 X:606000-613400; Y:157000-158400 Y:163000-157700 Y:146900-156800 1:25 000 1:25 000 1:25 000 Proyección cónica conforme de Proyección cónica conforme de Proyección cónica conforme de Lambert Lambert Lambert. Eoceno Medio Eoceno Superior y activa desde esaMioceno Superior y activa a partir etapa de este. sólida sólida sólida Tabla 19. Resultados de la evaluación de las principales fallas por el método de Haller et al., 1993 en el sector Santiago de Cuba (continuación). Fuente: Autora �Bloques morfotectónicos del sector Santiago de Cuba El sector Santiago de Cuba queda compuesto por cuatro bloques morfotectónicos (figura 49). A continuación, se realiza una breve caracterización de cada uno de ellos (Rosabal et al., 2015a). Bloque Boniato. Se extiende de este a oeste por toda la parte norte del sector, limitado por las estructuras Boniato y Puerto Pelado. Afloran las calizas de la Formación Puerto Boniato, que dan lugar a un paisaje cársico. El relieve que se desarrolla es de crestas y cuestas. El máximo valor de amplitud es 585,7 m, ubicado en la parte sur central. Se encuentran las rocas del Grupo El Cobre y las formaciones Puerto Boniato y San Luis. Como resultado de la aplicación de los métodos morfométricos se obtienen movimientos relativos de ascenso y moderada susceptibilidad a deslizamientos. Las mediciones geodésicas reflejan ascenso de 2 a 3 mm por año en la región de El Cristo (Lilienberg et al., 1998). Existen condiciones favorables para los deslizamientos y desprendimientos de roca por las pendientes, condiciones ingeniero–geológicas del Grupo Cobre y por la estratificación fina de la formación Puerto Boniato. La dirección principal del agrietamiento es hacia el este-oeste (Rosabal, 2001). Bloque Cobre. Se extiende de este a oeste, limitado por las estructuras Boniato y Puerto Pelado al norte y por la falla Mar Verde al sur. Experimenta movimientos relativos ascendentes. Altos valores de disección vertical (350 m/km 2), isobasitas de 2do (400, 600 m) y 3er (550 m) órdenes. Relieve de montañas pequeñas en cadenas diseccionadas. 81 �Figura 49. Mapa morfotectónico del sector Santiago de Cuba a escala 1:25 000. Fuente: Autora. �Alta susceptibilidad a los desprendimientos de rocas en la Autopista Nacional de Santiago de Cuba-Palma Soriano (Rosabal, 2012; 2013) y licuefacción de suelos en el tramo del río Cobre, ubicado entre la presa Paradas y la bahía de Santiago de Cuba (Rosabal, 2014). La dirección del agrietamiento es hacia el norte-sur, alcanzando valores aproximados de hasta 90° (Rosabal, 2001). Bloque Santiago. Se ubica al centro del sector. Limita al norte con la falla Mar Verde, de dirección SW-NE, y al este con la falla San Juan, de dirección NNESSW. Este bloque experimenta movimientos neotectónicos relativos de descenso, bajos valores de pendiente, disección vertical (50 m/km2), isobasitas de 2do (50 m) y 3er (50 m) órdenes (tabla 20). La dirección del agrietamiento es hacia el NESW (Rosabal, 2001). El relieve desarrollado es de llanuras; además, presenta suelos susceptibles a la licuefacción en los alrededores de las bahías de Santiago de Cuba y Cabañas y en las proximidades del río San Juan (Zapata, 1995; Rosabal, 2014). Existe alta susceptibilidad a los deslizamientos en los repartos Altamira y Van Van, desprendimientos de rocas al este de la bahía de Santiago de Cuba y en la antigua cantera de la fábrica de cemento José Mercerón (Rosabal, 2012; 2013; Rosabal et al., 2013, 2014). Bloque Siboney. Se ubica al este del sector y se encuentra limitado por la falla San Juan, de dirección NNE-SSW (Rosabal et al., 2015a), y límites morfométricos. Relieve característico de montañas medias a bajas, presencia de terrazas fluviales en los ríos San Juan y Sardinero. Terrazas marinas escalonadas en la parte sur del sector. Se distingue el movimiento relativo de ascenso, la mayor amplitud se encuentra al este, con 1 010,7 m. 82 �Red drenaje Paralela, subparalela y dendritica Paralela, subparalela y enrejada Paralela y subparalela Paralela, Subparalela Bloques Boniato Cobre Santiago Siboney 7mo orden 6to orden 5to orden 6to orden Orden Montañas bajas, Llanuras Montañas pequeñas Crestas Cuestas Relieve 50-800 50 50-600 300- 400 Isobasitas 2do orden (m) 50-700 50 350 300- 400 Isobasitas 3er orden (m) Probable ocurrencia próximo al río Sardinero Probable ocurrencia al noreste en el arroyo Santa Ana Posible ocurrencia en la costa y probable en las proximidades del río Cobre Probable ocurrencia en los alrededores de las bahías y próximo al río San Juan De 30°-50Û en la zona del escarpe. De 25°-45Û al noroeste Mayores de 40Û al suroeste De 0°-3Û próximo a las bahías de Santiago de Cuba y Cabañas. Cercano a la costa los valores son 20°-40Û. Oscilan entre y 20°-50Û, hacia la costa son de 20°40Û. Licuefacción Pendientes Deslizamientos, desprendimientos y caídas de rocas Deslizamientos y desprendimientos Desprendimientos de rocas Deslizamientos Tipos de deslizamientos Ascenso Descenso Ascenso Tendencia de movimientos relativos Ascenso Tabla 20. Características geomorfológicas de los bloques morfotectónicos del sector Santiago de Cuba. Fuente: Autora �Altos valores de disección vertical que indican alta influencia a deslizamientos (501-800 m/km2), isobasitas de 2do (400-800 m) y 3er (650-700 m) órdenes. Alta susceptibilidad a los deslizamientos, desprendimientos, caídas de rocas y licuefacción de suelos en las proximidades de los ríos San Juan y Sardinero (Rosabal, 2014); pueden aparecer las expansiones laterales en las terrazas fluviales. La dirección del agrietamiento es en dos direcciones, E-W y NE-SW (Rosabal, 2001). En resumen, el mapa obtenido muestra la existencia de movimientos neotectónicos en ascenso y descenso relativo. Los primeros son zonas muy inestables debido a los movimientos neotectónicos y las condiciones geológicas y geomorfológicas, que favorecen los deslizamientos. Sin embargo, en los bloques con descenso relativo predominan las mayores áreas de susceptibilidad a la licuefacción por los valores de las pendientes, relieve, condiciones geomorfológicas específicas y geológicas. 3.4.7 Evaluación sismológica El sector se ubica en una zona de alta actividad sísmica por su cercanía a la falla Oriente. Los últimos terremotos significativos sentidos fueron los sismos del 13 de octubre de 2003 y 20 de marzo de 2010 (Zapata y Chuy, 2011). La localidad de mayor perceptibilidad del primero fue la ciudad de Santiago de Cuba, con 5,5; el segundo fue de 6 grados MSK–EMS en playa Cazonal y Barrio Técnico. Del primer sismo en esta misma zona (ciudad de Santiago de Cuba) se reportaron intensidades (SSNC, 2017) cercanas a 6 y 6,5 grados, lo cual pudo deberse a las características propias de los suelos (Zapata y Chuy, 2011; Chuy et al., 2015a). 83 �Existen reportes de deslizamientos inducidos por sismos, como el terremoto de 1852 que produjo deslizamiento general de grandes rocas en la zona de la Sierra Maestra, cerca de la Gran Piedra; así como largas y anchas grietas en terrenos secos y húmedos (Chuy y Pino, 1982). En 1930, en Santiago de Cuba, un sismo con magnitud de 5,8 Richter causó grandes deslizamientos de en el puerto de Moya, en la formación de basalto columnar cerca de El Cobre, en Maffo, cerro de Las Cabras y El Corojo (Chuy y Pino, 1982). Relacionado con la licuefacción de suelos existe un solo reporte, asociado con el sismo de 1932, en la zona de La Alameda (figura 50) cercana a la bahía de Santiago de Cuba (Chuy, 1999). 3.4.8 Peligros inducidos por la actividad sísmica Al evaluar los factores condicionantes (tabla 10) se determinó: alta susceptibilidad a los deslizamientos; al norte, en forma de una franja que se extiende de oeste a este, el relieve es de montañas en cadenas, diseccionadas; limitadas por el escarpe de Boniato (tabla 21 y figura 51). Presencia de secuencias plegadas, espejos de fricción, desplazamientos de estratos y fallas. Litológicamente compuesta por rocas vulcanógenas y vulcanógenas sedimentarias del Grupo El Cobre. También este nivel de susceptibilidad existe al sureste, en las proximidades de los cauces de los ríos y en el asentamiento costero Aguadores. Moderada susceptibilidad a los deslizamientos al este de la bahía de Santiago de Cuba, donde aflora la formación la Cruz y en la que la acción antrópica ha jugado un papel importante al alterar el equilibrio natural de esta área; corroborada por el inventario de deslizamientos, que para este sector cuenta con el reporte de 14 84 �Figura 50. Probable ocurrencia de licuefacción de suelo, en la zona de la Alameda (Avenida Jesús Menéndez), causada por el terremoto del 3 de febrero de 1932. Fuente: Chuy, 1999. �0-15 25-35 > 35 Moderada Alta Pendiente (°). Baja Categoría 176-500 76-175 0-175 Disección vertical 2 (m/km ) Geomorfología > 500 50-200 0-50 Relieve (m) 2,5-5 5-7,5 7,5-16 5-7,5 7,5-16 2,5-5 5-7,5 Hidrología 2 (km/km ) Sinclinales, anticlinales, zona agrietada y agentes tectónicos Intemperismo Intemperismo Aspectos ingenierogeológicos Geología y Geotecnia Rocas relativamente duras–semiduras. Roca débil granular. Rocas relativamente duras–semiduras. Roca débil granular. Rocas relativamente duras-semiduras. Clasificación de las rocas Grupo El Cobre Formación La Cruz Formación Jaimanitas Formación La Cruz Formación La Cruz Litología Tabla 21. Caracterización de la susceptibilidad a deslizamientos en el sector Santiago de Cuba. Fuente: Autora Deslizamientos, desplomes de cavernas, caídas y desprendimientos de rocas Meteorización, caída de bloques, y deslizamientos No deslizamientos Resultados �Figura 51. Zonación de la susceptibilidad a deslizamientos en el sector Santiago de Cuba. Escala 1:100 000. Fuente: Autora. �eventos; de ellos: 12 deslizamientos (en la Formación La Cruz) y 2 desprendimientos (en la Formación La Cruz y el Miembro Santiago). Baja y muy baja susceptibilidad a los deslizamientos en la parte baja de la cuenca Santiago de Cuba, en las laderas, que no presentan ningún síntoma de que puedan ocurrir deslizamientos. Las principales zonas sismogeneradoras que afectan al sector son Oriente, con 8 Richter, y Baconao, con 7 Richter (tabla 22). Pueden ocurrir fallos destructivos de taludes a las distancias epicentrales de 19 km (Baconao), 50,4 km (Oriente 1) y fallos de taludes a 119,8 km (Baconao), 281,2 km (Oriente 1) con mayor incidencia de los terremotos ubicados en la zona sismogeneradora Oriente. Relacionado con la licuefacción, existe muy alta susceptibilidad a la licuefacción de suelos al oeste de la bahía de Santiago de Cuba, donde existen sedimentos aluviales y palustres, con nivel freático de 0-1 m (figura 52); asimismo, al norte de bahía de Cabañas, al SW y NE del sector, en las proximidades de los ríos Sardinero, San Juan y El Cobre (Rosabal, 2014), donde además es posible la manifestación de las expansiones laterales. Durante la comprobación directa realizada (Rosabal y Oliva, 2012; Rosabal, 2012, 2013; Rosabal et al., 2013, 2014) se corroboró la zonación propuesta de deslizamientos y se caracterizaron manifestaciones de caídas de rocas y desprendimientos en la Autopista Nacional Santiago–Palma Soriano, entre el km 10-12 (figura 53), y deslizamientos en la zona de Altamira, con gran incidencia del factor antrópico (figuras 54, 55 y 56). 85 �Figura 52. Mapa de susceptibilidad a la licuefacción de suelos del sector Santiago de Cuba. Escala 1:100 000. Fuente: Autora. �Ms (Richter) 7 8 Zonas Sismogeneradoras Baconao Oriente 1 50,4 Clase 1 (km) 19 281,2 Clase 2 (km) 119,8 Tabla 22. Máxima distancia epicentral de fallo destructivo de taludes (Clase 1) y máxima distancia epicentral de fallo de taludes (Clase 2). Fuente: Chuy et al., 1997; TC-4, 1999 �Figura 53. Desprendimiento de rocas en la autopista nacional en el tramo Santiago de Cuba-Palma Soriano. Foto tomada por la autora. Figura 54. Vivienda ubicada en el pie del talud con pared casi vertical entre calle 10 y calle 14. Consejo Popular Altamira. Santiago de Cuba. Foto tomada por la autora. Figura 55. Desprendimiento del material del talud, por excavaciones o banqueos para la ampliación de las viviendas. Foto tomada por la autora Figura 56. Calle 12 de Altamira. Santiago de Cuba. Foto tomada por la autora �En todo el margen este de la bahía de Santiago de Cuba existen desprendimientos de calizas de diferentes diámetros, (figuras 57 y 58) en un talud de 85°-90° aproximadamente (Rosabal et al., 2013, 2014). En la antigua cantera de la fábrica de cemento José Mercerón se observó erosión y desprendimientos de rocas en la base del talud. Deslizamientos en las proximidades del motel Bella Vista, a un 1 km sobre la carretera turística, en un talud con altura de 5 m y 45Û de inclinación aproximadamente. En calle 3ra de Van Van, esq. 2da, ocurrencia de un deslizamiento en mayo (Rosabal et al., 2014). Deslizamiento ubicado en calle 1ra, esq 2da, de Van Van; aparecen calizas agrietadas en la parte superior, el contacto con margas meteorizadas y presencia de descalce con desprendimientos de rocas (calizas). Deslizamiento en calle 11 entre Ave. Mármol y calle 7, talud ubicado en calle 11 con altura de 5-7 m, ángulo de inclinación de 70°-75Û, largo de 50-60 m aproximadamente. En la localidad de Aguadores se observaron caídas y desprendimiento de rocas, con indicios recientes (Rosabal et al., 2015) sobre la vegetación (figura 59), suelos, surcos, bloques individuales y coloración de la roca. En imágenes satelitales se muestran las caídas de rocas (figuras 60 y 61). 3.5. Evaluación de los peligros de deslizamientos y licuefacción de suelos, inducidos por la actividad sísmica, en el sector Guantánamo En el sector Guantánamo, al igual que en los otros dos sectores de estudio, se evalúan los peligros inducidos por la actividad sísmica. 3.5.1 Caracterización geológica Desde el punto de vista geológico el sector Guantánamo está compuesto por formaciones geológicas del arco volcánico Albiense-Campaniense hasta el 86 �Figura 57. Desprendimiento de roca al este de la bahia de Santiago de Cuba. Foto tomada por la autora Figura 58. Rocas desprendidas en la costa este de la bahia de Santiago de Cuba. Foto tomada por la autora �Figura 59. Proceso de la caída de un bloque de roca en las cercanías del asentamiento costero de Aguadores, sector Santiago de Cuba. Foto en sucesión cortesía de Ing. Ricardo Oliva Álvarez. Figura 60 y 61. Imágenes que muestran el proceso de la caída de roca. Tomadas de google earth, en diferentes fechas. Cortesía de Ing. Ricardo Oliva Álvarez. �Holoceno. Solo se describen de forma resumida las formaciones que no han sido descritas con anterioridad. Formación Santo Domingo (sd). Su litología diagnosticada es tobas y lavobrechas andesíticas, basálticas, dacíticas, tufitas, liparitodacíticas, argilitas, aleurolitas conglomerados vulcanomícticas, y calizas. lavas También aparecen pequeños cuerpos de pórfidos dioríticos, andesitas y diabasas. Edad: Cretácico Inferior (Aptiano)-Cretácico Superior (Turoniano) (Colectivo de autores, 2013). Formación Sabaneta (sn). Está compuesta por tobas vitroclásticas, litovitroclásticas, cristalovitroclásticas con intercalaciones de tufitas calcáreas, areniscas tobáceas, calizas, conglomerados tobáceos, aleurolitas, margas, gravelitas, conglomerados vulcanomícticos y ocasionalmente pequeños cuerpos de basaltos, andesitas, andesito-basaltos y andesito-dacitas. Edad: Paleoceno Inferior (Daniano parte alta)-Eoceno Medio (Colectivo de autores, 2013). Formación Gran Tierra (gt). Está constituida por calizas brechosas, conglomerados vulcanomícticos, brechas, margas, tobas, calizas órganodetríticas, areniscas vulcanomícticas de cemento calcáreo, aleurolitas y tufitas. Edad: Paleoceno Inferior (Daniano) (Colectivo de autores, 2013). Formación San Luis (sl). Su litología diagnosticada es areniscas polimícticas, aleurolitas, margas, arcillas calizas arcillosas, organodetríticas, arenosas y conglomerados polimícticos. Edad: Eoceno Medio parte alta-Eoceno Superior. Formación Camarones (cm). Está constituida por conglomerados polimícticos y areniscas polimícticas de grano grueso. Edad: Eoceno Superior. Formación Maquey (mq). Su litología diagnosticada es alternancia de areniscas, aleurolitas y arcillas calcáreas y margas, con intercalaciones de calizas 87 �biodetríticas, calizas arenáceas y calizas gravelíticas. Edad: Oligoceno InferiorMioceno Inferior parte baja (Colectivo de autores, 2013). Formación Yateras (yt). Constituida por alternancia de calizas biodetríticas y detríticas, y calizas biógenas. Edad: Oligoceno Inferior-Mioceno Inferior parte baja (Colectivo de autores, 2013). Formación Jamaica (jmc). Está compuesta por conglomerados polimícticos de matriz margosa, con clastos que corresponden a calizas, metavulcanitas, silicitas y ultramafitas. Edad: Plio-Pleistoceno (Colectivo de autores, 2013). En las tablas 11 y 12 se muestran los aspectos ingeniero-geológicos de las rocas y formaciones geológicas presentes en los sectores, así como las formaciones más susceptibles a los deslizamientos. Los sedimentos aluviales y los depósitos palustres susceptibles son los a licuefacción. 3.5.2 Factores antrópicos En el noreste del sector el relieve fue antropizado con el trazado y la construcción de la carretera, ya que se cortó la ladera; por consiguiente, se rompieron las condiciones de equilibrio existente, las condiciones del drenaje natural formada por los procesos denudativos de erosión. Bajo esas nuevas condiciones pueden incrementarse los movimientos gravitacionales e incluso reactivarse antiguos deslizamientos (Rosabal et al., 2009). 3.5.3 Caracterización morfotectónica Se realiza la caracterización morfotectónica del sector Guantánamo, con la aplicación de métodos morfométricos, análisis geomorfológico y revaluación de estructuras tectónicas límites de bloques morfotectónicos, tal como se muestra a continuación: 88 �3.5.4 Definición de estructuras tectónicas Se aplican los métodos morfométricos en el sector de estudio, como se muestra a continuación: La red del drenaje. Se caracteriza por ser paralela y subparalela en casi todo el sector. La orientación de los ríos es NS, NW-SE. El drenaje radial se localiza al NW en las colinas y al SW en la sierra de la Gran Piedra (figura 62). Jerarquización de la red. Se identifica el séptimo orden como mayor índice de los ríos del sector, que caracteriza el último tramo del río Guantánamo, ubicado al NW-SE (figura 63). Densidad de la red hidrográfica. Se obtienen altos valores de densidad en casi todo el sector, excepto en algunas áreas al oeste de la bahía de Guantánamo, donde la litología presente son sedimentos aluviales, palustres y Formación San Luis. Al norte, en forma de parches, donde aparecen las formaciones Maquey y San Luis; y al NW, donde aflora la Formación Charco Redondo (figura 64). Nivel base de erosión (isobasitas) de segundo orden. Se observan veinte cierres positivos máximos y zonas de inflexión de isobasitas con dirección NNE y NW-SE, que se asocian con posibles estructuras tectónicas (figura 65). Nivel base de erosión (isobasitas) de tercer orden. Se obtienen doce cierres positivos máximos e inflexiones negativas con dirección NW-SE y NNE por la presencia de fallas (figura 66). 89 �Figura 62. Trazado de la red fluvial del sector Guantánamo. Escala 1:25 000.Fuente: Autora. �Figura 63. Jerarquización de la red del drenaje del sector Guantánamo. Escala 1:25 000. Fuente: Autora. �Figura 64. Densidad de la red hidrográfica del sector Guantánamo, expresada en km/km2. Escala 1:25 000. Fuente: Autora. �Figura 65. Nivel base de erosión (isobasitas) de segundo orden del sector Guantánamo. Escala 1:25 000. Fuente: Autora. �Figura 66. Nivel base de erosión (isobasitas) de tercer orden del sector Guantánamo. Escala 1:25 000. Fuente: Autora. �Pendientes. Mayores de 40Û, se distribuyen al SW en la sierra de la Gran Piedra, la meseta de Santa María del Loreto, El Tibet y en sectores pequeños de las colinas montañosas. Los valores de este parámetro oscilan entre 30° y 60° al este, en el escarpe y las alturas. Hacia la costa, los cursos fluviales, la laguna de Baconao y la bahía Guantánamo fluctúan entre 0° y 10° (figura 67). Disección vertical. Los máximos valores se ubican al oeste del sector con 176-300 y 301-500 m/km2 (figura 68), lo cual indica actividad neotectónica de ascenso y susceptibilidad a los deslizamientos (Mora & Vahrson, 1993). Alineaciones tectónicas. Se describen las principales fallas detectadas por morfometría (figura 69). En estudios precedentes se caracterizaron algunas de ellas, tales como: Baconao (Nagy et al., 1976; Pérez y García, 1997; Magaz et al., 1998), Mal Paso, Guantánamo y La Yaya (Hernández et al., 1991); nombradas de esta forma en la actual investigación. A continuación, se exponen los criterios geomorfológicos que permitieron identificar y confirmar las estructuras del área (tabla 23). x Baconao. Se le asigna dirección NW-SE. Se observan algunos tramos rectos del río Baconao, alineación de arroyos con dirección NE y SW; hacia esta última zona se encuentra la mayor cantidad de afluentes. Contacto brusco lineal entre dos formaciones (depósitos aluviales y la Formación Puerto Boniato), alteración de valores morfométricos. Presencia de un escarpe y alineación en costa. El río Baconao posee control tectónico en algunos tramos (fallas de plumillas). x Maquey. Dirección N-S. Se observan pendientes mayores de 30Û en contacto con las de bajos valores. Alineación brusca de norte a sur del relieve. 90 �Figura 67. Mapa de pendientes del sector Guantánamo. Escala 1: 25 000. Fuente: Autora. �Figura 68. Mapa de disección vertical del sector Guantánamo. Escala 1:25 000. Fuente: Autora. �Figura 69. Mapa tectónico del sector Guantánamo. Escala 1:25 000. Fuente: Autora. �xx Mal Paso X* xx x xx xx x x del campo xx xx x Criterios de identificación de fallamiento activo Nota: en la tabla 23 las XX* establecen la descripción propia de la investigación y la X* significa la descripción por otros autores. xx La Yaya xx La Güira xx xx xx La Higuereta Jaibo xx Xx* Baconao Maquey Criterios de identificación de fallas nivel Tabla 23. Criterios de identificación de fallas y fallamiento activo en el sector Guantánamo Estructuras Tramos rectos de ríos y arroyos Anomalías gravimétricas Alineación de cursos fluviales Contacto brusco líneales entre dos materiales distintos Alteración de valores morfométricos Campo magnetométrico anómalo Cambios del radiométrico Alineación brusca del relieve Formación de escarpes rectilíneos con pendientes mayores a 30° en contacto con zonas de pendientes suaves Actividad sísmica �x La Higuereta. Alineación de pendientes. Dirección NE-SW. Contacto brusco lineal entre dos formaciones (San Luis y Camarones). x Jaibo. Tramos rectos del río Jaibo. Dirección N-S. x Guantánamo. Inflexión de las isobasitas de segundo y tercer órdenes. Se recomienda emplear otros métodos que validen su existencia; esta estructura atraviesa la ciudad de Guantánamo y fue cartografiada en trabajos anteriores (Hernández et al., 1991). Dirección NW-SE. x La Yaya. Formación de un escarpe rectilíneo, con pendientes mayores de 30° en contacto con las de bajos grados. Inflexión de isobasitas de tercer orden. Fue cartografiada en investigaciones precedentes (Hernández et al., 1991). Dirección NW-SE. Se ubica muy próxima al embalse La Yaya, del cual toma su nombre. Se recomienda emplear otros métodos que validen su existencia. x Mal Paso. Se ubica al norte con dirección este oeste. Se manifiesta a través de los criterios alineación del relieve, ríos y arroyos que corren en dirección N-S; fue cartografiada en trabajos preliminares (Hernández et al., 1991). Diversos investigadores definieron la estructura Baconao como activa (Cotilla et al., 1996; Pérez y García, 1997), con segmentos (Cotilla et al., 2007; Arango 2014) y secciones (Magaz et al., 1998); zona sismogénica (Chuy et al., 1997) asociada a terremotos (Cotilla & Córdobas, 2010) históricos (5 de marzo de 1927 con I=6 MSK) y perceptibles (Chuy, 1999), con I=4 MSK (23.10.1984, 01.09.1985, 07.01.1986 y 07.07.1987); existencia de deformaciones en casi toda su extensión, observadas por técnicas de alta precisión (Arango, 2014); además, descrita como falla normal (Nagy et al., 1976; Iturralde–Vinent, 1998). 91 �3.5.5 Realización del análisis geomorfológico Según los criterios de Moreno et al. (2017), están presentes tres categorías básicas del relieve: montañas, alturas y llanuras. Esta última incluye los alrededores de la laguna de Baconao, las cercanías del litoral, los cursos fluviales y el valle de Guantánamo. Las montañas bajas a medias se sitúan al SW y las máximas elevaciones presentes son La Gran Piedra y Pico Mogote (1 000 m), un relieve de montañas pequeñas con más de 600 m representado por Santa María del Loreto, al oeste, en la localidad de Las Yaguas. Zona de montañas pequeñas a bajas (colinas montañosas) con altitudes entre 500 y 1000 m, ubicada al SW y NW, en forma de una franja estrecha próxima al Tibet y el Ramón. Al este un escarpe alineado de norte a sur, con pendientes mayores de 40Û en contacto con las de bajos ángulos (0°-10Û); al sur, cercano a la bahía de Guantánamo, este tipo de relieve separa las formaciones San Luis y Maquey. Las alturas grandes como La Plata, Los Malones y Las Guasitas, con 300 m de altitud, se localizan al SE (figura 70). El análisis geomorfológico realizado a las estructuras Maquey y La Yaya muestra evidencias de fallamiento activo (tabla 23). La falla Baconao presenta un escarpe de falla, reflejado en el análisis del relieve; así como los otros elementos descritos con anterioridad. Esta falla se ubica dentro de la zona sismogeneradora de igual nombre y tiene un ancho irregular de 10 km (Cotilla, 1993; Cotilla y Álvarez, 1998), según este criterio y la precisión de los datos sismológicos es posible que terremotos de baja energía se ubiquen dentro de esta franja. En la tabla 24 se presentan fallas activas y/o zonas sismogeneradoras de los sectores de estudio. 92 �Figura 70. Modelo Digital del Terreno del sector Guantánamo. Escala 1: 25 000. �German- Zonas FA FA FA - - Arango,1996 FA* Magaz et al., 1998 - SF* FSc* Chuy et al., 1997 ZS - ZS* FA FA FA FA - FA FA Pérez y García, 1997 - FSeg* - FSeg SF SF F SF F F F F F F SF SF SF CFA F* SF SF F SF CFA-FSc* Nota: en la tabla 24 se representa con FA*: Falla Activa; F*: Falla; ZS*: Zona Sismogeneradora; CFA*: Criterios de Falla Activa; SF*: Simple Falla; FSc*: Falla con Secciones; FSeg*: Falla Segmentada Boniato Alineamiento Manati-San Baconao/ Baconao Jibacoa Turquino Vega Grande Bayamita/Bayamo Guamà Abajo La Fortuna El muerto Uvero Babujal Peladero Mar Verde San Juan Puerto Pelado Santiago Universidad Maquey La Yaya Mal Paso y/o al., et Babaev 1989 al., et Cotilla 2007 Fallas Activas Sismogeneradoras Arango 2014 Investigaciones precedentes realizadas para los tres sectores de estudio Tabla 24. Resumen de las fallas activas y/o zonas sismogeneradoras propuestas por investigaciones precedentes para los tres sectores de estudio. Fuente: Autora Resultados de la actual investigación �3.5.6 Revaluación de estructuras tectónicas regionales o límites de bloques morfotectónicos Al aplicar el método de Haller et al. (1993), se detecta que no existen trincheras paleosísmicas sobre cada uno de los segmentos o sobre una parte de ellos, control estratigráfico del tiempo de fallamiento, sentido y magnitud del movimiento; por lo que los segmentos propuestos (Cotilla et al., 2007 y Arango 2014) aquí son considerados como secciones y se confirman los criterios de Magaz et al. (1998) (tabla 25). Las fallas La Yaya y Maquey se clasifican como simple falla por insuficiente información (Rosabal et al., 2016b). A partir del análisis realizado por Pérez et al. (1994) del agrietamiento fotointerpretado en la Sierra Maestra se toman las direcciones principales de las grietas de cada bloque morfotectónico. Bloques morfotectónicos del sector Guantánamo Para el sector Guantánamo se establecen tres bloques morfotectónicos: Siboney, Guantánamo y Maquey (figura 71). A continuación, se realiza una breve caracterización de cada uno de ellos. Bloque Siboney. Se ubica al oeste del sector en la sierra de la Gran Piedra, limitado por la falla Baconao, con dirección NW-SE. El relieve característico es de montañas bajas a medias. Posee altos valores de pendientes, disección vertical, isobasitas de segundo y tercer órdenes (tabla 26). Refleja los mayores movimientos neotectónicos de ascenso (Rosabal et al., 2016b). Predominan rocas del arco volcánico del Paleógeno (Grupo El Cobre), dioritas cuarcíferas, gabros y basaltos. La dirección del agrietamiento es en dos direcciones: E-W y NE-SW. 93 �Figura 71. Mapa morfotectónico del sector Guantánamo. Escala 1:25 000. Fuente: Autora. �Azimut Desplazamiento Orientación Longitud: X: Y: Escala del mapa Proyección Edad Tipo de línea Sentido de movimiento Comentario Expresión geomorfológica Situación geológica Provincia País Fidelidad de localización Comentario Fecha de compilación Compilador y afiliación Autor Nombre de la estructura o Nombre de la sección Número de la estructura o Número de sección Clasificación Comentario desconocido desconocido dirección NO-SE 37,39 km en el sector X: 647500-621400 Y: 138900-164000 1:25 000 Proyección cónica conforme de Lambert Eoceno Medio sólida 54 53a y referida como falla 07 (Magaz et al., 1998) Falla con secciones Ubicación a lo largo del río Baconao hasta cerca de El Cristo Nagy et al., 1976; Pérez, 1989; Pérez y García, 1997 (10/ 31/1995) Hernández, J.R; Instituto de Geografía Tropical. CITMA. (Magaz et al., 1998) Santiago de Cuba Cuba Buena Localización basada en el mapa a escala 1:50 000 (Pérez et al., 1994); Mapa de alineamientos, a escala 1: 2000 000 (Pérez, 1989) y expresión en fotos aéreas e imágenes espaciales. Separa las rocas carbonatadas de la Formación Puerto Boniato de las formaciones San Luís y Camarones Normal Pérez y García, 1997 Gran escalón en el relieve y alineación del río Normal Actual investigación Alineación brusca del relieve de norte a sur. Contacto de pendientes •30Û con las de bajos ángulos desconocido desconocido dirección N-S 28,60 km en el sector X: 683400-683000 Y:150600-177400 1:25 000 Proyección cónica conforme de Lambert Mioceno Inferior sólida Al sur de la bahía de Guantánamo separa la formación San Luis de Maquey Santiago de Cuba Cuba Buena Localización de la falla basada en el mapa, a escala 1:25 000 (Hernández et al., 1991). (-/-/2014) Rosabal, S; CENAIS Simple Falla Ubicación de norte a sur al este de la bahía de Guantánamo Hernández et al., 1991 Maquey Baconao formaciones San Luis y desconocido desconocido dirección NO-SE 8,70 km en el sector X: 645100-653000 Y: 164000-161100 1:25 000 Proyección cónica conforme de Lambert Eoceno Superior sólida Normal Actual investigación Escarpe rectilíneo con pendientes • 30° en contacto con las de bajos grados Separa las Camarones Santiago de Cuba Cuba Buena Localización de la falla basada en el mapa, a escala 1:25 000 (Hernández et al., 1991). (-/-/2014) Rosabal, S; CENAIS Hernández et al., 1991 Simple Falla Se sitúa al sur del embalse La Yaya 55 La Yaya Tabla 25. Resultados de la evaluación de las principales fallas por el método de Haller et al., 1993 en el sector Guantánamo. Fuente: Autora �Paralela, Subparalela y muy densa Radial en las colinas. Paralelo y subparalelo Paralelo y subparalelo Guantánamo Maquey Red drenaje Siboney (parte oriental) Bloques 4to orden 7mo orden 6to orden Orden Alturas Llanuras, alturas y colinas montañosas Montañas bajas Relieve 150- 650 200-450 Isobasitas 2do orden (m) 100- 950 - 150- 250 Isobasitas 3er orden (m) 100 ‫ ޓ‬40Û De 2Û a ‫ޓ‬40Û de forma muy puntual ‫ ޓ‬40Û Pendientes Probable ocurrencia en tramos y desembocadura del río Baconao y en los alrededores de la laguna homónima Probable ocurrencia en los ríos Guaso, Jaibo y Guantánamo, así como en los alrededores de la bahía Probable ocurrencia en un tramo del río Yateras Licuefacción Deslizamientos rotacional Caídas de rocas y desprendimientos Deslizamientos Tipo de deslizamientos Tabla 26. Características geomorfológicas de los bloques morfotectónicos del sector Guantánamo. Fuente: Autora Ascenso Descenso Tendencia de movimientos relativos Ascenso �Este bloque tiene condiciones geológicas, geomorfológicas para el desarrollo de deslizamientos (Rosabal, 2013). Las rocas se encuentran muy intemperizadas y agrietadas, en estas zonas pueden ocurrir deslizamientos. Los sedimentos aluviales de edad Holoceno, ubicados en tramos y desembocadura del río Baconao y en los alrededores de la laguna homónima, tienen susceptibilidad a la licuefacción de suelos (Rosabal, 2014). Las arenas no superan el máximo valor del rango para este fenómeno (1,5 mm) (Peñalver et al., 2008); además, existen altos valores de aceleración horizontal, que favorecen la licuefacción (TC4, 1999). Bloque Guantánamo. Se ubica al centro del sector, limitado por las fallas Baconao al oeste, Maquey al este, Mal Paso y límites morfométricos al norte. Se caracteriza por movimientos neotectónicos relativos de descenso en comparación con el resto del área de estudio (Rosabal et al., 2016b). Este bloque está constituido por las formaciones geológicas Camarones, Charco Redondo, Puerto Boniato, San Luis, Río Maya, Jaimanitas, depósitos aluviales y palustres. Su relieve es de llanuras, pero al oeste se observan montañas pequeñas representadas por Santa María del Loreto y las colinas montañosas. Por los valores de las pendientes en estas zonas puntuales pueden surgir caídas de rocas y desprendimientos (Rosabal, 2013). Los sedimentos aluviales de edad Holoceno en los ríos Guaso, Jaibo y Guantánamo, así como en los alrededores de la bahía, son suelos susceptibles a licuar (Rosabal, 2014). Bloque Maquey. Se localiza al este del sector y se extiende de norte a sur, limitado por la estructura Maquey, donde aflora la formación geológica de igual nombre. Posee movimientos neotectónicos de ascenso (Rosabal et al., 2016b). El 94 �relieve característico es de alturas y exhibe altos valores de pendientes y disección vertical. Presenta alta susceptibilidad a los deslizamientos rotacionales (Rosabal et al., 2009); además, existen condiciones geológicas y geomorfológicas que hacen que estos tipos de deslizamientos no sean raros. Hacia la parte norte, sobre un tramo del río Yateras, por la presencia de suelos aluviales de edad Holoceno, existe alta susceptibilidad a la licuefacción (Rosabal, 2014). Pueden aparecer, también, deslizamientos, caídas y desprendimientos de rocas; fallo destructivo de taludes y fallo de estos últimos. En resumen, los diferentes modelos morfotectónicos obtenidos (figuras 28, 49 y 71) pueden ser empleados como material de consulta para nuevas inversiones, por Planificación Física, el Centro Nacional de Investigaciones Sismológicas (Cenais), el Instituto de Vialidad, la Defensa Civil, que intervienen en el ordenamiento territorial. 3.5.7 Evaluación sismológica Se reportan sismos históricos y perceptibles; de ellos, una cantidad significativa con intensidades de 4-5 MSK y otros con epicentro en Oriente (Chuy, 1999). Igualmente, terremotos con hipocentro en Holguín y Santiago de Cuba fueron perceptibles en este territorio. De los terremotos sentidos se destaca el del 20 de marzo de 2010, las localidades de mayor perceptibilidad dentro del sector fueron Guantánamo y Caimanera, con 5 y 6 grados MSK–EMS respectivamente (Zapata y Chuy, 2011). Los valores de aceleración horizontal efectiva e intensidad sísmica son mayores que en el resto del país. 95 �3.5.8 Peligros inducidos por la actividad sísmica Alta susceptibilidad a los deslizamientos rotacionales (Escobar et al., 2006 y Rosabal et al., 2009) en la sierra de Maquey (tabla 27 y figura 72), corroborada por los inventarios, que reportan 4 deslizamientos rotacionales en la formación Maquey; al W-NW en Santa María de Loreto (Rosabal, 2012, 2013), así como al SW, donde predomina la Formación Río Maya (Colectivo de autores, 2013) con calizas biohérmicas muy duras. Al norte y centro del sector, en las colinas montañosas, pueden producirse caídas y desprendimientos de rocas en las formaciones Puerto Boniato y Charco Redondo. Hacia el SW el relieve característico es de montañas, los valores de pendiente sobrepasan los 35Û (Rosabal, 2012, 2013), se encuentran rocas ígneas (dioritas cuarcíferas, gabros, gabro-dioritas) y pueden ocurrir deslizamientos. Moderada susceptibilidad a los deslizamientos al norte del sector por la presencia de margas intemperizadas de la formación San Luis. Baja y muy baja susceptibilidad a los deslizamientos en los alrededores de la bahía de Guantánamo, donde no existen indicios de que puedan ocurrir deslizamientos. El Criterio Magnitud-Distancia (TC4, 1999) para el sector Guantánamo muestra las principales zonas sismogeneradoras (tabla 28): Oriente, con magnitud 8 Richter; Baconao y Sabana, con 7; Purial, con 6,5; todas afectan al sector (Chuy et al., 1997). Pueden ocurrir fallos destructivos de taludes a las distancias epicentrales de 19 km (Baconao y Sabana 1), 50,4 km (Oriente 1) y 11,6 km (Purial); y fallo de taludes a 119,8 km (Baconao y Sabana 1), 281,2 km (Oriente 1) 96 �76-175 > 35 > 35 76-175 25-35 Alta 76-175 > 25 Alta 176-300 76-175 15-25 Moderada 0-75 Disección vertical 2 (m/km ) 0-7 Pendiente (°). Geomorfología Baja y muy baja Categoría > 500 50-200 200-500 50-200 200-500 Zonas bajas Relieve (m) 2-5,5 2-5,5 5-7,5 5-7,5 5-7,5 0-5 Hidrología 2 (km/km ) Rocas muy intemperizadas y agrietadas Rocas carsificadas Estratificación fina, alternancia de margas con calizas y alternancia de areniscas y margas Rocas carsificadas, estratificación y diente de perro Margas intemperizadas - Aspectos ingenierogeológicos Rocas masivas duras y fuertes rocas Rocas relativamente duras a semiduras y rocas kársticas Rocas relativamente duras a semiduras y rocas kársticas Rocas relativamente duras a semiduras y roca compuesta Rocas relativamente duras a semiduras y roca compuesta Rocas friables incoherentes Clasificación de las rocas Geología y Geotecnia Dioritas Cuarcíferas, Gabros, Gabro-dioritas Formación. Maya Río Formaciones Charco Redondo Y Camarones Formación Maquey Sedimentos aluviales y palustres Formación San Luis Litología Tabla 27. Caracterización de la susceptibilidad a deslizamientos en el sector Guantánamo. Fuente: Autora - Deslizamientos, caídas y desprendimientos, colapso, hundimiento y desplomes de cavernas Deslizamientos No deslizamientos Resultados �Figura 72. Zonación de la susceptibilidad a deslizamientos en el sector Guantánamo. Escala 1:100 000. Fuente: Autora. �Ms (Richter) 7 7 6,5 8 Zonas Sismogeneradoras Baconao Sabana Purial Oriente 1 50,4 19 19 11,6 Clase 1 (km) 281,2 78,2 119,8 119,8 Clase 2 (km) Tabla 28. Máxima distancia epicentral de fallo destructivo de taludes (Clase 1) y máxima distancia epicentral de fallo de taludes (Clase 2). Fuente: Chuy et al., 1997; TC-4, 1999 �y 78,2 km (Purial), con mayor incidencia de los terremotos ubicados en la zona sismogeneradora Oriente. En el caso de la licuefacción de suelos, puede ocurrir en la costa este en los tramos de los ríos Guantánamo, Jaibo, Baconao, Hatibonico y sus desembocaduras; asimismo, en los alrededores (norte, este, oeste) de la Laguna Baconao (figura 73) y los alrededores de la bahía de Guantánamo (Rosabal, 2014). En estas zonas es posible la ocurrencia de expansiones laterales. Baja susceptibilidad en los depósitos coluviales del pleistoceno, ubicados en el oeste del sector en toda la sierra de la Gran Piedra. Se realizó la comprobación directa y se confirma la zonación de la susceptibilidad a los deslizamientos, donde existe manifestación de deslizamiento rotacional en Beltrán, Guantánamo, en Bellavista y el Zoológico de Piedra. También se corroboran estos resultados con los alcanzados por Rosabal et al. (2009). Asimismo, se confirma la susceptibilidad con la zonación del peligro geológico por deslizamientos en los municipios de Songo-La Maya (Rosabal, 2012, 2013) y en las 12 comunidades del municipio de Guantánamo (Chuy et al., 2004). 3.6 Conclusiones 1. Se aplicaron en los sectores seleccionados, los métodos morfométricos, la tectónica activa y el análisis sismológico, apoyado en herramientas del SIG, y se demostró su vialidad; dado que permite la caracterización y cartografiado del fallamiento activo, la caracterización morfotectónica a escala detallada y la zonación de la susceptibilidad a los deslizamientos y licuefacción de suelos. 2. Se obtuvieron las zonas de mayor susceptibilidad a los deslizamientos en el sector Guamá donde pueden ocurrir caídas, desprendimientos y 97 �Figura 73. Mapa de susceptibilidad a la licuefacción de suelos del sector Guantánamo. Escala 1:100 000. Fuente: Autora. �deslizamientos; en el de Santiago de Cuba producto de la acción antrópica pueden ocurrir deslizamientos, así como, en Guantánamo pueden ocurrir deslizamientos rotacionales en la sierra de Maquey. 3. Se obtuvieron las zonas de probable licuefacción de suelos en Guamá en los depósitos aluviales en cauces de ríos y llanuras fluviales; en Santiago de Cuba en las proximidades de los ríos Sardinero y San Juan, donde son posibles las expansiones laterales y licuefacción en los entornos de la bahía de Santiago de Cuba y en el sector Guantánamo, en los ríos, Guantánamo, Jaibo y Baconao, así como en los alrededores de la laguna homónima y Guantánamo. En estos sectores es posible la ocurrencia de las expansiones laterales. 4. Se caracterizaron nueve bloques morfotectónicos; de ellos, siete en ascenso (Turquino, Uvero, Bayamita, Boniato, Cobre, Siboney y Maquey) y dos en descenso relativo (Santiago y Guantánamo). 5. Se revaluaron las fallas Jibacoa, Turquino, Bayamita, Boniato, Puerto Pelado, Mar Verde, San Juan, Maquey y La Yaya como de simple falla, y la Baconao como una falla con secciones. 98 �CONCLUSIONES Como conclusiones finales se obtuvieron las siguientes: 1. La evaluación conceptual y contextual de los deslizamientos y la licuefacción de suelos como peligros geológicos inducidos por actividad sísmica demostró que en la gran mayoría de las investigaciones se emplean los criterios sísmicos y tectónicos, sin integrar los elementos geomorfológicos y la tectónica activa. 2. Se desarrolló una metodología para la evaluación de los peligros inducidos, deslizamientos y licuefacción de suelos a partir del uso de indicadores morfométricos, la tectónica activa y el análisis sismológico. La misma se apoya en herramientas del SIG. 3. Al aplicar la metodología a los sectores Guamá, Santiago de Cuba y Guantánamo, se establecieron las fallas principales que cortan a los sectores y se caracterizaron nueve bloques morfotectónicos; de ellos, siete en ascenso con predominio a los deslizamientos y dos en descenso relativo donde prevalece la licuefacción de suelos. 4. Se obtuvo la susceptibilidad a los peligros de deslizamientos en los sectores donde pueden ocurrir caídas, desprendimientos y derrumbes de cavernas asociados al carso, así como deslizamientos producto de la acción antrópica y deslizamientos rotacionales. 5. Se obtuvo la susceptibilidad a la licuefacción de suelos en los sectores de estudio, donde las zonas de mayor susceptibilidad son los alrededores de las bahías Cabañas, Santiago de Cuba, Guantánamo y laguna de Baconao, así como en las proximidades de los ríos Sardinero y San Juan. 99 �RECOMENDACIONES 1. Generalizar la aplicación de la metodología en otras zonas de Cuba para la evaluación de los peligros de deslizamientos y licuefacción de suelos inducidos por la actividad sísmica. 2. Zonificar con mayor precisión, a través de métodos de detalle, en las áreas con alta susceptibilidad a la licuefacción de suelos y deslizamientos, para el ordenamiento del territorio, proyectos constructivos y medidas de defensa civil. En todos los casos se recomienda la inclusión de las propiedades físicomecánicas de los suelos y rocas. 3. Crear un inventario de deslizamientos inducidos por sismos para Cuba. 4. Se recomienda que la tarea Vida tenga en cuenta los resultados alcanzados por esta investigación. 100 �343546789 �9ÿÿ 0 ÿ���������ÿ� ÿ�0�����ÿ��� !ÿ�"��#�#"$ÿ��%ÿ�"��#�#&�"#��ÿ�!"'�%� ÿ()*+),,-+)*ÿ *,./.*0ÿ1-+)2+3/,4 ÿ5#�!$ÿ6�"!��7#!�7! ÿ ÿ�1801� ÿ 9 ÿ�:!�7#�ÿ�;#&�ÿ���ÿ��ÿ<�� !��7#=�ÿ$ÿ!�ÿ>!��������?� �$�ÿ��7��ÿ���ÿ!�ÿ��@�#�#�ÿ $ÿA��!B�ÿ%!ÿ���ÿC#!�:��ÿD�";���!�ÿ�<E�F>G?���CD� ÿ�911�� ÿ1-.0,2H.ÿ IJIKL�ÿM)4H-NO,)H.4ÿP,ÿQ3.0.ÿ3Q-Qÿ,/ÿQ)R/+4+4ÿ0ÿ/Qÿ*,4H+S)ÿP,ÿ-+,4*.4ÿ )QHN-Q/,4�ÿ TNUQÿ 3Q-Qÿ ,/ÿ ,43,2+Q/+4HQ ÿ C!7; !��%�ÿ %!ÿÿ '""V??7#%�#�!�� %!���"�!� '�?%�7;�?7�#%?���#�911�?<>0?%W?��?%�70XY�X?%� 70XY�X897Z %Wÿ Z ÿ��#��'#��ÿ[ �ÿ�@�7'!&�ÿ\ �ÿG:;#]��ÿE �ÿ^_�!&�ÿA �ÿ�'!��:;��`�ÿ[ �ÿa;��`�ÿ[ ÿ �0�bc� ÿ6�W���!ÿ����!ÿ���ÿ�!�;�"�%��ÿ%!�ÿ�!`��"��#!�"�ÿ:!��=:#7�ÿ$ÿ�;ÿ �d�e;!%�ÿ�ÿ!�7���ÿ0V011ÿ111ÿ!�ÿ��ÿ��"!ÿ�����#!�"��ÿ%!ÿ��ÿ�#!���ÿA�!�"��ÿ f��7'#`�ÿ<D\gh ÿ X ÿ����:;!��ÿi ÿ�911c� ÿ(jQ/NQ2+S)ÿP,ÿ/Qÿ4N42,3H+k+/+PQPÿP,/ÿH,--,).ÿQÿ/Qÿ-.HN-Qÿ3.-ÿ P,4Q--.//.ÿP,ÿP,4/+lQO+,)H.4ÿ,)ÿ,/ÿ0Q2+O+,)H.ÿP,ÿ1N)HQÿT.-PQÿ�m!�#�ÿ%�7"����� ÿ 6��"#";"�ÿ�; !�#��ÿA#�!��ÿA!"��d�:#7�ÿ%!ÿA�� ÿn��:;o��ÿ<;�� ÿ c ÿp�`��!&�ÿ� �ÿ�!������ÿA �ÿC;�#��ÿA �ÿ<';$�ÿm ÿq ÿ$ÿg��&@�!&�ÿa ÿG ÿ�0�YX� ÿG�ÿ "!��!��"�ÿ%!�ÿ0�ÿ%!ÿW!��!��ÿ%!ÿ0�b��ÿ^#�=��ÿC!:#=�ÿE�#!�"��ÿ%!ÿ<;�� ÿ M)j,4H+*Q2+.),4ÿr+4O./S*+2Q4ÿ,)ÿsNkQ�ÿD� ÿc ÿ6g��ÿ�<< ÿ��ÿn����� ÿ ÿcÿtÿ �1 ÿ � ÿp�`��!&�ÿ� �ÿ<';$�ÿm �ÿg��7o��ÿq �ÿA��!���ÿa �ÿp�`��!&�ÿn �ÿa���7��ÿA � ÿ \!��@�%!&�ÿ� ÿ�0���� ÿI)ÿ,Q-HuvNQw,ÿ2QHQ/.*N,ÿ.xÿsNkQÿQ)Pÿ),+*uk.-+)*ÿQ-,Q4 ÿ A#�����!�ÿm�#!�"! ÿ6�"!���"#����ÿ<!�"�!ÿW��ÿm'!��!"#7��ÿ^'$�#7�ÿ�6<m^��ÿ6�"!����ÿ C! ��"ÿ6<?6C?��?0 ÿÿ ÿ 010ÿ ���������������������������� 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 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 <div style="text-align:center;">Evaluación de peligros de deslizamientos y licuefacción de suelos inducidos por la actividad sísmica en Cuba Suroriental </div> Creator An entity primarily responsible for making the resource Sandra Yanetsy Rosabal Domínguez Publisher An entity responsible for making the resource available Tania Bess Reyes Type The nature or genre of the resource Tesis doctoral Date A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource 23 de mayo de 2019 Subject The topic of the resource Geología Description An account of the resource Presenta resultados de tesis doctoral relacionada con peligros de deslizamientos. Format The file format, physical medium, or dimensions of the resource PDF Language A language of the resource Español https://repoedum.ismm.edu.cu/files/original/aba6d35a8b969b06e36238efe0b33bd4.pdf 017e0be22eb6b7693b471923c6a90ba6 PDF Text Text �HIGHER INSTITUTE OF MINING AND METALLURGY OF MOA READING SELECTIONS FOR MECHANICAL ENGINEERING STUDENTS ENGLISH IV AUTHORS: M. Sc. MIRTHA ODALIS OLIVERO HERRERA M. Sc. GEORGINA AGUILERA SABORIT M. Sc. ADIS FIOL CUENCA M. Sc. ADELFA VERDECIA CRUZ M. Sc. MARIO ANDRÉS NAVARRO CONSUEGRA Lic. RICHEL FERNÁNDEZ MORA Lic. YANISEL BATISTA NUÑEZ Lic. ALIUSKA HINOJOSA CALA �Página legal Título de la obra: Reading selections for Mechanical Engineering students. English IV, 69 pp. Editorial Digital Universitaria de Moa, año 2018 -- ISBN: 978-959-16-4174-8 1. Autor: Mirtha Odalis Olivero Herrera 2. Institución: Instituto Superior Minero Metalúrgico «Dr. Antonio Núñez Jiménez» Corrección: Dr. C. Tania Bess Reyes Diseño: Wilkie Villalón Sánchez Institución de los autores: ISMM «Dr. Antonio Núñez Jiménez» Editorial Digital Universitaria de Moa, año 2018 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://edum.ismm.edu.cu �Preface Este folleto presenta una selección de textos de la literatura técnica que los estudiantes de la carrera Ingeniería Mecánica encontrarán durante su aprendizaje en la universidad y durante el desarrollo de su profesión. Con ello, se complementan folletos anteriores en los que se enseñan los aspectos gramaticales y el vocabulario general y técnico requerido para comprender el idioma inglés con fines profesionales en una forma adecuada para este nivel de enseñanza. Se presenta, además, un glosario en inglés de términos tomados del vocabulario técnico de mayor uso en libros relacionados con la especialidad. Asimismo, teniendo en cuenta que el objetivo principal de la asignatura Inglés es leer y comprender literatura técnica en este idioma, se concibió la ejercitación para que los estudiantes se apropien de un sistema de conocimientos que puedan generalizar y aplicar posteriormente. �Index Preface Page !!! Theme 1: Strength of Materials Reading A: Strength of Materials (Problems and Methods 1 Reading B: Strength of Materials (Assumptions 1 and 2) 5 Reading C: Strength of Materials (Assumptions 3, 4, 5 and 6) 11 Reading D: Ductility and Brittleness. Hardness 17 Reading E: Beams-Shear forces 20 Theme 2: Machines Reading A: Automatic Control of Machine Tools 24 Reading B: A car wash for cleaner air 27 Reading C: Kinematic 30 Reading D: The Centre Lathe 35 Theme 3: Thermodynamic Reading A: Thermodynamics system 40 Reading B: Thermodynamics reversibility 45 Reading C: The subject of Hydraulics 49 Theme 4: Cavitations Reading A: Cavitations 54 Complementary Texts Reading A: Historical Perspective 59 Reading B: Some criteria to select the appropriate material 60 Glossary 62 �Theme 1: Strength of Materials Reading A: Strength of Materials (Problems and Methods) I. Before you start reading Rate your knowledge of key vocabulary on this topic. Write an (X) next to the words you can give their Spanish equivalents. Notice the grammatical category (part of speech) in parentheses beside each word in the list. * ___ science (n) ___ relegate (v) ___ property (n) ___ stiffness (a) ___ background (n) ___ deformable (a) ___ use (v) ___ irrelevant (a) ___ place (n) ___ design (n) (v) ___ section (n) ___ body (n) ___ machine (n) ___ treat (v) ___ reliable (a) ___ motion (a ) ___ deal (v) ___ branch (n) (v) ___ ability (n) ___ strength (n) ___ cumbersome (a) * (a) = adjective (n) = noun (v) = verb II. Look up the new words in a bilingual dictionary and write them down in your notebook. III. Fill in the blanks with the corresponding word from the previous list. a) Stiffness and __________ are properties of materials. b) Strength is the _________ to resist deterioration. IV. Read the list of words provided again. Taking into account their meanings and relationships, can you predict what the title of the text will be? Reading A: Strength of Materials (Problems and Methods) From «Strength of Materials» By P. Stepin The necessary, i.e., reliable dimensions strength of materials is the science of resistance and stiffness of elements of engineering structures. The methods of this science are used in design practice to determine of machine parts and various structural members. 1 �The fundamental principles of strength of materials are based on the laws and theorems of general mechanics and in the first place on the laws of statics without the knowledge of which the study of strength of materials is inconceivable. In contrast to theoretical mechanics, strength of materials deals with problems in which emphasis is placed on the properties of deformable bodies while the laws of motion of a body as a whole are not only relegated to the background but in some cases are altogether irrelevant. At the same time, due to the generality of its fundamental principles strength of materials may be regarded as a section of mechanics which is called mechanics of deformable solids. Mechanics of deformable solids includes also other branches, such as the mathematical theory of elasticity which treats essentially the same problems as strength of materials. The difference between strength of materials and the mathematical theory of elasticity lies primarily in the approach to the solution of problems. In the mathematical theory of elasticity which also studies the behaviour of deformable solids the problems are stated more rigorously. Hence the solution of problems in many cases calls for a complex mathematical apparatus and frequently involves cumbersome computational operations. In consequence the possibilities for practical application of the methods of the theory of elasticity are limited. On the other hand, a more comprehensive analysis of the various phenomena is attained. Exercises I. Begin reading I. Synonyms: From this list, choose a synonym for the word in bold type in each sentence. Use appropriate tenses for verbs and singular or plural forms for nouns. You can use the dictionary. Embarrassing Rigidity Apply Quality Equipment Failure 1. The ability to resist deformations is called stiffness. 2. The ability to resist deterioration is called strength. 2 �3. The methods of strength of materials are used to determine of machine parts. 4. Stiffness and strength are properties of materials. 5. Hence the solution of problems in many cases calls for a complex mathematical apparatus and frequently involves cumbersome computational operations. II. Complete the following cooperative crossword puzzle. Work in pairs. In order to solve this crossword puzzle, you will have to cooperate with your partner. You have only the definitions and your partner has the puzzle. Read, and if necessary, explain the definition when your partner asks. You may not look at the puzzle and your partner may not look at the definitions. In other words, you may cooperate verbally but not visually! 1 2 3 4 5 6 9 10 7 8 3 �Across 1- A Down synonym of «embarrassing», 2- A word meaning «Entre» in English. «troublesome» (parag. 5) (parag. 4) 5- The word that expresses «Ley» in 3-Something that is «trustworthy», English. (parag. 2) «dependable» (parag. 1) 10- A verb meaning «lograr», «alcanzar» 4- The ability to resist deformation, rigidity in English (in simple past). (parag. 5) (parag. 1) 6- The antecedent of the word «Application» 7- The word that means «Mientras» in English (parag. 3) 8- Distortionable (parag. 3) 9- Figure (in plural) (parag. 3) II. Keep on reading I. Scan through the text to find the answers to these questions (You may be asked to talk about this in the practice session with your classmates and your language professor). 1. Where are the methods of Strength of materials used in? 2. What are the main principles of Strength of materials based on? 3. What are the branches of mechanics of deformable solids? 4. What is the difference between Strength of materials and The Theory of Elasticity? 5. What does The Theory of Elasticity study? II. Scan through the text and write a summary in English. 4 �Reading B: Strength of Materials (Assumptions 1 and 2) I. Before you start reading I. Fill in the blanks to complete these definitions using words from the list. a) What is a rod? A rod is a _________ with one dimension _________ than the other _________. List: two, bigger, body b) What is a block? A block is a body with three ____________ in the _________order. List: same, dimensions STRENGTH OF MATERIALS (Assumptions 1, 2) From «Strength of Materials» By P. Stepin Most of the structures an engineer has to deal with are very complicated in form, but their individual elements can be reduced to the following simplest types. A rod is a body, two dimensions of which are small as compared with the third (fig. 1a). In a particular case a rod may have a constant cross- sectional area and a straight-line axis. The axis of a rod is a line passing through the centroids of its cross sections. A rod with straight- line axis is often called a bar. a) c) 5 �b) Fig. 1 d) A plate is a body bounded by two flat surfaces, the distance between which is small as compared with the other dimensions. (fig. 1b) A shell is a body bounded by two curvilinear surfaces, the distance between which is small as compared with the other dimensions. (fig. 1c) A block is a body, where three dimensions are in the same order. (fig. 1d) Engineers are primarily concerned with bodies having the form of rods of constant rod sections, and the simplest systems composed of such rod. They deal with rods having a considerable degree of stiffness, i.e., rods which do not become noticeably deformed under load. In very slender bars, such large deformation occurs, that they cannot be disregarded, even in determining the reaction of support. Methods of analysis of slender bars, plates, shells and blocks, are treated in a subject called theory of elasticity, free of the simplifying hypothesis which is introduced in a study of strength of materials. The methods of the theory of elasticity provide exact solutions of problems treated in a course on strength of materials, as well as solutions of more complicated problems, where it is not possible to state applicable simplifying hypothesis. Methods of designing bar systems are studied in the theory of structures also known as structural mechanics. Assumptions in Strength of materials In view of the complexity of structural analysis certain simplifying assumptions are made concerning-properties of materials, loads and the nature of the interaction of a part and loads. Experimental verifications of design relations, obtained on the basis of the 6 �assumptions, given below, show that the resultant error is so insignificant that for practical purposes it can be neglected. Assumption 1 The material of a body has a solid (continuous) structure. This is fully justified form the practical point of view as most structural materials have such fine- grained structure that they can be considered solid, continuous, without giving rise to appreciable error. Calculations give satisfactory results in practice even for such materials as timber, concrete and stone. This is due to the fact that the dimensions of real parts are many times greater than interatomic distances. This assumption makes it possible to employ a method of analysing infinitesimal volumes for which the mathematical apparatus of continuous functions may be used and to apply the results obtained to real specimens. Assumption 2 The material of a part is homogeneous. i.e., it has identical properties at all points. Metals posses a high degree of homogeneity, i.e., they have practically the same properties throughout a part. Timber, concrete, stone and reinforced plastics are less homogeneous. Concrete contains an aggregate - small stones, gravel, brick – the properties of which are different from those of cement. In timber there are knots; in plastics, the properties of a resin differ from those of a filler. Nevertheless, calculations based on this assumption, give satisfactory results for main structural materials. II. Begin reading III. Expand your vocabulary. Scan through the text and find the equivalent to: a) centro de gravedad____________________________________ b) eje rectilíneo_________________________________________ c) superficie llana_______________________________________ 7 �d) trata con____________________________________________ e) propiedades de los materiales____________________________ f) de granulación fina_____________________________________ g) debido a _____________________________________________ h) muestra, tipo__________________________________________ i) no obstante____________________________________________ IV. Scan through the text and complete the following chart taking into account the similarities and the differences of these materials. Materials Similarities Differences Stone Concrete Timber Reinforced plastics V. Scan through the text again and write out of the reading: a) Two sentences with connectives of addition. b) Two sentences with connectives of concession, contrast and opposition. c) Two sentences with connectives of cause, motive and reason. 8 �d) Two sentences with connectives of purpose. VI. Scan through the text and try to organize these ideas in order of appearance in the text. a) _____A shell is a body whose surfaces are curves. b) _____The material of a body has a continuous structure. c) _____Calculations give satisfactory results for structural materials. d) _____Concrete is a material made of cement and gravel. e) _____The majority geometric forms of the structures in engineering are complicated. 9 �V. Read the text and draw information related to: Types to which individual structural elements can be reduced The advantages of the theory of elasticity The purpose of assumptions in Strength of materials III. Keep on reading I. Two Mechanical Engineering students are studying about Strength of Materials. Complete this short dialog for you to know. John: Jimmy, can you help me to complete this exercise? Do you know what the ability to resist deformations is? Jimmy: Yes, of course. It is called____________________. John: And, what a body whose surfaces are curve is? Jimmy: It is called________________. Now, it´s my turn to ask. What are the changes in shape and dimensions called? John: I think they are called__________________. Jimmy: I think I have a difficult question for you. Can you tell me what a body with one dimension bigger than the other two is? John: Wow! It´s too easy. It´s called_________________. And what is a wooden material with knots? Jimmy: It´s called______________________. List: deformations, timber, concrete, stiffness, rod, shell. II. Make a brief summary of the text in English. 10 �Reading C: Strength of materials (Assumptions 3, 4, 5 and 6) I. Before you start reading a) Fill the blanks with words from the following list following the sentences. 1. When a material has the same properties in all directions it is called_____________. 2. The internal forces are also called forces of __________________. 3. Non-uniform cooling can induce internal forces in ________________ parts. 4. The principle of superposition can be used with deformable bodies only under________________ conditions. 5. The word __________________ is used to express the difference between the initial position of a body and any later position a) elasticity b) steel c) certain d) displacement e) prior f) isotropic g) level out h) as well Reading C: Strength of materials (Assumptions 3, 4, 5 and 6) From «Strength of Materials» By P. Stepin Assumption 3. The material of a part is isotropic, i.e., it has identical properties in all directions. The crystals of which many materials consist have quite different properties in different directions. Cooper crystals are more than three times as strong in one direction than in another. However, in fine-grained materials the properties in different directions become uniform, they «level out» due to the disorderly arrangement of a great number of crystals, and these materials an be considered, virtually isotropic. 11 �For such materials as timber, reinforced concrete and plastics, the above assumption is only approximate. Such materials, whose properties are different in different directions, are called anisotropic. In the solution of some problems concerning for example, plastics, it is necessary to take into account the anisotropy of the material by the application of the methods in the theory of elasticity. Assumption 4. There are not internal (initial) forces in a body prior to loading. The forces of interaction between the particles of a material, the distances between which vary, resist changes in the shape and dimensions of the body under load. Henceforth, speaking of internal forces (or forces of elasticity) we shall have in view just these forces (stresses), without taking into account the molecular forces existing in an unloaded body as well. Stress-strain This assumption is not, strictly speaking, true of a single material. In steel parts sometimes there exist internal stresses induced by non-uniform cooling, and in timber by non-uniform drying; in concrete they arise during setting. The magnitude of these forces (stresses) is important to be known by a designer. When there is reason to suppose that these forces (stresses) are considerable, an attempt is made to determine them (experimentally). Assumption 5. The principle of superposition The effect of a system of forces acting on a body is equal to the sum of the effects of these same forces applied to the body in succession and in any order. The word «effect» implies deformation, internal forces produced in a body and displacements of individual points, depending on the particular case. It should be born in mind that the action of the separate forces of a system should be considered in conjunction with the corresponding reactions of constraints. The principle of superposition, extensively used in theoretical mechanics for absolutely 12 �rigid bodies, can be applied to deformable bodies only under the following conditions: 1. Displacements of the points of application of forces are small compared to the dimensions of the body. 2. Displacements resulting from the deformation of a body depend linearly on the acting forces. In ordinary structures both these conditions are fulfilled and therefore the principles of superposition are widely used in structural design. Assumption 6. On Saint- Venant´s principle. At points of a body, which are sufficiently distant from the places of application depends to a very small extent of loads, the magnitude of internal forces on the particular manner in which these loads are applied. This principle allows the replacement of one system of forces by another, statically equivalent system which may simplify the analysis. II. Begin reading I. Expand your vocabulary. I. a) Complete the chart with the missing word in each corresponding column. The first one has been done for you. Verb load Noun loading Adjective loaded considerable corresponding concerning apply forces Comparison, comparative structure 13 �I. b) Complete each sentence with one of the words from the chart. Nouns could be used in singular or plural. Verbs in any tense. a) There aren´t initial _____________ in a body before loading. b) We have to keep in mind the _______________ of the methods because the properties vary. c) It is important to make a _______________ design for the conditions to be accomplished. II. Expand your vocabulary. Match the words in column A with their definitions in column B. A Isotropic Principle of superposition Initial forces Anisotropic B __ can be put into practice on distortionable bodies taking into account certain conditions __when the material has the same qualities in all directions __are also called internal __ when the material has different qualities in different directions III. Try to find words related to the technical vocabulary studied in class. They can be in 14 �all directions. Then complete the sentences. A B T Z H L R R T S H E L L C Y P D R T O S I Y A L S M H C M N P O D S C C A U E I S U Q P B U U D O M P N L S T Y V A I P M N S E D B S O I B R I T L C M R S P L A T M E L Q K R K P Z L C O B R B Y I R E P O O C M P C P O E S A T C S C D Q R O K L P R O E A I S U E M M S D A I S A U T S T R E N G T H T C S E I D O B H B S Y A P E P O O P S T O O V A L P S T B N O I T A M R O F E D L T R 1. The change in shape and dimension is called ________________. 2. Deformable_____________are called real bodies. 3. The ability to resist failure is called ____________. 4. A _________ having a straight axis is called ___________. 5. ___________ is a wooden material with knots. 6. The material made of cement and gravel is called _____________. 7. A ___________ is a body which has no difference in its dimensions. 8. A body limited by even surfaces is called ___________. 9. A ____________ is a body whose surfaces are curve. 10. The principle of _______________can be used with deformable bodies only under certain conditions. 11. When a material has the same properties in all directions it is called_______. 15 �IV. First unscramble the letters to make words. The clues or simple definitions will help you. ORTCIPOSI REMTIB FSTIFENSS ETNOCREC 1. It can be put into practice on distortionable bodies taking into account certain conditions. 2. Wooden material with knots. 3. It is a property of metals. 4. Material made of cement and gravel. Next use the circled letters to form another word 5. It is a material used for making concrete. 16 �III. Keep on reading I. Scan through the text to find the answers to these questions (You may be asked to talk about this in the practice session with your classmates and your language professor). a) What is the meaning of isotropic? b) Why are the properties in fine-grained materials uniform in different directions? c) What are anisotropic materials? d) How can you solve a problem that deals with plastics? e) What initial forces are there in a body before loading? f) What may happen to a body under load? g) Which are he forces of elasticity? h) What is he meaning of effect in the assumption 5? i) With what bodies is the principle of superposition used? j) Which principles permit the replacement of one system of forces by another? II. Scan through the text and write a summary in Spanish. Reading D: Ductility, brittleness and hardness I. Before you start reading I. Fill the blanks with words from the following list following the sentences. I. a) What is ductility? It is the ___________of a material to deform appreciably under a load before ____________. List: tensile - rupture - ability 17 �I. b) What is brittleness? It is the ___________to fail with very little______________. List: deformation - tendency - ability I. c) What is hardness? It is the ability of a material to___________ wear or _____________. List: tendency - penetration - resist II. Can you predict what the title of the text will be? Reading D: Ductility, brittleness and hardness The ability of a material to acquire large permanent deformations without fracture is known as ductility. The property of ductility is of prime importance in such processes as extrusion, drawing, bending, etc. The measure of ductility is the percentage elongation d at rupture. The greater d, the more ductile is the material. Highly ductile materials include annealed copper, aluminium, brass, low-carbon steel, etc. Duralumin and bronze are less ductile. Slightly ductile materials include many alloy steels. A property opposite to ductility is brittleness, i.e., the ability of a material to fracture without any appreciable permanent deformation. Materials possessing this property are called brittle. For such materials, the amount of elongation at rupture does not exceed 2 to 5 percent, and in some cases it is expressed by a fraction of one per cent. Brittle materials include cast iron, high-carbon tool steel, glass, brick, stone, etc. The tension test diagram for brittle materials has no yield point or strain hardening zone. There are materials that are capable of sustaining larger loads in tension than in compression. These are generally materials having fibrous structure, such as wood and various plastics. Some metals, such as magnesium, possess this property. 18 �The division of materials into ductile and brittle is purely conventional not only because there is no sharp dividing line between them. Many brittle materials may behave as ductile and ductile materials as brittle, depending on the conditions of testing. The duration of loading and temperature have a very great affect on ductility and brittleness. Under rapid loading, brittleness is displayed more sharply; while under prolonged loading ductility is more pronounced. For example, brittle glass is capable of developing permanent deformations under sustained loading at normal temperature. Ductile materials, such as low-carbon steel, exhibit brittle properties under sudden impact loading. II. Begin reading I. Read the text and draw out information related to the properties of these materials. Follow the example. Material Annealed cooper Cast iron Duralumin High – carbon tool steel Glass Bronze Brick Aluminium Brass Stone Law - carbon steel Property Highly ductile II. Scan through the text and find: a) A connective indicating reason: ___________________________________________ b) Two sentences in passive voice: __________________________________________ c) The opposite of ductility: ________________________________________________ 19 �d) A sentence expressing comparison: _______________________________________ e) Two modifiers and interpret them in Spanish: ________________________________ III. Find information to answer the following questions. 1. - What is the text about? 2.- What is ductility? 3. - What is brittleness? 4. - Explain with your own words when a material has brittleness properties. 5. - Mention some ductile materials. III. Keep on reading I. Pair work. Student A: You are involved in a research project about Strength of Materials. You need to select the materials taking into account their main characteristic. Student B: You are going to help your partner to group the materials according to their main characteristic. - Act out the conversation. II. Scan through the text again and write a summary in English. Reading E: Beams-shear forces and bending moments I. Before you start reading What do you know about beams? Organize the following chunks, so as to write: 20 �1. The definition of a beam. 2. Way in which a beam is generally categorized. 3. The tendency to the bending of a beam. a) and it is called shear - to the bending of a beam In addition - to slip past the adjacent section - there is a tendency of one section of a beam. b) by bending elastically A beam - transverse loads and forces - is a member which resists. c) or statically indeterminate - They may be - as either statically determinate - generally categorized. Reading E: Beams-shear forces and bending moments Source: Statics and Strength of Materials. Milton G. Bassin and Stainly M. Brodsky U.S.A. 1960 A beam is a member which resists transverse loads and forces by bending elastically. They may be generally categorized as either statically determinate or statically indeterminate. When a simply supported beam is carrying a load, it produces a bending in the beam at all points. Any sections such as AB and CD are rotated into new positions by the bending of the beam. The length BD is shortened or compressed, and length AC is lengthened or stretched. The resistance offered to this shortening and lengthening of the fibbers is called internal fibber stress, or simply stress. The upper fibbers are in compression and the lower ones in tension. In addition to the bending of a beam, there is a tendency of one section of a beam to slip past the adjacent section. This tendency is called shear, and shear forces must be resisted by the fibbers of the beam. Shearing forces are parallel to the plane of the section. 21 �It is useful to know what shear force a beam must resist at every section. The shear force at any section of the beam is the algebraic sum of all forces acting on the beam to the left of that section. This information is conveniently represented in a shear-force diagram which is drawn in projection with the sketch of the beam in represents. The shear-force diagram is a plot of the next external shearing forces which act at each beam cross section. These forces are caused by the loading of the beam. The fibber of the beam material must resist these forces to maintain static equilibrium. II. Begin reading I. Decide whether the following statements are True or False, by referring to the information in the text. Then make the necessary changes so that false statements become true: 1. A member which resists transverse loads and forces by bending elastically is called a beam. ______ 2. A load on a simple beam produces a bending at points. ______ 3. The length BD is not shortened. ______ 4. The resistance to shortening and lengthening of fibbers is known as external fibbers stress. ______ 5. The fibbers of the beam material must not resist the shearing forces to maintain static equilibrium. ______ 6. The designer must know how the bending changes at all points in the beam. _______ 7. The algebraic sum of the moments at any section of a beam is called the bending moment. __________ 22 �II. Fill in the blanks with words from the reading. 1. The upper _________are in compression and the lower ones are in ___________ 2. The load supported by a simple beam produces a ____________ on it at different points. 3. The static equilibrium is maintained by the________ of the_________material which must resist these forces. III. Analyze and interpret in Spanish the following modifiers taken from the text studied: a) Transverse loads and forces _________________________________________________________ b) Simply supported beam _________________________________________________________ c) Internal fibber stress ________________________________________________________ d) Shear-force diagram ________________________________________________________ e) External shearing forces ________________________________________________________ III. Keep on reading I. Pair work. Student A: You are researching about the uses or functions of a beam because you have a final test the day after tomorrow. 23 �Student B: You are helping your partner to study for the test and you already know the uses or functions of a beam. - Be ready to act out the conversation. II. Scan through the text and then write a summary of the main ideas of the text in English. Theme 2: Machines Reading A: Automatic Control of Machine Tools I. Before you star reading I. What do you know about automatic control? - Organize the following chunks, so as to write: 1. The definition of automatic control. 2. The classification of the control. 3. Members of it. a) In addition - irrespective of its purpose and action - any elementary automatic control mechanism - includes three principal members: 1- The primary transducer 2- The intermediate transducer 3- The operative member 24 �b) to perform a specific operation - Any such mechanism designed - an elementary automatic-control mechanism - may be called. c) by means of command signals - into analogue and discrete signals - Automatic control of machine tools - is accomplished - which are classified. Reading A: Automatic Control of Machine Tools Various control mechanisms are installed on machine tools to automate them. Any such mechanism designed to perform a specific operation may be called an elementary automatic-control mechanism. It may be a simple one when performing but one operation, but a complex one when performing several operations. A simple mechanism, for instance, may be used for engaging the feed movement, a complex mechanism- for releasing, feeding and clamping the bar stock. Automatic control of machine tools is accomplished by means of command signals, which are classified into analogue and discrete signals. The discrete signal is sent continuously, and there is a functional relation between the input and output values of this signal. The discrete signal is sent periodically in the form of successive impulses, their amplitude, duration and repetition rate depend on the input signal value only at some moments of time. Any elementary automatic control mechanism, irrespective of its purpose and action, includes three principal members. (Sometimes there is no second member) 4- The primary transducer 5- The intermediate transducer 6- The operative member The above classification is general rather than comprehensive and does not cover the various other arrangements of automatic machine tool control systems. 25 �II. Begin reading I. Expand your vocabulary. Scan through the text and: I. a) Find the English equivalent to: a) llevar a cabo, realizar ____________________ b) avance__________________ c) liberando, aliviando___________________ d) pinzando _________________ e) engranaje___________________________ f) señal de entrada______________________ g) transductor__________________________ II. Scan through the text and find: a) The opposite of few_______________ b) A sentence in passive voice_________________________________________ _________________________________________________________________ c) Two modifiers and interpret them in Spanish____________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ 26 �III. Scan through the text and fill in the blanks with the corresponding word. 1. Many control structures are located on equipment to ____________them. 2. Classified parts of automatic control mechanism are _____________and _______________. III. Keep on reading I. Scan through the text and write a summary in English. Reading B: A car wash for cleaner air I. Before you start reading Test your vocabulary. Match the words in Column A with their corresponding equivalent in Column B. Column A Column B 1. Power source __Vapor 2. Pump __Bombear 3. Steam __Alfarería 4. Crankshaft __Fuente de energía 5. Pottery __Cigüeñal Reading B: A car wash for cleaner air Nitrogen oxides, carbon monoxide, particulates, hydrocarbons, lead you name it, the internal- combustion engine ejects it out. And yet nobody has invented, or even come close to inventing, a mobile power source as compact, powerful and useful as the internalcombustion engine. What can be done about its dangerous exhaust? 27 �In principle, the answer is simple let the engine burn its fuel completely. It would. Then produce carbon dioxide and steam, and nothing else. The trouble is that any flame in a closed cylinder is inevitably quenched on the surrounding cold surfaces, gyring the unpleasant products of incomplete combustion our engineers now have a solution. Imagine, they say, a porous engine, with air being pumped continuously into the cylinder through the walls. The air would sweep the flame back; it would never touch the walls, and never be cooled on them. But how to lubricate such an engine Oil would block the pores, and act as a quenching surface for the flame. At first, our engineers thought of using the incoming air itself as a lubricant. Bearing in which compressed air emerges from a group of small holes, are used in many scientific instruments. But air is too mobile and compressible to lubricate the violently hitting pistons and crankshaft of a car engine. So our engineers will bravely lubricate their porous engine not with air, but with water. Water is usually a bad lubricant it runs away too easily. But if you pump it continuously into position through porous surfaces, then it should be useful. Even better, abandon the radiator and let the engine run hot. The water will then boil as it emerges, pressurising itself with expanding steam. And porous cylinder walls which save off steam will give even cleaner combustion than air would do, the steam will «crack» any incompletely burnt fuel. It may even give a bit more power finally, for a change, our engineers want to make though porous parts of their engine from ceramics although concrete and pottery are porous, they seem unpromising engineering materials. But advanced ceramics are a tough proposition these days turbines are made of them, and an uncooled ceramics diesel engine has already been tested for military use. When perfected, the new «Wet Cement» engine (as dread co engineers have called it will dean up your car dramatically. You will have to fill up with water as well as petrol at every stop in return you will get a guaranteed clean exhaust, no dirty polluting oil, and no radiator to boil, freeze or crack. Motoring correspondents will love it too it will give them yet another chance to revive that old dream about «a car that runs on water». 28 �II. Begin reading I. Scan through and find synonyms for the following words a Energy: _________________ b Vapour: _________________ c Cooled: _________________ d Contact: ________________ e Holes: _________________ II. Scan through the text again and find: a Two possessive adjectives: ____________________________________________ b Two personal pronouns: _______________________________________________ c Two connectives and state their functions: _________________________________ dTwo sentences in passive them: _________________________________________ III. Scan through the text again and say if these sentences are True or False. a Ceramics have never been used in an engine before._____ b Water is always a bad lubricant in the porous engine described in the text._____ c The author of the text considers the internal-combustion engine as a positive invention in general.______ d The only innovation of the new engine is the porous surface of its walls._______ e If air were used instead of water, the engine would be more powerful._________ f) Do Dreadco’s engineers think that motoring correspondents will like the idea? ______ 29 �III. Keep on reading I. Scan through the text to find the answers to these questions (You may be asked to talk about this in the practice session with your classmates and your language professor). a What are exhaust fumes composed of? b Why can the new engine be uncomfortable for the user of the car? c Why did they choose water, instead of air, as a lubricant? d Why is the new engine called «Wet Cement engine»? Reading C: Kinematics I. Before you start reading I. Fill in the blanks to complete these definitions using words from the list. 1.a) What is dynamics? Dynamics is the __________ of the interaction of masses, ___________, and the corresponding _______________. a) motions b) study c) forces 1.b) What is the object of this study? The object of this study is the development of the____________to write mathematical _______________which describes these interactions, at least, to the ____________ required by the _____________ at hand. a) accuracy b) problem c) capacity d) expressions 30 �Reading C: Kinematics From «Vector Mechanics for Engineers» by Harry R. Nara Dynamics is the study of interaction of masses, forces, and the corresponding motions. The development of the capacity to write mathematical expressions which describe these interactions, at least, to the accuracy required by the problem at hand, is the object of this study. As with all attempts to describe nature through mathematical models, simplifying assumptions must often be made, but the results may still be useful as long as these results are confirmed by experiment to the accuracy demanded. A few examples will illustrate this point. In some dynamics investigations it is common to assume that the masses involved are rigid. This statement is sufficiently accurate for many problems in dynamics, where the motions of the bodies as a whole are large compared with their deformation and a useful result is obtained by neglecting the deviations from perfect rigidity. In the study of a vibrating beam, nevertheless, this assumption cannot be employed as we are primarily concerned with the displacements of the particles which make up the beam. Unless otherwise stated, the objects to be discussed are considered to be rigid, i.e., the distance between any two points and the angle between any two lines located in the body will be considered constant. The concept of the mass point or particle is another simplifying assumption we will use in formulating some problems. Although the mass of an object is distributed throughout its bulk, under some circumstances satisfactory accuracy is achieved by regarding the mass as concentrated at a point. This approximation is likely to be adequate, particularly if the important length parameters describing the geometry of motion are large compared with the dimensions of the object or if the object is subject to a pure translation without rotation. The balancing of an automobile wheel is a slightly altered example of this idea. The wheel radius which describes the motion of the true mass is large, relative to the width of the tire, justifying the common assumption that the wheel and the tire is a disk of negligible thickness. Balancing is normally performed by adding weights in the plane of the disk and no distinction is made whether the weights are added to the outside or inside the rim or to both. 31 �Two common types of problems arise in dynamics –the determination of the motion of a body or bodies under the influence of a given set of forces, and conversely, the determination of the forces required to impart prescribed motions to an object or a group of objects. The flight of a rocket is an example of the first type of problem, since it is often necessary to predict the flight path of the vehicle while under the influence of its thrust force, the atmospheric resistance, control actions, and the force of gravity. The second class of dynamics problems is met most often in the analysis of machinery mechanisms, that is, the moving parts of a given machine. The geometric configuration of a mechanism determines the motion of its elements while the forces which act on each element are to be found so that they might be proportioned adequately to carry the required loads. In both situations, a precise means of defining motion is essential. Therefore, the characteristics of motion and its specification, which is the study of kinematics, will be considered prior to discussing the underlying principles of dynamics. II. Begin reading I. Scan through the text and find the synonyms of these words. a) If, provided that: _________________ b) Girder, ray: _____________________ c) Supposition, principle: _____________ d) Exposed: _______________________ e) Emerge, rise: ____________________ II. Complete the following cooperative crossword puzzle. Work in pairs. In order to solve this crossword puzzle, you will have to cooperate with your partner. You have only the definitions and your partner has the puzzle. Read, and if necessary, explain the definition when your partner asks. You may not look at the puzzle and your partner may not look at the definitions. In other words, you may cooperate verbally but not visually! 32 �1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Across 3. Vice versa, with the alteration or order changed. (paragraph 5) 5. Girder, a horizontal heavy strong member that supports vertical loads; member on which the weight of a floor is carried. (paragraph 3) 6. Removals from the usual or proper place. (paragraph 3) 7. To push or drive with force. (parag. 5) 11. That can be neglected. (paragraph 4) Down 1. Unsuccessful efforts. (paragraph 1) 2. A synonym of however, but. (parag. 3) 4. Suppose. (paragraph 2) 8. Mass volume, an aggregate that forms a body or unit, with reference to size or amount. (paragraph 4) 9. The outer part of a wheel, border. (paragraph 4) 10. Principally, originally, at first. (parag. 3) 12. Included, implicated, implied. (parag. 2) III. Scan through the text and fill in the blanks according to the reading selection: 1. Dynamics deal with the ______________ between masses, forces and motions. 2. _______________are usually necessary when an attempt to describe nature through models is made. 3. In many cases it must be assumed that the masses are____________________. 4. A mass is assumed to be rigid when the deviations from the perfect rigidity are_________________. 5. The mass of an object is distributed ________________its bulk and yet we must sometimes regard it as concentrated at a __________________. 6. We add ________________ in the plane of the disk to perform balance. 33 �7. The flight of a rocket exemplifies the motion of a body under________________. 8. Atmospheric resistance interferes with ________________ of a vehicle. 9. To ______________machinery mechanisms is a common problem in dynamics. 10. The characteristics of _________________ is the main concern of kinematics. IV. Cross out the word that does not belong to the group. 1. particle – fraction – fragment – point 2. rigid – static – mobile – intelligent 3. employ – use – utilize – state 4. between – through – and – among 5. therefore – thus – hence – nevertheless 6. angle – mass – bulk – body 7. length – gravity – width – thickness 8. accuracy – approximation – development – deviation 9. rotation – balancing motion – distance 10. consequently – on the contrary – vice versa – conversely III. Keep on the reading I. Scan through the text to find the answers to these questions (You may be asked to talk about this in the practice session with your classmates and your language professor). 1. How can the result of simplifying assumptions be confirmed? 2. In which field is it usually assumed that the masses involved are rigid? 3. Why can we not assume that the masses involved in the study of a vibrating beam are rigid? 4. In what way is the mass of an object actually distributed? 34 �5. Why is the concept of the mass point or particle used in formulating some problems? 6. How is the geometry of motion described? 7. How is the motion of the true mass described in the example of the automobile wheel? 8. Give and example of the determination of he forces required to impart prescribed motions o a group of objects? 9. What determines the motions of a mechanism? 10. What does Kinematics study? Reading D: The centre lathe I. Before you start reading I. Test your vocabulary. Match the words in Column A with their corresponding equivalent in Column B. Column A Column B 1. Bed ____ Husillo 2. Headstock ____ Cabezal móvil 3. Spindle ____ Caja de velocidades 4. Tailstock ____ Bancada 5. Gearbox ____ Cabezal fijo Reading D: The centre lathe Source: Lathes. Houghton, Stephen Philip. Vol. 1. London. 1963. The centre lathe was the first and still is probably the most important machine tool in any engineering establishment for it will develop a true cylinder. Broadly speaking the operations performed upon the lathe may be classified under the following headings: 35 �(a) Turning, that is removing the material from the outside, or periphery of a component, thus giving a circular cross-section. (b) Facing, that is removing from the face of an article. (c) Boring, the cutting away of surplus material from the interior of a work piece, and producing a bore with a circular cross-section. (d) The cutting of threads, both single and multi-start. In addition there are several other machining operations which, with the necessary equipment, extend the usefulness of a centre lathe, and in some instance make it a special type. A few of these operations are: form turning or boring, drilling and tapping, the form-relieving of milling cutters, tabs, and hobs, oval turning and boring, also milling, grinding and tapping. The main dimensions of a centre lathe are generally listed in the following manner: a) The height of the centres measuring off the lathe bed. b) The swing which is twice the height of the centres. c) The maximum length that can be accommodated between the lathe centres. Different types of lathes are: 1) The small bench lathe, having, say, 4 in centres. 2) The standard centres lathe of around 6 to 12 in centres, mounted upon legs and having a tailstock. 3) The turning and facing lathe, the design of which omits the tailstock. 4) The gap lathe, which is often similar to 2 but has a gap so that large diameter work can be handled. 36 �5) The relieving lathe as used in the production of milling cutters, taps and hobs. 6) Roll turning lathes, which in effect, are very large centre lathes, designed to machine the large rolls as used in the steel and other mills. The lathe bed is usually a cast-iron component of sufficient depth and width to ensure strength and rigity, with freedom and distortion. The mass of metal should be arranged to absorb all the vibrational stresses which may be created during the various machining operations. The headstock is the source of power. In addition to a motor, the headstock contains a gearbox to adjust the speed of rotation. There is a distinct cleavage between the old and the modern lathes. The old lathe had a cone-pulley drive; where as the modern tendency is to arrange for an all-geared headstock, having a single-pulley drive. The spindle of the headstock, as filled to a modern-designed lathe, is usually large in diameter in order to give rigity and of the hollow type so that bar material may be passed through the bore. The spindle has a center for supporting one end of the work piece, the spindle also causes the work piece to rotate. The main purpose of the spindle is holding another centre which supports the other end of the work piece. The choice of large diameter and well-placed bearings prevents «whipping» at high speeds. At all times, speed changing should be done with care, and the maker’s recommendations strictly followed. A safe practice is always to stop the machine for any speed changing and it is essential that all tools are with drawn for the work piece prior to stopping the machine. 37 �II. Begin reading I. Scan through the text and fill in blanks with the corresponding word. 1. A lathe has two centers, one which usually moves while the other is stationary; they are used to _____________the work piece. 2. There is a difference __________ between the old and the modern lathes. 3. A synonym of hold is ____________________. 4. A _______________is a machine used for performing operations on a part. 5. In a lathe the supporting surface or structure is called the _______________. II. Scan through the text and try to organize these ideas in order of appearance in the text. a) ______ A lathe has three main dimensions. b) ______ A lathe can perform different types of operations such as turning, facing, boring and cutting of threads. c) ______The bed is one of the principal parts of the lathe. 38 �d) ______There are many other machining operations that can be performed by a lathe. e) The headstock constitutes the source of power and it contains a gearbox to adjust the speed of rotation. f) There are different types of lathes according to their functions. g) For any speed changing it is advisable to stop the machine. III. First unscramble the letters to make words. The clues or simple definitions will help you. KCOTSDAHE ARGEXOB CKOTSILTA SDLEPIN DEB 1. It contains the motor, gearbox and the spindle. 2. It adjusts speed of rotation. 3. It transmits rotational movement and holds center. 39 �4. It holds the head center 5. It supports all the principal parts. Next use the circled letters to form another word 6. It is a machine used for performing operations on a part. III. Keep on reading I. Two students are talking about the class. If you complete this dialog you can know. Be ready to act it out. Eduard: I really liked the English lesson today. Nora: Me too. Eduard, can you tell the ______________ types of _____________ a lathe can perform? Eduard: It´s too easy. They are turning, _____________, boring and ____________ of thread. Nora: That´s right. And what is one of the main parts of the lathe? Eduard: Of course, it is the ____________. Nora, what is that constitute the source of power? Nora: The ____________, and it contains a _____________ to adjust the speed of rotation. II. Scan through the text and write a brief summary in English. Theme 3: Thermodynamics Reading A: Thermodynamics systems I. Before you start reading I. Fill in the blanks to complete these definitions using words from the boxes. 40 �a) What is a system? 1.a) It is the ____________ of the universe which is ____________for thermodynamic ________________. chosen consideration portion 1.b) What does a system consist of? It ____________consists of a __________amount (or amounts) of a ___________substance (or substances). specific definite usually II. Can you predict what the title of the text will be? Reading A: Thermodynamics systems From «Thermodynamics for Chemists» By S. Glasstone. In order to develop the consequences of the laws of thermodynamics, it is necessary to define the terms of reference. The portion of the universe which is chosen for thermodynamic consideration is called a System; it usually consists of a definite amount (or amounts) of a specific substance (or substances). A system may be homogeneous, that is, completely uniform throughout, such as a gas or a mixture of gases, or a pure liquid or solid, or a liquid or solid solution. When a system is not uniform throughout it is said to be heterogeneous; it then consists of two or more phases which are separated from one another by definite bounding surfaces. Systems consisting of a liquid and its vapor, or of two immiscible (or partially miscible) liquids, or of two or more solids, which are not a homogeneous solid solution, are examples of heterogeneous systems. 41 �A system may be separated from its surroundings, which consist of the remainder of the universe, by a real or imaginary boundary through which energy may pass, either as heat or as some form of work. The combination of a system and its surroundings is sometimes referred to as an isolated system. The thermodynamic or macroscopic state, or in brief, the state, of a system can be defined completely by four observable properties or «variables of state» These are: the composition, pressure, volume and temperature. If the system is homogeneous and consists of a single substance, the composition is fixed, and hence, the state of the system depends on the pressure, volume and temperature only. If these properties are specified, all other physical properties, such as mass, density, viscosity, refractive index, dielectric constant, etc., are there definitely fixed. The thermodynamic properties thus serve to define a system completely. In actual practice it is not necessary to state the pressure, the volume and the temperature, for experiment has shown that these three properties of a simple homogeneous system of a definite mass are related to one another. The value of any one of these properties thus depends in the value of the other two. The relationship between them is called an equation of state, but its precise form lies, «strictly speaking», outside the province of pure thermodynamics; an equation of state must be derived from molecular (kinetic) theory or from direct experiments on the system under consideration. Other equations of state, particularly those involving several empirical constants, are determined from experimental data, although their general form may have a theoretical basis. The derivation of such equations is not possible by means of thermodynamics, but the results of thermodynamics may be applied to them with interesting consequences. In general, the pressure, volume and temperature of a system are not independent variables, and consequently the thermodynamic state of a simple homogeneous system may be completely defined by specifying two of these properties. The results stated above, namely, that only two of the three properties of a system, viz, pressure, volume and temperature are independently variable, and that a homogeneous system of definite mass and composition is completely defined by these two properties, are based on the tacit assumption that the observable properties of the system are not undergoing any change with time. 42 �Such a system is said to be in thermodynamic equilibrium. Actually, this term implies three different types of equilibrium which must exist simultaneously. First, there must be thermal equilibrium, so that the temperature is the same throughout the whole system. Second, if the system consists of more than one substance there must be also chemical equilibrium, so that the composition does not vary with time. Finally, the system must be in a state of mechanical equilibrium; in other words, there must be no macroscopic movements within the system itself, or of the system with respect to its surroundings. Disregarding the effect of gravity, mechanical equilibrium implies a uniformity of temperature and pressure throughout the system; if this were not the case, it would be impossible to describe the system in terms of pressure, volume and temperature. II. Begin reading I. Try to find words related to the technical vocabulary studied in class. They can be in all directions. Then complete the sentences. S U R R O U N D I N G P T A H M S T D N S V C X H Y Z I L M N X O W H O E P Q S N A M E L Y O T R M A C B C D F A G S S E Q B I T I C A T V E E B W X B P E N S E T N S Y D R L I E T N D S R A M F R E M A I D E R P H R E L A T I O N S H I P R Z W V Y V W Y Z M S T B A S S U M P T I O N D 1. Areas that is around something, vicinity. 2. Selected. 3. Homogeneous physically distinct portions of matter in system which is not homogeneous. 43 �4. Rest. 5. Separated from the rest. 6. Hence, thus, consequently. 7. Be or stay at rest in a horizontal position; be placed. 8. Connection, interrelation. 9. Not expressed. 10. That is to say, viz, videlicet. 11. Supposition. II. Scan through the text and find: a) Two connectives and state their functions: ____________________________ ____________________________ b) Two sentences in passive voice: _____________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ c) Two conditional sentences: _________________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ d) A sentence in present perfect: _______________________________________ _________________________________________________________________ III. Scan through the text to find the answers to these questions (You may be asked to 44 �talk about this in the practice session with your classmates and your language professor). 1. How can a system be? 2. When is a system homogeneous? 3. When can we consider a system heterogeneous? 4. What is an isolated system? 5. How can we define the thermodynamics state of a simple homogeneous system? 6. When is a system in thermodynamic equilibrium? 9. What do we mean by thermal equilibrium? 10. What does mechanical equilibrium imply? III. Keep on reading I. Scan through the text and write a summary in Spanish. Reading B: Thermodynamics reversibility I. Before you start reading I. Rate your vocabulary. Try to write the Spanish equivalent of these words: a) Restore: _______________ b) Evolve: ________________ c) Gradients: ______________ d) Disturb: ________________ e) Take up: _______________ f) Stage: _________________ g) Absorption: _____________ h) External: _______________ 45 �II. Look up the new words in a bilingual dictionary and write them down in your notebook. Reading B: Thermodynamics reversibility. From «Thermodynamics for Chemists» By S. Glasstone. A particular type of path between two thermodynamic states is of special interest. This is the kind of path for which it is postulated that all changes occurring in any part pf the process has been performed and then reverse, both the system and its surroundings must be restored exactly to their original state. A process of this kind is said to be thermodynamically reversible. In general, in order to follow a reversible path, it is necessary that the system should always be in a state of virtual equilibrium, and this requires that the process be carried out infinitesimally slowly. A simple illustration of a reversible process is provided by isothermal evaporation carried out in the following manner. Imagine a liquid in equilibrium with its vapor in a cylinder closed by frictionless piston, and placed in a constant temperature bath, i.e., a large thermostat. If the external pressure on the piston is increased by a infinitesimally small amount, the vapor will condense, but the condensation will occur so slowly that the heat evolved, i.e., the latent heat, will be taken up by the thermostat. The temperature of the system will not rise, and the pressure above the liquid will remain constant. Although condensation of the vapor is taking place, the system at every instant is in a state of virtual thermodynamic equilibrium. Similarly, if the external pressure is made just smaller than the vapor pressure, the liquid will vaporize extremely slowly, and again the temperature and pressure will remain constant. The system is changing, since vaporization is taking place, but the process may be regarded as a series of thermodynamic equilibrium states. Rapid evaporation or condensation, by the sudden decrease or increase of the external pressure, will lead to temperature and pressure gradients within the system, and thermodynamic equilibrium will be disturbed. Processes of this kind are not thermodynamically reversible. The isothermal expansion of a gas can be carried out reversibly by placing the cylinder of gas in thermostat, as described above, and adjusting the external pressure so as to be less than the pressure of the gas by infinitesimally small amount. As the gas expands, 46 �however, its own pressure decreases, since the temperature is maintained constant. Hence, if the process is to be thermodynamically reversible, it must be supposed that the external pressure is continuously adjusted so as to be always infinitesimally less than the pressure of the gas. The expansion will then take place extremely slowly, so that the system is always in virtual thermodynamic equilibrium. The heat required by the gas, to balance the energy expended in the form of the work against the external pressure, is taken up from the thermostat, but since the process is carried out extremely slowly, the absorption of energy as heat keeps pace with the loss as a work, and the temperature of the system remains constant. If at any instant during expansion, the external pressure is adjusted so that it is maintaining just infinitesimally greater than the gas pressure, the process will be reversed, and the gas will be compressed. At every stage in the compression the system and surroundings will be, apart from infinitesimal differences, in exactly the same thermodynamic state as they were at the corresponding point in the expansion. If the expansion were carried out rapidly, e.g., by sudden and large increase of the external pressure, the processes would not be reversible. The changes would not involve a continuous succession of equilibrium states of the system, and hence they could not be reversible, there would be both temperature and pressure which would be different in the expansion and compression; the conditions for a thermodynamically reversible process would thus not be applicable. The discussion given above has referred in particular to isothermal changes; but reversible processes are not necessarily restricted to those taking place at constant temperature. A reversible path may involve a change of temperature as well as of pressure and volume. It is necessary; however, that the process should take place in such a manner that the system is always in virtual thermodynamics equilibrium. If the system is homogeneous and has a constant composition, two thermodynamics variables, e.g., pressure and volume, will completely describe its state at any point in a reversible process. 47 �II. Begin reading I. Read the text and draw out information related to: The definition of thermodynamically reversibility process Kind of process isothermal evaporation produces What rapid evaporation or condensation provokes II. Match the words in Column A with their corresponding equivalent in Column B. Column A Column B 1. expend 4. gradients ___ being in essence or effect but not in fact. ___to put back into its original state ___the rate of regular ascent or descent. ___to consume by use. 5. restore ___ rate of movement. 2. pace 3. virtual ___ to remove by pulling. ___marked by changes of volume under conditions of constant temperature. III. Keep on reading III. Scan through the text to find the answers to these questions (You may be asked to 48 �talk about this in the practice session with your classmates and your language professor). 1. What is necessary to follow a reversible path? 2. What happens when the internal pressure on the piston is augmented by an infinitesimally small quantity? 3. How is the system when condensation of vapor is taking place? 4. What happens if the external pressure is made just smaller than the vapor pressure? 5. How can isothermal expansion be carried out reversibly? 6. What will make the process be reversed during the expansion? 7. When wouldn´t the process be reversible? 8. Why are reversible processes no necessarily restricted to those that place at constant temperature? 9. What happens if the system is homogeneous and has a constant composition? Reading C: The subject of Hydraulics I. Before you star reading I. Rate your knowledge of key vocabulary on this topic. Write an (X) next to the words you can give their Spanish equivalents. Notice the grammatical category (part of speech) in parentheses beside each word in the list. x ___covering (n) ___provides (v) ___equilibrium (n) ___globules (n) ___concern (v) (n) ___investigate (v) ___flow (n) ___mains (n) ___channels (n) ___hydromechanics ( ___external (a) ___range (n) ___velocity (n) ___designing (n) 49 �II. Look up the new words in a bilingual dictionary and write them down in your notebook. III. Fill in the blanks with the corresponding word from the previous list. a) Hydraulics ____________ the methods of calculating and _____________ a wide ___________ of hydraulic structures. IV. Read the list of words provided again. Taking into account their meanings and relationships, can you predict what the title of the text will be? Reading C: The subject of Hydraulics From «Hydraulics» by Nekrasov The branch of mechanisms which studies the equilibrium and motion of liquids and gases and the force interactions between them and bodies through or around which they flow is called hydromechanics or fluid mechanics. Hydraulics is an applied division of fluid mechanics covering a specific range of engineering problems and methods of their solution. The principal concern of hydraulics is fluid flow constrained by surrounding surfaces, i.e., flow in open and closed channels and conduits, as well as pipes, nozzles and hydraulic machine elements. Thus, hydraulics is chiefly with the internal flow of fluids. Likewise, it investigates what might be called «internal» problems as distinct from «external» problems involving the flow of a continuous medium about submerged bodies, as in the case of solid body moving in water or in the air. These «external» problems are treated in hydrodynamics and aerodynamics in connection with aircraft and ship design. It should be noted that the term «fluid», as employed in hydromechanics, has a broader meaning than generally implied in everyday life and includes all materials capable of an infinite change of shape under the action of the smallest external forces. The difference between a liquid and a gas is that the former tends to gather in globules if taken in small quantities and makes a free surface in larger volumes. An important property of liquids is that pressure or temperature changes have practically no effect on their volume, i.e., for all practical purposes they can be regarded as incompressible. 50 �Gases, on the other hand; contract readily under pressure and expand infinitely in the absence of pressure, i.e., they are highly compressible. Despite this difference, however, under certain conditions, the laws of motion of liquids and gases are practically identical. One such condition is low velocity of the gas flow as compared with the speed of sound through gas. Hydraulics concerns itself mainly with the motion of liquids. The internal flow of gases is studied only in so far as the velocity of flow is much less than that of sound and, consequently, their compressibility can be disregarded. Such cases are frequently encountered in engineering, as for example, in the flow of air in ventilation systems and in gas mains. Investigations of the flow liquids, and even more so, of gases, is a much more difficult task than studying the motion of rigid bodies. In rigid – body mechanics, one deals with systems of rigidly connected particles in constant relative motion. Fluid mechanics as a science has developed along two different paths. The first was the purely theoretical one of precise mathematical analysis based on the laws of mechanics. It led to the emergence of theoretical hydromechanics, which for a long time existed as an independent science. Its methods provided an attractive and effective means of scientific research. Nevertheless, a theoretical analysis of fluid motion encounters many stumbling blocks, besides, it does not always answer the question in real situations. Practice soon gave rise to a new science of fluid motion, hydraulics, in which the second path was taken, that of extensive experimenting and accumulation of factual data for application to engineering problem. In theoretical hydromechanics experiments are widely used to verify the validity of its conclusions. Thus, the difference in the methods employed is gradually disappearing. The method of investigation today is as follows. The phenomenon is first simplified and idealized and the laws of the theoretical mechanics are applied. The results are then compared with experimental data, the discrepancies are established and the formulas and solutions adjusted so as to make them suitable for practical application. 51 �Hydraulics provides the methods of calculating and designing a wide range of machinery, such as: pumps, turbines, fluid couplings; and other widely used devices for machinetool design, foundry practice, the manufacture of plastics, etc. II. Begin reading I. Read the text and draw out information related to: The definition of hydraulics as a special subject. The main concern of hydraulics. Similarities between liquids and gases. Differences between liquids and gases. II. Organize the following ideas in order of appearance in the text: a) «Internal» and «external» problems. ______ b) Advantages and disadvantages of a new science. _____ c) The meaning of fluid. ______ d) Problems that hydraulics solves. ______ e) Hydraulics as a special subject. _______ 52 �III. Scan through the text and find: a) Two sentences with connectives of addition: _______________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ b) A sentence with a connective of contrast: _______________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ c) A sentence with a connective of reason: _______________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ d) Two sentences with connectives of consequence: _______________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ III. Keep on reading I. Scan through the text to find the answers to these questions (You may be asked to talk about this in the practice session with your classmates and your language professor). 1. What does fluid mechanics study? 2. What type of flow concerns hydraulics? 3. What type of problem does hydraulics study? 4. What do we understand by «fluids» in hydromechanics? II. Scan through the text and write a summary in English. 53 �Theme 4: Cavitations Reading A: Cavitations I. Before you start reading I. Test your vocabulary. Match the words in Column A with their corresponding equivalent in Column B. Column A Column B 1. Motion ____garganta 2. Narrowing ____chorro, reacción 3. Throat ____estrechamiento 4. Pitting ____hoyo, foso 5. Jet ____movimiento Reading A: Cavitations Textually from «Hydraulics» by B. Nekrasov. In some cases of fluid motion in closed conduits, there takes place a phenomenon which is due to a change in the physical state of a liquid: vaporization and evolution of gases dissolved in it. When a liquid flows through a narrowing in a pipe its velocity increases and the pressure intensity diminishes. If the absolute pressure drops to the vapor pressure of the liquid for the given temperature, evaporation commences and gases evolve. In short, the liquid simply begins to boil locally. When the stream diverges after the throat – like narrowing, the velocity drops, the pressure increases and the boiling stops; the vapor then condenses partially or completely and the gases redissolve. This local boiling of a flowing liquid is known as cavitation. A simple device enables the phenomenon to be observed visually. 54 �Water or some other liquid is brought under pressure to a valve, through which it flows into a glass tube with a venturi contraction. When the valve is opened slightly the discharge is small, the velocity of the stream is low, the pressure drop at the throat of the tube is small, and the stream is transparent: no cavitation takes place. The wider the valve is opened, the faster the velocity of the stream and the lower the pressure in the narrowing. Cavitation announces itself by characteristic noise and vibrations. Prolonged cavitation has an erotive effect on metal walls. The reason for this is that condensation of the bubbles of vapor takes place very rapidly and the cavities collapse abruptly with high compressive stresses due to local water – hammer effects. The pitting of walls occurs not at the point where the vapor pockets appear but where they collapse. Fig. 1 Venturi tube for demonstrating Cavitation. Cavitation thus has an adverse effect on pipelines and hydraulic systems. When cavitation develops the resistance of pipes increases sharply, with a corresponding reduction in discharge. Cavitation may develop in any local narrowing followed by expansions, such as faucets, valves, gates orifices and jets. 55 �In some cases cavitation may also develop when a narrowing is not followed by a diverging section and in straight pipes when the elevation head or energy losses increase. Cavitation may occur in hydraulic machines such as pumps or turbines, and on the blades of rapidly revolving ship propeller screws. In these cases the result is a sharp decline in the efficiency of a machine and a gradual wearing of its parts. In aircraft hydraulic systems, cavitation may occur because of a reduced barometric pressure with height. In this case the cavitation zone extends over a considerable portion of the low-pressure pipelines (suction pipes) and even along the whole length. When this happens the stream in the pipe divides into a liquid and vapor phase. (a) (c) (b) (d) Fig. 2 Vapourisation in Low- Pressure Pipes. In the initial stage the vapor phase appears as minute bubbles spread evenly along the flow. As vaporization continues and the amount of vapor increases, the bubbles grow larger and drift along the upper surface of the pipe. Finally, the liquids and the vapor phases may separate completely into two streams. In thin pipes, vapor locks may form and the two phases move in intermittent columns. 56 �It is evident that the greater the vapor phase, the less the discharge through a pipe. Condensation (partial or complete) of the vapor takes place in the pump of a system, where pressure increases sharply or in the pressure pipe through which the liquid is pumped to the consumer. Cavitation phenomena are different in plain (simple) and component (complex) liquids. In a plain liquid the pressure at which cavitation occurs corresponds to the saturation vapor pressure, which depends only on temperature. A component liquid consists of so-called light and heavy fractions. The lighter fractions have a higher vapor pressure and they start boiling before the heavy ones. Condensation takes place in the reverse order. Multicomponent liquids containin light fractions are more subject to cavitation and the vapor phase persists longer, but the process is not so pronounced as in plain liquids. II. Begin reading I. Synonyms: From this list, choose a synonym for the word in bold type in each sentence. Use appropriate tenses for verbs and singular or plural forms for nouns. You can use the dictionary. 1. The velocity of a liquid increases and he pressure decreases when it flows through narrowing in a tube. 2. Vaporisation of gases dissolved in water sometimes occurs in closed conduits. 3. If the absolute pressure drops o the vapor pressure of the liquid for the given temperature, evaporisation starts and gases evolve. 4. The hole of walls does not happen at the place where vapour pockets appear. 5. The enlarged velocity diminishes again once the streamdiverges after the narrowing. II. Scan through the text to find the answers to these questions (You may be asked to talk 57 �about this in the practice session with your classmates and your language professor). 1. What affects the velocity and pressure of a liquid in a closed conduit? 2. What produces cavitation? 3. When does evaporation begin? 4. When does a liquid flowing through a narrowing begin to boil, and when does it stop? 5. What does cavitation do to metals? 6. Give examples where cavitation may happen. III. Keep on reading I. Two students are talking about the topic of the lesson. If you complete this dialog you can know. Be ready to act it out. Jimmy: Johnny, I´m in doubt. Can you help with this topic? Johnny: Of course, yes, what´s the problem? Jimmy: What is the phenomenon of a local boiling of a liquid called? Johnny: It is called ______________. Jimmy: What affect the velocity and pressure of a liquid in a closed conduit? Johnny: A narrowing in a _____________. Jimmy: What does cavitation do to metals? Johnny: It has an ____________effect on metal walls. Jimmy: What favors cavitation? Johnny: It is the easiest question of all. It may develop in any local _____________ followed by expansions, such as faucets, valves, ___________, orifices and ___________. Jimmy: Than you brother. Now I really understand. List: erosive jets cavitation 58 �gates narrowing pipe Complementary Texts Reading A: Historical perspective of materials Materials are probably more deep-seated in our culture than most of us realize. Transportation, housing, clothing, communication, recreation, and food production virtually every segment of our everyday lives is influenced to one degree or another by materials. Historically, the development and advancement of societies have been intimately tied to the members’ ability to produce and manipulate materials to fill their needs. In fact, early civilizations have been designated by the level of materials development (i.e., Stone Age, Bronze Age). The earliest humans had access to only a very limited number of materials, those that occur naturally: stone, wood, clay, skins, and so on. With time they discovered techniques for producing materials that had properties superior to those of the natural ones; these new materials included pottery and various metals. Furthermore, it was discovered that the properties of materials could be altered by heat treatments and by the addition of the substances. At this point, materials utilization was totally a selection process, that is, deciding from a given, rather limited set of materials the one that was best suited for an application by virtue of its characteristics. At was not until relatively recent times that scientists came to understand the relationships between the structural elements of materials and thief properties. This knowledge acquired in the past 60 years or so, has empowered them to fashion, to a large degree, the characteristics of materials. Thus, tens of thousands of different materials have evolved with rather specialized characteristics that meet the needs of our modern and complex society; these include metals, plastic, glasses, and fibbers. The development of many technologies that make our existence so comfortable has been intimately associated with the accessibility of suitable materials sometimes, «made to measure». Advancement in the understanding of material type is often the forerunner 59 �to the stepwise progression of a technology. For example, automobiles, planes and spaceships would not have been possible without the availability of inexpensive steel or some other comparable substitute. In our contemporary era, sophisticated electronic devices rely on components that are made from what are called semi conducting materials. Nowadays there is an important growing of different kind of materials like composites, biomaterials and nanomaterials. Reading B: Some criteria to select the appropriate material Why do we study materials? Many an applied scientist or engineer, whether mechanical, civil, chemical or electrical, will at one time or another be exposed to a design problem involving materials. Examples might include a transmission gear, the superstructure for a building, an oil refinery component, or an integrated circuit chip. Of course, materials scientist and engineers are specialists who are totally involved in the investigation and design of materials. Many times, a material is one of selecting the right material from the many thousands that are available. There are several criteria on which the final decision is normally based. First of all, the in-service conditions must be characterized, for this will dictate the properties required of the material. On only rare occasions does a material possess the maximum or ideal combination of properties? Thus it may be necessary to trade off one characteristic for another. The classic example involves strength and ductility; normally, a material having a high strength will have only a limited ductility. In such cases a reasonable compromise between two or more properties may be necessary. A second selection consideration is any deterioration of material properties that may occur during service operation. For example, significant reductions in mechanical strength may result from exposure to elevated temperatures or corrosive environments. Finally, probably the overriding consideration is that of economics: what will the finished product cost? A material may be found that has the ideal set of properties but is prohibitively expensive. Here again, some compromise is inevitable. The cost of a finished piece also includes any expense incurred during fabrication to produce the desired shape. 60 �The more familiar an engineer or scientist is with the various characteristics and structure- property relationships, as well as processing techniques of materials, the more proficient and confident he or she will be to make judicious materials choices based on these criteria. 61 �GLOSSARY: - Accomplish: realizar, confirmar, llevar a cabo -Alloy: alear, ligar, aleación -Annealed copper: cobre recocido, cobre templado -As a whole: as a unit, in general (en conjunto, como un todo) -Assume: suponer, presuponer -At least: at the mínimum; in any case (al menos, a lo menos, por lo menos) -Attain: alcanzar, lograr -Attempts: unsuccessful efforts (esfuerzo, empeño) -Axis: eje -Beam: girder, a horizontal heavy strong member that supports vertical loads; member on which the weight of a floor is carried (viga, traba) -Bed: supports all the principal parts (bancada) -Behaviour: conducta, comportamiento, funcionamiento -Bending: curvadura, flexión, torción -Blade: asp; one of the parts of a propeller (hoja, cuchilla) -Besides: also, in addition, even more so (además) -Block: bloque -Boil: hervor, ebullición, bullir, hervir -Borne in mind: kept in mind; considered (mantener en mente, tener en cuenta, memorizar) -Bound: to form the boundary of; to limit (atado, ligado) -Boundary: that which indicates or fixes a limit or extent (límite, frontera, término) -Bounding surface: surface that limits or confines (superficie que limita) -Brass: latón, cobre -Brick: ladrillo -Brittle: quebradizo, frágil 62 �-Bubble: a small body of air or gas within a liquid (burbuja, ampolla) -Bulk: mass volume, an aggregate that forms a body or unit, with reference to size or amount (bulto, volumen, grueso) -Burn: quemadura, quemar -Cast iron: de hierro colado, de fundición -Centroids: successive centers in a rod (centro de gravedad) -Channel: passage for water, canal (canal, conducto) -Chiefly: mainly, principally (principalmente, mayormente) -Chosen: selected (escoger, elegir) -Clamp: pinza, tenaza, collar -Concern: asunto, atañer, concernir, interesar -Conduit: channel or pipe for carrying liquids through distances (tubo aislante) -Constrained: confined, forced (constreñir, detener, encerrar, restringir) -Constraints: forces acting upon a body (restricciones) -Conversely: vice versa, with the alternation or order changed (contrariamente) -Coupling: device that serves to connect the ends of adjacent parts (acoplamiento) -Covering: including (cubierta, envoltura) -Crack: hendidura, grieta, crujido, estallido -Crankshaft: cigüeñal -Cross-sectional: corte transversal -Cumbersome: embarazoso -Dam: a barrier to prevent the flow of water, as a bank or wall (presa, represa) -Despite: in spite of; notwithstanding (a pesar de, a despecho de) -Discharge: emission (descarga, desempeño, liberación, derrame) -Displacements: removals from the usual or proper place (desplazamientos) -Disturb: to interrupt or alter the normal condition (disturbar, incomodar, perturbar, molestar) 63 �-Disk or disc: thin circular object or part; also a phonograph (disco) -Drift along: to float or drive along by water or air (deriva) -Drops: pendientes, descenso, lanzamiento -Ductility: ductilidad -Due to: as a result of; owing to (debido a) -Elevation head: (Hydraulics): pressure of water (Carga) -Elongation: alargamiento -Encounter: meet, find (encontrar) -Engaging: engranaje -Evenly: uniformly (uniformemente) -Even: (liso, llano) -Evolve: to exhibit or produce by evolution (desarrollar, evolucionar) -Expend: to consume by use (gastar, consumir) -Extent: extensión, punto -Factual data: data based on facts (datos, información precisa) -Faucet: the terminal ending of a pipe system that permits the outlet of water; water tap (cegrifo) -Feed: alimentar, avanzar -Fine-grained: having little fine lines and markings (de granulación fina, de fibra compacta -Flame: llama, flamear -Flat: smooth and level; even (plano, llano) -Flight: act of flying or passing through the air or outer space (tramo, arranque, vuelo) -Flume: a large, inclined channel, trough or chute for conveying water -Foundry: a place where founding takes place (fundición) -Freeze: helar, congelar -Gage: (espesor) 64 �-Gate: valve or door that permits or stops the passage of flowing water or liquid (compuerta) -Gearbox: adjust speed of rotation (caja de velocidades) -Give rise: subida, elevación, salida, dar origen -Glass: vidrio, cristal -Globule: tiny or very small drop or ball (glóbulo) -Gradients: the rate of regular or graded ascent or descent in temperature or pressure (pendiente, gradiente, declividad) -Gravel: loose rounded fragments of rock (grava, cascajo) -Hardening zone: zona de endurecimiento -Headstock: contains the motor (cabezal fijo) -Height: the condition of being high (altura) -Henceforth: from this time forward; therefore (de aquí en adelante) -High-carbon tool: herramienta de acero de alto contenido de carbono -Hitting pistons: pistones de empuje -Horse-power type: / tipo de caballo de fuerza -In short: briefly; by way of summary (en breve) -In so far as: to such extent or degree as (en cuanto) -Input signal: señal de entrada -In brief: in short, briefly (en breve, brevemente) -Involve: include, implicate, and imply (envolver, comprometer) -Isolated: separated from the rest (aislado) -Isothermal: of, relating to, or marked by changes of volumen or pressure under conditions of constant temperature (isotérmico) -Jet: stream of water that spurts or comes out suddenly with force (chorro, reacción) -Knot: a hard mass of wood formed where a branch grows out from a tree, which shows as a roundish, cross-grained piece in a board (nudo) 65 �-Lead: avance, adelanto -Level out: to make equal or uniform (nivelar) -Libounding surfaces: superficie que limita o restringe -Lie: be or stay at rest in a horizontal position; be placed (configuración, lugar, posición, sitio, ubicación) -Likewise: also, moreover, too (igualmente, así mismo, además) -Loads: cargas -Low-carbon steel: acero de bajo carbono -Main: a large pipe of water, gas, etc. (canalización eléctrica, red de consumo, conducto) -Miscible: that can be fixed or combined (es relativo a sustancias totalmente soluble) -Namely: that is to say, viz, videlicet -Motion: movimiento -Narrowing: part or place that is narrow; opposite to broad, wide (estrechamiento) -Negligible: that can be neglected (insignificante, imperceptible) -Nevertheless: however, but (sin embargo, no obstante) -Noise: ruido, divulgar -Nozzles: a projecting tube from which water is discharged, usually used at the end of a hose or tube (tobera, tubo de salida) -Outside the province of: outside the field or sphere of (fuera de provincial) -Pace: rate of movement, growth or development (paso) -Particularly: especially (particularmente, difícilmente, exigentemente) -Phases: fases, poner en fase, llevar a cabo a etapas uniformes -Phenomenon (sing.): phenomena (plural): any observable fact of scientific interest (fenómeno) -Pitting: from pit; hole, cavity (hoyo, foso) -Plate: body limited by even surfaces (placa, lamina) -Pliable: flexible, ductil 66 �-Pockets: small cavity (bolsa, depósito, bolso) -Polluting oil: aceite contaminante -Pottery: alfarería -Power source: fuente de energía -Primarily: principally, originally, at first (preliminarmente, principalmente, primeramente, originalmente) -Prior to: before (antes de) -Pronounced: strongly marked (pronunciar) -Pump: bomba -Quench: apagar, extinguir -Range: distance between certain limits; extend. Also, rank, class -Readily: quickly; easily (de buena gana, fácilmente) -Relationship: connection, interrelation (relación, conexión, interrelación) -Releasing: liberando, aliviando -Reliable: confiable, fidedigno -Remainder: rest (resto, residuo) -Restore: to bring back to or put back into a former or original state (restaurar, devolver) -Rim: the outer part of a wheel, border (llanta, aro) -Rod: varilla, vara -Rugged: reforzado -Setting: the process of hardening of concrete (fraguado, engaste) -Sharply: acutely; impetuously; strongly (agudamente, afiladamente, puntiagudamente) -Shell: body whose surfaces are curve (cilindro) -Shearing: (deslizamiento) -Shorted conductor: conductor en corto circuito -Slender: long and thin (escaso, insuficiente) 67 �-Slightly: opposite of strongly (delgado, leve, pequeño, escaso) -Slip: (deslizarse) -So-called: called or designated in this way; commonly named or called (tan llamado) -Surrounding: areas that is around something, vicinity -Specimen: one of a group or class taken to show what the others are like; kind (espécimen, muestra, tipo, sujeto) -Spindle: holds the dead center -Squirrel cage: jaula de ardilla -Stage: step; a period in a process, activity or development (fase, etapa) -Steam: vapor, vaho, humo -Steel: acero, acerado -Stiffness: rigidez -Stone: piedra -Straight-line axis: ejes rectilíneos -Strain: (tensión, torcedura) -Streama course of flowing water, current (vapor) -Strength: (fuerza, resistencia) -Stress: force; influence (esfuerzo) -Strictly speaking: speaking with exactness, rigorously (hablando estrictamente) -Stumbling blocks: an impediment to belief or understanding; an obstacle (escollo, tropezadero) -Sweep: reja excavadora, carrera (pieza de máquina), lira (tornos), desviación vertical de laminación. -Tacit: not expressed (tácito) -Tailstock: transmits rotational movement and holds center (cabezal móvil) -Take up: pick up, to remove by lifting or pulling (subir, levantar, emprender, obrar, pegar) 68 �-Tension test diagram: diagrama convencional del ensayo a la tracción, donde se plotean los valores de las deformaciones obtenidas a partir de la aplicación de esfuerzos de tracción. -Throat: garganta -Thrust: to push or drive with force (empuje) -Thereby: hence, thus, consequently (así, consecuentemente) -Timber: madera de construcción -To collapse: to fall or break down abruptly; disintegrate (desplome, fracaso, colapso) -To a very small extend: to a very small degree; very little -Transducer: transductor (estos son aparatos que convierten señales eléctricas en mecánicas y viceversa) -Turn on: encender -Vapor locks: Sp. trampas de vapor, tapón de vapor -Venturi: a short tuve inserted in pipeline used for measuring the quantity of a fluid flowing (tubo de venturi: es un dispositivo creado por el científico del mismo nombre que consiste en un estrechamiento y un ensanchamiento gradual del cauce para estudiar los efectos de las variaciones de velocidad y presión en los flujos por tuberías). -Virtual: being in essence or effect but no in fact (virtual, efectivo, eficaz) -Virtually: adverb from virtual meaning being in essence or effect, but no in fact; practically (eficazmente, virtualmente, efectivamente) -Water- hammer effect: Sp. efecto de golpe de agua o de ariete -Wearing: deterioration by use (desgaste, deterioro) -Weir: a dam in a stream to divert its flow -Yield: producción, rendimiento, cesión, límite 69 �HIGHER INSTITUTE OF MINING AND METALLURGY OF MOA READING SELECTIONS FOR MECHANICAL ENGINEERING STUDENTS ENGLISH IV AUTHORS: M. sC. MIRTHA ODALIS OLIVERO HERRERA M. sC. GEORGINA AGUILERA SABORIT M. sC. ADIS FIOL CUENCA M. sC. ADELFA VERDECIA CRUZ M. sC. MARIO ANDRÉS NAVARRO CONSUEGRA Lic. RICHEL FERNÁNDEZ MORA Lic. YANISEL BATISTA NUÑEZ Lic. ALIUSKA HINOJOSA CALA �Página legal Título de la obra: Reading selections for Mechanical Engineering students. English IV, 69 pp. Editorial Digital Universitaria de Moa, año 2018 -- ISBN: 978-959-16-4174-8 1. Autor: Mirtha Odalis Olivero Herrera 2. Institución: Instituto Superior Minero Metalúrgico «Dr. Antonio Núñez Jiménez» Corrección: Dr. C. Tania Bess Reyes Diseño: Wilkie Villalón Sánchez Institución de los autores: ISMM «Dr. Antonio Núñez Jiménez» Editorial Digital Universitaria de Moa, año 2018 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://edum.ismm.edu.cu �Preface Este folleto es el complemento necesario a los anteriores en los que se enseña a los estudiantes los elementos gramaticales y el vocabulario general y técnico requerido para comprender el idioma Inglés con fines profesionales en una forma adecuada a este nivel de enseñanza. Se le presenta una selección de textos de la literatura técnica que encontrarán durante su aprendizaje en la universidad y durante el desarrollo de su profesión. Para ello, se realizó una investigación que consistió en revisar los libros en inglés relacionados con la especialidad para seleccionar el vocabulario técnico de mayor uso. La ejercitación se concibió con el objetivo de que los estudiantes se apropiaran de un sistema de conocimientos en este idioma para su posterior generalización y aplicación, se tuvo en cuenta que el objetivo principal de esta asignatura es leer y comprender literatura técnica en inglés. Se presenta además, un glosario de términos mecánicos que tiene como fin facilitar a los ingenieros y estudiantes de la carrera Ingeniería Mecánica un soporte para su trabajo. �Index Preface Page !!! Theme 1: Strength of Materials. Reading A: Strength of Materials (Problems and Methods……………….... 1 Reading B: Strength of Materials (Assumptions 1 and 2)…………………. 4 Reading C: Strength of Materials (Assumptions 3, 4, 5 and 6) …………… 9 Reading D: Ductility and Brittleness. Hardness……………………………. 14 Reading E: Beams-Shear forces…………………………………………….. 17 Theme 2: Machines. Reading A: Automatic Control of Machine Tools. ………………………… 20 Reading B: A car wash for cleaner air……………………………………… 22 Reading C: Kinematics……………………………………………………….. 25 Reading D: The Centre Lathe………………………………………………… 29 Theme 3: Thermodynamic. Reading A: Thermodynamics system……………………………………… 34 Reading B: Thermodynamics reversibility………………………………… 38 Reading C: The subject of Hydraulics…………………………….………… 42 Theme 4: Cavitations. Reading A: Cavitations…………………………………………………………. 46 Complementary Texts. Reading A: Historical Perspective …………………………………………… Reading B: Some criteria to select the appropriate material …………….. Glossary…………………………………………………………………………. 50 51 53 � 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 Libros 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 Reading selections for Mechanical Engineering students Creator An entity primarily responsible for making the resource Mirtha Odalis Olivero Herrera Publisher An entity responsible for making the resource available Tania Bess Reyes Type The nature or genre of the resource Libro Date A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource 15 de marzo de 2019 Subject The topic of the resource Idioma Inglés Description An account of the resource Libro de apoyo a la docencia en la carrera Mecánica Format The file format, physical medium, or dimensions of the resource PDF Language A language of the resource Inglés https://repoedum.ismm.edu.cu/files/original/d5acba7d998c39bce2e5ace7fbf168af.pdf 340c2a915683fe208cc54325063676d0 PDF Text Text �Página legal Título de la obra: Paso al amor y al límite, 191 pp. Editorial Digital Universitaria de Moa, año 2019 -- ISBN: 978-959-16-4176-2 1. Autor: Arístides Alejandro Legrá Lobaina 2. Institución: Instituto Superior Minero Metalúrgico «Dr. Antonio Núñez Jiménez» Corrección: Cecilia Pérez Roque Edición: Dr. C. Tania Bess Reyes Diseño: Wilkie Villalón Sánchez Institución de los autores: ISMM «Dr. Antonio Núñez Jiménez» Editorial Digital Universitaria de Moa, año 2019 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://edum.ismm.edu.cu �ÍNDICE PRÓLOGO A MANERA DE INTRODUCCIÓN POESÍAS PARA UNA MUJER AMOR --------------------------------------------------------------------------------------------- 1 RECORDANDO A ARQUÍMEDES ------------------------------------------------------- 1 CARTA DE AMOR ---------------------------------------------------------------------------- 1 AMOR TOTAL ---------------------------------------------------------------------------------- 2 PRIMERA VEZ --------------------------------------------------------------------------------- 2 MARTES POR LA TARDE------------------------------------------------------------------ 2 CONTRASTE ----------------------------------------------------------------------------------- 3 FRACASO --------------------------------------------------------------------------------------- 3 CATÁSTROFE --------------------------------------------------------------------------------- 3 REGRESO --------------------------------------------------------------------------------------- 4 JUEGOS SERIOS ----------------------------------------------------------------------------- 4 MUJER Y ROSAS ----------------------------------------------------------------------------- 4 ELLA ---------------------------------------------------------------------------------------------- 5 MUJER HUIDA --------------------------------------------------------------------------------- 5 A ELLA QUE VIENE Y VA ------------------------------------------------------------------ 6 COMPRENSIÓN ------------------------------------------------------------------------------- 6 �RIMAS POR EL REGRESO ---------------------------------------------------------------- 7 DESEO ------------------------------------------------------------------------------------------- 7 VIRGINIDAD ------------------------------------------------------------------------------------ 8 POBRES MATEMÁTICAS ------------------------------------------------------------------ 8 ALMA Y SENTIMIENTO --------------------------------------------------------------------- 9 LO BUENO Y LO TRISTE ------------------------------------------------------------------ 9 SEÑORA DESNUDA ----------------------------------------------------------------------- 10 ANCORA--------------------------------------------------------------------------------------- 10 ¿BAILAMOS? -------------------------------------------------------------------------------- 11 AJEDREZ -------------------------------------------------------------------------------------- 11 A TI QUE NO TE NOMBRAN ------------------------------------------------------------ 12 ARGONAUTA -------------------------------------------------------------------------------- 13 LA CONSPIRACIÓN ----------------------------------------------------------------------- 14 UN AMOR CUBANO ----------------------------------------------------------------------- 15 FAROS ----------------------------------------------------------------------------------------- 16 LA PASIÓN QUE NECESITA ------------------------------------------------------------ 17 DESPUÉS DE 7 AÑOS -------------------------------------------------------------------- 18 FANTASMA ----------------------------------------------------------------------------------- 19 A BON ENTENDEUR, SALUT ----------------------------------------------------------- 20 CATIRA AMADA ---------------------------------------------------------------------------- 21 �TEMORES ------------------------------------------------------------------------------------- 22 TOP SECRET--------------------------------------------------------------------------------- 23 CATIRA DEL RECUERDO --------------------------------------------------------------- 24 EN CABUDARE ----------------------------------------------------------------------------- 25 CELOS ----------------------------------------------------------------------------------------- 26 MARIPOSA------------------------------------------------------------------------------------ 27 EL VIENTO ------------------------------------------------------------------------------------ 28 CERTIDUMBRE ----------------------------------------------------------------------------- 29 PARA JUGAR LOS DESEOS ----------------------------------------------------------- 30 EL AMOR -------------------------------------------------------------------------------------- 31 PROSCRIPTO -------------------------------------------------------------------------------- 32 EL AMOR JUSTIFICA LOS MEDIOS-------------------------------------------------- 33 PASO AL AMOR ---------------------------------------------------------------------------- 34 CIRCUNSTANCIAS ------------------------------------------------------------------------- 35 MALDICIONES ------------------------------------------------------------------------------- 36 SENTIMIENTO ------------------------------------------------------------------------------- 37 EL SORTILEGIO ---------------------------------------------------------------------------- 38 UNA MUJER MADURA-------------------------------------------------------------------- 39 INTIMIDAD ------------------------------------------------------------------------------------ 40 ORACIÓN -------------------------------------------------------------------------------------- 41 �MANDATOS ---------------------------------------------------------------------------------- 42 SEÑORA MÍA, ERES HERMOSA ------------------------------------------------------ 43 FIGURA DE ÁRBOL ------------------------------------------------------------------------ 44 ENERGÍA -------------------------------------------------------------------------------------- 45 LEJOS DE TI --------------------------------------------------------------------------------- 46 ALIADA ---------------------------------------------------------------------------------------- 47 AMANECER ---------------------------------------------------------------------------------- 48 SILUETA DE UN AMOR------------------------------------------------------------------- 49 OTRO RECLAMO AL AMOR ------------------------------------------------------------ 50 EN LA CENA TE DIGO -------------------------------------------------------------------- 51 UNA DECLARACIÓN DE AMOR ------------------------------------------------------- 52 ESA MUJER QUE AMA ------------------------------------------------------------------- 53 DETENIDOS ---------------------------------------------------------------------------------- 54 PRIMERA VICTORIA----------------------------------------------------------------------- 55 CATIRA DESCONOCIDA ----------------------------------------------------------------- 56 BÁRBARAS----------------------------------------------------------------------------------- 57 TODO CAMBIÓ ------------------------------------------------------------------------------ 58 NUESTRA VIDA PERFECTA ------------------------------------------------------------ 59 RECLAMO AL AMOR ---------------------------------------------------------------------- 60 TEOREMA ------------------------------------------------------------------------------------- 61 �NO SE TU NOMBRE ----------------------------------------------------------------------- 62 CADA DÍA EN EL RÍO MIEL ------------------------------------------------------------- 63 CASI MILAGRO ----------------------------------------------------------------------------- 64 MUTUA SATISFACCIÓN ----------------------------------------------------------------- 65 OJOS NEGROS ----------------------------------------------------------------------------- 66 CINCO LUSTROS --------------------------------------------------------------------------- 67 PORQUÉS ------------------------------------------------------------------------------------- 68 PASIÓN, COMPROMISO Y MIEDO---------------------------------------------------- 69 ¿A QUIÉN BESASTE? -------------------------------------------------------------------- 70 ELENA DE MOA ----------------------------------------------------------------------------- 71 TU AMADO FUEGO ------------------------------------------------------------------------ 72 HOMBRE CON MIEDO -------------------------------------------------------------------- 73 COMPLACIDA ------------------------------------------------------------------------------- 74 RESPETO ------------------------------------------------------------------------------------- 75 ROBO DE BESOS -------------------------------------------------------------------------- 76 SEDUCTORA --------------------------------------------------------------------------------- 77 MULATA --------------------------------------------------------------------------------------- 78 GÉNESIS -------------------------------------------------------------------------------------- 79 MAÑANA ES FEBRERO ------------------------------------------------------------------ 80 DESCUBRIMIENTO Y CONQUISTA -------------------------------------------------- 81 �PRIMER AMOR UNIVERSITARIO ----------------------------------------------------- 82 REALIZADOS -------------------------------------------------------------------------------- 83 MENSAJE A UNA MUJER --------------------------------------------------------------- 84 NUESTRO AMOR --------------------------------------------------------------------------- 85 ESTA TARDE NO HA LLOVIDO-------------------------------------------------------- 86 PARA VOLVER A EMPEZAR ----------------------------------------------------------- 87 UN ROMANCE ------------------------------------------------------------------------------- 88 AMOR NAVEGANTE ----------------------------------------------------------------------- 89 MUJER PELIRROJA ----------------------------------------------------------------------- 90 ANUKET --------------------------------------------------------------------------------------- 91 SEGUIR LA LLUVIA------------------------------------------------------------------------ 92 ELECCIÓN ------------------------------------------------------------------------------------ 93 ESTE JAZMÍN -------------------------------------------------------------------------------- 94 POSEÍDO POR EL VERDE --------------------------------------------------------------- 95 VIDA DE CAMPO --------------------------------------------------------------------------- 96 HOMBRE FÉNIX ----------------------------------------------------------------------------- 97 ALEGORÍAS MUSICALES SOBRE EL SEXO-------------------------------------- 98 MUJER DE ADIOS -------------------------------------------------------------------------- 99 VESTA ---------------------------------------------------------------------------------------- 100 HASTA QUE NAZCAS DE NUEVO -------------------------------------------------- 101 �BOTONES ----------------------------------------------------------------------------------- 102 EL AMOR A LOS QUINCE ------------------------------------------------------------- 103 EL AMOR A LOS VEINTE -------------------------------------------------------------- 104 EL AMOR A LOS TREINTA ------------------------------------------------------------ 105 EL AMOR A LOS CUARENTA -------------------------------------------------------- 106 EL AMOR A LOS CINCUENTA ------------------------------------------------------- 107 EL AMOR A LOS SESENTA ----------------------------------------------------------- 108 EL AMOR A LOS SETENTA ----------------------------------------------------------- 109 POESÍA PARA UNA DEFINICIÓN EPITAFIO ------------------------------------------------------------------------------------ 110 EL VIAJE ------------------------------------------------------------------------------------ 110 HAMLET ------------------------------------------------------------------------------------- 111 TIEMPOS DE PREMIOS ---------------------------------------------------------------- 111 RAZONES ----------------------------------------------------------------------------------- 112 AQUEL ÁRBOL ---------------------------------------------------------------------------- 112 LATERIADA -------------------------------------------------------------------------------- 113 SINO ------------------------------------------------------------------------------------------ 113 ANALISIS FUNCIONAL ----------------------------------------------------------------- 114 SOLDADO ----------------------------------------------------------------------------------- 114 ARMONÍA ----------------------------------------------------------------------------------- 115 �EL POZO------------------------------------------------------------------------------------- 115 CUMPLEAÑOS ---------------------------------------------------------------------------- 116 ERROR Y ACIERTO ---------------------------------------------------------------------- 116 LUCHAR ------------------------------------------------------------------------------------- 117 SER FELIZ ---------------------------------------------------------------------------------- 118 NOSTALGIA -------------------------------------------------------------------------------- 119 ARIADNA FELIZ --------------------------------------------------------------------------- 120 ESCORPIÓN Y SAGITARIO ----------------------------------------------------------- 121 ORGULLO Y ESPINA -------------------------------------------------------------------- 122 ALEJANDRO ------------------------------------------------------------------------------- 123 PESADILLA --------------------------------------------------------------------------------- 124 NECESIDAD Y DESPEDIDA----------------------------------------------------------- 125 PARA CORONARTE --------------------------------------------------------------------- 126 PASO AL LÍMITE -------------------------------------------------------------------------- 127 AMBICIÓN----------------------------------------------------------------------------------- 128 ROBERTO CON TRES AÑOS --------------------------------------------------------- 129 FÁBULA ------------------------------------------------------------------------------------- 130 HALLAR LA GLORIA -------------------------------------------------------------------- 131 VALOR Y MIEDO -------------------------------------------------------------------------- 132 TRISTE DESTINO COMÚN ------------------------------------------------------------ 133 �LO QUE VALE DECIR ------------------------------------------------------------------- 134 AUTOBIOGRAFÍO ------------------------------------------------------------------------ 135 LOS DIOSES CIEGOS ------------------------------------------------------------------- 136 EL RÍO, LA CAYUCA Y EL HOMBRE ---------------------------------------------- 137 OLVIDADO ---------------------------------------------------------------------------------- 138 EL ESPEJO --------------------------------------------------------------------------------- 139 BRINDIS AL QUE SE VA --------------------------------------------------------------- 140 FUERA DEL CORO ----------------------------------------------------------------------- 141 LA NOCHE DEL POETA MEDIOCRE ----------------------------------------------- 142 LA OTRA VIDA ---------------------------------------------------------------------------- 143 TRASCENDENCIA------------------------------------------------------------------------ 144 REGRESO ----------------------------------------------------------------------------------- 145 TENTAR ENTRAR ------------------------------------------------------------------------ 146 MODO ANTIGUO DE AYUDAR ------------------------------------------------------- 147 HISTORIA ----------------------------------------------------------------------------------- 148 ERRORES ----------------------------------------------------------------------------------- 149 ¿PARA QUÉ NEGARLO? -------------------------------------------------------------- 150 NO SÉ SI LLEGARÉ --------------------------------------------------------------------- 151 IDENTIDAD --------------------------------------------------------------------------------- 152 ALÓ DIOS, HABLA UN HOMBRE.--------------------------------------------------- 153 �SOLES GIGANTES Y SOLES PEQUEÑOS --------------------------------------- 154 NEGATIVO ---------------------------------------------------------------------------------- 155 BLACK HOLD ------------------------------------------------------------------------------ 156 TRICOTOMÍA ------------------------------------------------------------------------------- 157 CUANDO SE ACABA EL TIEMPO, ASÍ ME VES. ------------------------------- 158 RUPTURA ----------------------------------------------------------------------------------- 159 CUANDO DESPIERTA MI TERRUÑO.---------------------------------------------- 160 GUERRAS PERSONALES ------------------------------------------------------------- 161 LOS MALOS DUERMEN BIEN-------------------------------------------------------- 162 EXISTENCIAL ------------------------------------------------------------------------------ 163 ROCK PARA LA TERCERA EDAD -------------------------------------------------- 164 JUEGO BAJO PROTESTA ------------------------------------------------------------- 165 YURY Y LENY ------------------------------------------------------------------------------ 166 CATARSIS PARA POSIBLES PERDEDORES ----------------------------------- 167 DESDE LA PARED A LA ESPADA -------------------------------------------------- 168 GRUPOS Y EL VIAJERO ISLEÑO --------------------------------------------------- 169 GORILAS ------------------------------------------------------------------------------------ 170 PURIFICACIÓN ---------------------------------------------------------------------------- 171 AMIGO EMBOTELLADO --------------------------------------------------------------- 172 LOS DÍAS Y LA FANTASÍA DE LA NOCHE -------------------------------------- 173 �SONETOS CASEROS JUSTICIA MODERNA PARA UN VIEJO PROBLEMA ------------------------- 174 BIOGRAFÍA --------------------------------------------------------------------------------- 175 HIMNO AL AMOR Y A LA VIDA ------------------------------------------------------ 176 ELLA A LOS 20 AÑOS ------------------------------------------------------------------ 177 CAOS Y ORDEN -------------------------------------------------------------------------- 178 INFIDELIDAD ------------------------------------------------------------------------------- 179 VIDAS ----------------------------------------------------------------------------------------- 180 PROSA PARA LAS CONCLUSIONES LA CARRERA DE LA VIDA ------------------------------------------------------------ 181 LA FELICIDAD DE LOS HUMANOS ------------------------------------------------ 183 LA ESTUPIDEZ HUMANA -------------------------------------------------------------- 185 LA HORA DEL BALANCE-------------------------------------------------------------- 189 ADIVINA ADIVINADOR ----------------------------------------------------------------- 190 ENTREGA PROFESIONAL ------------------------------------------------------------ 190 CONCLUSIÓN------------------------------------------------------------------------------ 191 �PRÓLOGO Hacer literatura es un acto de fe. Una suerte de dádiva que el autor hace a sus lectores envuelto en el mejor celofán de talento y tiempo. Dentro del género literario la poesía es algo especial, sobre todo en los textos iniciales o en ese primer libro que puede o no iniciar un camino, hay muchos elementos conectados con nuestra espiritualidad más íntima que no todo el mundo tiene el coraje de compartir. Creo preciso señalar que el autor de este libro es Doctor en Ciencias Técnicas, autor de varios libros técnicos ligados a su especialidad y cada año, de muy diversas maneras, se encuentra ligado con la realización de varios doctorados formando parte de tribunales o como asesor, oponente o tutor. Excelente profesor que publica además artículos científicos en revistas de alto nivel y, sin embargo, obliga a su tiempo a tributar también a la poesía y esto merece un enorme respeto. El autor maneja con soltura el verso libre y también el rimado, incluso en sus formas más clásicas, y nos regala textos que tienen que ver con sus amores reales o imaginados, pero todos muestran una limpieza en el trazado del verso, en la utilización de la palabra para lograr la necesaria riqueza connotativa de cada uno de sus textos. Tampoco puede ser casual que su existencia haya estado ligada a una zona pródiga, la de la primera villa de Cuba, cuna de bellas historias y paisajes, a la cual rinde pleitesía en varias de sus obras, región con honda raíz de la cultura popular y diversa, donde el placer por compartir las visitas de la poesía nunca estuvo distante del gozo ante las prodigalidades de la naturaleza. Amor, familia, amigos, líneas íntimas dentro de lo más humano marcan cada uno de estos poemas donde el autor muestra que posee el pulso necesario para dominar el verso, algunos de los cuales funcionan como referentes o exámenes de su propia conciencia o circunstancia. Paso al amor y al límite tiene dones que le acercan, por un camino construido con palabras sencillas y mejores emociones, al paradigma universal de la poesía. Edilberto Rodríguez Tamayo Escritor y periodista. �A MANERA DE INTRODUCCIÓN Con perdón de sicólogos, siquiatras y lectores que desconfían de las cosas diferentes asumo, grosso modo, la siguiente definición: Estar cuerdo es mantener, consciente o no, el control de pensamientos y acciones dentro de rangos que sean considerados normales por uno mismo y por los grupos socioculturales donde actúe voluntariamente, excepto cuando temporal y circunstancialmente pierda, todo o parte del control, motivado por conmociones sentimentales1 causadas por conflictos reales o imaginarios. Con esta reflexión pretendo: En primer lugar, dar un punto de apoyo a quienes les preocupa su propia cordura y la de sus amigos2, máxime si creen haber recorrido el Camino a la Locura; debo recordarles algo importante: de aquellos que verdaderamente hacen tal jornada y regresan, pocos lo saben. En segundo lugar, muy seguro de haber tenido más necesidad de decir que oficio para hacerlo, pido para mis versos un especial esfuerzo de comprensión porque, aunque fueron escritos antes y después de algún Viaje, en algunos de los poemas ha quedado su espíritu. Finalmente reconozco que mis versos tienen como principal intención convocar a la meditación y al pensamiento divergente y ciertamente me parecen, en alguna medida, carentes del deleite especial que poseen las hermosas armonías aclamadas en la buena poesía de todos los tiempos. Esta situación solo tiene dos causas: mi talento poético es insuficiente; y mi profesión es la de investigar y enseñar Matemáticas. Por ello pido corteses disculpas y sugiero a mis probables lectores que lean estos versos en silencio, soledad y mente abierta porque no son acertijos, a lo sumo, sana provocación. 1 2 Amor, odio, alegría, tristeza, valor, miedo, celos Para los enemigos y otros seres humanos tal vez existe otra definición. �POESÍAS PARA UNA MUJER "No hago otra cosa que pensar en ti, lo digo para halagarte y para que se sepa" Joan Manuel Serrat. �AMOR Caen húmedas barreras si la simetría es fuerza. AMOR RECORDANDO A ARQUÍMEDES Dádmelas a ellas y una ocasión. Moveré al mundo. CARTA DE AMOR Leí una antigua carta de amor y odié mucho porque ya no te amo. 1 �AMOR TOTAL Hay tonos crueles en el azul de tus ojos si no amas también mis desaciertos. PRIMERA VEZ Porque tu pubis encuentre el camino parte el amauta en claves de instinto. MARTES POR LA TARDE Por encontrar tu entrada azul y la paloma, camino llegando. 2 �CONTRASTE Él. Sol silencioso y opaco. Ella. Delirio y opio al amar. FRACASO Tu voz llenó los armarios, tu calor huyó cansado. Tu vida insulsa visita mi vida, hasta tanto resista. CATÁSTROFE Descubrióse y robó mi libertad. Es catástrofe para los dispuestos al amor. 3 �REGRESO Pon tus manos aquí que ya llega mi beso. Pon mis manos en ti que ya voy de regreso. JUEGOS SERIOS Juego de dar y tomar compulsión a la unidad noche, lluvia y tú, mujer que estableciste amar. MUJER Y ROSAS Mujer de ojos inquietos no preguntes por las rosas en las selvas o en el mar. Están sobre mi mesa. Junto a tu canto están. 4 �ELLA ¿Eclipse de amor? ¿Ciega explosión? ¿Aleluya al dolor? ¿Infierno mayor? Y puede ser peor. MUJER HUIDA El aire de ese ventilador me recuerda la caricia de una mujer huida que olvidó el éxtasis de este ser humano mutilado todavía. 5 �A ELLA QUE VIENE Y VA Esa malicia tuya es un gato de visita. Esa caricia tuya es la lluvia de visita. Toda malicia tuya, toda caricia tuya. COMPRENSIÓN Al pasar el tiempo abarca nuestro hacer el amor la armonía de las necesidades y es cuando comprendo lo hermosa que naces cada mañana. 6 �RIMAS POR EL REGRESO Tomo noches, recibidas en tu cuerpo de cascadas, retumban horas sentidas y exploraciones pasadas. Hoy no duele la partida cuando espero la llegada. DESEO Deseo hundirme en fantasía febril cuando logro estar solo y puedo morirme viril o senil cuando sepa que es todo. 7 �VIRGINIDAD Hay un brillo especial en tu piel incorruptible. Hay una invitación casual en algún saludo simple. Hay un milagro esperando por el Día del Amor. POBRES MATEMÁTICAS Después de pasar feliz por la picardía de tus ojos llegué al final autocrático de tu espalda y he conocido una nueva geometría. ¡Pobres matemáticas! 8 �ALMA Y SENTIMIENTO Desde entonces vendrás porque cuando al alma se funde el sentimiento, regresan los años a través de un espejo renovado y perfecto. LO BUENO Y LO TRISTE Bueno fue conocerte y descubrir este amor sobre la tierra oscura en la casa de tu amiga. Triste es el siempre verla caminar sola y mustia en el largo jardín. 9 �SEÑORA DESNUDA Hay una señora que en las noches solitarias llega estrictamente desnuda y al oído susurra besos. Dicen que hay una señora que por amor es amada por los dioses del verso. ANCORA Desde la mentira sus ojos acarician las cuerdas del vencido. Entre penumbras otra mujer sublima el misterio de la cercana semilla del amor. 10 �¿BAILAMOS? Me diferencio del tonto de la colina en un picosegundo y hay milenios amatorios entre tu lógica y este animal que ignora si bailarás en la penumbra de mis intenciones. Aun así. ¿Bailamos? AJEDREZ Criatura de la tormenta y del maleficio absuelto en tu juego no esperas y besas incorregible las torres innombradas. También yo acecho: hay mate en dos. 11 �A TI QUE NO TE NOMBRAN En algún hotel aprendes que el miedo se mide en años perdidos. La mercancía sigue siendo la misma: un perfume en alquiler y tu alma desolada. 12 �ARGONAUTA Buscaba eternidades entre rayos de sol, de fuego, de bicicletas,... entre rosas rojas, blancas, náuticas,... entre corazones blandos, rotos, cuadrados,... Cuando descansaba... Apareciste. Con mi sombra en tus manos, en tu boca, en tus ojos,... 13 �LA CONSPIRACIÓN Para cambiar nuestra fortuna, invisibles y clandestinos, mis insensatos hemisferios rezan y conspiran sin veto. Todo parece estar en contra pero probablemente agencien un boleto al mágico instante de tu primer paso al amor. 14 �UN AMOR CUBANO En tu sueño libres caminamos desde la espuma rumbo a la perla. Pasos iguales, manos con manos mi piel tan blanca, tu piel tan negra. Vienes mi sueño azul entallado desde la luna sobre la yerba. Rubor y aroma, norte de abrazos mi mano blanca, tu mano negra. Es el sueño negro blanco de ambos desde la bruma y donde las cebras. Dos que retozan, danzas de campo caricias blancas, besadas negras. 15 �FAROS El faro hacia tu desdén supone ser para luego. El faro hacia ti recién es apuesta firme al juego. El faro hacia tu vaivén es beso arrullando al fuego. El faro para serte fiel: es monte y precede al puerto. 16 �LA PASIÓN QUE NECESITA Esfinge es el alias de esta inadvertida musa que soslaya mis enigmas en su credo estatuario. Ella jamás conocerá las reales historias delirantes que ya tienen otro crédito y la pasión que necesitan. 17 �DESPUÉS DE 7 AÑOS Hoy eres más linda y eres difícil. Hoy eres más gruesa y eres dichosa. Hoy eres madre y eres esposa. Hoy eres impredecible y hay más amor. 18 �FANTASMA Hay un fantasma leal y prohibido que olvida el dolor y vive en tu pecho. Hay un fantasma real y dormido, controla tu amor y lo hace perfecto. 19 �A BON ENTENDEUR, SALUT Y si hoy me llega mujer su amor. Yo soy la hiedra, usted la Flor. 20 �CATIRA AMADA Un viejo buscará la catira de rostro amado y bajo la lluvia exigirá reparaciones al señor de los cielos. Tonto solitario, viejo enamorado de la catira y del pasado. 21 �TEMORES Temo que seas el nexo entre dos soledades o que una mirada larga me arrebate mutilado. Temo vivir de amor sin que estés o no poder nunca nombrarte felicidad. 22 �TOP SECRET Vestido de afanes un día nació un secreto, soñaba libre y en silencio espiando con orgullo tu olor lejano y bueno. Has descubierto mi secreto, acaricia al tuyo, le besa. Nuestra historia comienza. 23 �CATIRA DEL RECUERDO Al pasar detén la mirada sobre las piedras marcadas donde cabalgan los recuerdos siempre en el sendero estrecho hacia las estrellas. Y recuerda, no olvidaremos. 24 �EN CABUDARE Tanta tarde en Cabudare que me permito soñarte en desenfrenados reencuentros y las lejanías sucumben. Tanta tarde en Cabudare que se disipan tormentos y tiene poder el mítico guerrero del amor. 25 �CELOS Al mundo que nos rodea todo daría si vieran alguna mezcla inmoral o vicios o fealdad suficiente para lograr nuestro karma en soledad. Ahora sabes de mis celos: doy amor y lo enveneno. 26 �MARIPOSA Al viejo parque entregaste la flor mariposa que vuelas tarde y siento en tu color los deseos aprenden acordes lilas y danzas de amor. Pude iniciarte en tu viaje primero ser tu capitán en cada descenso y a pesar de mis inflamados vientos tu pálida duda me aleja del cielo. 27 �EL VIENTO Odio al viento cuando te esculpe en las nubes y junto a la lluvia infiel canta al amor del mar y el cielo. Pero fue mi amigo cuando enredó tu pelo y en un verano malicioso te trajo desde antes después de la tormenta. 28 �CERTIDUMBRE Absolutamente solo para pensarte dormida, como un hallazgo inocente en la soledad que nos lastima, y con el aire acariciar tu rostro lejano hasta uno de estos días donde recibas este beso sin tener el viento en las mejillas ni la soledad que nos lastima. 29 �PARA JUGAR LOS DESEOS Cuando atrape al miedo morirá olvidado. En su ausencia robaremos el mar para jugar los deseos y en la hierba rodarán las huellas en silencio. Cantarán las manos, bailarán los sueños. 30 �EL AMOR Para dos es crónico y con tres ahoga al desgraciado que no cura. Mientras síes oníricos toman en vuelos rasantes la cadencia de tu proporción, él golpea cada rincón del miedo y lleva a la incapacidad enciclopédicos silencios. 31 �PROSCRIPTO Sobre la brevedad de los próximos minutos cabalga la insensatez de mis esperanzas. Cuando sume las urgencias y las preguntas relegadas mi alma desaparecerá a menos que te opongas con un destello de pasión. 32 �EL AMOR JUSTIFICA LOS MEDIOS Aunque solo entre saludos emerge tu beso cortés he mezclado geranios, quimeras, trampas y versos sobre una tarde nueva y con tal disparo de razones arrasaré oposiciones. Por los años de los años, Amén. 33 �PASO AL AMOR Alejando pequeñas mentiras y secos los frutos ofrecidos a la magia que vivió entre dioses decapitados has llegado de la fuente. Risa sediciosa con rubio sombrero azul se hace beso y proclama: el Amor tiene un Nombre. 34 �CIRCUNSTANCIAS Entre huidizas colinas conocí la paz de sus ojos sencillos. Entre añejas canciones manos prisioneras olvidaron el frío. Entre besos furtivos necesité su amor aunque no fuera mío. 35 �MALDICIONES Maldigo tus cabellos desafiantes el erotismo de tus manos tus labios alocados y la inocencia de tu carne. Maldigo mis nervios embriagados el asombro de mi ego y porque te amo. 36 �SENTIMIENTO Este sentimiento como átomo de dicha llegó entre torbellinos de consistentes reclamos. Este sentimiento es en el laberinto el vientre donde nazco. Este sentimiento duele, pero te amo. 37 �EL SORTILEGIO Bocanadas de vida llegan en tu risa de aceitunas para compensar el letargo de mi cuerpo-alma sin versos. Crece el loco crepitar de mi pecho cuando algún sortilegio me renueva desde el final rotundo de tu espalda. Hoy parto sin fe en las palabras y con la magia de un beso. 38 �UNA MUJER MADURA Esa bella Mujer de tan cortos encuentros, elegante en las memorias es sensual materia ígnea que gira sobre el tiempo. Siempre diáfana y siempre fiel acude a mis fantasías, luminosa cada día. Siempre bella, siempre Mujer. 39 �INTIMIDAD Bajo mis sábanas eres atrevida idea de fauno. Bajo tus labios cada sonrisa es dardo volando. Bajo mi piel notorio crece un secreto vago. Bajo tus ojos me encomiendo a los años Y sé que te amo. 40 �ORACIÓN Líbreme Dios de tus olvidos. Líbreme Dios de tus desprecios y de los enfados. Líbrete Dios de mis ojos. Líbrete Dios de mis locuras y de los abrazos. 41 �MANDATOS Por mandato tierno del corazón tu larga juventud saboreaste. Por mandato firme de la pasión ávida juventud encadenaste. Por mandato ancestral de la razón la familia meditada creaste Por mandato sereno del perdón la pareja solidaria salvaste. Por mandato fatal de una oración calla la cama nevada y desierta. Por mandato carnal de su atracción yerma la cama es leyenda incompleta. Por mandato de tu nueva ilusión ese olor trasciendes y algo deseas. Por mandato de una vieja canción el tiempo no miente y algo te espera. 42 �SEÑORA MÍA, ERES HERMOSA Eres hermosa, vestal germinal en traje de raso hechicero, eres desnuda, manceba ideal en danza de cercos y retos. Eres hermosa, puñal virginal en funda de versos y besos, eres señora, ritual vertical en rondas que admiro y deseo. Eres hermosa, genial si al final apuestas a un juego tan viejo. Eres la magia, deidad sin igual en mi último sueño te quiero. 43 �FIGURA DE ÁRBOL En el templo de los milagros vive la ninfa que inflama mi canto. Cada noche acaricio sus ojos cerrados, y si despierta me oculto en mi figura de árbol sabiendo que no es libre y en silencio la amo. 44 �ENERGÍA Libre amor el nuestro con filo de luna y temple de sol ya tiene cuantos invisibles para quién no sepa que en centellas protegen de antiguas pasiones hasta que terminemos de amar. 45 �LEJOS DE TI Lejos de ti los dioses niegan milagros. Lejos de ti solo hay trucos gastados. Lejos de ti solo polvo y esfuerzos. Lejos de ti entre vivos soy muerto. Lejos de ti soy un hombre sin versos. 46 �ALIADA Conocedora del bien y el mal me coronaste en génesis maldecida con este amor anónimo, cruel para quienes deseaban lo que más poseo. Hoy miro tu rostro y creo porque en esta lucha ignota envuelta en ron y cartas, en enigmas y manchas, tu red me ha hecho fuerte. 47 �AMANECER Desde tu desnudez joven y densa me rasga esa belleza para llenar mis antojos de tempestades fieles que olvidan dudas y tiempos diferentes al de este amanecer cuando no marcho y me amas. 48 �SILUETA DE UN AMOR Tus ojos grises en madera labraron vanas quimeras y para llenar los vacíos míticos silencios hice míos. ¡Oh Diosa de mis fronteras! neblina fina y sincera, te amaré en colores fríos en mi escondite del río. Magia fundida en tus caderas y no pudo ser de otra manera. 49 �OTRO RECLAMO AL AMOR Hoy el viento no silba gallardo, apenas musita una disculpa de púdicos aires densos. Acaricia tu escasa prisa y gotea ósculos macizos sobre la magrura de tu razón. Ser amado y amar porque llegará el olvido y vendrán otros credos aunque no sean para siempre. 50 �EN LA CENA TE DIGO Me sitian fieles tus ojos de azor como oasis de utopía y calor y esa cadencia de aguacero amigo se suma al olor que añades al nido. Callas cercana si bebes mi vino y rozas casual tu pie con el mío, tiemblas y rezas si peno dolor ríes lejana si hablamos de amor. Te descubren los detalles y en la cena te digo. 51 �UNA DECLARACIÓN DE AMOR Solo sé que te amo lúcida y constantemente y también con la piel cual animal con suerte. Hoy tan solo estoy ebrio del misterio de tus piernas y no olvido sin alardes robar tu beso insinuado hasta el viernes en la tarde si es que vienes a mi lado. 52 �ESA MUJER QUE AMA Esa mujer que canta, es guitarra deponiendo su duelo y campana que tañe boleros, Esa mujer que baila, es abrazo de un tango hechicero y quinto de un solo rumbero. Esa mujer que salva, es guirnalda de un aguacero y cadena de amor verdadero, Esa mujer me ama. 53 �DETENIDOS Detenido junto a esta muchacha que contempla la flor con valor y sin prisa callo y espero. Detenido, no ajeno ilimitado, espero. Todo sucederá. Lo sé por el temblor de los instintos detenidos. 54 �PRIMERA VICTORIA Entre sol y arena la espuma hace travesuras a los viajes solitarios pero un día las aguas entregan la perla a un soñador y a pesar de tanta arena insensible, de las nubes caprichosas y del orgullo de algún pez, llega siempre lo que necesita la adolescente de ojos asombrados para su primera victoria de amor. 55 �CATIRA DESCONOCIDA Quien quiera conocerte notará que juegas protegida desde ayer tras un beso exclusivo, que sostiene y da ilusión. Quien quiera conocerte disfrutará tus caprichos cuando llevan y traen los fuegos prohibidos. Quien quiera conocerte vivirá como yo. 56 �BÁRBARAS Esas chicas que llamamos bárbaras, indómitas y fulgurosas quieren encontrar lo límpido y egregio de nuestra dulce Tierra. Atónito observo sus furtivos ataques al tedio y a la tristeza, la frágil inocencia y su verdad. 57 �TODO CAMBIÓ En mis confines la nada concibió la mujer. y todo cambió Si escucho tu aroma rosa tu silueta me sabe a miel y cada roce huele a canción. Esta locura acaricia mi piel y das a mis ojos sabor a razón. Para siempre en mi alma anidó una mujer. y todo cambió. 58 �NUESTRA VIDA PERFECTA En nuestras vidas ilesas trotan ocres fantasías y retozamos a lo lejos. En nuestra vida conversa vuelo limpio en tu sonrisa y reptas maja en mi cuello En nuestra vida secreta bebes todos mis pecados y me acorralan tus besos En nuestra vida perfecta despierto en tibio regazo y soy tu amante confeso. 59 �RECLAMO AL AMOR Llenas mis sueños, locura creciente de mi vida tensa como torrente convertida por tu amor diferente en vital eclosión de ansias latentes. Y mi pensamiento, otrora obediente rompe el espacio y mantiene rugientes ritos antiguos, deseos que siente de rodar desnudo en tus pendientes. Aliado del tiempo espero paciente ese cuerpo terso, el talle corriente, tu beso criollo, la imagen sonriente la magia de amar hasta hoy nuestro puente. 60 �TEOREMA Si tres torpezas cambian al visionario. Si renuncio verte desnuda en mis andares. Si hechiza la soledad que sosiego en tus ojos. Si escapo de tus redes que aun ignoras. Y si eres milagro consumado en versos lúcidos. Entonces puedes demostrar que no te amo. 61 �NO SE TU NOMBRE En este mundo corpóreo nos hemos encontrado en ciento veinte y tres ocasiones y dos veces me has notado. En tu primera oportunidad al pasarme saludaste con un buenas tardes cortés, tan forzado como impersonal. En el siguiente suceso pregunté ¿cuál es tu nombre? y fue insondable tu respuesta: No tienes que saberlo. 62 �CADA DÍA EN EL RÍO MIEL Cada día el Miel regala musgos a los bancos en los verdes remansos matinales y el rutilante sol sobre los mangos enciende las pasiones virginales. Cada día sobre hojas de marañón y guayaba desde los gajos silvestres regresas con aquel olor a tierra mojada y la confianza de ingenuas promesas. Monte generoso de sombra y lecho que pide a los amantes otro beso. 63 �CASI MILAGRO Joven Medusa de serpientes doradas y mirada sin control, te agazapas y esperas que el tiempo realice la secular labor de quitar barreras. Para entonces beberé el filtro, en tu boca, y casi harás el milagro de dar vida a la estatua que arribó a tu isla. 64 �MUTUA SATISFACCIÓN Me provoca ese cabello rebelde y asalto tu cuerpo recio derramando deseos en tus senos extensos, comprimiendo orgullos entre labios sedientos, confundiendo mirada y anhelo, suspiro y maldición, simiente y sudor. Mutua satisfacción cuando llega un buenas noches amor. 65 �OJOS NEGROS Tiernos tus ojos negros y embriagados de nostalgias y vientos. Mienten tus ojos negros y cerrados para diez mandamientos. Ciegos tus ojos negros y cansados de soñar los encuentros. Siempre tus ojos negros y callados entre lirios e incienso. 66 �CINCO LUSTROS Alguien dice que estás loca y me pregunto si quisieras despertar lo esperado por cinco lustros de hastío. Alguien dice que estás sola y me pregunto si deseas terminar lo aguardado por cinco lustros dormidos. Alguien dice que estás rota y no pregunto qué deseas: llegará lo que ha estado por cinco lustros prohibido. 67 �PORQUÉS Porque tus ojos alados ya casi he olvidado que viví el doble de tus pocos años. Porque tu rostro de nardo ya casi he soñado que vuelas grácil sobre un barco encallado. Porque tus labios al beso porque inocente es lo serio porque no has olvidado porque soy el Silencio. 68 �PASIÓN, COMPROMISO Y MIEDO En el comienzo tu aroma ligero y de un vistazo el color de la rosa; bellos tintinaron tus ojos moza y apasionaste deseos cimeros. Sabias palabras y largo desvelo apreciaron el credo compartido: juramento eterno al futuro nido libre de jaulas, maldad y recelo. Pasiones y compromisos sinceros y omitimos consumar la ecuación somos miedo que en tan triste ocasión canta el adiós de un fugaz aguacero. 69 �¿A QUIÉN BESASTE? Desconfía del tiempo... y de las feromonas. La joven noche anunciaba grises desvelos de vía, desde el futuro aguardaban enigmas de simpatías. Cualquier mirada casual cada palabra inocente, increíble destino dual: besos de amantes urgentes. Tanto albur en las esquinas marcan noches complicadas: hoy besaste al que quería alejarse de tu almohada. 70 �ELENA DE MOA Fue niña y adolescente invisible mudo fastidio y mirada insolente sin imaginar que en sino increíble regalaría su amor a la gente. Pretendieron una trama infalible pero Elena con su fe y su tridente impugna actos de conquistas risibles a presumidos donjuanes corrientes. Elena la del corazón sensible tu deseo es la llave de mil puentes y en el rojizo Moa inaccesible enarbolas tu girón diferente. 71 �TU AMADO FUEGO Deja pulsar tu credo desnudos en el camino toda una tibia tarde recorrer tu amado fuego. Navega este río tierno gacela de ojos finos toda esta fuerza sabe recorrer tu amado fuego. Puedes tener tu anhelo un deseo prohibido toda una vida vale recorrer tu amado fuego. 72 �HOMBRE CON MIEDO Juntos en verano para confiar, amar, reñir, perdonar y amar olvidando el invierno que hoy trae proverbios, miedo del silencio que descubre mis faltas y no encuentra secretos. ¡Ay mujer que no estás! y eres vida en mi cuerpo, hazme azul desde lejos para verte en verano y no sienta miedo. 73 �COMPLACIDA Regida por la miseria en esta madrugada de juerga eres apreciada y ofrecida en dolosas anuencias. Viene cruel la cotidianeidad a satisfacer el ruin despertar de viciosas carnes untuosas saldando cierres donde acopias vacíos tras llantos solitarios ó ruines burlas impúdicas en este final de siglo. Amanece y complacida puedes suspirar e irte sin brindar por la verdad. 74 �RESPETO Ya sé que disfrutas pimpinelas y dramas y mis vicios adornan tus caprichos de almohada. Pero te respeto aunque tu franqueza no soporta mi experiencia, tu gobierno de locuela es un sueño, mi bolero… y te respeto porque soy feliz esposa mía en las vidas que me has dado cuando simplemente dices: es Amor, es solo eso. 75 �ROBO DE BESOS Desde siempre recordé el brioso azote de las trenzas al robar tu primer beso en el cómplice y oscuro corredor semiescondido por eso vengo a tu puerta con mis goces en la mano y sé que algunos han muerto pero Paul Anka sigue llamando: put your head on my shoulder aunque estén grises las trenzas puedes vencer al destino si robas mi último beso al corredor vienes conmigo. 76 �SEDUCTORA Te agradezco musa del verbo Amar, no saber tu nombre ni cuando regresarás. Te agradezco, esbelta y sensual en tu simple caminar: la sonrisa que me das. Te agradezco el perfil de colegiala tus pecas, la bondad y lo que vas a pensar. En fin, te agradezco que me permitas soñar. 77 �MULATA Tus labios son esperanzas liberadas por tus soberanos ojos infinitos. Compartimos el Edén en cada balanceo rotundo de tu talle sin dueño y adorables son tus manos sinuosas y perfectas. Eres quimera y eres real musa mulata que desgrana quilates tan cerca de mi goce y aún no creces en mi pecho. 78 �GÉNESIS Antes de cambiar crearé cielos, mares y vida tornándome púber. Imaginaré días y noches lentas, motivos, profecías, arrojo… y en el mármol hereje esculpiré anhelos de Yahvé solitario. Mi luz será la corona y el mar el color de tus ojos; cada rosa envidiará tu boca y mi aliento llenará tu corazón cual oración cautiva. Al sexto día, naceré Adán para ti, Eva. 79 �MAÑANA ES FEBRERO Hoy es febrero y tras largos periplos entregaremos el amor clandestino y apto, diremos adiós a los cómplices sempiternos en el recuerdo. Mañana debemos decir: ya somos inmejorables, el pasado ha muerto y no quiero. Te propongo tener la casa en cada sábado los amigos en la casa y la playa en los abrazos porque hoy nos casamos y mañana es febrero. 80 �DESCUBRIMIENTO Y CONQUISTA En la última y feliz década de los setenta en la arena y azul pálido de Porto Santo las reinventadas conquistadoras de ojos cautos descubrieron la ciudad como tres carabelas. La brisa del alba disfraza el ardor y alienta a mostrarnos clandestinos, fatuos y quemados. Maximalista la Pinta elige con cuidado la sensual mesana como toda carabela A Boca del Miel un ligero bañador tienta y las maromas diestras en la popa y su abrazo, ávida baracoense me bebió en tres tragos sed nórdica y velera es la Pinta carabela. Este atardecer mezcla los colores en venta y despide la Pinta a los desnudos corsarios. Amante intuitiva germina asedios y asaltos conquistando la ciudad la pasión carabela. 81 �PRIMER AMOR UNIVERSITARIO Donde iniciamos la utopía universitaria mi emergida contemplación te alcanzó intuitiva y fundió los recién estrenados sentimientos en un juramento de fidelidad perpetua Neruda y Suárez fueron cómplices esa tarde de cita inminente en una esquina santiaguera. Decisión desatinada y la confianza entera hasta sentir el frío en tu corazón gigante. Turba no poder creer que mi pasión ignoras ofusca el coraje y deserta un alma gemela. Nunca pudiste entender cordial y satisfecha tu hueca cortesía fue la cruz de mi tristeza. Hoy día excepcional abandonamos el campus. Platónicos años contemplando tus encantos ni vencido ni enfadado, animado he aceptado por siempre ser el menos feliz de tus amigos. Porque te amo. 82 �REALIZADOS Te amo porque llegaste como mito suficiente dentro de mares y mayo, porque levantaste una torre para dos sobre el ayer desterrado, porque lo que das nadie lo desea como yo y nunca será robado, porque no hay ruego ó agravio en tu palabra verdadera, porque no te proclamas dueña de mi cuerpo ó sierva de este amor, porque cada caricia tuya es sentencia de milenaria sabiduría, porque eres Tú… porque ya soy Yo. 83 �MENSAJE A UNA MUJER Algún Duende viaja en el tiempo para encontrarte Mujer de claros ojos y feliz fantasía. Un Poeta vaga en sus versos para escribirte Mujer la oda al enojo y beber tu alegría. Solo un Hombre viaja a tu cuerpo para entregarte Mujer tibios antojos y mi cama vacía. Un Mensaje vaga en el viento para hechizarte Mujer de labios rojos y fugaz travesía. 84 �NUESTRO AMOR Tu amor es camino anhelando carretera mi destino si explorase tu acera tan genuino como patria bandera. Mi amor es racimo de tristezas viajeras el marino navegando riveras tu vecino deshaciendo fronteras. Nuestro amor es vasto, fino, rugido de fieras… tiene vino para nostalgias severas y en el nido fantasea quimeras. 85 �ESTA TARDE NO HA LLOVIDO Esta tarde no ha llovido y tu aroma es un ladrón; flota en el aire el azul y anima cualquier canción. Esta tarde no ha llovido y tu rosa es ilusión; brota del aire la luz y risa de mi pasión. Esta tarde no ha llovido y tu boca es emoción; ola en el aire del sur y espina en mi corazón. 86 �PARA VOLVER A EMPEZAR He soñado colinas rojas y con la luna perfumada, cabalgué entre fuegos sobre tus caderas blancas, seguía jóvenes risas y a un lunar en tu espalda, eras llanto de cielos grises al pié de una montaña. Al descubrir mis venturas escapaste y te invoqué pero una nube de espinas celebró nuestra distancia. Mañana soñaré con las lluvias de abril para volver a empezar y amarnos vertical. 87 �UN ROMANCE Es un momento de lluvia sobre hojas de tilo, es el vuelo del ave que no hizo nido, es flecha disfrazada desafiando enemigos, es ladrón que roba sin temer al castigo, es truhán y profeta y equivoca el camino, es mentira y verdad y no lo maldigo, es sabor disfrutado en manjares y vino, es paz y soledad cuando sueño con hijos. Ya sé que viene y va pero es mi destino. 88 �AMOR NAVEGANTE La rizada Rosa fue mi viaje adolescente y cuando remontó el horizonte de su vida fue remplazada por otras velas en mi barco confirmando que el amor puede ser adictivo. Como puertos en brumas a todas he olvidado excepto a Silvia y sus tiernos ojos marineros. Breves y aventureros los jóvenes amores me alistaron para zarpar desde cada moza hasta el próximo puerto sin importar distancias y el naufragio doloroso de los sentimientos. En trasatlánticos oscuros sin derroteros, tres Marías recuerdo y dos semillas nacieron. Sin bitácora en nubosas noches de tsunamis cada hembra fue dársena, relámpago y sirena y aletargado por tanto amor a la deriva a mi Dios personal invoqué por su oleaje. Benevolente me condujo a seguro puerto donde atraca en Noris este amor de cabotaje. 89 �MUJER PELIRROJA Loca mujer pelirroja, me preferiste un domingo y travieso en esta cama compartí cada latido. Necia mujer pelirroja, me sedujiste un domingo y confieso en esta cama que me gustaba tu estilo. Hueca mujer pelirroja, me prometiste un domingo y olvidaste en esta cama que no solo era conmigo. Judas mujer pelirroja, te fugaste aquel domingo y encontraste en otra cama buen refugio al desatino. Vieja mujer pelirroja, te pareces a un domingo y a la orfandad de esta cama desde mi adiós infinito. 90 �ANUKET Al final del parque de los leones en un sueño intenso y peregrino me ha encontrado una mujer. Su risa sensata y cantarina es mezcla de sabia inocencia alejada de inútiles saberes, completa intuición erótica y un espíritu bizarro capaz de asumir los riesgos del amor. Cada día, al encuentro. Un preámbulo y sonríe pícara renacida Anuket en el Nilo, en tanto planeamos el resto: amotinar a los vecinos y saborear un café desnudos. Tras un final poseso su risa sensata y cantarina me despide en cada beso. 91 �SEGUIR LA LLUVIA De imaginar tanto como eres mi deseo ha trasnochado bebiendo en las memorias de ojos, versos y besos. Triste un portal me acoge en esta tarde húmeda y necio me consuela ¡Calla! con frases sin futuro. Sigo a la lluvia fuerte, es fina, hechiza, regala la esperanza y desea buena suerte. La lluvia partió y mañana te hallaré en una mirada virgen bajo un aguacero tirado por el viento arrogante y certero. 92 �ELECCIÓN Aquella chica reía y era ardiente Apsará irradiando rotundos encantos y ganas de conquistar. Boca cual red y tridente, arrogada áspid sin rodeos ó piedad al cazar. Y estabas sola rebosante de quimeras musa nunca estrenada sin lances que contar, cenicienta olvidada virgen de vivencias y las risas por brotar. No dude convicto de mi capricho alucinado entre Afrodita silvestre que brotó del mar y tú, vientecillo casto, hoy huracán de amor ciego que no quiero parar. 93 �ESTE JAZMÍN Este jazmín no trae tu nombre que lleva el mío desde el verde hasta el beso de tu boca ansío. Este jazmín huele a tierra feroz a sexo y vigor; te busca en espacios ocupados, intrusos inmaculados adictos. Este jazmín extemporáneo compartido con gatos y ballenas en canciones propuestas espera el vals amanecido entre páginas que aún escribo. 94 �POSEÍDO POR EL VERDE En el fulgor vehemente de tus ojos de bosque viene el dulce drama y me aprisiona. A veces llegan esperados en la oscuridad de un cine desde Claudia hablando a su negro tulipán, o siento rubores azules y me arrepiento de nada si los tomo de Sonya Después de la orgía deliciosa y húmeda. un poseído vincula pestañas temblorosas al erotismo esmeralda. Escalando dos espejos bebo y blasfemo si faltan los verdes grilletes tiernos, Kali despierta en el infierno y el verde sensual espero. 95 �VIDA DE CAMPO En la mañana el sol abrasa los cuerpos y en pétreo surco ajeno un enraizado labriego cultiva dulces almendros. Por la tarde bajo tu inútil sombrero y sobre mis labios secos mirar el largo sendero es vago adiós al potrero. Al ocaso la guajira en mi cortejo cabalga desnudos retos la noche es un aguacero de luciérnagas y besos. 96 �HOMBRE FÉNIX Y eliges dar en tu piel la canción del amar y besas despacio ofrecida en tu cuerpo caliente, ávido, y sonríes nueva colmada en la pausa deseada, me grava, y presumo el adiós. Suspiras consumada y rozas mi cuerpo ligero, festejado Hilos de agua y vas andando visten tu figura quinientos años. y de las cenizas la llama remplaza borrosas incapacidades por poesía, frenesí y voy a tu lado infinito en cada caricia para ti, mi mujer. 97 �ALEGORÍAS MUSICALES SOBRE EL SEXO Al igual que la música, el sexo precisa del excelso virtuosismo que al talento suma la práctica, y entre pautas y jam sessions también canturrea eterno y fugaz. No es necesario especializar el género pero deberás compartirlos todos: brasileño, cubano, oral, natural o no, sinfonía pasional con lento allegro hasta el añorado rondó del Amor. Y aunque prevalecen los dúos, son comunes: solos, tríos y formatos con instrumentos iguales o diferentes; cardinal es el arreglo orquestal y la erótica batuta del orgasmo. En su misterioso laberinto cada terco deseo es arpegio divino entonado en su escala de blues y junto al placer del compás el fruto trasciende para siempre. Con arduo deleite conquistamos la solaz genialidad del carnal reto y si olvidado por plegarias y pociones cualquier noche desafinas en escena un buen solfeo y completas tu Concierto. 98 �MUJER DE ADIOS Mujer, en postrer instante escondo polícromos cristales que por rotos callan altivos. Confiado aún acudo al pórtico de tu mundo con mis valquirias que esperan. Tuya es mi esencia erguida, tensa y allende al tiempo. ¿Importa la piel gastada? ¿Te acuna tal vez un beso, como duende tibio y veloz? ¿Acaso tu mirada miente ¿Prefieres el brillo fugaz cuando ávida clavas detalles de un fútil ramo de frases sobre mi calma aparente? sepultado en el mar? ¿Pensaste en la fe arrasada y en tus juegos sin glorias si este amor no te alcanza? ¿Por qué tiembla tu boca si busca prisa colmada en viril cordura? Callas y callas. Siempre callas. Adiós y amén mujer de adiós que mi olvido es tu canción. 99 �VESTA Parte 1: Desde la virtud al pecado Como pétalo navegas en travesías serenas y las pasiones renuevas con propuestas sinceras. Pero tu aroma apuesta por la virtud que inflama un destino furtivo en la diosa que sueñas. Parte 2: Desde el pecado Como fruto navegas horas puras y obscenas y las pasiones apremian como taimadas sirenas. Pero tu aroma apuesta por la virtud que espera la vocación sincera de la diosa que sueñas, Parte 3: Desde el pecado a la virtud A tu retiro llegaste en travesías inquietas y cual semilla navegas entre caricias serenas. Pero tu aroma apuesta por la pasión que espera un destino de estrellas para la Vesta que sueñas. 100 �HASTA QUE NAZCAS DE NUEVO En ese amor de callejeros En ese amor de quinceañeros has debutado sin escalas has debutado sin escalas y bates sensuales alas y guardas sensuales alas como un piropo quinceañero. junto a un piropo callejero. En ese amor de bandoleros En ese amor de compañeros la pasión suplanta al alba; la pasión se aquieta al alba; vives obscena y rechazas vives ingenua y alcanza un beso puro de escudero. un simple beso de escudero. En ese amor que es todo fuego En ese amor de poco fuego lapidas tu virtud y calma; amparas tu virtud y calma; versados mis cuerpo y alma febriles mis cuerpo y alma te ofrecen el místico juego. te ofrecen el placer del juego. En este amor de corto vuelo fascinación de verbo y lanza beberás mis leyendas mansas hasta que nazcas de nuevo. 101 �BOTONES En inocentes espejismos los botones impugnan el monjil escote, diablillos fascinantes guías y camino hacia la voluptuosa besada de Angelina. En ingenuos onanismos los botones de la Texas al desnudo, el montículo pertinaz de Mesalina y el inexplorado goce ajeno y mío. En cálida temporalidad tus botones provocan el viril rebote, ángeles guardianes guías y camino hasta la blanca popa que se empina En plácida cotidianeidad dos botones impulsan al redil sin muros, son islotes mansos y flor que germina desde tu placer palpitante y mío. 102 �EL AMOR A LOS QUINCE 1973, el bello mal de Pandora En mil novecientos setenta y uno descubrí que las playas ofrecían, además de olas, arena, sol y palmeras, despreocupadas criaturas diferentes En mil novecientos setenta y dos capaces de inquietar la vasta inocencia descubrí que las escuelas ofrecían, de flacos adolescentes quinceañeros además de letras, números y disciplina, culpables del algún fogoso despertar ramilletes de retos a mi torpe ingenuidad aliviados pero sin las respuestas. liderados por polícromas maestras veinteañeras de tiernos ojos sinceros y faldas algo cortas que trastornaron mi púber imaginación aún desnuda de los saberes necesarios. En mis novecientos setenta y tres descubrí que las fiestas de sábado ofrecían, además de jugos, dulces, baile y amistad, disfraces promiscuos para la iniciación sexual: la mirada deja claro que es ella y no otra, el abrazo a su talle es firme y emociona, la inédita lujuria asusta y casi nos provoca... Me acercaba al libre albedrío y… quise más. ¿Templanza, Prudencia, Fortaleza, Justicia…? Pandora trae las nuevas virtudes en su vieja ánfora. 103 �EL AMOR A LOS VEINTE Si los amigos invitan se acepta. ¿O no? Y conocerte entre recuerdos y soledad. ¿O entre música y copas? y jurarnos por los dioses del amor. ¿O de la ocasión? Tendré tu cuerpo amado como tendrás el mío. Luego al silencio, la espera, y... ¡la acometida! Flor sobre Flor. ¿O solo animales? Te miro exhausto. ¿O arrepentido? y ansío que amanezca. 104 �EL AMOR A LOS TREINTA Cuando todos se descuidan solapados nos tatuamos apetitos satisfechos. Te deslizas voluptuosa besos tiernos te desnudan y salimos del invierno. Ardorosos los espasmos los excesos derramados en turgentes aderezos. Bendecidos y olvidados solo cuerpos, sólo instinto tan ingenuo como cierto. Pero asedia la cordura y nos sorprende tanto halo cuando solo queda un beso. Entregadas las urgencias eres flor en tierra virgen y la luz bendice al trueno. Los amantes renovados piden más a nuestro cielo pero ya termina el vuelo. 105 �EL AMOR A LOS CUARENTA El amor que te doy es animal inquieto robando tiempo y vida al demonio que reto. El amor que te doy es solo un simple beso historia de partidas y seguros regresos. El amor que te doy es carne y universo mecido por la brisa en su jaula de versos. 106 �EL AMOR A LOS CINCUENTA Contrario a lo que pensaba toda la ternura no estaba en tu cuerpo ó en los ojos azules. Nunca tuve tanta paz como con aquella palabra que escondes en mi cama. Nunca el sol fue a mi sueño a encontrar tu cintura, sí la soledad que regalas para toda la semana. ¿Hacia dónde me llevas que no me tienten las locuras? En lo infinito tengo algo más pero cambio cincuenta años por el paseo del sábado. 107 �EL AMOR A LOS SESENTA (Recordando a Mario Benedetti) Esta mañana una mujer pasea las calles y quiebra en mis ojos la senil tranquilidad. Cada átomo reverdece en mi sensual ejército invocado a la entrañable guerra del amor. La estrategia es sostener un rápido combate vertical en una media tarde iluminada. Mi táctica es besar francés sus múltiples frentes y una guerrilla de frases sucias nacionales. En delatores pechos iniciaré el asedio al valle-monte que guarda su frontera-puerto. Tomaré los labios y navegaré en su cuello, finalizando la espalda intentaré un secuestro. A esta altura son exiguas mis felices armas para apreciar el contraataque de sus manos. Es torneo abierto, sin treguas ni parlamento. Es hora de alistarme; porque no me lo pierdo. 108 �EL AMOR A LOS SETENTA (De nuevo, recordando a Mario Benedetti) La estrategia del amor que te profeso es la indescriptible conciliación de nuestra espiritualidad inclusiva, la quimérica felicidad familiar y el devenir de la caprichosa pasión. Al principio asustaban tan diferentes nuestras almas vigorosas e imprudentes pero ya está a salvo lo compartido. También lo tuyo. También lo mío. Tal vez el gran reto sigue siendo idear una familia que no podemos definir en el cambiante torbellino de esta realidad. Aun así, construimos buenos tiempos. A los setenta aun crecen los espíritus y la realidad cimenta un sueño diverso todo prospera, menos el sexo. La táctica del amor que te profeso es besarte ahora y todo el tiempo. 109 �POESÍA PARA UNA DEFINICIÓN “La vida es buena, pero podría ser mejor” Lema de los Dinosaurios (Daína Chaviano. �EPITAFIO Entró en la vida como en un bar: lleno de vicios y camaradas. En el juego, por suerte, perdió. Salió con pocos amigos para dejar a los hijos y una mujer feliz clavada en el pecho. EL VIAJE Individuo, familia sociedad y humanidad viajan a lo desconocido entre el Ying y el Yang. 110 �HAMLET La vida es dicotómica y teje días con días en historias y huesos. Hoy también hay que decidir. TIEMPOS DE PREMIOS Cuando me comporto a su gusto y si está de buen humor me concede estas maravillas. Ayer, una fantasía y una realidad. Hoy, una familia y amistad. Mañana, una prueba y libertad. 111 �RAZONES Amo la sencillez abolida por los modernos nihilistas cuando vistes de tristezas al que lucha de rodillas. Recorramos el camino donde constituiste: no basta engendrar y amar, llenadlos de ontogenia. Un día negarán el fango y hasta subirán los Andes. AQUEL ÁRBOL Aquel árbol era muy viejo y no crecía hacia arriba. Inconformes exigieron el Sol y la Lluvia más orden a la Gravedad y algo acordaron. Aquel árbol era muy Libre y crecía hacia todos lados. 112 �LATERIADA A Moa, ciudad sobre lateritas Resbala incompleta sobre lo insólito la capital de la entropía y sobreviven en infortunios los esclavos de un fetiche. Pero obviando la orfandad del ideal de los antiguos hoy se clama en enigma inexplicable al oficio de esta cuasi-ciudad inaudita y tan vital. SINO Entre tantas érase una mano extendida. Entre otros érase en el lirio un áspid. Entre mano y áspid érase un verso nacido entre alas. 113 �ANALISIS FUNCIONAL Si quieres sobrevivir ajusta los amigos en trinomios cuadrados perfectos, cásate con una mujer discreta y no seas totalmente ordenado. Si quieres vivir completo llega uniformemente a cada segundo. SOLDADO Madre, la paz se altera pensó el hijo al salir partiré para vivir por mi hogar y sus fronteras. Ya basta, sonrió severa que nunca se ha llorado cuando parte el soldado a defender su bandera. 114 �ARMONÍA Mintiendo a las piedras silbo conceptos, cazando en el tiempo alejo señuelos, marcando las sombras descubro senderos olvidando terrores no soy secreto, viviendo entre mitos sueño mi sueño. EL POZO Condenado a vagar en soledad penetra el laberinto acumulado. Escudriña las lujurias ajenas y no llega a lo siempre ausente. . Ermitaño de sueños moribundos solo desciende y para cada final redacta sobre noches áridas lo que creyó poder, lo que será jamás. 115 �CUMPLEAÑOS Despertar en día de espiras es difícil. Abro los ojos y mundos de espuma atan. ¡Silencio! Quiero amar desnudo. No es Consigna, es la Guerra. ERROR Y ACIERTO El Error habla al Tiempo detenido. Mientras yerro escapa el Acierto. 116 �LUCHAR Luchar es una palabra valiosa... y ciega. Démosle, sin mortales batallas, los ojos de la razón y luchemos por la unión. 117 �SER FELIZ Un niño sabía lo que deseaba. Sin poder obtenerlo rezaba y no sabía ser feliz. Aprendió a soñar despierto para olvidar tanta frustración. Siendo adolescente comprendió que lo deseado estaba lejos; supo del vino, descubrió el sexo y todavía no era feliz. El hombre, hoy no anda solo aún conoce lo que quiere y a veces es feliz. 118 �NOSTALGIA En mayo se encuentra lo buscado: una máscara de silencio y horas pedidas a la paz. Traes en tus días el placer: un libro antiguo, una razón, un conjuro y el primer amor. En ti, los recuerdos a los ojos: del mar, las olas del prado, la flor de la mujer, un beso de los amigos, adiós. Adiós a los hijos: ola, beso y flor. 119 �ARIADNA FELIZ Bajo tu pelo travieso descubro gestos pequeños y pensamientos risueños de cornalinas y besos forman precoz aderezo de tu belleza futura. Consciente, brillante, pura lejos de frases baldías ama, sencilla y bravía hija de mi honda segura. 120 �ESCORPIÓN Y SAGITARIO El escorpión hizo nido en el pecho del arquero. ¡Oh Dios! No hay veneno. ¡Oh Dios! No hay dinero. ¡Oh Dios! Son amigos y apuntan a lo lejos. 121 �ORGULLO Y ESPINA (Para Pavel) Hoy veintiséis locos perdonan la noche donde cargan lo suyo. Hoy encuentro en códices cuantos mundos merece el que soñó vigor remoto y se espiga en orgullo y espina. Hoy veintiséis crucial no tengo y doy felicidad. 122 �ALEJANDRO (A un pequeñín de dos años) Esta noche entre un gato y un ratón ha llegado libre y juguetón para que la ternura limpie los minutos y bendiga la ocasión. 123 �PESADILLA Es medianoche, es luna obscena y llama el Viajero. Vuela disfrazando pesimismo bajo aullidos fluorescentes, al Unicornio grita "drúmete" y sus barbas amenazan desde el Miedo... Despierto. Sonríe Lennon, canta al infierno. Con la tempestad necesaria llegan caza-fantasmas, beben en la boda y ríe mi Mujer. Soy el Tiempo. 124 �NECESIDAD Y DESPEDIDA Son momentos de alarma amigos del viejo Pueblo, esperan metecas maldades muerte en mi golpe de Paz. Rutina de la necesidad, fucilazo de la época. Para ti Mujer, crisol de lo predicho busca en la arena y en el mar consuelo, en la imagen del principio, tu tristeza, la salida que cuando sea la calma fundiré un Eros gigantesco sin falacias, con Deseos. 125 �PARA CORONARTE Tienes lisa la piel cual una gota de miel y tan oscuro el cabello como una noche de enero. Tienes ojos insolentes para arrastrar a la gente y en tu boca se hace azote la sonrisa de un zapote. En fin, Ariadna querida solo te falta en la vida darle amor a tu cabeza para verte en la realeza. 126 �PASO AL LÍMITE Si para cualquier amplitud del problema planteado, un ámbito encuentras que enmarque tu decisión resolutoria y justa entonces podrás decir que has dado un paso al límite. 127 �AMBICIÓN Alcanzar el cielo es frase de televisión. Quiero alcanzar la tierra, ser suma de sensaciones de vida y ambición, ser en colores y ser un halcón. 128 �ROBERTO CON TRES AÑOS Érase una vez un trío que decidió ser cuarteto y Alejandro dijo con tino ¡el nuevo será Roberto! Hoja y lápiz siempre pide para monstruos y caballos ó en el computador mide su pericia con un Rayo. Sueña hijo, crece sano llegue todo año feliz que mamá, papá y hermano cuidan insomnes de ti. 129 �FÁBULA Para los Hijos. Un mono en algún camino encontró un caballo bayo que pateaba sin desmayo a su incorpóreo enemigo. Espera estimado alano piensa en lo que te digo: no gastes tu vida en vano que te lo dice un amigo. 130 �HALLAR LA GLORIA Probó la naturaleza y corre al infinito. La ciencia fue sierva de los sueños. La mujer extravió a la familia. El hombre conoció la inmediata muerte. La verdad se esconde mentirosa. Y en verdad os digo que desde la calma leo los pasos y sospecho un capricho. 131 �VALOR Y MIEDO El valor lo recogí cuando alguien lo olvidó en la calle de los rumores y esta vieja silla la soñé durante veinte años por cada semana santa. El miedo y la ternura me crecieron en el cuerpo y en el no cuerpo. Como ves estoy alegre cuando tomas mi ternura pero esta silla la necesito para vivir con valor y con miedo. 132 �TRISTE DESTINO COMÚN La innata guerra omnipresente y los falsos discursos redundados inexorables los congregan arrastrados o seducidos, sombras tristes sin dinero tras sus ídolos eternos. 133 �LO QUE VALE DECIR Impublicables son tus manos blandas tus pies rosados tu pecho impío tu sonrisa mentirosa tu cómoda necesidad la fantasía de tu historia el oprobio de tu castidad tu pobre suficiencia y la justificación. ¡Qué ruede tu cúspide sobre la vida! Publicable será el Sonido Hueco y el Tajo. 134 �AUTOBIOGRAFÍO Corro como lobo mozo. Toro rojo. Loco mono. Lomo roto: lloro poco, tono cojo: bogo solo. Toco todo, noto gnomos, domo dogos, dono gozos. 135 �LOS DIOSES CIEGOS Estos historiados años recé, exigí y esperé que un Dios magnánimo premiara mis perfecciones justicieras y amorosas pero los dioses están ciegos. Sordos duermen su silencio sobre la trivial esperanza de quienes reverencian ángeles mágicos y acaudalados hermanos. 136 �EL RÍO, LA CAYUCA Y EL HOMBRE Homenaje a Emilio Lobaina Noa I Solo que te conozcan leal Emilio Lobaina Noa dueño de único pantalón, sombrero, camisa estoica, magros hijos, gran esposa y pecho para tanto corazón. III Hoy no te veré si llamo Emilio de Cañabravas y tetíes desconocidos, cuentacuentos maratónico; pagador de promesas ajenas. II Gallero alejado del ruedo Ayer si busco te veré por recio y raído cordel, con tus Sanchos imberbes, ya entristece nunca verte séquito mestizo de sol fino en tu basta cayuca airosa plena de aparejos y mañas. Rocinante de moluscos que la realidad aprehende en los remolinos verdes que sugiere cada afluente. Si pregunto te sabré remero de la esperanza, de cada puente el ancestro que negocia con el agua. brindar cacao y café. Pero al fondo marcharon los reclamos y el recelo; jamás volverás balsero a ser Quijote del Toa. IV Mañana estarás leído sudando una risa larga por cada poro y arruga mientras desde las sombras regalas consejos y vados a tortugas… y humanos. 137 �OLVIDADO Olvidas intrascendentes y las glorias de tarados nunca tuviste accidentes ni mujer o algún hermano. No recuerdas al hiriente ó al que te juraba en vano, atrás quedaron videntes y quien te niega la mano. Ya no existe mucha gente en ese camino llano solo un viejo negligente suplicando su pasado. 138 �EL ESPEJO Hay un enemigo secreto que acecha toda la vida. Hay un enemigo plateado que destroza las mentiras. Hay un enemigo inhumano que en silencio me lastima. Hay un enemigo que amo pero nunca se lo digas. 139 �BRINDIS AL QUE SE VA El tiempo es lanza desnuda en el puño de la juventud omnipotente. ¡Ah Pablo! Tan largo el olvido, tan corto el camino. ¡Venid Todos! ¡Amémonos Mujer! ¡Brindemos Amigos! 140 �FUERA DEL CORO Tengo tanta sed y no quiero sentir encerrado en el lodo. Tengo tanto dolor y prohíbo gemir si me sobra el decoro. Tengo tanto pudor que aún puedo vivir sin estar en el coro. 141 �LA NOCHE DEL POETA MEDIOCRE El precio de un verso es la caprichosa vigilia silenciosa y fría aunque la experiencia presagia discursos de arena y céfiro. En la mañana queda un soneto inconcluso pero la deuda trae grises poemas en su mano y me ofrece insegura el umbral de su reino. Con sobrios parabienes Oberón y Puck parten pálidos y esperanzados ante esta singular pesadilla de una noche de verano. 142 �LA OTRA VIDA Disfruta los triunfos y olvida los fracasos, pero sobre todo disfruta cada paso. Transcurre esta vida puntual y quedamente encarece los preciados apetitos, negociables si te atreves. Ocurre esta vida incierta y fugazmente satisface los azorados anhelos, luminosos y tan breves. Se agota esta vida irreal y escasamente florece. Lo bueno perdura poco mientras lo malo se pierde. Pero… existe otra vida inquieta y eternamente te ofrece gozar detalles escondidos entre dudas y suertes. 143 �TRASCENDENCIA Solitario despide años y descarga en problemas actuales las mentiras pospuestas. Su paso escruta huellas en copas bebidas al amanecer o en sábados eróticos donde regula olvidos necesarios, y candor. Canta su melancolía y manchas cercanas a medrosos toman acónito en tertulias raras. Todas las evocaciones intensas guardan importancias ubicuas en mis buhardillas y la fantasía descubre la sinfonía del tiempo en solos de este figle trascendente y sin orquesta. 144 �REGRESO Ya parto infinito el cuerpo envuelto en coraza de aluminio y viento. A mis ojos llegan pensamientos húmedos por risas blancas encadenadas al tiempo, por besos azules de bocas y calles, por amores rojos de criollas y rones, por tierras verdes de la patria gigante. Cuba: Ritmo de cultura y gente, música de sol y cielo. ¡Hoy regreso! 145 �TENTAR ENTRAR Tentar entrar y crujen voluptuosas puertas antes de mostrar desde antaño las sombras festejadas y murmullos que caen del desconchado hasta el polvo. Tentar Entrar con manchas y días pícaros como los sueños de la tarde recuerdan inicios de Baracoa al traspatio de los juegos o con pedazos del castigo en carro tirado por Beatles y fama al contumaz amigo por un amor de papel del Quijote del Toa. y respirar tradiciones mientras mamá las traduce Tal vez ayude mirar la cara y las piernas de Olivia en mitos y principios para conquistar años. si encuentro la ventana y alcanza la vida. Tentar entrar por la puerta apócrifa acortando pantalones largos y volver a casa. Y atrás. 146 �MODO ANTIGUO DE AYUDAR I Hoy es de pensar volar audaz la era anodino Salieri, confesor de mediocres fatuo en su lugar. II Cómo no llamar al que laxo espera III marcesible y lineal, No basta llorar ambición de mediocre la corta escalera dispuesto a la paz. hacia famas y alturas, mediocre creo mediocres con las calmas del mar. IV Serás por andar en tu terca quimera demente en todo inicio, líder entre mediocres en la obra y el azar. 147 �HISTORIA Dijo Dadirucso: Tengo mi dios, quiérele y obedece a su hijo. Tengo dineros, admírale y busca en él asilo. Tengo la espada, témele y póstrate ante su filo. Contesto Dadiralc: Tengo un mundo, búscale la verdad es su camino. Tengo trabajo, conócele te dio oro y a mi trigo. Tengo justicia, lávate y sé hoy su amigo. Luego lucharon hasta el Final. Dadiralc lo contó a su hijo Ateop y surgió la Historia. 148 �ERRORES En sus conchas coloreadas de espanto los errores son triángulos viajando hasta hoy desde el pasado. Siempre sorprenden en sus nichos vértices que signan ansiedades: Desconocimiento Negligencia Intención Ah, mercachifles, zorras y mendigos, tontos, esclavos y borrachos, infieles, castrados y enemigos: ¡Cuidaos todos de equiláteros errores! envueltos en aromas, dignidades y opresiones, discursos, sexo, ciencias, vicios, flores, hambre,... Cuidaos si envueltos llegan en Amor y Sangre. 149 �¿PARA QUÉ NEGARLO? A mis colegas científicos, 07/09/1999 Guardas para nadie el terror del pasado, un onanismo tardío y un enemigo olvidado. Tu pequeña gloria en venta muestra sin dorados el valor de tus sueños: eres listo, fuerte, tierno y las diosas te visitaron. Ayer sospechaste y coloreas hallazgos, gastas un largo día en tus pasos humanos y parece que mueres en tu Caja de Barro... En instantes, el Milagro y escribes tu hado. Lo sé, ¿para qué negarlo? Ya me ha pasado. 150 �NO SÉ SI LLEGARÉ No sé si llegaré en este insomnio infinito si no tengo respuestas si no sé por qué vivo. No sé si llegaré cuando toquen la flauta y a los tontos exijan justificación a sus causas. No sé si llegaré mendigando lo mío por suerte no llega al corazón este frío. Si sé que llegaré cuando encuentre muy dentro un rostro sin censura y lo ponga en el centro. 151 �IDENTIDAD (10/12/1999) No fui desengaño, ni el ron que bebimos; no soy meta o inocencia tampoco rico. Tengo en mí consejos desoídos la fidelidad de mi Dios personal, algunos huesos rotos, sueños obscenos y la dulce semilla de los Duendes de la Risa. Declaro ser el amoroso y diminuto personaje de la historia que he inventado cuando ustedes todos, me permitieron ser. 152 �ALÓ DIOS, HABLA UN HOMBRE. No amanece en este día que nombraste Asombroso y conoces el muestrario de mis problemas diarios. Dime Dios, por favor: ¿El dolor es necesario? En dinámica armonía llenaste todo de gloria y duermes en tu barrio cuando el mío es un calvario. Por favor, dime Dios: ¿Es ser pobre necesario? Si olvidas tus promesas y lo que signa mi existencia o si en parte te he inventado para llenar las iglesias. Dime Dios, con amor: ¿Mi fracaso es necesario? 153 �SOLES GIGANTES Y SOLES PEQUEÑOS 10 de diciembre de 1996 Desde la Gran Explosión llega este día a su cita con Edward Murphy y sus guías al futuro. Un Capitán de fantasmas recorre la Física y a los hombres recuerda que tenía otros fines. En mil novecientos cuarenta y ocho Titanes acunaron los derechos prístinos. Ocho años después brunos rebeldes integraron astil de troncos cósmicos. Ese día irrumpieron al azaroso porvenir más de siete mil ochocientos como yo y no sé cuántos nacieron en la Tierra. Tres años antes llegó un Arquímedes que siembra nubes y afectos con fruición cual advertencia ciclópea a la soledad. Y aunque todo el tiempo la Gravedad engendra estrellas en la necesidad de todos, nunca renuncio a la lucha atávica que nos transforma en leyendas porque sin linajes ni causas notables me amparan las dos verdades, gusto lo que vivo amado por los impuros del Walhalla, soy inmanente al vetusto Sagitario y creo en esfuerzos. 154 �NEGATIVO (31/12/1994) Donde mañana es ayer solo queda magia negra y en el sol te desvaneces. Porque olvidaste aprender la ciudad se desintegra y tu vida desfallece. Cuando ignoraste saber la cruel soledad alegra y sin lástima pereces. Quien solo juega a perder el alma en silencio medra y un infierno se merece. 155 �BLACK HOLD (Dedicado a Arquímedes R. C., físico) Cuando al entrar repares en tu invisible pequeñez temerás al poder de tanta energía y su inabarcable movimiento. Cuando obtengas de la luz espirales de amor y ciencia comprenderás la armonía del Espacio-Tiempo, de la Causa-Efecto, y escondido entre segundos integrarás ayer y mañana en ahoras no euclidianos. Cuando intuyas la salida en los cobres de Tucán serás Proteo y Oyarsa donde la Rojiza danza a los inmortales y a la Libertad. 156 �TRICOTOMÍA Como un rayo staccato que perfora agujas de pino llega, a veces evolucionaria, la tricotomía de la realidad. Los Plepas póstranse abúlicos bajo la antorcha carismática en tanto una idea angulosa aplasta la libertad. Los Sorces por siempre roban la fórmula de los sueños y recorren falibles huidas en apuestas de alto riesgo. El resto: Cíclopes; nutren su estatura en la capacidad de luchar. Hasta antes eran pocos, los conozco. 157 �CUANDO SE ACABA EL TIEMPO, ASÍ ME VES. Dedicado a colegas mayores de 50 años. I Con una taza de café amargo bajo un rostro marfil y sin pecas, una duda en la mano derecha y un temblor es el cuerpo asombrado bajo la lluvia eterna que confina en este pueblo sin esquinas... Así me ves. II Por viejos planes preguntas y, como otras veces, miento. ¿Cómo explicar que envejezco y se me acaba el tiempo? Envidio las luces peregrinas. ¿Pero cómo evitar lo que siento si no corro con los riesgos? Así me ves... 158 �RUPTURA Tan inevitable como objetivo cuando te arrancas de ti mismo no es fumar escondido ó sufrir cual un abstemio porque están a cada paso y en todo lo bohemio donde pernocto limpio - vivo pero al volver descalzo debo haber partido... Vienen seis de Siete Potencias desde el próximo siglo los dioses reencarnados y el nuevo yo [de regalo] es inverso, vertical y piensa, como corresponde, suavemente, en los mitos vencidos. Es ruptura. Es abismo. 159 �CUANDO DESPIERTA MI TERRUÑO. Cuando despierta mi terruño un perro ladra deseos en su rock adoquinado; el gato ofrece cotorras, sones o vientos y barcos a quienes no creen en el patio. Cuando despierta mi terruño un gallo negro en el atrio pregona su virtud sexual a los huevos guisados. Doctas vacas explain in detail fórmulas de leches milagrosas en su congreso de establo. Cuando despierta mi terruño con cuerdas niqueladas y turistas una araña cose las heridas en la camisa y piel del Centauro; tres grillos molestan con sonetos que venden Padrenuestros tropicales y magias de Santos por encargo. Cuando despierta mi terruño solo un pez alcohólico aspira a un suicidio romano pero no encuentra las venas y el bolero adecuado. Cuando despierta mi terruño sin nombre un joven pájaro da masajes, chocolates y fresas, a un cerdo importado brillando su rabo de oro en el fango. Cuando despierta mi terruño esta mañana de bolsas vacías ingreso en legítimos sueños y sobre el olor a freza real las abejas dan los Buenos Días a los Besos Dormidos. Tantos nudos atados cuando despierta mi terruño en mis puños cerrados. 160 �GUERRAS PERSONALES Ensoñaciones Praxis Paz, vino de mis esbozos llegas seca y sin acoso, justos liban tus secretos donde importa un beso. Hoy en tu desierto ritual has quebrado la paz. Amor, istmo misionero no da treguas prisionero crea versos en mi aliento con adioses que presiento. Hoy de mis brazos, luchar de mis ojos, ganar. Odio, cima del libelo virtuosismo del veneno cruel puñal a los encuentros y un himno cuando has muerto. Hoy de las exequias, la Paz. Amor y Odio. Ganar. 161 �LOS MALOS DUERMEN BIEN Warai yatsu hodo yoku nemuru Akira Kurosawa (1960) Si combates al más fuerte juras la paz y la Parca al alba obsequia su muerte. Si juegas contra la suerte juras pagar y las cartas sellará tu vil alcahuete. Si ansías mujer decente juras altar y en tu farsa dejarás la voz que miente. Si la Ley te da grilletes al Norte sonsacas causas y fugaz vas al Oeste. Si quieren Moiras tenerte en el Sur negocias pausas y oculto viajas al Este. Si prosigues inclemente la indulgencia llega rauda y la Gloria es inmanente. 162 �EXISTENCIAL Desde nada y hacia nada o hacia todo y solo ser desde minutos amados alguien obligado vino al dardo y a la incertidumbre pero distinto a las hojas infinitos los vientos en las dudas sangre roja y en la brújula un beso en este viaje al signo entre dados traviesos algunas huellas escribo por si acaso regreso. 163 �ROCK PARA LA TERCERA EDAD Abraza las causas que amas aunque no luzcan sinceras rompe tu vida con garra y combate sin fronteras. Cuando avisten sus vitrales lo ascenderán a la escena. solo sueños viscerales rockean duros en la arena. Dota infinitos finales con tigre y locura nueva copula ardientes rivales y renuncia a tus cadenas. Gladiador y su guitarra tras la egotista bandera copas y sexo en la barra Satisfaction lo libera. 164 �JUEGO BAJO PROTESTA Sospecho que este multiverso es uno de esos campos supra-dimensionales y multi-conexos donde experimentan y divierten nuestros inaccesibles creadores a quienes bautizamos Dioses. Sospecho que su existencia transcurre venturosamente en un mundo de cuerdas y branas donde un quantum de éxito convierte la energía etérea en materia para el Cielo. Sospecho el libre albedrío pero los Amos del Tiempo nos ataron a esta Física de postulados e incertidumbres y mi cerebro, limitado y medio ciego, se lastra con humanos sentimientos. Eso lo atesoro… y protesto el Juego. 165 �YURY Y LENY Yury mezcla grava y arena mientras duda del rosado, Leny escribe su quimera y le gusta el verde pálido. Yury ama su piel morena y canta libre un enfado, Leny comparte la verbena y te da ese abrazo cálido. Yury nunca escoge a cualquiera y olvida momentos malos, Leny dibuja las fronteras entre vaginas y falos. Hoy el clan ya no vulnera sus privilegios humanos y en la barriada minera es usual unir sus manos. 166 �CATARSIS PARA POSIBLES PERDEDORES Naces algún día vano de anónimo calendario y te sigue eternamente la tristeza de un osario. De tercas bolsas vacías escuchas sombrío el eco y cruenta la vil miseria siempre reduce la vida. Rehén de pueblucho exhausto huérfanos mapa y estrella te sorprende todo el tiempo el atajo al vado muerto. Mal juzgando a los aplausos cruel la burla testifica y mil sombras generosas te resguardan del cadalso. Gastado tu cuerpo frágil impotente en tanto lance y te asustan los eventos de este viaje sin regreso. Pero nunca rindas tu esencia porque el Amor es guerrero, plaza, linaje, familia, absoluto amigo y triunfo. Es catarsis, es tu hado. 167 �DESDE LA PARED A LA ESPADA El pasado es la pared inmortal donde se esculpen las decisiones tomadas y las consecuencias. Es el libro de los errores, de fracasos y laurel uncidos, corto acertijo, a veces largo; runa de paso al indicio claro. El futuro es la espada prolífica que intimida desde todo error posible a cada ruta del hado. Es el libro de las ilusiones En cada minúsculo presente y también planea venturas los conflictos adoptados tal vez un simple abrazo invitarán a la nueva elección o para nunca el ocaso. desde la pared a la espada. Jergas de angustias perennes tomarán la felicidad pendiente a menos que tu añejo arco al futuro apunte el dardo. 168 �GRUPOS Y EL VIAJERO ISLEÑO A la memoria de H. G. Wells Vidas injustas y campea la muerte y un líder reúne su tropel arcano, el Grupo intuye linajes fuertes nacen y crecen los dioses humanos. Es amuleto que lleva con suerte a suntuosos rincones evocados. Tres estrategias dominan de facto natura, dinero y el don del trabajo, la táctica funde luchas y pactos chantajes, sobornos y sexo pagado. Se alimenta de aspirantes al rapto y como todos codicia reinados. En el ideal de este Viajero isleño jamás vivirán los Eloi cazados, la necesidad está en cada sueño y en el generoso amor del hermano. La sabiduría es doctrina sin dueño y los consensos lideran las manos. 169 �GORILAS En toda manada de gorilas reinan las jerarquías convenidas, las rutinas diarias del vigor animal y el alegre y estratégico sexo liderado por las hembras. Gregarios y cohesionados asumen exóticos compromisos con la felicidad de sobrevivir en ambientes decadentes sin tecnologías para primates. El viaje de los machos es veloz: niñez que no alcanza un lustro en tres un adulto de espinazo negro obstinado aspirante a macho alfa de refulgente espalda plateada. Una vida de mediar y decidir pero regresa el ancestral decreto. Un joven inicia el final necesario y el nuevo líder golpea su pecho mientras parte solo un gorila viejo. 170 �PURIFICACIÓN Hoy olvido errores antológicos y triunfos sin medallas emociones aburridas y amoríos en las playas. Hoy expío discursos antinómicos y la lujuria de mis ganas la tentación de ser Midas y las mentiras canceladas. Hoy espío secretos anecdóticos y la memoria desarmada la muchacha que me admira y la impotencia adelantada. Hoy confío en el positivismo lógico y en vacaciones pagadas en los besos de familia y en mi alma rescatada. 171 �AMIGO EMBOTELLADO El modesto barco solitario ha contado al mar embotellado de su timón remozado y sobre un capitán cansado El frágil avión entre saltos ha contado al viento embotellado de su timón calibrado y sobre alerones gastados El viejo tren hacia lo alto ha contado al ocaso embotellado de su motor reparado El sabio profesor de antaño y sobre raíles doblados. ha contado al diablo embotellado . de su amor renovado y sobre cuerpos quebrados. Tecnologías y Humanos cuentan al amigo embotellado de los sueños triunfados y sobre ocasos de ancianos. 172 �LOS DÍAS Y LA FANTASÍA DE LA NOCHE Cada mañana …el Sol lejano despierta a un humano sumido en la fracasada escoria de tanto tiempo perdido; …el Pan nuestro despierta a un cubano herido por las villanas incordias de sentimientos rendidos; …la Comunidad despierta a un hermano asido por las devotas memorias de familiares y amigos. En la jornada …un Árbitro proclama a iletrados hundidos en remolinos de euforia y tribunales prohibidos; …Imprudentes aclaman a un fulano sabido por improbadas victorias y los deslices cumplidos. Esta noche …un Noctámbulo revela a todo humano fino la verdadera historia de nuestro raro destino; …un Libertario regresa a primitivos caminos descubriendo la gloria en los puños fundidos. 173 �SONETOS CASEROS �JUSTICIA MODERNA PARA UN VIEJO PROBLEMA Rota la encontré de negro y morado triste fantasma que perdió su nido de fértiles huevos y alegre ruido, nave de sueños y nardos amados. Con la mirada contóme un pasado donde la raza perdió su latido y en tupido crepúsculo de olvido un destino le quedó encadenado. Tembló lo digno sobre cada grieta y mi mano presionó alguna tecla que resetea humanos inmaduros. Juzgué mi fallo en su confiada risa, partieron con el tiempo y con la brisa Mujer y Hombre actualizando el futuro. 174 �BIOGRAFÍA Te envidio, hombre que pasas en el amanecer hombre de un solo anhelo y una sola mujer. Canción del Transeúnte (J.A.B.) ¿Qué raro animal sin nombre ha nacido? Fue primero un ser pequeño y adusto pero nació voraz halcón robusto y como libre ciervo ha crecido. A los quince años alejó su nido: plumas brillantes y pico sin susto robó peleas y de hembras el busto dio descendencia y bastante ruido. Quiso ser perro de rica experiencia o búho sabio doctor en mil ciencias que nunca pasó de buena veleta. Aún digo, ¿cómo ser tanto y nada? Piensa, lucha, tuya es cada jornada. Un Hombre Sagital llega a su Meta. 175 �HIMNO AL AMOR Y A LA VIDA La señora Maldad fue desposada por ciego caballero de dineros usaba botas con suelas de obreros y piel rota de espaldas quemadas. En tanto dolor y cruenta jornada Blígjert creció, el valiente cerbero preparó la tumba del clan entero y encima levantó su morada. Al ataque corred explotados que la tierra contempla tus manos golpear con amor a la muerte. De los hijos escuchen las horas sin temer a los dioses que ignoran que la vida es la paz del más fuerte. 176 �ELLA A LOS 20 AÑOS Amigo, ¿me preguntas como es ella? Te contaré sobre zarcas miradas, áureas greñas, nariz aniñada; sus cejas, alas; los senos, estrellas. Su boca es de miel y todo lo sella con frases limpias y risa besada, la espalda convexa inicia jornadas de ojos que sueñan sus partes más bellas. El cuerpo sobre dos rumbos descansa entre ellos monte de loca esperanza, caricias libres de rima y dolor. Cuando suelto amarras leal avanza, lujuriosa vuela en sinuosa danza que todo lo aprueba y rinde al amor. 177 �CAOS Y ORDEN Todo cuanto existe es fruto del azar y la necesidad Demócrito Misterioso Caos apunta su arma impone las dudas, anula mi alma propone quebradas, nunca la calma y la incertidumbre acecha mi karma. El Orden misterioso apunta su arma mi credo libre refunda la casa sacia capaz la pasión de la raza, crea designios y exorciza alarmas. Citas casuales de leyes arcanas, inasibles fractales sirven y atan a un atractor convertido en nirvana. Infalible Eris regula el mañana, sus juramentos apremian y atrapan Caos y Orden en mi paz soberana. 178 �INFIDELIDAD No te obliga una creciente afinidad solo aguardas la gran oportunidad do mezclar deseos y necesidad de aventura, pasión y diversidad. No argumentas con disputa y soledad o descubres una exótica amistad no valúas tu propia realidad ni siquiera garantizas novedad. Cuando aflora ciega la infidelidad la victima flota inerme sin piedad y vive roto el que mata a su mitad. Amor con lunares a cualquier edad veta sus cruces y ofrece a su deidad vasto frenesí y breve felicidad. 179 �VIDAS Eres vida que vives y atesoras entre las vidas que pudiste ser, eres la que jamás vivió el placer en vidas de foráneas señoras. Eres vida vivida con demoras vital y alegre mi bella mujer, estás viva y vitalicio tu ayer ha decidido vivir todo ahora. Hoy convocas revividas visiones y tu vida sobrevive a elecciones vives mi vida y la vivo en tu piel. Eres credo vital y tus canciones perviven junto a miedos y pasiones para vivir esta vida y amén. 180 �PROSA PARA LAS CONCLUSIONES �LA CARRERA DE LA VIDA Sin saber de dónde venimos: nacemos bebés. Herederos por biología y filogenia de ancestros imperfectos, es decir: humanos. Crecemos en cuerpo y espíritu y el espejo nos refleja consecutivamente: niños, adolescentes, púberes y adultos. Mientras, este amigo-enemigo esconde la ingenuidad de nuestra pretensión de entenderlo todo para conquistar la realidad presente y futura. A los veinte años podemos adornar los días y noches con sexo, algunos vicios ligeros y cierta dosis de estudios y deportes. Es esencial que disfrutemos de todo pero sin adicciones, hasta que en esa madeja incomprensible de tradiciones y deberes los ascendientes cercanos nos conviertan en adultos cuando anuncien que el despropósito final de este curso es renunciar en buena medida a la familia conocida para formar una nueva, es decir: la propia. Para ello primero tendremos que adquirir un oficio o profesión y un empleo que contribuya al nuevo sostén familiar. Esta es una etapa por lo menos desagradable porque hasta ahora hemos sido mantenidos y socorridos por la familia que perdemos. Sin dudas también es un proceso traumático donde conoceremos que el éxito se basa en dos sólidos principios: saber ganar dinero y saber gastarlo. También deberemos intentar conocer la diferencia entre Sexo, Amor y Matrimonio para que en un proceso extremadamente arriesgado encontremos una pareja con suficiente sentido común para crear una familia perdurable. Después de obtener un techo propio o espacio en el de los padres, llegan tus hijos y… se repite la historia. Ahora nuestro papel es secundarlos aun cuando sientas que has fracasado o no tienes a mano un consejo útil. Cualquier día nos damos cuenta de que vivimos sesenta años y sientes la vaga satisfacción de tener menos metas por cumplir. Al mismo tiempo sientes el fastidio de los sueños irrealizados, aunque la desmemoria ayuda en estos casos. Algún tiempo después notamos que el cuerpo ya no puede concretar las ganas, pero por suerte también estas disminuyen. En esa época empezamos a olvidar lo 181 �más reciente y es cuando todos creen que mentimos cuando lo cierto es reinventamos cada día el capítulo extraviado de alguna historia. En el ocaso aumenta la frecuencia de las pérdidas de familiares y los achaques letales y si tienes suerte estos últimos serán pocos y casi crónicos. También aumentará la negación y las esperanzas, pero no te engañes, ya solo te queda una salida genial: morirte con dignidad; en otras palabras: sin molestar a los demás. Coño, y casi se me olvida: Nos vamos de este mundo sin conocer el destino. 182 �LA FELICIDAD DE LOS HUMANOS Los humanos no somos felices y en algún momento debemos recomenzar. Mi reflexiva propuesta es que el Primer Postulado de la nueva felicidad humana sea reconocer que no hay vida eterna y que el propósito de la existencia humana es cerrar satisfactoriamente el Ciclo Humano: nacer, crecer, desarrollarse, vivir plenamente y morir. Preciso e insisto en que vivir plenamente es satisfacer todos los humanos deseos conscientes e inconscientes de nuestros sentidos y espíritu bajo el Principio Justo de que la propia felicidad nunca podrá ser causa de alguna infelicidad ajena. En caso de discrepancia entre grupos o individuos que aspiran a la misma felicidad, o cuando alguna puede ser la causa de la infelicidad de otros, un Consejo Aleatorio de felices sabios humanos aplicará la Regla de los Conflictos para decidir por Consenso Público la mejor manera de que todos tengan la mayor oportunidad de ser felices satisfaciendo el Principio Justo. Todos seremos más felices en la medida en que dejemos una huella de Amor y Sabiduría. El Amor es intrínseco a los humanos y también el Odio; el Segundo Postulado indicará la tarea silenciosa y pertinaz de todos los humanos de lograr que en necesaria convivencia el Amor prevalezca sobre el Odio para que nunca resurjan antagonismos irresolubles. Es esencial comprender y aceptar que cada humano por naturaleza siente lujuria, pereza, gula, ira, envidia avaricia, orgullo, etc. y a veces pierde la cordura; estoy seguro de que por sí mismos estos sentimientos no son vicios, pero son causas comunes de la infelicidad propia o ajena; es por tanto necesario un Corolario del Segundo Postulado: Todos los humanos conscientemente deben evitar que sus sentimientos y acciones causen infelicidad. El Principio de las Consecuencias establecerá que sin violar el Principio Justo cada infelicidad provocada será reparada con la misma cantidad de felicidad. Si un humano comete dos reincidencias, se aplicará la Regla de los Conflictos para decidir si la conciencia-alma del culpable es intervenida mediante tratamientos de Meditación, Olvido y, como último recurso, Recarga. 183 �Siendo la Sabiduría la conjunción maravillosa del conocimiento, el sentido común y la experiencia exitosa, el Tercer Postulado nos confirma que la Sabiduría es el instrumento principal en el infinito proceso de Tomar Decisiones. En ese progreso como Método deberá prevalecer el Consenso Público bajo la Regla del Equilibrio Decisional que se resume: la sabiduría individual nunca estará por encima de la sabiduría colectiva pero esta última nunca podrá ignorar a la primera. El Cuarto Postulado expresa que toda la sociedad debe estar administrada bajo el Tercer Postulado por sus representantes más capaces para cada tema. Bajo la Regla del Equilibrio Ambiental cuyo contenido es la necesidad de mantener el balance socio-económico presente y futuro, el Principio de la Motivación expresa que la administración social y otras tareas generadoras de riqueza material y espiritual, serán vistas y constituidas como medios idóneos para dar felicidad a uno mismo y a los demás. El Principio de la Motivación estará por encima de otros excepto el Principio Justo. Todavía no podemos ser felices y sigo reflexionando sobre el Quinto Postulado (también sobre sus reglas y principios) dirigido a minimizar la estupidez humana, para lograr que los descendientes de los humanos sean totalmente felices. 184 �LA ESTUPIDEZ HUMANA Hablar acerca de la estupidez humana puede parecer algo trivial y una pérdida de tiempo. Sin embargo, en lo que sigue argumentaré por qué es suicida desconocer la importancia que para la humanidad ha tenido, tiene y tendrá la presencia de estúpidos. Como es lógico lo primero que debe esclarecerse es: ¿Cuándo un ser humando debe ser considerado estúpido? En el contexto de la lengua española se reconoce a un estúpido como alguien idiota, necio, falto de inteligencia, tonto, etc. En la lengua inglesa ser stupid es ser unintelligent, silly, idiot, fool, mindless, witless, etc.; estos son obviamente ejercicios de sinonimia para definir un concepto que usualmente no se explica con el rigor que exige la época y la gravedad del asunto. En la dirección correcta, un esfuerzo importante es el del italiano Carlos Cipolla que nos dice en su ensayo Las leyes fundamentales de la estupidez humana (1976) que: “Una persona es estúpida si [con sus acciones] causa daño a otras personas o grupo de personas sin obtener ella ganancia personal alguna, o, incluso peor, provocándose daño a sí misma en el proceso”. ¿Puede diferenciarse un estúpido de un malvado? Generalmente el estúpido se deleita con la intención bondadosa de sus acciones dañinas; el malvado no se perjudica a sí mismo y disfruta la contravención y el daño a los demás. Para reconocerlos se puede intentar enfrentarlos a las consecuencias de sus actos. Debe advertirse que a los malvados se les aplica con cierto éxito el código penal mientras que en el caso de los estúpidos el éxito es menor. El historiador y economista Cipolla también asegura en su ensayo citado que: 1. Una persona estúpida es el tipo de persona más peligrosa que puede existir. 2. La probabilidad de que una persona dada sea estúpida es independiente de cualquier otra característica propia de dicha persona. 3. Siempre e inevitablemente cualquiera de nosotros subestima el número de individuos estúpidos en circulación. 185 �4. Las personas no-estúpidas siempre subestiman el potencial dañino de la gente estúpida; constantemente olvidan que en cualquier momento, en cualquier lugar y en cualquier circunstancia, asociarse con individuos estúpidos constituye invariablemente un error costoso. Puede parecer exagerado que este autor dedicase tanto esfuerzo intelectual sobre el tema pero no es el único ser humano inteligente que ha sido iluminado sobre el peligro que sin dudas nos garantiza la convivencia con estúpidos. El alemán Johann Wolfgang von Goethe en 1774 escribió en boca de un personaje ficticio: «Los malentendidos y la negligencia crean más confusión en el mundo que el engaño y la maldad. De todos modos, estos dos últimos son mucho menos frecuentes». También en el Siglo XVIII Johann Christoph Friedrich Schiller escribió: «Contra la estupidez, los propios dioses luchan en vano». En 1941 Robert A. Heinlein escribió: «Has atribuido a la villanía condiciones que resultan simplemente de la estupidez». Robert J. Hanlon en 1980 condensó esa frase en el conocido principio: «Nunca le atribuyas a la maldad lo que puede ser explicado por la estupidez». El conocidísimo físico Albert Einstein también comentó al respecto: «Sólo hay dos cosas infinitas; la estupidez humana y el universo. Y no estoy muy seguro acerca de lo último». Argumentada entonces la importancia y urgencia de encontrar solución al problema de la estupidez humana, deseo contribuir con mis respuestas para algunas preguntas esenciales. ¿Cuáles son las fuentes que alimentan a la estupidez? La estupidez es una condición humana que se alimenta de la superstición, el dogmatismo, el fanatismo, la irracionalidad, el odio, los malentendidos, negligencias, las indecisiones, la laxitud, el miedo, el exceso de optimismo, las mentiras, el desconocimiento, el olvido, la futilidad, el fetichismo, la embriaguez, los prejuicios, etc. para finalmente convertirse en una de las tías buenas de los siete pecados capitales. ¿Cuáles son las características principales del desarrollo de la estupidez? 186 � Todo ser humano puede estupidizarse si trabaja suficientemente de modo estúpido. El proceso es más efectivo si se acompaña de otros estúpidos especialmente en la familia.  Generalmente la estupidización es un proceso más ontogénico que filogénico. O sea, asumo que nadie nace estúpido aunque pueden heredarse ciertas aptitudes.  El grado de estupidez de un individuo podrá medirse cuando se invente el estupidómetro, instrumento que indiscutiblemente tendrá una escala desde cero hasta infinito. ¿Cuáles son las relaciones principales entre los estúpidos y el resto de la sociedad? Todo estúpido debe ser identificado como tal y clasificado según su nivel de estupidez porque:  Su trabajo debe ser exhaustivamente controlado todo el tiempo con fines educativos y preventivos que faciliten evitar los indudables súper-daños que causará al medio ambiente y la propagación de esa condición.  El daño que puede causar crece exponencialmente en base a su nivel decisor.  El comportamiento correcto de un grupo humano es inversamente proporcional a la estupidez de sus miembros.  En condiciones extremas, es más probable que alguien estúpido lidere el comportamiento estúpido de un grupo humano, a que alguien no-estúpido logre lo contrario. ¿Hay cura para la estupidez?  Aunque siempre debe intentarlo, hay poca expectativa de que un adulto estúpido ni siquiera consiga ser medio-estúpido. Hay más esperanza para los adolescentes estúpidos si se trabaja implacablemente todo el tiempo.  Los estúpidos que no reconocen su condición son definitivamente incurables. Un espejo y revisar sus propias historias son buenos remedios para auto-reconocer la estupidez. 187 �Como aseveración final considero oportuno insistir en que los seres humanos no nacemos para ser estúpidos. Trabajemos conscientemente en ello y recuerden: esta es una guerra mundial. 188 �LA HORA DEL BALANCE El susurro de mi Dios personal, insiste en que ya los sueños han sido soñados y, en ocasiones, vividos. Reclama la Hora del Balance. Este, mi sino, está marcado por el determinismo familiar que bajo coordenadas geográficas, culturales y económicas específicas me convirtieron en un pueblerino pobre quien cada 6 de enero esperó inútilmente a los Reyes Magos durante 14 años. La secuela ha sido suponer que mis realidades siempre debían ser inferiores a mis sueños. Como consecuencia he aceptado con alguna naturalidad la cuasi-pobreza crónica aún padecida. Tras 12 lustros confieso ser un humano egoísta en la medida en que ha sido necesario. Agravié conscientemente a varios de mis semejantes en casi toda empresa emprendida, sin embargo, me abruma el hecho de que el balance personal de las consecuencias de mis actos es positivo; es por ello que me confieso culpable pero no me arrepiento. Durante toda mi vida he conocido un especial y no tan raro espécimen humano con talentos y genialidades que no solicitaron y cuyo destino es muchas veces el fracaso. En ocasiones nacen en entornos donde la cultura y las oportunidades ya dejaron de ser excepciones, y además de frecuentes dones físicos e intelectuales también heredan riquezas materiales que solo valoran cuando las pierden. No se trata de sana envidia que con ingenua razón pudiera sentir, se trata de Justicia porque mientras me preparo para el Final, estoy seguro: la Balanza Divina está jodida. 189 �ADIVINA ADIVINADOR Nace y muere repentinamente sin edad o género. Es grande, mediano y pequeño; liviano y pesado; cargado y vacío; explosivo y calmado; equilibrio y desbalance; egoísta y generoso; ingrato y amable; desdeñoso y apreciativo; indiferente y solidario; codicioso y desprendido; quebradizo y compacto; peligroso e inofensivo; destructivo y constructor; idealista y realista; perjudicial y útil; primitivo y moderno; simple y complejo; efímero y eterno; cuantitativo y cualitativo; reductivo, transductivo, inductivo, deductivo y abductivo. Ciego de mirada profunda; sordo derribado por versos; mudo de verbo loco y cuerdo; crédulo y celoso; estúpido y sabio; amigo y enemigo. Juega sucio y limpio. Golpea y acaricia. Nos inmoviliza o retrocedemos o avanzamos. Une y separa. Genera preocupaciones y olvidamos ansiedades. Desilusiona y dispensa esperanzas. Acarrea fricciones, choques, avenencias, suavidad y ternura. Habita en el corazón, es irracional y desdeña los hechos. Ignora el rumbo pero apunta a la felicidad aunque no siempre la consigue. A veces se trasfigura en Odio y viceversa. Adivina adivinador. Ese es el Amor. ENTREGA PROFESIONAL Ávidos de ambrosía esperan y duele no llevar más. Me lastima apreciar sus bocas pequeñas y mis manos lentas. Al frente, miradas recordarán novilunios cortos y fríos. Premonitoria, la invisible continuidad agradecerá la oportunidad de ser porque después de la cópula nacen otros verticales, con magia y sin pecado original. Transpiro y esperan entrega total. Crecer y escribo. Enseño. 190 �CONCLUSIÓN Sin saber cómo, mis pensamientos deambulaban buscando, con otros, prontas transformaciones. Al pasar veo puños en treguas amargas, circunloquios de profetas mezquinos, niebla de vidas secas y muerte larga. Y, amarradas a sonrisas de niños, manchas que lastran mi confianza. Para seguir, busqué ríos amplios y de meandros, en nebulosas lejanas y cercanas, en las secretas palabras olvidadas que quitaron antes hambre y frío y tengo confianza: para vencer romperemos el estigma de los débiles y enterraremos en olvido a los viles, desde parapetos de verbo y balas. 191 � 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 Libros 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 Paso al amor y al límite Creator An entity primarily responsible for making the resource Arístides Alejandro Legrá Lobaina Publisher An entity responsible for making the resource available Tania Bess Reyes Type The nature or genre of the resource Libro Date A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource 6/03/2019 Subject The topic of the resource poesía Description An account of the resource Poemas amorosos, filosóficos ... Format The file format, physical medium, or dimensions of the resource PDF Language A language of the resource español https://repoedum.ismm.edu.cu/files/original/e7ce3419f35cc10dff1e2ebbbfd3c145.pdf 66279ce223fbe1a6a9d0c17720d14d43 PDF Text Text �������������������������������������������������������������������������������������� 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 Libros 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 Manual del inversionista. Elementos teóricos y prácticos a tener en cuenta al momento de preparar un proyecto de inversión Creator An entity primarily responsible for making the resource Santo Rodríguez Lores Publisher An entity responsible for making the resource available Tania Bess Reyes Type The nature or genre of the resource Libro Date A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource 30 de enero de 2019 Subject The topic of the resource Economía Description An account of the resource Presenta los requerimientos metodológicos a seguir para preparar y ejecutar un proceso de inversión. Rights Information about rights held in and over the resource Editorial Digital Universitaria Moa Format The file format, physical medium, or dimensions of the resource PDF Language A language of the resource Español https://repoedum.ismm.edu.cu/files/original/4a465850cde7cac8767c6df06055a5ce.pdf 0be7b90b49c750a73a55132ba1160f0e PDF Text Text FOLLETO Tareas docentes de Microbiología y Parasitología Médicas para los estudiantes de 2do año de Medicina Dra. Yaidelis Alba Bernier Dra. Hilda Aguirre Bonne Dr. Nordis Rodríguez Monge Dra. Caridad Núñez Gaínza [Escriba aquí] �Tareas docentes de Microbiología y Parasitología Médicas para los estudiantes de 2do año de Medicina Dra. Yaidelis Alba Bernier Dra. Hilda Aguirre Bonne Dr. Nordis Rodríguez Monge Dra. Caridad Núñez Gaínza �Página legal Título de la obra. Tareas docentes de Microbiología y Parasitología Médicas para los estudiantes de 2do año de Medicina. 20 pp. Editorial Digital Universitaria de Moa, año 2018 – ISBN: 978-959-16-3854-0 1. Autores: Dra. Yaidelis Alba Bernier Dra. Hilda Aguirre Bonne Dr. Nordis Rodríguez Monge Dra. Caridad Núñez Gaínza 2. Institución: Instituto Superior Minero Metalúrgico “Dr. Antonio Núñez Jiménez” Edición: Susana Carralero Rodríguez Institución del autor: Policlínico Docente Juan Manuel Páez Editorial Digital Universitaria de Moa, año 2018. 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-ncnd/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://ismm.edum.edu.cu �Tabla de Contenido INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................... 1 TEMA 1. INTRODUCCIÓN AL ESTÚDIO DE LA MICROBIOLOGÍA Y PARASITOLOGÍA MÉDICA .............. 2 Tema 1.1. Células procariotas y eucariotas. Microscopia. Coloraciones ........................................ 2 Tema 1.2. Fisiología microbiana. Metabolismo y nutrición. Cultivo y crecimiento ....................... 4 Tema 1.3. Genética microbiana ...................................................................................................... 6 Tema 1.4. Efectos de los agentes físicos y químicos sobre los microorganismos. Quimioterapia antimicrobiana. Resistencia bacteriana. La muestra para estudio microbiológico. Pruebas de susceptibilidad antimicrobiana in vitro ........................................................................................... 7 TEMA 2. AGRESIÓN Y RESPUESTA ....................................................................................................... 9 TEMA 3. PARASITOLOGÍA MÉDICA .................................................................................................... 10 TEMA 4. MICOLOGÍA MÉDICA ........................................................................................................... 13 TEMA 5. BACTERIOLOGÍA MÉDICA .................................................................................................... 15 TEMA 6. VIROLOGÍA MÉDICA ............................................................................................................ 17 CONCLUSIONES ................................................................................................................................. 20 BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................................................... 20 �Editorial Digital Universitaria de Moa (EDUM) INTRODUCCIÓN La Microbiología y la Parasitología médicas son las ramas de las ciencias médicas encargadas del estudio de los agentes biológicos que viven a expensas del hombre y producen enfermedades en él. La palabra microbiología deriva de las voces griegas mikros que significa pequeño; bios, vida y logos, estudio; por lo que etimológicamente en ella se estudian los organismos demasiado pequeños para ser percibidos a simple vista. La palabra parasitología proviene de las voces griegas para, que significa junto a; sito, comida y logos, o sea, que trata de los seres vivos que habitan en otro organismo viviente (hospedero) del cual obtienen su alimento. En el sentido estricto de estos términos la parasitología médica comprendería el estudio de todos los agentes biológicos que viven en el hombre y lo enferman; sin embargo, clásicamente se considera a la microbiología médica como el estudio de los virus, bacterias y hongos patógenos de los seres humanos; y a la parasitología médica como el conocimiento de los protozoos, helmintos y artrópodos que viven a expensas del hombre y le producen enfermedades. Los microorganismos tienen un enorme impacto en la vida y en la composición física y química de nuestro planeta. Son responsables de llevar a cabo ciclos de elementos químicos indispensables para la vida, tales como los ciclos del carbono, nitrógeno, azufre, hidrógeno y oxígeno; además, los microorganismos realizan más fotosíntesis que las plantas. Adicionalmente, los océanos contienen 100 millones más bacterias (13 × 1028) que las estrellas que contiene el universo conocido. La frecuencia de infecciones virales en los océanos es de aproximadamente 1 × 1023infecciones por segundo, y estas infecciones eliminan de 20 a 40 % de las células bacterianas diariamente. Se calcula que en la Tierra existen 5 × 1030 células microbianas; excluyendo a la celulosa, éstas constituyen el 90 % de la biomasa de toda la biosfera. Los seres humanos también tienen una relación estrecha con los microorganismos, que se puede evidenciar en que más del 90 % de las células en nuestros cuerpos corresponden a microbios. Las bacterias del intestino del ser humano promedio pesan sólo 1 kg y un adulto excretaría su propio peso en bacterias fecales cada año. El número de genes contenidos en la flora intestinal es 150 veces mayor que el contenido en nuestro genoma e incluso en nuestro propio genoma, 8% del DNA proviene de los vestigios de genomas virales. El desarrollo histórico de la microbiología y la parasitología médicas está unido a la necesidad del hombre por conocer las causas de las enfermedades que lo han aquejado a lo largo del tiempo. Así se han elaborado concepciones místicas, miasmáticas, contagionistas, anticontagionistas y metaxénicas para explicar la historia natural de todas ellas. Pero indudablemente lo que le dio 1 �Editorial Digital Universitaria de Moa (EDUM) mayor impulso fue la invención del microscopio a finales del siglo XVI, el descubrimiento de los primeros microorganismos en el siglo XVII y la demostración de su papel como causantes de enfermedades infecciosas en el siglo XIX. El impetuoso desarrollo científico-técnico alcanzado en estas dos ramas de las ciencias médicas en el siglo XX imposibilita siquiera bosquejarlas en sus diferentes aspectos: virológico, bacteriológico, micológico, parasitológico, inmunológico, bioquímico, químico-antibiótico terapéutico y genético, y mostrar el infinito campo de posibilidades que las mismas le ofrecen al bienestar futuro de la humanidad. El microscopio llegó a Cuba en la primera mitad del siglo XIX y en la segunda se puso al servicio de la medicina al realizarse con él investigaciones sobre la fiebre amarilla, filariasis y paludismo, principalmente. Durante el período republicano burgués (1902-1958) el entusiasmo por las investigaciones microbiológicas y parasitológicas cedió paso a una práctica más utilitaria privada de la especialidad, concentrada casi exclusivamente en La Habana, lo que no impidió que algunos científicos cubanos lograran verdadero prestigio. Con el triunfo revolucionario de 1959 y la instauración del socialismo en Cuba, se llevó la práctica bacteriológica a todo el país; se desarrollaron las investigaciones virológicas, se fundaron nuevos centros de investigaciones de perspectivas insospechadas años antes y, por último, la microbiología y la parasitología médicas cubanas rebasaron nuestras fronteras, al igual que toda la medicina cubana, para llegar a los países más necesitados del llamado Tercer Mundo. TEMA 1. INTRODUCCIÓN Y PARASITOLOGÍA MÉDICA AL ESTUDIO DE LA MICROBIOLOGÍA Tema 1.1. Células procariotas y eucariotas. Microscopia. Coloraciones Objetivos: 1. 2. 3. Identificar las funciones de los componentes de las células procariotas y eucariotas. Conocer los tipos de microscopios usados en microbiología. Describir las principales coloraciones empleadas en Microbiología y Parasitología médicas. 2 �Editorial Digital Universitaria de Moa (EDUM) Acciones a desarrollar: 1. Atendiendo a los componentes de las células, enlace las estructuras de la columna A con las funciones de la columna B. Columna A Columna B Flagelos Adhesión Membrana citoplasmática Síntesis de proteínas Ribosomas Protección osmótica Pili Transporte de eléctrones Pared celular Antifagocitaria Cápsula Resistencia medioambiental Plásmido Motilidad 2. Del siguiente esquema que se muestra de la célula bacteriana, nombre las principales estructuras señaladas. 3. Sobre la microscopia complete los espacios en blanco según corresponda. 3 �Editorial Digital Universitaria de Moa (EDUM) a) Está compuesto por una sola lente de aumento, de gran campo, que produce una imagen vertical __________________________. b) Es útil para visualizar flagelos bacterianos y bacterias espirales mal definidas ________________________________. c) Es de gran utilidad para el estudio _____________________________. d) Permite la observación y ____________________________. la de la replicación identificación del de ADN virus 4. Las coloraciones en Microbiología tienen diferentes objetivos, como demostrar los microorganismos y algunas otras células en diferentes especímenes. Responda verdadero o falso según corresponda. a) ____Las coloraciones simples se emplean para la observación del tamaño, forma y agrupación de la célula. b) ____En la coloración de Gram las bacterias teñidas de azul-violeta son llamadas Gram-positivas, y poseen grandes cantidades de ácido teicoico en sus paredes celulares. c) ____La coloración de Ziehl-Neelsen es compuesta y se utiliza para la coloración de los bacilos ácido alcohol resistente (BAAR). d) ____ En la coloración de Gram se usan cuatro reactivos diferentes: solución de cristal violeta, lugol, decolorante, safradina. Tema 1.2. Fisiología microbiana. Metabolismo y nutrición. Cultivo y crecimiento Objetivos: 1. Explicar los principios generales del metabolismo microbiano. 2. Explicar la importancia de lograr, por métodos de laboratorio, el crecimiento microbiano, para obtener cultivos puros que permitan diferenciar microorganismos. 4 �Editorial Digital Universitaria de Moa (EDUM) Acciones de desarrollar 1. Enlace la columna A y la columna B Columna A Columna B Respiración Proceso de obtención de energía por oxidación incompleta del substrato, donde los aceptores finales son compuestos orgánicos. Fermentación Se requieren en cantidades considerables pues tienen función estructural o fisiológica. Aerobio estricto Proceso metabólico generador de ATP en el que tanto compuestos orgánicos como inorgánicos sirven de donadores de electrones, y para aceptar los mismos solo los inorgánicos. Macronutrientes Microorganismo que solo se multiplica en presencia de oxigeno. 2. Sobre los medios de cultivo: Imagen tomada Brooks et al. (2011). Seleccione, de la relación que a continuación planteamientos que considere correctos. le presentamos, los ___ Se denomina cultivo al proceso de propagar los microorganismos, proporcionándoles las condiciones ambientales adecuadas. ___ Durante el crecimiento se deben regular los factores nutricionales (carbono, nitrógeno, azufre y fósforo, entre otros) y los factores físicos (pH, temperatura, oxígeno, humedad, presión hidrostática, presión osmótica y radiación). ___ Los organismos autótrofos emplean nutrientes completamente orgánicos, mientras que los heterótrofos requieren nutrientes inorgánicos. 5 �Editorial Digital Universitaria de Moa (EDUM) ___ Los tres modos principales de generar energía metabólica son: fermentación, respiración y fotosíntesis. ___ En el estudio de los microorganismos es importante tener presente dos aspectos fundamentales: el cultivo, procedimiento mediante el cual se promueve el crecimiento de los microorganismos, al brindarles las condiciones ambientales adecuadas, y el aislamiento de un organismo en cultivo puro, mediante la aplicación de técnicas de laboratorio para separarlos de las poblaciones mixtas. ___ La fase exponencial o de crecimiento logarítmico en los cultivos se produce porque existe un agotamiento de los nutrientes y una acumulación de sustancias tóxicas. ___ Para el cultivo de virus existen tres tipos básicos de cultivos celulares: los cultivosprimarios, los cultivos de líneas celulares diploides y los cultivos de líneas celulares continuas. Tema 1.3. Genética microbiana Imagen tomada Brooks et al. (2006). Objetivos: 1. Describir los procesos genéticos de los microorganismos relacionados con la capacidad patogénica. 2. Describir la relación entre la Genética microbiana y la Biotecnología. Acciones a desarrollar: 1. Mencione verdadero o falso según corresponda, atendiendo a lo estudiado sobre el tema. ___ El material genético debe de replicarse de una forma perfecta, de manera que su progenie herede todos los determinantes genéticos específicos (el genotipo) de los progenitores. ___ Los transposones son segmentos de ADN que pueden moverse de un sitio a otro de una molécula de ADN o a una molécula de diferente de ARN. 6 �Editorial Digital Universitaria de Moa (EDUM) ___ Los plásmidos no conjugativos que promueven la transferencia del cromosoma bacteriano de una bacteria donante a otra receptora, se denomina plásmido fértil. ___ Las mutaciones espontáneas en las bacterias individuales son frecuentes y ocasionan cambios en las características fenotípicas; la ocurrencia de estas mutaciones puede ser inferidas de los efectos que ellas producen. ___ La conjugación es la transferencia de material genético en ambas direcciones. Implica la unión de dos estirpes bacterianas diferenciadas sexualmente. ___ El elemento genético que dirige la propiedad hereditaria de ser donador se denomina factor o plásmido F (de fertilidad). 2. Enlace los elementos de la columna A con los correspondientes de la columna B. Columna A Columna B Replicación Producción de una proteína por un gen insertado en un nuevo organismo huésped Expresión Reproducción de una una cadena de ADN Bacteriófago Virus que infectan células procarióticas Replicón Moléculas de ADN que tiene información genética necesaria para su propia replicación copia exacta de Unión de cadenas complementarias de ADN o ARN Tema 1.4. Efectos de los agentes físicos y químicos sobre los microorganismos. Quimioterapia antimicrobiana. Resistencia bacteriana. La muestra para estudio microbiológico. Pruebas de susceptibilidad antimicrobiana in vitro Objetivos: 1. Interpretar el fundamento de las pruebas de susceptibilidad a los antimicrobianos por los métodos de mayor uso en el laboratorio. 2. Interpretar los resultados de un antibiograma por métodos de difusión y dilución de acuerdo a las categorías de susceptibilidad establecidas. 3. Describir los mecanismos de resistencia a los antimicrobianos. 4. Fundamentar el empleo de los factores físicos, químicos y biológicos que repercuten en el desarrollo de los microorganismos, a fin de favorecer la prevención y el control de las enfermedades que producen. 7 �Editorial Digital Universitaria de Moa (EDUM) 5. Explicar los fundamentos de los diferentes métodos de esterilización y desinfección que se usan en la práctica médica, con énfasis en el manejo de autoclaves. 6. Destacar las bases de la quimioterapia y su aplicación en la terapia anti infecciosa, así como los métodos de laboratorio utilizados para medir la actividad antimicrobiana in vitro. 7. Orientar la toma, conservación y transporte de las muestras para su estudio en los laboratorios de Microbiología y Parasitología médicas. Acciones a desarrollar 1. Se realiza antibiograma por método de dilución. Elabore un informe con los resultados obtenidos, donde destaques los aspectos: Antibióticos susceptibles, resistentes, intermedios. a) Elabore un comentario basado en como los interpretarias desde el punto de vista clínico y cuales antibióticos serian los más factibles de ser utilizados para el tratamiento. Resultado de antibiograma por el método de dilución Agente causal: Escherichia coli Antibiótico CMI obtenida en µg/ml Cefazolina 64 Kanamicina 2 Ciprofloxacino 16 Gentamicina 0,5 Tabla 1. Referencia para la determinación de las categorias de suceptibilidad por el método de disolución Antibiótico CMI (µg/ml) R I S Ampicilina ≥ 32 16 ≤8 Cefazolina ≥ 32 16 ≤8 Kanamicina ≥ 32 ≤ 16 Gentamicina ≥8 ≤4 Ciprofloxacino ≥4 2 ≤1 2. Se realiza antibiograma por el método de difusión (método de Bauer– Kirby): a) Compare cada uno de los valores que se ofrecen con los datos que aparecen en la tabla 2 y determine la categoría de susceptibilidad correspondiente a cada antibiótico. b) Describa como informaría e interpretaría estos resultados desde el punto de vista clínico. 8 �Editorial Digital Universitaria de Moa (EDUM) Datos del antibiograma por el método de difusión Agente causal: Proteus mirabilis Antibiótico Lectura en milímetros Ampicilina 12 Gentamicina 17 Tetraciclina 24 Ciprofloxacina 15 Tabla 2. Referencia para la determinación de las categorias de suceptibilidad por el método de disolución Antibiótico Contenido del CMI (µg/ml) disco (µg) R I S Ampicilina 10 ≤13 14 – 16 ≥ 17 Cefazolina 30 ≤14 15 – 17 ≥18 Ceftriaxone 30 ≤13 14 – 20 ≥21 Gentamicina 10 ≤12 13 – 14 ≥15 Tetraciclina 30 ≤14 15 – 18 ≥19 Cirpofloxacino 5 ≤15 16 – 20 ≥21 Cloranfenicol 30 ≤12 13 – 17 ≥18 Fosfomicina 200 ≤12 13 - 15 ≥16 3. Complete los espacios en blanco según corresponda: a) Se denomina ____________________ a todo agente que inhibe el crecimiento bacteriano, que él mismo se reanuda cuando se retira el agente. b) _________________ es todo agente químico usado para matar microorganismos sobre objetos inanimados, pero que resulta tóxico para ser aplicado directamente a los tejidos. c) Agente que mata a las bacterias, la mayoría no mata a las esporas bacterianas. Esta acción es irreversible ___________________. d) ____________________ es el proceso de destrucción o remoción de todas las formas de vida, patógenas o no, de un material o un objeto. TEMA 2. AGRESIÓN Y RESPUESTA Objetivo: Interpretar los aspectos fundamentales relacionados con la Inmunología médica aplicado a agentes biológicos, desde el punto de vista diagnóstico, prognóstico y de intervención profiláctica y terapéutica. 9 �Editorial Digital Universitaria de Moa (EDUM) 1. Enlace la columna A con su correspondiente en la columna B. Columna A Columna B Barrera hística Vacuna TT (toxoide tetánico) Inmunidad adquirida Respuesta inespecífica Inflamación Lactancia materna Inmunidad adquirida pasiva Piel Desencadena respuesta inmune Antígeno TEMA 3. PARASITOLOGÍA MÉDICA Objetivos: 1. 2. 3. 4. 5. Identificar, por sus características morfológicas, los artrópodos de importancia médica en Cuba, así como los exóticos para nuestro país. Describir las características estructurales y la clasificación de los helmintos y protozoarios de importancia médica y de mayor frecuencia en Cuba. Describir la patogenia y el ciclo biológico de los artrópodos, helmintos y protozoarios de importancia médica y de mayor frecuencia en nuestro país. Señalar los métodos básicos para el diagnóstico de laboratorio de los parásitos. Realizar las indicaciones al laboratorio de parasitología y orientar las tomas de muestras, conservación y transporte para los exámenes parasitológicos e inmunológicos más comunes en que están implicados los parásitos estudiados. Acciones a desarrollar: Imagen tomada Brooks et al. (2011). 10 �Editorial Digital Universitaria de Moa (EDUM) 1. Relacione las especies parasitarias de la columna A con los sitios del organismo donde estas causan daño de la columna B. Columna A 1. Entamoeba histolytica 2. Plasmodium falciparum 3. Giardia lamblia 4. Toxoplasma gondii Columna B a) Duodeno b) Tejido celular subcutáneo c) Sistema nervioso central, embrionario. d) Sangre e hígado e) Intestino grueso ojo y tejido 2. Al consultorio médico de la familia acude un paciente de tres años de edad, de sexo masculino, por presentar dolores abdominales tipo cólicos. La madre refiere que el niño ha perdido peso y tiene falta de apetito. El médico sospecha de una giardiasis. Al respecto responda: a) Forma infectante para el humano ________________. b) Vía de transmisión ___________________. c) Muestra biológica para su identificación ____________________. d) Enuncie cinco medidas de prevención y control de la giardiasis. 3. Identifique como verdadero (V) o falso (F) los aspectos epidemiológicos de protozoarios y helmintos de interés clínico. Justifique uno falso. ____ Giardia lamblia es un protozoario flagelado ____ La forma infectante de Strongyloides stercoralis es la larva rhabditiforme ____ La fasciolosis hepática se adquiere por la ingestión de carnes mal cocinadas. ____ La localización de la Loa loa es el tejido celular subcutáneo. ____ La forma infectante de Entamoeba hystolytica/dispar es el quiste. ____ Enterobius vermicularis se localiza en el ciego y su apéndice. ____ El huevo de Trichuris trichiura es transparente de doble contorno de una cara plana y otra convexa. ____ Necator americanus es un parásito expoliador de sangre. ____ El hospedero intermediario de la Wuchereria bancrofti es el hombre. 11 �Editorial Digital Universitaria de Moa (EDUM) 4. Seleccione con una X el helminto correcto teniendo en cuenta la característica dada. Parásito de varios metros de longitud con escólex armado: a) __ Taenia saginata b) __ Taenia solium c) __ Hymenolepis nana Geohelminto que puede producir diarreas con moco y sangre: a) __ Ascaris lumbricoides b) __ Enterobius vermicularis c) __ Trichuris trichiura Nemátodo que por migraciones erráticas produce infección del tracto genital femenino: a) __ Strongyloides stercoralis b) __ Enterobius vermicularis c) __ Ancylostoma duodenale 5. Selecciona la respuesta correcta, según corresponda, teniendo en cuenta los procedimientos para la toma, conservación y transporte de las muestras de heces para estudio parasitológicos. Para la colección de la muestra fecal se le recomendará al paciente: a) __ Utilizar frascos limpios de boca ancha, de color ámbar y con tapa de rosca. b) __ Utilizar frascos estériles de boca ancha, de color ámbar y con tapa de rosca. c) __ Utilizar frascos estériles de boca ancha, con tapa de rosca y retapa. Para preservar las muestras fecales se le recomendará al paciente: a) __ Añadir solución de hipoclorito al 2 %. b) __ Congelar las muestras a -4 °C. c) __ Añadir solución formalina del 5 % al 10 %. 12 �Editorial Digital Universitaria de Moa (EDUM) Para el transporte de parásitos adultos y proglótides al laboratorio se le recomendará al paciente: a) __ Colocarlo en un recipiente o caja. b) __ Colocarlo en un frasco con agua o formalina. c) __ Trasladarlo envuelto en papel. TEMA 4. MICOLOGÍA MÉDICA Objetivos: 1. Describir la estructura de los hongos más frecuentes en nuestro medio, destacar aquellas implicadas en su capacidad patogénica. 2. Explicar brevemente las características fisiológicas de los hongos, resaltando aquellas que les permiten producir enfermedad al hombre. 3. Explicar la patogenia de las afecciones producidas por hongos que más frecuentemente causan alteraciones de la salud en nuestro país. 4. Identificar los métodos utilizados y muestras para el estudio de los hongos. Acciones a desarrollar: 1. Las enfermedades por hongos son frecuentes en Atendiendo a lo estudiando señale la respuesta correcta. nuestro medio. a) Hongo dimorfo, patógeno verdadero, que produce micoses sistémica: ___ Histoplasma capsulatum ___ Cryptococcus neoformans ___ Candida albicans ___ Blastomyces dermatitides b) Hongo filamentoso que produce micoses cutáneas ___ Malassezia furfur ___ Epidermophytum floccosum ___ Trichophyton rubrum ___ Coccidioides immitis c) Hongo levaduriforme lipofílico produtor de pitiriasis versicolor. ___ Fonsecaea pedrosoi ___ Aspergillus fumigatus 13 �Editorial Digital Universitaria de Moa (EDUM) ___ Cryptococcus neoformans ___ Malassezia furfur d) Hongo transmitido por vectores ___ Criptococcus neoformans ___ Sporothrix schenckii ___ Histoplasma capsulatum ___ Mucor e) Métodos utilizados para el diagnóstico de laboratorio de los hongos. ___ Cultivo en agar Sabouraud ___ Examen microscópico con KOH al 10% ___ Tinción de Zielh–Neelsen ___ Examen macroscópico del crecimiento en cultivo. 2. En relación al Histoplasma capsalatum diga: a) Enfermedad que produce: ____________________ b) Vía de transmisión: ____________________ c) Hábitat natural: ____________________ d) Tipo de micosis que produce: ________________ e) Dos muestras para diagnóstico: ______________ f) Mencione un hongo que produce el mismo tipo de micosis: ______________ 3. Sobre el Criptococcus neoformans diga: a) Hábitat natural: ____________________ b) Vía de transmisión: ____________________ c) Enfermedad que produce: _________________ d) Dos formas clínicas: ___________________ e) Una muestra para el estudio: ____________________ f) Un método diagnóstico: _________________________ 14 �Editorial Digital Universitaria de Moa (EDUM) TEMA 5. BACTERIOLOGÍA MÉDICA Imagen tomada Brooks et al. (2011). Objetivos: 1. Explicar las características fisiológicas de las bacterias, en especial de aquellas que producen enfermedades al hombre. 2. Explicar la patogenia de las bacterias que más frecuentemente causan alteraciones de la salud al hombre en Cuba. 3. Señalar los métodos básicos para el diagnóstico en el laboratorio de las bacterias. Acciones a desarrollar: 1. Enlace las bacterias de la columna A con los elementos de la columna B. Columna A Columna B Streptococcus pneumoniae Agente causal de la Peste Bubónica Helicobacter pylori Bacilos Ácidos Alcohol Resistente (BAAR) Staphylococcus aureus Haemophillus influenzae Bacilo gram-negativo oportunista produtor de pigmentos (piocianina) Bacilo anaeróbio gram-positivo Yersinia pestis Diplococos lanceolados gram-positivos Pseudomonas aeruginosa Bacteria pleomórfica sin pared celular Chlamydiea psittaci Cocos gram-positivos agrupados en racimos Mycobacterium tuberculosis Mycoplasma neumoniae Bacteria cocobacilar encapsulada Bacteria que presenta cuerpo cuerpo elemental reticular y Clostridium botulitium 2. Paciente masculino de 34 años de edad, con antecedentes de presentar secreción verdosa a través de la uretra, con el antecedente epidemiológico de tener relaciones sexuales desprotegidas 15 �Editorial Digital Universitaria de Moa (EDUM) Estudio microbiológico. Examen directo: Se observan diplococos arriñonados Gram negativos. Imagen tomada Brooks et al. (2011). a) Posible diagnóstico b) Agente etiológico c) Además del examen directo otros métodos para establecer el diagnóstico. d) 3 atributos patogénicos. 3. Paciente femenino de la raza blanca que acude a cuerpo de guardia por presentar lesión purulenta en piel, que interesa al folículo piloso, acompañada de fiebre elevada. Impresión diagnóstica: Forúnculo a) Posible agente etiológico causante de dicha lesión. Imagen tomada Brooks et al. (2011). b) ¿Cómo realizaría su diagnóstico? Responda guiándose por la siguiente guía. Productos patológicos:_________ Examen directo:____________ Cultivo:_____________ a) Mencione 3 determinantes de patogenicidad que permitieron la colonización de este agente etiológico. 4. Al cuerpo de guardia del hospital Guillermo Luis Hernández Fernández Vaquero llega un paciente masculino de 37 años de edad con antecedentes de salud, refiriendo comenzó en la mañana con diarreas líquidas abundantes en 16 �Editorial Digital Universitaria de Moa (EDUM) número de 10–12, como agua de arroz, con olor fétido, que se acompaña de vómitos, decaimiento, malestar general, calambres de miembros inferiores. Al examen físico se observa paciente decaído, con pérdida de memoria, piel fría, mucosas secas, ojos hundidos, con signos clásicos de deshidratación. Atendiendo al cuadro anterior mencione: Imagen tomada Brooks et al. (2011). a. b. c. d. e. f. Agente causal Mencione dos atributos de patogenicidad de esta bacteria. Mencione uma estrutura interna de esta bacteria. Mencione una posible fuente de infección. Explique los mecanismos de defensa inespecíficos que operan contra esta bacteria. Mencione los mecanismos de esterilización y desinfección más utilizados para evitar la propagación de la enfermedad. TEMA 6. VIROLOGÍA MÉDICA Objetivos: 1. 2. 3. Señalar las principales características de los virus causantes de afecciones que inciden en el cuadro de morbilidad y mortalidad nacional. Explicar la patogenia de las afecciones producidas por virus que más frecuentemente inciden en las alteraciones de salud de nuestro ambiente. Señalar los métodos básicos para el diagnóstico de los virus en el laboratorio. Acciones a desarrollar: 1. El virus de la influenza tiene una gran importancia en los estudios médicos por las afecciones que produce a la población. De este virus responda: a) Puerta de entrada b) Una propiedad para escapar de las defensas. Explique en que consiste. c) Sitio de multiplicación d) Un método para el diagnóstico de laboratorio 17 �Editorial Digital Universitaria de Moa (EDUM) 2.-Relaciones los virus de la columna A con las propiedades de la columna B. Columna A Columna B Virus de la rabia Produce malfornaciones congénitas Herpesvirus Arbovirus Poliovirus Transmisión sexual Virus de la Influenza Penetra por vía digestiva Virus del Dengue Latencia Lesión en piel Virus respiratorio 3. El SIDA ha adquirido el carácter de epidemia mundial, la cual se ha extendido en alcance y magnitud conforme las infecciones por VIH han afectado poblaciones y regiones geográficas diferentes. En la actualidad a nivel mundial millones de personas se encuentran afectadas por el VIH. Atendiendo a lo estudiado responda: Imagen tomada Brooks et al. (2011). a) Familia a la que pertenece b) Tipo de genoma c) Forma o simetría d) Presencia de envoltura e) Célula diana f) Vía de transmisión g) Dos enfermedades oportunistas h) Explique cómo se produce la inmunodeficiencia en los pacientes con VIH–Sida. 18 �Editorial Digital Universitaria de Moa (EDUM) 4. Relacionado con las infecciones virales, seleccione con una x la respuesta correcta. a) En infecciones por Rotavirus, el producto patológico para el diagnóstico es: ___ esputo ___ orina ___ heces fecales ___ líquido sinovial. b) Presentan la propiedad de latencia: ___ Parainfluenza ___ Virus parotiditis ___ Rinovirus ___ Varicela zóster c) Son denominados Arbovirus: ___ Virus del Dengue ___ Virus de la Fiebre Amarilla ___ Poliovirus ___ Coronavirus d) Se diseminan vía hematógena secundaria: ___ Virus de la rabia ___ VIH ___ Sarampión ___ Herpes simple 4. Del virus de la rabia diga: Imagen tomada Brooks et al. (2011). 19 �Editorial Digital Universitaria de Moa (EDUM) a) Morfología de este virus b) Vía de transmisión. c) Mencione 3 manifestaciones clínicas. d) Para confirmar su diagnóstico se observan _____________________ en ___________________. CONCLUSIONES Las tareas docentes que se proponen, teniendo como base el principio de la relación teoría–práctica, permiten conducir a los estudiantes a niveles superiores del desarrollo del aprendizaje en la asignatura Microbiología y Parasitología médicas. BIBLIOGRAFÍA BecerriL, M. A. Parasitología médica. 4ta ed. México: McGraw Hill, 2014. Brooks, G. F., Jawetz, E., & Blengio Pinto, J. R. Jawetz, Melnick y Adelberg. Microbiología médica (No. 616.9041 616.9041 J3 JAWE4), 2011. Cabello, R. Microbiología y parasitología humana/Microbiology and Human Parasitology: Bases etiológicas de las enfermedades infecciosas y parasitarias/Etiological Basis of Infectious and Parasitic Diseases. Ed. Médica Panamericana, 2007. Canese, A. Manual de microbiología y parasitología médica. Asunción, Paraguay, 1983. 933 p. González, A.; Ramírez, V.; González, V.; González, G.; Acosta, J. & García, E. Características morfológicas de huella vacunal del BCG en estudiantes de medicina. Revista Habanera de Ciencias Médicas, 5(1), 2006. Jawetz, Ernest; Melnick, Joseph L.; Adelberg, Edward A. Review of medical microbiology, 1984. Llop, Alina; Valdés-Dapena, Margarita; Zuazo, J. L. Microbiología y parasitología médicas. La Habana: Editorial Ciencias Médicas, p. 31-38, 2001. Ramírez Albajés V, González Griego A, Alerm A, Vega I. Seguridad de la vacuna cubana Heberbiovac H en poblaciones de América, Europa, África, y Asia. Revista Cubana de Investigaciones Biomédicas, 19(1): 26-32, 2000. 20 � 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 Folletos 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 Tareas docentes de Microbiología y Parasitología Médicas para los estudiantes de 2do año de Medicina Creator An entity primarily responsible for making the resource Dra. Yaidelis Alba Bernier Dra. Hilda Aguirre Bonne Dr. Nordis Rodríguez Monge Dra. Caridad Núñez Gaínza Publisher An entity responsible for making the resource available Susana Carralero Rodríguez Type The nature or genre of the resource folleto Date A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource 2018 Subject The topic of the resource Microbiología y Parasitología Médicas Description An account of the resource Tareas docentes para estudiantes de 2do año de Medicina Format The file format, physical medium, or dimensions of the resource pdf Language A language of the resource español https://repoedum.ismm.edu.cu/files/original/47f28620a896c2e29ef0f296ff3d88aa.pdf ee27df84b216128ba74053b1be720412 PDF Text Text MONOGRAFIA TECNOLOGIA DE EXPLOTACION DE LOS YACIMIENTOS Dra.C. Maday Cartaya Pire Dr.C. .C. José Otaño Noguel Dr.C. Armando Cuesta Recio Dr.C. Yoandro Dieguez García �Página legal Título de la obra:Tecnología de explotación de los yacimientos, 202pp. Editorial Digital Universitaria de Moa, año.2018 -- ISBN: 1.Autor: Dra.C. Maday Cartaya Pire Dr.C. José Otaño Noguel Dr.C. Armando Cuesta Recio Dr.C. Yoandro Dieguez 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 2018 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://edum.ismm.edu.cu �TECNOLOGÍA DE EXPLOTACION DE LOS YACIMIENTOS Dra. C. Maday Cartaya Pire Dr. C. José Otaño Noguel Dr. C. Armando Cuesta Recio Dr. C. Yoandro Dieguez García �INDICE Partes Página PARTE I. INTRODUCCIÓN 4 EL DESARROLLO DE LAS MINAS Y AVANCE DE LOS 6 FRENTES DE TRABAJO. I.1. Algunos Conceptos básicos durante las etapas de explotación. 8 I.2. Principales períodos de trabajo en la minería a cielo abierto. 19 I.3. Esencia de los trabajos a cielo abierto. 31 I.4. Condiciones geológicas de los trabajos mineros. 33 I.5. Conceptos sobre los coeficientes de destape. I.6. Procesos productivos en los trabajos a cielo abierto. 47 APERTURA, PREPACIÓN Y EXPLOTACIÓN DE LOS 50 PARTE II. 42 CAMPOS DE MINAS Y NUEVOS HORIZONTES A CIELO ABIERTO. II.1. Clasificación de los sistemas de apertura en las minas a cielo 50 abierto. II.2. Elementos y parámetros de las trincheras. 51 II.3. Métodos de laboreo de trincheras. 61 II.3.1. Laboreo de trincheras con transporte ferroviario a toda su 61 profundidad. II.3.2. Laboreo de trincheras por capas con transporte ferroviario. 64 II.3.3. Laboreo de trincheras con transporte automotor a toda la 66 altura del escalón. II.3.4. Métodos de laboreo sin utilización de transporte. 69 II.4. Gráfico de organización de los trabajos de apertura y 71 preparación de nuevos horizontes. II.4.1. Apertura con trincheras sucesivas interiores. 76 II.4.2. Apertura con sistema de trincheras cerradas interiores. 82 II.5 PREPARACION DE LAS ROCAS PARA SU EXTRACCIÓN A 88 CIELO ABIERTO. II.5.1. Generalidades sobre la preparación de las rocas para su 88 extracción. 1 �II.5.2 Formación de Escombreras. 91 II.5. 2.1. Tecnología de laboreo de escombreras con excavadoras. 104 II.5.2.2 Tecnología del laboreo de escombreras con bulldozer. 110 II .6 SISTEMAS DE EXPLOTACIÓN A CIELO ABIERTO, 117 PRINCIPALES ELEMENTOS, INDICES Y PARAMETROS. II.6.1. Generalidades y principales elementos del sistema de 117 explotación. III.6.2. Clasificación de los sistemas de explotación, concepto de 120 régimen y etapas de los trabajos mineros. II.6.2.1. Concepto de flujos de carga y circulación de carga en las 122 canteras. II.6.3. Zona laboral de la cantera. 124 II.6.4. Sistemas de explotación y sus clasificaciones. 126 APERTURA, PREPACIÓN Y EXPLOTACIÓN DE LOS 136 PARTE III. YACIMIENTOS PARA SU EXPLOTACION POR EL MODO SUBTERRANEO. III.1. Principales tipos excavaciones subterráneas. 136 III.2. Tipos de excavaciones y requisitos de seguridad. 139 III.3. Clasificación de los esquemas de apertura según el tipo de 144 excavación y su posición con respecto al cuerpo mineral. III.3.1. Evaluación comparativa de los métodos de apertura. 158 III.4. NOCIONES 159 FUNDAMENTALES DE LA PREPARACIÓN SUBTERRÁNEA. III.4.1. Esquemas de preparación. 161 III.4.2. Elección del esquema de preparación. 167 III.5. ELECCIÓN DEL MÉTODO DE EXPLOTACIÓN POR EL 169 MODO SUBTERRANEO. III.5.1. Metodologías para la elección del Método de Explotación. 172 III.5.2. Clasificación de los métodos o Sistemas de Explotación para 175 yacimiento metalíferos dada por M. Agoshkov. III.5.3. Clasificación de los métodos o sistemas de explotación para 178 yacimiento metalíferos dada por la clasificación Norteamérica. (M.L. Jeremic). III.6. Ejemplos de algunos métodos de explotación subterránea. 181 III.7. Características 197 generales del método de explotación subterráneo. BIBLIOGRAFÍA 200 2 �INTRODUCCIÓN La mina más antigua que se conoce en el mundo se localiza en el Cerro de Bomvu, en Swazilandia, y data del año 40.000 a.c, en ella el hombre de Neandertal, minaba hematita para ritos mortuorios (López Jimeno.1998). Resulta impresionante la tremenda perseverancia y desprecio por el riesgo que mostró el hombre desde los orígenes de la historia en sus intentos de perforar la tierra. Partió inicialmente, solo de sus propias manos y poco a poco confeccionó herramientas, rudimentarios martillos, picos, cinceles. Si a esta absoluta precariedad de utensilios de trabajo añadimos los elementales procedimientos de entibación empleados y la ausencia de sistemas de ventilación y evaluación o pronóstico de estabilidad de las obras, comprobamos que la minería implicaba en la antigüedad una formidable, enorme y sacrificada labor. En la actualidad se puede decir que la explotación de yacimientos minerales posee un desarrollo ascendente que cuenta con novedosas tecnologías de explotación que permiten la extracción económicamente rentable y segura de los minerales útiles de las entrañas de la tierra. Por tanto, es evidente que la minería constituye la base de la economía en la mayoría de los países, por lo que es necesario el desarrollo planificado y el crecimiento de esta industria extractiva, de la cual se obtienen las materias primas minerales y los materiales de construcción necesarios para el desarrollo económico y social. Los proyectos desarrollados en la minería deben responder en todas sus etapas al aprovechamiento racional y a la extracción segura de las materias primas minerales necesarias para la industria, que contempla desde la prospección, exploración, explotación, beneficio, transformación, infraestructura, mercado, negociación, así como la investigación y transferencia de tecnología asociados a ellas. Para garantizar esto se requiere de la aplicación de los métodos científicos de investigación en cada uno de los procesos productivos desarrollados en la minería, afiliados a la técnica indisolublemente ligada a la tecnología. 3 �La extracción de materias primas y materiales, demanda de una adecuada tecnología de laboreo, así como el perfeccionamiento de ésta cuando sea necesario. Para ello se emplean métodos y técnicas, enmarcadas en la disciplina de Explotación Minera. La explotación de los yacimientos minerales contempla una serie de etapas y procesos cuyo estudio constituye el objeto de la minería, tales como; destape, apertura o acceso, arranque; sostenimiento (fortificación), carga y transporte, perforación y voladuras, ventilación, ordenamiento y cierre, según el modo de explotación empleado. El presente documento forma parte de las herramientas para enfrentar problemas complejos durante el laboreo de minas. Se parte del conocimiento de los métodos de investigación aplicados a la tecnología de laboreo de yacimientos que contempla tanto la apertura como la explotación en el desarrollo de las minas, el avance de los frentes de trabajo según el modo de laboreo y la argumentación y cálculo de la tecnología utilizada. Los ejemplos y actividades teórico-prácticas que se presentan permiten sistematizar y evaluar el conocimiento sobre el tema y forman parte de la bibliografía que se ha publicado en los últimos años, a partir de la aplicación de los conocimientos y métodos científicos para la solución de problemas de esta magnitud en la minería. 4 �PARTE I. EL DESARROLLO DE LAS MINAS Y AVANCE DE LOS FRENTES DE TRABAJO. En la literatura especializada se recogen dos grandes grupos de modos de explotación: los clásicos o simples, y los geotecnológicos o especiales. Los modos clásicos o simples: son aquellos en que la separación de la mena del macizo se realiza por el método de perforación y voladura o el uso de máquinas de arranque como excavadoras, traíllas, combinadas, hidromonitores, entre otros. Contamos con: cielo abierto, subterráneo y combinados. Los modos de explotación especiales o geotecnológicos: lo constituyen aquellos trabajos mineros que utilizan procesos físico-químicos, biológicos, térmicos, y otros para extraer la mena de la corteza terrestre. Ejemplos: disolución subterránea, lixiviación subterránea, gasificación subterránea, explosiones nucleares, bacteriológicos, subacuáticos, extracción del calor de las rocas. En cada modo de explotación (con excepción de algunos geotecnológicos), aparecen en mayor o menor grado los llamados procesos productivos o tecnológicos, los que a su vez se dividen en: - principales - auxiliares La tecnología de laboreo de los yacimientos: está constituida por los métodos y equipamiento empleado para la apertura, preparación y extracción que facilitan el desarrollo y avance de la mina; mediante la interrelación de los procesos productivos principales y auxiliares. Estas tecnologías y mecanización de los trabajos mineros, poseen un carácter sistémico y complejo, se basan en los principios de continuidad, simultaneidad e interdependencia de los procesos, el aseguramiento de la mínima distancia de traslación de la masa minera, la disminución del número y volumen de los 5 �procesos auxiliares, el mínimo de gastos y el máximo de ingresos monetarios para el cumplimiento de los planes de producción. 6 �MODO DE EXPLOTACIÓN GEOTECNOLÓGICOS O ESPECIALES CLÁSICOS O SIMPLES Cielo Abierto Subterráneo Combinados Disolución subterránea, Lixiviación, Gasificación, Explosiones nucleares, Bacteriológicos, Subacuáticos, Extracción del calor de las rocas. PROCESOS PRODUCTIVOS PRINCIPALES AUXILIARES Montaje Carga, transporte, almacenamiento de la roca y el mineral, separación del mineral así como aquellos métodos aplicados para el y reparación de tuberías, transporte del personal, materiales, equipos, suministro de energía, ventilación, desagüe de la mina, trabajos geológicos, topográficos, el muestreo. control de la presión minera. TECNOLOGÍA DE EXPLOTACIÓN DE LOS YACIMIENTOS Apertura Preparación Extracción Figura 1. Procesos productivos y tecnológicos que forman parte de la actividad minera. 7 �I.1 - Algunos Conceptos básicos durante las etapas de explotación a Cielo Abierto y Subterráneo. Etapas de explotación minera 1) Búsqueda Geológica. 2) Exploración. 3) Construcción de la mina. 4) Explotación de la mina. 5) Cierre de mina. Las etapas anteriores se manifiestan en cualquier Modo de Explotación (cielo abierto y subterráneo, combinado). Lógicamente que cada modo pose su tecnología de explotación y sus procesos tecnológicos específicos. Modo de explotación: Es la forma específica en que se realiza la explotación planificada de un yacimiento y la forma en que se conciben y excavan los espacios mineros, su orden de arranque, la ubicación espacial de sus parámetros, la forma en que se realiza el arranque de la mina, la transportación, el control de la presión minera, la ventilación, así como la manera apropiada de mover las rocas de caja. Para explotar la mina, de forma general, se necesita realizar una serie de operaciones que incluyen: 1) Apertura 2) Preparación 3) Arranque – Separación (extracción) - Acarreo (carga - transporte) - Control de la Presión Minera Apertura: Conjunto de trabajos mineros subterráneos que permiten a través de ellos el acceso desde la superficie terrestre hasta el yacimiento para su 8 �explotación. Mediante de estos se realiza la entrada y salida del personal y la carga. Preparación: Son aquellas excavaciones que se realizan desde las excavaciones de apertura y dividen el yacimiento en escalones, niveles; bloques o paneles para su explotación. Dentro de la preparación se destacan las excavaciones de corte: Son aquellas que se realizan dentro de los límites del bloque ya preparado,lo que permite el arranque masivo del mineral. Arranque: Consiste en separar la mena del macizo a través de diferentes métodos. (Conjunto de operaciones que se realizan con el propósito de extraer el mineral de los bloques ya preparados). Aspectos generales sobre la explotación a cielo abierto. este modo de explotación el yacimiento o la parte que se explota se realiza por una mina a cielo abierto (cantera o campo de minas) este no es más que una figura geométrica volumétrica caracterizada por las dimensiones en el plano y la profundidad, forma parte de la zona de la cantera que incluye además las rocas estériles extraídas, las plazoletas industriales y otras instalaciones productivas. La explotación de las rocas en la cantera se realiza por capas, con adelanto en el plano de las superiores, habitualmente son horizontales aunque pueden ser inclinadas o abruptas. En caso general el concepto de capa es más amplio que el de banco - parte separada de explotación de una capa de rocas que se presenta en forma de escalón. En la mayoría de los casos la capa y el escalón poseen la misma altura y dimensiones en el plano, excepto las capas abruptas. Cuando las capas horizontales alcanzan gran altura (50 - 100 m) se pueden explotar con escalones inclinados. Cada banco o escalón se caracteriza por una cota de altura que corresponde al horizonte donde se ubican las vías de comunicación. Estas cotas pueden ser absolutas (respecto al nivel del mar) o relativas (respecto a un punto fijo de la 9 �superficie). Los escalones horizontales poseen cota constante, los inclinados poseen cota variable. Las superficies horizontales o inclinadas que limitan al escalón por su altura se denominan plazoletas superior e inferior. La superficie inclinada que limita al escalón con el espacio laboreado se denomina paramento del escalón, el ángulo formado por el paramento con la línea horizontal se denomina talud del escalón y las líneas que unen al paramento con las plazoletas de trabajo se denominan bordes o aristas superior e inferior. Existen escalones activos o de trabajo e inactivos; en los primeros se realiza la extracción del mineral o estéril. Si en las plazoletas se ubican los equipos de trabajo necesarios para la explotación entonces ellas se denominan plazoletas de trabajo. Los escalones se dividen en subescalones, los cuales pueden explotarse con diferentes equipos de excavación o el mismo equipo simultánea o intermitentemente, pero poseen vías de comunicación comunes para ambos. Figura No. 2. Elementos de una terraza o escalón: 1, plazoleta superior; 2, arista superior; 3, paramento; 4, plazoleta inferior; 5, arista inferior; α, talud del escalón. La parte longitudinal del escalón preparada para la explotación se denomina frente de trabajo del escalón, éste puede ser recto o curvilíneo y su longitud puede o no variar. La preparación del frente consiste fundamentalmente en las 10 �vías de comunicación y la línea eléctrica para garantizar el trabajo de los equipos. Como resultado de la explotación de las rocas ocurre el desplazamiento de los escalones, en las canteras se explotan varios y se van creando nuevos en la parte más profunda. Las superficies laterales escalonadas formadas por los paramentos y las plazoletas se denominan bordos de la cantera. Bordo de la cantera. Figura No. 3.Bordos de la cantera. El bordo formado por los escalones de trabajo se denomina bordo activo o de trabajo, cuando los escalones van alcanzando su posición final en el espacio se forma el bordo final o inactivo. La línea que limita la cantera con la superficie terrestre se denomina contorno superior, y la que limita la cantera por el fondo contorno inferior. En el momento de culminación de los trabajos mineros a cielo abierto la cantera alcanza la profundidad final, y las dimensiones finales en el plano. Los paramentos de los escalones en los bordos inactivos, donde no se realizan labores, se dividen por bermas de transporte o de seguridad. El conjunto de escalones que se explotan simultáneamente se denomina zona de 11 �trabajo de la cantera. Entre los elementos de las canteras también tenemos las trincheras, y semitrincheras. Figura No. 4a. Esquema de explotación y elementos de una mina a cielo abierto. 1, excavadora; 2, camión volcador; 3, bulldozer; 4, tren de perforación; 5, niveles de explotación 6, escombros de voladuras; 7, cuerpo mineralizado; 8, perforaciones; 9, trinchera de entrada en el 40 nivel; 10, rampa de entrada en el nivel; 11, escombrera. Figura 4b. 1, Plazoleta superior; 2, plazoleta inferior; 3, paramento o escarpa; 4,bordos; 5, contorno final. 12 �Los parámetros fundamentales de las canteras son: 1 - Profundidad final (H) - durante la explotación de cuerpos minerales inclinados o abruptos determina la potencia productiva y las dimensiones por la superficie. En los yacimientos horizontales y de pequeña inclinación es prácticamente constante durante toda la explotación; 2 - Dimensiones por la superficie, largo y ancho, determinadas por las dimensiones del cuerpo mineral, el fondo de la cantera, la profundidad y los ángulos de los bordos; 3 - Dimensiones del fondo - las determinan los contornos del cuerpo explotado en la cota final. Los valores mínimos se determinan por las condiciones de seguridad en la extracción; 4 - Ángulos de los bordos de la cantera - se determinan por la estabilidad de las rocas y la ubicación de las vías de comunicación, se toman lo más abrupto posible para disminuir el volumen de destape; tan φ a = Σh , Σ A pt + Σ(hx cot α ) Donde: h - altura del escalón; A pt - ancho de la plazoleta de trabajo; α - talud del escalón; φ a - ángulo del bordo activo. tan φ i = Σh Σ b s + Σ b s + Σ(h cot α ) Donde: b s - b t - ancho de las bermas de seguridad y transporte respectivamente. 13 �5 - Volumen total de masa minera dentro de los contornos de la cantera. Es un índice básico que determina la potencia productiva de la empresa, plazo de trabajo y otros. En relieve llano se determina por la siguiente fórmula: V = Sf xHf + Pf π 2 3 x ( H f ) x cot β + x(Hf ) x cot 2 β 2 3 Donde: S f - área del fondo de la cantera; H f - profundidad final de la cantera; P f - perímetro del fondo de la cantera; β - ángulo promedio de los bordos; 6 - Reservas de mineral dentro de los contornos - índice básico para determinar la posible magnitud de la extracción. Aspectos generales sobre la explotación subterránea. Mediante la explotación minera subterránea se extraen los minerales útiles que no pueden ser extraídos desde la superficie, es decir, por medio de una mina a cielo abierto. Esto se efectúa a través de excavaciones mineras subterráneas las que se diferencian entre sí por variados aspectos tales como: por su posición en el espacio las que pueden ser verticales, horizontales e inclinadas, esta clasificación puede verse en la figura No. 69, se clasifican también según su destino como excavaciones subterráneas de carga, transporte, ventilación, entre otras. Por su forma en circulares, rectangulares, trapezoidales, paredes rectas y techo abovedado, elíptica. Además de estas excavaciones en la minería subterránea se emplean también las excavaciones denominadas estaciones o cámaras y los realces. 14 �Las estaciones o cámaras son excavaciones sin salida directa a la superficie y se emplean con diversos fines relacionados con la explotación del yacimiento, en estas se ubican estaciones de bombeo, depósitos de locomotoras, almacenes. Los realces se forman durante el proceso de extracción del mineral, se laborea el yacimiento de abajo hacia arriba. La piquera es una excavación sin salida directa a la superficie usada para el descenso del mineral o las rocas estériles por gravedad. La escalera es una excavación que carece de salida directa a la superficie, destinada para el transito del personal, generalmente se construyen paralelas a las galerías inclinadas. El horno es una excavación subterránea que no tiene salida directa a la superficie, se construye con la misma inclinación que la capa mineral y está destinada al transporte de cargas, al tránsito del personal y la ventilación, se utiliza mucho en el laboreo de los yacimientos de carbón. 15 �Figura No.69. Excavaciones mineras subterráneas Excavaciones subterráneas Horizontales Verticales Pozos de sondeo: se destina a la exploración del yacimiento o para colocar cargas de sustancia explosiva Excavación Socavón Pozo Una excavación vertical subterránea con salida directa a la superficie, destinados a distintos tipos de trabajo Pozo principal: destinado a los trabajos de explotación del yacimiento (ascenso del mineral, ascenso y descenso de equipos, herramientas, materiales y personal.) con salida a la superficie destinada a las labores Con salida directa de explotación del yacimiento (transporte de superficie, las rocas y mineral, entrada de equipos, realiza personal). mineral a la superficie, el la por al a ella subida se del Pozo inclinado equipos, los materiales y el No posee salida directa a la superficie, une el pozo con el yacimiento. Galería transversal personal, el desagüe y la ventilación Se emplea para el transporte de carga y del personal y para la ventilación. No tiene salida directa a la superficie y está destinada Pozo auxiliar: destinados a realizar distintos trabajos (desagüe, ventilación) al ascenso y descenso del No tiene salida directa a la superficie y para Galería principal Contrapozo horizontal ascenso y descenso de los mina Pozo ciego subterránea Inclinadas Una excavación vertical subterránea que no tiene salida directa a la superficie, Una excavación vertical o inclinada sin salida directa a la superficie, que sirve para comunicar un nivel con otro dentro de la mina de o a través de toda la longitud del yacimiento. Puede ser de ventilación de tranasporte y de arranque mineral con ayuda de dispositivos mecánicos. Galería inclinada Cuando se utiliza párale ascenso del mineral se llama rampa y cuando se utiliza para el descenso del Crucero Es una excavación subterránea sin salida mineral se denomina directa a la superficie y se construye pendiente transversalmente a través del yacimiento y sirve esencialmente para la exploración y la organizaron del transporte. 16 �El dimensionamiento y división del campo de mina para la explotación subterránea se realiza a partir de una serie de parámetros que a continuación se enuncian: Para el dimensionaminto del campo de minas se consideran: 1) Largo (L) 2) Ancho(A) yacimientos horizontales o poco inclinados. 3) Longitud por el rumbo (L) 4) Número de niveles (N) Para lo que se deben conocer de antemano los siguientes aspectos. • La producción anual de la mina. • El esquema de apertura. • La altura del nivel ó el ancho del panel. La determinación de estos parámetros se realiza con el empleo de diferentes métodos, el más usado es el de comparación de variantes que determinar valores arbitrarios del campo de mina con diversas consiste en variantes; se analizan para cada una, las inversiones hasta el final y los gastos de extracción con la tonelada de mineral extraído. Lógicamente se escogerá la que menores gastos ofrezca. Si por el contrario la diferencia entre las variantes no excede al 10 %, entonces se trabajará en la que brinde mayores ventajas técnicas. Para la división del campo de mina: Para su extracción el Campo de Mina se divide generalmente en: a) Niveles, subniveles y bloques - Yacimientos abruptos o inclinados. b) Paneles y pilares de explotación - Yacimiento horizontal o poco inclinado. Para Yacimientos abruptos o inclinados. El Nivel: es la parte del campo de mina en un yacimiento abrupto o inclinado que limita por el rumbo con los propios límites del campo de mina y por el buzamiento con las galerías de transporte y la de Ventilación). 17 �Bloque: Parte del nivel que limita por el rumbo con los contrapozos límites o con los límites del minado antiguo y por el buzamiento con la galería de transporte y la galería de ventilación h n = hb Para Yacimiento horizontal o poco inclinado. Los Paneles: Grandes partes del campo de mina de un yacimiento total o parcial. Inclinado que por lo general tiene forma rectangular y está limitado por las galerías de panel y las galerías maestras y muchas veces (la mayoría) algunos de sus límites coinciden con los límites del campo de mina y poseen la inclinación del cuerpo mineral Pilar de explotación Parte del panel limitado por la galería de panel y la galería de explotación (a veces los límites geológicos del yacimiento). Como la explotación generalmente se laborea en paralelo, estos sectores tienen forma rectangular La altura del nivel h nivel se calcula por. A.T pW .(1 −P) h= Sγ .η Donde: A- producción anual de la mina. T p - duración de los trabajos de apertura. 18 �I. 2.- Principales períodos de trabajo en la minería a cielo abierto. En caso general el trabajo en las minas a cielo abierto se caracteriza por tres períodos fundamentales: I - Construcción de la mina y aumento paulatino de la productividad mineral hasta alcanzar la nominal. II - Trabajo con productividad relativamente estable (mineral y estéril). III - Extinción de los trabajos mineros. La extracción de los minerales útiles del subsuelo se realiza como se ha dicho, a través de dos modos - A Cielo Abierto y Subterráneo, y del fondo del mar por el método submarino. La mayor difusión la obtuvo el primer modo, a través del cual se extrae el 75 % de todas las menas, alrededor del 100 % de los materiales de construcción y no metálicos. La explotación a cielo abierto se realiza directamente en la superficie de la tierra e incluye dos tipos de trabajo – Destape y Extracción –. El primero tiene como objetivo asegurar el acceso al mineral útil y crear las condiciones para su extracción, consiste en el traslado del material estéril que rodea al mineral útil. Como resultado de la ejecución de los trabajos de destape y extracción se forma la mina a cielo abierto (cantera), que no es más que el conjunto de excavaciones mineras a cielo abierto. El destape y la extracción se pueden ejecutar simultáneamente o no pero debe existir cierto desfasaje entre ellos en tiempo y espacio. Por tecnología de explotación se considera al conjunto de métodos y medios empleados para la apertura, preparación y extracción, que facilitan el desarrollo y avance de la mina, mediante la interrelación de los procesos productivos principal y auxiliar. Para la explotación a cielo abierto la tecnología de explotación contempla; la apertura, el destape, la extracción; para la explotación subterránea incluye la apertura, preparación y los sistemas de explotación. Los procesos mineros a cielo abierto consisten en la excavación, traslación, y 19 �almacenamiento de los minerales útiles y el material de destape. Los procesos básicos son: - Preparación de las rocas para la excavación - Excavación - carga de las rocas - Transportación - Almacenamiento de la masa minera - Formación de escombreras - Preparación mecánica del mineral. A cada proceso tecnológico básico le corresponden procesos auxiliares que permiten o facilitan su ejecución, entre ellos tenemos el abastecimiento eléctrico, ventilación, drenaje, reparación de los equipos, control de la calidad de las menas extraídas. Ventajas y desventajas comparativas de los trabajos mineros a cielo abierto respecto al subterráneo. - Mayor seguridad del trabajo y mejores condiciones productivas - Mejores índices económicos. La productividad del trabajo es superior en 3 - 7 veces - Mayor ritmo de crecimiento de la productividad del trabajo - Menores plazos de construcción que conllevan a menores gastos específicos capitales - Facilita la extracción selectiva, menor pérdida y empobrecimiento Desventajas. - Cierta dependencia de las condiciones climáticas - Se necesitan grandes áreas para las escombreras - Grandes gastos capitales en cortos plazos de tiempo - Afectación al medio Las condiciones de utilización del método a cielo abierto son variadas, se pueden explotar yacimientos de cualquier forma de yacencia, con cualquier fortaleza de las rocas y volumen de estéril entre 10 - 15 metros cúbicos por tonelada de mena útil. 20 �Condiciones de utilización de los trabajos a cielo abierto. Los yacimientos minerales laboreados a cielo abierto, se distinguen por diferentes condiciones naturales y de yacencia, entre las cuales tenemos: Número y potencia de cada cuerpo Angulo de caída Potencia de las rocas de recubrimiento Factores topográficos Índices cualitativos y cuantitativos del yacimiento Propiedades físico mecánicas de las rocas de recubrimiento, encajantes y del yacimiento mineral Estos factores y también el valor de la materia prima mineral, la hidrogeología y el clima de la región, la presencia en ella de recursos laborales y materiales, de vías de transporte y otras, influyen sobre la elección del método de laboreo del yacimiento, de los medios técnicos y el orden de realización de los trabajos. Los tipos de yacimientos minerales se diferencian por las siguientes características. Forma. (Figura No. 5) Relieve de la superficie. (Figura No. 6) Posición del cuerpo con relación a la superficie. (Figura No. 7) Angulo de caída del cuerpo. (Figura No. 8) Potencia del cuerpo. (Figura No. 9) Estructura del cuerpo. (Figura No. 10) 21 �Isométricos - se desarrollan casi igual en todas las direcciones. Corte vertical Vista en planta En forma de capas.- Desarrollados en dos direcciones con potencias pequeñas. 22 �Tubulares. (columnares )- Se desarrollan en una sola dirección. Intermedios. – Están entre las formas señaladas anteriormente (lentes, vetas, filones). Figura No. 5. Clasificación de los de yacimientos minerales Por su forma. 23 �Llano De laderas. Elevado Ondulados Subacuáticos Figura No. 6. Clasificación de los de yacimientos minerales por el relieve de la superficie. 24 �Superficiales. Ubicados directamente en la superficie o cubierto por aluviones con potencias hasta 20 –30 metros Profundos.- Las rocas de recubrimiento varían desde 30 hasta 250 metros y más 30 hasta 250 metros 25 �Elevados.- Ubicados en una elevación Elevados y profundos.- Ubicados por encima y por debajo del nivel predominante de la superficie terrestre Figura No. 7. Clasificación de los de yacimientos minerales respecto a la superficie terrestre. por la posición 26 �Horizontales y poco inclinados. Hasta 00-250 grados Inclinados.-Desde 200 – 250 hasta 450 - 600 Abruptos.- con ángulos mayores de 450 27 �De yacencia compleja.- La dirección de caída es variable, característica de los plegamientos y rupturas geológicas Figura No. 8. Clasificación de los de yacimientos minerales por el ángulo de caída del cuerpo mineral. 28 �Potencia horizontal (m) Potencia vertical (m) Horizontales Inclinados y abruptos Muy poco potentes 2-3 20 – 40 Poco potentes 4 - 20 20 - 40 Potencia media 15 – 40 50 – 120 Potentes 20 – 40 80 - 150 Denominación Potencia horizontal Potencia verdadera Potencia vertical Figura No. 9. Clasificación de los de yacimientos minerales por la potencia del cuerpo. 29 �Simples.- Estructura homogénea sin intercalación Dispersos.- De estructura compleja sin una ley de distribución de las clases de mineral, condicionado y no condicionado Figura No. 10. Clasificación de los de yacimientos minerales Estructura del cuerpo mineral. 30 �I.3.- Esencia de los trabajos a cielo abierto Los trabajos a cielo abierto se realizan desde la superficie de la corteza terrestre con el objetivo de realizar la extracción de diferentes minerales. Al conjunto de las diferentes excavaciones mineras que se forman durante este trabajo se le denomina mina a cielo abierto (cantera) • Cuando se laborean cuerpos horizontales o poco inclinados se alejan solo las rocas que los recubren; las rocas del costado yaciente (piso) no se extraen. Figura No. 11 Figura No. 11. Laboreo de cuerpos horizontales o poco inclinados. • Al laborear cuerpos inclinados y abruptos, además de las rocas de recubrimiento es necesario alejar parte de las rocas encajantes para crear los accesos del trasporte a las distintas partes del cuerpo en profundidad y alcanzar la estabilidad del macizo de las rocas encajantes después de la extracción del mineral. Para 31 �estos fines el ángulo del talud del macizo de roca no debe pasar de 25o-35o. Cuando se laborean yacimientos inclinados, las rocas de recubrimiento se alejan solo del lado colgante del cuerpo. Figura No.12 y 13. Al laborear abruptos es necesario alejar las rocas del lado colgante y yacente. Figura No.12 y 13. Laboreo de cuerpos inclinados y abruptos El alejamiento de grandes masas de rocas de recubrimiento y encajantes es la particularidad fundamental de las explotaciones a cielo abierto. Como regla, los volúmenes anuales de rocas desplazadas sobrepasan considerablemente los volúmenes de minerales extraídos. 32 �Los gastos fundamentales en laboreo a cielo abierto corresponden al desplazamiento de las rocas que recubren o encajan el cuerpo. Por eso al laborear cuerpos horizontales y poco inclinados, se tiende a desplazar las rocas de cubierta por la distancia más corta al espacio laboreado con anterioridad. Al laborear cuerpos inclinados y abruptos, excepcionalmente, las rocas de destape se pueden ubicar en el espacio laboreado, si no, que normalmente se transportan fuera de los límites de la cantera. La seguridad en la realización de los trabajos a cielo abierto se alcanza observando las reglas de las técnicas de seguridad por los trabajadores, y realizando las labores espaciales para la eliminación de las aguas superficiales y subterráneas, el sostenimiento de los paramentos de los escalones, proclives al deslizamiento y los derrumbes y otras. En las canteras, a causas de la realización de los diferentes procesos productivos, el polvo y los gases en la atmósfera con frecuencia alcanzan niveles que sobrepasan las normas admisibles, por lo que es necesario ventilar los frentes de trabajo, deprimir el polvo y otras actividades que aseguran las condiciones higiénico-sanitarias de trabajo. I.4.- Condiciones geológicas de los trabajos mineros. A través de este método se explotan yacimientos de variadas formas como hemos visto y en disímiles condiciones naturales. Las condiciones de yacencia del yacimiento influyen en la elección de la tecnología y la mecanización de los trabajos mineros. Las condiciones hidrogeológicas influyen significativamente sobre la ejecución de los trabajos mineros a cielo abierto, cuando se cortan los horizontes acuíferos es necesario instalar estructuras especiales de drenaje, si el flujo de agua es muy grande (hasta 10 m3 y más por tonelada de mena extraída) se deben tomar medidas especiales para la fortificación de los paramentos. El nivel de inundación de las minas a cielo abierto y las minas subterráneas se caracteriza por un coeficiente que muestra la cantidad de agua bombeada por cada tonelada de mineral extraído. 33 �Extracción La extracción de los minerales y rocas encajantes se realiza por capas, con un adelanto de las superiores sobre las inferiores, como resultado de lo cual el macizo de rocas laboreado toma la forma de bancos o escalones y en la corteza terrestre se forma un espacio laboreado. Las dimensiones del espacio laboreado al laborear cuerpos horizontales aumentan en el plano (figura No 14 ). I II III I II III Figura No .14. Avance de los trabajos de arranque (espacio laboreado) al laborear cuerpos horizontales Y al laborear cuerpos inclinados y abruptos aumenta al unísono en el plano y en profundidad (Figura No. 15 ) 34 �III II I II III II III Figura No. 15. Avance de los trabajos de arranque (espacio laboreado) al laborear cuerpos inclinados. Figura No. 16. Avance de los trabajos de arranque (espacio laboreado) al laborear cuerpos abruptos. 35 �Cada banco (escalón) se caracteriza por la cota del horizonte de ubicación de las vías de transporte, las cotas de los escalones pueden ser absolutas (relativas al nivel del mar) o convencionales. Las superficies que limitan el banco en altura, se llama plazoleta inferior y superior. La superficie inclinada que limita el banco del lado del espacio laboreado, se llama paramento del escalón y el ángulo de esa superficie se denomina ángulo del paramento o talud del escalón. Las líneas de intersección del paramento con las plazoletas superior e inferior se llaman arista superior e inferior del escalón. Ver Figura No 2 y No. 4. Se diferencian los bancos y bordes de las canteras activos e inactivos. En los escalones activos se realiza la extracción de las rocas, y la plazoleta inferior de este escalón se denomina plazoleta de trabajo. Aquí, por lo regular se ubica el equipamiento de extracción y las vías de transporte para el laboreo del escalón. Según las condiciones de la tecnología de extracción los bancos pueden dividirse en sub-bancos, cuyo laboreo se realiza por los mismos o diferentes equipos de extracción, sucesivamente o al unísono, pero con vías de transporte única para el escalón. 36 �Hs H Hs I II Figura No. 17. División de los bancos según las condiciones de la tecnología de extracción. La parte del banco preparado para el laboreo según su longitud se llama frente de trabajo del banco. En el plano puede ser lineal o curvo. La superficie de las rocas en los límites del banco o montón donde se realiza la extracción se llama frente. Un yacimiento o una parte de este laboreado por una cantera se denomina campo de cantera. Ver figura No. 4 El campo de cantera forma parte de la parcela de terreno de la cantera que además corresponde las escombreras exteriores, la plazoleta industrial y otras construcciones productivas. Las superficies laterales escalonadas formadas por los paramentos y las plazoletas de los escalones que limitan el espacio laboreado se llaman bordes de la cantera. 37 �Figura No. 18. Bordes de cantera. El borde representado por los escalones activos se llama borde de trabajo (laboral) de la cantera. La línea que limita la cantera al nivel de la superficie terrestre es el contorno superior de la cantera y la línea que limita el fondo o piso de la cantera es su contorno inferior. La posición del borde laboral y los contornos superior e inferior varían en el espacio. Gradualmente los escalones, comenzando desde arriba, alcanzan los contornos finales (limites de la cantera). En el momento de terminación de los trabajos a cielo abierto estos corresponden a la profundidad final y dimensiones finales en el plano. 38 �Figura No. 19. Profundidad y dimensiones finales en el plano de la mina a cielo abierto. En los bordes inactivos de las canteras no se realizan trabajos mineros y los paramentos de los escalones se dividen por plazoletas (bermas). Se diferencian las bermas de transporte, de seguridad y de limpieza. Figura No. 20. Escalones o plazoletas de trabajo y bermas. 39 �El ángulo entre la línea perpendicular a la dirección del borde y que une los contornos superior e inferior y la horizontal, se llama ángulo del paramento de los bordes laboral o inactivo de la cantera. Su magnitud depende del estado del macizo, de la altura de los bancos y del ancho de las plazoletas. El ángulo del borde laboral de la cantera varía normalmente entre los 7o y 17o (a veces llega hasta los 27o) y el del borde inactivo alcanzo hasta 25o - 35o. γ Figura No. 21. Angulo del paramento de los bordes laboral o inactivo de la mina a cielo abierto. Al conjunto de bancos que se encuentran en laboreo simultáneamente se le denomina zona laboral de la cantera. Su ubicación se determina por la cota de las plazoletas inferiores de los bancos superior e inferior que en el momento dado se encuentran trabajando. La longitud del frente de los trabajos mineros de la cantera es la longitud sumaria de los frentes de trabajos de todos los bancos laterales. Para introducir en el trabajo un nuevo banco en necesario crear un nuevo acceso hacia él del transporte y un frente inicial con la correspondiente plazoleta de trabajo. Para ubicar las vías de transporte, por las que se desplazará la masa minara hacia la superficie o los escalones superiores es necesario aperturar el banco (cortar el horizonte) es decir, realizar desde la superficie o desde el banco superior excavaciones mineras espaciales (de apertura). 40 �Estas excavaciones se unen por diferentes cotas y para eso tienen una determinada pendiente. Las excavaciones de apertura normalmente tienen una sección transversal aproximadamente trapezoidal o triangular y se llaman correspondientemente trinchera o semitrinchera maestra. Al laboreo de estas trincheras y semitrincheras se le denomina apertura del escalón (banco.) 100 70 40 Figura No. 22. Trincheras de apertura Para crear el frente de trabajo inicial en el escalón aperturado es necesario realizar, desde la excavación de apertura, una excavación minara horizontal (a veces con una pendiente no grande para evacuar el agua) que se denomina trinchera o semitrinchera de corte. Figura No. 23. Trincheras de corte. 41 �Todos los trabajos mineros en la cantera se componen de trabajos preparatorios (construcción de trincheras), trabajos de destape (arranque, traslación y ubicación de las rocas de destape) y los trabajos de extracción (arranque, transportación y almacenamiento del mineral útil). Estos trabajos es necesario realizarlos en determinado orden, observando entre ellos los elementos y parámetros de las excavaciones mineras en que se realizan, determinadas relaciones y dependencias que permitan según las condiciones técnicas asegurar en cada momento el frente de los trabajos mineros necesario, en los bancos de destape y de extracción, la productividad y la seguridad del trabajo del equipamiento utilizado. El orden de realización de los trabajos preparatorios, de destape y de extracción tomado, que asegura para un yacimiento dado la extracción segura, económica y total de las reservas balanceadas, se llama sistema de laboreo (sistema de explotación). Al laborean los yacimientos minerales los rocas de destape se ubican bien en el espacio laboreado de la cantera, o bien en plazoletas elegidas especialmente para ello fuera de los limites del campo de cantera. Al montón de rocas estériles o de mineral no condicionado se le llama escombrera, Las escombreras, ubicadas en el espacio laboreado de la cantera se llaman interiores, fuera de sus contornos exteriores. I.5.- Conceptos sobre los coeficientes de destape. Un importante índice de la efectividad de los trabajos mineros a cielo abierto es la relación de los volúmenes de rocas de destape y de mineral extraídos en determinadas escalas en diferentes etapas de la actividad de la cantera. La cantidad de rocas de destape en metros cúbicos o toneladas por metro cúbico o tonelada de mineral se llama coeficiente destape (k). Se diferencian el coeficiente en volumen y el coeficiente en peso, en dependencia de si las rocas de destape y mineral se miden en m3 o en toneladas. A veces el 42 �coeficiente de destape se mide por la relacione entre el volumen de las rocas de destape y una tonelada de mineral (m3/t). Para convertir los coeficientes de destape de unas dimensiones a otras se utilizan las formulas:  m3  1  m3  γ´ t   = k   k  3  = k  γ t  γ t m  Donde γ - densidad media del mineral, t/m3. γ´- densidad media de los rocas de destape, t/m3 En dependencia de la forma de determinar la relación de los volúmenes de las rocas de destape y del mineral se diferencian los coeficientes de destape: Medio De explotación De capa De contorno Corriente Limite De planificación. 43 �Coeficiente medio de destape Km (m3/m3). Es la relación entre el volumen de las rocas de destape en los contornos finales de la cantera V R.D y el volumen de mineral en estos mismos contornos V m. VRD Km= VRD Vm Vm Figura No. 24. Coeficiente medio de destape Coeficiente de destape de explotación, Ke (m3/m3). Expresa la relación entre los volúmenes de destape y de extracción en el periodo de explotación de la cantera. n Ke = VRD − ∑Vdconst i =1 n Vm − ∑VmConst i =1 Donde V dconst – Volúmenes de destape en el periodo de construcción de la cantera. V mConst –Volúmenes de mineral extraído en el periodo de construcción de la cantera. 44 �Cuando la potencia de las rocas de cubierta no es considerable y las reservas de mineral son grandes el valor de Ke no se diferencia sustancialmente de Km. Coeficiente de destape de capa, Kc(m3/m3). Vc Vcm Vc Se determina dividiendo el volumen de las rocas de destape Vc en las limites de una capa de la cantera entre el volumen de mineral Vcm en una misma capa. Figura No. 25. destape de capa Kc= Coeficiente de Vc Vcm Normalmente la altura de la capa se toma igual a la altura del banco. Coeficiente de destape de contorno, Kco (m3/m3). Expresa la relación entre el volumen de las rocas de ΔVR destape ΔV R y el volumen de mineral ΔV m extraído de la cantera al ensanchar ΔVm sus contornos. Figura No. 26. Coeficiente de destape de contorno. Kco= ∆V R ∆Vm 45 �Coeficiente de destape corriente, Kco R (m3/m3). Expresa la relación entre el volumen de las rocas trasladadas escombrera de de destape Vco R la cantera a en un VmCOR la VCOR periodo determinado de tiempo y el volumen de mineral realmente extraído en este mismo periodo de tiempo Vmco R. Kco R= VCOR VmCOR Figura No. 27. Coeficiente de destape corriente Coeficiente de destape limite, K l (m3/m3). Es un índice económico de cálculo que expresa el máximo volumen de rocas de destape trasladado de la cantera a la escombrera, permisible de acuerdo con las condiciones de rentabilidad a cielo abierto, por unidad de mineral. Kl= CM − CP CD C M Costo permisible del mineral en el yacimiento dado, pesos/m3 C P Gastos en los trabajo de extracción. Pesos/m3 . C D Gastos en las trabajos de destape, pesos/m3. El coeficiente de destape limite sirve para establecer los limites de los trabajos a cielo abierto tanto en el plano como en profundidad. Coeficiente de destape de planificación, kp (m3/m3) 46 �Kp = CPL − CCM CCR Cpl - Costo de producción del mineral planificado, peso/m3 Ccm - Costo corriente de 1 m3 de mineral, pesos; Ccr - costo corriente de 1 m3 de trabajo de destape, pesos; Este coeficiente se utiliza para determinar el costo de producción del mineral, cuando se amortizan los gastos en el trabajo de destape en el proceso corriente de producción en los trabajos a cielo abierto. Parámetros principales de las canteras Los parámetros principales de una cantera que caracterizan la escala de los trabajos a cielo abierto en uno u otro yacimiento son: 1. Profundidad final. 2. Dimisiones de la cantera según el rumbo y perpendicular al rumbo del cuerpo por la superficie. La longitud puede variar desde ciento de metros hasta varios kilómetros y el ancho en dependencia del tipo de yacimiento puede alcanzar también varios kilómetros. 3. Dimensiones del fondo de la cantera 4. Ángulos de los bordes de la cantera. 5. Volumen total de masa minera en los contornos de la cantera. 6. Reservas de mineral en el campo de cantera. I.6.- Procesos productivos en los trabajos a cielo abierto Los trabajos mineros en las canteras se reducen a la extracción, traslación y almacenamiento de los minerales y rocas de destape. Correspondientemente se diferencian los procesos tecnológicos (preparación de las rocas para la extracción, trabajos de excavación–carga, transportación de la masa minera, almacenamiento de las rocas estériles (formación de escombreras y la descarga y o almacenamiento del mineral). Si en la cantera se realiza el enriquecimiento primario o elaboración del mineral hasta el producto final, estos entran también entre los procesos principales. 47 �A cada proceso básico corresponden trabajos auxiliares cuya realización asegura la realización del proceso básico o lo facilita. Junto con esto, en las canteras se realizan una serie de procesos auxiliares generales (Suministro de electricidad, ventilación, desagüe, muestreo de mineral, reparación del equipamiento y otros) que aseguran la realización de los trabajos mineros. Los métodos básicos de mecanización de los procesos productivos son: 1. Mecánicos 2. Hidráulico 3. Combinado En el método de excavación los procesos productivos básicos se realizan con diferentes medios mecánicos (excavadoras, diferentes tipos de transporte mecánico y otros); y en el hidráulico con el agua y equipamiento especial. El método de excavación es el más universal y con el se realiza hasta el 95% del volumen de los trabajos mineros a cielo abierto. El método hidráulico se utiliza principalmente para el laboreo de rocas de fácil lavado y transportación con agua, en presencia de fuentes de agua y energía eléctrica bastante barata. Tipos y periodos de los trabajos mineros a cielo abierto. En dependencia del tiempo de realización los trabajos mineros a cielo abierto se subdividen en los siguientes períodos. - Preparatorio - Construcción - Explotación - Liquidación En el período preparatorio se realizan los trabajos de preparación de la superficie (desvió de corrientes de agua, tala de bosques) y del macizo (desecación y limitación de los flujos permanentes de aguas subterráneas) para los trabajos mineros. En este mismo período se realizan los trabajos de alejamiento y 48 �almacenamiento de la capa vegetal con el fin de su utilización posterior, se construyen caminos, se construyen plazoletas para el montaje de equipos. La preparación de la superficie, la desecación, el alejamiento y almacenamiento de la capa vegetal y otros trabajos se realizan también, como regla, en el período de explotación. Al período inversionista o de construcción capital corresponden los trabajos iniciales para el alejamiento de las rocas de cubierta y encajantes para asegurar el acceso al mineral y realizar sistemáticamente los trabajos de destape y extracción. En este período se construyen las trincheras maestras y de corte y se crea un frente estable de los trabajos de destape y extracción. Estos trabajos se realizan también en el período de explotación. En la práctica la capacidad de producción proyectada se alcanza poco a poco, por lo que los trabajos de construcción capital se realizan al unísono con la explotación. La base del período de explotación son los trabajos de destape y extracción. El período de liquidación de los trabajos mineros, está relacionado, como regla, con la culminación de los trabajos en los bancos de destape y extracción, por la terminación de las reservas, el desmontaje de equipos, las vías de trasnporte. 49 �PARTE II. APERTURA PREPARACIÓN Y EXPLOTACIÓN DE LOS CAMPOS DE MINAS Y NUEVOS HORIZONTES A CIELO ABIERTO. II.1.- Clasificación de los sistemas de apertura en las minas a cielo abierto. Los trabajos mineros se dividen en dos grupos por su participación en la formación de la cantera o mina a cielo abierto: - Laboreo de las excavaciones mineras y construcciones e instalaciones para garantizar el enlace del transporte en la mina, estos son los trabajos relacionados con la apertura del yacimiento. - Realización del destape y la extracción, estos son los trabajos mineros relacionados con los sistemas de explotación. La definición dada demuestra que la tarea general de la apertura del yacimiento que consiste en una serie de tareas particulares - apertura y preparación de horizontes separados -. Por ejemplo trincheras de entrada que realizan la apertura a cada escalón en conjunto forman el sistema de trincheras, que representan el método de apertura del yacimiento por trincheras. Al analizar el primer aspecto se puede decir que para la apertura de los yacimientos se construyen trincheras o semitrincheras y bermas de transporte en los horizontes. El método de apertura de los horizontes de trabajo se caracteriza por la forma de las excavaciones de apertura. La apertura de los yacimientos horizontales y poco profundos termina cuando la cantera entra en la explotación con la potencia de producción completa. En los yacimientos inclinados y abruptos es característica la entrada permanente en explotación de nuevos horizontes en profundidad, por lo que la apertura, a medida que se laborea el yacimiento, se hace más compleja. Los factores básicos que influyen sobre los índices técnicos económicos de la apertura son: 50 �• Numero y volumen de las excavaciones de apertura y los gastos para su construcción, • Tiempo de apertura de los horizontes y plazo de construcción total de la cantera. • Distancia de transportación y gastos para este proceso productivo. La apertura de los yacimientos debe asegurar el normal funcionamiento de los flujos de cargas previstos en la cantera. Al proyecta la apertura es necesario considerar que la máxima cantidad de masa minera se transporta por las trincheras y caminos principales. El tramo de vía que tiene la traza más compleja y el peor perfil, se denomina tramo limitante. Según el tramo limitante se realizan los cálculos básicos del transporte. En el nivel actual de desarrollo de las empresas mineras de extracción, la apertura del campo de cantera puede realizarse de las formas siguientes: - Con excavaciones mineras a cielo abierto (trincheras y semitrincheras, presas, canales) - Con excavaciones mineras subterráneas (socavones, pozos) - Con la combinación de las excavaciones mencionadas. La mayor difusión en la actualidad la ha obtenido el método de apertura con trincheras. Los demás métodos tienen una utilización limitada, relacionada con condiciones minero-geológicas específicas, por ejemplo: la combinación de piqueras y socavones para la explotación de yacimientos en las laderas de las montañas y cuando la cantera está situada por encima de las cotas que prevalecen en la superficie; la apertura con presas y canales se utiliza durante la explotación de placeres. II.2.- Elementos y parámetros de las trincheras. En la Figura No.28, se muestra una trinchera de apertura, es una excavación minera inclinada que sirve para la ubicación en ella de las vías de comunicación y se transporte por ellas el mineral útil y las rocas de destape. 51 �Las trincheras se caracterizan por los siguientes elementos y parámetros: . Ancho por el fondo (b) . Ángulo de los laterales (α) . Profundidad final (igual a la altura del escalón)(h) . Longitud (L1, L2) . Pendiente. L1 b L2 h Figura No. 28. Excavaciones mineras a cielo abierto; 1. Trinchera de apertura, 2. Trinchera de corte. 52 �Las trincheras tienen varias clasificaciones en dependencia de diversos factores, a continuación trataremos las más empleadas. I. Las trincheras de apertura (de entrada o maestra) terminan alcanza cota Exteriores se O del Interiores cuando la Partiendo de su ubicación Plazo de servicio Estacionarias (capitales), Semiestacionarias (en el bordo de la cantera temporalmente inactivo) horizonte a preparar. Temporales (en el bordo Figura No.29 y 30 de trabajo). II. Trinchera de corte. Se laborea a partir de la trinchera de apertura y es una excavación preparatoria horizontal, la cual crea el frente de trabajo en dicho horizonte . Figura No.29. Trincheras de apertura exteriores 53 �Figura No.30. Trincheras de apertura interiores Las trincheras de apertura y de corte poseen profundidad final igual a la altura del escalón, sin embargo las de entrada varían su profundidad proporcionalmente a la longitud, alcanzando el valor máximo cuando llega al horizonte que se pretende explotar. Los ángulos de los bordes de las trincheras independientemente de las funciones de estas se determinan a partir de las propiedades físico-mecánicas de las rocas. La pendiente “i” de las trincheras de corte como regla es igual a cero (en ocasiones se deja un desnivel muy pequeño para el desagüe, en las de apertura se determina en dependencia del tipo de transporte. La longitud de las trincheras de apertura se determina a partir de su pendiente y la altura del escalón (h), en los gráficos mineros se observa la proyección de la trinchera en el plano horizontal. La longitud de las trincheras de corte se determina en base a la longitud del bloque a preparar y el tipo de transporte utilizado. 54 �El ancho de las trincheras por el fondo (b) se establece fundamentalmente a partir de los equipos mineros y de transporte utilizados en sus labores y los futuros equipos de explotación. Cada trinchera de apertura resuelve una tarea particular, preparar un nuevo horizonte (tarea general para yacimientos horizontales de poca profundidad). Durante la explotación de los yacimientos horizontales, inclinados o abruptos, de gran profundidad, simultáneamente se encuentran en explotación gran cantidad de escalones, entonces se emplean las trincheras separadas (Figura No. 31) que sirven para garantizar el enlace entre dos escalones contiguos; se unen en una red de transporte única y tiene lugar un sistema de trincheras, que permite realizar el enlace con los puntos de recibimiento de la masa mineral, (escombreras, depósitos intermedios, plantas de beneficio). Figura No. 31. Apertura con trincheras separadas; 1, limite del campo de mina (de cantera); 2, trincheras de los niveles III y IV; 3, trincheras de los niveles I y II. 55 �Si la apertura se realiza en las laderas de las montañas, el perfil de la trinchera es incompleto, y se denomina semitrinchera. Si la apertura se ejecuta con un sistema de trincheras interiores, ubicadas dentro del contorno de la cantera, en el proceso de formación de la zona de trabajo, un borde de la trinchera se explota y esta se convierte en una semitrinchera. El método de apertura con trincheras incluye más de una variante, uno de los criterios fundamentales es la ubicación recíproca del sistema de trincheras en el espacio. Apertura con trincheras sucesivas interiores (para canteras de forma circular), durante el paso de un escalón a otro la dirección del movimiento de los medios de transporte no varía (Figura No. 32 y Figura No. 42) . Apertura con trincheras cerradas interiores (con transporte automotor en forma de lazo), el sentido del movimiento de los medios de transporte varía de escalón en escalón. Figura No. 43) . Apertura con trincheras combinadas. El sentido del movimiento durante el ascenso o descenso de los escalones varía cada 3-4 escalones. 56 �+ 0 - -h - 2h - 3h -h L lo L lo -2h -3h L lo Figura No. 32 . Vista en planta y perfil de apertura con trincheras sucesivas . L – longitud de la trinchera. Lo – longitud de la plazoleta de intercepción. H – altura del escalón. 57 �Apertura de flanco Apertura Central 58 �Apertura por el costado yacente Apertura por el costado colgante. Figura No.33. Apertura por la ubicación de las excavaciones con relación al campo de cantera. Apertura Por el número de escalones a que sirven Separadas (un escalón). De grupo (un grupo de escalones) Generales (todos los escalones) 59 �Figura No.34. Apertura con trincheras de grupo Por el número de trincheras que aperturan un escalón Unitarias (una trinchera) Pares (dos trincheras) Las trincheras pares permiten organizar el movimiento de los medios de transporte por separado, gracias a lo cual mejoran los índices de utilización de los equipos en el tiempo. Se utilizan como regla, en las canteras no muy profundas o para la apertura de los horizontes superiores de las canteras profundas. 60 �Estos son los métodos de apertura con trincheras, cada uno de los cuales se desarrolla a medida que avanzan los trabajos mineros en la cantera en dirección horizontal y profundidad. II.3.- Métodos de laboreo de trincheras. La apertura y preparación de nuevos horizontes de trabajo en las canteras garantizan el aseguramiento de la estabilidad o el aumento de la longitud del frente mineral, es decir, la estabilidad o el aumento de la productividad mineral de la cantera. De la velocidad de laboreo de la trinchera depende la duración de la apertura y preparación de nuevos horizontes, la presencia o la ausencia de un frente suficiente de extracción o destape, por lo anteriormente expuesto, existe la tendencia de aumentar siempre la velocidad de laboreo de las trincheras. Los métodos existentes de laboreo se pueden dividir en dos grupos: . Laboreo directo a toda profundidad con frente continuo; . Laboreo por capas, el frente se divide en capas verticales. A partir de la ausencia o presencia de los medios de transporte existen los siguientes métodos de laboreo. . Con transporte; . Sin transporte; . Métodos combinados. A continuación se analizan algunos ejemplos de los más característicos. II.3.1.- Laboreo de trincheras con transporte ferroviario a toda su profundidad. El ancho de la trinchera por el fondo se determina a partir de las condiciones de ubicación de la franja de transporte y el montón de rocas explosionadas. b = x×a+ A Donde: 61 �x - ancho del montón de rocas; a - ancho de la franja (banda) de transporte que incluye una o dos vías y la cuneta; A - ancho de la banda de perforación. Habitualmente para una sola vía (a=8 m, b=29-36 m), para dos vías (a=15 m, b=36-45 m). - A partir de la condición de ubicación de los equipos de carga y transporte (Figura No.35 A, B y C y 36 ). b = d1 + d 2 + k Donde: d 1 - distancia desde el eje de la excavadora hasta el borde de la trinchera, m; d1 = r + 0.8 − h p × Cotα Sin α d 2 - distancia desde el eje de la excavadora hasta el eje de la vía férrea, con el brazo estirado al máximo; r - radio de giro de la parte trasera de la excavadora; 0.8 - distancia mínima entre la parte trasera de la excavadora y el borde de la trinchera; h p - altura desde la superficie del fondo de la trinchera hasta la plataforma de la excavadora; k - distancia entre el eje de la vía férrea y el borde de la trinchera, (k=5 m). - Considerando el giro libre de la parte trasera de la excavadora (durante la carga superior). b = 2d 1 Habitualmente b=10-20 m. En la Figura 35A. una pala mecánica laborea una trinchera en un frente cerrado, a toda su altura. En este caso el ancho de la trinchera por el fondo se determina por la expresión: 62 �b=a+x+ A En la Figura 35B, el laboreo se realiza con parejas de excavadoras, la que se encuentra en el frente, carga el último vagón, y entre uno y otro le prepara un montón de rocas a la segunda excavadora. En este caso dos excavadoras cargan simultáneamente 2-3 vagones, ello disminuye considerablemente el tiempo de carga de los trenes y aumenta la velocidad de laboreo de la trinchera. El ancho de la trinchera por el fondo se determina por la expresión: b = d1 + d 2 + k En la Figura 35C, una pala mecánica laborea una trinchera con carga superior y ancho por el fondo b=2d 1 . A B C Figura No.35. Laboreo de trincheras con transporte ferroviario a toda su profundidad. 63 �II.3.2.- Laboreo de trincheras por capas con transporte ferroviario. Este método se utiliza para aumentar la velocidad de construcción de la trinchera, parte del aumento de la cantidad de equipos. Figura No 36. Excavación de una trinchera con tajo largo con carga inferior de la roca en vagones ferroviarios. Existen los siguientes métodos de laboreo por capas: . Laboreo de las capas a todo su ancho, Figura No. 37A. . Arranque con capa superior e instalación de las vías en un solo borde, (Figura No. 37B) 64 �. Arranque con carga superior e instalación de las vías en ambos bordes, (Figura No 37C). I I II II III III Figura No. 37A. Laboreo de las capas a todo su ancho Figura No. 37B. Arranque con capa superior e instalación de las vías en un solo borde. I II III IV Figura No. 37C. Arranque con carga superior e instalación de las vías en ambos bordes. En la Figura No38 Se muestra el laboreo de una trinchera por capas con carga superior, en este caso en cada capa el ancho de la trinchera por el fondo b 1 =2d 1 . El ancho del fondo cuando se alcanza la profundidad final (b) depende de los equipos y se calcula fácilmente. 65 �d1 d2 b Figura No.38. Laboreo de una trinchera por capas con carga superior II.3.3.- Laboreo de trincheras con transporte automotor a toda la altura del escalón. Los esquemas más difundidos son los cerrados o con giros circulares de los camiones. El esquema cerrado se muestra en la Figura No. 39A, el ancho de la trinchera por el fondo se puede determinar por la siguiente fórmula: b = 2d + R + lc + x 2 donde: d - distancia desde el borde del camión hasta el borde de la trinchera; R - radio de giro del camión; l c - longitud del camión; 66 �x - ancho del camión. En dependencia de la marca del camión el valor de “b” oscila entre 25 -30 m. En la Figura No.39B, está representado el esquema de laboreo de una trinchera con giros circulares del camión. El ancho de la trinchera por el fondo será: x  b = 2 d +  + 2 R = 2( d + R ) + x  2 67 �B A A R R d R x b b A AA´ Figura No.39. Laboreo de trincheras con transporte automotor a toda la altura del escalón. 68 �En la conclusión del análisis de los métodos de laboreo de trincheras con transporte se mostrará el esquema con transporte, sin transporte y transporte combinado. La trinchera se laborea en rocas duras, después de la perforación y el mullido, la trinchera se divide en dos capas. La superior es cargada al transporte ferroviario ubicado en el borde de la trinchera (carga superior), la capa inferior es cargada al transporte automotor en este caso con esquema cerrado. El ancho de la trinchera por el fondo depende del método de llenado de los camiones por la excavadora. II.3.4.- Métodos de laboreo sin utilización de transporte. Se utilizan para el laboreo de trincheras en rocas de fortaleza f =2-4 en la escala de Protodiakonov con excavadoras de arrastre (dragalinas). En este método se prevé la ubicación de las rocas en los bordes de la trinchera. Los esquemas se diferencian por la ubicación de las rocas y por la construcción de los frentes, existen los siguientes métodos: . Frente de arranque de extremo, con ubicación de las rocas en ambos lados de la trinchera. . Frente de extremo con ubicación de las rocas en un solo lado de la trinchera. . Frente lateral con ubicación de las rocas en un solo lado de la trinchera. El cálculo de los parámetros del laboreo consiste en la comprobación de la correspondencia de los parámetros de la excavadora, la trinchera y la escombrera. Esta combinación se realiza determinando la posibilidad de ubicación del volumen de rocas extraído de la trinchera en la escombrera situada su borde. S o = Ke × S t Donde: S o - área de la sección transversal de la escombrera; S t - área de la sección transversal de la trinchera; 69 �K e - coeficiente de esponjamiento de las rocas. Los parámetros fundamentales que se calculan son los siguientes: . Altura de la escombrera; . Profundidad de la trinchera; . Ancho de la trinchera por la superficie. El ancho de la trinchera por el fondo se determina a partir de la ubicación de los equipos mineros y de transporte. En la Figura No.40, se muestran los parámetros del laboreo de una trinchera con frente de extremo y ubicación de las rocas en ambos lados. Figura No.40. Frente de arranque de extremo, con ubicación de las rocas en ambos lados de la trinchera. En las figuras mostradas aparecen de manera general los siguientes parámetros: . R d - radio de descarga de la dragalina; . b s - ancho de la franja de seguridad (b s ≅3 m); 70 �. α - ángulo de los bordes de la trinchera; . αo - ángulo de los bordes de la trinchera con frente lateral; . β - taludes de las escombreras; . K e - coeficiente de esponjamiento de las rocas; . b - ancho de las trincheras por el fondo; . B - ancho de la trinchera por la superficie; . H - profundidad de la trinchera; . H a - profundidad de arranque de la excavadora; . H o - altura de la escombrera; . R a - radio de arranque de la excavadora; . l g - distancia desde el eje de la excavadora hasta el borde superior de la trinchera. Velocidad de laboreo de la trinchera. Depende de la productividad de los equipos que trabajan en el laboreo de la misma, y la sección transversal de ella. V = Q St Donde: V - velocidad de laboreo, m/mes; Q - productividad mensual de la excavadora, m3/mes; S t - sección transversal de la trinchera, m2 II.4.- Grafico de organización de los trabajos de apertura y preparación de nuevos horizontes. Las fórmulas expuestas anteriormente nos dan la posibilidad de establecer teóricamente el límite superior de la velocidad de profundización de la cantera. Pero ello en gran medida depende de factores organizativos, por ello para la determinación exacta de la velocidad de profundización de los trabajos mineros en la cantera se debe analizar la organización de los mismos. El método más utilizado es el propuesto Longitud = f(Tiempo) propuesto por el Prof. Arsentiev A.A. 71 �El gráfico L=f(T) permite analizar y programar cualquier variante de organización de la profundización en cualesquiera de las condiciones de trabajo, determinar el tiempo de apertura y preparación de nuevos horizontes, este se halla como un intervalo de tiempo entre dos posiciones similares de los trabajos mineros durante la preparación y apertura de los escalones contiguos. El tiempo de preparación y apertura del nuevo horizonte representa la base para la determinación de la velocidad de profundización de la cantera, y esta a su vez es la base para la determinación de la productividad de la cantera. Aquí radica la importancia de la organización de los trabajos de apertura y preparación de nuevos horizontes. Analicemos en un ejemplo simple el orden de ejecución del gráfico L=f(T). En la (Figura No.41) está representado un plan conjunto de dos horizontes, de acuerdo con este dibujo el horizonte 1 fue aperturado por la trinchera de apertura AB, con longitud de 200 m y preparado por la trinchera de corte BC con longitud de 800 m (los valores numéricos se dan para mayor evidencia). Si en el laboreo trabaja una sola excavadora, después de terminar la trinchera de corte comenzará a trabajar en la banda ´´i´´, ensanchando la trinchera, después en las bandas ´´k, l, m´´, hasta que no sea extraído el volumen V 1 , que permite la apertura y preparación del horizonte 2. Teniendo un ancho de plazoleta normal (B), el frente de trabajo en el horizonte 1 (L f ) ocupa la posición D f . De esta manera se garantiza la posibilidad de profundización de la cantera hasta el horizonte 2. Si existe la necesidad, la excavadora comenzará inmediatamente el laboreo de la trinchera de entrada A1B1 y después la de corte B1C1. El tiempo de preparación de nuevos horizontes (T) se determina como el intervalo de tiempo entre dos situaciones similares de los trabajos mineros en los horizontes contiguos. En el caso analizado los puntos C y C1 que corresponden a la 72 �determinación del laboreo de las trincheras de corte en los horizontes 1 y 2, de acuerdo con el gráfico T=2.5 años. La velocidad de profundización puede ser determinada por la siguiente expresión: hp = h T Donde:h p - velocidad de profundización, m/año; h - altura del escalón, m. Para aumentar la velocidad de profundización es necesario disminuir el tiempo de preparación de los nuevos horizontes. Con este objetivo se utilizan varias excavadoras durante la preparación de los nuevos horizontes. Si en el caso visto utilizamos dos excavadoras, la primera laborea las trincheras de apertura, el frente de trabajo se divide en dos bloques, L b1 = L b2 = 400 m. La segunda excavadora comienza a trabajar en el desplazamiento del borde de la trinchera en el bloque b 1 , cuando la excavadora N 1 ha laboreado la trinchera a una distancia tal que permite el trabajo de la segunda, que va más rápido (debido a que la sección transversal de la banda es menor que la de la trinchera) y que esta no se acerque a una distancia menor que 150 m. En el caso analizado la segunda excavadora puede comenzar 3.5 meses después que la primera. La excavadora N 1 , después del laboreo de la trinchera pasa al bloque b 2 , para desplazar el borde de la trinchera. La excavadora N 2 al terminar el horizonte 1, puede pasar a laborear la trinchera de apertura A11 B11 y la de corte B11C11. Aquí también hay que observar la distancia mínima de 150 m hasta la excavadora N 1 que trabaja en el ensanchamiento de la trinchera en el bloque 2. La utilización de dos excavadoras permitió disminuir el tiempo de preparación del nuevo horizonte hasta T 1 =1.2 años y de esta manera aumenta significativamente la velocidad de profundización. En gráfico L=f(T), de la Figura No. 41 el trabajo de las excavadoras se representa 73 �con líneas, puesto que las secciones de las trincheras son estables, y como las secciones de las bandas no son estables, el trabajo de las excavadoras en el ensanchamiento de las trincheras se representa en forma de área (superficie). 74 �D M L k i C C 1000 m K C´ 900 C´ H1 800 700 B H2 600 I I B´ 500 400 A´ 300 B´ 200 B B 100 i l A´ f A I–I A T, años 3,5 años V α φ H2 1 año 2 años Figura No. 41. Gráfico de organización de los trabajos de apertura y preparación de nuevos horizontes. 75 �II.4.1.- Apertura con trincheras sucesivas interiores. En la Figura No. 42 está representada la vista de una cantera aperturada con trincheras sucesivas interiores. Este método de apertura se utiliza con diferentes tipos de transporte: ferroviario, automotor, transportadores de banda, skips. En dependencia del tipo de transporte varía la pendiente de las trincheras y las construcciones de las plazoletas de intersección de las trincheras y los escalones. Durante la apertura con este método el sentido del movimiento del transporte no varía al pasar de un escalón a otro. El sistema de trincheras sucesivas ocupa en el bordo de la cantera un tramo de longitud: hj n −1 L ≥ ∑ Lbj + ∑ loj = ∑ + ∑ loj 1 1 1 i 1 n n −1 n donde: i - pendiente media de las trincheras de apertura. n - cantidad de escalones; L bj - longitud de las trincheras de apertura. L oj - longitud de las plazoletas de intersección, h j - altura de los escalones. En la Figura No. 42 se muestra la organización de los trabajos y su interpretación gráfica durante la apertura con sistema de trincheras sucesivas interiores. La excavadora N 1 laborea la trinchera de apertura AB en el escalón inferior (horizonte 50m) y después laboreará la trinchera de corte BG, es decir, preparará el horizonte 50m. Cuando el frente de arranque de la trinchera se desplaza a la distancia lT, se puede comenzar el laboreo de la trinchera de corte en el horizonte 50m. En sentido contrario (BK) con la excavadora N 2 . Este proceso se ha representado en el gráfico con las líneas inclinadas AB, BG, BK. 76 �La situación de los trabajos mineros en el momento de terminación del tramo de la trinchera de corte BK se muestra en la Figura No. 42. Para el ensanchamiento de la trinchera de corte, el frente de trabajo se divide en 4 bloques. Primeramente la excavadora N 3 y N 4 comienzan a trabajar en el bloque 2 y 3. El proceso de trabajo se representa en el gráfico L=f(T)en forma de rectángulo. La trinchera de apertura CD en el horizonte 35m se puede laborear en 12.5 meses y la de corte DG dentro de 13.3 meses (Figura No. 42 C) a partir del comienzo de los trabajos de preparación. Comienza el trabajo en el horizonte 35m con el laboreo de la trinchera de corte (Figura No.42D) su ensanchamiento en 4 bloques (5,6,7,8) y se laborea la trinchera de entrada al horizonte 20 (Figura No. 42E, recta EF) . El intervalo de tiempo entre el comienzo del laboreo de las trincheras de corte en los horizontes contiguos T 25 y T 20 representa el tiempo de preparación de los horizontes. Durante el análisis de estos gráficos el Prof. Arsentiev obtuvo una expresión para determinar la posible velocidad de profundización durante la apertura con trincheras sucesivas interiores. hp = 12 × Q     La + L p 1   h( Cotϕ + Cotβ ) × Lb + + × ( b + h × Cotα )   m   c × ( Lb + le )   La fórmula es real cuando V t ≥V o Vt = c×Q h( b + h × Cotα ) Donde: V t - velocidad de laboreo de la trinchera; V o - velocidad de ensanchamiento. 77 �Vo = m×Q h 2 × ( Cotϕ + Cotβ ) es decir, cuando: m≤ c × h × ( Cotϕ + Cotβ ) b + h × Cotα Cuando V t =V o hp = 12 × Q   1 ( ) ϕ β α h L Cot Cot b h Cot × × + + × + × ( )   b c × ( La + Lb + la + le )   Q - productividad de la excavadora, m3/mes; h - altura del escalón, m; ϕ - ángulo de inclinación del bordo de trabajo, grados; β - ángulo de inclinación de la dirección de profundización, grados; α - talud del escalón, grados; L b - longitud del bloque de la excavadora, m; L a - longitud de la trinchera de apertura, m; L p - longitud de la plazoleta de intersección, m; le - distancia mínima permisible entre la excavadora que laborea la trinchera y la que la ensancha, m; b - ancho de la trinchera de corte por el fondo, m; e - coeficiente de disminución de Q durante el laboreo de trincheras; m - cantidad de excavadoras que trabajan en el ensanchamiento de las trincheras. 78 �D C E G B G 1 F H= 35m H = 50m G b4 A A H= 20m b8 b8 E 1 b3 b7 b7 4 D D D H = 50m H = 35m A b6 b6 It B C B C C B b2 3 K A-A N A A b1 2 A b5 h V1 H - 50 2 V2 H - 35 K H - 20 K β φ M 79 �Figura No. 42. Apertura con trincheras sucesivas interiores G km G H – 20, E1 H – 35, E3 E3 V5= 260 000 m3 T5= 6 meses T2= 6 meses P – 50, E1 F B8 b4 E1 V2= 360 000 m3 b3 E4 V2= 260 000 m3 It D T2= 5,5 meses D B7 E4 V5= 360 000 m3 T5= 6 meses E K E3 H 35 C b2 E3 V1=335 000m3 T2=6,3meses lt B6 E5 V5= 350 000 m3 T5= 7 meses B It B H - 50 A b5 E6 V5= 370 000 m3 T5= 3,5 meses b1 E2 V1= 400 000 m3 H – 50 t2 T1= 8 meses a b K c E K d T/ Años 80 ��II.4.2.- Apertura con sistema de trincheras cerradas interiores. Este método está muy difundido, sobre todo en la explotación de yacimientos con gran cantidad de escalones, porque ocupa una parte pequeña del bordo en comparación con el sistema de trincheras sucesivas. El esquema de apertura se representa en la Figura No.43, en ella se muestra la vista en planta y la proyección del bordo de la cantera en la superficie. Para la apertura del escalón con cota -h, desde la superficie se laborea la trinchera de apertura con pendiente “i”. En el horizonte -h (menos h) se utiliza el giro cerrado para el transporte ferroviario y el de lazo para el transporte automotor. La apertura del horizonte -2h se realiza con otra trinchera de entrada en sentido contrario, en este también se realiza el giro cerrado o de lazo, y así sucesivamente. De esta manera los medios de transporte varían su sentido de movimiento en cada escalón. El sistema de trincheras cerradas ocupa en el bordo de la cantera una longitud no menor que: Lt = La + 2lt = h + 2lt i donde: L a - longitud de la trinchera de apertura (proyección en el plano horizontal); l t - longitud del acceso cerrado, (cerrado o de lazo); h - altura del escalón; i - pendiente media de las trincheras de apertura. En la Figura No. 43 están representadas las posiciones de los trabajos mineros, y el gráfico L=f(T) de organización de los trabajos durante la formación del sistema de trincheras cerradas. La posición “a” corresponde al laboreo de la trinchera de apertura en su fase final en el horizonte 50m; “b” y “c” corresponden al laboreo de la trinchera de corte en el horizonte 50m. El ensanchamiento de la trinchera en el horizonte 50m, se realiza en cuatro bloques que se representan en el gráfico con 82 �rectángulos de altura igual a su longitud y ancho igual al tiempo de preparación del bloque hasta el momento de creación de la plazoleta de trabajo normal. El primer tramo que se ensancha es el que corresponde al bloque 3, porque en este parte del horizonte 50m deben comenzar los trabajos de laboreo de la trinchera de apertura en el horizonte 35m. Después comenzarán a explotarse los bloques 2 y 4, y al final el bloque 1. La posición “d” corresponde a la situación de los trabajos mineros en los horizontes 50 y 35, en el momento de terminación de la preparación del horizonte 35m. El proceso de profundización de la cantera está representado en el gráfico L=f(T). La excavadora N 1 laborea la trinchera de entrada AF en el horizonte 50 y después la de corte. Este trabajo se representa en el gráfico con las líneas inclinadas, AF y FD. Cuando el frente de la trinchera se mueve a la distancia l t se puede utilizar la segunda excavadora en el laboreo de la trinchera de corte del horizonte 50m, (línea inclinada EF). La trinchera de entrada del horizonte 35 m puede comenzar a laborearse después de explotar los bloques 3 y 2, línea FE, luego comienza la preparación del horizonte 35 m. El intervalo de tiempo entre el comienzo de las trincheras de corte en los horizontes contiguos representa el tiempo de preparación del nuevo horizonte (T). La velocidad de profundización puede ser determinada por la siguiente fórmula: hp = h T Igual que para el método de trincheras sucesivas interiores, para este también existe una fórmula analítica para determinar la velocidad de profundización. Considerando que las excavadoras son del mismo tipo y la longitud de los bloques iguales: 83 �hp = 12 × Q L  1  × (b + h × Cotα ) h × ( Cotϕ + Cotβ ) ×  Lb + a  +  m  c × ( Lb + lt + le ) La fórmula es real cuando V t ≥ V o , es decir, cuando: m= c × h × ( Cotϕ + Cotβ ) b + h × Cotα Si V t = V o , la fórmula toma la siguiente forma: hp = 12 × Q h × Lb × ( Cotϕ + Cotβ ) + 1 c × ( Lb + La + lt + le ) × ( b + h × Cotα ) En estas fórmulas: Q - productividad de la excavadora, m3/mes; h - altura del escalón, m; ϕ - ángulo de inclinación del bordo de trabajo, grados; β - ángulo de inclinación de la dirección de profundización, grados; α - talud del escalón, grados; L b - longitud del bloque de la excavadora, m; L a - longitud de la trinchera de apertura, m; L p - longitud de la plazoleta de intersección, m; le - distancia mínima permisible entre la excavadora que laborea la trinchera y la que la ensancha, m; b - ancho de la trinchera de corte por el fondo, m; e - coeficiente de disminución de Q durante el laboreo de trincheras; m - cantidad de excavadoras que trabajan en el ensanchamiento de las trincheras. V t - velocidad de laboreo de la trinchera; V o - velocidad de ensanchamiento de la trinchera. 84 �La desventaja de este método de apertura es la presencia en cada escalón de accesos cerrados, donde los trenes se ven obligados a maniobrar, ello disminuye considerablemente la capacidad de transporte de las vías. Además, como todas las trincheras están ubicadas en un solo borde, el ángulo de este disminuye y esto crea un volumen adicional de trabajo. En la práctica la apertura con trincheras cerradas frecuentemente se utiliza en combinación con trincheras sucesivas, esto permite atenuar las desventajas de uno y otro método. En todos los métodos de apertura con trincheras, los sistemas de apertura se forman en los bordos inactivos de la cantera. En los bordos de trabajo de la cantera el enlace entre los horizontes de trabajo se realiza a través de accesos temporales. 85 �b c Figura No. 43. Apertura con sistema de trincheras cerradas interiores d b4 b4 B B b3 H 50 H 50 H 50 b3 a F F H 35 b2 A A b2 A A b1 A-A B h B VP VP β β H - 50 ϕ H - 35 H - 20 86 �Figura No. 43. Apertura con sistema de trincheras cerradas interiores d D P5 E1 l0 lt F P35 E5 b–3 E–3 T3 = 6.5 meses V3 = 325 t/m3 F F b–2 E–4 T2 = 6 meses V2 = 320 t/m3 B - 50 P50 E2 A D b–4 E–1 T4 = 7 meses V4 = 350 t/m3 0 B35 E3 C lt b–1 E–2 T3 = 8.2 meses V3 = 395 t/m3 a b E C P35 E3 E C T (años) 87 �II.5.- PREPARACION DE LAS ROCAS PARA SU EXTRACCION A CIELO ABIERTO. II.5.1.- generalidades sobre la preparación de las rocas para su extracción. Se utiliza con el objetivo de garantizar la seguridad de los trabajos mineros, la calidad de la materia prima extraída, la posibilidad técnica y las mejores condiciones de utilización de los medios técnicos en los procesos siguientes. La preparación incluye: 1. Desecación de las rocas(en el método de excavación) 2. Debilitamiento y variación del estado de 3. Fragmentación del macizo rocoso. 4. Otras formas de acción sobre las rocas para facilitar su laboreo. El método de preparación da las rocas para la extracción depende ante todo del tipo de estado de agregación y de las propiedades físicas de las rocas en el macizo, de la potencia de la unidad, de la presencia de medios técnicos, los requerimientos de la calidad de la materia prima extraída y también de las condiciones naturales de realización de los trabajos. Los gastos específicos para la preparación de las rocas para la extracción en los gastos generales del laboreo, varían desde 5 hasta 40 %. El arranque de las rocas sueltas en su estado común se realiza exitosamente con todos los tipos de equipos de arranque de excavación–carga (la preparación coincide con el arranque en espacio, tiempo y por los medios de mecanización). Con el método hidráulico la coincidencia de preparación y arranque se reduce a su lavado directo con el chorro de agua. El arranque de rocas densas y las ligadas menos fuertes también puede realizarse directamente del macizo por las máquinas de excavación-carga con esfuerzos de corte elevados. Si los esfuerzos desarrollados por las máquinas de arranque no son suficientes, la preparación de estas rocas para el arranque se reduce al esponjamiento mecánico o en algunos casos con voladuras. Con el método 88 �hidráulico la preparación previa de estas rocas se realiza mediante la inundación, el esponjamiento mecánico o la voladura. Las rocas ligadas no muy fuertes frágiles y muy frágiles se pueden preparar exitosa y económicamente mediante el esponjamiento mecánico. Las rocas ligadas fuertes normalmente se preparan para el arranque mediante voladura. En este caso los procesos de preparación son la perforación y la explosión. Trabajos de excavación-carga Consiste en la extracción de la masa minara del frente, su carga-traslación y descarga en los medios de transporte o en las escombrera. Normalmente la excavación y la carga se realiza por una misma máquina o un complejo de máquinas de excavación-carga. La extracción de las rocas sueltas pueden realizarse mediante excavadoras de todos los tipos y clases (pala directa, retro excavadora, dragalina, excavadoras de rotor, de canjilones, jaibas) y máquinas de excavación-transportación (scrapers, buldózer, cargadores). Para la preparación y extracción de las piedras ornamentales y de recubrimiento se utilizan máquinas cortadoras. La extracción de las rocas voladas se realiza con excavadoras de pala directa o con cargadores frontales. En la excavación-carga hay que realizar una serie de trabajos auxiliares como el aplanamiento de las plazoleta para la excavadoras, la limpieza de sus cucharas, la recogida de los derrames durante la carga, la limpieza del techo del cuerpo mineral, la limpieza de las bermas de los escalones, la traslación de cables, el suministro de materiales y repuesto. Para realizar estos trabajos se utilizan buldózeres, scrapers, aditamentos colgantes de las cucharas de las excavadoras winches, plataformas sobre camiones o ferrocarril. Transporte de las rocas. 89 �Este es el proceso más trabajoso y caro (de 30 – 70 % de los gastos totales). En las canteras anualmente se laborean y trasladan desde decenas de miles hasta cientos de millones de toneladas de masa minera. La distancia de transportación de las rocas de destape desde el frente a la escombrera y del mineral a los usuarios varía desde algunas decenas de metros hasta decenas de kilómetros. A veces las rocas desde el punto de carga hasta el punto de descarga se traslada con las excavadoras, scrapers o buldózeres, pero lo más frecuente es que esto se realice con diferentes medios de trasporte. Una particularidad importante de la traslación de la masa minera es que la ubicación de las puntos de carga en los frentes y de descarga en las escombreras no son estacionarios, a consecuencia de lo cual las vías de transporte regularmente se alargan o se acortan y se trasladan, lo que requiere de trabajos auxiliares muy laboriosos. Los tipos básicos de transporte en las canteras son: Ferroviario Automotor Transportador Otros tipos de transporte utilizados con menor frecuencia son; el skip, el transporte hidráulico, y otros. En algunos casos se realiza el transporte combinado. Los trabajos auxiliares en el transporte consisten en la construcción, reparación y mantenimiento corriente de las vías, la traslación periódica de estas y el mantenimiento corriente a los medios de transporte. La preparación de las rocas para la excavación se realiza con el objetivo de garantizar la seguridad de los trabajos mineros, la calidad de la materia prima la posibilidad técnica de mejores condiciones de utilización de los medios de mecanización de los demás procesos tecnológicos. La preparación incluye: aseguramiento de la estabilidad de los paramentos; drenaje; variación de su estado agregacional; fragmentación del macizo. 90 �La preparación de las rocas para el arranque o excavación se puede realizar por métodos mecánicos, hidráulicos, físicos, combinados y con explosivos. La selección del método depende ante todo del, estado agregacional y propiedades de las rocas en el macizo, potencia productiva de la empresa, presencia de medios técnicos, exigencias a la calidad de la materia prima, y también de las condiciones naturales. Los gastos en la preparación oscilan entre 5-40 % del total de los gastos de extracción. La excavación de las rocas blandas se puede realizar con cualquier equipo de arranque, en este caso la preparación se conjuga con la excavación y se realiza con el mismo equipo. La excavación de rocas densas se realiza con equipos de mayor fuerza. Las rocas duras deben ser preparadas para la excavación • por métodos explosivos. III.5.2.- Formación de Escombreras. Estos trabajos consisten en el traslado y ubicación de las rocas de destape o el mineral que se va a almacenar por un tiempo largo en plazoletas especiales preparadas para este fin; el peso específico de los gastos para la formación de escombreras oscila desde 5 hasta 20%. La formación de escombreras puede realizarse tanto con máquinas especiales como con los medios de mecanización de otros procesos productivos, tales como excavadoras, buldózeres,. Cuando la traslación de las rocas se realiza en camiones, como equipos formadores de escombreras se utiliza el buldózer. El conjunto de procesos productivos interrelacionados que asegura la variación del estado de agregación de las rocas de destape y del mineral y también su carga, traslación y almacenamiento constituye la tecnología de laboreo de un yacimiento: La tecnología y la mecanización de los trabajos mineros se basa sobre los principios de: Fluidez. Simultaneidad e independencia de los procesos. 91 �Aseguramiento de las distancias más cortas de traslación de la masa minera. Disminución del número y el volumen de los trabajos auxiliares. Gastos mínimos de producción y máxima ganancia en la realización de la producción. Las labores de escombreo representan el último proceso tecnológico fundamental en la explotación de una mina a cielo abierto. Es un proceso de mucho trabajo, de la calidad de este depende en amplio margen el ritmo y el rendimiento económico del trabajo de la mina. Los gastos de las labores de escombreo en la minería a cielo abierto alcanzan el 12-15 % de los costos totales de extracción de 1 m3 de rocas estériles. Absorben alrededor del 25 % de los trabajadores del destape. Durante la planificación y proyección de las labores de escombreo es necesario considerar los siguientes factores: - Las escombreras deben tener el volumen suficiente, encontrarse a la distancia mínima de la cantera, estar situadas en áreas sin mineral útil, no obstaculizar el desarrollo de los trabajos mineros y facilitar la creación de las condiciones de seguridad del trabajo. - El método de escombreo y los medios de mecanización deben garantizar el almacenamiento continuo de rocas, la capacidad de recibimiento, los gastos mínimos y la productividad máxima de los trabajadores. El laboreo de escombreras incluye los siguientes trabajos: - descarga de las rocas en el frente de escombrera; - distribución de las rocas en la escombrera; - traslado de las vías de comunicación. Las escombreras se clasifican por varios índices. - Por el lugar de ubicación: . Interiores. 92 �. Exteriores. . Combinadas. Las escombreras interiores Figura No.44 se ubican en el espacio laboreado durante la explotación de los yacimientos horizontales. V V Figura No.44. Escombrera interior M- Mineral V- Estéril Las escombreras exteriores Figura No.45, se ubican fuera del campo de minas durante la explotación de yacimientos abruptos. En estos casos es preferible situarlas en las laderas de las montañas, en depósitos naturales. En aquellos casos de ubicación de escombreras en lugares llanos es necesario construir las capas iniciales. Existen varios métodos para construir esta capa inicial: usando las rocas de reserva, cuando a su lado se laborean excavaciones, las rocas de esta se utilizan para la capa inicial, usando las rocas del destape. Los métodos de construcción de la capa inicial con las rocas de reserva o de destape hasta la altura proyectada H o se muestran en la Figura No.46. 93 �Las escombreras combinadas Figura No.47 como regla tienen lugar durante la explotación de yacimientos horizontales con gran potencia de rocas suprayacentes. Antes de alcanzar la profundidad final todas las rocas de destape se transportan hasta las escombreras exteriores y después de los escalones inferiores a las interiores. 94 �A V B C Figura No. 45. Escombreras exteriores. A – En espacios naturales o artificiales B – En laderas C – En llanuras 95 �Ho Ho Figura No.46. Esquema de formación de escombreras. 96 ��P Figura No. 47. Escombreras combinadas 98 ��El límite de las rocas de destape para cada escombrera se determina por la capacidad de recibimiento de estas y por cálculos técnico-económicos. - Por su altura: . De un piso, . De varios pisos. - Por el desarrollo del frente de trabajo: Figura No 47. . Paralelas. . En forma de abanico. . Circulares. 100 ��3 1 2 Figura No.48 Variantes de desarrollo del frente de la cantera. 1 - Paralelo 2 - Abanico 3 - Circular 102 ��- Por el método de mecanización: . De excavadoras. . De bulldozer. . Con formadores de escombreras de cinta. . De arado. . Con screpas. . Hidráulicas. . Combinadas. La mayor difusión en la actualidad la han obtenido las escombreras de excavadoras y de bulldozer. Las primeras trabajan fundamentalmente con transporte ferroviario y las segundas con transporte automotor. III.5. 2.1.- Tecnología de laboreo de escombreras con excavadoras. Se utilizan fundamentalmente excavadoras de un solo cubo con capacidad entre 4-16 m3. La capacidad de admisión de la escombrera alcanza los 500 m3/m de longitud del frente de la escombrera. El ancho del desplazamiento de las vías con excavadoras de 4-5 m3 oscila entre 20-25 m, para excavadoras de 8 m3 es de 30-32 m. En los últimos años se ha comenzado a utilizar dragalinas en las escombreras. Sin embargo aumentando la capacidad de recibimiento específico de la escombrera y el ancho del desplazamiento de las vías, las dragalinas solo se pueden utilizar en rocas blandas o muy bien fragmentadas, y en comparación con palas mecánicas de igual capacidad, la duración del ciclo de trabajo es mayor, y por ende es menor la productividad. La desventaja general de este método consiste en la reexcavación de las rocas procedentes de las canteras, pero ello no ha impedido la difusión universal del método que en la actualidad es el más utilizado a nivel mundial. En la Figura No.49 está representado en forma general el frente de trabajo. La excavadora distribuye las rocas en la banda de escombreo de ancho “A” y longitud “L”. El cambio de trenes vacíos y llenos se realiza en el punto de cambio (P. C.). 104 �Se representa el trabajo de la excavadora en la banda de escombreo. Cuando se utilizan palas mecánicas, como regla el escalón de escombreo “H o ” se divide en dos subescalones h 1 y h 2 . La excavadora se instala en el piso del escalón superior, prepara una zanja de recibimiento para que descarguen en ella los vagones. La excavadora reparte las rocas por los subescalones superior e inferior. Cuando la zona de acción de la excavadora en ambos subescalones está repleta, esta se mueve a lo largo del frente en la Figura No.49, se representa con una flecha) prepara una nueva zanja de recibimiento y trabaja hasta rellenar los subescalones. Cuando se termina la banda de escombreo, se trasladan las vías a una posición nueva para laborear otra banda. 105 �Figura No. 49. Laboreo de escombreras con excavadoras. Cálculo del laboreo con excavadoras. Las escombreras deben garantizar el trabajo continuo de la cantera, al recibir y almacenar las rocas de destape que permiten la creación de los frentes de extracción de mineral. Los cálculos de las labores de escombreo con excavadoras incluyen: 106 �. Determinación de l área de la escombrera. “S”. Para escombreras de un nivel. S= Vd × Ke Ho Para escombreras de dos niveles. S= Vd × Ke Ho 1 + Ho 2 × η Donde: V d - volumen de rocas estériles en los contornos de la mina; K e - coeficiente de esponjamiento de las rocas en la escombrera, (K e =1.151.4); H o - altura de la escombrera; H o1 -H o2 - altura de los niveles 1 y 2; η- coeficiente de llenado del área del segundo nivel (η= 0.4-0.8). Determinación de la cantidad de trenes que descargan en un día en la banda de escombreo. Nt = f ×T 2 L + n × td + τ V Donde: T - jornada de trabajo en un día; f - coeficiente que considera la no uniformidad en la llegada de los trenes (f=0.85-0.9); L - distancia desde el punto de cambio hasta el lugar de descarga; V - velocidad de traslación del tren, (7-10 Km/h); n - cantidad de vagones en el tren; t d - tiempo de descarga de un vagón; τ - tiempo para el enlace durante el cambio de trenes, (τ ≅ 0.05 h). 107 �Capacidad de recibimiento diaria de la banda de escombreo a partir de las posibilidades de transporte. Wrt = Nt × n × V Donde: V - volumen de rocas en el vagón. Capacidad de recibimiento diaria a partir de las posibilidades de almacenamiento. Wra = Qe Donde: Q e - productividad de la excavadora, m3/día. Determinación de la capacidad racional de la cuchara de la excavadora,se parte de la interrelación que debe existir entre los equipos de transporte y carga (la productividad de la excavadora debe ser igual a la capacidad de recibimiento de la banda en dependencia del transporte). Wrt = Wra Sustituyendo los valores de W rt y W ra en fórmulas anteriores se obtiene el tipo más racional de excavadora. Capacidad de recibimiento de la banda de escombreo. Wb = Ao × Ho × L Ke Donde: A o - ancho de la banda; L - longitud de la banda de escombreo. Ao = 0.9 × ( Ra + Rd ) Ao = 2 Ra2 + l 2 + P Donde: 108 �R a - radio de arranque de la excavadora, m; l - longitud de la zanja de recibimiento, l = (2-3)l v; P - distancia de seguridad desde el eje de la vía hasta la zanja de recibimiento, (P≅2.5 m) l v - longitud del vagón; H o - altura de la escombrera. Determinación del tiempo entre traslados de las vías. Tt = Wb , dias. Wrt Todos los cálculos anteriores son solo para una banda de escombreo. Ellos podrán ser utilizados para toda la cantera si la productividad estéril diaria de esta no sobrepasa la capacidad de recibimiento de una banda, en caso contrario es necesario determinar la cantidad necesaria de estas. Nt = ( Wc × 1 + tnt Tt Wb ) Donde: W c - productividad estéril de la mina en un día, m3; t nt - tiempo de nivelación de la nueva traza y traslado de la vía; T t - tiempo de traslado de la vía. Volumen de trabajo para el cambio de vías. Conociendo el tiempo para el traslado de las vías en las bandas de escombreo, la longitud de estas bandas, y el régimen de trabajo de la escombrera, se puede establecer el volumen de trabajos viales P (metros de vías férreas al año). R× L P= Tt Donde: 109 �R - cantidad de días de trabajo al año; L - Longitud de las bandas. III.5.2.2.- Tecnología del laboreo de escombreras con bulldozer. Las labores de escombreo se realizan con bulldozer como regla general cuando las rocas estériles son transportadas por camiones. Si se cuenta con bulldozer muy potentes (más de 500 HP) se puede utilizar racionalmente el transporte ferroviario. Los trabajos de escombreo incluyen: - descarga de las rocas en el talud o en la plazoleta de descarga; - traslado de las rocas por el talud con los bulldozeres (nivelación del borde); - trabajos viales y de nivelación. Existen dos métodos de laboreo de escombreras con el transporte automotor. . Periférico. . De plazoleta. En el primer caso las rocas son descargadas directamente en el talud de la escombrera o muy cerca de este, luego los bulldozer las trasladan hacia el borde superior del escalón. El volumen de trabajo del bulldozer depende de la distancia entre este borde superior y la máquina que descarga. En presencia de una base estable de la escombrera, se trata de descargar las rocas directamente en el talud. Para garantizar la seguridad del trabajo en estos casos se usan dos métodos: - Se crean montículos de rocas delante del borde del escalón de la escombrera, (Figura No. 50A); 110 �- Fijación de los camiones antes de la descarga (Figura No. 50B ) como puntos de fijación pueden servir tornillos de cementación o máquinas pesadas (tractores u otras). A 0.45 – 0,8m B 1 – 1.5m Figura No. 50. Formas de garantizar la seguridad de los trabajos durante el Laboreo de escombreras con Bulldozer A – Montículos de seguridad B – Anclado del camión En el segundo caso (método de plazoleta), Figura No.51. las rocas se descargan sobre toda el área de la escombrera después se nivela con los bulldozer y se apisona con cilindros o rodillos, aquí queda lista para la segunda capa. La distancia de transportación de las rocas por los bulldozer no sobrepasa los 5-15 m. este método se utiliza cuando las rocas son blandas y poco estables. 111 �3 2 1 Figura No.51. Escombrera de plazoleta Se puede señalar que el método periférico , figura No. 52. alcanza rápidamente la altura máxima y se desarrolla en lo adelante por el área de la escombrera, y el de plazoleta primeramente ocupa toda el área de la escombrera y va ganado altura poco a poco, por capas. En la actualidad la mayor difusión la obtenido el método periférico, en primer lugar por que el volumen de rocas de elevada fortaleza sobrepasa ampliamente al de rocas blandas. 112 �Figura No. 52. Escombreras periféricas. 113 �Cálculo de las labores de escombreo con bulldozer. Estos cálculos consisten en la determinación del área de la escombrera, longitud del frente de descarga, y la cantidad necesaria de bulldozer. Los datos iniciales para el cálculo están representados por el volumen de rocas a almacenar, W, productividad diaria (turno) estéril de la cantera, volumen real de rocas transportadas por u camión en un viaje. Determinación del área de la escombrera. Se W × Ke He × K a Donde: W - volumen de rocas que serán depositadas en la escombrera durante toda su existencia; K e - coeficiente de esponjamiento de las rocas en la escombrera ( K e =1.051.2); H e - altura de la escombrera; K a - coeficiente que considera los taludes y la no uniformidad del llenado de la escombrera (para escombreras de un nivel (K a =0.8-0.9) y para dos niveles K a =0.5-0.7). Determinación del número de tramos de la escombrera. En las escombreras de bulldozer es necesario determinar la cantidad de tramos activos que son de descarga, de nivelación y de reserva. El orden de cálculo es el siguiente: - Se determina el número medio de camiones que descargan en la escombrera en una hora. N= Aeh × f n Qc Donde: 114 �A eh - productividad estéril de la mina m3/h. f n - coeficiente que refleja la no uniformidad del trabajo de destape de la cantera. f n =1.25 - 1.5 Q c - volumen de rocas transportadas por un camión en un viaje. Cantidad de camiones que descargan simultáneamente en la escombrera. No = N × td 60 Donde: t d - duración de la descarga y maniobra de un camión.(t d =60-100s) A partir del número de camiones que descargan simultáneamente en la escombrera se determina la longitud del frente de descarga de la escombrera. Ld = N o × b Donde: b - ancho de la franja ocupada por un camión durante las maniobras de descarga (el valor mínimo b=18-20m, el máximo b=30-40 m). El número de tramos de descarga en la escombrera trabajando simultáneamente se determina por la fórmula siguiente: Ns = Ld 60 ÷ 80 El número de tramos que se hallan en fase de nivelación como regla se toma igual al anterior Nn = Ns El número de tramos de reserva habitualmente se determina por la fórmula siguiente: Nt = Ns + Nn + Nr A partir del número total de tramos de la escombrera se puede determinar la longitud total del frente de la escombrera. 115 �Lt = (60 ÷ 80) × N t Cantidad necesaria de bulldozer. El número de bulldozer de trabajo se determina a partir del volumen de trabajo en la escombrera que se establece de la siguiente forma: Vt = Aeh × K Donde: K- coeficiente que considera la cantidad de rocas que quedan en la plazoleta durante la descarga del camión. K= Vo Vc Donde: V o - volumen de rocas que se quedan en la superficie de la plazoleta durante la descarga; V v - volumen de rocas que carga el camión. Entonces la cantidad de bulldozer se determina por la siguiente fórmula: Nb = V Qb Donde: Q b - productividad media horaria del bulldozer. El parque inventarial del bulldozer se determina de la siguiente forma: Ninv = Nb α Donde: α - coeficiente de utilización del parque de equipos. 116 �II.6.- SISTEMAS DE EXPLOTACIÓN A CIELO ABIERTO, PRINCIPALES ELEMENTOS, INDICES Y PARAMETROS. II.6.1.- Generalidades y principales elementos del sistema de explotación Por Sistema de Explotación se entiende el orden de formación de la zona de trabajo de la cantera en tiempo y espacio, que se caracteriza por el desarrollo armónico de los trabajos mineros en los escalones, formas de los frentes y dirección del desplazamiento. El sistema de explotación debe caracterizar el desarrollo de los trabajos de preparación y extracción en la mina a cielo abierto. Es necesario señalar, que la tecnología del trabajo de destape se diferencia muy poco de la tecnología de extracción, en muchas ocasiones en un escalón de trabajo se realizan ambas labores con el mismo equipamiento. Los horizontes de extracción y destape se preparan con ayuda de trincheras de corte y zanjas de preparación, las cuales representan las excavaciones mineras de preparación. Tanto los trabajos de destape como los de extracción se caracterizan por dos particularidades básicas: tipo y dimensiones de los equipos tecnológicos empleados y el carácter del desplazamiento en el tiempo y espacio de los frentes de arranque y de trabajo. La primera particularidad determina los métodos de mecanización del arranque y transporte de las rocas, estos varían frecuentemente por el progreso técnico. La segunda particularidad determina el sistema de explotación, el carácter del desarrollo de los trabajos mineros en la mina a cielo abierto. Los parámetros del sistema de explotación dependen del tipo de equipamiento utilizado y a su vez influyen en la efectividad del trabajo de estos. 117 �A diferencia de los métodos de arranque y transporte los sistema de explotación varían muy poco en el tiempo, y con el arribo de nuevos tipos de máquinas adquieren nuevas particularidades. Los sistemas de explotación y los métodos de arranque y transportación (o esquemas de mecanización compleja) representan dos caras de un mismo proceso de explotación de yacimientos. Al mismo tiempo con un mismo sistema de explotación es posible utilizar diferentes variantes de mecanización del arranque, carga y transportación de las rocas y el mineral y viceversa, un método de arranque puede ser utilizado en varios sistemas de explotación. El sistema de explotación previsto durante la proyección, predetermina el tipo de equipos mineros y de transporte, los principales parámetros de la cantera y sus principales elementos, y también los índices técnico-económicos del trabajo de la cantera. Los principales elementos del sistema de explotación son: escalones de trabajo, bandas de excavación, plazoletas de trabajo, trincheras de corte, zanjas de preparación, escombreras interiores. Los principales parámetros del sistema de explotación son: altura (h) y talud del escalón, ancho de la banda de excavación, talud del bordo de trabajo de la cantera, longitud del frente de trabajo para un equipo de carga (longitud del bloque de excavación), longitud del frente mineral, longitud del frente de destape, longitud total del frente de trabajo. n Lm = ∑ li i =1 m Ld = ∑ l j j =1 118 �r Lt = ∑ l k k =1 Donde: i, j, k - Cantidad de escalones de extracción, destape y total respectivamente; l i , l j , l k - Longitud de los frentes de extracción, destape y total respectivamente. Los sistemas de explotación se caracterizan por los siguientes índices fundamentales: - Velocidad de desplazamiento del frente de arranque (V fa ) V fa = Q m / mes A×h - Velocidad de desplazamiento del escalón de trabajo. V ft = 12 × Q = h p ( Cotϕ + Cotβ ) , m / año. Lb × h - Velocidad de profundización de la cantera (h p ) hp = V ft Cotϕ + Cotβ - Velocidad de descenso de los trabajos de extracción (h ext ) V ft  Cotϕ + Cotβ  = hext = h p    Cotϕ + Cotγ  Cotϕ + Cotγ - Productividad por unidad de longitud del frente de extracción (mineral) m= Am Am = n , m 3 / Km. año Lm ∑ li i =1 - Productividad por unidad del frente de destape (a e ) e= Ae A = m e , m3 / Km. año Le ∑ lj j =1 119 �- Productividad en masa mineral por unidad del frente total de trabajo (mm) mm = Amm m ∑l k =1 , M 3 / Km / año k - Pérdida de mineral útil, reflejada por el coeficiente de pérdida (η) η= ∆P P - Empobrecimiento cualitativo (disminución del contenido mineral útil a partir de la adición de rocas estériles (ρ) α −α' ρ= α - Empobrecimiento cuantitativo (ρ') ρ' = V P Donde: A m - productividad mineral de la cantera; A e - productividad estéril de la cantera; P - volumen planificado de extracción de mineral; ∆P - pérdidas absolutas de mineral, m3; α - contenido de componente útil en el mineral (en el macizo), %; α' - contenido de componente útil en el mineral extraído, %; V - cantidad de rocas estériles adicionadas al mineral, m3. Algunos elementos e índices de los sistemas de explotación, como los escalones, velocidad de profundización, son también elementos e índices de la apertura del campo de cantera. II.6.2.- Clasificación de los sistemas de explotación, concepto de régimen y etapas de los trabajos mineros. 120 �Como ya vimos, la relación cuantitativa de los volúmenes de los trabajos de destape y extracción se expresa por medio de los coeficientes de destape. La sucesión de los trabajos de destape y extracción durante el período de existencia de la cantera para la cual se asegura un laboreo del yacimiento planificado, seguro y económico se caracteriza por el régimen de los trabajos mineros a cielo abierto. Se diferencian los regímenes uniformes y no uniformes de los trabajos mineros. Los regímenes uniformes, Figura No, 53, (una etapa) son característicos para unidades con un plazo de servicio no grande. Ti T2 T3 Figura No.53. Régimen uniforme de trabajo Cuando la explotación de un yacimiento es muy prolongada es racional un régimen no uniforme (multietapa), Figura No. 54. 121 �Ti T2 T3 Figura No.54. Régimen no uniforme de trabajo La magnitud de las etapas se elige de modo que corresponda con el plazo de amortización del equipamiento básico de la cantera. El paso de etapa en etapa en tiempo se corresponde con la necesidad de cambiar el equipamiento que ha envejecido. El establecimiento de regímenes racionales de los trabajos mineros es particularmente complejo e importante en el laboreo de cuerpos inclinados y abruptos, cuando los índices económicos de la actividad de la cantera varían debido a la necesaria y permanente profundización de los trabajos mineros. II.6.2.1.- Concepto de flujos de carga y circulación de carga en las canteras. Un flujo de carga de determinada calidad se caracteriza por una dirección relativamente estable (en el tiempo) y determinado volumen de traslados en un turno o día. Si el escalón está formado por rocas homogéneas (destape o mineral) en sus límites se forma un flujo de carga elemental de roca de destape o de mineral. Si el escalón está compuesto, por ejemplo, por rocas de destape y mineral en sus límites se forman dos flujos de carga elementales. Al complicarse las condiciones de yacencia de las rocas se puede formar un gran número de flujos de carga 122 �elementales. Los flujos de carga elementales en un escalón se unen en un flujo de carga del escalón. A su vez los flujos de carga de los escalones se tiende a unirlos en el flujo de carga de la cantera. Se diferencian los flujos de cargas convergentes y divergentes (figura No.55) Figura No. 55. Flujos de carga divergentes y convergentes. y también concentrados y dispersos. Figura No. 56. 123 �Figura No. 56. flujos de carga concentrados y dispersos. Un flujo de carga se considera concentrado si los flujos de carga básica se desplazan por una vía de transporte de salida y disperso si los flujos de carga independientes se trasladan por diferentes vías básicas. La circulación de carga la de cantera es la cantidad de carga (en toneladas o metros cúbicos) por unidad de tiempo (hora, turno, día, año). II.6.3. Zona laboral de la cantera. La zona laboral de la cantera corresponde a aquella parte de ella en la que se realizan los procesos productivos básicos, es decir, el conjunto de bancos que se encuentran en laboreo simultáneamente. La zona laboral a medida que se desarrollan los trabajos mineros se amplia desde las dimensiones iniciales de la trinchera de corte hasta que su arista superior alcanza el contorno final de la cantera al nivel de la superficie. El desarrollo de la 124 �zona laboral en profundidad continúa hasta el momento que los trabajos mineros alcanzan la profundidad final de la cantera. Al laborear yacimientos horizontales y poco inclinados la zona laboral varía muy poco en altura. Estas zonas laborales se denominan sin profundización (condensadas). Hzl Hb Figura No. 57. Zonas laborales sin profundización (condensadas). Al laborear yacimientos inclinados y abruptos las dimensiones de la zona laboral varían tanto en al plano como en altura. Estas zonas laborales se denominan con profundización. B4 B3 B2 B1 H1 H2 H3 H4 Figura No. 58. Zonas laborales con profundización. 125 �II.6.4.- Sistemas de explotación y sus clasificaciones. Sistema de explotación: es un orden establecido de realización de los trabajos de destape, extracción y preparatorios que posibilita el laboreo seguro, económico y total de los recursos observando las medidas de conservación del medio. Los sistemas de laboreo o de explotación de los cuerpos horizontales y poco inclinados, en el período de la explotación se caracterizan solo por el orden de realización de los trabajos de destape y extracción y las variaciones de la longitud del frente de los trabajos o la altura de los escalones aislados. Los trabajos preparatorios, en este caso, terminan con la creación del frente primario de los trabajos de destape y extracción. Estos sistemas de explotación se denominan sin profundización ya que para ellos es característica una ubicación constante de la zona laboral. La particularidad característica del laboreo de los yacimientos inclinados y abruptos es que a medida que se desarrollan los trabajos mineros en profundidad la altura de la zona laboral aumenta y es necesario en relación con esto, realizar trabajos preparatorios durante todo el período de explotación. Los trabajos preparatorios en el período de explotación son necesarios para la apertura de los horizontes en profundidad y para la creación de un frente estable de los trabajos de destape y extracción. Tales sistemas de explotación se llaman con profundización, ya que para ellos es característico el traslado de la posición laboral. Las clasificaciones de los sistemas de explotación se basan en: - El desarrollo general de los trabajos mineros en relación con los contornos del campo de cantera. - La dirección de desplazamiento de las rocas de destape - La forma de realización de los trabajos de destape. 126 �Por el desarrollo general de los trabajos mineros en relación con los contornos del campo de cantera los sistemas de explotación se dividen en: - Longitudinales (de uno o dos bordes), el frente de los trabajos de destape y extracción se desplaza paralelamente a la longitud del campo de cantera. Figura No. 59. Sistemas de explotación longitudinales según los contornos del campo de minas (cantera). Transversales (de uno o dos bordes) el frente de los trabajos de destape y extracción se desplazan paralelamente al eje corto del campo de cantera. Figura No. 60. Sistemas de explotación transversales según los contornos del campo de minas (cantera). 127 �En abanico (central y distribuido) el frente de los trabajos de destape y extracción se desplaza en abanico con puntos de giros centrales o distribuidos. Figura No. 61. Sistemas de explotación en abanico según los contornos del campo de minas (cantera). Anulares (centrales o periféricos): El frente de los trabajos de destape y extracción se ubican por todo el borde de la cantera y se desplaza desde el centro hacia los límites del campo de cantera o desde el límite de este hacia el centro. 128 �Figura No. 62. sistemas de explotación anulares según los contornos del campo de minas (cantera). . 129 �Por la dirección de desplazamiento de las rocas de destape los sistemas de laboreo se clasifican en: Con desplazamiento transversal de las rocas a la escombrera sin medios de transporte; se denominan normalmente sin transporte Figura No.63. Sistema de laboreo con desplazamiento transversal según la dirección de desplazamiento de las rocas de destape. Con desplazamiento longitudinal de las rocas a la escombrera con medios de transporte, se denomina normalmente con transporte. Figura No.64. Sistema de laboreo con desplazamiento longitudinal según la dirección de desplazamiento de las rocas de destape. 130 �Combinados: Con desplazamiento transversal y longitudinal al unísono de las rocas a las escombreras. Estos sistemas tienen signos de los sistemas con transporte y sin transporte. Figura No.65. Sistema de laboreo combinado según la dirección de desplazamiento de las rocas de destape Por la forma de realización de los trabajos de destape los sistemas de laboreo se dividen en: Sin transporte, con desplazamiento de las rocas desde los frentes hasta la escombrera interior por medio de las excavadoras de destape (palas directas o dragalinas). Figura No 66. 131 �Figura No.66. Detalles del sistema simple de laboreo sin transporte. 132 �Figura No. 67. Detalles del sistema simple de laboreo sin transporte 133 �Con escavadora única, los trabajo de destape y extracción se realizan por la misma escavadora alternativamente. Las rocas de destape se trasladan al espacio laboreado y el mineral a una tolva móvil ubicada en la superficie. De la tolva el mineral se carga a los medios de transporte. Con transporte de escombrera. Las rocas de destape se trasladan a las escombreras interiores por medio de los puentes de escombrera a las consolas formadoras de escombreras. Especiales. Las rocas de destape se alejan por medio de grúas torres, scrapers, medios hidromecánicos, buldózer y otros equipos especiales. Con transporte: Las rocas de destape se desplazan a las escombras con medio de transporte. Estos sistemas son más complejos y menos económicos que los sistemas sin transporte, pero pueden utilizarse para cuales quiera condiciones de yacencia de los cuerpos minerales y por eso son los más utilizados. 134 �Figura No. 68. Esquema de una Mina a Cielo abierto, Río Tinto, España. 135 �PARTE III.- APERTURA PREPARACIÓN Y EXPLOTACIÓN DE LOS YACIMIENTOS PARA SU EXPLOTACION POR EL MODO SUBTERRANEO. III.1. Principales tipos excavaciones subterráneas. A) Pozo Vertical: a partir de la función que realizan en el yacimiento se dividen en: principal, de ventilación y auxiliar. Leyenda: 1. Pozo vertical 2. Recorte 9 3 1 3. Contrapozo de apertura 4. Galería Transversal 5. Pozo Ciego Interior 6. Galería Transversal de nivel 6 7. Rampa 4 8. Galería Transversal Maestra 9. Galería de mina 8 2 5 7 Figura No.70. Excavaciones mineras subterráneas B) Galerías transversales y longitudinales: En función de la cantidad de masa menífera que salga por cada excavación se dividen en: - Maestras: Por ella sale toda la masa menífera del yacimiento. Un ejemplo típico lo constituyen las galerías maestras de los yacimientos de carbón. 136 �Pendiente Galería transversal Rampa Figura No. 71: Galería transversal maestra (a). - De nivel: Por ella sale toda la masa menífera de un nivel. b Figura No. 72: Galería transversal de nivel (b). - De grupo: Se realiza con el objetivo de explorar nuevos cuerpos en un mismo yacimiento. 137 �C Figura No.73. Galería transversal de grupo (c). - De concentración: En ella se concentra toda la masa menífera de uno o varios niveles. Figura 74. d Figura No.74. Galería transversal de concentración (d). 138 �C) Contrapozo de Apertura. Figura No. 75. e Figura No. 75. Contrapozo de apertura (e). Es conveniente aclarar que no todos los autores denominan estas excavaciones de la misma manera. Por ejemplo, Borisov a las galerías transversales las denomina cortavetas. III.2. Tipos de excavaciones y requisitos de seguridad. Anteriormente se definió el concepto de trabajo de apertura como el conjunto de operaciones y excavaciones subterráneas que comunican la superficie con un punto del yacimiento. A lo que se añade, que por razones de seguridad todo yacimiento se apertura por lo menos a través de dos excavaciones o series de excavaciones subterráneas: por una se envía el aire fresco al interior de la mina y por la otra se expulsa el aire viciado a la superficie, luego de haberse ventilado los frentes de trabajo. De acuerdo con la función que realizan las excavaciones de apertura se clasifican en:  Principales  Auxiliares 139 � Complementarias  De grupo Las excavaciones de apertura principales se utilizan para la extracción de la masa minera a la superficie, para la ventilación de la mina, para el transporte de equipos, materiales y el personal debajo mina. Son los pozos verticales, pozos inclinados, socavones y galerías transversales. Las excavaciones de apertura auxiliares se destinan para determinados usos específicos diferenciándose de las principales en que por lo general tienen una sección de menor área. Son los pozos o redes de contrapozos que se comunica con la superficie que se utilizan para el descenso de material de relleno y otros materiales, para la ventilación, como vía de escape como son las excavaciones de reserva para la extracción y otros fines. Las excavaciones de apertura complementaria tienen como función llegar hasta los niveles profundos de la mina. A ella pertenecen los pozos ciegos o interiores, tanto verticales como inclinados. Las excavaciones de grupos se utilizan para la apertura de cuerpo minerales que se encuentran distantes de la excavación de apertura principal, por lo general como consecuencia de su descubrimiento tardío.  Esquema de apertura según la posición relativa de extracción y ventilación. La ubicación relativa de los pozos de extracción y ventilación entre si y con respecto al cuerpo mineral brinda esquemas que basan su diferencia principal en el recorrido que realiza la corriente de aire bajo mina, razón por la cual se conceptúan como esquema de ventilación, sin embargo aperturan y la consecuencia de su elección van mas allá de los limites de la ventilación de minas. Existen dos esquemas: central y diagonal. El esquema central se caracteriza porque tanto el pozo de extracción como el de ventilación se encuentran ubicados en la cercanía o en el mismo centro de masa 140 �del campo de mina, situándose los pozos a una distancia mínima de 30 m uno del otro por razones de seguridad. Figura No.76. Disposición reciproca de los pozos principal y auxiliar (en el plano)1pozo principal, 2- pozo auxiliar, a) esquema central, b) diagonal, c) central diagonal, d) disposición mutua del pozo principal y de cuatro pozos auxiliares. Las ventajas que ofrece este esquema son las siguientes: 1. Permite una mayor concentración de las edificaciones de sobre mina lo que facilita una mayor organización y dirección de los trabajos que se realizar el la superficie, disminuye las vías de comunicaciones y reduce el área total del complejo de superficie, esto último es de gran importancia en las minas que se encuentran en zonas montañosas. 2. Requiere una cantidad pequeña de pozos lo que tiene gran significado en minas de mediana y pequeña producción que laborean yacimientos a grandes profundidades. 3. Al estar ubicados los pozos uno cerca del otro permite el laboreo en ascenso de uno de ellos con el consiguiente aumento de la higiene del trabajo, velocidad de laboreo y disminución de los gastos. La profundización de los pozos también resulta más cómoda. 4. Disminuye el plazo de puesta en marcha de la mina al crearse con rapidez el flujo de la corriente de ventilación. 141 �5. Ofrece la posibilidad de proyectar un solo pilar de seguridad de los pozos o un número mínimo de ellos, lo cual disminuye las pérdidas de mineral cuando es imposible evitar dejar pilares con reservas minerales. Sus desventajas son: 1. Dificultades en la ventilación de la mina: posibilita la formación de cortocircuitos en la corriente de aire; el aumento constante de las longitudes totales de las excavaciones de preparación, obliga a un mayor control de la ventilación e impide elaborar un solo proyecto de ventilación. 2. La existencia de “prácticamente” una sola salida de la mina resulta muy peligroso para la evacuación del personal en caso de averías (derrumbe, fuego, inundación). El esquema diagonal (llamado también de flancos) (figura No. b y c), se subdivide en esquema central diagonal y diagonal propiamente dicho. En el primero de los casos el pozo de extracción esta situado en o cercano al centro de masa del campo de mina y los pozos de ventilación en los flancos o limites del campo de mina; en el segundo tanto el pozo de extracción como el de ventilación están situado en los flancos. Las principales ventajas de los esquemas diagonales son: 1. ventilación más barata, segura y sencilla. 2. ofrece mayor información geológica del yacimiento y en el drenaje del campo de mina. 3. mejora las condiciones de seguridad de la mina al crear más vías de escape. Entre las mayores desventajas se encuentran: 1. mayores gastos en el laboreo y mantenimiento de las excavaciones de apertura. 2. aumento del tiempo de puesta en marcha de la unidad productora al tener necesidad de terminar. Requisitos de seguridad 142 �Durante la apertura de un yacimiento es necesario tener en cuenta un conjunto de factores que influyen en el estado tensional del macizo, (aparte del relieve, las propiedades físico-mecánicas de las rocas y los elementos de yacencia). Todos ellos, se deben analizar pues una vez extraído el mineral, las rocas que circundan el macizo comienzan a descender desmoronándose ocupando el espacio laboreado. Este hundimiento y bajo determinadas condiciones puede afectar la superficie. La profundidad de explotación segura cuando el movimiento de las rocas llega hasta la superficie, depende de la relación entre la profundidad de yacencia y su potencia. Esa correlación, para que la profundidad de explotación ofrezca seguridad, no debe ser menor de 200 m. Ahora bien, si la profundidad de explotación es menor que la profundidad de seguridad, entonces se formará en la superficie una depresión, circunscripta por los límites del desplazamiento del terreno denominada zona de deslizamiento. En esta zona existe otra que se destaca por la formación de grietas y un desprendimiento más intenso de las rocas. Es la denominada zona de derrumbe, Figura No.77 . Figura No.77. Esquema de dislocación de las rocas, al ser explotado el mineral. 143 �De ahí que el ángulo formado entre la horizontal y el colgante del cuerpo mineral sea el de deslizamiento por el colgante y el otro sea del yacente. El formado en la zona de derrumbe se denomina ángulo de derrumbe del colgante y yacente respectivamente. En dependencia de las condiciones de explotación estos ángulos toman valores diferentes y varía entre 30-40 grados para condiciones desfavorables de explotación y entre 70-80 grados par condiciones difíciles de explotación. Por tanto, las excavaciones de apertura deben situarse fuera de dichas zonas de deslizamiento a una distancia no menor de 20-60 m. en la práctica mundial los valores de estos ángulos oscilan en: 1- rocas de caja fuertes y estables…….55-80 grados 2- rocas blandas…………………………. 30-50 grados 3- Rocas o suelos secos…………………………….37-45 grados 4- Rocas o suelos húmedos…………………………25-37 grados 5- Rocas o suelos muy húmedos……………………20-30 grados Es importante tener en cuenta que no siempre las excavaciones mineras atraviesan un solo tipo de roca, en el caso de existir dos o más tipos litológicos cada ángulo de deslizamiento se determina capa a capa. Otra forma de conservar las edificaciones de superficie sobre mina es dejando pilares de seguridad, o sea porciones de cuerpos de mena que no serán extraídos durante la explotación minera. De estos pilares por lo general se pierde de un 4060 % de mineral. El dimensionamiento de estos pilares se realiza por métodos gráficos a partir de los ángulos de derrumbe y de deslizamiento de las rocas cuyos valores aparecen reflejados anteriormente. III.3. Clasificación de los esquemas de apertura según el tipo de excavación y su posición con respecto al cuerpo mineral. 144 ��1. 2. 3. 4. 5. Pozos verticales Por el costado yacente. Por el costado colgante. Atravesando el yacimiento. Por el yacimiento. Por el flanco del yacimiento. - Por la mena Por el rumbo - Por la roca Básicas o Simples Socavón - Por el yacente Perpendicular al rumbo - Por el colgante 1. por el costado yacente. 2. por el costado colgante. 3. por el yacimiento. 4. por el flanco del yacimiento. -Pozos inclinados rectilíneos. Excavaciones inclinadas Métodos de Apertura 1. rectilíneos. 2. en zig – zag. 3. en espiral. 4. combinada -Rampas principales Combinadas 1. pozos verticales en la superficie y pozo ciego vertical en las profundidades. 2. pozo vertical en la superficie y pozo ciego inclinado en las profundidades. 3. socavón en la superficie y pozo ciego vertical en las profundidades. 4. Otras combinaciones. Ídem 1. todos por el yacente. 2. todos por el colgante. 3. por ambos lados. Ídem Figura 78. Clasificación de los métodos de apertura. 146 ��Métodos de apertura básicos o simple: Formados por una excavación principal de apertura en los niveles superiores de la mina. Métodos de apertura combinados: Constituidos por dos o más excavaciones principales de apertura. Una en los niveles superiores de la mina y otra en los niveles inferiores.  Apertura por pozo vertical. Estos esquemas se aplican hasta profundidades de 1200 – 1400m., en yacimientos con buzamientos de 0° a 10° y mayores de 30° cuando el relieve de la superficie de la tierra es poco accidentado. a) El esquema de pozo vertical por el costado yacente es el mas utilizado en la práctica mundial, el resto de los esquemas se utiliza cuando factores geomineros o topográficos así lo exigen. Figura No. 79. Apertura por pozo vertical: 1, pozo de mina a) por el costado yacente, b) por el colgante, c) que atraviesa el yacimiento; 2, cortaveta; 3, galería; 4, límite de la zona de dislocación; 5, pozo auxiliar; 6, pilar de seguridad. 148 �Figura No.80. Variante de apertura por pozo vertical: 1, pozo en el costado yacente; 2, pozo ene le costado colgante; 3, pozo por el yacimiento; α1, ángulo de equilibrio natural en los aluviones, α2 , ángulo de equilibrio natural de las rocas. Sus dos grandes ventajas son: 1.- las presiones mineras, que surgen como consecuencia de la explotación del yacimiento, se manifiestan con menores intensidades el costado yacente por lo que los costos de laboreo y mantenimiento de las excavaciones de apertura son mínimas. 2.- No quedan reservas de menas en el pilar de seguridad del pozo. Su mayor desventaja es la necesidad de excavar galerías transversales más largas, a medida que se profundiza el pozo. b) El esquema de pozo vertical por el colgante se aplica cuando la topografía del terreno, o la presencia de rocas muy inestable, o condiciones hidrogeológicas difíciles nos impiden cavar el pozo por el costado yacente. Sus desventajas son: 149 �1. La gran longitud de de sus galerías transversales. 2. La necesidad de dejar pilares de seguridad de mineral cuando el pozo se excava dentro de los límites de la zona de deslizamiento. El esquema de pozo vertical atravesando el yacimiento tiene la gran ventaja, sobre los dos esquemas anteriores, de que la sumatoria de las longitudes de sus galerías transversales es menor y de que el costo de transporte horizontal subterráneo, cuando el pozo se ubica en el centro de masa del yacimiento, se hace mínimo. Tiene la desventaja de que el pilar de seguridad del pozo inmoviliza una cantidad considerable de reservas melíferas. Por su desventaja se aplica, solo en yacimientos de menas pobres, o poco valiosas que sean poco potentes y tengan una gran extensión por el rumbo. c) El esquema de pozo vertical por el yacimiento se utiliza cuando las condiciones de inestabilidad de las rocas de caja aconsejan excavar el pozo por la mena o cuando la morfología del yacimiento no nos deja otra alternativa. Debido a las grandes perdidas de mena, que se producen en el pilar de seguridad, se usa muy raras veces y preferentemente en yacimientos abruptos, de pequeña potencia que se encuentran a poca profundidad y están muy poco explorados. d) La apertura del pozo vertical por el flanco vertical resulta racional en yacimientos abruptos de poca longitud por el rumbo, cuando no es posible situar el pozo en el costado yacente. Resulta más ventajoso cuando el sentido del transporte subterráneo coincide con el de superficie. Se puede aplicar, también, en yacimientos horizontales de menas ricas o valiosas cuando se quieren evitar perdidas de mena en el pilar de seguridad del pozo. En este caso la longitud de la galería maestra aumenta.  Apertura por pozo inclinado. El gran desarrollo experimentado en las últimas décadas por el método de apertura por pozo inclinado obliga a subdividirlos en dos grandes grupos, los esquemas que utilizan pozos inclinados rectilíneos y los que utilizan pozos 150 �inclinados en espiral o en zig-zag conocidos en muchos países con el nombre de apertura por rampas. Figura No.81. Apertura por pozo inclinado: pozo de mina; 2, cortaveta; 3, galería; 4, límite de la zona de destrucción. El primer grupo se aplica en yacimientos regulares con ángulo de buzamiento entre 10 grados y 30 grados que yacen hasta profundidades de 500-600 m. La inclinación de estos pozos puede llegar hasta 45-50 grados; cuando su ángulo de inclinación es mayor a 18 la extracción se realiza mediante jaula o skips y cuando es menor a 18° la extracción puede realizarse también mediante bandas transportadoras o camiones; aunque existen bandas transportadoras especiales que pueden utilizarse en pendientes hasta 25°. El segundo grupo se puede aplicar tanto en yacimiento regulares como irregulares, con cualquier ángulo de buzamiento y en profundidades mayores de 600 m (es bueno aclarar que los ingenieros checos Zamora y Pokorny han calculado que para yacimientos con menos de 1 millón de toneladas de reserva de explotación, la profundidad máxima en que se pueden aplicar racionalmente las rampas es de alrededor de 470 m). Estos pozos no sobrepasan la pendiente del 10 % por cuanto su finalidad, precisamente, es permitir que la extracción de la mena se realice por transporte automotor o por bandas transportadoras. Veamos, ahora, los esquemas del grupo de aperturas por pozos inclinados rectilíneos: 151 �a) El esquema del pozo inclinado por el yacente es el de mayor difusión por las mismas razones señaladas en el esquema de pozo vertical por el yacente. b) El pozo inclinado por el colgante se recomienda cuando el yacimiento es horizontal y tiene gran extensión, o cuando el relieve u otros factores geomineros nos impiden excavar el pozo por el yacente. además de que se aumentan las perdidas de mena en el pilar de seguridad del pozo tiene la desventaja de lo complejos que resultan los empalmes del pozo con las galerías transversales. c) La apertura por pozos inclinados por el yacimiento se aplica raras veces por lo general cuando el yacimiento es grande y las menas son pobres o poco valiosas o cuando se quiere iniciar la producción de la mina lo mas rápido posible. También se aplica cuando tiene lugar el paso de la explotación a cielo abierto a la subterránea, donde el pozo inclinado pasa a ser una continuación de la trinchera de apertura. Señalamos que la gran estabilidad de la mena es un factor que influye a favor de la elección de este esquema. d) La apertura por pozos inclinados en unos de los flancos del yacimiento y fuera de la zona de deslizamiento se aplica tanto en yacimientos abruptos como en horizontales, siempre de poca profundidad y extensión por el rumbo. Tiene como ventajas, la ausencia de perdidas de mena en el pilar del pozo y la posibilidad de reducir la longitud del pozo inclinado al poder proyectar con ángulos de inclinación mayores. Como el transporte subterráneo de la mena se realiza todo en el mismo sentido, este hecho puede convertirse en una desventaja del esquema si este sentido no coincide con la ubicación de la planta de beneficio. 152 �Figura No.82. Variante de apertura con pozo inclinado:1, pozo en el costado yacente; 2, pozo por el yacimiento; α, ángulo de equilibrio natural de las rocas. Clasificar los esquemas de apertura por rampas resulta hasta el momento, algo controvertido por cuanto los pozos en espiral pueden ocupar en una sola apertura, distintas posiciones con respecto al cuerpo mineral además de que los pozos inclinados rectilíneos pueden ser considerados como rampas cuando poseen una pendiente igual o menor al 10%. Sin embargo los esquemas mas frecuentes son: pozos en zig-zag por el costado yacente o por uno de los flancos del yacimiento y pozo en espiral por el contorno “envolviendo” el cuerpo mineral, esta apertura del pozo en espiral del yacimiento de zinc se emplea en la mina Kempbell (USA) que tiene tres espiras y media y con una inclinación de 8°-10° y una longitud de 420m).  Apertura por socavones. Este método de apertura se aplica cuando el relieve es montañoso y el yacimiento se encuentra por arriba de la cota predominante en le zona (o por arriba de la cota de la planta de beneficio). 153 �Tiene la ventaja sobre otros métodos de que el transporte subterráneo se simplifica y que el desagüe de la mina se realiza por gravedad. Su desventaja es lo limitado de su aplicación: solo para la apertura de yacimientos de montaña. De acuerdo con la topografía del lugar y a las condiciones de yacencia del yacimiento los esquemas de apertura pueden ser: • Socavón transversal al rumbo (por el colgante, por el yacente). • Socavón por el rumbo (por la mena y por la roca). Los socavones transversales al rumbo se aplican generalmente cuando el yacimiento está formado por paquetes de filones,lo que posibilita una mejor exploración geológica. El socavón por el rumbo se emplea generalmente cuando el yacimiento aflora a la ladera de la montaña, adquiere la ventaja de lograrse una rápida puesta en explotación del yacimiento. La ubicación definitiva del socavón depende de las propiedades físico – mecánicas de las rocas y de la mena (por el yacente, por la rocas del colgante, por la mena), aunque en la elección del esquema influyen mucho las condiciones locales; ubicación de la planta de beneficio, facilidad en el acceso, ubicación de la fuente de energía- y de agua, volumen de roca a mover por el complejo de superficie. 154 �Figura No.83 . Apertura con socavones: 2, socavón; 2, galería de mina. Figura No.84. destape por socavón con contracielo maestro; 1, socavón; 2, contracielo maestro; 3, cortaveta; 4, galería; 5, calicata de ventilación. En la apertura 1 del yacimiento Merceditas el socavón M-1 se encuentra en la roca del subyacente y se llega al lente a través del contrapozo de tránsito y de colada.  Método de apertura combinado. Existen determinadas situaciones que pueden obligar a la elección del método combinado de apertura: 155 �1. Cuando el yacimiento se extiende a gran profundidad. En este caso existen dos factores que obligan a la apertura escalonada del yacimiento. a) Factor técnico: las posibilidades técnicas del equipo de ascenso lo que se fabrican para profundidades desde 1000 hasta 1500 m. b) Factor económico: aumento de la productividad de apertura al realizarse de forma paralela el ascenso en los distintos escalones (disminución del tiempo de descenso en el vacio). 2. Cuando existen cambios bruscos en el buzamiento del yacimiento o se invierte. a) Factor económico: se reduce sensiblemente la galería transversal. 3. Cuando los yacimientos de montaña se extienden por debajo de la cota predominante. a. Factor técnico: imposibilidad de extraer las reservas de los niveles inferiores mediante el socavón. 4. cuando varían las condiciones de estabilidad o hidrogeológicas de las rocas por las que atraviesa el pozo. En estos casos se crean 2 o 3 escalones de apertura por las siguientes razones: 1. Para disminuir los tiempos de ascenso y descenso de los recipientes que extraen la masa menífera de los niveles inferiores lo que conlleva al aumento de la productividad de la excavación principal de apertura. 2. Por limitaciones técnicas de la instalación de ascenso resulta obvio lo racional que seria fabricar un cable con el diámetro requerido para soportar, además de las cargas normales, la carga de su propio peso cuando penda de 2.5 a 3 Km. Seria considerable también, las dimensiones de la tambora del guinche principal, así como la potencia del motor del guinche. 3. Cuando un yacimiento de montaña se extiende por debajo de la cota predominante de la región. En este caso, la apertura de las reservas que se encuentran por arriba de la cota predominante se realiza por el método por 156 �socavón, con sus consiguientes ventajas y las reservas por debajo del socavón se extraen a través de un pozo interior vertical o inclinado. 4. Cuando las condiciones de estabilidad o hidrogeológicas son difíciles. Estas circunstancias pueden ser conocidas de antemano o aparecer de improviso. En todos los casos se analizaría siempre la conveniencia o no de seguir profundizando por un método especial de laboreo. 5. Otros factores.. Figura No.85. Métodos de apertura combinados 157 �Figura No.86. Apertura de un yacimiento de fuerte buzamiento por grupos de cortavetas 1 y 2, cortavetas; 3, 6,contrapozo; 7, pozo ciego. III.3.1.- Evaluación comparativa de los métodos de apertura. Pozo vertical vs. Pozo inclinado - A igual profundidad de yacencia, la longitud de los pozos verticales es menor. - Para igual producción anual de la mina, el área de la sección transversal de los pozos verticales es menor. - El costo de laboreo de los pozos verticales es de un 20 a un 30 % menor. - El costo de explotación de los pozos verticales es de un 15 a un 30 % menor - La velocidad de ascenso por los pozos verticales es mayor. - Las instalaciones de ascenso de los pozos verticales son más seguras. - Los empalmes de las galerías con los pozos verticales son mas sencillas y fáciles de construir. - La sumatoria de las longitudes de las galerías transversales es menor en los pozos inclinados y por lo tanto son menores los costos del transporte horizontal subterráneo. 158 �- Al instalarse bandas transportadoras en los pozos inclinados y rampas se elimina la marcha en vació de los recipientes de ascenso elevándose la productividad por arriba de la de los pozos verticales. - La instalación de las bandas transportadoras en las rampas permita la automatización y el control a distancia del ascenso de la masa menífera con la consiguiente reducción del personal bajo mina. - Las rampas permiten el empleo de camiones para el ascenso de la masa menífera lo que brinda grandes ventajas económicas por la flexibilidad que posee ese medio de transporte y por lo barato y fácil que resulta construir y mantener su infraestructura. Pozo vertical vs socavón. - El costo de laboreo de un metro lineal de socavón es de 5 – 6 veces más barato, a igual producción anual de la mina. - La velocidad de laboreo del socavón es considerablemente mayor. - El transporte por el socavón es mas efectivo, seguro y con menos interrupciones. - Cuando se usan locomotoras eléctricas en el socavón el gasto especifico del transporte de la masa menífera es de 6 – 8 veces menor. - En la apertura por socavón el drenaje y desagüe del campo de mina se realiza por gravedad. - En la apertura por socavón las inversiones iniciales son mínimas. - Las condiciones de aplicación de la apertura por socavón están limitadas a la existencia de yacimientos de montañas que se encuentra por arriba de la cota predominante de la región. III.4. NOCIONES FUNDAMENTALES DE LA PREPARACIÓN SUBTERRÁNEA. La preparación del yacimiento para las labores de arranque se caracteriza por: 159 �♦ El método de preparación, es decir, por el tipo, número y disposición de las excavaciones preparatorias. ♦ El volumen de las labores de preparación. El método de preparación a emplear depende de las condiciones geólogo – mineras del yacimiento y de las condiciones técnico – económicas de la mina. En las primeras están: potencia, ángulo de buzamiento, estabilidad de las rocas de caja y de la mena, profundidad de yacencia, condiciones tectónicas, necesidad de desagüe y de exploración adicional. En la segunda están: productividad planificada de la mina, tipos de equipos utilizados, plazo de servicio de las excavaciones, condiciones de ventilación, valor de la mena. Requisitos que se les plantean a los esquemas de preparación. ♦ Brindar la mayor seguridad a los trabajos de carga y de transporte de la masa menífera. ♦ Asegurar el volumen necesario de aire para los frentes de extracción y al mismo tiempo posibilita la ejecución de medidas profilácticas para aislar el sector en caso de incendio, esto ultimo cuándo se laborean menas autoinflamables. ♦ Garantizar en tiempo las normas de adelanto de las reservas preparadas y listas con relación al arranque. ♦ Garantizar la productividad planificado del nivel o bloque. ♦ Brindar la posibilidad de aplicación, y uso efectivo de la mecanización y automatización de la carga y transporte. ♦ Inmovilizar la menor cantidad posible de mena en los pilares de protección de las excavaciones. ♦ Satisfacer los anteriores requisitos con el volumen mínimo de excavaciones y el mínimo costo de laboreo. 160 �♦ Asegurar el transito de personal, equipos y materiales a los frente de extracción. De estos requisitos los cuatros primeros y el último tienen carácter obligatorio, el resto señalan lo óptimo, aunque a veces hay que entrar en contradicción con ellos para lograr mejores resultados. III.4.1.- Esquemas de preparación Para facilitar su clasificación, el concepto método de preparación, lo limitamos a la ubicación de las excavaciones en el horizonte de transporte. Clasificar los esquemas de preparación resulta una tarea algo difícil de resolver para su gran diversidad. Se puede decir, que en realidad cada yacimiento tiene su propio esquema de preparación. En un intento de generalización podemos establecer la siguiente clasificación a partir del tipo de excavación y del ángulo de buzamiento del yacimiento. Esquemas simples: son aquellos que están formados por un solo tipo de excavaciones de preparación. Esquemas combinados: son aquellos formados por más de un tipo de excavaciones de preparación. 161 �Tabla No. 1. Esquemas de preparación subterránea ESQUEMA DE PREPARACION 1. Con una galería de mina por la roca. 2. Con una galería de mina por el mineral. Para yacimientos 3. Con dos galerías de mina por el mineral. abruptos e inclinados 4. Con una galería de mina por la roca y otra por el mineral. Simple 1. Por una galería de mina por la roca subyacente. Para yacimientos 2. Por una galería de mina por el mineral. horizontales 3. Por una galería de mina por el mineral y otra por la roca subyacente. 1. Por una galería de mina por la roca y una serie de cruceros. Para yacimientos abruptos e inclinados 2. Por una galería de mina por el mineral y una galería de minas por la roca con una serie de cruceros. 3. Otras combinaciones. Combinados 1. Por una o más galerías de paneles y una Para yacimientos horizontales serie y una series de galerías de explotación. 2. Otras combinaciones. Volumen mínimo y costo mínimo del laboreo de las excavaciones preparatorias. ♦ Reservas mínimas de mineral en los pilares cerca de las excavaciones preparatorias. 162 �♦ Clasificación ♦ Se preparan los yacimiento de poca potencia (de 0,6 – 0,8 hasta 2m) las excavaciones preparatorias generalmente se ubican por el mineral. ♦ Se preparan los yacimientos potentes (hasta (15 – 20m) se puede situar las excavaciones en el mineral y en las rocas encajantes sobre todo cuando el contorno del cuerpo mineral es irregular. Al preparar los yacimientos de gran potencia ( más de 15 – 20 m) se pueden situar las excavaciones preparatorias principales, generalmente se sitúan en el costado yacente; las distancia entre las galerías ubicadas en las rocas y el cuerpo mineral se aumenta proporcionalmente en la profundidad de laboreo. La preparación en las rocas estériles en los yacimientos potentes y muy potentes es obligatorio cuándo ellos tienen a la autoinflamación. Figura No.87. Esquemas de la preparación con galería de transporte en función de la potencia. 163 �Atendiendo a estas condiciones los esquemas fundamentales de preparación son los siguientes. Para yacimientos abruptos e inclinados. Los principales índices técnicos – económicos de los trabajos de preparación son: ♦ Coeficiencia de preparación: k p K p = sumatoria l ep Q b * 1000 Donde sumatoria l ep : suma total de las longitudes de las excavaciones de preparación del bloque o nivel, m. Q b . Reservas preparadas del bloque o nivel. Significa la cantidad de metros de excavaciones de preparación que son necesarios para preparar 103t de mena. Volumen específico de preparación V p = sumatoria V ep /Q b , m3/t Donde sumatoria V ep : volumen total de la excavación de preparación, m3 significa la cantidad de m3 de excavaciones de preparación que hay que laborear 1t de mena. Lógicamente mientras menor sea el valor de estos coeficiente, serán menores los gastos específicos de los trabajos de preparación. El valor específico de los gastos totales de preparación. C t =( sumatoria C lyc – C p ): Q b /1-q C p : Valor de la extació de pozo Condiciones de aplicación de los esquemas de preparación. ♦ Para yacimientos finos y muy finos de 0,2 hasta 2,5 – 3m de cualquier buzamiento por lo general se aplica el esquema de galería de mina por el mineral, sirven también de explotación geológica. 164 �♦ Para yacimiento de potencia media y potencia hasta 15 – 20m usa el anterior esquema, disponiendo por lo general la galería de mina por el contacto estéril mineral del costado yacente, y raras veces por el colgante. Esas excavaciones sirven para la exploración geológica. ♦ En los yacimientos muy potentes menores 25m se hace muy difícil el transporte de la masa menífera desde todos los sectores del bloque por lo que se usa el esquema combinado de una galería de mina con una serie de cruceros. La selección del esquema es frecuentemente una tarea técnico – económica muy complicada, mientras que la selección del lugar de ubicación de los contra pozos no exigen grandes dificultades y como regla está unida con las excavaciones del horizonte principal. Los esquemas posibles de la ubicación del horizonte principal se planifican en cada caso concreto debido a las condiciones geomineras y a las condiciones técnicas del laboreo de los yacimientos. Exigencia planteada a los esquemas de preparación. 1. Seguridad de las labores durante la carga y el transporte del mineral, la ventilación necesaria de las excavaciones de arranque, posibilidad de ejecución de las medidas profilácticas y cuándo es necesario aislar el sector de incendios, al laborear menos sulfurosos que se auto inflaman. 2. Preparación a tiempo de la reservas de mineral para el arranque, garantía de la cantidad necesaria de minerales preparados u listos para el arranque. 3. Obtención de la productividad del trabajo planificada. 4. Posibilidad de la aplicación y uso efectivo de la mecanización y automatización de la carga y el transporte. Si durante la elección del esquema de preparación para los factores técnicos nos quedamos con varias variantes de esquemas de ubicación de las excavaciones se realiza la comparación económica por los índices mayores. En este caso se toma en consideración. 165 �♦ El costo de laboreo de las excavaciones preparatorias. ♦ El costo de transporte del mineral hasta la galería transversal principal. ♦ En algunos casos el costo de ventilación de las excavaciones preparatorias. ♦ Valor obtenido por venta del mineral extraído durante el laboreo de las excavaciones principales. El valor específico de los gastos totales de extracción. A=( sumatoria C i – C b ): Q i R/1-P Donde: Sumatoria de C i suma de gastos de laboreo de excavaciones preparatorias, transporte a la galería transversal de la ventilación. C b : valor obtenido por la venta de la extracción de pozo. El estudio de las excavaciones de costo que forman parte de este proceso tecnológico las estudiaremos, en los diferentes métodos de explotación dado su gran variedad y particularidades por lo que hoy solo los nombraremos. ♦ Pequeros ♦ Tolvas ♦ Ranura de costa: vertical, horizontal ♦ Trincheras de costa Requisitos que se les exige a las excavaciones de preparación. 1. Brindar seguridad al trabajo durante el acarreo, la carga y el transporte de la masa menífera. 2. Permitir el paso de la cantidad de aire necesaria a los frentes de trabajo. 3. Posibilitar la ejecución de medidas profilácticas y de aislamiento del sector en explotación en caso de incendio cuándo se laborean menas sulfurosas que se auto combustionan ( cuerpo 70 minas de Matahambres) 4. Garantizar a tiempo la cantidad de reservas preparadas y reservas listas. 166 �5. Asegurar la productividad y la intensidad del arranque planificada para el sector a explotar. 6. Posibilitan la aplicación y uso adecuado de la mecanización y automatización de la carga y transporte de la masa menífera. 7. Atar el mínimo de mena a los pilares de protección de esas excavaciones 8. Favorecer la exploración geológica y el drenaje del sector. 9. Volumen mínimo y costo mínimo. III.4.2.- Elección del esquema de preparación. Es de significar que el planteamiento de está tarea se refiere siempre al esquema de preparación del horizonte de transporte, pues el resto de la preparación está relacionada con el Método de explotación elegido y los factores geólogo – minero existentes, que hace que muchos autores expresen que; “cada mina tiene su propio esquema de preparación”. Los factores que influyen en la elección del o los esquemas técnicamente posible de aplicar son: ♦ Elementos de yacencia del cuerpo de mena, principalmente su buzamiento y su potencia. ♦ Las propiedades físico – mecánicas de la mena y de las rocas de cajas, principalmente su fortaleza y estabilidad. ♦ Por el esquema de salida y de carga de la masa menífera. (Este factor pudiera enunciarse de otra forma, por el Método de explotación elegido). ♦ Por la producción planificada por el horizonte de transporte. ♦ Por el esquema de ventilación y el orden de laboreo del nivel adoptado. ♦ Otros. 167 �Generalidades. Se le llama preparación en la explotación subterránea, al conjunto de trabajos y excavaciones que dividen al campo de mina en sectores más pequeños para su explotación. ♦ Cuando los yacimientos son abruptos e inclinados el campo de mina se divide en niveles y estos en bloques. ♦ Cuando son horizontales o poco inclinados el campo de mina se dividen en paneles y estos en pilares de explotación. En el primer caso las excavaciones de preparación son: galerías longitudinales de transporte y de ventilación, cruceros, cortavetas y contrapozos. Hay un grupo de excavaciones especiales de preparación y que generalmente pertenecen a la preparación de un determinado Método de explotación y que se denominan excavaciones de corte y que tienen la finalidad de crear las condiciones para el arranque masivo de la mena. Estos son entre otros: galería de corte, ranuras de corte horizontal, ranura de corte vertical, horizontes de salida de la mena o de fragmentación secundaria, galerías de subnivel, piquera, tolvas, embudos. En el segundo de los casos la excavación de preparación son: galerías de paneles, galería de explotación, recortes. Los propósitos de estás excavaciones son: ♦ Permitir el acarreo y carga de la masa menífera desde los frentes de arranque hasta el horizonte de transporte. ♦ Brindar acceso a los frentes de trabajo en los sectores de explotación de personal, equipos y materiales. ♦ Conducir el aire fresco a los frentes y permitir la salida del aire viciado. ♦ Exploración geológica: acopiar mayor información geológica del sector a explotar. ♦ Otros propósitos. 168 �Hasta aquí se han tratado los esquemas de apertura y preparación de los yacimientos metalíferos, analizando los principales esquemas de preparación, así como los principales factores que se toman a la hora de elegir el esquema de preparación más racional desde el punto de vista técnico y económico. III.5.- Elección del Método de Explotación por el modo subterráneo. En la literatura minera universal existe un gran número de Métodos de Explotación (ME) o Sistemas de Explotación agrupados según diferentes criterios. Se denomina Métodos de Explotación Subterránea. al conjunto de excavaciones de preparación y corte, así como los procesos tecnológicos (trabajos de arranque) que se realizan en un orden lógico en tiempo y espacio para arrancar la mena de un sector del campo de mina en cantidades masivas y de la forma más segura, económica y completa. Se analizara en el presente acápite la clasificación de los métodos de explotación dada por M. Agoshkov (Rusia) y la clasificación Norteamérica, ambas utilizadas mundialmente. La clasificación dada por M. Agoshkov es una de las Clasificaciones más completas y requiere de un profundo análisis y estudio para su comprensión. Independientemente de la Clasificación que adopte para el estudio de los Métodos de Explotación, el ingeniero de minas siempre debe tomar decisiones las cuales inciden directa o indirectamente en los resultados finales de la explotación minera. Una de estas decisiones es la Selección del (o los) Método o Variantes de Explotación para cada lugar o para todo el yacimiento que se vaya a explotar. Esta etapa es de vital importancia para el desarrollo y explotación de la mina. De su correcta aplicación dependen los trabajos posteriores de cada parte del yacimiento que se explota y por ende la explotación racional de la mina en toda su vida útil. Para seleccionar un Método de Explotación es preciso primeramente, dominar los factores geomineros que influyen directamente en dicha selección. 169 �Constantes Factores Variables - Potencia. - Angulo de buzamiento. - Estabilidad de la mena y de la roca de caja. - Forma(regular o irregular). - Longitud por el rumbo, (casi no influye). - Profundidad de yacencia. - Valor de la mena, (especialmente el contenido mínimo industrial del mineral útil). - Distribución de la mena. - Composición mineralógica de la roca de caja. - Característica del contacto estéril mineral. - Auto inflamación de la mena y de la roca de caja. - Compactación. - Condiciones hidrogeológicas. - Obras o edificaciones en la superficie. - Nivel de la escavabilidad. - Demografía. - Presencia de bosques. Figura No 88. Factores ingeniero-geológicos y técnico-mineros, que influyen en la elección del método de explotación: 170 �Índices que influyen en la elección de un método de explotación. Índices técnico-económicos que influyen en la elección del método de explotación. 1. Seguridad del trabajo. 2. Alta productividad. 3. Pérdidas mínimas, tanto de cantidad como de calidad. 4. Condiciones de beneficio. 5. Intensidad de laboreo. III.5.1.- Metodologías para la elección del Método de Explotación. Para la selección de los métodos de explotación se conocen dos Métodos; estos son: 1. El Método directo. 2. El método de exclusión. El método de elección directo atendiendo a cada una de las condiciones concretas de los yacimientos, se elige directamente el o los Métodos de explotación más eficientes, los cuales deben satisfacer todas o la mayoría de las exigencias establecidas. Al finalizar esta selección se realiza un análisis comparativo de las disímiles variantes posibles a utilizar a partir de diferentes índices técnico-económicos. El método de exclusión es el más difundido en la práctica mundial. Su esencia consiste en el estudio de la posibilidad de aplicación de todos los Métodos de Explotación existentes y en la exclusión de aquellos que sean inaceptables para ese yacimiento mediante la combinación de varios factores geomineros, (a veces uno de ellos es quien determina la aplicación o no de alguna Variante); es decir, ir eliminando las clases que por sus características no son utilizadas en el proyecto, de modo que se hace un estudio crítico de cada clase con sus respectivos grupos, variantes y subvariantes; y se excluye en cada caso, si no es posible su uso, 171 �queda así la clase a utilizar, luego el grupo y finalmente las variantes o subvariantes. A primera vista, este método resulta o parece ser voluminoso y difícil, ya que exige el estudio de gran número de Métodos para quedarse finalmente con una sola variante o varias. Sin embargo, al aplicar la Metodología de dicho Método, gran parte de las Clases se van eliminado por sí solas quedándose al final con uno o dos y a veces tres variantes posibles. En síntesis la Metodología consta de los siguientes pasos: 1. Análisis de las condiciones minero - geológicas del yacimiento. 2. Exclusión de las Clases de método de explotación. que no son técnicamente posibles de aplicar. 3. De los Clases de método de explotación que se mantienen, se excluyen los Grupos de método de explotación que no son técnicamente posibles de aplicar. 4. De los Grupos de método de explotación. que se mantienen, se excluyen las Variantes de método de explotación que no son técnicamente posibles de aplicar. 5. De las Variantes de método de explotación técnicamente posibles de aplicar que se mantienen, se realiza un análisis comparativo a partir de sus índices técnico-económicos. 6. Elección de la Variante con mejores índices técnico-económicos. Se ha descrito un Método para la Selección de los Métodos de Explotación pero de los yacimientos metalíferos. Sin embargo, se conoce de Geología que existen diversos tipos de yacimientos a partir de su génesis, composición mineralógica; también existen otras clasificaciones de Métodos de Explotación para cada caso concreto, realizados a partir de las características propias de cada uno de ellos. Esta clasificación es la que se muestra a continuación,se parte en primer lugar del análisis de los factores que influyen en su clasificación: 172 �Factores geológicos y minero-técnicos de la explotación subterránea de los yacimientos estratificados que obligan a su estudio por separado. Características generales de los yacimientos estratificados. 1. Formados generalmente por capas casi horizontales con gran extensión en el plano y muy potentes. 2. Elementos de yacencias regulares; especialmente la potencia y el buzamiento. 3. Contenido de mineral constante. 4. Posibilidades de formarse mezclas explosivas durante su laboreo. 5. Presencia de gases naturales nocivos especialmente el gas metano, tan dañino para la salud humana. 6. Roca de caja de mediana estabilidad. 7. Gran cantidad de polvo, especialmente en los frentes de arranque. 8. Menas Blandas. Ejemplo: La gran extensión de estos cuerpos por el rumbo ha obligado a la utilización de Métodos de Explotación por Tajos Largos de frentes muy extensos. Esto ha brindado la posibilidad de emplear Sistemas automatizados de Fortificación mecanizada en dichos trabajos. Ejemplo de ello es el que se muestra en el Catálogo de Long Wall Systems. La Presencia de gases naturales nocivos especialmente el gas metano, tan dañino para la salud humana, obliga al empleo de Esquemas de preparación, Ventilación y transporte diferentes a los tradicionalmente utilizados en los Yacimientos Metalíferos. En estos casos se emplean las llamadas excavaciones gemelas para poder evacuar todo el polvo y gases nocivos emanados del yacimiento. La presencia de Menas Blandas obliga al empleo generalmente para la separación de la mena del macizo de Combinadas de laboreo, hidromonitores u otros 173 �métodos especiales de laboreo. Estos trabajos se realizan con un mayor grado de automatización, mecanización ,que en los yacimientos metalíferos. La presencia de yacimientos muy potentes de este tipo, obliga a arrancarlos por capas de manera tal que se crean las condiciones en cada capa como si cada capa fuera un yacimiento independiente. La presencia de rocas de caja inestable o medianamente estable, obliga en estos casos al empleo de Métodos de Explotación de Derrumbe de la roca del techo o de Relleno. Entre las Clasificaciones de Métodos de Explotación más difundidas a nivel mundial para estos tipos de yacimientos se conoce la del académico L. Sheviakov, que agrupa los Métodos de Explotación de la siguiente manera. Clasificación de los métodos de explotación más característicos: 1. Métodos de explotación por tajos largos, 2. Métodos de explotación por pilares largos, 3. Métodos de explotación por pilares cortos, 4. Métodos de explotación por cámaras, 5. Métodos de explotación por capas derrumbadas, 6. Métodos de explotación por capas rellenas. Es preciso señalar que los primeros Métodos de Explotación se refieren a los yacimientos de potencias medias y potentes y los dos últimos grupos se refieren a los yacimientos muy potentes. III.5.2.- Clasificación de los Métodos o Sistemas de Explotación para yacimientos metalíferos dados por M. Agoshkov. La existencia en la naturaleza de yacimientos con características similares ha provocado que para mejor estudio estos, se hayan agrupado entre sí atendiendo a sus caracteres de similitud, estos Métodos de explotación se han agrupado en clases determinadas. 174 �La clasificación que se muestra es la propuesta por el académico ruso. M Agoshkov. El principio de acción fundamental de esta clasificación está dada por la forma en que se controla la presión minera en el frente. Tabla No.2. Clasificación de los métodos o Sistemas de Explotación para yacimiento metalíferos dada por M. Agoshkov . Clases Denominación de las clases de los Grupo Denominación Métodos de explotación de los grupos o variantes del M .E I M.E con la zona de arranque abierta 1 M. E por bancada. 2 M. E por testero. 3 M.E por tajos largos (frente continuo) (a partir de la forma del frente de arranque y su orden de laboreo) 4 M.E por cámaras y pilares. 5 M.E de arranque por subnivel. 6 M.E de arranque por nivel 1 II M. E. con barrenos desde el almacén. M.E con almacenamiento de la Mena. 2 M. E. con barrenos desde excavaciones espacia (a partir del M. A que se emplea a partir de la forma en que se forman. M. E. por taladros. 3 1 III Por capas horizontales. M.E con relleno del minado antiguo 2 Por capas inclinadas. (atibado) desde fuentes internas o 3 externas a partir del tipo explotación. 4 Por testeros. Por tajos largos. 175 �1 Con fortificación de madera apuntalada. IV M.E con fortificación del minado antiguo 2 Con fortificación de madera (entibado). cuadricular. Con fortificación de piedra. 3 M.E con fortificación y relleno del 1 V minado antiguo. 2 (a partir del orden de laboreo del frente 3 de A en el bloque. 1 VI Por bloques cortos. Por derrumbe por capas horizontales. (a partir del ángulo de buzamiento y 2 Por pilares con derrumbe estructura del frente. de la roca del techo. Por derrumbe por subnivel. M.E con derrumbe de la Mena y la roca 2 Con de caja. nivel. 3 auto derrumbe del (a partir de la forma en que se produce Con derrumbe forzoso del el derrumbe). nivel. 1 VIII Por testeros. M.E con derrumbe de la roca de caja 1 VII Por capas horizontales. Por cámaras abiertas. M.E combinados a partir de la forma en 2 Por cámaras almacenadas. que se arranca la cámara. Por cámaras rellenas. 3 176 �III.5.3.- Clasificación de los métodos o sistemas de explotación para yacimientos metalíferos dada por la clasificación Norteamérica. (M.L. Jeremic). Tabla No. 3. Clasificación de los métodos o sistemas de explotación para yacimientos metalíferos dada por la clasificación Norteamérica. (M.L. Jeremic). clases Denominación de la clase de Grupo Variantes los Método de explotación I Sistema de explotación con la 1 zona de arranque abierta (Open – Stop Mining Methods)  Arranque por subnivel. (sub – level - stoping). 2  Arranque por taladros largos. (large – diameter blasthole Stoping). II Autosostenimiento del frente de arranque. Self – supporting ability of open – stope span. III Estructuras de sostenimiento 1 artificial en frentes de arranque. (artificially supported  Fortificación de Madera cuadricular. (Supported by stope 2 structure) timber (square set methods). 3 4  Almacenamiento de la mena. Almacenamiento). (Supported by broken ore (shrinkage methods).  Fortificación por relleno (corte y relleno). 177 �(Supported by mine fill (cut – and- fill methods)). IV ME de derrumbe. 1 (caving and drawing methods) 2  Derrumbe por capas horizontales. (Top slicing).  Derrumbe por subnivel. 3 (sub – level caving).  Derrumbe por nivel. (block caving). V Combined open / filled 1  Vertical structures. (método crater retreat stoping. combinado/Cámara 2 abierta y relleno) 3  In – the- hole drill stoping.  post - pillar stoping. Estas clasificaciones se diferencias entre sí por la forma en que son agrupados por los diferentes autores, pero el principio de arranque del mineral es el mismo. Orden del estudio de los sistemas de laboreo. El estudio de cada sistema comprende: 1-Investigación de las condiciones, las cuales favorecen a un sistema dado. 2- Descripción de una variante típica del sistema y de las operaciones principales de producción durante la ejecución del arranque. 3- Descripción de las variantes esenciales del sistema. 4- características técnica- económica del sistema y sus ventajas en comparación con los otros sistemas que son análogos según condiciones de empleo. Condiciones del empleo de los sistemas de laboreo. Para todos los sistemas del laboreo existen ciertas condiciones cuyo empleo da mayores resultados en comparación con otros sistemas. El campo de aplicación de cualquier sistema de laboreo se determina por los siguientes factores: 1- Forma, potencia y ángulo de buzamiento del cuerpo mineral. 178 �2- las propiedades Físico- mecánicas de los minerales y de las rocas laterales y el carácter del contacto del cuerpo mineralizado con las rocas.. 3- El valor de los minerales, los componentes de la Mena. 4- Infracciones geológicas y subexcavación de las rocas por agua. 5- Condiciones locales: presencia y costo de materiales para la fortificación y el relleno, posibilidades de derrumbar las rocas. Características técnico- económicas de los Método de explotación 1) Seguridad – accidentes morales / año. - “ graves / año. - “ leves / año. 2) Productividad – prod / hombre- turno. “ / mes. 3) Costo de producción de una tonelada, $ / t. - Gastos principales por concepto de preparación; corte y arranque. 4) Pérdida y empobrecimiento de la Mena; %. 5) Intensidad de laboreo; m/ tiempo. 6) Flexibilidad y sencillez. Factores que influyen en la elección del Método de explotación. 1) Elementos de yacencia – ángulo de buzamiento – Potencia. 2) Propiedades físicas y mecánicas de la roca y de caja y la Mena. 3) Geomorfología del yacimiento. 4) Valor de la Mena. 5) Geología – dislocación - hidrología. - intercalaciones de estéril - compactación, autoxidacción 6) factores locales. - presencia de bosques. - demografía. 179 �III.6.- Ejemplos de algunos Métodos de explotación subterránea. A continuación se exponen algunos ejemplos de los métodos de explotación de la clase I (sistema de explotación con la zona de arranque abierta) y clase VII (sistema de explotación con derrumbe de la Mena y la roca de caja). Ejemplos de la Clase I. M .E con la zona de arranque abierta. Esta clase se caracteriza porque durante las labores de arranque en el bloque el minado antiguo se encuentra libre sin rellenarse, ni entibarse. A veces se usan elementos de fortificación sólo de una forma auxiliar y /o temporal. Las rocas de caja están sostenidas por pilares de mena que por lo general son los mismos pilares de protección de las excavaciones de preparación del bloque, o otras veces son pilares de sostenimiento de Mena o de intercalaciones de estériles que se abandonan en el minado antiguo. Condiciones de aplicación de la clase. 1) Menas y rocas muy estables. (Esta es una característica imprescindible) 2) Elementos de yacencia regulares. 3) Profundidad de yacencia hasta 800m. Clase I, Grupo 1. M .E. por bancada. Esencia: Consiste en el arranque del bloque por capaz horizontales en calderillas (de arriba hacia abajo). En dicho arranque el frente adopta una forma escalonada; es decir en bancos iguales que en una cantera de donde viene su nombre. Condiciones de aplicación: 1) Se usa cuando la Mena es algo inestable y el cuerpo mineral es de potencia y ángulo de buzamiento abrupto. 2) Las rocas de caja deben ser muy estables. 3) En la actualidad este método se aplica poco debido a lo costoso laborioso que resulta el arranque de la Mena. Principales variantes de este grupo: 180 �A – M .E sin galería inferior de transporte. B - M. E con galería inferior de transporte. C - M. E con el frente en forma de embudo. Variante A: condiciones de aplicación. Es la más dificultosa en cuanto a los procesos tecnológicos del arranque y se aplica especialmente en aquellos yacimientos cuando por debajo del último horizonte de la mina aparece un balsón o pequeño cuerpo de Mena que se extiende a unos 20- 30 m por debajo de ese último horizonte y no resulta nacional desde el punto de vista económico excavar un nuevo horizonte de la mina. Los escalones son de 1,5 – 3 m (en dependencia de la perforadora y de la seguridad, el ancho. La nueva arrancada se sube al otro escalón a pala. La perforación puede ser con barrenos horizontales o verticales. Otra forma de ascender la Mena es a través de una tina colocándola así: Arranque: En el centro del bloque y en el piso de la galería de transporte se construye un contrapozo de corte del que se laboran las etapas I de 2- 3 m de profundidad, luego a D – I del pozo y por toda la potencia del cuerpo se hace el arranque de los sectores (1.1) en la primera capa con perforación manual descendiente y con una longitud de 2- 3 m. Luego se profundiza una nueva etapa del contrapozo II y se arranca del primer banco los sectores (2,2) y del 2 do banco (2- 2) y así hasta arrancar todo el mineral. Arrastre: Se realiza paleando la Mena de escalón a esa con hasta la G- J o usando una tina que se haga por el pozo mediante un winche. Los obreros por lo general trabajan en plataforma de madera que se instalan sobre apoyos incados en las rocas laterales y a veces trabajan en su propio escalón desplazándose por escaleras de maderas. Reglas de seguridad. 1-Prohibido hacer un paralelo los trabajos de perforación y arrastre en el bloque. 181 �2- Los obreros deben trabajar con cinturones de seguridad y demás equipos de protección física. Consideraciones finales: 1-Es indispensable que la roca de caja sea muy fuerte y muy estable (de lo contrario no se puede aplicar esta variante). 2- Al usarse tina para el arrastre hay que llevar el pozo de la Gt superior hasta el pozo de corte. M-N A-A A M 4 B B B B 3 2 1 B 1 2 3 4 3’ 2 B 2 3’ 4 4 3 B 3 4 4’ B 4’ 4 B5 B5 N A Figura No.89. V Sistema de escalones descendentes sin galería inferior de transporte Variante: M. E con galería inferior de transporte. Trabajos de perforación y corte. 182 �Una galería de transporte inferior 1 y una de ventilación 3 amabas por la potencia del cuerpo de Mena y un contra pozo central 2 la altura del bloque es de 20- 30 y su largo de 50 – 60 m Dividiéndose en 2 planos de 20 – 30 m. Arranque: El arranque se realiza por capaz horizontales en calderillas, iniciándose el arranque de cada capa, desde el pozo central. Como las capas superiores van adelantadas de 1,5 – 2m con relación a la capa inferior (inmediato) el frente ha comparado las bancadas de altura de 1,5 – 3 m y un ángulo de inclinación de 600. La separación de la Mena se hace por martillos neumáticos o por perforadoras manuales desde las plataformas de trabajo. 1-disponiéndose los bancos de forma inclinada. El arrastre se realiza paleando la masa menífera hacia el pozo central aunque una buena parte de esta masa por gravedad al aplicar voladura de lanzamiento y chocar los pedazos con el hastial intocado del pozo central. Esta es la razón por la cual los flancos del bloque no se laborean al unísono si no sucesivo. Cuando se laborea la última etapa del flanco, es decir, cuando el arranque se hace en la galería inferior de transporte, a medida que avanza la bancada se va construyendo un techo continuo de madera con piquera “china” que laboren la evacuación de la Mena. 183 �2-3 70 - 80° 1.5 - 2 20 30 20 - 30 Figura No.90. Sistema de escalones descendentes con galería inferior de transporte Clase I, Grupo 3, M .E por tajos largos (frente contínuo). Esencia: Este M se caracteriza por poseer un frente de arranque en forma rectilínea o poco sinuosa que se extiende por toda la altura inclinada o por toda la longitud del bloque; según se disponga por el rumbo o por el buzamiento. Dicho frente se desarrolla o bien por el buzamiento o bien por el rumbo; muy raras veces se disponen en otra dirección; se denomina “tajos largos”. Se desarrollan de forma continúa por lo que estos métodos se conocen también con el nombre de “F. Continúo”. Las rocas de caja se sostienen por pilares . que aparecen dispuestos desordenadamente en el minado antiguo. (Estos pilares se abandonan en aquellas zonas donde el mineral es de baja ley o existan intercalaciones de rocas estériles. Otra forma de sostenimiento es entibado artificial como caravanas y estemples. En muchas variantes las rocas se sostienen mediante pilares de protección de las excavaciones de preparación del bloque (lo usual). 184 �El perfil transversal de los tajos largos es rectilíneo en los yacimientos finos y rectilíneos o escalonados en los yacimientos potentes. Condiciones de aplicación: 1) Generalmente estos M. E se utilizan en yacimientos poco inclinados u horizontales y raras veces en yacimientos inclinados. 2) M ≈ 1,2- 4m y excepcionalmente en m ≈ 7- 10m. 3) Condición necesaria presencia de rocas suprayacentes muy fuertes y estables, cuando la potencia es fina, de poco valor; pues existe la necesidad de dejar pilares en el minado antiguo. M .E. Tajos Largos por el rumbo (para cuerpos minerales poco potentes). Esencia: El frente de trabajo se dispone por el buzamiento y se desplaza por el rumbo. Condiciones de aplicación: 1) ángulo de buzamiento = 0-400. 2) Potencias de 1,5 – 3m. 3) Rocas suprayacentes estable. 4) Mena estable y fuerte o moderadamente estable y fuerte. Trabajos de preparación y corte. Una galería de transporte 1 y una de ventilación 2 ambas por el buzamiento del cuerpo. Una galería inclinada por el buzamiento que me une 1 y 2. y conforma el tajo largo. Cuando la galería de transporte está protegida por pilares a 3-4 m, de ella se laborea la galería de corte, esta va adelante unos 8-10m del tajo. Esta excavación se realiza con el fin de unir la GT con el frente de trabajo a través de las piqueras 5. Trabajos de arranque. 185 �La separación de la Mena se realiza por perforación y explosivos con barrenos de 1,3- 1,8m que se perforan por toda la extensión del tajo. Los disparos se realizan utilizando serie de detonadores micro retardados. Generalmente el arranque se realiza por Winche Scraper colocando el Winche en unas cámaras que se construyen cada 8-10m a veces hasta 20m en el hastial contrario de la GT. Otro método es la utilización de transportadores de rastrillo en pendientes de hasta 180. En pendientes menores (100) se utilizan cargadores transportadores con buenos resultados. Figura No.91. Método de explotación con almacenamiento del mineral con extracción por tajo largo por el rumbo 186 �Figura No.92. Método de explotación con almacenamiento del mineral con extracción por tajo largo por el alza Clase I, Grupo: 4. M . E por cámaras y pilares. M .E por cámaras y pilares: Esencia: Este método se caracteriza porque las cámaras en explotación se alternen sucesivamente con pilares de mina que quedan abandonados en el minado antiguo para siempre. Las cámaras por lo general se disponen perpendicular a la galería de transporte aunque pueden situarse también con cierta inclinación con respecto a ella. Condiciones de aplicación Se emplea en yacimientos horizontales o poco inclinados con potencias que pueden variar desde 3-5 m y hasta 20m. Se usan en presencia de rocas de cajas estables y fuertes. Las Menas pueden ser de fortaleza media o tener una 187 �estabilidad relativamente baja pero si debe ser homogénea, no debe tener zonas con intercalaciones de estériles. Se prefieren potencias de 2-10m y yacen cías horizontales. Es de significar que en los últimos 15 años han aparecido variantes que permiten la utilización de cámaras y pilares con ángulo > 250y más. Clasificación Existe gran cantidad de variantes que se distinguen por la forma de arranque y el orden de su desarrollo. Variante clásica Figura No.93. M .E por cámaras y pilares: 188 �Ejemplos de la Clase VII, grupo 3, clase IV, grupo 3, Método de explotación con derrumbe. La explotación por hundimiento se basa en que tanto la roca mineralizada como la roca encajante esté fracturada bajo condiciones más o menos controladas. La extracción del mineral crea una zona de hundimiento sobre la superficie por encima del yacimiento. En consecuencia es muy importante establecer un proceso de fracturación continuo y completo, ya que las cavidades subterráneas sin sostenimiento, presentan un riesgo elevado de desplomes repentinos que originan graves efectos posteriores durante la explotación. Las características de la roca constituyen el aspecto esencial del comportamiento del mineral frente al hundimiento. Es necesario no solamente que el hundimiento ocurra, sino que además el mineral presente una granulometría adecuada. La fragmentación de la roca es provocada más que por las fatigas de tracción que por las de compresión, de modo que la tendencia será de tener mineral mejor fragmentado en el centro del bloque que en los extremos. Este tiene la ventaja de evitar la mezcla del mineral útil con el material proveniente de la roca encajante. En la explotación por Block Caving, por una parte, conviene minimizar las concentraciones de esfuerzos en el nivel de producción y pilar de protección, para mantener estables las galerías de extracción; y por otra, conviene maximizar la concentración de esfuerzos sobre el nivel de hundimiento para producir la socavación y mejorar la fragmentación del mineral. Los trabajos tendientes a romper la base de un bloque determinado, tienen su inicio en el diseño de la malla, la cual determinará las características del resto de las galerías componentes del sistema. La determinación de la malla depende fundamentalmente de las características de la roca. El éxito en el hundimiento de un bloque, independiente de las características de hundibilidad de la roca, depende de los factores fundamentales que son: A. La base del bloque deberá fracturarse completamente; si se quedaran pequeñas áreas sin quebrar, ellas actúan como pilar, transmitiéndose 189 �grandes presiones desde el nivel de hundimiento hacia el de producción, las que pueden llegar a romper el pilar existente entre ellos, afectando completamente la estabilidad de las galerías del nivel de producción. Esto trae consigo un aumento importante en los costos de extracción. B. La altura de socavación inicial proporcionada por la tronadura, debe ser tal que no se produzcan puntos de apoyo del bloque que impidan o afecten el proceso de socavación natural inmediata. En general, con el método Block Caving, se puede recuperar el 90% del mineral comprendido por la zona de explotación. Este coeficiente de recuperación depende principalmente de la forma en que se efectúa la extracción del primer tercio de la producción del block. Principio del método Los esfuerzos que actúan en un lugar, y a cierta profundidad de un yacimiento, tienen su origen en el peso de las rocas hasta la superficie, y en los fenómenos externos de un yacimiento, tales como: Movimientos "horizontales, debido a movimientos de placas en la corteza terrestre. Todo macizo rocoso permanece en equilibrio mientras no se cree una cavidad lo suficientemente extensa en su interior, de modo de romper el equilibrio existente, creando una redistribución de esfuerzos en su alrededor. La estabilidad de ésta cavidad dependerá de sus dimensiones, competencia de la roca y de los esfuerzos existentes en el área. Si la resistencia de la roca, no es lo suficiente para soportar el cambio de solicitación, ésta socavará hasta llenar la cavidad con material fragmentado de distintas densidades. Una vez llena la cavidad se genera una fuerza de reacción que restablece el equilibrio. Si se extrae el mineral fragmentado, a medida que se socava, el equilibrio no se restablece y la socavación continuará hasta la superficie. El Block Caving se basa en éste principio, consiste en crear una cavidad de manera que la dinámica de desplome no se detenga, extrayendo el mineral por una malla de puntos ubicados en la base del bloque 190 �El método de explotación por Block Caving se define luego, como el derrumbamiento de bloques por corte inferior, el mineral se fractura y fragmenta gracias a las tensiones internas y efecto de la gravedad. Por consiguiente se necesita un mínimo de perforación y tronadura en la extracción del mineral. La palabra bloque está referida al sistema de explotación, en que el yacimiento se divide en grandes bloques de varios miles de metros cuadrados. Cada bloque se corta por la zona inferior; es decir, se excava practicando una ranura horizontal mediante tronadura. De ésta forma queda sin apoyo el mineral que está por encima (millones de toneladas) y las fuerzas de gravedad que actúan sobre ésta masa producen una fractura sucesiva que afecta al bloque completo. Por último y debido a las tensiones de la roca, se produce la fragmentación del material, este puede extraerse por medio de piques o a través de cargadores. Campo de aplicación. Básicamente, el método de explotación Block Caving, es un sistema normalmente usado para extraer depósitos profundos, masivos, de bajas leyes en CU, Fe. Hoy en día, la producción masiva de extracción de menas subterráneas, bajo condiciones favorables, es una de las más eficientes, con bajos costos de minas. Este método se utiliza en numerosos yacimientos de grandes dimensiones; en general, yacimientos de alto tonelaje, que cubren una extensa área y son muy potentes. Usualmente, la producción está en un rango de 10.000 t - 100.000 t/ día. Su campo de aplicación es muy amplio. Se puede aplicar teóricamente en cualquier tipo de roca no demasiado resistente a la tracción y cualquiera que sean las características de la roca encajante, pero es preferible que la resistencia de la roca que se explota sea menor que la de la roca encajante. La explotación por Block Caving, es un método económico bajo condiciones favorables. El extenso trabajo de desarrollo que tal explotación conlleva y el tiempo que se emplea hasta alcanzar la plena capacidad de producción, son los 191 �inconvenientes de partida. Por otra parte existen ciertos riesgos de derrumbamientos y fragmentación, que están fuera de los controles de minería. En general, los yacimientos más favorables para la aplicación del método de hundimiento por bloques son los grandes intrusivos de cobre porfirico, yacimientos de hierro, tanto sedimentarios como intrusivos. Estos depósitos deberán estar ubicados a gran profundidad y deberán ser extraídos a costos inferiores que por un método a cielo abierto. Los depósitos deben tener grandes reservas, cubrir un área extensa y tener una altura relativamente grande. La mayoría de estos depósitos se explotan a gran escala durante un periodo bastante largo, de tal forma que justifiquen la gran inversión requerida para ponerlos en producción. El primer caso, o sea, la formación de pilares, se evita con un adecuado diseño de perforación y, especialmente, con un correcto cargue de los tiros. En todo caso, si se verifica la existencia de un pilar, se interrumpe la etapa de hundimiento, concentrando las actividades en eliminarlo completamente, para poder continuar con la secuencia de "quemadas". En el segundo caso, para evitar los posibles puntos de apoyo del bloque, una vez tronada la base, es necesario determinar previamente la altura que debe alcanzar la socavación producida por la tronadura. La extracción en cada punto debe ser controlada con sumo cuidado de manera de evitar contaminaciones del mineral con el estéril. El contacto mineral-estéril debe mantenerse según un plano bien definido que pueda ser horizontal o inclinado. En general, con el método Block Caving, se puede recuperar el 90% del mineral comprendido por la zona de explotación. Este coeficiente de recuperación depende principaimente de la forma en que se efectúa la extracción del primer tercio de la producción del block. Método Block Caving Extracción Gravitacional Esta variante del método de explotación es aplicable a yacimientos o sectores en los cuales la competencia de la roca permite principalmente usar fuerzas de gravedad como método de traspaso de mineral. 192 �El grado de fracturación obtenido permite la utilización de embudos, los cuales se encuentran conectados a buitras donde la distribución y traspaso de mineral es controlado por buitreros. La utilización de estas variantes esta aún vigente en el sector Teniente3, lsia Estándar, Quebrada Teniente. El sector principalmente es mineral secundario, utilizando una malla de extracción de 10 x 10. (Figura No.94 y 95) Figura No. 94. Método Block Caving Extracción Gravitacional 193 �Figura No. 95. Método Block Caving Extracción Gravitacional Método Block Caving con Reducción Mecanizada La diferencia fundamental con la variante anterior corresponde la utilización de un martillo picador como una forma de distribución y reducción de tamaño del mineral en el punto de extracción, debido a una mayor competencia de la roca, las colpas de mayor tamaño también llevan asociadas una variación del diseño minero, la 194 �que se ve materializada en la construcción de zanjas y reforzamiento de los puntos de extracción. ( figura No.96 ) Figura No. 96. Método Block Caving con Reducción Mecanizada 195 �III.7.- Características generales del Método de explotación subterráneo. En la figura siguiente se muestra un esquema general de explotación de un yacimiento por el modo subterráneo. Iniciamente se realiza el acceso al yacimiento, se procede a su destape o apertura mediante un pozo de mina vertical 1, a partir de él se trazan las galerías de minas 2, 3, 4, que dividen el yacimiento verticalmente en niveles. En la parte superior del poso se encuentran las instalaciones de sobremina, en este caso una torre de castillete de extracción 5 y al máquina de extracción 6 que opera el ascenso y descenso de los recipientes de carga 7, que pueden ser empleados para la carga del mineral, la roca, personal, materiales. Además del pozo de extracción de excava un pozo auxiliar 8 que constituye la salida de emergencia a la superficie y que proporciona las condiciones normales de ventilación y está equipado de una instalación de extracción auxiliar 9 y tiene un compartimento de escaleras 10, el laboreo del cuerpo mineral se realiza generalmente en sentido descendente, el mineral se extrae primeramente en el nivel superior, entre las galerías 2 y 3 y continuación en el piso inmediato superior , entre las galerías 3 y 4 y así sucesivamente. Las labores de extracción son precedidas de labores preparatorias o de acceso. Por medio de galerías ascendentes o realces 12, el bloque se divide en bloques o plantas (subniveles) B1 y B2, dentro de cuyas márgenes se practican toda una serie de galerías y excavaciones horizontales y verticales (pasillos de circulación 13, coladeros 14), a esta determinada secuencia de los trabajos preparatorios y de extracción es a lo que se le denomina método o sistema de explotación. El proceso de arranque se realiza mediante la voladura de cargas de explosivos distribuidas en barrenos 15, los barrenos son perforados con maquinas perforadoras directamente desde la superficie del mineral arrancado. El mineral arrancando baja por la cavidad por gravedad hacia los pozos tolvas 16 y coladeros 14 donde es cargado a través de las bocas de descarga 17, a las vagonetas 18 que son arrastradas por locomotoras eléctricas 19 hasta el pozo de extracción, las 196 �que son ascendidas hasta la superficie y descargadas desde la estacada (pasarela)20. En un nivel, las labores de extracción y las preparatorias se llevan acabo simultáneamente en varios bloques. Así los bloques B1 y B2 se encuentran ene la etapa de ensanche, mientras que el bloque B3 se halla en la etapa de preparación. Simultáneamente con la extracción en el piso superior, se procede al destape y la preparación del nivel inferior. En la figura se muestra la excavación de la galería de transporte 4 y la perforación de un contracielo o realce 21. El mineral arrancado durante el trazado de galerías es cargado por las máquinas cargadoras 22 y los agujeros de barreno son perforados por máquinas perforadores 23. Durante la explotación es imprescindible ventilar las galerías subterráneas, pues los trabajos con explosivos proporcionan gran cantidad de gases nocivos y polvo. El aire viciado, es aspirado según lo indican las flechas discontinuas, a través del pozo auxiliar y el canal de ventilación 24, por el ventilador 25. El aire fresco es aportado según las flechas del trazado continuo a través del pozo principal. La explotación subterránea trae aparejadas grandes afluencias de agua subterránea, que se van colectando en un pozo colector 26, para evacuar esas aguas en la cámara de bombas 27 se instalan las bombas 28. De este modo en el proceso general de explotación subterránea se destacan tres etapas principales, el destape o apertura, la preparación y extracción, cada una de las cuales contiene distintas operaciones, arranque, acarreo o carga del mineral, entibación de las galerías, ventilación y desagüe, transporte subterráneo y ascenso hasta la superficie. 197 �Figura No.97. Esquema de explotación de un yacimiento por Método subterráneo, Borisov, S. M, 1986. 198 �1. BIBLIGRAFIA 2. Borisov, S. M. Klókov y B. Gronovói. Labores mineras. Editorial pueblo y educación, Ciudad de la Habana, 1986. 480 Pág. 3. Polanco Almanza R. y Guilarte Alpajón D. Explotación a Cielo Abierto. ISMM Moa 1999. (Soporte electrónico) 4. Bustillo Revuelta M., C. López Jimeno. Manual de Explotación y Diseño de Explotaciones Mineras. Gráficas Arias Montano, S. A. Madrid 1997. 705 p. 5. Manual de rocas ornamentales. Colectivo de autores. ETS de Ingenieros de Minas de Madrid. 1996. 6. Popov, G. The working of mineral deposits. Editorial MIR, 324 Pág 7. Mecánica de suelos. E Juarez Badillo y Alfonso Rico. Tomo I y II. 8. Curso Iberoamericano de Aplicaciones Geomecánicas y Geoambientales al desarrollo sostenible de la Minería. Roberto Blanco Torrens y Domingo Javier Carvajal Gómez Ediciones Panorama Minero. Argentina, 2003. 9. Rock Mechanic Principles. Coates. 1999. 10. Ingeniería geológica. Luis I. González de vallejo. Pearson education, S.A. 2002, España. 11. Barton, N. 1973: Review of a new shear strength criterion for rock joints. Engineering Geology 7:287-332. 12. Barton, N. R. & Choubey, V. 1974: A Review of the Shear Strength of Filled Discontinuities in Rock.Ed.e.Brooch. 13. Bieniawski, Z.T. 1989: “Engineering Rock Mass Classifications: A Complete Manual for Engineers and Geologists in Mining, Civil and Petroleum Engineering”. J. Wiley. 14. Bieniawski, Z. T. 2011: Errores en la Aplicación de las Clasificaciones Geomecánicas y su Corrección. Caracterización Geotécnica del Terreno. Geocontrol Madrid. Pp 2– 30. 15. González de Vallejo L. 1998: Las Clasificaciones Geomecánicas para Túneles. Ingeotúneles: Carlos López Jimeno _ Madrid. I. T. S. De Ingenieros de Minas. U. P. Madrid. T – I pp25 – 66. 199 �16. Goodman R. E.; Taylor R. L. & Brekke T. 1968: A Model for the Mechanism of Jointed Rock. Proc. Am. Soc. Civ. Eng. Soil Mechanics and Foundation. 94(SM3): 637-659. 17. Hoek, E. 1994: Strength of Rock and Rock Masses. News J. of lSRM, 2: 416. 18. Hoek, E. 2007: Practical rock Engineering. Rock Mass Properties. In-situ and Induced Stresses. Canadá. 237p, www.rocscience.com. 19. Hoek, E. & Brown, E.T. 1980: Empirical strength criterion for rock masses. J. Geotech. Engng Div., ASCE 106(GT9), 1013-1035. 20. Hoek, E., & Browm, E. T. 1985: Excavaciones Subterráneas en Roca. McGraw-Hill de México S.A. de C.V. pp103-439. 21. John.A. Hudson. Engineering Rock mechanics and introduction to de principles. Imperial College of Science. University of London. ELSEVIER SCIENCE. Second edition. 2000. 22. John.A. Hudson. Engineering Rock mechanics. Part 2. Ilustrative worked examples. Imperial College of Science. University of London. ELSEVIER SCIENCE. Second edition. 2000. 23. Manual de Geomecánica aplicada a la prevención de accidentes por caída de rocas en minería subterránea. Sociedad Nacional de Minería, Petróleo y Energía. Perú.2004 24. Fragmentación de rocas con explosivos. José Otaño Noguel. Editorial Félix Varela, 1998. 25. Elementos de Física de las Rocas. José Otaño Noguel. Editorial Pueblo y Educación, 1981. 26. Caracterización Geomecánica de Macizos Rocosos en obras subterráneas de la Región Oriental del País. Maday Cartaya Pire. Tesis Doctoral, 2001. 27. Metodología para la elección de los sostenimientos en excavaciones subterráneas de pequeña sección influenciadas por la acción sísmica. Osmany Mondejar Oquendo. Tesis doctoral, 2001. 28. Ground Mechanics in Hard Rock Mining. M. L. Jeremic. A.A.Balkema, 1987. 200 �29. Manual de Ingeniería de Taludes. Publicaciones del ITGE de España. Serie: Minería y Seguridad Minera. Madrid. 1991. 30. Elementos de la Mecánica de los Macizos rocosos. Roberto Blanco Torrens. Editorial Félix Varela, 1999. 31. Manuel Arlandi Rodríguez. Realización de proyectos en minería subterránea del del mármol. GEOCONSULT.2005. 32. Laboreo de excavaciones subterráneas. Dr.C Roberto Blanco. Editorial Felix Varela, 2000 33. Fortificación de excavaciones subterráneas. Dr.C Roberto Blanco. Editorial Felix Varela, 1995 34. Fortificación de excavaciones horizontales. Dr.C Roberto Blanco. Editorial Felix Varela, 1995 35. Proyecto de construcción subterránea (construcción de excavaciones horizontales), Parte I. Dr.C Roberto Blanco; Ing Gilberto Sargentón. Editorial Felix Varela, 1993 36. Herbert Herrera Juan. Métodos de minería a cielo abierto. Universidad politécnica de Madrid. Escuela técnica superior de ingenieros de minas. 2007. 37. Proyecto de construcción subterránea (construcción de pozos), Parte II. Dr.C Roberto Blanco; Ing Gilberto Sargentón. Editorial Felix Varela, 1993 38. laboreo de excavaciones de exploración. Dr.C. Roberto Blanco; Dr.C. José Otaño.200 39. Laboreo de excavaciones horizontales. Dr.C. Roberto Blanco; Dr.C. José Otaño.2000 40. Labores Mineras. S. Borísov; M. Klókov. 41. construcción de pozos en condiciones minero geológicas difíciles. Dr.C. Roberto Blanco. Editorial Felix Varela, 1993 42. Construcciones de la superficie de la mina. Dr. C. Roberto Blanco; Ing. Miguel Díaz Díaz. Ediciones ENPES Varela, 1991. 43. Manual de túneles y obras subterráneas. Carlos López Jimeno. 1997 44. Ingetúneles, Tomo I. Carlos López Jimeno, 1999. 201 �45. Ingetúneles, Tomo I. Carlos López Jimeno, 1999. 46. www.upct.es/~euitc/programas/minas/explotacion/tercero/em3_tecnologiaminera.pdf 47. www.ismm.edu.cu/revistamg/v17-n1-2000/art9-1-2000.pdf 48. www.ujaen.es/serv/sga/documentos/programas/200405/eup/5896/5896_3.doc 49. www.usc.es/estaticos/congresos/histec05/b16_escudero.pdf 50. Monografías sobre Ingeniería de túneles y obras subterráneas 51. http--www-ext.lnec.pt-ISRM52. cienceDirect - International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences 53. ScienceDirect - Tunnelling and Underground Space Technology, Volume 22, Issue 1, Pages 1-118 (January 2007). 54. http://www.upct.es/~euitc/programas/minas/explotacion/tercero/em3_tecnol ogiaminera.pdf 202 � 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 Monografías Subject The topic of the resource Tesis doctorales defendidas por profesores del ISMM 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 Tecnología de explotación de yacimientos Creator An entity primarily responsible for making the resource Dra. Maday Cartaya Pire Dr. José Otaño Noguel Dr. Armando Cuesta Recio Dr. Yoandro Dieguez García Publisher An entity responsible for making the resource available Lic. Liliana Rojas Hidalgo Type The nature or genre of the resource Monografía Date A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource 2018 Subject The topic of the resource Explotación de yacimientos Description An account of the resource Se presentan los métodos aplicados a la tecnología de laboreo de yacimientos que contempla tanto la apertura como la explotación en el desarrollo de las minas, el avance de los frentes de trabajo según el modo de laboreo y la argumentación y cálculo de la tecnología utilizada. Format The file format, physical medium, or dimensions of the resource PDF Language A language of the resource Español laboreo minero Tecnología yacimiento https://repoedum.ismm.edu.cu/files/original/38a9d89f2b4bfe1195292cf2ea5bfb02.pdf 16aed1292018d95a240201a1604cbc63 PDF Text Text 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://edum.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. . �Referencias bibliográficas 1. AMOZARRAIN, M. La gestión por procesos. España: Editorial Mondragón Corporación Cooperativa, 1999. 2. ARMENTEROS DÍAZ, MARTHA. ¨Obsoletos los sistemas de costos tradicionales. Cifras¨. (La Habana), (2) 5 – 10, Octubre 2000. 3. BAUJÍN PÉREZ, PILARÍN. Diseño y Validación del sistema de costo por actividades para el Sector Hotelero. 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Title A name given to the resource Modelo para la aplicación del sistema de costo ABC a procesos industriales Creator An entity primarily responsible for making the resource Yamilka Blanco García Nancy Almaguer Laurencio Publisher An entity responsible for making the resource available Niurbis La Ó Lobaina Type The nature or genre of the resource Folleto Date A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource 2015 Subject The topic of the resource Contabilidad Description An account of the resource Material que capacita a docentes y estudiantes sobre el sistema de contabilidad de costos ABC (Activity Based Costing) Format The file format, physical medium, or dimensions of the resource PDF Language A language of the resource Español https://repoedum.ismm.edu.cu/files/original/3dc08b4fcf072a850c94119b33e04895.pdf d78668ba1a1a6e549f0d469dd89b09e2 PDF Text Text 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: 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://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. BIBLIOGRAFÍA PÉREZ GARCÍA LM CALDERÓN MORA MM: Y “Enfoque desarrollador en la enseñanza del diagnóstico clínico de anomalías dentomaxilofaciales”. Gac Méd Espirit [internet]. 2014 [citado: oct 2014]; 16(2). Disponible en: http://revgmespirituana.sld.cu/index.php/gme/article/view/644/486. 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Educ Méd Sup [internet]. 2005[citado: Ene 2013]; 19(3). Disponible en: http://scielo.sld.cu/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0864. CUBA. MINISTERIO Estomatológica DE SALUD Integral a PÚBLICA. la Programa Población. La Nacional Habana: de Atención Minsap; 2012. CUBA MINISTERIO DE SALUD PÚBLICA. Plan D. Programa analítico de la asignatura de ortodoncia. Viceministerio del área Docente. La Habana: Ecimed; 2010. CUBA. UNIVERSIDAD DE CIENCIAS MÉDICAS DE LA HABANA. Programa analítico de asignatura de Ortodoncia. La Habana: Ecimed; 2011. MORA PÉREZ C; CURBEIRA HERNÁNDEZ EM; MORERA PÉREZ A; HERNÁNDEZ NÚÑEZ Y Y RODRÍGUEZ LÓPEZ JA. “Habilidades adquiridas por los estudiantes en la estancia de Ortodoncia”. Curso 2008-2009. Medisur [internet]... 2010[citado: Ene 2013];8(6).Disponibleen:http://medisur.sld.cu/index.php/medisur/article/view/1 445/6169# PÉREZ GARCÍA LM, SALVAT QUESADA M, CONCEPCIÓN PACHECO JA, ARIAS QUESADA D. “Evaluación de habilidades particulares de ortodoncia en estudiantes de estomatología”. Sancti Spíritus. 2012. Gac Méd Espirit [internet]. 2012[citado: Ene 2013]; 14(3). Disponible en: http://revgmespirituana.sld.cu/index.php/gme/article/view/197/155. KLINBERG L. Introducción a la Didáctica General. La Habana: Editorial Pueblo y Educación; 1978. SANZO OLIVERA Y. Sistema de actividades metodológicas para la preparación de la estructura de dirección docente en el trabajo independiente en el preuniversitario Dagoberto Rojas Montalván. [tesis]. Camagüey: Universidad de Ciencias Pedagógicas "José Martí"; 2011. 24 � 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 Folletos 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 Tareas docentes para la educación en el trabajo desde la asignatura Ortodoncia Creator An entity primarily responsible for making the resource Zeida Gámez Alba Publisher An entity responsible for making the resource available Niurbis La Ó Lobaina Type The nature or genre of the resource Folleto Date A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource 2016 Subject The topic of the resource Ortodoncia Description An account of the resource 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. Format The file format, physical medium, or dimensions of the resource PDF Language A language of the resource Español https://repoedum.ismm.edu.cu/files/original/d5c654965f891b5c54667b9b2902a578.pdf 21d6d524f487eaae7f93841dd945b220 PDF Text Text Folleto Formulario práctico hidrogeológico Constantino de Miguel Fernández Kambwa Moses Angula T Nghilinganye Lipuleni �Formulario práctico hidrogeológico Autores: Constantino de Miguel Fernández Kambwa Moses Angula T. Nghilinganye Lipuleni Editorial Digital Universitaria, Moa Las Coloradas s/n Moa, Holguín, Cuba �Página legal Título de la obra. Formulario práctico hidrogeológico, 51 pp. Editorial Digital Universitaria de Moa, año 2013 -- ISBN: 978- 959- 16- 2134- 4 1. Autor: Constantino de Miguel Fernández Kambwa Moses Angula T Nghilinganye Lipuleni 2. Institución: Instituto Superior Minero Metalúrgico “Dr. Antonio Núñez Jiménez” Edición: MSc. Niurbis La Ó Lobaina Corrección: Lic. Yelenny Molina Jiménez Diseño de cubierta: Carlos Fuentes Hierrezuelo Institución de los autores: ISMM “Dr. 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 �Tabla de contenidos Introducción .........................................................................................................................................................1 I. CÁLCULOS DE PARÁMETROS HIDROGEOLÓGICOS ......................................................................2 1. 1.1. Bombeos ................................................................................................................................................2 Pozos perfectos: con movimiento de las aguas subterráneas durante el bombeo con régimen estacionario ..........................................................................................................2 1.2. Pozos imperfectos: con movimiento de las aguas subterráneas durante el bombeo con régimen estacionario ..........................................................................................................6 1.3. Cálculo del radio de influencia de bombeo en pozos .............................................................8 1.4. Otros métodos de cálculo del coeficiente de filtración en pozos imperfectos ..............8 1.5. Cálculo de parámetros hidrogeológicos en condiciones de régimen no estacionario del movimiento de las aguas durante el bombeo ...................................................9 1.6. Determinación de parámetros hidrogeológicos por datos de bombeo en pozos desarrollados .................................................................................................................................................14 1.7. Cálculos del coeficiente de filtración por datos de cubeteo y bombeos instantáneos (métodos expresos).........................................................................................................16 1.8. Determinación de parámetros hidrogeológicos por datos de vertimientos en pozos ................................................................................................................................................................17 1.9. Vertimiento en calicatas ..................................................................................................................21 II. EVALUACIÓN DE RESERVAS Y RECURSOS DE AGUAS SUBTERRÁNEAS .............................26 2.1. Evaluación de las reservas de explotación de las aguas subterráneas por el método hidrodinámico ...............................................................................................................................26 2.2. Evaluación de las reservas de explotación por distintos esquemas de cálculos del método hidrodinámico........................................................................................................................30 2.3. Evaluación de las reservas de explotación de las aguas subterráneas por el método hidráulico ........................................................................................................................................43 2.4. Evaluación de las reservas de explotación de las aguas subterráneas por el......46 método de balance .....................................................................................................................................46 BIBLIOGRAFÍA...................................................................................................................................................51 �Introducción La elaboración de este formulario está fundamentada en la necesidad de contar con una literatura que permita el desarrollo de Clases Prácticas en la asignatura de Hidrogeología Aplicada, dada la no existencia de suficientes ejemplares del texto básico de esta asignatura. Con la elaboración y publicación de este formulario los estudiantes de 5to año de Geología, estudiantes de la carrera de Minería que cursan la asignatura Hidrogeología, así como cursantes de la Maestría en Geología del Instituto Superior Minero Metalúrgico de Moa, Cuba y de Venezuela, podrán tener un texto que les permita desarrollar clases prácticas a partir de la solución de ejercicios en las aulas o de forma independiente. En el formulario están consideradas las temáticas que se imparten en la asignatura y cuenta con 125 fórmulas aplicables en una gran variedad de condiciones naturales existentes en acuíferos y diseños de pozos para la determinación de los parámetros hidrogeológicos de acuíferos, así como fórmulas que permiten evaluar las reservas de explotación y recursos de estos: sus reservas y recursos naturales y otros elementos que en su conjunto forman las reservas de explotación de los mismos, lo que permite definir caudales de explotación con vista a garantizar una explotación sostenible; por tal motivo, el presente formulario es aplicable también en otros centros docentes donde se impartan asignaturas asociadas con la hidrogeología y en entidades de investigación y producción que desarrollen sus funciones relacionadas con el estudio y la explotación de los recursos hídricos subterráneos. En el contenido del formulario se incluyen 48 esquemas de cálculos simplificados de condiciones naturales de una gran variedad de casos, algunos de alta complejidad, también contiene 4 tablas y nomogramas que aportan parámetros contenidos en las fórmulas de cálculos. 1 �I. CÁLCULOS DE PARÁMETROS HIDROGEOLÓGICOS 1. Bombeos Cálculos de parámetros hidrogeológicos en condiciones de régimen estacionario del movimiento de las aguas durante el bombeo; Cálculos de parámetros hidrogeológicos en horizontes acuíferos homogéneos. 1.1. Pozos perfectos: con movimiento de las aguas subterráneas durante el bombeo con régimen estacionario Bombeos unitarios según Dupuit (todas las observaciones se ejecutan solamente en el pozo que se bombea) 1. Acuíferos artesianos: 0,366Q log K= R r0 MS0 Figura 1. Pozo en acuífero artesiano, perfecto, unitario. 2. Acuíferos freáticos: R r0 S 0 )S 0 0,73Q log K= (2 H 2 �Figura 2. Pozo en acuífero freático, perfecto, unitario. De las fórmulas: K: Coeficiente de filtración de las rocas acuíferas, m/día S0: Abatimiento del nivel, m Q: Caudal estabilizado de bombeo, m3/día R: Radio de influencia del bombeo, m R: Radio del pozo que se bombea, m M: Espesor del acuífero artesiano, m H: Espesor de acuífero freático, m Determinación del radio de influencia de bombeo en función del abatimiento específico (Se) Donde Se es abatimiento específico: R= f (Se) Se= Donde S: abatimiento del bombeo; m Q: Caudal de bombeo; l/s R se determina por la Tabla 1: Se ( m/l. s) 0,5 1,0 2,0 3,0 0,5 - 1,0 - 2,0 - 3,0 - 5,0 0,5 R (m) 300 100 - 300 50 - 100 25 - 50 10 - 25 10 Pozo ubicado próximo a fuente de alimentación (río, etc.) 3 �0,366 Q log 3. Acuíferos artesianos: K= 2L r0 MS0 2L r0 S 0 )S 0 0,73 Q log 4. Acuíferos freáticos: K= (2 H Donde: L: distancia desde el centro del pozo hasta la fuente de alimentación, m Figura 3. Pozo próximo a fuente de alimentación, (río). Bombeo con un pozo de observación r1 r0 S1 ) 0,366 Q log 5. Acuífero artesiano: K= M (S 0 Figura 4. Pozo en acuífero artesiano, perfecto, con un pozo de observación. r1 r0 S1 )(S 0 0,73 Q log 6. Acuífero freático: K= (2 H S0 S1 ) 4 �Figura 5. Pozo freático, perfecto, con un pozo de observación. Donde: r1: Distancia desde el pozo central hasta el pozo de observación, m; S1: Abatimiento estabilizado en el pozo de observación, m. Bombeo con dos pozos de observación (pozo central en bombeo, con dos pozos de observación de niveles) r2 r1 S2 ) 0,366Q log 7. Acuíferos artesianos: K= M ( S1 Figura 6. Pozo en acuífero artesiano, perfecto, con dos pozos de observación. r2 r1 S 2 )(S1 0,73 Q log 8. Acuíferos freáticos: K= (2 H S1 S2 ) 5 �Figura 7. Pozo perfecto, en acuífero freático, con dos pozos de observación. Donde: r1: distancia hasta el pozo de observación más próximo; m S1: abatimiento de nivel en el pozo de observación más próximo; m r2: distancia hasta el pozo de observación más distante; m S2: abatimiento de nivel en el pozo de observación más distante; m 1.2. Pozos Imperfectos: con movimiento de las aguas subterráneas durante el bombeo con régimen estacionario 0,366 Q log 1. Acuífero artesiano: K= R r0 0,217 0 MS0 Figura 8. Pozo en acuífero artesiano, unitario, imperfecto. 0,73 Q log 2. Acuífero freático: K= (2 H R r0 0,217 0 S0 ) S0 ξ0. Coeficiente de imperfección del pozo 6 �Figura 9. Pozo en acuífero freático, imperfecto. Con un pozo de observación: r1 r0 0,217( M (S 0 S1 ) 0,366Q log 3. Acuíferos artesianos: K= r1 r0 0,217( S0 S1 )(S 0 0,73Q log 4. Acuíferos freáticos: K= (2 H 0 0 1 1 ) 2 ) ) S1 ) ξ0: Coeficiente de imperfección del pozo bombeado ξ1: Coeficiente de imperfección del pozo de observasión Con dos pozos de observación: 0,366Q log 5. Acuíferos artesianas: K= M ( S1 S2 ) r2 r1 0,217( S1 S 2 )(S1 0,73Q log 6. Acuíferos freáticos: K= (2 H r2 ),217( r1 1 1 2 ) S2 ) ξ 1 : Coeficiente de imperfección del pozo de observación más próximo ξ 2 : Coeficiente de imperfección del pozo de observación más distante 7 �Tabla 2. Valores del coeficiente de imperfección ξ l/M 0,1 0,3 0,5 0,7 0,9 0,5 0,00391 0,00297 0,00165 0,000546 0,000048 1,0 0,122 0,0907 0,0494 0,0167 0,0015 3,0 2,04 1,29 0,656 0,237 0,025 10,0 10,4 4,79 2,26 0,879 0,128 M/r 30,0 24,3 9,2 4,21 1,69 0,3 100,0 42,8 14,5 6,5 2,07 0,528 200,0 53,8 17,7 7,86 3,24 0,664 500,0 69,5 21,5 9,64 4,01 0,846 1000,0 79,6 24,9 11,0 4,58 0,983 2000,0 90,9 28,2 12,4 5,19 1,12 l: longitud del filtro o del tramo de captación del pozo si no está encamisado; m M: espesor acuífero total; m r: radio del pozo; m 1.3. Cálculo del radio de influencia de bombeo en pozos 1. Acuíferos artesianos: Con un pozo se observación: Con dos pozos de observación: log R = log R = S 0 log r1 S0 S1 log r2 S1 S1 log r0 S1 S 2 log r1 S2 2. Acuíferos freáticos: Con un pozo de observación: log R = Con dos pozos de observación: log R = (2 H S0 ) S0 log r1 ( S0 (2 H S1 )(2 H (2 H S0 S1 ) S1 log r0 S1 ) S1 ) S1 log r2 (2 H S 2 ) log r1 ( S1 S 2 )( 2 H S1 S 2 ) 1.4. Otros métodos de cálculo del coeficiente de filtración en pozos imperfectos Pozo unitario: 0,366Q log 1. Acuíferos artesianos: K= 1,47l r0 lS 0 l. longitud del filtro 8 �1,47l r0 S0 S0 0,73Q log 2. Acuíferos freáticos: K= 2l Con ubicación de los filtros en el centro del horizonte acuífero: 3. Acuíferos artesianos: 0,366Q log K= 0,73l r0 lS 0 4. Acuífero freático: 0,73l r0 S0 S0 0,73Q log K= 2l Con ubicación del filtro próxima al techo o lecho del acuífero: 0,366Q log 5. Acuífero artesiano: K= 1,32l r0 lS 0 1,32l r0 S 0 )S 0 0,73Q log 6. Acuífero freático: K= (2l Con filtro ubicado en el centro del acuífero: 0,366Q log 7. Acuífero artesiano: K= 0,66l r0 lS 0 0,66l r0 S 0 )S 0 0,73Q log 8. Acuífero freático: K= (2l 1.5. Cálculo de parámetros hidrogeológicos en condiciones de régimen no estacionario del movimiento de las aguas durante el bombeo Método grafo-analítico: Este método puede ser aplicable en tres casos: 1er Caso: por seguimiento del comportamiento de los niveles en tiempo S = f (log t), los niveles se observan solamente en el pozo que se bombea; 9 �2do Caso: por seguimiento de los niveles en área S = f (log r), por observación de los niveles en determinados tiempos, en pozos de observación de niveles a determinadas distancias del pozo que se bombea; 3er Caso: por seguimiento de los niveles de forma combinada S = f (log observándose los niveles en función del tiempo y de la distancia. t ) r2 En los casos que se trabaja con el tiempo de bombeo en los gráficos a elaborar, el tiempo se considera en minutos para mayor detallamiento de la curva a obtener. 1er Caso. Seguimiento de niveles en tiempo: S= f (log. t) 1. Acuífero artesiano: Trasmisividad, T. Piezoconductividad a: T = KM = 0,183Q C log a = 2 log r - 0,35 + A C Donde: K: Coeficiente de filtración, m/día M: Espesor acuífero, m Q: Caudal de bombeo m3/día C: Coeficiente angular (representa la tangente de línea recta que se construye en el gráfico) A : Magnitud en la escala de abatimiento desde cero (0) hasta la intercepción de la línea recta trazada con la escala de abatimiento, m Para determinar (a) al log a se le determina el antilogaritmo y se multiplica por 1 440 para convertir (a) en m2/día ya que en el gráfico se trabaja con minutos. Para acuíferos freáticos el gráfico que se construye es (2H-S) S = f (log. t), siempre y cuando el abatimiento final medido represente un abatimiento del acuífero superior al 20 % de su espesor total, cuando ese abatimiento del nivel es menor del 20 % el régimen de las aguas freáticas puede analizarse gráficamente igual que en caso de aguas artesianas y se construye el gráfico S = f (log.t). El coeficiente angular C se determina por datos del gráfico, aplicando las fórmulas siguientes: 2. Acuífero artesiano: C= S2 log .t 2 S1 log .t1 S2; S1: mayor y menor abatimientos respectivamente tomados del gráfico, m t2 , t1 : mayor y menor tiempo coincidentes con los abatimientos seleccionados 10 �(Valores de los extremos del tramo de línea recta seleccionados de la trazada sobre puntos del abatimiento en gráfico). 3. Acuífero freático: C= S 2 2H S2 S1 2 H log .t 2 log .t1 S1 Figura 10. Gráfico de abatimiento en función del tiempo S = f (log.t). El coeficiente de permeabilidad K para acuíferos freáticos se determinará por la expresión: K= 2 do 0,366Q C Caso. Método de seguimiento de los niveles en área: S = f (log. r) Este método se aplica cuando se tiene puntos de observación de los niveles ubicados a determinadas distancias del pozo que se bombea, los puntos (dos) a plotear en el gráfico corresponden a niveles tomados en el mismo tiempo del inicio del bombeo, en el pozo que se bombea y un pozo de observación o en dos pozos de observación en m. 4. Acuífero artesiano: 5. Acuífero freático: C= C= S1 log r2 S 2 2H S2 log r1 S2 S1 2 H log .r2 log .r1 S1 Donde: S1 y S2: abatimientos registrados en determinado tiempo a partir del inicio del bombeo en los puntos de observación más próximos y más distantes respectivamente, m r1 y r2: distancias desde el pozo que se bombea hasta los puntos de observación más próximos y más distantes respectivamente, m. El abatimiento S1 y la distancia r1 son del pozo de bombeo cuando solo se ejecuta el bombeo con un pozo de observación. 11 �6. Acuífero artesiano: Trasmisividad, T: T = KM = 0,366Q C Y para acuífero freático el coeficiente de filtración por la fórmula: K= 0,73Q C La piezoconductividad de acuíferos artesianos y conductividad de nivel de acuíferos freáticos se determinan por la fórmula: Donde: log a = 2A 0,35 log t C T: tiempo en que fueron tomados los niveles de cálculo desde el inicio del bombeo. Si en el gráfico se trabajó con tiempo en minutos entonces al resultado de la ecuación anterior se multiplica por 1 440. Figura 11. Gráfico de abatimiento en función de la distancia S = f (log r). 3er Caso. Método combinado de seguimiento de niveles en tiempo y distancia. S = f (log t/r2) Este método responde al seguimiento de los niveles durante los bombeos con la construcción y procesamiento del gráfico S = f (log t ). En este caso la ecuación lineal r2 de la recta que se obtiene en el gráfico responde a la expresión: S = A + C log t r2 12 �S2 C= log t r2 S1 log 2 t r2 1 Cálculo de Trasmisividad T = KM = 0,183Q C 7. Acuífero artesiano: 8. Acuíferos freáticos (se determina el coeficiente de filtración): K= 0,366Q C Y la piezoconductividad de acuíferos artesianos o conductividad de nivel para acuíferos freáticos por la fórmula: log a = A 0,35 C Figura. 12. Gráfico de seguimiento combinado de los niveles, S = f (log t ). r2 En todos los casos presentados el radio de influencia del bombeo para todo el tiempo en que este se desarrolló pudo ser determinado por la expresión: Donde: R = 1,5 at a: piezoconductividad para acuíferos artesianos o conductividad de nivel para acuíferos freáticos, m2 /día. En todos los casos de bombeos con régimen estacionario y no estacionario analizados el coeficiente de entrega de agua de las rocas (µ) se determina por la fórmula siguiente: Donde: µ= 13 �T- Trasmisividad m2/día a: piezoconductividad en aguas artesianas (con presión) o conductividad de nivel en aguas freáticas (sin presión; m2/día). 1.6. Determinación de parámetros hidrogeológicos por datos de bombeo en pozos desarrollados Bombeos en acuíferos formados por sedimentos friables 1er Caso. Cuando el espesor de los filtros utilizados es mucho menor que el espesor del acuífero K= sen Q hS Donde: : ángulo formado por el talud de la caverna sobre un plano horizontal Q: caudal de bombeo, m3/día h: profundidad de la caverna en los sedimentos friables, m S: abatimiento con nivel estabilizado durante el bombeo, m Figura 13. Pozo desarrollado en sedimentos friables sin filtros o con longitud muy pequeña de los filtros en relación con el espesor del acuífero. 2do Caso. Cuando el espesor del acuífero perforado sin filtros es aproximadamente igual a 0,75 H Qsen ln Donde: K= R r hS R: radio de influencia del bombeo (se determina igual que en pozos normales), m r : radios del techo de la caverna, m Los demás parámetros idénticos que en el caso anterior. 14 �r h Figura 14. Pozo desarrollado en sedimentos friables sin filtros, con penetración en el acuífero igual al 75 % de su espesor. 3er Caso. Cuando en todo el espesor del acuífero de sedimentos friables se forma una caverna con desarrollo de su fondo en el lecho del acuífero 2R r1 r2 MS Qsen ln Donde: K= M: espesor del acuífero artesiano (H freático), m r1: radio del techo de la caverna, m r2: radio de la base de la caverna, m Los demás parámetros idénticos a los casos anteriores. El radio de influencia del bombeo se considera 1,5 veces mayor al que se presenta en pozos no desarrollados con filtros en el mismo tipo de sedimentos. r1 m h r2 Figura 15. Pozo desarrollado en sedimentos friables acuíferos con pequeños espesores sin filtros. Q Donde: K= M n ln 1,5 R M 1 2 SM 15 �n= La fórmula anterior es efectiva cuando Q M S R M 10 1.7. Cálculos del coeficiente de filtración instantáneos (Métodos Expresos) por datos de cubeteo y bombeos Durante bombeos intensivos de corta duración o cubeteos sin estabilización del nivel del agua (régimen no estacionario). 1er Caso. Por datos de la recuperación del nivel, según A. P. Erkin 3,5r 2U K= L 2r Donde: K: coeficiente de filtración, m/día r: radio del pozo, cm L: profundidad del nivel antes de iniciado el bombeo o cubeteo, cm U: coeficiente U= log Y0 log Yn t1 t 2 .......... t n Y0: abatimiento al finalizar el bombeo o cubeteo, cm Yn: último abatimiento tomado en tiempo tn (en segundo) a partir del instante en que se detuvo el bombeo o cubeteo; cm ; sumatoria de los tiempos de cada medición de nivel a partir del instante en que se detuvo el bombeo o cubeteo (Figura 16). El resultado obtenido es en cm/s por lo que se multiplica por 864 para llevarlo a m/día Figura 16. Esquema de recuperación de niveles a partir de suspensión de cubeteo o bombeo. 16 �2do Caso. Por columna de agua en el pozo durante el bombeo o cubeteo, según F. M. Bochevier Donde: K= Q h12 2H ln t2 h22 ln t1 K: coeficiente de filtración, m Q: caudal de bombeo o cubeteo, m3/día h1 y h2: columnas de agua en el pozo (en m) en los tiempos t1 y t2 (en días) respectivamente a partir del inicio del bombeo o cubeteo H: columna de agua en el pozo, m 3er Caso. Por recuperación del nivel (En este caso debe considerarse la forma de entrada del agua al pozo) 1. Entrada de agua por el fondo del pozo cuando el mismo se encuentre encamisado. Donde: K = 1,8 r S log 1 t S2 K: coeficiente de filtración, cm/s (* 864 en m/día) r: radio del pozo, cm t: período de tiempo entre las mediciones del ascenso del nivel S1 y S2 Cuando el pozo es imperfecto y al mismo se le ubican filtros en todo el espesor acuífero o en algún intervalo del mismo. Donde: r 2 ( S1 S2 ) K= ( S1 S2 )t ld K: coeficiente de filtración, m/día r: radio del filtro, m S1 y S2: ascensos del nivel a partir del inicio de la recuperación, m t: tiempo transcurrido entre los ascensos S1 y S2, m l: largo del filtro, m d: diámetro del filtro, m 1.8. Determinación de parámetros hidrogeológicos por datos de vertimientos en pozos Vertimientos en pozos en zona de saturación (acuífero) 1er Caso. Acuíferos con espesor menor de 5 m 17 �0,733Q lg Donde: K= h2 R r0 H2 K: coeficiente de filtración, m / día Q: caudal estabilizado del vertimiento, m3/día R: radio del cono de vertimiento (m) puede calcularse sobre la base del descenso específico del nivel de la Tabla 1 o por pozos de observación r0: radio del pozo, m h: columna de agua con nivel estabilizado en el pozo, m H: espesor acuífero, m Figura 17. Esquema de vertimiento en estrato freático de poco espesor. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 2 Pozo; Horizonte acuífero; Filtros; Envase de agua; Regla graduada; Manguera con llave reguladora. do Caso. Acuífero con espesor considerable ( Donde: K = 0,525 q log 5 m) 0,66 l0 r0 K: coeficiente de filtración, m/día Q: absorción específica, m/día, m q= Q l0 H 0 Q: caudal estabilizado de vertimiento l0: largo del tramo en prueba (largo de filtro), m H0: carga hidrostática sobre el nivel del agua natural (al finalizar el vertimiento), m 18 �Figura 18. Esquema de vertimiento en estratos acuíferos de espesores considerables. Vertimiento en pozo en zona no saturada 1er Caso. Cuando se desconoce la profundidad de yacencia de las aguas subterráneas Donde: K = 0,423 Q 2l log 0 2 r0 l0 K: coeficiente de filtración, m/día Q: caudal estabilizado de vertimiento, m3/día l0: columna de agua en el pozo, m r0: radio del pozo, m Figura 19. Esquema de vertimiento en zona no saturada donde se desconoce la profundidad de yacencia del nivel del agua subterránea. 2 do Caso. Cuando se conoce la profundidad de yacencia del nivel de las aguas subterráneas 19 �Figura 20. Esquema de vertimiento en zona no saturada en pozos donde se conoce la profundidad de yacencia del nivel de las aguas subterráneas. Figura 21. Gráfico para determinar la fórmula a emplear. 1ra Variante de cálculo (fórmula 1): K= 2da Variante de cálculo (fórmula 2): K= Q C1rh r (C2 2Q 4)(T h l) Donde: K: coeficiente de filtración, m/día Q: caudal estabilizado de vertimiento, m3/día R: radio del pozo, m h: columna de agua sobre el extremo inferior del filtro o pozo, con nivel estabilizado en el pozo, m T: columna de agua desde el nivel estabilizado en el pozo hasta el nivel del agua subterránea, m l: longitud de filtros, m C1; C2: coeficientes que se determinan por los gráficos siguientes: 20 �Figura 22. Gráfico para determinar C1. C2 1000 100 10 10 100 1000 l r Figura 23. Gráfico para determinar C2. 1.9. Vertimiento en calicatas Se ejecuta para la determinación del coeficiente de filtración en la zona no saturada hasta profundidades no mayores de 3 hasta 5 m.  Método de A, K. Bóldiriev Donde: Q=KYF Q: caudal estabilizado de vertimiento, m3/día F: área de la sección del orificio, m2 Y: gradiente de la carga Y= H0 l l H0 l 1 H0: altura del nivel del agua sobre el fondo del orificio (10 – 12 cm) l: profundidad de penetración del agua al finalizar la prueba, m Cuando el vertimiento se realiza por un tiempo relativamente prolongado (más de 2 horas) la infiltración del agua se considera vertical, de donde el gradiente Y = 1. K= Q F 21 �Figura 24. Esquema de instalación para vertimiento en calicatas por el método de K Bóldiriev. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Envase de agua; Regla para el control del nivel del agua; Manguera con llave para regular el caudal de vertimiento; Pared de la calicata; Orificio en el fondo de la calicata; Nivel del agua en el orificio; Regla con marca para mantener el nivel del agua estabilizado. Figura 25. Gráfico característico de Q = f (t).  Método de G. N. Kamiénsky El coeficiente de filtración se calcula por la fórmula: Donde: K= Qe K: coeficiente de filtración, m/día : coeficiente de correlación de N. K. Guirínsky, se determina por Tabla 4 =f (H0 H c ); d H0: lámina de agua en el orificio, m Hc: ascenso capilar (puede tomarse de Tabla 2.8 según litología), m D: diámetro del anillo, cm 22 �Qe: volumen de agua que se vierte al envase regulador (1) en períodos de tiempo, t. Figura 26. Esquema de instalaciones para vertimientos en calicatas por el método de G. N. Kamienski. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Envase de agua; Regla para control del nivel del agua; Manguera con llave reguladora; Pared de la calicata; Anillo metálico; Nivel estabilizado del agua dentro del anillo; Material arcilloso vertido alrededor del anillo (débilmente compactado). Tabla 3. Valores del ascenso capilar Hc según N. N. Bíndeman (en pruebas de corta duración) Sedimentos Arcilla poco arenosa Arcilla arenosa Arena muy arcillosa Arena arcillosa Arena fina poco arcillosa Ascenso capilar Hc, m 1,0 0,8 0,6 0,4 0,3 23 �Tabla 4. Coeficiente de corrección de N. K. Guirínsky H0 + Hc m 1,00 0,95 0,90 0,85 0,80 0,75 0,70 0,65 0,60 0,55 0,50 0,45 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 30 1,08 1,12 1,18 1,25 1,33 1,41 1,51 1,62 1,75 1,90 2,08 2,28 2,53 2,84 3,22 3,74 4,42 5,38 6,03 32 1,00 1,05 1,11 1,17 1,24 1,32 1,41 1,52 1,64 1,78 1,93 2,12 2,36 2,60 2,99 3,44 4,07 4,94 6,30 34 0,94 0,99 1,04 1,10 1,17 1,24 1,33 1,42 1,54 1,66 1,80 1,98 2,20 2,45 2,78 3,19 3,78 4,56 5, 78 36 0,88 0,93 0,98 1,04 1,10 1,17 1,25 1,34 1,44 1,58 1,70 1,87 2,00 2,29 2,59 2,97 3,50 4,24 5,33 Diámetro del anillo, cm. 38 40 42 44 0,84 0,80 0,76 0,72 0,88 0,84 0,79 0,76 0,93 0,88 0,84 0,80 0,98 0,93 0,88 0,84 1,04 0,99 0,94 0,89 1,10 1,05 1,00 0,95 1,18 1,12 1,06 1,00 1,26 1,19 1,21 1,15 1,36 1,28 1,31 1,25 1,46 1,38 1,43 1,35 1,60 1,51 1,45 1,35 1,75 1,64 1,55 1,47 1,92 1,81 1,71 1,62 2,14 2,02 1,90 1,80 2,42 2,27 2,13 2,01 2,77 2,96 2,45 2,21 3,24 3,03 2,84 2,67 3,94 3,67 3,41 3,18 4,94 4,60 4,28 3,90 46 0,89 0,72 0,76 0,80 0,85 0,90 0,96 1,10 1,18 1,28 1,28 1,40 1,54 1,70 1,91 2,17 2,52 2,99 3,71 48 0,66 0,69 0,73 0,77 0,81 0,86 0,91 1,05 1,13 1,22 1,22 1,33 1,46 1,61 1,81 2,05 2,38 2,91 3,47 50 0,63 0,68 0,70 0,73 0,77 0,82 0,87 0,93 1,00 1,07 1,16 1,27 1,38 1,53 1,72 1,94 2,26 2,65 3,25  Método de N. K. Guirínsky Los cálculos del coeficiente de filtración igual al primer caso se ejecutan por la fórmula siguiente: K= Q F Figura 27. Esquema del envase de Mariott. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Tubo de aire; Junta de ajuste; Tapa con rosca; Envase cilíndrico con regla graduada; Tubo de agua; Llave reguladora; Anilla para traslado del equipo. 24 �Figura 28. Esquema de instalación para vertimiento en calicatas por el método de N. K. Guirínsky. 1. 2. 3. 4. 5. 6. Pared de la calicata; Orificio en el fondo de la calicata; Anillo; Nivel del agua estabilizado; Envase de Mariott; Relleno arcilloso.  Método de N. S. Nesteróv Los cálculos del coeficiente de filtración, igual al primer caso, se ejecutan por la fórmula siguiente: K= Q F Figura 29. Esquema de instalación por vertimiento en calicatas por el método de N. S. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Nesteróv. Pared de la calicata; Orificio en el centro de la calicata; Anillo exterior; Anillo interior; Nivel del agua dentro de los anillos; Envases de Mariott; Relleno arcilloso. 25 �II. EVALUACIÓN DE RESERVAS Y RECURSOS DE AGUAS SUBTERRÁNEAS Reservas de explotación de las aguas subterráneas: m3/día o m3/año Qe = 1 QN + 2 Qn + 3 Qa + 4 Qa + Qat Donde: Qe: reservas de explotación; 1, 2, 3, 4 : coeficientes que determinan el % de utilización de las distintas reservas y recursos; QN: recursos naturales; Qn: reservas naturales; QA: recursos artificiales; Qa: reservas artificiales; Qat: recursos atraíbles. 2.1. Evaluación de las reservas de explotación de las aguas subterráneas por el método hidrodinámico Conversión de los horizontes acuíferos heterogéneos y anisotrópicos en homogéneos. Coeficiente de filtración efectivo. Ke = n Kimi 1 n mi 1 Donde: Ke: coeficiente efectivo de filtración, m/día Ki, mi: coeficiente de filtración y espesor acuífero de los estratos, m n: número de estratos Coeficiente de conductividad de nivel o piezoconductividad efectiva n Kimi ae = 1 n 1 Kmi ai Donde: ae: piezoconductividad o conductividad de nivel efectiva, m2/día ai : piezoconductividad o conductividad de nivel de los distintos estratos, m2/día Durante los cálculos en coeficientes freáticos se introduce la función de N. K. Guirínsky 26 �n Kimi (h Zi ) 1 Donde: H: espesor del flujo subterráneo sin presión en punto analizado (espesor acuífero total), m Zi: distancia desde el centro de cada estrato hasta el lecho impermeable, m Figura 30. Horizonte acuífero estratificado. a) Artesiano (con presión); b) Freático (sin presión). La trasmisividad efectiva será: Te = n 1 Ti n El coeficiente de piezoconductividad efectiva será: n Ti log ai log ae = 1 n Ti 1 Donde: Ti, a: trasmisividad y piezoconductividad de los distintos estratos, m 2/día Te = T; superior. e = ; para un tiempo t 2,5 5 s ms ; ms y Ks: parámetros del estrato Ks 27 � Transformación de límites imperfectos a perfectos En los cálculos de evaluación de las reservas de explotación cerca de límites imperfectos, cuando el cuace de la fuente de alimentación del acuífero presenta sedimentos con permeabilidad inferior a la del acuífero, la distancia a considerar, L deberá ser aumentada en la magnitud L , la que se determina de la siguiente forma: Donde: L= KMA0 .cth. A0 = m0 K0 2b KMA0 2b: ancho del río; m0 y K0: espesor y coeficiente de filtración de los sedimentos colmatados del cauce La magnitud L representa un componente de resistencia a la filtración. Cuando se evalúan las reservas de un sistema de pozos (gran pozo), entonces se considerará el radio de la figura que en planta represente el sistema de pozos. El radio de los mismos será: - Batería de pozos lineal - Sistemas de pozos en área - Sistema de pozos en círculo r = 0,2 l r = 0,1 P r = 0,565 F Donde: l: longitud de la batería de pozos P: perímetro del área que ocupan los pozos F: área del gran pozo circular Para una mayor efectividad de los grandes pozos, las dependencias del radio de los mismos deberá ser menor de 0,2 veces la distancia hasta el límite de alimentación más próximo. Donde: r 0,2 L L: distancia hasta el límite de alimentación más próximo Si el límite es imperfecto: ejemplo un río con cauce colmatado, entonces: r 0,2 (L + L) 28 �Acuíferos ilimitados se consideran con esas características cuando la distancia hasta el límite más próximo es más de tres veces mayor que el radio de influencia de la explotación < se determinará por la expresión: Donde: L ≥ 3 R ≥ 3 (1,5 at ) R: radio de influencia del gran pozo durante su explotación en tiempo, t a: piezoconductividad o conductividad de nivel para acuíferos artesianos o freáticos, respectivamente t: período de cálculo considerado para la explotación de las aguas subterráneas I a) p) b) p p c) d) e) Figura 31. Esquema de sistemas de pozos más utilizados. a) Batería lineal de pozos; b) Distribución de pozos en área con variada configuración en planta; c) Sistema de pozos con pozos solo en la periferia; d) Sistema de pozos, con pozos en periferia y centro; e) Sistema de pozos formando un círculo. 29 �2.2. Evaluación de las reservas de explotación por distintos esquemas de cálculos del método hidrodinámico Se exponen los métodos para evaluar las reservas de explotación en función del abatimiento que producirá determinado caudal de explotación. Si al contrario se requiere determinar el caudal de explotación de un pozo o sistema de pozos, entonces se despeja el caudal Q de las fórmulas que se exponen y en todos los casos, por conversión para acuíferos freáticos, el contenido de la expresión en el nominador será constante y solo variará el denominador según el caso con las magnitudes que correspondan bajo el signo de logaritmo. Ejemplo: Q KS (2 H S ) ln ..... Donde: Q: Caudal de explotación buscado; m3/día : Coeficiente = 3.1416 K: Coeficiente de filtración (o conductividad hidráulica); m/día S: Abatimiento de explotación asumido o calculado; m H: Espesor del acuífero freático, m 1er Caso. Acuíferos ilimitados 1. Acuíferos artesianos S Q R ln 4 KM r Donde: Se: abatimiento de explotación de cálculo, m Q: caudal de explotación asumido, m3/día K: coeficiente de filtración, m/día M: potencia acuífera del estrato artesiano, m R: radio de influencia calculado para el período de explotación, m (R = 1,5 at ) a- piezoconductividad de nivel, m2/día t- tiempo asumido para la explotación, días r- radio del pozo o del gran pozo, m 30 �2. Acuíferos freáticos S=H- H 2 Q R ln K r H: potencia del acuífero freático, m 2do Caso. Acuíferos semilimitados  Acuífero con un límite de alimentación permanente Figura 32. Esquema de cálculo de acuífero semilimitado con un límite de alimentación. 1. Acuífero artesiano S= Q 2L ln 2 KM r L: distancia desde el centro del pozo o gran pozo hasta el límite de alimentación; m. 2. Acuífero freático S=H- H2 Q 2L ln K r  Acuífero con un límite que puede ser considerado impermeable Figura 33. Esquema de cálculo de acuífero semilimitado con un límite impermeable o de drenaje. 31 �1. Acuífero artesiano S= Q 1,13at ln 2 KM rL L: distancia desde el centro del pozo o gran pozo hasta el límite impermeable, m 2. Acuífero freático S=H- H2 Q 1,13 at ln K rL 3er Caso. Acuífero limitado en lenta (o banda)  Acuíferos con dos límites de alimentación Figura 34. Esquema de cálculo de acuífero en banda o lenta con dos límites de alimentación. 1. Acuíferos artesianos S= Q ln 2 KM 0,64 L0 sin L1 L0 r L1: distancia desde el centro del pozo o gran pozo hasta el límite de alimentación más próximo, m L0: ancho de la lenta o banda acuífera en trazado por el centro del pozo o gran pozo 32 �2. Acuífero freático S=H- Q ln K H2 0,64 L0 sin L1 L0 r  Acuífero con un límite de alimentación y uno impermeable Figura 35. Esquema de cálculo de acuífero en banda o lenta con dos límites, uno de alimentación y otro impermeable o de drenaje. 1. Acuífero artesiano S= Q ln 2 KM 1,27 ctg. L1 2 L0 r L1: distancia hasta el límite de alimentación, m 2. Acuífero freático S=H- H2 Q ln K 1,27ctg L1 2 L0 r 33 � Acuífero con dos límites impermeables Figura 36. Esquema de cálculo de acuífero limitado en banda o lenta con dos límites Impermeables. 1. Acuífero artesiano S= Q 7,1 at ln 4 KM L0 2 ln 0,16L0 L1 r sin L2 L1 , L2: distancia desde el centro del pozo o gran pozo hasta el límite impermeable más cercano y más distante respectivamente, m. 2. Acuífero freático S=H- H2 Q 7,1 at ln 2 K L0 2 ln 0,16 L0 L1 r sin L2 4to Caso. Acuífero limitado en cuadrante Son los acuíferos que se encuentran limitados por dos límites que se cortan entre sí formando un ángulo próximo a 900. 34 � Acuífero cuadrante con dos límites de alimentación Figura 37. Esquema de cálculo de acuífero limitado en cuadrante con dos límites de alimentación. 1. Acuífero artesiano S= Q 2 L1L2 ln 2 KM r L12 L22 L1, L2: distancias en perpendicular desde el centro del pozo o gran pozo hasta el límite más próximo y más distante, respectivamente, m 2. Acuífero freático S=H- H2 Q 2 L1L2 ln K r L12 L22  Acuífero cuadrante con un límite de alimentación y uno impermeable Figura 38. Esquema de cálculo de acuífero limitado en cuadrante, con dos límites, uno de alimentación y otro impermeable o de drenaje. 35 �1. Acuífero artesiano S= 2 L1 L12 L22 Q ln KM rL2 L1, L2: distancias desde el centro del pozo o gran pozo hasta el límite de alimentación y hasta el límite impermeable respectivamente, m. 2. Acuífero freático S=H- H 2 2 2 Q 2 L1 L1 L2 ln K rL2  Acuífero cuadrante con dos límites impermeables o de drenaje Figura 39. Esquema de cálculo de acuífero limitado en cuadrante, con dos límites impermeables o de drenaje. 1. Acuífero artesiano S= Q ln KM 0.7955at rL1 L2 L12 L2 2 36 �2. Acuífero freático S=H- H2 Q ln K 0.7955at rL1 L2 L12 L22 5to Caso. Acuífero limitado en forma de cuña Son los acuíferos limitados por dos límites en planta que se cortan formando un ángulo agudo ( 900).  Acuíferos limitados en cuña con dos límites de alimentación 1. Acuífero artesiano S= 0,111L Q ln 2 KM r0 0 sin 0 L: distancia desde el centro del pozo o gran pozo hasta el punto de intersección de los dos límites, m 0 : ángulo entre los dos límites : ángulo formado entre la línea recta que une el centro del pozo o del gran pozo con el punto de intersección de los límites y el límite de alimentación más próximo, m 2. Acuífero freático S=H- H2 0,111 L Q ln K r 0 sin 0 37 � Acuífero limitado en cuña con un límite de alimentación y otro límite impermeable 1. Acuífero artesiano S= Q 0,022 0 L 1,57 ln ctg 2 KM r 0 : ángulo entre línea recta con distancia, L que une el punto de intersección de los dos límites con el centro del pozo o gran pozo y el límite impermeable. 2. Acuífero freático S=H- H2 Q 0,022 ln K r 0 L ctg 1,57 0  Acuífero limitado en cuña con dos límites impermeables 1. Acuífero artesiano S= Q 4 KM 4,73R L 2 ln 0,16 L L r sin 1 L 2. Acuífero freático S=H- H2 Q K 4,73 R L 2 ln 0,16 L L r sin 1 L R: radio de influencia calculado para el período de explotación, m L: ancho del acuífero por el centro del pozo o gran pozo, m L1: distancia desde el centro del pozo o gran pozo hasta el límite impermeable más próximo, m 38 �6to Caso. Acuífero en forma de círculo Son los acuíferos que se encuentran rodeados por un límite con tal configuración en planta que puede asumirse en forma de círculo.  Acuífero circular con un límite de alimentación y el pozo o gran pozo se encuentra ubicado en el centro del acuífero Figura 40. Esquema de cálculo de acuífero limitado en círculo, con un límite de alimentación, con pozo o gran pozo ubicado en el centro del acuífero. 1. Acuífero artesiano S= R Q ln c 2 KM r R c: radio del acuífero circular, m 2. Acuífero freático S=H- H2 R Q ln c K r 39 � Acuífero circular con un límite de alimentación y el pozo o gran pozo se encuentran ubicados fuera del centro del acuífero Figura 41. Esquema de cálculo de acuífero limitado en círculo, con un límite de alimentación y pozo o gran pozo ubicado a distancia L del centro del acuífero. 1. Acuífero artesiano 2 S= Q Rc L2 ln 2 KM rRc L: distancia desde el centro del pozo o gran pozo hasta el centro del acuífero, m 2. Acuífero freático 2 S=H- H 2 Q Rc L2 ln K rRc  Acuífero circular con un límite impermeable y pozo o gran pozo ubicado en el centro del acuífero Figura 42. Esquema de cálculo de acuífero limitado en círculo, con un límite de impermeable o de drenaje. 40 �1. Acuífero artesiano S= Q R ln c 2 KM r 2at 2 Rc 0,75 En períodos pronosticados de tiempo muy prolongados (mayor de 20 años) la fórmula anterior puede utilizarse en la siguiente forma: S= Q KM at 2 Rc 2. Acuífero freático S=H- H2 Q R ln c K r 2at Rc2 0,75 Y para períodos de tiempo muy prolongados (mayor de 20 años): S=H- H2 Q K at Rc2 7mo Caso. Acuíferos con un límite que puede considerarse lineal, en planta de rocas con menor trasmisividad a las existentes donde están los pozos que se explotarán  Acuífero con un límite de rocas de menor trasmisividad ubicado en lateral al pozo o gran pozo y que por su configuración en planta puede considerarse un límite en línea recta 1. Acuífero artesiano S= Q 1,13 a1t ln 4 Tm rL ln 2L r 1 2 41 �Donde: Tm: trasmisividad media entre los dos acuíferos, m2/día T1 T2 2 Tm = T2 T1 y T1, a1: trasmisividad y piezoconductividad en áreas donde está ubicado el pozo o gran pozo, m2/día T2: trasmisividad de las rocas acuíferas del otro lado del límite, m2/día 2. Acuífero freático H2 S=H- Q 1,13a1t ln Km rL ln 2L 1 r 2 Donde: H: potencia acuífera del acuífero donde está ubicado el pozo o gran pozo, m Km= K1 K2 2 y K2 K1 K1, K2: coeficientes de filtración de las rocas acuíferas donde están ubicados el pozo o gran pozo y de las rocas que limitan con ellas, respectivamente, m  Acuífero con un límite de rocas de menor trasmisividad también acuíferas ubicado bordeando a las rocas donde está ubicado el pozo o gran pozo, que por su configuración en planta puede considerarse como un límite en círculo 1. Acuífero artesiano S= Q 1 Rc ln 2 T1 r 1 1,5 a2t ln T2 Rc Donde: R c: radio del círculo formado por las rocas donde está ubicado el pozo o gran pozo, m 42 �2. Acuífero freático S=H- H2 Q 1 Rc ln K1 r 1 1,5 a2t ln K2 Rc 2.3. Evaluación de las reservas de explotación de las aguas subterráneas por el método hidráulico 1. Acuíferos artesianos Desarrollo del método hidráulico por las curvas de dependencia S = f (Q). Se = Qe S Q Donde: Se: abatimiento de explotación, m Qe: caudal de explotación, l/seg. o m3/día Q: caudal del bombeo de prueba, m S: abatimiento estabilizado del bombeo de prueba, m En condiciones de acuíferos freáticos (sin presión), el caudal de explotación se determina por la fórmula de N. N. Bíndeman: Q = m S – n S2 Por datos de bombeo con dos abatimientos en bombeos experimentales, con caudal y abatimientos estabilizados de donde: Q1 Q2 q q2 S1 S 2 n= = 1 S 2 S1 S 2 S1 m= Q1 + n S1 = q1 – nS1 S1 q1 y q2: caudales específicos del primer y segundo abatimiento, respectivamente, con dependencia directa del abatimiento. 43 �Figura 43. Gráfico q = f (S). Para un caudal de explotación determinado, resolviendo la ecuación anterior, el abatimiento de explotación será: Se = m2 m 4nQe 2n Para acuíferos artesianos, según Dupuit: Qe = q Se El caudal específico (q) para acuíferos artesianos con bombeos de dos o tres abatimientos estabilizados debe confirmarse y si se obtienen valores menores de 0,03, podrán asumirse como artesianos puros. q q1 q 0,03 Donde: q= ; q n q q2 q 0,03 y Se ; q q3 q 0,03 1,5 – 1,75 Smax n: número de abatimientos Se: abatimiento de explotación Smax: abatimiento máximo del bombeo experimental Para acuíferos freáticos, según M. E. Altóvsky: Aplicable cuando Se bombeo experimental). (2 – 3 Smax del Q = a + b log Se Donde: b= Q2 log S 2 Q1 log S1 a = Q1 – b log S1 44 �Para acuíferos con presión y sin presión, Smreker propone una fórmula original aplicable a ambos casos, con buenos resultados en la práctica hidrogeológica: m Qe = n Se Donde: S1 S2 m= Q log 2 Q1 log log n = log Q1 – log S1 Aplicable cuando Se 1,75 – 2,25 Smax del bombeo experimental. Los cálculos del abatimiento en sistemas de pozos se ejecutan por la dependencia: Se = Sp + n Si 1 Donde: Se: abatimiento de explotación en el pozo central, de mayor carga; m Sp: abatimiento de explotación del pozo central provocado por su explotación individual; m Si: abatimiento complementario provocado por la influencia de los demás pozos que forman el sistema; m n: número de pozos Por datos de bombeos unitarios de los pozos del sistema: n Donde: Si = 1 n S1 1 Qe.1 Qb.1 ........ Sn Qe.n Qb.n S1..... Sn : abatimientos provocados en el pozo central por los pozos del sistema, respectivamente, durante el bombeo experimental de los mismos. Q b.1......Q b.n: caudal del bombeo experimental de los pozos del sistema, respectivamente. Por datos de bombeo experimental de explotación de todos los pozos del sistema: n 1 n Se = Sb 1 Qe Qb 45 �Se : abatimiento provocado en el pozo central por el bombeo del sistema Q e: caudal de explotación total de los restantes pozos del sistema Q b: caudal del bombeo experimental de los restantes pozos del sistema 2.4. Evaluación de las reservas de explotación de las aguas subterránea por el método de balance Reservas de explotación de las aguas subterráneas: m3/día o m3/año Qe = 1 Qn + 2 QN + 3 Qa + 4 Qa + Qat a) Reservas naturales - Qn. En acuíferos artesianos y freáticos: Donde: Qn = V = t 1 .H.F t m3/día V: Volumen de agua almacenado en las rocas, m3 1: Coeficiente que representa el porciento de espesor acuífero a desecar con la explotación (caracteriza al abatimiento de explotación) : Entrega de agua de las rocas H: Potencia acuífera, m F-: Área de extensión del acuífero, km2 t-: Tiempo previsto de explotación, días b) Recursos naturales -QN. 1er Caso. Por magnitud del flujo subterráneo que transita en el área de evaluación Flujo homogéneo: Cuando el flujo de las aguas subterráneas presenta condiciones homogéneas que se definen por la configuración de las isolíneas de mapas de hidroisohipas o hidroisopiezas en una sección normal al flujo en límite inicial del área de evaluación. Figura 44. Acuífero con flujo homogéneo en toda su área de desarrollo. Donde: QN = K H I B K – Coeficiente de filtración de las rocas acuíferas, m/día 46 �H - Potencia acuífera, m I-Gradiente hidráulico. Se determina por mapas de hidroisohipsas en sección normal al flujo subterráneo en el límite de entrada al área que se evalúa B- Ancho de la sección normal al flujo subterráneo en el límite de entrada al área que se evalúa, m. 2do Caso. Cuando el lecho del acuífero es inclinado: QN = B H K sin Donde al flujo. : ángulo entre plano horizontal y lecho impermeable en sección transversal 3er. Caso. Flujo heterogéneo: por bandas o lentas del flujo subterráneo QN = n 1 Qb Qb: Recursos subterráneos correspondientes a las bandas del flujo subterráneo definidas por mapa de hidroisohipsas, m3/día n: Número de bandas del flujo Figura 45. Acuífero con flujo heterogéneo por bandas. 4to Caso. Por infiltración de las precipitaciones atmosféricas y niveles en perfil de tres pozos a distintas distancias entre sí, paralelo a la dirección de escurrimiento del flujo subterráneo y la permeabilidad puede considerarse constante en todo el trazado del perfil 47 �Figura 46. Perfil con tres pozos en dirección longitudinal al flujo subterráneo, con permeabilidad homogénea. m3 /día QN = F W W: infiltración de las precipitaciones atmosféricas, m/día F: área del acuífero en evaluación, m2 K = const. , m/día X W= L , m 2 h22 K L X h12 X h32 h12 L K: Coeficiente de filtración a lo largo del perfil formado por los tres puntos de observación X: Distancia entre el primer y segundo punto de observación (parte baja del perfil), m L: Distancia entre los dos puntos extremos del perfil formado por los tres puntos de observación, m h1, h2, h3: Columnas de agua en las calas de observación, respectivamente, a partir de un lecho impermeable o plano horizontal, hasta el nivel medio de las aguas subterráneas en el perfil, m 5to Caso. Por infiltración de precipitaciones cuando los 3 puntos de observación de niveles se encuentran ubicados a iguales distancias y la permeabilidad es constante en el perfil K = const. X= L 2 W= K 2 (2 h2 2 2X h12 h32 ) m/día X: Distancia entre puntos de observación, m 6to Caso. Por infiltración de precipitaciones, cuando en el perfil formado por tres puntos de observación existe diferente permeabilidad entre las secciones formadas por los puntos 1-2 y 2-3, (K1 K2), en este caso los cálculos se ejecutan por datos de ascensos de los niveles en magnitud h en tiempo t 48 �Figura 47. Perfil con tres pozos en dirección longitudinal al flujo subterráneo, con permeabilidad heterogénea en su trazado. QN= F W h W= t h22 h12 1 K1 X 2X h32 h22 K2 2X m/día : Entrega de agua de las rocas (valor medio) h : Ascenso de los niveles (m) en tiempo t (días) t.: Tiempo desde el inicio considerado para el ascenso del nivel h, días X: Distancia entre los centros de las secciones 1-2 y 2-3, m K1: Coeficiente de filtración del acuífero en la sección 1-2, m/día K2: Coeficiente de filtración del acuífero en la sección 2-3, m/día h1, h2, h3: Columna de agua en las calas (puntos) de observación, m 7mo Caso. Por cálculo de la infiltración, por datos de limnigramas (Gráfico de niveles en tiempo) de puntos de observación 49 �Figura 48. Limnigrama con oscilación anual de los niveles. QN = F W m3 /día h W= Z t , m/día h : representa el ascenso de los niveles por la alimentación del acuífero (m) en tiempo t (días) Z: representa el descenso de los niveles (m) que habría ocurrido por el drenaje del acuífero, de no haberse producido alimentación del mismo, en tiempo t (días). En caso que se quiera determinar la infiltración media anual o de una serie de años, entonces en lugar de t se utiliza t -tiempo total en que se observaron los niveles representados en el limnigrama. W= h Z m /día t 8vo Caso. Evaluación de los recursos naturales por el módulo del escurrimiento subterráneo, M0 QN = F M0 m3/día M0 = 0,0317 Y l/s.km2 50 �Y: Lámina de agua infiltrada en el acuífero, mm Y = 1000 ( h Z) mm h; Z : Parámetros que se determinan de los limnigramas de observación de niveles entiempo, m BIBLIOGRAFÍA Bindeman, N. N. 1969: Búsqueda y exploración de aguas subterráneas para grandes acueductos. Editorial Niedra, Moscú. De Miguel, F. C. 2008: Hidrogeología Aplicada. 2da. Edición. Editorial Félix Varela, La Habana. 51 � 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 Folletos 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 Formulario práctico hidrogeológico Creator An entity primarily responsible for making the resource Constantino de Miguel Fernández Kambwa Moses Angula T Nghilinganye Lipuleni Publisher An entity responsible for making the resource available Niurbis La Ó Lobaina Type The nature or genre of the resource Folleto Date A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource 2013 Subject The topic of the resource Hidrogeología Description An account of the resource Literatura para el desarrollo de Clases Prácticas en la asignatura de Hidrogeología Aplicada Format The file format, physical medium, or dimensions of the resource PDF Language A language of the resource Español https://repoedum.ismm.edu.cu/files/original/9b06fb8a4ef6bec430f926476743a963.pdf 4d9eefb871dc28dcdfc21ef4a45a3d84 PDF Text Text FOLLETO TERMODINÁMICA DE LOS PROCESOS PIROMETALÚRGICOS Dr. MIGUEL GARRIDO RODRÍGUEZ �Página legal Título de la obra: Termodinámica de los procesos pirometalúrgicos 65, pgs. Editorial Digital Universitaria de Moa, año 2015 – ISBN: 978 – 959 – 16 – 2554 - 0 1. Autor: Dr. C. Miguel Garrido Rodríguez 2. Institución: Instituto Superior Minero Metalúrgico “Dr. Antonio Núñez Jiménez” Edición y corrección: M.Sc. Niurbis La Ó Lobaina Institución del autor: 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://ismm.edum.edu.cu �Tabla de contenido TEMA I .................................................................................................................................................... 3 TERMODINÁMICA QUÍMICA............................................................................................................ 3 1.1. Termoquímica ........................................................................................................................ 3 1.1.1. Influencia de la temperatura en el calor de reacción. Ecuación de Kirchhof 4 TEMA II ................................................................................................................................................... 9 ENERGÍA LIBRE Y EQUILIBRIO QUÍMICO ................................................................................. 9 2.1. Criterios termodinámicos de equilibrio o espontaneidad de los procesos ..... 9 2.2. Dependencia de la Energía Libre con la temperatura a presión constante. Ecuación Gibbs – Helmholtz .................................................................................................... 10 2.3. Equilibrio químico ............................................................................................................... 13 2.4. Influencia de la temperatura en la constante de equilibrio. Ecuación de Van’t Hoff ........................................................................................................................................ 14 2.5. Métodos aproximados de cálculo de las constantes equilibrio ......................... 15 TEMA III ............................................................................................................................................... 19 TERMODINÁMICA DE PROCESOS METALÚRGICOS ............................................................. 19 3.1. Disociación de compuestos ............................................................................................ 19 3.2. Oxidación de sulfuros ....................................................................................................... 29 3.2.1. Termodinámica de la oxidación de sulfuros ..................................................... 29 3.2.2. Interacciones Me-S-O................................................................................................ 35 3.2.3. Interacción Me - Meº- O........................................................................................... 37 3.2.4. Interacciones Me - Meº - S - O ............................................................................. 38 TEMA IV ................................................................................................................................................ 39 PROCESO DE REDUCCIÓN ............................................................................................................ 39 4.1. Termodinámica del Proceso de reducción ................................................................ 39 TEMA V ................................................................................................................................................. 59 TERMODINÁMICA DE TRANSFORMACIONES FÍSICO-QUÍMICAS EN LA OBTENCIÓN DE ACEROS ......................................................................................................................................... 59 5.1. Oxidación y reducción del silicio ................................................................................... 59 5.2. Influencia de la composición de la escoria ............................................................... 61 5.3. Oxidación y reducción del manganeso ...................................................................... 64 BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................................... 66 ANEXOS ................................................................................................................................................ 67 �Introducción La Termodinámica Química es la rama de la Química Física basada en los Principios de Conservación de la Masa y la Energía, que permiten la caracterización de las transformaciones físico-químicas en los procesos pirometalúrgicos e hidrometalúrgicos, para la obtención de metales y sus compuestos. En este trabajo se analizan los elementos científicos y metodológicos necesarios para la caracterización termodinámica de las transformaciones físico-químicas que ocurren en procesos pirometalúrgicos; para ello se abordan conceptos, leyes y métodos que permiten analizar cualitativa y cuantitativamente la influencia de los factores externos en el desarrollo de las reacciones químicas. Estos métodos permitirán la obtención de los modelos matemáticos teóricos y sus representaciones gráficas, así como la interpretación de datos experimentales, su correlación y las ecuaciones de regresión y sus representaciones. La termodinámica de los procesos pirometalúrgicos tiene como objetivos los siguientes: x Analizar las transformaciones energéticas que acompañan los procesos físicos y químicos. x Evaluar la posibilidad de realización de las reacciones químicas. x Analizar la influencia de las propiedades en el estado final del sistema. Para alcanzar los objetivos propuestos se analizan procesos mediante la presentación de reacciones generales y en otros casos se utilizan ejemplos específicos de procesos pirometalúrgicos usando los datos termodinámicos existentes en la bibliografía. El sistema de conocimiento que se analiza está formado por los temas siguientes: 1. Termoquímica. Métodos de cálculo de los cambios energéticos asociados a las transformaciones físico-químicas. 2. Equilibrio químico. Representación Métodos gráfica. de Criterios cálculo de del Potencial equilibrio o Isobaro Isotérmico. espontaneidad de las transformaciones físico-químicas. Constante de equilibrio. Métodos de cálculo. Representación gráfica. 1 �3. Termodinámica de los procesos pirometalúrgicos. Disociación de compuestos. Oxidación de sulfuros. 4. Reducción. Disociación. Reducción gasofásica. Reducción carbonotérmica. Metalotermia. 5. Transformaciones físico-químicas en la obtención de aceros. Disociación. Reducción. Oxidación. 2 �TEMA I TERMODINÁMICA QUÍMICA La termodinámica constituye una de las ramas principales de la Química Física y permite establecer relaciones entre los cambios energéticos y las propiedades que describen las transformaciones físico-químicas del sistema. Entre sus objetivos pueden señalarse los siguientes: x Las transformaciones energéticas que acompañan los procesos físicos y químicos. x Evaluar la posibilidad de realización de las reacciones químicas. x Analizar la influencia de las propiedades en el estado final del sistema. 1.1. Termoquímica La aplicación de la primera ley de la termodinámica al estudio de las reacciones químicas dio origen a la termoquímica, la cual tiene como objetivo evaluar los cambios energéticos que acompañan a las reacciones químicas. El calor de reacción asociado a las reacciones químicas depende de las condiciones bajo las cuales esta tiene lugar, por ello este se valora a volumen constante o a presión constante. Qp =∆H (P constantes) y Qv =∆E (V constantes) Por esta razón los cambios térmicos en las reacciones químicas se determinan bajo una de estas condiciones, en caso de evaluar la reacción a presión constante, entonces se cumple que: 'H r 6Hproductos� 6Hreactivos. 3 �Donde los valores de entalpía se refieren a una temperatura y presión dada (T= 298 K y P= 1 atm.) mientras la suma representa que es necesario tener en cuenta la entalpía total de reactivos y productos, es decir, todas las sustancias que toman parte en la reacción y como es una propiedad extensiva, es necesario además, considerar el número de moles de cada sustancia que interviene en la reacción. Otro elemento a tener en cuenta es el estado de agregación de las sustancias ya que su contenido energético depende del estado físico de estas, por ello, se toma como estado de referencia su forma más estable para los sólidos y líquidos a (T= 298 K y P= 1 atm.) mientras para los gases (P =1 atm) lo que permite definir como contenido energético de las sustancias su calor de formación. Por tanto: 'H r 6n'H f ( productos) � 6'H f (reactivos) donde 'H f - representa el calor de formación, definido como el calor que acompaña la formación de un mol del compuesto a partir de sus elementos en su forma más estable, a una presión y temperatura dada. En la base de datos es posible encontrar los calores de formación, en estas se asigna valor cero a los calores de formación de los elementos puros en su estado de referencia. Para los cálculos termoquímicos se emplean frecuentemente las leyes termoquímicas, conocidas como Ley de Lavoisier-Laplace y la Ley de Hess. Estas leyes se fundamentan en las propiedades de la entalpía de ser función de estado y propiedad extensiva. Su aplicación permite calcular el calor que acompaña a reacciones químicas que directamente no es posible realizarlo por la carencia de datos termoquímicos. 1.1.1. Influencia de la temperatura en el calor de reacción. Ecuación de Kirchhof Los datos de calores de formación analizados anteriormente solo permiten evaluar el calor de reacción a 298 K y 1 atm, sin embargo, la temperatura tiene un efecto marcado sobre el calor de reacción, por ello es necesario un método de cálculo del calor en estas nuevas condiciones. En general son posibles varias vías para obtener esta ecuación, una basada en el concepto de capacidad calorífica a presión constante (Cp). 4 �Se ha definido Cp § wH · ¨ ¸ , luego la dependencia del calor de reacción con la © wT ¹ p temperatura está dada por la ecuación 'Cp § w'H · ¨ ¸ , por tanto en el caso de una © wT ¹ p reacción química el calor de reacción despejando. 'H r T2 ³ 'Cpdt T1 Donde T1- Temperatura en el estado de referencia. T2-Temperatura en la cual se desea calcular el calor de reacción. ∆Cp- Variación de la capacidad calorífica en el intervalo de temperatura. Otra de las vías usadas en la deducción es fundamentada en el concepto de función de estado de la entalpía. Casos particulares: a) Cuando todos los reactivos y productos se encuentran a la misma temperatura T. Como se indica en la Figura 1, la temperatura de reacción (T) difiere de la temperatura de referencia (T0), en la cual es posible obtener los datos termoquímicos para calcular el calor de reacción (∆HR). En la literatura y base de datos digitales existe información de los calores de formación referidos a 298 K de un gran número de sustancias, por ello, generalmente se toma esta temperatura de referencia para calcular los calores que acompañan las reacciones químicas. Figura 1.Calor de reacción para reactivos y productos a igual temperatura. 5 �La ecuación final depende de la dependencia de la variación de la capacidad calorífica con la temperatura. 0 1- Cuando ∆Cp = 0 entonces 'H RT 'H R0 298 0 2- Cuando ∆Cp = ∆a, entonces 'H RT 'Cp (T2 � T1 ) 3- Cuando ∆Cp = ∆a + ∆bT + ∆cT2, entonces 0 'H RT 'a (T2 � T1 ) � 'b 2 'c 3 T2 � T12 � T2 � T13 2 3 � � � � b) Cuando los reactivos y productos están a diferentes temperaturas, como se observa en la Figura 2, la ecuación del calor de reacción en función de la temperatura se calcula mediante la ecuación siguiente: 'H RT 'H 0 T0 T0 T0 T3 T4 T1 T2 T0 T0 � ³ aCp A dT � ³ bCp B dT � ³ cCp C dT � ³ dCp D dT Figura 2. Dependencia de la entalpía en de reactivos y productos a igual temperatura. 'H RT 'H 0 T0 T0 T0 T3 T4 T1 T2 T0 T0 � ³ aCp A dT � ³ bCp B dT � ³ cCp C dT � ³ dCp D dT La complejidad de la integración depende de los datos de las capacidades caloríficas de las sustancias que toman parte en la reacción química en los intervalos de temperatura indicados. 6 �En general una vez conocida la ecuación del calor de reacción en función de la temperatura es posible representar gráficamente esta dependencia. Analicemos los ejemplos siguientes: 1- En reacciones con fases sólidas y gaseosas, por ejemplo, disociación de los óxidos, siendo un proceso endotérmico que se puede representar mediante la reacción: MeO(s) === Me (s) + ½ O2 (g), asumiendo que ∆Cp = 0, entonces el calor de reacción se calcula mediante la ecuación: 1. ¦ 'H ( productos) � ¦ 'H r (reactivos) 'H RT 'H r 298 'H RT 'H f (Me) � 'H f (MeO) � 1 / 2'H f (O2 r > @ En reacciones en fase acuosa, por ejemplo, lixiviación de los óxidos metálicos pueden disolverse en soluciones ácidas según las reacciones siguientes: a) Metales del grupo IA Me2O(s) + H2SO4 (ac) === Me2SO4 (ac) + H2O (l), o de modo iónico Me2O(s) + 2H+ (ac) === 2Me+ (ac) + H2O (l), aplicando el concepto de calor de reacción: 'H RT 'H r 298 >2'H 0 f @ > ( Me � ) � 'H 0f ( H 2O) � 'H 0f ( MeO) � 2'H 0f ( H � ) @ b) Metales del grupo IIA MeO(s) + H2SO4 (ac) === MeSO4 (ac) + H2O (l), o de modo iónico MeO(s) + 2H+ (ac) === Me2+ (ac) + H2O (l), aplicando el concepto de calor de reacción: 'H RT 'H r 298 >'H 0 f @ > ( Me 2� ) � 'H 0f ( H 2O) � 'H 0f ( MeO) � 2'H 0f ( H � ) @ 7 �c) Metales del grupo IIIA Me2O3(s) + H2SO4 (ac) === Me2(SO4)3 (ac) + H2O (l), o de modo iónico Me2O3(s) + 2H+ (ac) === 2Me2+ (ac) + H2O (l), aplicando el concepto de calor de reacción 'H RT 'H r 298 >2'H 0 f @ > ( Me 2� ) � 'H 0f ( H 2O) � 'H 0f ( Me2O3 ) � 2'H 0f ( H � ) @ 8 �TEMA II ENERGÍA LIBRE Y EQUILIBRIO QUÍMICO 2.1. Criterios termodinámicos de equilibrio o espontaneidad de los procesos Afinidad química Se define como afinidad química a la capacidad de las sustancias para interaccionar o reaccionar. Termodinámicamente, la variable que permite cuantificar esta, es el Potencial Isobaro Isotérmico o variación de energía libre. (∆G) Por definición G = H-TS, como H y S son funciones de estado y propiedades extensivas, entonces la energía libre cumple estas características. Luego ∆G= ∆H-T∆S y ∆G=G2-G1, G2- energía libre total de los productos. G1, - energía libre total de los reactivos. En general se cumple que: a- Cuando G2>G1, (∆G>0). La reacción directa no ocurre espontáneamente. b- Cuando G2=G1, (∆G=0). Equilibrio químico. c- Cuando G2<G1, (∆G<0). La reacción directa ocurre espontáneamente. 9 �La dependencia de la energía libre con el estado del sistema y la cantidad de sustancias, está dada por la ecuación siguiente: G = f(T, P y n(i)) La variación de alguna de estas variables se indica mediante la ecuación: dG § wG · § wG · § wG · ¨ ¸ dt � ¨ ¸ dP � ¨ ¸ dn(i ) © wT ¹ P, N © wP ¹T , N © wn ¹ P,T Como: G = H-TS y H = E + PV, sustituyendo y transformado las ecuaciones § wG · ¨ ¸ =-S © wT ¹ P , N § wG · ¨ ¸ =V © wP ¹ § wG · ¸ = μ(i) - Energía Libre Parcial Molar o Potencial © wn ¹ P ,T y ¨ Químico. dG VdP � SdT � μ(i) dn(i) Para los sistemas cerrados dG VdP � SdT , esta ecuación expresa la dependencia de la energía libre con la presión y la temperatura. 2.2. Dependencia de la Energía Libre con la temperatura a presión constante. Ecuación Gibbs – Helmholtz Conociendo que 0 'G RT 0 'H RT � T'S 0 RT , entonces derivando en función de la temperatura 0 'GRT 0 § w'H RT ¨¨ © wT 0 · § w'S RT ¸¸ � T ¨¨ ¹p © wT 0 · § w'H RT ¸¸ . Donde el término ¨¨ ¹p © wT · ¸¸ , se determina aplicando la ¹p ecuación de Kirchhof. Como 'S 'H , la dependencia de la energía libre con la temperatura está dada por la T ecuación siguiente: 0 'GRT T2 T2 ª § ·º 0 ¨ 'S Rt0 � 'CpdT ¸» « CpdT T 'H RT � ' � ³ ³ T ¸» 1 1 «¬ ¨© T1 T1 ¹¼ 10 �Esta ecuación permite calcular el Potencial Isobaro Isotérmico y luego aplicando el criterio de equilibrio o espontaneidad, analizar la posibilidad de que las reacciones puedan tener lugar acorde a las condiciones del sistema. Además, las representaciones graficas del Potencial Isobaro Isotérmico en función de la temperatura, permiten analizar cómo varia la afinidad química de las sustancias que toman parte en las reacciones o de la estabilidad de compuestos. Por ejemplo, en las Figuras 3, 4 y 5 se muestran los Potenciales Isobaros Isotérmicos en la formación de óxidos, sulfuros y cloruros de varios metales. En todos los casos con el incremento de la temperatura disminuyen los Potenciales Isobáricos Isotérmicos de las reacciones de formación, por tanto la afinidad química de los metales por el oxígeno, azufre y cloro disminuyen, siendo menos estables respectivamente. De igual modo se pueden comparar las estabilidades entre óxidos, sulfuros y cloruros o entre estos compuestos para un metal dado. Figura 3. Potenciales Isobaros Isotérmicos en función de temperatura en la formación de óxidos. 11 �Figura 4. Potenciales Isobaros Isotérmicos en función de temperatura la formación de sulfuros. Figura 5. Potenciales Isobaros Isotérmicos en función de temperatura la formación de cloruros. 12 �En los casos que se use como temperatura de referencia (T1) sea 298K entonces se obtiene la ecuación siguiente: 'G 'H r 298 0 RT T2 ª § 'CpdT ·¸º 0 ¨ » � ³ 'CpdT � «T 'S R 298 � ³ T ¸¹» «¬ ¨© 298 2981 ¼ T2 2.3. Equilibrio químico Un gran número de reacciones químicas se caracterizan por ser reversibles, alcanzando el equilibrio químico, el que se caracteriza por: x Las velocidades de la reacción directa e inversa son iguales x Equilibrio dinámico x Los factores externos influyen en el grado de desarrollo de las reacciones El análisis del equilibrio químico alcanzado en las reacciones químicas reversibles se estudia mediante los métodos siguientes. 1. La ley de acción de masas Permite definir la constante de equilibrio de las reacciones químicas, pues en ella se plantea que: La velocidad de las reacciones químicas es proporcional a las concentraciones molares de las sustancias que toman parte en la reacción. Luego al igualarse las velocidades es posible obtener la ecuación de equilibrio. Por ejemplo, para la reacción. a A + b B----- c C + d D La velocidad de la reacción directa vd=k1ca(A).cb(B) La velocidad de la reacción inversa vi=k2cc(C).cd(D) Luego en el equilibrio vd = vi despejando Ke k2 k1 cc �C �.c d ( D) c a ( A).cb ( B) 13 �2. Método termodinámico de reversibilidad El método termodinámico empleado en al derivación de la constante de equilibrios de aplicación general aplicable a reacciones homogéneas y heterogéneas. Como la reacción ocurre a P y T constantes sus propiedades termodinámicas se pueden expresar en función de las energías parciales molares o potenciales químicos. Luego para la reacción 'G (cPC � dP D ) � (aP A � bP B ) Conociendo que el Potencial Químico de cada sustancia en cualquier estado está dado por: Pi Pi0 � RT ln ai , sustituyendo y transformándola se obtiene la Ecuación Isoterma de § a c .a d · 'GR0 � RT ln¨¨ Ca Db ¸¸ o 'GR © a A .aB ¹ Reacción. 'GR T En 'GR0 el equilibrio el Potencial Isobaro 'GR0 � RT ln K Isotérmico es igual a cero, despejando � RT ln Ke Luego Ke " � 'G 0 RT , donde Ke es la constante de equilibrio de la reacción química. La ecuación Isoterma de Reacción se puede plantear como 'GR0 §K · RT ln¨ ¸ , luego la © Ke ¹ relación existente entre K y Ke, determinan el valor del Potencial Isobaro Isotérmico. 2.4. Influencia de la temperatura en la constante de equilibrio. Ecuación de Van’t Hoff Para analizar la influencia de la temperatura se parte del equilibrio químico en la reacción: 'GR0 � RT ln Ke , derivando respecto a la temperatura a presión constante. 14 �ª w'G 0 º » « ¬ wT ¼ P ª w ln Ke º � RT « » � R ln Ke Multiplicando por T ¬ wT ¼ P ª w'G 0 º T« » ¬ wT ¼ P 'G 0 ª w ln Ke º � 'G 0 . De acuerdo con la Ecuación de Gibbs - Helmholtz, � RT 2 « » ¬ wT ¼ P § w'G 0 · § w ln Ke · ¸¸ sustituyendo se obtiene la ecuación ¨ 'H 0 � T ¨¨ ¸ © wT ¹ P © wT ¹ P 0 § 'H RT ¨¨ 2 © RT · ¸¸ ¹ Casos particulares: 0 a- Cuando ∆Cp = 0 'H RT § Ke · ln¨¨ 2 ¸¸ © Ke1 ¹ � 'H R0 § T2 � T1 · ¨ ¸ R ¨© T2T1 ¸¹ 0 integrando entre T1 y T2, 'H 298 § Ke2 · ¸¸ © Ke1 ¹ o log¨¨ � 'H R0 § T2 � T1 · ¸ ¨ 2,303R ¨© T2T1 ¸¹ b- Cuando ∆Cp es dado por un polinomio. ln Ke 0 'H 298 T � R § 1 1 · 'a 'b 'c 2 ¨¨ � ¸¸ � ln(T2 � T1 ) � (T2 � T1 ) � (T2 � T12 ) 2R 6R © T2 T1 ¹ R 2.5. Métodos aproximados de cálculo de las constantes equilibrio A partir de los datos termodinámicos es posible calcular el Potencial Isobaro Isotérmico y a su vez la constante de equilibrio mediante los métodos siguientes: 1- Aproximaciones de Ulich a- Cuando ∆Cp no es función de la temperatura. Considerando que la capacidad calorífica no cambia con la temperatura, se cumple que ∆Cp=0, luego 'GT0 0 0 . En este caso tanto el calor de reacción como la 'H 298 � T'S298 variación de la entropía no dependen de la temperatura de reacción. b- Cuando ∆Cp no es función de la temperatura, pero se asume ∆Cp=a. Integrando entre 298 K y T. 15 �§ T · 0 'H 298 � T'ST0 � at (T � 298) � aT ln¨ ¸ © 298 ¹ 'GT0 'GT0 § T · § 298 · 0 'H 298 � T'ST0 � aT (1 � ¨ ¸ ¸ � ln¨ © 298 ¹ © T ¹ 'GT0 § T · § 298 · 0 � 1¸ 'H 298 � T'ST0 � aT ln¨ ¸�¨ ¹ © 298 ¹ © T Estas ecuaciones se pueden escribir de modo general 'GT0 0 'H 298 � T'ST0 � aTf (T ) Donde f (T ) § T · § 298 · ln¨ � 1¸ , con ayuda de las tablas se puede calcular el término ¸�¨ © 298 ¹ © T ¹ f(T). 2- Método de Temkin-Shvartsman Cuando ∆Cp es función de la temperatura y se da por la serie exponencial, 'Cp 'f � 'ET � 'JT 2 Integrando se cumple que: 0 'H 298 � T'S T0 � T >'ff 0 (T ) � 'Ef 1 (T ) � 'Jf 2 (T )@ 'GT0 Donde las funciones f(T) o Mi, se determinan para cualquier temperatura con ayuda de tablas elaboradas con anterioridad o mediante las ecuaciones. M0 f0 § T · § 298 · ln¨ ¸ �1 y M n ¸�¨ © 298 ¹ © T ¹ Cuando 'Cp f n (T ) § T n · § 298n �1 · § 298 · ¨¨ ¸¸ � ¨¨ ¸¸ � ¨ ¸ © n(n � 1) ¹ © (n � 1)T ¹ © n ¹ 'D � 'ET � 'Jf 2 (T ) � 'Jf � 2T �2 , entonces el potencial se calcula mediante la ecuación: 'GT0 0 0 'H 298 � T'S298 � T >'ff0 (T ) � 'Ef1 (T ) � 'Jf 2 (T )@ � 'J 1 f � 2 (T ) 16 �Para calcular f1 (T ) M1 1 y f�2 2T (T � 298)2 1§ 1 1· � ¸ ¨ 2 © 298 T ¹ M2 2 Los cálculos del Potencial Isobaro Isotérmico se facilitan mediante el uso de los datos Mo, M1.10 -3 , M2.10 -6 y M-2.105 como se indican en Anexo I, tabla1. 3- Método aproximado de Vladimirov La dependencia de la constante de equilibrio con la temperatura está dada por la ecuación de Van t Hoff. § w ln Ke · ¨ ¸ © wT ¹ p 0 'GRT 'H Rt0 , integrando ln Ke RT 2 � 0 'H RT � const. . Luego se cumple que T 0 0 'H RT � T'S RT y conociendo que ∆G= - RTlnKe entonces ln Ke log Ke � � 0 'H RT 0 � 'S RT o RT 0 0 'H RT 'S RT � 4,573T 4,573R Al comparar las ecuaciones se identifica como constante el término (const = 0,21858∆SRT) En el caso que ∆Cp = 0, ln Ke § 'H R0 298 · �0,21858¨¨ � 'S R0 298 ¸¸ Por consiguiente para cualquier © T ¹ reacción: log Ke 'M � 'N Donde 'M T 0 �0,21585'H R 298 y 'N 0 �0,21858'S R 298 Los valores de las funciones M y N se pueden encontrar tabuladas o se calculan a partir de ∆H0f y S0 de las sustancias que toman parte en la reacción. Analicemos el ejemplo de la disociación del dióxido de carbono mediante la reacción CO2 (g) === CO (g) + ½ O2 (g) Ke Kp P(CO).P1 / 2 �O2 � P�CO2 � 17 �Conociendo los datos termodinámicos indicados en la tabla 1, es posible aplicar los métodos para obtener los modelos matemáticos del Potencial Isobaro Isotérmico y de la Constante de Equilibrio en función de la temperatura. Tabla 1. Datos termodinámicos CO2 ' Hf (kcal/mol) - 94,05 S0 (cal/mol.K) 51,06 6,395 + 10, 193. 10-3 T -35,33.10-7 T2 CO - 26,41 47,3 6,342 + 1,836. 10-3 T – 2,801.10-7 T2 O2 - 49 6,095 + 3,252. 10-3 T - 35,33.10-7 T2 Sustancias Cp (cal/mol.K) ∆Hr298 ∆Sr298 ∆Cp 67,42 kcal 20,74,74 cal/K 2,9725-10,403.10-2T+ 50,194.10-7T a- Aplicando la ecuación de Gibbs-Helmholtz, se cumple: 0 'GRT 0 'GRT 'H r 298 � T2 ª § 'CpdT ·¸º ¨ 'S R0 298 � « CpdT T ' � ³ ³ T ¸»» , sustituyendo «¬ ¨© 298 2981 ¹¼ T2 > @ > @ > @ º ª § T · 67460 � 2,97(T � 298) � 5,2 T 2 � (298)2 � 16,73 T 3 � (298)3 � T «20,14 � 2,97 ln¨ ¸ � 10,4.10�3 (T � 298) � 25.107 T 2 � (298)2 » © 298 ¹ ¼ ¬ b- Aplicando el Método de Ulich cuando ∆Cp = 0 0 'GRT 67460� 20,14T c- Aplicando el Método de Ulich cuando ∆Cp = a 0 'GRT ª § T ·º 67460� 2,97(T � 298) � T «20,14 � 2,97 ln¨ ¸» © 298 ¹¼ ¬ En todos los casos al graficar el Potencial Isobaro isotérmico en función de la temperatura se obtienen líneas rectas con pendientes negativas. 18 �TEMA III TERMODINÁMICA DE PROCESOS METALÚRGICOS 3.1. Disociación de compuestos En general el proceso de disociación se puede representar mediante una reacción en la cual tiene lugar la descomposición de una fase sólida, dando lugar a combinaciones químicas más simples o a los elementos primarios que lo constituyen de acuerdo con las condiciones del proceso. El grado de desarrollo depende de factores externos (T y P) e internos (estructura de los compuestos químicos, carácter y fortalezas de los enlaces químicos). Experimentalmente se ha comprobado que los procesos de disociación son endotérmicos, entonces en los procesos pirometalúrgicos puede tener lugar la disociación de compuestos. La influencia de los factores externos se observa en que los óxidos, sulfuros, carbonatos y otros compuestos son estables a temperatura y presión normal, pero al levarse la temperatura se disocian. En cuanto a los factores internos son muy importantes pues definen sus propiedades, por ejemplo: Mayor carácter iónico en el enlace Me-O que Me-S, lo que hace que los óxidos sean más estables. Ambos pueden presentarse en forma simple o compleja. Simple: Óxidos ZnO, FeO y Fe2O3. Sulfuros ZnS, FeS2, CuS Complejos: Óxidos MeO.SiO2 2MeO.SiO2. Sulfuros CUFeS2 La disociación de los compuestos en dependencia de las fases existentes son posibles tres casos. 19 �A) Cuando MeX y Me son sustancias puras de composición constante y estable, entonces se puede por la reacción: MeX (s) ===== Me (s) + X (g) Donde: MeX- es el compuesto; Me- es el metal y X– O2, CO2, SO2, S2 La regla de las fases permite determinar el número de variables que son necesarias para definir el estado del sistema. Luego C=2 y F=3 (MeX, Me y X), entonces solo se necesita una variable para analizar el sistema. MeO (s) ====== Me(s) + ½ O2 (g) En este caso el número de componentes es dos y tres fases en equilibrio, luego V=1. En termodinámica el sistema se describe por la presión y la temperatura, pero estas son funciones una de la otra. Por tanto se toma por lo general como variable independiente la temperatura, siendo la presión general del sistema función de la temperatura. Luego la constante equilibrio está dada por la ecuación a(MeX)=a(Me)= 1 y a(X)= P(X); Ke § a ( Me).a ( X ) · ¨¨ ¸¸ ; pero © a ( MEX ) ¹ luego se cumple que Ke= P (total) = P(X) que es función de la temperatura y X es el gas obtenido en la disociación. En las tablas 2, 3 y 4 se muestran los valores de las presiones de disociación de diferentes compuestos químicos que dependen de la temperatura y la naturaleza del compuesto químico. Esta interrelación entre la temperatura y la presión de disociación se puede representar gráficamente tal como se puede observar en las figura 6 y está dada por el modelo matemático exponencial, independientemente de la naturaleza de los compuestos químicos. Tabla 2. Presiones de disociación del Peróxido e Hidróxido de Bario Peróxido de Bario T (K) P(O2) (atm) 891,1 0,0149 920,1 0,0561 1010,1 0,1835 1108,1 0,945 1126,1 1,23 1141,1 1,534 Hidróxido de Bario T (K) P(H2O) (atm) 903,1 0,0121 1022,1 0,072 1102,1 0,196 1164,1 0,429 1137,1 0,507 1224,1 0,692 20 �Tabla 3. Presiones de disociación de los Sulfatos de Cobalto e Hierro (II) Sulfato de Cobalto T (ºc) P(SO3) (mm) 735 8,8 823 37 880 144 920 346 930 392 970 826 Sulfato de Hierro (II) T (ºc) P(SO3) (mm) 235 1 316 10 482 73 631 296 634 546 698 1263 Tabla 4. Presiones de disociación de los carbonatos de Cadmio, Calcio y Potasio Carbonato de Cadmio T (K) P (atm) 523 0,00066 533 0,0033 581 0,03 395 0,1324 603 0,23 613 0,434 Carbonato de Calcio T (K) P (atm) 823,1 0,00054 973,1 0,0292 1073,1 0,22 1170,1 1 1179,1 1,131 1210,1 1,77 Carbonato de Potasio T (K) P (atm) 1003,1 0 1083,1 0,0013 1163,1 0,004 1243,1 0,012 1273,1 0,016 1363,1 0,022 Sulfato de Cobalto 900 800 700 P(SO3) = 4E-06e0,0199T R2 = 0,9954 P(SO3) 600 500 400 300 200 100 0 700 750 800 850 900 950 1000 T Figura 6. Presión de disociación del sulfato de cobalto en función de la temperatura. 21 �Carbonato de Calcio P(CO2) (atm) 70 60 P(CO2) = 4E-55T17,678 R2 = 0,9825 50 40 30 20 10 0 500 1000 1500 2000 T (K) Figura 7. Presión de disociación del carbonato de calcio en función de la temperatura. P(O2) Dioxido de Manganeso 700 600 P(O2) = 3E-23T9,3998 R2 = 0,9621 500 400 300 200 100 0 500 550 600 650 700 750 T (K) 800 Figura 8. Presión de disociación del dióxido de manganeso en función de la temperatura. 22 �Un ejemplo de este proceso es la disociación de óxido de hierro (II), mediante la reacción siguiente: Ke= P1/2(O2) FeO (s) ==== Fe(s) + ½O2 (g) Conociendo la ecuación log Ke = - 26730/ T + 6,43, se puede representar en la Figura 9. 0 Potencial Isobaro Isotérmico 0 0,0002 0,0004 0,0006 0,0008 -5 0,001 0,0012 0,0014 1/T (K) -10 -15 -20 logP(O2)= -26730/T + 6,43 R² = 1 -25 -30 Figura 9. Dependencia del logKe con 1/T. Usando esta ecuación es posible determinar los valores de la constante de equilibrio en función de la temperatura, tal como se representa en la Figura 10 y también calcular la temperatura necesaria en el reactor para cada valor de la presión de disociación, en el caso de un proceso a la presión atmosférica donde P (O2) es 0,21 atm, sustituyendo se obtiene una temperatura de 3252 K . 23 �P(O2) 2,5E-08 2E-08 1,5E-08 1E-08 5E-09 0 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900 2100 T (K) Figura 10. Dependencia de la Ke en función de la temperatura. Este tipo de figura permite definir las zonas de estabilidad de las sustancias que toman parte en la reacción química, este análisis posee tres casos particulares: a- Cualquier punto sobre la curva. Representan condiciones de temperatura y presión de disociación en los que hay equilibrio químico, y por tanto en el reactor coexisten los reactivos y productos, o sea óxido de hierro (II), hierro metálico formando dos fases sólidas y el oxígeno en la fase gaseosa. b. Para puntos a la derecha de la curva. Representan condiciones de temperatura y presión de disociación que favorecen la reacción directa, luego coexisten el hierro metálico como fase sólida y el oxígeno en la fase gaseosa. c. Para puntos a la izquierda de la curva. Representan condiciones de temperatura y presión de disociación que favorecen la reacción inversa, luego existe el hierro metálico como fase sólida. 24 �En el caso de mezclas de compuestos químicos es posible comparar sus estabilidades en función de la temperatura, usando los valores del Potencial Isobaro Isotérmico (ΔGr) de las reacciones de disociación, las constantes de equilibrio (Ke) y las presiones parciales de los gases (Pi) que forman la fase gaseosa, siendo la estabilidad función de la relación estructura-propiedades de los compuestos. Analicemos el caso de los óxidos hierro (II) y el óxido de níquel presentes en las menas lateríticas, representados por las reacciones siguientes: a- FeO (s) ==== Fe(s) + ½O2 (g) Ke (a)= P1/2(O2) b- NiO (s) ==== Ni(s) + ½O2 (g) Ke (b)= P1/2(O2) Usando los datos termodinámicos de la literatura se pueden obtener modelos matemáticos que para calcular los parámetros termodinámicos: Potencial Isobaro Isotérmico (ΔGr) de las reacciones de disociación, las constantes de equilibrio (Ke) y las presiones parciales del oxígeno (PO2) que se indican en la tabla 5. En ambos casos el incremento de la temperatura favorece las reacciones de disociación demostrado con la dismunición del Potencial Isobaro Isotérmico (ΔGr) y por tanto del incremento de la constante de equilibrio y las presiones de disociación. Al comparar estos valores se comprueba que el óxido de níquel es menos estable que el óxido de hierro (II), resultado acorde con los de los Potencial Isobaro Isotérmico (ΔGr) de formación de ambos óxidos representados en la figura 3, en los que se muestra que el óxido de hierro es el más estable al tener el menor valor. 25 �Tabla 5. Datos termodinámicos en función de la temperatura en las reacciones de disociación T K 700 800 900 1100 1300 1500 1700 1900 2100 2300 2500 2700 2900 1/T 0,00143 0,00125 0,00111 0,00091 0,00077 0,00067 0,00059 0,00053 0,00048 0,00043 0,00040 0,00037 0,00034 ΔG 43000 40800 38600 34200 29800 25400 21000 16600 12200 7800 3400 -1000 -5400 NiO (s) ==== Ni(s) + ½O2 (g) log Ke Ke P(O2) -13,319 4,802E-14 2,306E-27 -11,031 9,306E-12 8,660E-23 -9,252 5,595E-10 3,130E-19 -6,665 2,165E-07 4,687E-14 -4,873 1,339E-05 1,794E-10 -3,559 2,758E-04 7,609E-08 -2,555 2,788E-03 7,773E-06 -1,762 1,731E-02 2,998E-04 -1,120 7,594E-02 5,767E-03 -0,589 2,576E-01 6,633E-02 -0,144 7,185E-01 5,162E-01 0,236 1,722E+00 2,964E+00 0,563 3,657E+00 1,337E+01 FeO (s) ==== Fe(s) + ½O2 (g) ΔG log Ke Ke P(O2) 111520,2 -31,769 1,704E-32 2,90307E-64 110039,2 -26,994 1,014E-27 1,0292E-54 108558,2 -23,280 5,248E-24 2,75423E-47 105596,2 -17,878 1,324E-18 1,75241E-36 102634,2 -14,138 7,270E-15 5,28539E-29 99672,2 -11,396 4,018E-12 1,61436E-23 96710,2 -9,299 5,025E-10 2,52553E-19 93748,2 -7,643 2,274E-08 5,17231E-16 90786,2 -6,303 4,979E-07 2,47905E-13 87824,2 -5,196 6,373E-06 4,06159E-11 84862,2 -4,266 5,425E-05 2,94307E-09 81900,2 -3,473 3,363E-04 1,13066E-07 78938,2 -2,790 1,621E-03 2,62609E-06 En las Figuras 11 y 12 se indican las variaciones de las tensiones de disociación en función de la temperatura para las reacciones de disociación del óxido de níquel y hierro (II) respectivamente. P(O2) 4,000E+00 3,500E+00 3,000E+00 NiO 2,500E+00 2,000E+00 1,500E+00 1,000E+00 5,000E-01 0,000E+00 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 T (K) Figura 11. Tensión de disociación con la temperatura para la disociación del NiO. 26 �Figura 12. Tensión de disociación con la temperatura para la disociación del FeO. De igual modo en la Figura13 se ha representado el Potencial Isobaro Isotérmico de ambas reacciones de disociación de ambos óxidos siendo en todos los casos superior Potencial isobaro isotérmico (cal/mol) para la reacción de disociación del óxido de níquel. 120000 100000 80000 60000 40000 FeO NiO 20000 0 0 -20000 1000 2000 3000 4000 T(K) Figura 13. Dependencia del Potencial Isobaro Isotérmico con la temperatura. 27 �En la Figura 14 se muestran las ecuaciones del logKe en función del inverso de la temperatura caracterizadas por ecuaciones de líneas rectas que permiten evaluar gráfica y analíticamente la relación entre ambas variables para las reacciones de disociación de los óxidos. Figura 14. Dependencia del LogKe en función de 1/T. B) Cuando MeX y Me forman soluciones entre sí, C=2 y F= 2 (Solución- formada por MeX y Me) y la gaseosa por (X) entonces V=2. (T y composición de la solución). En este caso Ke Ke § a( Me.a( X )) · ¨¨ ¸¸ © a( MeX ) ¹ § a( Me) · ¨¨ ¸¸.P( X ) despejando P( X ) © a( MeX ) ¹ o Ke § a( Me.P( X )) · ¨¨ ¸¸ transformando la ecuación © a( MeX ) ¹ § aMeX ) · ¸¸ . Ke.¨¨ © a( Me) ¹ Luego la presión del sistema es función de la temperatura y de la composición de la solución. C) Cuando el metal (Me) está en la fase gaseosa., C=2 y F=2 (Gaseosa- formada por Me y X) y la sólida por (MeX). 28 �En este caso la ecuación Ke Ke § a( Me.a( X )) · ¨¨ ¸¸ o Ke © a( MeX ) ¹ § P( Me.P( X )) · ¨¨ ¸¸ donde a(MeX) =1 transformando © a( MeX ) ¹ �P(Me).P( X )� despejando P( X ) § Ke · ¨¨ ¸¸ © P( Me) ¹ Para determinar la ecuación de la constante de equilibrio en función de la temperatura se aplican los métodos indicados anteriormente. 3.2. Oxidación de sulfuros 3.2.1. Termodinámica de la oxidación de sulfuros La oxidación de los sulfuros en metalurgia es muy importante, ya que una parte de las materias primas son minerales sulfurosos, los que se someten a procesos de beneficio obteniéndose concentrados los que luego se someten a procesos pirometalúrgicos para extraer los metales deseados y eliminar impurezas incluyendo el azufre en forma de SO2, SO3 u otros compuestos. Por ejemplo: calcinación oxidante, sinterización, afino de matas, fundición de la carga y afino de metales. La oxidación puede representarse por las ecuaciones siguientes: 1- MeS (s) + 2 O2 (g) ==== MeSO4 (s) 2- MeS (s) + 1,5 O2 (g) ==== MeO (s) + SO2 (g) 3- MeS (s) + O2 (g) ==== Me (s) + SO2 (g) Además es posible la reacción 4- SO2 (g) +1/2 O2 (g) ==== SO3 (g) En este caso al aplicar la regla de las fases a cualquier reacción de oxidación de los sulfuros, se cumple que: C=3 (Me, S y O), F=3 (dos fases sólidas y la gaseosa) luego V=2, tomando como variable independiente temperatura y la presión de uno de los gases, por ejemplo, P(SO2) o la relación P(SO3)/P(SO2), ya que a cada temperatura le corresponde un valor de presión total y por tanto parciales de los gases (PO2 (g), PSO2 (g) y SO3 (g)). 29 �En general en dependencia de las condiciones como resultado de la oxidación se pueden obtener sulfatos, óxidos y metales: a- Al aumentar la relación P(SO3)/ P(SO2), lo cual depende del incremento de la P(O2) y la disminución de la temperatura son estables los sulfatos (MeSO4 (s). b- A baja relación de P(SO3)/ P(SO2), lo cual ocurre cuando P(O2) es baja, son estables los presión de oxigeno MeS (s). Este caso siempre a bajas P(SO3)/ P(SO2) son estables los MeS, casi independientemente de la temperatura, luego solo dependen de la P(O2) o de la P(SO3)/ P(SO2). c- A alta temperatura y relación P(SO3)/ P(SO2) son estables los MeO. d- A partir de determinada temperatura en dependencia de la naturaleza del metal son estables los Me. Las zonas de estabilidad de las fases o sea las condiciones del sistema en las cuales existen en el sistema una u otra fases (MeS, MeSO4, MeO y Me), se pueden determinar a partir de: - Representaciones gráficas de P(SO3)/ P(SO2) en función de la temperatura como se representa en la Figura 15. - En base al Potencial Isobaro Isotérmico y la constante de equilibrio en dependencia de la temperatura para la formación del MeS y MeO. La formación del sulfato a partir de la reacción: SO3 (g) + MeO (s) ==== MeSO4 (s). Se puede analizar sobre la base de bases de datos (tablas) y/o representación gráfica. En este caso ∆H < 0 y Kp = 1/P (SO3) donde C=3 y F=3, por tanto V=2 T y P(SO3). 30 �Estas variables están relacionadas entre sí de modo que se cumple: x El incremento de la temperatura favorece la disociación del sulfato y por tanto aumenta la P(SO3). x La disminución de la temperatura favorece la formación del sulfato y por tanto disminuye la P (SO3). Otra modo de evaluar la estabilidad del sulfato es aplicando la ecuación isoterma de reacción: x Cuando P (SO3) del sistema > P(SO3) del equilibrio, se favorece la formación del MeSO4. x Cuando P(SO3) del sistema < P(SO3) del equilibrio, se favorece la disociación del MeSO4. x Cuando P(SO3) del sistema = P(SO3) del equilibrio, en el sistema se alcanza el equilibrio. (coexisten MeSO4, SO3 (g) y MeO). A su vez puede ocurrir la reacción siguiente: SO3 (g) ==== SO2 (g) +1/2 O2 (g) x donde ∆H > 0 y Ke Kp § P( SO2 ).P(O212/ 2 ) · ¨ ¸ ¨ ¸ PSO 3 © ¹ La disminución de la temperatura favorece la reacción de formación del SO3 y por tanto se incrementa la P(SO3) . x El aumento de la temperatura favorece la formación del SO2 y el O2. Entonces en el proceso tienen lugar ambas reacciones a la temperatura en que sean iguales las P(SO3). 31 �Figura 15. Dependencia de P(SO3) en función de la temperatura. Donde: a- Ts - es la temperatura de equilibrio entre ambas reacciones. b- Cuando T < Ts, PSO3 (Disociación del SO3 ) > PSO3 (Disociación del MeSO4). Se favorece la formación del MeSO4. c- Cuando T > Ts, PSO3 (Disociación del SO3 < PSO3 (Disociación del MeSO4). Se favorece la formación del MeO. Analíticamente Ts puede calcularse conociendo las ecuaciones del Potencial Isobaro Isotérmico o Ke en función de la temperatura: Pt = PSO3 + PSO2 + PO2 y % SO3 + % SO2 + % O2 = 100 % Considerando las reacciones a- MeS(s) + 2 O2(g) ==== MeSO4 (s) Ke 1 PO22 b- Me +1/2 S2 (s) ==== MeS (s) Ke 1 PS1 / 2 c- MeO(s) ==== Me (s) + ½ O2 (g) Ke PO12/ 2 32 �d- SO3 (g) ==== ½ S2 (s) + 1,5 O2 (g) Ke. PS12/ 2 .PO1,25 PSO3 Sumando estas ecuaciones se cumple que: e- MeO (s) + SO3 (g) ==== MeSO4 (s) como 'Gr0 Ke donde ∆Ge= ∆Ga+ ∆Gb+ ∆Gc+ ∆Gd � RT ln Ke , sustituyendo y despejando: PO12/ 2 .PS12/ 2 .PO1,25 2 O2 1/ 2 S PSO3.P .P , luego se cumple que Ke 1 . PSO3 Otra variante para analizar la oxidación de los sulfuros hasta la obtención de óxidos y trióxido de azufre puede representarse mediante dos reacciones consecutivas, o sea en dos etapas: e- MeS(s) + 2 O2(g) ==== MeSO4 (s) Kee 1 PO22 f- MeSO4 (s) ==== MeO (s) + SO3 (g) Ke f PSO3 g- MeS(s) + 2 O2(g) === MeO (s) + SO3 (g) Ke�g � Ke�e �.Ke� f � PSO3 P 2 O2 Un ejemplo de esta variante es la oxidación de los sulfuros de calcio y cobalto, para las cuales los datos termodinámicos se indican en la tabla 6 y en las Figuras N 16 , 17 y 18. Tabla 6. Datos termodinámicos en la oxidación de los sulfuros de calcio y cobalto T K 673 773 873 973 1/T 0,001 0,001 0,001 0,001 ∆G -134 -127 -121 -114,9 CaS LogKe 43,5 35,9 30,3 25,1 Ke 3,16E+43 7,94E+35 2,00E+30 1,26E+25 ∆G -142,1 -133,4 -124,7 -116 CoS logKe 46,4 37,6 31,1 26,5 Ke 2,51E+46 3,98E+37 1,26E+31 3,16E+26 33 �1/T ∆G -110 0 200 400 600 800 1200 1000 -115 -120 ∆Gr = 0,0633T - 176,32 R2 = 0,9987 -125 CaS CoS -130 ∆Gr= 0,087T - 200,65 R2 = 1 -135 -140 -145 Figura 16. Potencial Isobaro Isotérmico en función de la temperatura. Log Ke 50 45 LogKe = 161,4e-0,002T R² = 0,996 40 CaS 35 CoS LogKe = 147,55e-0,002T R² = 0,999 30 25 600 700 800 900 1000 T (K) Figura 17. Dependencia del LogKe en función de la temperatura. 34 �Figura 18. Dependencia del LogKe en función de 1/T. El análisis nos permite asegurar que en el intervalo de temperaturas analizado ambas reacciones son espontaneas, debido a los valores negativos del Potencial Isobaro Isotérmico (∆G) y los elevados valores de las constantes de equilibrios (Ke), sin embargo, el incremento de la temperatura provoca aumentos del Potencial Isobaro Isotérmico (∆G) y la disminución de la constantes de equilibrio (Ke), por tanto no se favorecen estas reacciones de oxidación. Otro elemento importante es que al comparar los valores de los Potenciales Isobaro Isotérmico (∆G) y las constantes de equilibrio (Ke), se comprobó que el sulfuro de cobalto es menos estable que el sulfuro de calcio. Este resultado se corresponde con la Figura 4, en la que se representan los Potenciales Isobaro Isotérmicos para las reacciones de formación de los sulfuros, siendo mayor la estabilidad del sulfuro de calcio al poseer menores valores, o sea que el calcio tiene mayor afinidad química por el azufre que el cobalto. 3.2.2. Interacciones Me-S-O Las posibles reacciones en este sistema se pueden analizar a partir de los diagramas MeS-O. 35 �Las reacciones se pueden clasificar en: a- Disociación 1- MeS (s) ==== Me(s) + 1/2 S2 (g) 2- Me2 S (s) ==== 2Me(s) + 1/2 S2 (g) 3- 2 MeO(s) ==== Me2O (s) + 1/2 O2 (g) 4- Me2O (s) ==== 2Me (s) + 1/2 O2 (g) 5- MeSO4 (s) ==== MeO (s) + 2SO3 (g) b- Oxidación 1- MeS (s) + 3/2 O2 (g) ==== MeO(s) + SO2 (g) 2- Me2S (s) + O2 (g) ==== 2Me (s) + SO2 (g) c- Interacción entre compuestos Cuando no se forma fase líquida entonces C=3, (Me, S, y O) y F=4 (MeS, MeO, Me y SO2) aplicando la regla de las 2 fases V=1, siendo la temperatura la variable independiente en función de la cual se define el grado de desarrollo de la interacción. Ejemplo: 1- MeS (s) + 2 MeO (s) ==== 3 Me (s) + SO2 (g) donde Ke = P(SO2) El análisis de la interacción se puede realizar sobre la base de las reacciones de disociación del MeO, MeS, SO2, como se indica a continuación. Asumiendo la actividad de las fases sólidas igual a la unidad. a- 2 MeO (s) ==== 2 Me(s) + O2 (g) b- MeS (s) ==== Me(s) + 1/2 S2 (g) c- SO2 (g) ==== 1/2 S2 (g) + O2 (g) Invirtiendo la ecuación (c) y sumando las reacciones anteriores se obtiene la reacción de interacción entre MeS y Meo. Aplicando la ecuación isoterma de reacción se cumple que: 36 �� RTLnKe1 � RT ( LnKea � LnKeb � ln Kec ) Sustituyendo y despejando Ke1 Kea .Keb Kec P(O2 ).P1 / 2 ( S 2 ) P1 / 2 ( S 2 ).P(O2 ) P( SO2 ) P( SO2 ) Usando las ecuaciones de las constantes de equilibrio en función de la temperatura, puede calcularse la constante de la interacción entre MeS y MeO. En el caso de reacciones de sistemas en fase líquida C=3 ((Me, S, y O) y F=2 (gaseosa y líquida), entonces a(Me) ≠ 1 y a(MeO) ≠ 1y a(MeS) ≠ 1, la constante de equilibrio se expresa por la ecuación siguiente: Ke º ª a 3 ( Me) ».P( SO2 ) « 2 ¬ a ( MeO).a(meS ) ¼ Conociendo que a (i) = γic(i) En general al aumentar la afinidad del Me-S y Me-O mayor es la temperatura en la cual puede tener lugar la interacción entre MeS y MeO. 3.2.3. Interacción Me - Meº- O La reacción más importante es la de intercambio de los metales que forman el sulfuro, logrando la reducción metalotérmica, la cual se usa en la refinación del cobre, plomo y otros metales. MeS(s) + Meº (s) ==== Me(s) + MeºS (s) Asumiendo la actividad de las fases sólidas igual a la unidad o sea a(MeS)= a(MeºS)= (Meº)=a(Me)=1, el proceso puede analizarse mediante las reacciones de disociación siguientes: a- MeS (s) ==== Me (s) + 1/2 S2 (s) b- MeªS (s) ==== Me (s) + 1/2 S2 (s) 37 �Luego Ke1 Kea Keb Cuando se forma fase líquida a(MeS) ≠ 1, a(Meº) ≠ 1 y a(MeºS) ≠ 1, entonces la constante de equilibrio se expresa por la ecuación siguiente: Ke1 a( Me).a( Meº S ) a( Meº ).a(MeS ) El proceso tiene lugar cuando la afinidad del metal (Me) por el azufre (S) sea menor que la afinidad del metal (Meº) por el azufre (S). 3.2.4. Interacciones Me - Meº - S - O La interacción de mayor interés es la existente entre óxidos y sulfuros de metales distintos, por ejemplo: MeºS (s) + MeO (s) ==== MeS (s) + MeºO (s) Mediante un análisis similar basado en los procesos de disociación se cumple que: Ke Kd ( MeO).Kd ( Meº S ) Kd ( MeS ).Kd ( MeºO) Donde Kd- es la constante de disociación de cada uno de los compuestos que intervienen en la reacción. El proceso ocurrirá cuando la afinidad del metal (Me) por el oxígeno sea menor que la afinidad del metal (Meº) y a su vez la afinidad del metal (Me) por el azufre sea mayor que la afinidad de Meª. En el caso de soluciones la constante de equilibrio en función de las actividades está dada por la ecuación siguiente: Ke a( MeO).a(Meº S ) a( MeS ).aMeO) Ejemplo de esta interacción es el proceso de conversión de la mata de cobre y níquel. 38 �TEMA IV PROCESO DE REDUCCIÓN Los procesos de reducción se aplican ampliamente en los procesos metalúrgicos, siendo la materia prima los óxidos y sus soluciones, halogenuros y sulfuros mientras los agentes reductores se pueden clasificar del modo siguiente: Gaseosos. H2, CO, CH4 y otros. Sólidos: Carbón, carburo de calcio y otros. 4.1. Termodinámica del Proceso de reducción a- Disociación de compuestos El caso más sencillo de los procesos de reducción es la disociación de compuestos, por ejemplo, en el caso de un óxido. a- MeO (s) ==== Me(s) + 1/2 O2 (g) donde ∆H > 0 y la Ke = P(O2) Aplicando la Ecuación de Isoterma de Reacción se tiene que: 'G ª P(O2 ) º RTLn « » ¬ P (O2 )eq ¼ Donde P (O2) - es la presión de oxígeno del sistema. P (O2) eq – es presión de oxígeno del sistema en el equilibrio. 39 �Casos particulares a- Cuando P (O2) < P (O2) eq. Ocurre la reacción de reducción (disociación). b- Cuando P (O2) = P (O2) eq. Ocurre la reacción hasta alcanzándose el equilibrio químico. c- Cuando P (O2) > P (O2) eq. No ocurre la reacción de reducción. (Ocurre la reacción inversa, la oxidación del metal). El análisis del proceso permite definir que la evacuación del oxígeno del sistema reaccionante y el incremento de la temperatura favorecen la disociación del óxido. Sin embargo, desde el punto de vista técnico es muy compleja su ejecución con el incremento de la temperatura, ya que la tensión de disociación (PO2) es muy baja incluso a elevadas temperaturas, tal como se muestran en los gráficos de P(O2) vs temperatura y LnP(O2) vs temperatura, lo que hace que su aplicación práctica sea muy limitada. Por ello es más eficiente la reducción química con agentes con mayor afinidad por el oxígeno que el metal que forma el óxido. b- Reducción gasofásica Caso I. Cuando el metal y el óxido son fases condensadas (sólidas independientes, F=2) entonces el proceso en general se puede representar por la reacción: MeO (s) + R (g) ==== Me(s) + RO (g) Donde- R es el agente reductor. Ejemplos: 1- Monóxido de carbono como agente reductor MeO (s) + CO (g) ==== Me(s) + CO2 (g) Donde: Fases totales- 3 (Sólidas 2- Me y MeO y la fase gaseosa formada por (CO (g) y CO2 (g)) La presión total del sistema se calcula aplicando la Ley de las presiones aditivas. 40 �Pt = P (CO) + P(CO2) y Y(CO2) + Y(CO) = 1 o % (CO2) + % (CO) = 100 % y la ª P(CO2 ).a( Me) º « » ¬ P(CO ).a( MeO) ¼ constante de equilibrio de la reacción es Ke Como a(Me) = a(MeO) = 1 entonces Ke ª P(CO2 ) º « » y la constante de equilibrio es ¬ P(CO ) ¼ Kp función de la temperatura (Ke = f(T)). Luego en el equilibrio 'G º R � RTLn ( Ke) y Ke " § � 'G Rº ¨ ¨ RT © · ¸ ¸ ¹ El análisis termodinámico del proceso de reducción se puede realizar mediante los procesos siguientes: x Considerando que la reducción tiene lugar en las etapas siguientes: a- Disociación del óxido del metal. MeO (s) ==== Me (s) + 1/2 O2 (g) b- Disociación del dióxido de carbono. CO2 (g) ==== CO (g) + 1/2 O2 (g) Combinando las ecuaciones de las constantes de equilibrio Ke Ke Kp x Kp ª º « » P1 / 2 (O2 ) « » « P1 / 2 (O2 ).P(CO ) » )» « P(CO2) ) «¬ »¼ ª P(CO2 ) º » « ¬ P(CO ) ¼ Considerando que la reducción tiene lugar en las etapas siguientes: a- Disociación del óxido P1 / 2 (O2 ) MeO (s) ==== Me (s) + 1/2 O2 (g) Kea c- Combustión del monóxido de carbono CO (g) + 1/2 O2 (g) ==== CO2 (g) Keb Kp ª º P(CO2 ) « » 1/ 2 ¬ P(CO ).P (O2 ) ¼ Sumando ambas reacciones y aplicando la Ecuación Isoterma de reacción y el concepto de función de estado Ke Kea .Keb ª º P(CO2 ) P1 / 2 (O2 ).« » 1/ 2 ¬ P(CO ).P (O2 ) ¼ 41 �Transformando la ecuación anterior se tiene que Ke ª P(CO2 ) º » « ¬ P(CO ) ¼ En ambos casos se cumple que: a- Cuando P (O2) = P (O2) MeO CO2 .Ocurre la reacción de reducción alcanzándose el equilibrio químico. b- Cuando P (O2) MeO > P (O2) c- Cuando P (O2) < P (O2) MeO .Ocurre la reacción de reducción. CO2 CO2. No ocurre la reacción de reducción. (Ocurre la reacción inversa, la oxidación del metal). 2. El hidrógeno como agente reductor MeO (s) + H2 (g) ==== Me(s) + H2O (g) Donde: Fases totales- 3 (Sólidas 2- Me y MeO y la fase gaseosa formada por H2 (g) y H2O (g)). La presión total del sistema está dada la Ley de las presiones aditivas. Pt = P(H2) + P(H2O), y Y(H2O) + Y(H2) = 1 o % (H2O) Luego en el equilibrio 'G º R % (H2) = 100 % y la ª P( H 2O).a( Me) º « P( H ).a( MeO) » 2 ¬ ¼ constante de equilibrio de la reacción es Ke Como a (Me) = a (MeO) = 1 entonces Ke + ª P ( H 2O ) º « » y Ke = f(T) ¬ P( H 2 ) ¼ Kp � RTLn ( Ke) y Ke " § � 'G Rº ¨ ¨ RT © · ¸ ¸ ¹ El análisis termodinámico del proceso de reducción se puede realizar mediante los procesos siguientes: x Considerando que la reducción tiene lugar en las etapas siguientes: c- Disociación del óxido del metal. MeO (s) ==== Me (s) + 1/2 O2 (g) Kea P1 / 2 (O2 ) d- Disociación del dióxido de carbono. H2O (g) ==== H2 (g) + 1/2 O2 (g) Kea ª P1 / 2 (O2 ).P( H 2 ) º » « P ( H )O ) ¼» ¬« 42 �Casos particulares. a- Cuando P (O2) MeO = P (O2) H2O. Ocurre la reacción de reducción alcanzándose el equilibrio químico. b- Cuando P(O2) MeO > P(O2) c- Cuando P(O2) MeO .Ocurre la reacción de reducción. H2O < P(O2) H2O. No ocurre la reacción de reducción. (Ocurre la reacción inversa, la oxidación del metal). d- Combinando Ke Ke Kp Kp ambas reacciones y sus constantes de equilibrio. ª º « 1/ 2 » « P (O2 ).P( H 2 ) » « » P1 / 2 (O2 ) « » P ( H 2O ) ¬ ¼ ª P ( H 2O º « » ¬ P( H 2 ) ¼ En la reducción gasofásica de óxidos se puede presentar el caso de reacciones complejas, es decir, en varias etapas, por ejemplo, la reducción de la magnetita hasta óxido de hierro (II) con monóxido de carbono, y una segunda etapa la obtención de hierro metálico, como se indica en las reacciones siguientes: a- Fe3O4 (s) + CO(g) === 3FeO (s) + CO2(g) Ke�a � Kp ª P(CO2 º « P(CO) » ¬ ¼ %CO2 %CO 100 � %CO %CO b- FeO (s) + CO(g) === Fe (s) + CO2 (g) Ke�b� Kp ª P(CO2 º « P(CO) » ¬ ¼ %CO2 %CO 100 � %CO %CO Este proceso se puede representar por una tercera reacción aplicando el método indirecto para calcular las constantes de equilibrio, mediante la combinación de las reacciones de reducción (a) y (b). a- Fe3O4 (s) + CO(g) === 3FeO (s) + CO2(g) Ke�a � Kp ª P(CO2 º « P(CO) » ¬ ¼ Multiplicando la reacción (b) por 3, se cumple que: 43 �c- 3FeO (s) Ke�c � Ke 3 (b) + Kp 3CO(g) === 3Fe (s) + 3CO2 (g) ª P 3 (CO2 º « 3 » ¬ P (CO ) ¼ Sumando ambas reacciones se obtiene la reacción total de reducción desde magnetita hasta hierro metálico según la reacción (d). d- Fe3O4 Ke�d � (s) Ke(a).Ke(c) + Kp 4CO(g) === 3Fe (s) + 4CO2(g) ª P 4 (CO2 º » « 4 ¬ P (CO ) ¼ La dependencia de las constantes de equilibrio con la temperatura se evalúa en función de los cambios en la composición química de la fase gaseosa. En el caso de la reacción (a) el incremento de la temperatura favorece la reacción directa, por tanto el incremento del contenido de dióxido de carbono en la fase gaseosa y la obtención del óxido de hierro (II). En la reacción (b) la relación entre la temperatura y la composición de la fase gaseosa es inversa, al no favorecer la reacción de reducción del óxido de hierro (II) hasta hierro metálico. En la reducción directa desde magnetita hasta hierro metálico, reacción (d), el incremento de la temperatura favorece la reacción directa, por tanto, el incremento del contenido de dióxido de carbono en la fase gaseosa y la obtención del óxido de hierro (II). En general en las reacciones (b) y (d) el incremento de la temperatura favorece el grado de reducción de los óxidos de hierro, lo cual se puede evaluar analizando la composición química de la fase gaseosa. En la tabla 7 se indican las variables termodinámicas que caracterizan las reacciones de reducción gasofásica de las reacciones (a), (b) y (d). a- magnetita hasta óxido de hierro (II) b- óxido de hierro (II) hasta hierro metálico c- magnetita hasta óxido de hierro (II) Tabla 7. Datos termodinámicos que caracterizan las reacciones de reducción 44 �T Reducción de Fe 3O4 Reducción de FeO K % CO %CO2 Ka % CO %CO2 Kb 600 45 55 1,222 55 45 0,818 700 38 62 1,632 60 40 0,667 800 30 70 2,333 68 32 0,471 1000 20 80 4,000 76 24 0,316 1200 18 82 4,556 78 22 0,282 Reducción de Fe 3O4 a Fe Kc % CO %CO2 0,669 52,51 47,49 0,483 54,53 45,47 0,243 58,75 41,25 0,126 62,67 37,33 0,102 63,88 36,12 1/T 0,0017 0,0014 0,0013 0,0010 0,0008 log Ke Log Kea logKeb log Kec 0,087 -0,087 -0,174 0,213 -0,176 -0,316 0,368 -0,327 -0,614 0,602 -0,501 -0,900 0,659 -0,550 -0,990 La dependencia de la composición química de la fase gaseosa para las reacciones de reducción en función de la temperatura se representan en la figura 19, comprobando que el incremento de la temperatura no favorece las reacciones de reducción (b) y (d), disminuyendo el grado de reducción de los óxidos y el incremento en la reacción (a). En la figura 20 la dependencia de la constante de equilibrio con la temperatura y la figura 21 muestran esa interrelación entre esas variables. Figura 19. Composición química de la fase gaseosa en función de la temperatura. 45 �Ke 5,000 4,556 4,500 4,000 4,000 3,500 3,000 2,500 2,000 1,500 Ka 2,333 Kc Kb 1,632 1,000 1,222 0,818 0,667 0,500 0,669 0,000 500 0,483 0,471 0,316 0,282 0,102 0,243 700 900 1100 T 1300 Figura 20. Constantes equilibrio en función de la temperatura. 0,800 Log Ke 0,600 LogKe a = - 733,29 T + 1,2918 R² = 0,9844 0,400 0,200 1/T 0,000 0,0005 0,0007 0,0009 0,0011 0,0013 0,0015 0,0017 0,0019 -0,200 logKe b = 596,89 T - 1,0658 R² = 0,981 -0,400 log Ke d = 1057,4T - 1,9055 -0,600 R² = 0,9762 -0,800 -1,000 -1,200 Figura 21. Dependencia del logKe en función de 1/T para las reacciones de reducción. Un ejemplo de la influencia de la temperatura en la reducción directa de la magnetita hierro metálico considerando un mol magnetita y un 20 % en exceso del agente 46 �reductor, se ha representado en la tabla Nº 8 y la figura Nº 22, donde el incremento de la temperatura no favorece la obtención de hierro metálico. Tabla 8. Datos del balance material en función de la temperatura T n(CO) que reacciona n(Fe3O4) que reacciona (K) (moles) (moles) 600 2,280 0,570 700 2,183 α( Fe3O4) m(Fe) n(Fe) obtenido (moles) (gramos) 56,99 1,710 95,75 0,546 54,56 1,637 91,67 % obtenido 800 1,980 0,495 49,50 1,485 83,17 1000 1,792 0,448 44,80 1,344 75,26 1200 1,734 0,433 43,34 1,300 72,82 Figura 22. Representación de los datos del balance de materiales. Caso II. Reducción de MeO que forman soluciones En la práctica es muy difícil la reducción de fases puras de MeO o sea óxidos separados como fases condensadas. En los procesos pirometalúrgicos se someten a reducción óxidos disueltos en otros óxidos, silicatos, aluminatos etc. y a menudo el metal también forma parte de las soluciones. En este caso el proceso se puede representar por la reacción MeO (sol) + R (g) ==== Me (sol) + RO (g) donde R es el reductor. Fases totales 2 (solución sólida (MeO y Me) y fase gaseosa formada por (R y RO). 47 �Ejemplos. 1- MeO (sol) + CO (g) === Me (sol) + CO2 (g) Donde Pt = P (CO2) + P (CO), Y(CO2) + Y(CO) = 1 o %(CO2) + % (CO) = 100 % y Ke ª P(CO2 ).a( Me) º « » ¬ P(CO ).a( MeO) ¼ 2- MeO (sol) + H2 (g) ==== Me (sol) + H2O (g) Donde Pt = P (H2) + P (H2O) Y (H2O) + Y (H2) = 1 o % (H2O) + % (H2) = 100 % y Ke ª P( H 2O).a( Me) º « » ¬ P( H 2 ).a( MeO) ¼ En ambos casos a (Me) ≠ 1 y a (MeO) ≠ 1, estas son las actividades del metal y del óxido en las soluciones, que dependen de sus respectivas concentraciones. En general se cumple que la oxidación depende de las actividades del MeO y del Me, de modo que al aumentar la a (MeO) y disminuir a (Me) se favorece la reducción. c- Reducción de óxidos de metales volátiles Este proceso tiene lugar cuando se obtienen metales en la fase vapor, los que tiene un elevado valor de tensión de vapor, tales como el zinc, mercurio, plomo y cadmio. En estos casos F = 2 (sólida y gaseosa) y C = 3 (Me, R y O) entonces V= 3 (T, P y composición de la fase gaseosa). La variable independiente es la T, que determina el grado de desarrollo de la reducción y por tanto la composición química del sistema y la constante de equilibrio, esta dependencia analítica se puede analizar en base a las Ecuaciones Isotermas de Reacción o de Vant Hoff. El proceso se puede representar por la reacción MeO (s) + R (g) ==== Me (g) + RO (g) ∆H> 0 Fases totales 2 (sólida –MeO y la fase gaseosa formada por R(g), Me (g) y RO (g). Como a (Me)= 1, entonces Ke ª P( RO ).P( Me) º « » . En los casos particulares que P( R) ¬ ¼ los reductores sean monóxido de carbono e hidrógeno se cumple que: 48 �1- MeO (s) + CO (g) === Me (g) + CO2 (g) Ke ª P(CO2 ).P( Me) º « » P(CO ) ¬ ¼ Fases totales 2 (sólida –MeO y la fase gaseosa formada por CO(g), Me (g) y CO2 (g). La presión total del sistema está dada por Pt = P(CO2) + P(Me) + P(CO) y P(CO2)=P(Me) y ∑Y(i)= 1 o ∑%(i) =100%, o sea Y(CO) +Y(CO2)+ Y(Me) = 1, o % CO+ % CO2 + % Me = 100 % 2- MeO (s) + H2 (g) === Me (g) + H2O (g) Ke ª P( H 2O).P( Me) º « » P( H 2 ) ¬ ¼ Fases totales 2 (sólida – MeO y la fase gaseosa formada por H2 (g), Me (g) y H2O (g). La presión total del sistema está dada por Pt = P(H2) + P(Me) + P(H2O) y =P(Me)=P(H2O). Analicemos el caso de la reducción del óxido de zinc usando como agentes reductores el hidrógeno y el monóxido carbono, conociendo que los modelos matemáticos del Potencial Isobaro Isotérmico son los siguientes: ZnO (s) + H2 (g) === Me (g) + H2O (g) Ke ª P( H 2 O).P( Zn ) º « » P( H 2 ) ¬ ¼ ΔGr = 60900 – 39,7T ZnO (s) + CO (g) === Me (g) + CO2 (g) Ke ª P(CO2 ).P(Zn) º « » P(CO) ¬ ¼ ΔGr = 52300 – 32,05T Usando estas ecuaciones se determinan las variables de la tabla 9. 49 �Tabla 9. Datos termodinámicos de las reacciones de reducción ZnO (s) + H2 (g) == Zn (g) + H2O (g) T (K) 1/T ∆G ln Ke logKe 900 0,0011 25170 -14,12 -6,133 1100 0,0009 17230 -7,91 -3,435 1200 0,0008 13260 -5,58 -2,423 1300 0,0008 9290 -3,61 -1,567 1400 0,0007 5320 -1,92 -0,833 1500 0,0007 1350 -0,45 -0,197 1600 0,0006 -2620 0,83 0,3591 1700 0,0006 -6590 1,96 0,8501 1800 0,0006 -10560 2,96 1,2866 Teq.1534 K Ke 7,36001E-07 3,67237E-04 3,77331E-03 2,70920E-02 1,46776E-01 0,63 2,29 7,08 19,34 P(CO) 0,998 0,996 0,994 0,992 0,990 0,988 0,986 0,984 0,982 Teb. del Zn=907K Ptotal= 1atm P(Zn) P(CO2) 0,001 0,001 0,002 0,002 0,003 0,003 0,004 0,004 0,005 0,005 0,006 0,006 0,007 0,007 0,008 0,008 0,009 0,009 ZnO (s) + CO (g) == Zn (g) + CO2 (g) ∆G ln Ke logKe Ke 23455 -13,16 -5,71523115 1,92650E-06 17045 -7,83 -3,39817071 3,99788E-04 13840 -5,82 -2,52927305 2,95615E-03 10635 -4,13 -1,79405195 1,60675E-02 7430 -2,68 -1,16386243 6,85705E-02 4225 -1,42 -0,61769819 0,24 1020 -0,32 -0,13980447 0,72 -2185 0,65 0,281866454 1,91 -5390 1,51 0,656685054 4,54 En las Figuras 23 y 24 se han representado el caso de la reducción con hidrógeno, observándose que con el incremento de la temperatura disminuye del Potencial Isobárico Isotérmico y el incremento de la constante de equilibrio. PotIncial iobaro Isotérmico 30000 25000 20000 15000 10000 5000 T 0 -5000 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900 -10000 -15000 Figura 23. Dependencia del Potencial Isobaro Isotérmico en función de la temperatura. 50 �4,50000E+01 Ke = 4E-78T24,258 R² = 0,9884 4,00000E+01 3,50000E+01 Cosntante de equilibrio 3,00000E+01 2,50000E+01 2,00000E+01 1,50000E+01 1,00000E+01 5,00000E+00 0,00000E+00 900 1100 1300 1500 1700 1900 T Figura 24. Dependencia de la Ke en función de la temperatura. En estas representaciones se comprueba que el incremento de la temperatura favorece la reducción del óxido de zinc y la relación entre Ke y la temperatura está dada por una ecuación exponencial, Figura 24, mientras la ecuación del lnKe en función de 1/T en la Figura 25. 51 �4,00 2,00 LnKe 1/T 0,00 0,0000 -2,00 0,0002 0,0004 0,0006 0,0008 0,0010 0,0012 -4,00 -6,00 -8,00 lnKe= -7328,5(1/T) + 4,7774 R² = -10,00 -12,00 -14,00 -16,00 Figura 25. Dependencia del LnKe en función de 1/T Otra representación importante es la variación de las presiones parciales de los gases y de la composición de la fase gaseosa en función de la temperatura como se indica en la figura N0 26. 0,010 1,000 0,009 0,998 0,008 0,996 0,007 0,994 P de Zn 0,006 0,992 P de H2 0,005 0,990 0,004 0,988 0,003 0,986 0,002 0,984 0,001 0,982 0,000 0,980 2000 0 500 1000 1500 Figura 26. Dependencia de las presiones parciales con la temperatura. 52 �d. Interacciones carbono – oxígeno La presencia de carbono en el sistema reaccionante, hace necesario analizar inicialmente las interacciones carbono – oxígeno las cuales se pueden representar por las reacciones siguientes: 1. C (s) + O2 (g) ==== CO2 (g) 2. C (s) + ½ O2 (g) ==== CO (g) 3. CO (g) + ½ O2 (g) ==== CO2 (g) 4. C (s) + CO2 (g) ====2 CO (g) ∆H < 0 ∆H > 0 ∆H > 0 ∆H < 0 Ke1 Kp1 ª P(CO2 ) º « » ¬ P(O2 ) ¼ Ke2 Kp2 ª P(CO ) º « 1/ 2 » ¬ P (O2 ) ¼ Ke3 Kp3 ª P(CO2 ) º « » ¬ P(O2 ) ¼ Ke1 Kp1 ª P 2 (CO ) º » « ¬ P(CO ) ¼ La influencia de la temperatura en estas reacciones se puede analizar mediante: 1) El principio de Le Chatelier Brown, conociendo el carácter exotérmico de las reacciones (1, 2 y 3) y endotérmico de la reacción (4) (Reacción de Bouduar). 2) La ecuación del Potencial isobaro isotérmico con la temperatura o la representación gráfica. 3) La ecuación del logaritmo de la constante de equilibrio con la temperatura o la representación gráfica. Por ejemplo, para las reacciones: 1- C (s) + O2 (g) ==== CO2 (g) log Ke LogKp 1162 �9 T En este caso el incremento de la temperatura no favorece la obtención del monóxido de carbono. 4- C (s) + CO2 (g) ==== 2 CO (g) LogKe � 40800 � 4,864LogT � 0,34.10� 6 T 2 � 0,47.1010 T 3 � 2,926 4,575T El análisis de la ecuación es más complicado al poseer varios términos en los cuales aparece la temperatura (T), por tanto asumiendo valores de (T) se hallan las 53 �respectivas Ke, demostrando que el incremento de la temperatura favorece la obtención del agente reductor, como se muestra en la tabla 10. Tabla 10. Dependencia del Log Ke con la temperatura T (K) 800 900 1000 1100 1200 1300 LogKe4 -2,05 -0,78 0,22 1,04 1,73 2,30 Gráficamente se pueden representar el Log Ke vs T y Log Ke vs (1/T) tal como se representa en las Figuras 27 y 28 en ambos casos se obtienen líneas rectas, pero con pendientes diferentes. En la Figura 27 la pendiente es positiva, luego el incremento de la temperatura favorece el desarrollo de la reacción de oxidación del carbono al reaccionar con el dióxido de carbono, de ese modo la estabilidad del carbono disminuye y aumenta el grado de conversión en monóxido de carbono. Log Ke = 0,0086T - 8,62 R2 = 0,9794 3 2 Log Ke 1 1/T 0 700 900 1100 1300 1500 -1 -2 -3 Figura 27. Dependencia del LogKe con 1/T. En el caso de la Figura 28 la pendiente de la línea es negativa al graficarse el logKe en función de 1/T, por tanto con el incremento de la temperatura la estabilidad del carbono disminuye y se alcanza un mayor grado de conversión en la reacción química. 54 �3 LogKe = -9047,4(1/T) + 9,2655 R2 = 1 2,5 2 1,5 1/T LogKe 1 0,5 0 0,0005 -0,5 0,0007 0,0009 0,0011 0,0013 -1 -1,5 -2 -2,5 Figura 28. Dependencia del LogKe con 1/T. La representación correcta es Log Ke vs 1/T al lograrse la ecuación de una línea recta con índice de correlación cuadrático (R2=1) entre las variables representadas. En general en este sistema C = 2 (C y O2) y F = 2 [sólida (carbono) y gaseosa (CO y CO2)], aplicando la regla de las fases hay dos variables independientes V=2, la temperatura y la presión. La influencia de ambas variables en la composición de la fase gaseosa en función de la temperatura y presión se indica en la Figura 29. Figura 29. Dependencia de la composición de la fase gaseosa con temperatura y la presión. Como se observa se han representado isobaras a distintas presiones en las que es posible evaluar la influencia de la temperatura en el grado de desarrollo de la reacción de 55 �Bouduar, en todos los casos el incremento de la temperatura provoca un aumento en el contenido de monóxido carbono en la fase gaseosa ya que se favorece la reacción directa. De igual modo a temperatura constante se observa que el incremento de la presión provoca una disminución del contenido de monóxido de carbono en la fase gaseosa, como era de esperarse según al principio de Le Chatelier. En general la obtención del monóxido de carbono mediante la reacción de Bouduar se favorece con el incremento de la temperatura y la disminución de la presión. e. Reducción carbonotérmica El proceso de reducción de los óxidos se puede representar mediante la reacción: MeO (s) + C (s) ==== Me (s) + CO (g) ∆H > 0 donde Ke = Kp = P(CO) y Pt = P(CO) + P(CO2) En este caso F = 4 (MeO, Me, C, CO) y C = 3 (Me, C y O2), luego V= 1 (T) y por tanto Ke = f (T). La temperatura determina la composición de la fase gaseosa y la presión del sistema. Sin embargo, el proceso tiene lugar según las etapas siguientes: a- MeO (s) + CO (g) ==== Me (s) + CO2 (g) Ke b- CO2 (g) + C (s) ==== 2CO (g) ª P(CO2 ) º » « ¬ P(CO ) ¼ Kp Ke Kp Ke = Kp = f(T) ª P 2 (CO ) º « » ¬ P (CO2 ) ¼ es decir que tiene lugar el equilibrio conjugado de ambas reacciones de reducción gasofásica y la reacción de Bouduar, simultaneando ambas reacciones se obtiene la reacción inicial. En el análisis del proceso es necesario tener en cuenta que: x La reducción tiene lugar cuando P (CO) de la fase gaseosa es mayor que la P(CO) de equilibrio para el óxido dado según la reacción. x En la reacción de Bouduar o gasificación del carbono ocurrirá cuando la P (CO) de la fase gaseosa sea menor que la P (CO) de equilibrio en dicha reacción. 56 �Como la temperatura influye en ambos procesos, el desarrollo conjunto de ambas reacciones es solo posible a partir de determinada temperatura (T) característica para óxido. Para determinar la temperatura de indicio de la reacción se pueden aplicar los métodos siguientes. a- Método analítico Determinar la ecuación del Potencial Isobaro Isotérmico en función de la temperatura para ambas reacciones, en el equilibrio ∆GR a=∆GRb y se despeja la temperatura. Por 'GRb ejemplo, para la reacción (a) 'GRa M a � N aT y para la reacción (b) M b � NTb M a � N aT M b � NTb , despejando T ª Ma � Mb º « » ¬ N a � Nb ¼ b- Método gráfico Como se indicó la temperatura determina la composición de la fase gaseosa representando esta en función de la temperatura, se pueden presentar los casos siguientes: 1- Cuando T=T0, se tiene que P (CO) de gasificación = P (CO) de reducción, condición de equilibrio de ambas reacciones. 2- Cuando T>T0, se tiene que P (CO) de gasificación > P (CO) de reducción, ocurre la reducción del óxido. 3- Cuando T<T0, se tiene que P (CO) de gasificación < P (CO) de reducción, no ocurre la reducción del óxido. Por ejemplo, para T>T0, hay reducción y la composición de la fase gaseosa cambia. Otro aspecto importante es la influencia de la presión, pues el proceso de reducción tiene lugar con variación de la cantidad de gases (moles de reactivos ≠ moles de productos). So se puede analizar aplicando el principio de Le Chaterlier Brown., ya que al disminuir la presión se favorece la reacción de reducción y esta tiene lugar a una menor temperatura. Por el contrario el incremento de la presión favorece la reacción inversa. 57 �f. Metalotermia Este proceso de reducción es aplicado cuando el uso de otros reductores no es eficiente, por ejemplo, cuando la afinidad del metal por el oxígeno sea mayor que la afinidad del carbono e hidrógeno., lo que se determina a partir de los Potenciales Isobaros Isotérmicos de formación. Cuando ∆Gº f (MeO) < ∆Gº f( CO2 ) y ∆Gº f (MeO) < ∆Gº f( H2O ). El proceso se representa por la reacción: º º MeO (s) + Me (s) ==== Me S (s) + Me (s) Ke ª a ( Me ºO.a ( Me) º « º » ¬ a ( MeO).a ( Me ) ¼ La condición termodinámica para que ocurra la reacción es que la afinidad del metal (Me) por el oxígeno sea menor que la afinidad del metal (Meº) por el oxígeno. ∆Gº f (MeO) < ∆Gº º f(Me O) 58 �TEMA V TERMODINÁMICA DE TRANSFORMACIONES FÍSICO-QUÍMICAS EN LA OBTENCIÓN DE ACEROS En los procesos de fundición para obtener aceros en los convertidores, proceso Martin y hornos eléctricos ocurren transformaciones físico-químicas que determinan la eficiencia del proceso de obtención del acero. 5.1. Oxidación y reducción del silicio El silicio es un elemento que se oxida con facilidad al ponerse en contacto con el oxígeno tanto de la fase gaseosa como con el oxígeno disuelto en el metal. Entre los factores que afectan la afinidad química del silicio por el oxígeno se encuentran la temperatura y la composición química del fundido. a) Proceso de oxidación I- Influencia de la temperatura Los procesos de interacción se pueden representar por las reacciones siguientes: a- Interacción del silicio con el oxígeno disuelto en el metal. [Si ] +2(O) ==== (SiO2) ∆G0 = -542165 + 202,83 T b- Interacción del silicio con el oxígeno de la fase gaseosa. [Si ] + O2 ==== (SiO2) ∆G0 = -7758851 + 198,04 T Otra de las posibles interacciones del silicio es con el óxido de hierro (II) de la escoria, representado por la reacción: c- [Si] + 2(FeO) ==== (SiO2) + 2Fe ∆G0 = - 29991 + 98,04 T Estas interacciones se caracterizan por procesos exotérmicos (desprendimiento de calor) y el incremento de la temperatura disminuye la afinidad del silicio por el oxígeno 59 �disuelto o en la fase gaseosa, lo que se observa en la Figura 30 al incrementarse los valores del Potencial Isobaro Isotérmico. En el intervalo de temperatura analizado son posibles estas reacciones, teniendo un mayor grado de desarrollo la reacción de oxidación con el oxígeno gaseoso. En el caso de la reacción con el óxido de hierro (II) presente en la escoria, esta no ocurre en el intervalo de temperatura analizado al poseer valores positivos del Potencial Isobaro Isotérmico. Potencial isobaro isotermico Reacción (a) 2.0E+05 1.0E+05 0.0E+00 -1.0E+05 0 -2.0E+05 -3.0E+05 -4.0E+05 -5.0E+05 -6.0E+05 -7.0E+05 -8.0E+05 Reacción (b) Reacción (c) Temperatura 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 Figura 30. Dependencia del Potencial Isobaro Isotérmico en función de la temperatura. b) Proceso de reducción El proceso de reducción del silicio puede tener lugar en el caso de escorias ácidas, las que están saturadas de sílice, si en el proceso no se suministran de modo intensivo los oxidantes (oxígeno, aire u óxido de hierro), entonces entre la escoria y los componentes del fundido tienen lugar las interacciones siguientes: a- (SiO2) + 2[Mn] === 2(MnO) + [Si] Ke § a 2 �MnO�.a>Si@ · ¸¸ ¨¨ 2 > @ . a Mn ¹ © ∆Gr0 = 32200 – 132,8 T b- (SiO2) + 2[C] === 2CO(g) + [Si] Ke § p 2 �CO �.a>Si@ · ¸¸ ¨¨ a 2 �C � ¹ © ∆Gr0 = 611302 – 336,47 T Estas interacciones se caracterizan por procesos endotérmicos (absorción de calor) y el incremento de la temperatura favorece las reacciones de reducción, lo se comprueba en 60 �las ecuaciones del Potencial Isobaro Isotérmico que representan líneas rectas con pendientes negativas, tal como se muestra en la Figura 31. En el intervalo analizado solo ocurre la reacción de reducción con el carbono al alcanzar valores negativos del Potencial Isobaro Isotérmico y por tanto, el incremento en los valores de las constantes de equilibrio que caracteriza esta reacción de reducción. Reacción (a) 6.0E+05 Reacción (b) Potencial Isobaro Isotermico 5.0E+05 4.0E+05 3.0E+05 2.0E+05 1.0E+05 Temperatura 0.0E+00 0 500 1000 1500 -1.0E+05 -2.0E+05 Figura 31. Dependencia del Potencial Isobaro Isotérmico en función de la temperatura. A partir de las ecuaciones o las representaciones gráficas es posible analizar la posibilidad termodinámica de las reacciones comparando los valores del Potencial Isobaro Isotérmico en función de la temperatura, o lo que es igual la afinidad química y determinar la temperatura en la cual se alcanza el equilibrio químico. 5.2. Influencia de la composición de la escoria Cualitativamente es posible analizar la influencia de la composición química de la escoria y del metal, aplicando el Principio de Lechatelier-Brown. En las reacciones de reducción el incremento de la actividad del metal y del carbono en el fundido, favorece la reducción de la sílice y viceversa. Cuantitativamente es posible analizar la influencia de la composición química de la escoria en la reducción basada en la constante de equilibrio. En estos casos las constantes de equilibrio están dadas por las ecuaciones siguientes: 61 �a) Interacción sílice - carbono Ke a 2 (CO).a>Si@ a�( SiO2 �.a 2 >C @ Teniendo en cuenta que según la Ecuación Isoterma de Reacción se cumple que: ∆G= RT Ln (K/Ke) y en el equilibrio ∆G0= - RT Ln Ke, y en el caso de las escorias ácidas saturadas de sílice, se asume a (SiO2)=1, la reducción del silicio a una temperatura dada es función de la actividad del carbono, dado por la ecuación: >Si@ Ke.a 2 >C @ a 2CO Esta interrelación se puede representar gráficamente como se muestra en la Figura 32, donde T3>T2>T1, luego la actividad del silicio aumenta con el incremento de la temperatura y la actividad del reductor. Figura 32. Actividad del silicio en función de la temperatura y la actividad del reductor. En general el carbono y el manganeso disminuyen el grado de oxidación del metal y de la escoria e incrementan el grado de reducción del silicio. b) Interacción silicio con el óxido de hierro (II) En las escorias ácidas el óxido de hierro (II) está en forma de silicatos de hierro, por lo cual su actividad es baja. Si en la escoria se introduce un óxido básico más fuerte como 62 �el óxido de calcio se destruyen los silicatos liberando el óxido de hierro, por lo que su actividad en la escoria aumenta y por tanto disminuye el grado de reducción del silicio. Acorde a la reacción: (SiO2) + 2Fe ==== [Si] + 2(FeO) Por ello, si al baño se agrega intensivamente oxidantes, la oxidación del hierro, aumenta la a (FeO) y en el metal quedan solamente pequeñas cantidades de silicio. Esta relación se demuestra a partir de la constante de equilibrio de la reacción. Ke § a 2 �FeO �.a>Si@ · ¨¨ ¸¸ . Como a (Fe)=1 y en las escorias ácidas saturadas a (SiO2)=1, © a�SiO2 �.aFe ¹ entonces se cumple que: a>Si@ Ke a ( FeO) 2 por tanto la disminución de la actividad del óxido de hierro II, mayor es el grado de reducción del silicio a una temperatura dada, representada en la Figura 33. Figura 33. Contenido de silicio en función del contenido de óxido de hierro (II) 63 �5.3. Oxidación y reducción del manganeso El manganeso es un elemento que se oxida fácilmente, en especial a temperaturas relativamente bajas formando los siguientes óxidos: MnO2, Mn2O3, Mn3O4 y MnO, siendo este último estable a altas temperaturas. a) Proceso de oxidación I- Influencia de la temperatura Los procesos de interacción se pueden representar por las reacciones siguientes: a- Interacción del manganeso con el oxígeno disuelto en el metal. ∆G0 = -244521 + 108,78 T [Mn] + [O] ==== (MnO) b- Interacción del manganeso con el oxígeno de la fase gaseosa. ∆G0 = -361464 + 106.39, T [Mn] + 1/2O2 (g) ==== (MnO) Otra de las posibles interacciones del manganeso es con el óxido de hierro (II) de la escoria, representado por la reacción: c- [Mn] + (FeO) ==== (MnO) + Fe (l) ∆G0 = - 123516 + 956,40 T Estas interacciones se caracterizan por procesos exotérmicos y el incremento de la temperatura no favorece la reducción del manganeso. Estos modelos matemáticos son ecuaciones de líneas rectas con pendientes positivas como se representa en la Figura 34, observándose que en el intervalo de temperatura analizado son posibles las reacciones de oxidación del manganeso al reaccionar con el oxígeno disuelto en el metal y con el presente en la fase gaseosa. No así con el óxido de hierro presente en la escoria al alcanzar valores positivos del Potencial Isobaro Isotérmico. 64 �1,60E+06 Potencial Isobaro Isotérmico 1,40E+06 1,20E+06 1,00E+06 8,00E+05 6,00E+05 4,00E+05 2,00E+05 T (K) 0,00E+00 -2,00E+05 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 -4,00E+05 Reacción (a) Reacción (b) Reacción ( c) Figura 34. Potencial Isobaro Isotérmico en función de la temperatura en las reacciones de oxidación del manganeso. En condiciones adecuadas el manganeso puede reducirse de la escoria mediante la interacción con el carbono, hierro y el silicio. d. Influencia de la composición de la escoria Cualitativamente es posible analizar la influencia de la composición química de la escoria y del metal, aplicando el Principio de Lecahetlier-Brown. En la interacción con el óxido de hierro (II) de la escoria se cumple que: Ke=a (MnO).aFe / a [Mn].a (FeO) Luego como a (Fe)= 1, entonces se puede determinar que la actividad de manganeso en el metal está determinada para una temperatura dada por la relación de actividades del óxido de manganeso e hierro en la escoria, como se indica en la ecuación siguiente: a[Mn]= a(MnO)/.a(FeO).Ke La representación gráfica de la misma se corresponde con una línea recta al graficar a[Mn] vs a(MnO)/a(FeO) de pendiente 1/Ke. 65 �BIBLIOGRAFÍA GLASSTONE, S. (1968): Tratado de Química Física. La Habana. Editorial Revolucionaria. 1180 p. GUERASIMOV, Y. A. (1971): Curso de Química Física. Tomo I. Moscú. Editorial MIR. 636 p. KRESTÓVNIKOV, A. N. Y OTROS (1980): Termodinámica Química. Moscú Editorial. MIR. 287 p. MATOS. T. R. Y ROMELIA, H. C. (1988): Aspectos Fundamentales de Química Física. Tomo I. La Habana. Editorial Pueblo y Educación. 328 p. RODRÍGUEZ, J. A. (S.a.): Introducción a la Termodinámica con algunas aplicaciones de ingeniería. Editorial de la Universidad Tecnológica Nacional. C. Rosario, Argentina. 701 p. SMIRRNOV. V, Y OTROS. Producción de acero. Editorial Pueblo y Educación. 1994.303 p STROMBERG, A. Y OTROS (1985): Problemas de Termodinámica Química. Moscú. Editorial MIR. 212 p. VANIUKOV, A. V Y V. ZAITSEV (1981): Teoría de los Procesos Piro-metalúrgicos. Moscú Vneshtorgizdat. 486 p. ZELIKMAN, A. N. Y OTROS (1981): Teoría de los Procesos Hidro-metalúrgicos. Moscú. Vneshtorgizdat. 493 p. PERRY, CH. K., (1997): Perry’s chemical engineers‘handbook. La Habana, Edición Revolucionaria, 2T. 66 �ANEXO I. DATOS TERMODINÁMICOS Tabla1. Datos termodinámicos de iones ∆Hfº Sº ∆Gºf Ca2+ kj/mol -542.96 j/mol.K -55.2 kj/mol 553.04 Ba2+ -538.36 13 -560.7 HCO- -691.11 95 -587.06 2+ 1.63 21.3 -241.31 190 -87.9 -47.7 -251.21 -287.46 -461.96 -218.8 -239.66 -64 105.9 -524.7 -72.38 71.5 64.39 -152.42 34.2 -113.4 -293.3 102.5 14.2 -118 -79.9 60.2 -123 73.93 -313.4 -61.1 39.3 98.7 106.48 -285 -84.94 -10.54 -282.28 -293.8 -456.01 -223.4 -261.87 -64.4 77.11 -481.8 -77.74 50.2 64.98 -147.71 -129.7 MnO4NH4+ NO2NO3CO32CNCLCLOCLO2CLO3CrO42OHPO42SO42S2- -518.4 3+ -132.8 -106.3 -806.57 -676.26 151 -167.46 -107.65 -69 -98.32 -863.2 -229.94 -128.1 -907.51 41.8 112.84 125.1 146.4 -53.1 92 55.1 47.53 100.4 163.2 38.5 -10.54 -218 17.2 -26.8 -425.1 -79.5 -3035 -110.5 -528.1 165.7 Cationes Pb Fe Fe2+ K2+ Li+ Mg2+ Mn2+ Na+ Ni2+ Ag2+ Al3+ Cd2+ Cu3+ Cu22+ Zn2+ Co3+ Aniones HCOO- ∆Hfº Sº ∆Gºf cal/mol cal/mol.K cal/mol -410 91.6 -334.7 -131.17 -38.53 14.6 -2.59 -706.3 -157.3 -1025.5 -742.99 83.7 67 �Tabla 2. Datos Mo, M1.10 -3 , M2.10 -6 y M-2.105 Constantes para el cálculo del Potencial Isobaro Isotérmico según M.I Temkim y L.A. Shvartsman M2.10 -6 M-2.105 0,02408 0,0639 0,1355 0,1646 0,00464 0,001308 0,0209 0 0,004 0,0011 0,0003 0,0017 298,16 25 0 0 0 0 300 26,84 0,00003 0 0 0 323,16 50 0,0032 0,001 0,0003 0,0034 350 76,84 0,01245 0,0038 0,0012 0,01185 373,16 100 0,0234 0,0075 0,0024 0,0227 400 126,84 0,0392 0,013 0,0043 0,0364 423,16 150 0,0547 0,0185 0,0063 0,0491 450 176,84 0,0742 0,0256 0,0089 0,064 473,16 200 0,0919 0,0324 0,0115 0,0769 500 226,84 0,1133 0,0407 0,0149 0,0916 523,16 250 0,1322 0,0484 0,018 0,104 550 276,84 0,15425 0,0576 0,022 0,1179 573,16 300 0,1737 0,066 0,0257 0,1295 600 326,84 0,1962 0,0759 0,0303 0,1423 623,16 350 0,2156 0,0848 0,0344 0,153 650 376,84 0,2383 0,0953 0,0396 0,164 673,16 400 0,2573 0,1044 0,0442 0,1745 700 426,84 0,2794 0,1153 0,0498 0,1853 723,16 450 0,3006 0,1219 0,0549 0,1943 750 476,84 0,32 0,1362 0,0611 0,2042 773,16 500 0,3385 0,145 0,0666 0,2123 800 526,84 0,3597 0,1574 0,0713 0,2213 823,16 550 0,3777 0,1674 0,0792 0,2228 850 576,84 0,3985 0,1792 0,0864 0,2371 873,16 600 0,416 0,1893 0,0927 0,2439 900 626,84 0,4361 0,2012 0,1004 0,2521 923,16 650 0,4532 0,2116 0,1072 0,2578 T (K) t (ºC) Mo 200 -73,16 0,91 250 -23,16 273,16 M1.10 -3 68 �850 576,84 0,4729 0,223 0,1153 0,2649 973,16 700 0,4893 0,2341 0,1225 0,2706 1000,16 727 0,5088 0,2463 0,1314 0,2783 1023,16 750 0,5254 0,2569 0,1387 0,2824 1050 776,84 0,543 0,2693 0,1477 0,2884 1073,16 800 0,5586 0,2798 0,1557 0,2933 1100 826,84 0,5765 0,2922 0,1652 0,2988 1123,16 850 0,5917 0,303 0,1737 0,3035 1150 876,84 0,609 0,3156 0,1837 0,3087 1173,16 900 0,624 0,3263 0,1925 0,3129 1200 926,84 0,641 0,3389 0,2029 0,3176 1223,16 950 0,6552 0,3498 0,2121 0,3216 1250 976,84 0,67195 0,3625 0,223 0,3262 1273,16 1000 0,6558 0,3733 0,2326 0,3299 1300 1026,84 0,7019 0,386 0,244 0,334 1323,16 1050 0,71,55 0,397 0,254 0,3375 1350 1076,84 0,7312 0,4098 0,2659 0,3415 1373,16 1100 0,7444 0,4208 0,2762 0,3447 1400 1126,84 0,7595 0,4336 0,2886 0,3484 1423,16 1150 0,7725 0,4446 0,2993 0,3514 1450 1176,84 0,7875 0,4574 0,3121 0,355 1473,16 1200 0,7999 0,4686 0,3232 0,3578 1500 1226,84 0,8141 0,4814 0,3362 0,361 1523,16 1250 8267 0,4926 0,348 0,3638 1550 1276,84 0,841 0,5056 0,3617 0,367 15373,16 15100 0,8527 5167 0,3736 0,3694 1600 1326,84 0,8665 0,5296 0,3877 0,3723 1623,16 1350 0,8782 0,5408 0,4001 0,3748 1650 1376,84 0,8918 0,5538 0,4147 0,3776 1673,16 1400 0,9031 0,655 0,4274 0,3798 1700 1426,84 0,9162 0,578 0,4424 0,3824 1723,16 1450 0,9272 0,5982 0,4556 0,3846 1750 1476,84 0,9403 0,5892 0,471 0,3872 1773,16 1500 0,951 0,6135 0,4845 0,3892 69 �1800 1526,84 0,9635 0,6265 0,5005 0,3915 1823,16 1550 0,9732 0,6378 0,5144 0,3935 1850 1576,84 0,9367 0,651 0,5307 0,3958 1873,16 1600 0,9968 0,6622 0,545 0,3976 1900 1626,84 1,009 0,6752 0,5619 0,3998 1923,16 1650 1,0168 0,6865 0,5766 0,4016 1950 1676,84 1,0311 0,6997 0,5938 0,037 1973,16 1700 1,0408 0,711 0,6089 0,053 2000 1726,84 1,0525 0,7245 0,626 0,4072 2023,16 1750 1,0598 0,7354 0,6421 0,4089 2050 1776,84 1,0736 0,7486 0,6603 0,4108 2073,16 1800 1,083 0,7599 0,6761 0,4123 2100 1826,84 1,94 0,773 0,6948 0,414 2123,16 1850 1,1034 0,7844 0,711 0,4156 2150 1876,84 1,1145 0,7976 0,7301 0,4173 2173,16 1900 1,1235 0,8089 0,7467 0,4187 2200 1926,84 1,134 0,822 0,7662 0,4203 2223,16 1950 1,1432 0,8334 0,7833 0,4217 2250 1976,84 1,1538 0,8467 0,8032 0,4233 2273,16 2000 1,1616 0,858 0,8286 0,4246 2300 2026,84 1,173 0,8711 0,8411 0,426 2323,16 2050 1,1815 0,8826 0,8587 0,4274 2350 2076,84 1,1917 0,8959 0,8797 0,4288 2373,16 2100 1,2002 0,9072 0,8978 0,43 2400 2126,84 1,21 0,9203 0,9192 0,4314 2423,16 2150 1,21832 0,9318 0,9377 0,4326 2450 2176,84 1,22817 0,9451 0,9596 0,434 2473,16 2200 1,23637 0,9564 0,9784 0,435 2500 2226,84 1,246 0,9596 1,008 0,4363 70 � 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 Folletos 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 Termodinámica de los procesos pirometalúrgicos Creator An entity primarily responsible for making the resource Dr. C. Miguel Garrido Rodríguez Publisher An entity responsible for making the resource available Niurbis La Ó Lobaina Type The nature or genre of the resource Folleto Date A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource 2015 Subject The topic of the resource metalurgia Description An account of the resource Se analizan los elementos científicos y metodológicos necesarios para la caracterización termodinámica de las transformaciones físico-químicas que ocurren en procesos pirometalúrgicos; para ello se abordan conceptos, leyes y métodos que permiten analizar cualitativa y cuantitativamente la influencia de los factores externos en el desarrollo de las reacciones químicas. Format The file format, physical medium, or dimensions of the resource pdf Language A language of the resource español