Diseño Geomecánico del Portal de Ingreso del Proyecto Panteón Norte Mediante el Método de Elementos Finitos para Evaluar el Riesgo de Caída de Rocas

Abstract

Esta investigación aborda el riesgo de caída de rocas en el portal de ingreso del proyecto minero Panteón Norte, ubicado en un entorno geológico complejo caracterizado por litologías volcánicas alteradas, suelos saprolíticos y estructuras discontinuas activas. Mediante una caracterización geológica y geomecánica integral —basada en más de 2000 metros de sondajes diamantinos, mapeo estructural y ensayos de laboratorio— se identificaron zonas críticas con baja calidad del macizo (RMR < 35), especialmente en transiciones litológicas donde se concentra el riesgo de inestabilidad.

Para mitigar este riesgo, se aplicó un modelo geomecánico utilizando el método de elementos finitos (MEF), mediante los softwares Phase2 y RS2, simulando condiciones estáticas y pseudoestáticas. Las simulaciones revelaron concentraciones de esfuerzos de hasta 3.0 MPa y desplazamientos máximos de 5 cm en la corona del portal. El modelo numérico fue calibrado a partir de información mecánica del macizo obtenida mediante ensayos de laboratorio y análisis estructural, permitiendo representar con fidelidad el comportamiento esperado frente a excavación y cargas externas.

Con base en estos resultados, se propuso un sistema de sostenimiento compuesto por cimbras metálicas, pernos Swellex MN24, concreto lanzado (10–15 cm) y mallas metálicas galvanizadas, el cual fue evaluado numéricamente, alcanzando factores de seguridad superiores a 1.5 en condiciones estáticas y mayores a 1.3 en condiciones sísmicas. Las zonas plastificadas identificadas respaldan la necesidad de aplicar refuerzos localizados, confirmando la efectividad del diseño propuesto para entornos geomecánicos heterogéneos.

Si bien el análisis se centró en la estabilidad mecánica, se recomienda en etapas futuras incorporar modelamientos tridimensionales y sistemas de monitoreo geotécnico en tiempo real para validar deformaciones proyectadas y optimizar la respuesta del sostenimiento. En conclusión, esta propuesta metodológica constituye una solución técnica viable, replicable y ajustada a contextos volcánicos con alta variabilidad geológica, contribuyendo significativamente a la seguridad operacional y a la sostenibilidad de proyectos mineros subterráneos.

This study addresses the rockfall risk at the entrance portal of the Panteón Norte mining project, located in a complex geological setting characterized by altered volcanic rocks, saprolitic soils, and active structural discontinuities. Through an integrated geological and geomechanical characterization—based on over 2000 meters of diamond drilling, structural mapping, and laboratory testing—critical rock mass zones of low quality (RMR < 35) were identified, particularly in lithological transition areas with a high likelihood of instability.

To mitigate this risk, a geomechanical model was developed using the finite element method (FEM) through Phase2 and RS2 software, simulating both static and pseudo-static conditions. The simulations revealed stress concentrations of up to 3.0 MPa and maximum displacements of 5 cm at the crown of the portal. The numerical model was calibrated using mechanical and structural data obtained from laboratory tests and field analyses, allowing an accurate representation of rock mass behavior under excavation and external loads.

Based on these results, a support system was proposed consisting of steel sets, Swellex MN24 bolts, shotcrete (10–15 cm), and galvanized wire mesh. This system was evaluated numerically, achieving safety factors greater than 1.5 under static conditions and above 1.3 under seismic conditions. The identified plasticized zones support the need for localized reinforcements, confirming the effectiveness of the proposed design for heterogeneous geomechanical environments.

Although this research focused on mechanical stability, future stages are recommended to incorporate three-dimensional modeling and real-time geotechnical monitoring systems to validate predicted deformations and improve support response. In conclusion, the proposed methodology provides a practical, replicable, and technically robust solution for controlling rockfall in underground mining operations, especially in volcanic regions with high geological variability.