TEXTO Factores Inciden Desestabilizacion Columnas Catedral Sal Zipaquira

ANLISIS DE LOS FACTORES QUE INCIDEN EN LA DESESTABILIZACIN DE LAS COLUMNAS DE LA CATEDRAL DE SAL EN EL MUNICIPIO DE ZIPAQUIR DEPARTAMENTO DE CUNDINAMARCA

DIANA ROCIO GALVIS BOTIANYDIA GENITH PEARANDA

UNIVERSIDAD PEDAGGICA Y TECNOLGICA DE COLOMBIAFACULTAD SECCIONAL SOGAMOSOESCUELA DE INGENIERA DE MINASSOGAMOSO - BOYAC

2013ANLISIS DE LOS FACTORES QUE INCIDEN EN LA DESESTABILIZACIN DE LAS COLUMNAS DE LA CATEDRAL DE SAL EN EL MUNICIPIO DE ZIPAQUIR DEPARTAMENTO DE CUNDINAMARCA

DIANA ROCIO GALVIS BOTIANYDIA GENITH PEARANDA

Proyecto de grado modalidad monografa como requisito para optar al ttulo de: INGENIEROS EN MINAS

DirectorJAIME WILLIAM JOJOA MUOZIngeniero en Minas

UNIVERSIDAD PEDAGGICA Y TECNOLGICA DE COLOMBIAFACULTAD SECCIONAL SOGAMOSOESCUELA DE INGENIERA DE MINASSOGAMOSO - BOYAC2013AGRADECIMIENTOS

Los autores del proyecto expresamos nuestros ms sinceros agradecimientos a:

A la Universidad Pedaggica y Tecnolgica de Colombia, por permitirnos formar como ingenieras en minas en sus aulas.

Al cuerpo administrativo y docente de la Escuela de Ingeniera de Minas, por la excelente formacin como estudiantes que nos proporcionaron.

Al Ingeniero Jaime William Jojoa, director del proyecto, por su asesora y colaboracin incondicional en el desarrollo de este proyecto.

A Aura Quijano, Secretaria de la Escuela de Ingeniera de Minas, por su colaboracin frente a nuestra formacin como ingenieros de minas.

A la Empresa Colsaliminas Ltda, por proporcionarnos el sitio y apoyo para desarrollar este proyecto.

A Dayana Cuchigay y Yolima Bobadilla, Ingenieras de la empresa Colsalminas Ltda, por su tiempo y ayuda durante el desarrollo del proyecto.

Al Ingeniero Rafael Espitia, laboratorista de mecnica de suelos y rocas, por la ayuda prestada en todo las pruebas de laboratorio que se realizaron.

A los Trabajadores mina de sal de, de la Zipaquir, empresa Colsalminas Ltda, por su colaboracin en cada una de las visitas que se realizaron.

CONTENIDO

Pg.

RESUMEN

INTRODUCCIN

1.GENERLIDADES1

1.1 OBJETIVOS1

1.1.1 Objetivo General1

1.1.2 Objetivos Especficos1

1.2 LOCALIZACIN GEOGRFICA1

1.3 GEOLOGA2

1.3.1 Estratigrafa2

1.3.2 Fallas6

1.3.3 Pliegues6

1.4 DESCRIPCIN CULTURAL DE LA CATEDRAL6

2. CARACTERIZACIN GEOMECNICA8

2.1 GEOLOGA DEL REA DE ESTUDIO8

2.2 ANLISIS DE DISCONTINUIDADES9

2.2.1 Orientacin10

2.2.2 Espaciamiento12

2.2.3 Rugosidad12

2.2.4 Abertura14

2.2.5 Continuidad en el rumbo15

2.2.6 Continuidad en el buzamiento15

2.2.7 Angulo de friccin residual de discontinuidades16

2.2.8 Orientacin de esfuerzos tectnicos residuales17

2.2.9 Diagrama de Bloques generado19

2.3 PROPIEDADES FSICAS20

2.4 PROPIEDADES MECNICAS21

2.4.1 Resistencia a compresin simple21

2.4.2 Modulo de elasticidad29

2.4.3 Resistencia a compresin simple mediante el uso de martillo Schmidt32

2.4.4 Propiedades dinmicas elsticas de la roca a bajos niveles de deformacin33

2.4.5 Ensayo triaxial37

2.5 CLASIFICACIN GEOMECNICA MRMR (Mining Rock Mass Rating)38

2.5.1 ndice RQD (Rock Quality Designation)39

2.5.2 Resultados Clasificacin del macizo rocoso (MRMR)40

2.6 CURVAS DE EQUILIBRIO LIMITE42

3. ANLISIS DEL ESTADO TENSIONAL47

3.1 ESFUERZOS NATURALES47

3.2 ESTADO TENSIONAL EN CMARAS49

3.2.1 Estado tensional antigua explotacin51

3.2.2 Estado tensional Catedral52

3.3 ESFUERZOS INDUCIDOS SOBRE COLUMNAS, MACHONES Y TECHO54

3.4 ESFUERZOS SOBRE PLANOS DE DISCONTINUIDAD58

4. ANLISIS DE LOS FACTORES61

4.1 MTODO DE AVANCE61

4.2 GEOMETRA DE LA ZONA DE TRABAJO67

4.3 FORMACIN DE CUAS69

4.4 PROPIEDADES MECNICAS71

4.5 MEDIDAS DE CONVERGENCIA EN CMARAS PRINCIPALES DE LA CATEDRAL71

4.6 ESTADO TENSIONAL76

4.7 ANLISIS COLUMNA 276

5 ESTABILIZACIN DE LAS ZONAS AFECTADAS78

5.1 MANTENIMIENTO DE LAS PAREDES DE LAS CMARAS78

5.2 SISTEMA DE ESTABILIZACIN78

5.3 DISEO DE PERNOS79

5.3.1 Estabilizacin Columna Dos81

5.3.2 Estabilizacin Machones82

CONCLUSIONES

RECOMENDACIONES

BIBLIOGRAFA

ANEXOS

LISTA DE FIGURASPg.

Figura 1. Localizacin rea de estudio.3

Figura 2. Corte transversal esquemtico y posible estructura geolgica del depsito de domo salino Colsalminas Ltda.5

Figura 3. Vaciado de polos.10

Figura 4. Diagrama de contornos10

Figura 5. Orientacin de familias predominantes11

Figura 6. Perfiles tipo para determinar el coeficiente de rugosidad JRC (Barton y Choubey, 1977)13

Figura 7. Orientacin de esfuerzos tectnicos residuales a partir de anlisis estereogrfico.17

Figura 8. Orientacin de los esfuerzos tectnicos residuales con respecto al eje de la cmara17

Figura 9. Orientacin de esfuerzos tectnicos residuales respecto a la seccin de la cmara.18

Figura 10. Diagrama de bloques18

Figura 11. Corte longitudinal del yacimiento por en eje 20 S-N nivel Fabricalta47

Figura 12. Corte A-A E-W Sobre el machn cmara 360.47

Figura 13. Corte B-B E-W Sobre la cmara 360.48

Figura 14. Geometra del rea estudio.49

Figura 15. Perfil A - A figura 1450

Figura 16. rea tributaria machones y columnas51

Figura 17. Carga sobre machones sin columnas segn rea tributaria52

Figura 18. Perfil longitudinal B-B concentracin de esfuerzo principal mayor (1).54

Figura 19. Perfil longitudinal B-B concentracin de esfuerzo principal menor (3).54

Figura 20. Perfil longitudinal B-B concentracin factor de seguridad.55

Figura 21. Perfil transversal C-C concentracin de esfuerzo principal mayor (1).55

Figura 22. Perfil transversal C-C concentracin de esfuerzo principal mayor (3).56

Figura 23. Perfil transversal C-C factor de seguridad56

Figura 24. Esfuerzos sobre un plano de discontinuidad57

Figura 25. Mtodo de explotacin por cmaras largas61

Figura 26. Perfil A-A (superior) y perfil B-B (inferior) figura 2562

Figura 27. Esquema de perforacin y voladura de banqueo.63

Figura 28. Resumen mecanismos rotura de en una voladura65

Figura 29. Sistema de explotacin por lixiviacin In- situ.67

Figura 30.Configuracin de esfuerzos al interior de los pilares.68

Figura 31. Posibles cuas formadas (vista superior).68

Figura 32. Cuas formadas en las paredes de las cmaras (perfil trasversal y longitudinal cmara)69

Figura 33. Ubicacin secciones de control y medicin.71

Figura 34. Incidencia de discontinuidades dentro de la columna 2.76

Figura 33.Diagrama de fuerzas perno- cua.79

LISTA DE CUADROSPg.

Cuadro 1. Coordenadas del rea de concesin.1

Cuadro 2. Orientaciones preferentes planos de discontinuidad.11

Cuadro 3. Escala de rugosidad de Brown12

Cuadro 4. ngulos de friccin bsicos y residuales de discontinuidades16

Cuadro 5. Propiedades fsicas de la matriz rocosa.19

Cuadro 6. Resumen de resistencia compresin simple por muestra cilndrica.22

Cuadro 7. Ecuaciones obtenidas para cada muestra.25

Cuadro 8. Mdulos elsticos en los ensayos de compresin uniaxial.30

Cuadro 9. Datos medidos sobre machones en roca sana y discontinuidades mediante Martillo Schmidt.31

Cuadro 10. Datos tomados en Sobre columnas circulares mediante Martillo Schmidt31

Cuadro 11. Valores promedio de probetas cilndricas para ensayo de ultrasonido32

Cuadro 12. Resultados de velocidades de ondas ultrasnicas probetas cilndricas33

Cuadro 13. Propiedades dinmicas a bajos niveles de deformacin de probetas.34

Cuadro 14. Calculo del RQD, para cada machn en estudio38

Cuadro 15. Clasificacin geomecnica del MRMR 198939

Cuadro 16. Ajuste por orientacin de discontinuidades39

Cuadro 17. Parmetros de clasificacin, condiciones de discontinuidades.40

Cuadro 18. Valoracin clases de macizos.40

Cuadro 19. Efecto de la orientacin de discontinuidades.40

Cuadro 20. Propiedades mecnicas del macizo rocoso obtenidas a travs del Roclab. 43

Cuadro 21. Factor de seguridad machones y columnas52

Cuadro 22. Esfuerzos normales y cortantes sobre planos de orientacin preferente.59

Cuadro 23. Resistencia de discontinuidades mediante el criterio de Barton y Choubey.59

Cuadro 24. Realizacin de esbeltez columnas y machones.67

Cuadro 25. Puntos de medicin por cada pared de las secciones.71

Cuadro 25. Caractersticas columna 275

LISTA DE FOTOGRAFASPg.

Fotografa 1. Anlisis de propiedades fsicas en laboratorio.19

Fotografa 2. Probetas cilndricas sometidas a compresin simple21

Fotografa 3. Falla generada en las probetas al aplicar carga axial inconfinada.21

LISTA DE GRFICOSPg.

Grafica 1. Histograma de espaciamiento.12

Grafica 2. Histograma de rugosidad12

Grafica 3. Histograma de abertura14

Grafica 4. Histograma de continuidad en el rumbo14

Grafica 5. Figura de continuidad en el buzamiento15

Grafica 6. Esfuerzo-deformacin de sal gema segn tipo 23

Grafica 7. Histograma y polgono de frecuencias para resistencia a compresin simple24

Grafico 8. Funcin de la curva para compresin simple de sal (tercer orden).26

Grafico 9. Funcin de la curva para compresin simple de sal (cuarto orden).26

Grafica 10. Histograma y polgono de frecuencia tipo de sal Vs resistencia a compresin simple.27

Grafica 11. Resistencia a compresin Vs tamao de grano.28

Grafica 12. Definicin de los mdulos de elasticidad para probetas.29

Grafica 13. Histograma y polgono de frecuencia Modulo de elasticidad.29

Grafica 14. Histograma de frecuencias velocidad de onda P (izquierda) y S (derecha)34

Grafico 15. Histogramas de frecuencias Mdulos dinmicos de la roca.35

Grafica 16. Envolvente de Mohr36

Grafica 17. Envolvente de Mohr para sal Gema (Kg/cm2)37

Grafica 18. Calculo de mi para matriz rocosa43

Grafica 19. Envolventes de resistencia del macizo rocoso Criterio generalizado de Hoek- Brown (2002) y Mohr - Coulomb.44

Grafica 20. Medicin de convergencias cmara 380 (central).71

Grfica 21. Resultados promedio medicin edicin de convergencias cmara 360.72

Grafica 22. Resultados promedio medicin edicin de convergencias cmara 380.73

Grafica 23. Resultados promedio medicin de convergencias cmara 400.73

Grafica 24. Deformaciones mximas promedio mensual.74

LISTA DE ANEXOS

Anexo A.Resultados laboratorio de propiedades fsicasAnexo B.Resultados laboratorio de compresin simpleAnexo C.Resultados ensayo de ultrasonidoAnexo D.Plano topogrficoAnexo E.Plano levantamiento de discontinuidades.Anexo F.Plano ubicacin muestras propiedades mecnicas.

RESUMEN

Este proyecto se basa en anlisis de los factores que generan mayor afectacin en la estabilidad de las cmaras 360, 380 y 400 que constituyen el espacio ocupado por la catedral de sal de Zipaquir, para esto fue necesario el estudio de las propiedades tanto fsicas como mecnicas de la matriz rocosa y a partir de all determinar las propiedades de macizo y su posible comportamiento ante el estado es esfuerzos generado, teniendo en cuenta las condiciones de los planos de discontinuidades presentes tanto en machones como en columnas.

Posteriormente se realiz un anlisis de la condicin de esfuerzos naturales para, definir las cargas tanto verticales como horizontales sobre la excavacin, adems se determin la carga actuante sobre machones y columnas, la resistencia al corte sobre planos de discontinuidad y estado de esfuerzos inducidos mediante el uso del programa de elementos finitos Phase que permite visualizar la concentracin de esfuerzos sobre los elementos de sostenimiento y as definir los puntos en los cuales la afectacin puede ser mayor.

Dentro del estudio de los factores incidentes se tuvieron en cuenta el mtodo constructivo de las cmaras y los mecanismos de rotura que presentan en la roca en cada etapa de la voladura, tambin se analiz el dimensionamiento geomtrico del rea de estudio; forma, dimensiones y esbeltez tanto de columnas como machones topografa superficial e incidencia de labores aledaas, resistencia de cuas y su respectivo factor de seguridad, comportamiento esperado a partir de las propiedades mecnicas, medidas de convergencia con lo que se defini la velocidad de deformacin de la roca y por ltimo se realiz un anlisis de la columna dos la cual presenta la mayor afectacin.Con base al anlisis realizado se define la alternativa de sostenimiento que presenta mayores beneficios para el rea de estudio.

INTRODUCCIN

La catedral de Sal de Zipaquir es considerada uno de los logros arquitectnicos y artsticos ms notables, otorgndole incluso el ttulo de joya arquitectnica de la modernidad, debido a la gran dimensin de sus espacios y grandes atractivos que presenta para turistas y visitantes que disfrutan de los recorridos que all se ofrece.

El espacio ocupado por esta catedral es parte del nivel Fabricalta uno de los niveles antiguamente explotados del depsito salino, cuya recuperacin se realizaba por el mtodo de cmaras largas, lo cual constituye esta maravilla en uno de los mejores mtodos de aprovechamiento del espacio vaco dejado por la extraccin de minerales.

Actualmente debido al lento proceso de deterioro y tiempo los machones en cuyo lugar se disearon cuatro columnas cilndricas que simbolizan los cuatro evangelistas, han venido presentando indicios de desestabilizacin representados principalmente en la presencia de fisuras que pueden generar cada de bloques ocasionando inseguridad a sus visitantes.

Por lo anterior el objetivo del presente estudio es realizar el anlisis de los factores que originan esta inestabilidad mediante la recoleccin de datos de campo los cuales fueron analizados para determinar como parmetro inicial la resistencia del macizo rocoso y su comportamiento para posteriormente determinar los esfuerzos actuantes, resistencia de discontinuidades, presencia de cuas, nivel de deformacin y su relacin para definir cul de ellos genera los mayor afectacin en la estructura de la explotacin.

Basados en lo anterior se define un mtodo para mitigar el deterioro tanto en columnas como en machones buscando aumentar la vida til de la catedral.

GENERALIDADES

OBJETIVOS

Objetivo General. Determinar los factores que inciden en la desestabilizacin de las columnas, machones y techos de las cmaras que conforman la catedral de sal de Zipaquir.

Objetivos Especficos

Efectuar el levantamiento de discontinuidades de las cmaras que conforman la catedral. Determinar las propiedades fsico-mecnicas del macizo rocoso. Realizar el anlisis estructural de acuerdo a las condiciones de las discontinuidades. Determinar estado de esfuerzos actuantes sobre el rea de estudio. Determinar la resistencia de los machones y columnas. Determinar la estabilidad de los machones y columnas de la catedral. Evaluar los resultados de los anlisis de las propiedades fsico-mecnicas as como discontinuidades para determinar el grado de incidencia e importancia en la desestabilizacin. Analizar diferentes alternativas de sostenimiento.

LOCALIZACIN GEOGRFICA

El yacimiento de Sal de Zipaquir, est situado aproximadamente a 1km al occidente de la ciudad del mismo nombre, a uno 49 km al norte de la Ciudad de Bogot D.C; La Concesin minera se encuentra definida dentro del contrato de concesin HIQO 03 por las coordenadas (ver cuadro 1) segn el Instituto Geogrfico Agustn Codazzi (IGAC) y tiene un rea de 337 Has ms 4.717 m2; Actualmente su explotacin es realizada por Colsalminas Ltda.

Cuadro 1. Coordenadas del rea de concesin.PUNTOCOORDENADA NORTECOORDENADA ESTE

11047135.01005500.0

21047135.01005940.0

31047100.01006090.0

41046976.01006181.0

51046200.01006181.0

61046200.01008000.0

71047800.01008000.0

Fuente: COLSALMINAS LTDA. Gua de operaciones bsicas en el rea salinifera de Zipaquir, 2010.Dentro del rea de concesin minera se encuentra el denominado Parque de Sal, con un rea de 23 Has y dentro de esta rea se encuentra la Catedral de Sal de Zipaquir.

El presente estudio se realizara en el nivel Fabricalta explotado anteriormente por cmaras largas en donde se encuentran ubicadas las cmaras centrales 360,380 y 400.

GEOLOGA

El depsito de la sal de Zipaquir est ubicado en un anticlinal que tiene una extensin cartogrfica de 129 kilmetros. Las facies productoras de sal de la formacin Chipaque aparentes se encuentran dentro de una cua levantada entre fallas en la cresta del anticlinal. El rea de la cresta y el flanco occidental se han movido sobre el flanco oriental del anticlinal a lo largo de una falla inversa pronunciada, de buzamiento elevado, cuya traza yace directamente al este del depsito.

La composicin petrogrfica del yacimiento salino corresponde a una sucesin de rocas evaporiticas con inter- estratificacin de lutitas arcillosas llamada tambin seudoestratificacion. Esta asociacin de rocas evaporiticas y conglomeradas brechosas de turbidez indican que su origen corresponde a un ambiente marino profundo.

Estratigrafa. En la zona de estudio subcuenca de ro Negro de base a Techo afloran unidades litolgicas con edades entre el Cretcico y el Cuaternario correspondiendo a la Formacin Chipaqu, el Grupo Guadalupe y las Formaciones Guaduas, Cacho, Bogot y depsitos aluviales[footnoteRef:1]. Afloran dentro del rea de influencia las siguientes unidades geolgicas: [1: COLSALMINAS LTDA. Gua de operaciones bsicas en el rea salfera de Zipaquir, 2010. Pg. 15.]

Formacin Chipaque (Ksc). El autor original es Hubach quien la describi en 1931 (en Julivert, 1968), luego Renzoni (1962) le dio el rango de Formacin. Se considera como rea tipo las inmediaciones del municipio de Chipaque de donde toma su nombre.

Est constituida por lutitas negras con intercalaciones espordicas de calizas principalmente hacia la parte inferior alta; en la parte superior se presentan Intercalaciones de areniscas cuarzosas, grises claras a oscuras, de grano fino y capas de carbn. En el rea del proyecto minero esta formacin se encuentra en las veredasFigura 1. Localizacin rea de estudio.

Fuente: autores del proyecto.Ventalarga, San Antonio y vereda Centro.Grupo Guadalupe (Ksg). El nombre Guadalupe fue utilizado por primera vez por Hettner (1892) y se encuentra constituido por:Formacin Arenisca Dura (Ksgd). Nombre formalizado por Renzoni (1962, 1968), para el nivel inferior del Grupo Guadalupe constituido por cuarzo arenita de color blanco amarillento hasta gris-negro de grano muy fino- dura- compacta- en general bien cementada por slice o carbonato y limolita silcea.La Formacin Arenisca Dura aflora en el ncleo del anticlinal de Zipaquir. En la zona de estudio del rea se encuentra en las veredas San Isidro, San Antonio y Ventalarga.Formacin Plaeners (Ksgpl). Hubach en 1931 (en Julivert, 1968), se localiza en la parte media de la Formacin Guadalupe Superior. Litolgicamente se describe como una sucesin de arcillolitas laminadas, de baja dureza y resistencia dbil, en capas delgadas; limolitas silceas laminadas, compactas con fractura concoidea y por arenisca ortocuarcitica de grano fino a muy fino, subredondeado. El espesor es de 250 m en la seccin Subachoque - Tabio (Martnez & Vergara 1999). En el rea del proyecto se encuentra en la vereda San Antonio, al norte del polgono minero de la concesin.Formacin Labor y Tierna (Ksglt). Su lmite inferior es concordante con la Formacin Plaeners y se encuentra en contacto discordante con la Formacin Guaduas, el que se cree es el lmite Cretcico Paleogeno. La Formacin Labor y Tierna, con un espesor aproximado de 147 m, est compuesta por areniscas cuarzo feldespticas, blanco-amarillentas, de grano medio hasta conglomertico, con estratificacin cruzada, en estratos delgados hasta muy gruesos, dbilmente cementados, friables, con algunas intercalaciones de lodolita gris. En el rea del proyecto minero se encuentra en las veredas centro y zona urbana; al nororiente del polgono minero.Formacin Guaduas (KPgu). Definida por Hettner en 1892 (en De Porta, 1974), toma su nombre del Municipio de Guaduas, situado en el borde occidental de la Cordillera Oriental sobre la carretera Bogot-Honda. Consta de arcillolitas grises compactas, bioestratificada, arcillolita carboncea, bancos de arenisca, arcillolita abigarrada, y numerosos bancos de carbn situados Hacia la parte inferior y media de la formacin, se reportan espesores de 1100 m en el sinclinal de Chequa Lenguazaque, 800 m en el Sinclinal de Tunja y 450 m en Guatavita. En el rea de estudio se encuentra en las veredas Ventalarga al nor-occidente del rea de influencia indirecta de la zona de estudio y en la vereda barro blanco, al sur occidente del rea de influencia indirecta.

Depsitos de Terraza Alta (Qta). Litolgicamente se componen de arenas de grano grueso a fino, arcillas y limos. Constituyen el principal relleno de la Sabana de Bogot. Afloran en las veredas centro y rea urbana.

Depsitos Aluviales (Qal). Estos depsitos ocupan se encuentran ubicados en la vereda Ventalarga. Litolgicamente se compone de materiales transportados por corrientes y corresponden a arcillas, limos arcillosos, arenas y gravas (Gutirrez & Camargo, 1992). Sobre esta unidad se encuentra localizado el municipio de Zipaquir.Localizacin del mineral de Sal. La sal se presenta como depsitos en capas, como flujos diapricos (domos de sal), como sales de playa y como sal en soluciones.De acuerdo con la teora ms aceptada, el domo o intrusin de sal se inicia como depsitos de sal en el mar que, despus de un perodo de tiempo, se separan paulatinamente del cuerpo principal de agua. El agua circundante se evapora y permite que nuevos sedimentos cubran las capas de sal. Como la sal es menos densa que los sedimentos circundantes, es lentamente empujada hacia la superficie, creando al final una prominencia circular en la estratigrafa que generalmente contiene recursos valiosos como sal y petrleo. Segn estudios elaborados por IFI-Concesin salinas en 1982, el domo salino se encuentra inmerso en las unidades geolgicas descritas de acuerdo con el corte trasversal esquemtico (ver figura 2).

Figura 2. Corte transversal esquemtico y posible estructura geolgica del depsito de domo salino Colsalminas Ltda.

Fuente: IFI Concesin Salinas, 1982.Fallas. En la subcuenca de ro Negro no se encuentran estructuras de carcter regional. Se observan fallas de tipo inverso en dos direcciones predominantes, las primeras con rumbo aproximado norte sur que pone en contacto rocas de la Formaciones Plaeners y Labor - Tierna con la Formacin Guaduas y las segundas con rumbo aproximado NW-SE.

Pliegues.

Anticlinal de Zipaquir. Es una estructura tumbada hacia el este con orientacin N-NE, cuyo ncleo est constituido por rocas de la Formacin Arenisca Dura. Sus flancos estn conformados por las Formaciones Plaeners y Labor y Tierna.Sinclinal de Neusa. Es una estructura con orientacin N-S en el sector de la subcuenca ro Negro, desaparece bajo la cobertura cuaternaria a la altura del municipio de Zipaquir.DESCRIPCIN CULTURAL DE LA CATEDRAL

El origen de la ciudad se remonta a tiempos anteriores a la conquista espaola, y se asume que su creacin se debe al laboreo de las minas de la sal, que los conquistadores encontraron (Sistema a cielo Abierto). "Chicaquicha" fue el nombre indgena y autctono que se utiliz, y significaba: Pie del Zipa".

Desde sus orgenes, la pintoresca Chicaquicha se perfilaba como un centro de comercio por excelencia. A ella acudan indgenas de Nemocn, Tocancip y Gachancip, por el preciado ORO BLANCO como se le conoca la sal. Una vez procesada esta se distribua en recipientes de barro conocidos como Gachas en donde se producan los famosos panes o juiches resultado de la compactacin de la sal luego de su consecuente coccin y evaporacin.

Hacia 1801 con motivo de la visita del sabio Humboldt y por orden del gobierno, se plantea la necesidad de mejorar el proceso de produccin de la sal. Fue as como se realiz el primer sistema de tneles y hacia 1.830 se modifica el procedimiento de obtencin de la sal. Usando para tal efecto el sistema de calderos metlicos.

La explotacin de la mina de sal de Zipaquir se viene haciendo desde la poca precolombina, segn lo relatan varias crnicas de la conquista al referirse a la tenencia y explotacin de sal por parte de los indgenas.

Actualmente el yacimiento minero de Zipaquir esta subdividido en tres niveles (Guasa, Potos, Fabricalta), el ltimo de los cuales se encuentra a 200 metros bajo la superficie respecto a la cima de la montaa. Adicionalmente, con la explotacin hidrulica en la ltima etapa se ha venido estableciendo un nuevo nivel, denominado Subsabana.

El primer nivel, localizado en la cota 2.732 msnm, denominado Guasa, fue explotado por el mtodo de pilares, con dimensiones de 10 X 10 metros y 18 metros de altura. En el ao de 1880, en la cota 2.710 msnm, se inici la explotacin de un segundo nivel denominado Potos, explotado mediante cmaras y pilares, con dimensiones 10m x 10m, y 16m de altura; estos niveles tuvieron desarrollos irregulares y no coincidentes que generaron algunos hundimientos y subsidencias. En 1.978 se inici la explotacin en el tercer nivel denominado Fabricalta, ubicado en la cota 2.674 msnm, el cual se desarroll con el mtodo de explotacin de cmaras largas, incorporando machones o pilares a lo largo de cada cmara de 10m de ancho.

A partir de 1991 se incorpor la explotacin de disolucin in situ, este mtodo de explotacin no requiere perforacin y voladura; se caracteriza por utilizar poca mano de obra y mnimos recursos en maquinaria y explosivos, esta tcnica aplicada a los depsitos mineros con altos grados de permeabilidad y profundidad; Por no perturbar ni cambiar la naturaleza, demandar reducidas inversiones y generar bajos costos, est tcnica tiene amplios y slidos atractivos tcnicos, econmicos y ambientales, que superan ampliamente los riesgos que determina por la posible contaminacin de acuferos subterrneos por fallas geolgicas o ausencia de masas rocosas de confinamiento.

Al interior de la concesin, dentro de su rea de reserva y explotacin minera en el nivel Fabricalta, se encuentra el denominado Parque de Sal, que incluye la Catedral de Sal y un rea adicional complementaria, explotadas por Catedral de Sal de Zipaquir S.A. SEM, empresa de economa mixta que acta como operador turstico.

Esta Catedral de Sal ha adquirido un estatus como una de las primeras maravillas del pas, en donde se realizan celebraciones religiosas, dando acceso a particulares que diariamente la frecuentan.

CARACTERIZACIN GEOMECNICA

GEOLOGA DEL REA DE ESTUDIO

En forma general se ha reconocido cuatro litologas segn el contenido de sal o insolubles, clasificadas por el Dr. Wolfran Dreyer[footnoteRef:2]. [2: Ibd. pg. 32.]

Horizonte Salino S1 (Halita de alta Pureza) y S1A (Halita con inclusiones terrosas). Bandas de halita blanca a gris segn impurezas arcillosas, grado euhedrales a subeuhedrales de 2 a 10mm y eventualmente afaniticas. Textura cristalina. El espesor de las bandas va desde 0.5cm a 10 cm. Espesor total aproximado 8 a 15m.

Horizonte Salino S2 (Masivo con clastos o melange fino). Roca masiva de estratificacin grotesca, compuesta de bloques clsticos de lutita arcillosa negra d tamao de hasta 20cm embebidos en una matriz de halita y arcilla. Espesor total aproximado de 20 a 25m.

Horizonte Salino S3 (Brechas sedimentarias o melange grueso). Estratos o lentes de conglomerados brechosas con bloques de lutita arcillosa negra hasta de 5m de dimetro con estratificacin errtica grotesca dentro de una matriz arcillosa salina. Son caractersticas las mineralizaciones secundarias de halita dentro de las fracturas y alrededor de algunos bloques, a manera de formas de presin. Existen tambin combamientos, flexuras ya a un rompimiento de clastos como consecuencia de las deformaciones tectnicas. Espesor total aproximado de 120 a 15m.

Horizonte Salino S4 (Lutitas). Roca detrtica arcillosa de grano muy fino, estratificacin fina a laminar y color negro a gris. En algunas localidades es fisible (Shales) y en otro tanto masiva. Este horizonte corresponde a la parte estril del yacimiento.

Segn levantamiento de litologa entre las cmaras 360, 380 y 400 se evidenciaron los cuatros tipos de roca salina caracterizndose como ms representativa el horizonte S2 as:

Roca claramente estratificada con planos de estratificacin de cristales de sal ligeramente alargados, donde se alternan sustancias arcillosas asociadas de anhidrita CaCo4 y polihalita (K2Ca2Mg) (CO4 2h2O), y capas laminares de sal de roca con espesores muy variables. El contenido de insolubles es del 10 al 12%, con una menor resistencia de lo observado en el Horizonte S1.ANLISIS DE DISCONTINUIDADES

Las superficies o planos de discontinuidad existentes en la roca condicionan de forma definitiva tanto sus propiedades como su comportamiento tenso-deformacional, ya que estas le imprimen al macizo un carcter anistropo y heterogneo por lo anterior dificultan la evaluacin de las caractersticas de la misma.

Las discontinuidades componen el conjunto de planos preferentes de alteracin debidos al proceso mismo de formacin como lo son las diaclasas, estratificacin o planos de esquistosidad o debidos a procesos tectnicos como lo son las fallas y en general todos aquellos planos de fractura producidos por redistribucin de estados tensinales o mtodos de excavacin.

El objetivo del anlisis de discontinuidades es determinar las caractersticas de las mismas y su influencia sobre las columnas y machones que constituyen el rea de estudio; para lo cual se realiz un levantamiento de 503 discontinuidades, distribuidas equitativamente en las paredes de las cmaras 360, 380 y 400 (Ver anexo E).

En dicho levantamiento se tuvieron en cuenta las caractersticas para cada discontinuidad como lo son: Tipo, espaciado, continuidad en el rumbo, continuidad en el buzamiento, la abertura y rugosidad. El relleno no fue tomado en cuenta, debido a que no se presenta en ninguna discontinuidad. El anlisis de discontinuidades se realiz por medio del programa Dips 5.1.[footnoteRef:3] [3: DIPS 5.1 Rocsience Inc. Toronto (Canada).]

Los datos ingresados al programa se clasificaron de la siguiente manera:

DC1discontinuidades columna 1.DC2discontinuidades columna 2.DC3discontinuidades columna 3.DC4discontinuidades columna 4.DM1discontinuidades machn 1.DM2discontinuidades machn 2.DM3discontinuidades machn 3.DM4discontinuidades machn.Eestratificacin.

Mediante observacin del vaciado de polos (ver figura 3) se determin que en la parte superior e inferior de la esteroneta se concentra la mayor cantidad de polos presentndose algunos dispersos, por otro lado las orientaciones de estratificacin se concentran en la parte central de la esteroneta.Orientacin. A partir de los datos se obtuvo el siguiente vaciado de polos en la esteroneta de Schmidt.

Figura 3. Vaciado de polos

Fuente: resultados estudio, anlisis de datos programa Dips.

Para determinar de manera ms acertada las concentraciones de polos se usa el diagrama de contornos (ver figura 4).

Figura 4. Diagrama de contornos.


El diagrama de contornos permite visualizar de manera clara las mayores concentraciones de polos con un mximo de 13.87% encontrndose tres reas preferentes 2 de ellas con buzamientos casi verticales.

Figura 5. Orientacin de familias predominantes


Segn la representacin estereogrfica se determinaron 3 familias de discontinuidades, 2 familias de diaclasas y una de estratificacin con las siguientes orientaciones:

Cuadro 2. Orientaciones preferentes planos de discontinuidad.Tipo discontinuidadBuzamiento /direccin buzamientoRumbo-Buzamiento

Familia 180/168N78E80SE

Familia 280/30N60W80NE

Estratificacin13/104N14E13SE

Fuente: resultados del estudio.

Espaciamiento. Se determin que un 50% de discontinuidades presenta un espaciamiento entre 200-600 mm, esto las clasifica como moderadamente unidas, por otro lado un 29% presenta un espaciamiento entre 60-200mm lo cual nos representa una gran incidencia de discontinuidades muy unidas.

El restante 21% se distribuye entre 20-60mm con un 6%, 2000-6000 con un 1% y 600-2000 con un 13%.Grafica 1. Histograma de espaciamiento.


Rugosidad. La rugosidad de todos planos de discontinuidad se toma en base a la escala diseada por Brown en 1981 mediante observacin.

Cuadro 3. Escala de rugosidad de BrownescalonadarugosaI

lisaII

Superficie FriccinIII

onduladarugosaIV

lisaV

Superficie FriccinVI

planarugosaVII

lisaVII

Superficie FriccinIX

Fuente: Mecnica de rocas aplicada a la minera metlica subterrnea, ITGE.

Grafica 2. Histograma de rugosidad

Fuente: resultados estudio, anlisis de datos programa Dips.De acuerdo con el histograma un 51% de las discontinuidades presenta una rugosidad tipo IV, lo cual las clasifica como onduladas rugosas, por otro lado un 37% es tipo VII lo cual las clasifica como plana rugosa, lo que denota esto es que en general las discontinuidades presentan una superficie rugosa con algunas disminuciones o aumentos en su ondulacin.

La rugosidades obtenidas mediante el Dips fueron verificadas con el coeficiente de rugosidad de las juntas (JRC) (ver figura 6) para lo cual se us el rugosimetro o peine de Barton en 60 discontinuidades distribuidas en los 4 machones lo que equivale aproximadamente al 10% del total de datos tomados obtenindose los siguientes resultados.

Tipo 3. 2 discontinuidadesTipo 4. 36 discontinuidadesTipo 5. 18 discontinuidadesTipo 6. 4 discontinuidades

El 60% de las discontinuidades es tipo 4, por lo tanto se defini un JRC entre 6 8.

Figura 6. Perfiles tipo para determinar el coeficiente de rugosidad JRC (Barton y Choubey, 1977)

Fuente. Ingeniera geolgica, Gonzales Vallejo.Abertura. Se defini que 257 de las discontinuidades presenta una abertura entre 0.5-2.5 mm lo cual indica que la mayor parte de planos medidos presentan una baja abertura, pero es importante resaltar que un 162 presenta una abertura entre 2.5-10 mm.

Grafica 3.Histograma de abertura


Continuidad en el rumbo. Un 51% de las discontinuidades presenta una continuidad en el rumbo entre 1-3 m (continuidad baja), por otro lado cabe resaltar que 36% presenta una continuidad entre 3-10 m, generando mayor afectacin en los machones.

Teniendo en cuenta la orientacin de las discontinuidades en las paredes de las cmaras se determin que ya que la continuidad en el rumbo no es muy elevada, la prolongacin de estas discontinuidades hacia el interior de los machones no es muy grande pero debido a las condiciones observadas esta prolongacin puede continuar.

Grafica 4. Histograma de continuidad en el rumbo.Fuente: resultados estudio, anlisis de datos programa Dips.Continuidad en el buzamiento. Un 48% de las discontinuidades presentan una continuidad entre 1-3 m y un 37% presenta una continuidad ente 3-10m. Teniendo en cuenta que las familias de diaclasas presentaron una buzamiento predominante de 80 (casi vertical) la incidencia de estas longitudes de discontinuidades se observa a lo largo de los machones.

Grafica 5. Figura de continuidad en el buzamiento


Angulo de friccin residual de discontinuidades. El ngulo de friccin de las discontinuidades o ngulo de friccin bsico de discontinuidades se determina mediante el ensayo Tilt test.

Para este ensayo se usa bloques de roca que contengan planos de discontinuidad sin cohesin, los bloques fueron colocados sobre una superficie de apoyo, la cual se inclin hasta que se produjo un deslizamiento de un fragmento sobre el otro. Cuando se inici el desplazamiento se midi el ngulo que forma la superficie de apoyo con la horizontal ().

Aplicando la expresin propuesta por Barton y Choubey es posible determinar el ngulo de friccin residual.

= Angulo al cual se genera el deslizamiento de un bloque sobre otro.= Angulo de friccin bsico (tilt test).R= valor del rebote del martillo Schmidt (roca sana).r= valor del rebote del martillo Schmidt (sobre discontinuidad).

Como se muestra en el numeral 2.4.3 las discontinuidades no presentan meteorizacin por lo tanto r=R=1.9 (ver cuadro 9).

De acuerdo con los valores obtenidos se determin un ngulo de friccin residual de 38.

Cuadro 4. ngulos de friccin bsicos y residuales de discontinuidadesMuestraAngulo friccin bsico ()

140

236

342

434

538

promedio38

Fuente: resultados de estudio.

Orientacin de esfuerzos tectnicos residuales. Los diagramas polares de frecuencia estadstica tienen, en el caso particular del estudio de discontinuidades estructurales del tipo fallas y diaclasas, usos de gran inters tanto geolgico como geotectnico, para el presente proyecto se plantea su uso para la determinacin de la orientacin de esfuerzos tectnicos residuales que actan sobre los machones.

Con los mtodos que se van a plantear ser posible definir los vectores de esfuerzos mximos 1, Intermedio 2, y mnimo 3 con su Trend (direccin de buzamiento de un polo) y Plunge (buzamiento de un polo) pero, no es posible cuantificarlos o estimarles sus magnitudes.

Para determinar dichas orientaciones, es necesario seleccionar las dos orientaciones de familias de discontinuidades ms importantes del rea estudiada y se procede de la siguiente manera: La interseccin de los dos crculos mayores corresponde a 2. La bisectriz del ngulo agudo, comprendido entre las discontinuidades del crculo mximo 1-3 sita a 3. A 90 de 3 en el crculo mximo 1-3 se ubica 1.

De acuerdo con el anlisis realizado para determinar la orientacin de los esfuerzos se obtuvieron las orientaciones del vector esfuerzo sobre la excavacin (ver figura 7).

110/80267/102326/280

Figura 7. Orientacin de esfuerzos tectnicos residuales a partir de anlisis estereogrfico.Fuente: resultados estudio, anlisis de datos programa Dips.

Figura 8. Orientacin de esfuerzos tectnicos residuales con respecto al eje de una cmara.

Fuente: resultados del estudio.La direccin de las cmara estudio es N 4 W (ver figuras 8), se determin que 2 acta de manera vertical generando baja concentracin de esfuerzos en el techo, pero el esfuerzo principales mayor acta casi perpendicular al eje de la cmara actuando de manera desfavorable sobre la seccin de la excavacin (ver figura 9) y esto puede ser una de las causas que favorece la abertura de diaclasas en los machones.

Figura 9. Orientacin de esfuerzos tectnicos residuales respecto a la seccin de la cmara.


Diagrama de bloques generados. De acuerdo con el anlisis realizado mediante el Dips se definieron 3 familias de discontinuidades predominantes pero en este caso en particular en el rea de estudio la estratificacin debido a sus condiciones dentro del macizo y a observaciones realizadas en campo no representa un plano de debilidad, por lo tanto su presencia no genera gran alteracin estructural debido a desprendimiento de cuas.

Figura 10. Diagrama de bloques. Fuente. Resultados del estudio.Segn el diagrama de bloques, los formados en las paredes de las cmaras son alargados y presentan una continuidad de techo a piso, con variacin en su tamao.

PROPIEDADES FSICAS

Las propiedades fsicas de la matriz rocosa tambin conocidas como propiedades ndices, nos dan una primera aproximacin al comportamiento mecnico de la roca y se determinan en laboratorio.

Dentro de las propiedades ndice encontramos la densidad de la matriz rocosa en su estado natural (), seco (d) y saturado (s), la humedad (W) , porcentaje de saturacin (s), porosidad (n), relacin de vacos (e) y pesos especficos natural () seco (d) y saturado (s).

Pare determinar las propiedades fsicas en laboratorio se tomaron 10 muestras de manera aleatoria en las cmaras.

Fotografa 1. Anlisis de propiedades fsicas en laboratorio.


Cuadro 5. Propiedades fsicas de la matriz rocosa.PROPIEDAD(g/cm3)d(g/cm3)w % (KN/m3)d (KN/m3)

PROMEDIO2.252.250.0722.0522.03


De acuerdo con los datos obtenido la sal gema en condiciones naturales presenta una humedad muy baja con valores promedio de 0.07%, esto indica que la humedad en el rea de estudio no implica un riesgo para la estabilidad y deterioro de los machones o columnas por disolucin en fisuras, adems la sal presenta una baja permeabilidad.Las propiedades como la saturacin, porosidad y relacin de vacos son difciles de establecer ya que la sal gema al entrar en contacto con el agua se diluye e impide calcular de manera precisa el grado de absorcin de agua en la roca, por lo tanto estos valores no se definieron.

PROPIEDADES MECNICAS

Para determinar las propiedades mecnicas de la matriz rocosa se realizaron los ensayos de compresin simple y velocidad de onda ultrasnica.

Resistencia a compresin simple. La poblacin de estudio corresponde a 25 probetas de roca tipo Halita (ver anexo F) de 2 pulgadas de dimetro por 4 pulgadas de longitud con una relacin de esbeltez de 2 (ver fotografa 2), clasificada en tres grupos de muestras. El primer grupo de muestras posee Halita en un 70% en peso, el segundo un 80% y el otro grupo 90%. En cada uno de las probetas se determinaron los mdulos elsticos, la resistencia mxima a la compresin inconfinada y los valores de deformacin.

En la prueba de compresin uniaxial la muestra es sometida a un esfuerzo axial, el cual se aumenta progresivamente hasta inducir el fracturamiento de la muestra por cizalladura o hasta un valor de esfuerzos determinado, durante el ensayo se registran los valores de las deformaciones axial y diametral sufridas por el espcimen. Este ensayo tiene como objetivo conocer la resistencia a la compresin inconfinada que es el valor mximo de carga aplicada al momento de la falla y los mdulos de elasticidad o mdulo de Young.

Determinacin de las deformaciones.

Donde

= deformacin axial.=deformacin diametral.F=carga aplicada durante el ensayo.A= rea de la muestra.

Fotografa 2. Probetas cilndricas sometidas a compresin simple

Fuente. Autores del proyecto.

Del ensayo se puede resaltar que en general las muestras presentaron un fenmeno de barril (ver Fotografa 3), es decir las probetas presentaron gran deformacin diametral, por otro lado la falla que presenta este tipo de material se presenta por tensin o disgregacin de los cristales diferencindolo de rocas frgiles donde se presenta fractura por cizalla.

Fotografa 3. Falla generada en las probetas al aplicar carga axial inconfinada.


En los datos obtenidos en el ensayo de compresin simple se observa dispersin lo que hace necesario un anlisis estadstico (ver grafica 6 y 7) para determinar la distribucin frecuencia y mayor ocurrencia de los datos.

Cuadro 6. Resumen de resistencia compresin simple por muestra cilndrica.NUMEROMUESTRAFORMA DE MUESTRAALTURA (cm)DIAMETRO (cm)REA (cm)VOLUMEN (cm)ci (MPa)

1M2- S2Cilndrica9,904.9018,86186,6918,83

2M3-S2Cilndrica10,304.8018,10186,3813,32

3M4- S2Cilndrica10,104.8018,10182,7720,40

4M6-S1Cilndrica10,404.9018,86196,1218,36

5M7-S3Cilndrica10,204.9018,86192,3518,41

6M8-S3Cilndrica9,904.9018,86186,6919,84

7M9-S2Cilndrica1,304.9018,86194,2316,55

8M10- S1S2Cilndrica10,404.9018,86196,1224,49

9M12-S1S2Cilndrica10,104.9018,86190,4626,90

10M12B-S2Cilndrica10,504.918,86198,0018,73

11M13- S1Cilndrica10,104.818,10182,7719,62

12M14- S3Cilndrica10,204.918,86192,3518,73

13M15- S2Cilndrica10,504.818,10190,0022,49

14M16- S3Cilndrica10,104.918,86190,4632,63

15M16B- S2Cilndrica10,204.818,10184,5726,59

16M17- S1Cilndrica10,204.818,10184,5725,76

17M18- S2Cilndrica10,104.818,10182,7726,26

18M19- S2Cilndrica10,004.818,10180,9626,31

19M19B- S2Cilndrica9,804.818,10177,3425,54

20M20- S2Cilndrica9,904.717,35171,7625,65

21M21- S1Cilndrica10,404.918,86196,1216,87

22M24- S1Cilndrica10,304.918,86194,2316,98

23M27- S3Cilndrica10,304.818,10186,3826,64

24M27B- S3Cilndrica10,204.818,10184,5725,21

25M28- S2Cilndrica10,204.818,10184,5725,65

Fuente. Resultados estudio.

De acuerdo con el histograma de frecuencias (ver grafica 7) de los datos obtenidos se presenta una curva asimtrica bimodal, es decir, se presentan dos tendencias, esto hace que la media y la mediana no sean de utilidad, puesto que sus valores estarn en algn lugar entre los dos puntos mximos y distorsionarn enormemente la descripcin de la distribucin.

Por lo anterior se hace necesario analizar las dos distribuciones de forma independiente y tomar como dato la mediante la aritmtica para datos agrupados donde se tiene en cuenta tanto la frecuencia de cada dato como la marca de clase.5

Grafica 6. Esfuerzo-deformacin de sal gema segn tipo.Fuente. Resultados de estudio.

Grafica 7. Histograma y polgono de frecuencias para resistencia a compresin simple.


Se obtuvo un valor de 22,02 con una desviacin de 4,29 para determinar la variabilidad de los datos se us el coeficiente de variacin.

Coeficiente de variacin = desviacin estndar / media

Se defini un coeficiente de variacin de 0,19 esto equivale aproximadamente al 20% lo que indica que hay una variabilidad media en los datos.

Para determinar las curva de comportamiento a compresin simple de la sal se definieron las ecuaciones de cada una de las curvas obtenidas en el ensay.

Inicialmente se identific a qu tipo de funcin se asemeja cada una de las curvas (logartmica, polinmica, lineal, etc.), obtenindose que la funcin que presenta una mayor precisin es un polinomio de tercer o cuarto grado de la forma (ver cuadro 7).

La regresin se us para definir la precisin de las curvas obtenida en laboratorio Vs la arrojada por el programa Excel.

Como se puede apreciar de la algunas curvas (ver grafica 8) se caracterizan por una parte inicial cncava hacia arriba que se hace ms pendiente al cerrarse las superficies de microfisuras existentes en la roca, seguida por una seccin recta propia del comportamiento elstico, posteriormente se muestra una deformacin inelstica creciente y una fluencia continua.Cuadro 7. Ecuaciones obtenidas para cada muestra.

NUMEROMUESTRAORDENECUACINREGRESIN

1M2- S23y = 3x1088x3 - 4 x107x2 + 1 x106x - 190,550,9994

2M3-S23y = -2 x109x3 + 6 x107x2 + 3,3 x105x - 110,290,9984

3M4- S23y= 3 x108x3 - 4 x107x2 + 2 x106x + 582,490,9987

4M6-S14y = 2 x1010x4 - 1 x109x3 + 2 x107x2 + 8 x105x + 484,220,9995

5M7-S33y = -8 x107x3 - 1 x107x2 + 9,2 x105x + 2050,90,9907

6M8-S33y = 1 x108x3 - 2 x107x2 + 1 x106x - 514,660,9985

7M9-S24y = 4 x1010x4 - 4 x109x3 + 1 x108x2 1,5 x105x + 774,580,9984

8M10-S1S24y = 2 x1010x4 - 2 x109x3 + 4 x107x2 + 8 x105x - 612,780,9993

9M12-S1S24y = 9 x109x4 - 1 x109x3 + 3 x107x2 + 6,4 x105x - 84,6720,9997

10M12B-S24y = 1 x109x4 - 3 x108x3 + 1 x107x2 + 4,1 x105x + 1352,90,9960

11M13- S14y = 7 x109x4 - 1 x109x3 + 7 x107x2 5,1 x105x + 1243,10,9928

12M14- S34y = -2 x1010x4 + 1 x109x3 - 4 x107x2 + 1 x106x + 984,230,9936

13M15- S23y = 5 x108x3 - 6 x107x2 + 2 x106x - 869,440,9882

14M16- S33y = -2 x108x3 + 3 x106x2 + 1 x106x - 2298,40,9920

15M16B- S23y = -6 x108x3 + 3 x107x2 + 3,3 x105x - 331,760,9992

16M17- S14y = 5 x1010x4 - 4 x109x3 + 7 x107x2 + 7 x105x + 2240,20,9932

17M18- S24y = 1 x1010x4 - 1 x109x3 + 4 x107x2 + 5,2 x105x + 449,10,9988

18M19- S23y = 2 x107x3 - 2 x107x2 + 1 x106x + 1177,20,9982

19M19B- S24y = 3 x1010x4 - 3 x109x3 + 7 x107x2 + 2,8 x105x - 266,960,9987

20M20- S23y = 5 x107x3 - 2 x107x2 + 1 x106x - 2437,70,9937

21M21- S14y = 2 x1010x4 - 2 x109x3 + 2 x107x2 + 7,8 x105x - 80,2680,9994

22M24- S14y = 1 x1010x4 - 1 x109x3 + 7 x106x2 + 8,6 x105x + 917,120,9982

23M27- S34y = 8 x109x4 - 8 x108x3 + 1 x107x2 + 1 x106x + 246,180,9997

24M27B- S34y = 6 x109x4 8 x108x3 + 2 x107x2 + 7,5 x105x - 62,4790,9997

25M28- S23y = 0,0957x3 - 23,938x2 + 1500,1x - 2191,10.9993


De las curvas se aprecia como al terminar la etapa elstica la deformacin sigue aumentando sin que se pierda la resistencia en cada una de las curvas, esto es que la resistencia se mantiene constante despus de grandes deformaciones, en este caso la resistencia pico y la resistencia residual son iguales, por lo tanto la deformacin que se presenta es dctil, a partir de lo anterior se defini que la roca presenta un comportamiento elastoplstico dctil.

Grafico 8. Funcin de la curva para compresin simple de sal (tercer orden).

Fuente. Resultados de estudio.

Grafico 9. Funcin de la curva para compresin simple de sal (cuarto orden).

Fuente. Resultados de estudio.Anlisis resistencia a compresin Vs tipo de sal. Las 25 probetas fueron clasificadas de acuerdo con el porcentaje de insolubles en el yacimiento salino determinado de manera macroscpica por la coloracin de cara muestra (aumento de coloraciones grises y negras indican un mayor porcentaje de insolubles).

Grafica 10. Histograma y polgono de frecuencia tipo de sal Vs resistencia a compresin simple.


Al enfrentar los datos del tipo de sal vs la resistencia a compresin simple se observ que no existe una distribucin uniforme, cada tipo de sal tiene variaciones en su resistencia sin importar el grado de insolubles que posea.

El tipo S2 fue el que presento la mayor uniformidad en los resultados, mientras que en S1 se identific gran dispersin.

Anlisis resistencia a compresin Vs Tamao de grano de las probetas de sal. El tamao de grano se analiz macroscpicamente teniendo en cuenta las 25 probetas sometidas a compresin simple identificndose tamaos de grano variable entre 0.5-100mm, presentndose segn el individuo analizado mayores porcentajes de un tamao.

Se clasifico de la siguiente manera0.5-1 mm grano grueso1- 2 mm grano muy gruesoMayor a 2mm grano

Al analizar la resistencia a compresin con respecto al tamao de grano se identific que no existe una distribucin uniforme (ver grafica 11 ) pero en general las probetas presentan una disminucin de resistencia al aumentar el tamao de grano ya que en general la falla en sales opera un deslizamiento intercristalino y las deformaciones se dan por empuje entre partculas.

Grafica 11. Resistencia a compresin Vs tamao de grano.


Por otro lado la gran variacin del tamao de grano a lo largo del yacimiento produce pequeos planos de debilidad lo que genera que las falla se de en favor de dichos planos.

Mdulo de elasticidad. El mdulo de elasticidad o mdulo de Young de la roca fue determinado a partir de las curvas de esfuerzo deformacin obtenidas en el ensayo de compresin simple y el mtodo empleado para su clculo fue el del mdulo medio o pendiente de la porcin recta (ver grafica 12).

Donde,

E= mdulo de elasticidad = variacin de esfuerzo.=variacin de deformacin.= deformacin en el punto mximo de la seccin recta.= deformacin en el punto mnimo de la seccin recta.=esfuerzo en el punto mximo de la seccin recta.= esfuerzo en el punto mnimo de la seccin recta.

Grafica 12. Definicin mdulos de elasticidad para probetas.


Grafica 13. Histograma y polgono de frecuencia Modulo de elasticidad.

Fuente. Resultados del estudio.Cuadro 8. Mdulos elsticos en los ensayos de compresin uniaxial.No.Muestra121 (KPa)2 (KPa)E (KPa)E (MPa)

1M3-S20,00388350,01553401768,9312106,14887276,58887,28

2M2- S20,00000000,01010100,0000011087,531097665,81097,67

3M4- S20,00297030,01386144919,8515644,00984672,6984,67

4M6-S10,00192310,0153852281,1713262,60815763,55815,76

5M7-S30,0019610,0196084827,5915862,07625287,36625,29

6M8-S30,00505050,01313134403,1812307,69978183,02978,18

7M9-S20,00097090,0194175848,8113527,85687337,71687,34

8M10-S1S20,00288460,01923081351,3518270,271035039,71035,04

9M12-S1S20,00396040,02475252652,5220954,91880257,67880,26

10M12B-S20,00190480,02761902334,2215755,97521956,97521,96

11M13- S10,01683170,03069314864,5716970,70873371,24873,37

12M14- S30,00196080,02156863607,4316392,57652042,44652,04

13M15- S20,0049020,0127455835,5418726,7916436341643,63

14M16- S30,0049500,0257431856,7623342,1810333461033,35

15M16B-S20,00686270,02647062929,8020840,24913432,84913,43

16M17- S10,00196080,01666674919,8521337,761116417,91116,42

17M18- S20,00198020,02277231216,1419624,10885335,23885,34

18M19- S20,00100000,02100003482,5921006,08876174,68876,17

19M19B-S20,00612240,01632653206,1914814,811137645,11137,65

20M20- S20,00505050,01717172247,8415850,141122190,21122,19

21M21- S10,00192310,01442311485,4111883,29831830,24831,83

22M24- S10,00291260,01650493448,2813633,95749374,76749,37

23M27- S30,00388350,01941754145,9419126,59964379,49964,38

24M27B-S30,00098040,0225490773,9118629,08827830,54827,83

25M28- S20,00098040,0176471884,4718573,801061359,91061,36


De acuerdo con el histograma de frecuencias (ver grafica 13) de los datos obtenidos se presenta una curva simtrica sesgada a la derecha con una nica tendencia.

Se determino una media ponderada de 1054, 54 Mpa, con una desviacion de 242, 07 con un coeficiente de variacion de 0,24 equivalente al 24% esto indica una baja dispersion en los datos.

Resistencia a Compresin Simple mediante el uso del Martillo Schmidt. Diferentes estudios han demostrado que la dureza de las rocas medida por medio este ensayo est relacionado de forma aproximada con la resistencia a compresin simple de la roca siendo aplacable tanto a matriz rocosa como a discontinuidades.

Para hallar la resistencia mediante este ensayo se calcula el valor del rebote medio con los datos de campo. Para ello de cada 10 valores se eliminan los 5 menores y se obtiene el valor medio con los cinco restantes, con este valor y el peso especfico se aplica la ecuacin.

Donde,

JCS=resistencia a compresin de las paredes de la discontinuidad (MPa). =peso especifico de la roca (KN/m3)=22 KN/ m3

Para este ensayo se tomaron 40 medidas en roca intacta y 30 medidas de resistencia de discontinuidades en cada pared del machn que conforman las cmaras y entre 20 a 30 medidas alrededor de las columnas circulares, obtenindose los siguientes resultados.

Cuadro 9. Datos medidos sobre machones en roca sana y discontinuidades mediante Martillo Schmidt.MACHN 1MACHN 2MACHN 3MACHN 4

Promedio Rebote Roca Sana2,11,91,92,0

Promedio Rebote discontinuidades1,81,81,81,9

ci (MPa) roca sana11,2311,1511,1311,17

ci (MPa) discontinuidades11,0911,1011,811,14


Cuadro 10. Datos tomados en Sobre columnas circulares mediante Martillo SchmidtCOLUMNA 1COLUMNA 2COLUMNA 3COLUMNA 4

Promedio1,81,51,81,7

ci (MPa)11,0910,9511,1111,02


De acuerdo con los valores obtenidos se determin que la resistencia de la roca intacta en las paredes de los machones y de las discontinuidades as como de las columnas no muestran una variacin significativa, lo que implica que las paredes de diaclasas no manifiestan altos niveles de meteorizacin; Pero estos valores en comparacin con los obtenidos mediante el ensayo de resistencia a compresin simple en laboratorio presentan una diferencia de aproximadamente 10 MPa, esto debido quizs a las variaciones estructurales que presenta la roca in-situ.Propiedades dinmicas elsticas de la roca a bajos niveles de deformacin. Para determinar las velocidades de propagacin de onda necesarias para el clculo de las propiedades dinmicas de la roca se us el equipo GCTS Testing Systems CATS Ultrasonics 1.83 a 19 muestras cilndricas de aproximadamente 2 de dimetro y 4 de alto, el clculo de dichas propiedades puede realizarse a partir de la densidad de la roca y la velocidad de propagacin de Onda P y S a travs del medio, usando las siguientes expresiones que son derivadas de la teora de la elasticidad para slidos homogneos e isotrpicos:

Vp: velocidad de compresin onda P (m/s).Vs: velocidad de corte onda S (m/s).: densidad (kg/m3).: relacin de Poisson.E: mdulo de Young (MPa).K: mdulo de Bulk (MPa).G: mdulo de Rigidez (MPa).

Los datos necesarios para el clculo de las velocidades de onda de cada muestra se presentan en el siguiente cuadro.

Cuadro 11. Valores promedio de probetas cilndricas para ensayo de ultrasonidoNoCDIGO DE MUESTRAMASA (gr)Dimetro (cm)ALTURA (cm)rea (cm2)Volumen (cm3)Densidad (gr/cm3)

1M2- S2379,04,89,918,85186,6152,0

2M3-S2373,54,810,318,09186,3272,1

3M6-S1387,74,910,418,85196,0402,1

4M7-S3389,74,910,218,85192,2702,0

5M8-S3387,04,99,918,85186,6152,2

6M9-S2389,24,910,318,85194,1552,0

7M10- S1S2414,34,910,418,85196,0402,1

Fuente: resultados de estudio.. Cuadro 11. (Continuacin)8M12-S1S2403,74,910,118,85190,3852,2

9M13- S1368,94.810,118,09182,7092,0

10M15- S2389,84,810,518,09189,9452,1

11M16- S3397,64,910,118,85190,3852,1

12M17- S1374,24,810,218,09184,5182,0

13M18- S2380,74,810,118,09182,7092,2

14M19- S2387,44,810,018,09180,9002,1

15M20- S2351,14,79,917,35171,7652,0

16M21- S1393,24,810,418,09188,1362,1

17M24- S1381,04,910,318,85194,1552,0

18M27- S3401,74,810,318,09186,3272,2

19M28- S2375,94,810,218,09184,5182,1


Cuadro 12. Resultados de velocidades de ondas ultrasnicas probetas cilndricasNo.CDIGO DE MUESTRAONDA P, SENTIDO DE ALTURA (m/s)ONDA S, SENTIDO DE ALTURA (m/s)

1M2- S21974,00364,00

2M3-S21151,00528,00

3M6-S1942,00411,00

4M7-S32502,001203,00

5M8-S31719,00732,00

6M9-S21894,00721,00

7M10- S1S22168,00833,00

8M12-S1S22200,001002,00

9M13- S12296,00552,00

10M15- S22626,001094,00

11M16- S32526,00738,00

12M17- S12222,001006,00

13M18- S22579,001152,00

14M19- S21507,00735,00

15M20- S22392,001007,00

16M21- S11182,00566,00

17M24- S12183,00991,00

18M27- S32236,001011,00

19M28- S23259,001600,00

Fuente: resultados de estudio.Grafica 14. Histograma de frecuencias velocidad de onda P (izquierda) y S (derecha)


Las distribuciones tanto de la onda P como la S son simtricas sesgadas a la izquierda. La onda P con un promedio ponderado de 2287,42 y una desviacin estndar de 595.52 y la onda S una media de 855,05 y una desviacin de 308,57.

Mediante el uso del equipo se determinan las velocidades de onda elsticas longitudinales (compresin) y transversales (corte) Vp y Vs, dichas velocidades estn relacionadas con las propiedades mecnicas del material, su resistencia y deformabilidad (ver cuadro 13).

Cuadro 13. Propiedades dinmicas a bajos niveles de deformacin de probetas.No.CDIGO DE MUESTRARelacin de Poisson ()Mdulo de Young "Ed" (KPa)Mdulo de Bulk (KPa)Mdulo de Rigidez "G" (KPa)

1M2- S20,46814000,008163823,00274373,00

2M3-S20,371525586,001909652,00558065,00

3M6-S10,38924426,001309120,00334377,00

4M7-S30,357915463,008767862,002932660,00

5M8-S30,393082803,004648912,001109338,00

6M9-S20,422945064,005801529,001040369,00

7M10- S1S20,414147862,007968690,001467494,00

8M12-S1S20,375829084,007419242,002128872,00

9M13- S10,471804360,009826397,00613980,00

10M15- S20,406850329,0010876866,002455259,00

11M16- S30,453302358,0011808158,001136089,00

12M17- S10,375630052,007267427,002053439,00

13M18- S20,387493176,0010026045,002723923,00

Fuente: resultados de estudio.Cuadro 13. (Continuacin)14M19- S20,343111284,003315683,001157810,00

15M20- S20,395774789,008930439,002073940,00

16M21- S10,351736852,001944557,00642738,00

17M24- S10,375275321,006782612,001924778,00

18M27- S30,376045230,007840950,002203871,00

19M28- S20,3413990071,0014675299,005215834,00


Grafica 15. Histogramas de frecuencias Mdulos dinmicos de la roca.

a. Mdulo de Young b. Mdulo de Bulk

c. Mdulo de rigidez por cortanteFuente: resultados de estudio.

Los tres histogramas son simtricos sesgados a la derecha.

Mdulo de Young media ponderada 4642,00 MPa desviacin de 3175,57. Mdulo de Bulk media ponderada 7330,69 MPa desviacin de 3548,60. Mdulo de Rigidez media ponderada 1686,69 MPa desviacin de 1183,16.Los tres histogramas son simtricos sesgados a la derecha, y los tres presentan una gran desviacin esto implica menor precisin.

Adems se logr determinar que el mdulo de elasticidad dinmico es mayor que el determinado mediante anlisis de curvas de compresin simple, esto debido a que la rpida aplicacin de esfuerzos de baja magnitud hace que la roca tenga un comportamiento puramente elstico.

Ensayo Triaxial. En este ensayo la prueba se somete a un esfuerzo axial 1 y a un confinamiento radial que corresponde a 2= 3= presin hidrulica en la cmara. 1 acta en el eje de la muestra.

1 y 3 obtenido en la prueba triaxial representan las condiciones superior e inferior de confinamiento para el esfuerzo intermedio principal 2, los que se pueden usar como prueba de la influencia de este esfuerzo sobre el debilitamiento de la roca.

Segn Mohr cada punto que se situ en el crculo, representa los estados donde el material se halla intacto y los puntos situados fuera del circulo representan estados en los cuales el material se encuentra destruido o sea, que los valores limites se hallan representados por el circulo mayor del estado tensional.

Grafica 16. Envolvente de Mohr

Los resultados de ensayo triaxial realizados en estudios anteriores se presentan en la grfica 17.Grafica 17. Envolvente de Mohr para sal Gema (Kg/cm2)

Fuente: Anlisis del fenmeno de subsidencia mina de sal de Zipaquir IFI concesin salinas. Hctor Mara Montaa, Luis Henry Navarrete, proyecto ingeniera de minas, 1990.Tn

Mediante los datos obtenidos se determin que la matriz rocosa tiene una cohesin de 38 kg/cm2 (3.73 MPa) y un ngulo de friccin interno de 36.

CLASIFICACIN GEOMECNICA MRMR (Mining Rock Mass Rating)

Las clasificaciones geomecnicas son herramientas de gran utilidad ya que a travs de algunos parmetros medibles e identificados en campo es posible llegar a establecer la calidad del macizo rocoso.

Para este caso se uno la clasificacin del macizo rocoso (MRMR)[footnoteRef:4], diseada por Bienawsky en 1989, para definir la calidad de la roca mediante la cuantificacin de 5 parmetros bsicos. [4: HOEK, Evert. Practical Rock Engineering, Canada, Pag. 47 a 50.]

Resistencia a compresin simple.ndice RQD (rock quality designation).Espaciamiento de discontinuidades.Condiciones de discontinuidades (abertura, separacin, rugosidad relleno, etc.)Condiciones de humedad de la roca.

ndice RQD (Rock Quality Designation). Para definir el parmetro RQD[footnoteRef:5] el cual indica el grado de fracturacin del macizo rocoso, se us la propuesta en funcin del anlisis de paredes de los machones y se determin a partir de la frecuencia de discontinuidades en una longitud de 5m. [5: Ibd. pg. 43.]

Donde

RQD: ndice de calidad de la roca

: Frecuencia de discontinuidades.

Cuadro 14. Calculo del RQD, para cada machn en estudioTipo de rocaMachnNo. de FracturasLongitud medida(Fracturas/m)RQD

Sal GemaMachn 185m1,698,8492






Promedio98,3964


Atreves del clculo del RQD se determin que la roca es de muy buena calidad pero hay que resaltar que el RQD no tiene presente para su determinacin condiciones de discontinuidades como continuidad, abertura, orientacin entre otros.

RQD perforacin columna 2. El ndice RQD puede medirse a travs del anlisis de la perforacin realizada en la columna 2 en direccin W- E y se determina mediante la expresin.

Con medicin se defini que existe entre las secciones extradas de perforacin que superan los 10 cm un total de 7.57 y una longitud de perforacin de 8m.

RQD=94.62, lo cual califica la roca como de buena calidad.

Resultados Clasificacin del macizo rocoso (MRMR). Los resultados obtenidos para la clasificacin MRMR con correcciones para minera se presenta en los cuadros de 15 al 19.

Cuadro 15. Clasificacin geomecnica del MRMR 1989.A. PARAMETROS DE CLASIFICACIN Y SUS VALORES

ParmetroRango de valores

1Resistencia de la roca intactacarga puntual>10 MPa4 - 10 MPa2 - 4 MPa1 - 2 MPaPara este bajo valor - se prefiere la compresin uniaxial

Esfuerzo a la Compresin uniaxial>250 MPa100 - 250 MPa50 - 100 MPa25 - 50 MPa5 - 25 MPa1 - 5 MPa

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TEXTO Factores Inciden Desestabilizacion Columnas Catedral Sal Zipaquira