ANALISIS DE ESTABILIDAD DE CASERONESClara TapiaElas ValverdeCesar SalinasAndrs Bugueo
Ingenieria de Mecanica de RocasEnero 2015
Resumen EjecutivoPara el desarrollo del siguiente proyecto, se solicito a la empresa CGRV CONSULTORES el analisis conceptual para la posterior caracterizacion geotecnica y geomecanica de un yacimiento precordillerano de la zona norte de nuestro pais. Para lograr los objetivos sealados, se realizarn las siguientes actividades:
Se utilizaron los software RocLab , Unwedge y Phase2.
Caracterizacin Geotcnica de las propiedades de la roca Intacta para ambos tipos de roca (Andesita y Brecha).
A partir de los estados Tensinales Insitu se obtuvieron los Estados de esfuerzos.
Etapas de trabajo
Caracterizacion Macizo RocosoDeterminacin de Propiedades de la Roca. (Intacta Macizo Rocoso)Determinacin de esfuerzosDeterminacion de fortificacionConclusiones
Clasificacion del macizoCaracteristicas de las UnidadesEl lugar de inters para el proyecto, consta principalmente dos unidades litolgicas: andesitas (AD) y Vetas de cuarzo-oro (VX). Una planta ubicada 500 m bajo la superficie, como se muestra en la figuran de mas abajo. Las vetas se presentan en forma perpendicular, dentro del cuerpo andestico. Densidades de los tipos litolgicos del lugar. Veta es 3.0 (ton/m3) y Andesita es 2.7 (ton/m3), 50 grs. /ton, ley media de oro presente.
Clasificacin del macizoDentro de las caractersticas fsicas del yacimiento, se presentan, ambas vetas con una altura promedio de 150 m en toda su extensin.Una presenta una potencia real media de 54 m y la otra, 46 m.Presentando una extensin aprox.de 850 m y 1300 m respectivamente.Segn la planta presentada, ambas vetas presentan fuertes variaciones en su orientacin, como se muestra en la siguiente tabla.
*Veta1Veta 2
Clasificacion del macizoComo resumen de las orientaciones que presentan las vetas podemos resumir que:
La Veta 1 presenta los siguientes rumbos:N 53 EN 31 ENS
La Veta 2 presenta los siguientes rumbos:N 63 EN 35 ON 59 O
Clasificacin del macizoCaractersticas de la UnidadesVeta: Segn su grado de fracturamiento el cual es de 1 a 2 ff/m nos encontramos con una roca muy masiva. Estos sistemas se presentan con relleno de cuarzo y sin alteracin. La densidad de la veta se estima en 3.00 Ton/m3 y se encuentra a una profundidad de 500 m desde la superficie.Andesita: Presenta un grado de fracturamiento de 6 a 8 ff/m lo que representa una roca entre masiva a fracturada. La densidad es de 2.70 Ton/m3 y se encuentra a una profundidad de 500 m desde la superficie.Ambas unidades se presentan secas.
Clasificacin del macizoGEOTECNIAEl rea que se requiere analizar, se encuentra ubicada en un sector de roca clasificada geotcnicamente como buena en Andesita y muy buena en veta, en el sistema RMR (Laubscher 1990).
Clasificacin del macizoMediante este anlisis obtenemos una tabla resumen:
LITOLOGIACLASIFICACIONRANGOAndesitaRMR Laubsher 199059 - 69GSI65 - 75VetaRMR Laubsher 199078 - 85GSI50 - 60
Determinacin de propiedades para roca intacta A travs de los esfuerzos entregados por la empresa, se obtienen los parmetros de roca intacta, para ambas litologas: VETA ANDESITA
VETA
Determinacin de propiedades para el macizo rocosoVETA
Determinacin de propiedades para el macizo rocosoANDESITA
Determinacin de EsfuerzosEsfuerzos de la zona entregados por la empresa
Determinacin de EsfuerzosGracias a los estados tensinales In Situ entregados se pudo obtener a travs de calculo, el estado tensional en la direccin X, Y y Z, donde Y representa en Norte, X el Este y Z la Vertical. Se hizo cada medicin por separado, como se puede observar las mediciones no varan mucho en direccin, inclinacin y magnitud, pero debemos determinar el tensor mas conveniente para el propsito de este trabajo. De esta informacin se hicieron los clculos correspondientes, obteniendo tres tensores, los cuales son:
Medicion 1Medicion 2MEDICION 3Medicion 3
24,5210,79-10,5xyz10,7922,2-1,74-10,5-1,7441,66
18,342,86-10,35xyz 2,8621,314,75-10,354,7539,94
18,717,85-11,25xy 7,8524,913,44-11,253,4446,38
Determinacin de EsfuerzosEl resultado de los tres tensores de esfuerzos se eligi el generado por la muestra nmero uno, debido a que la magnitud de x es mayor que la de y, esto es similar a la situacin geolgica de compresin subductiva del pas, donde el esfuerzo mayor se origina en la direccin Este-Oeste. 1 = 22.8 Mpa
ANALISIS DE ORIENTACION DE ESTRUCTURASSe analizan las estructuras de acuerdo a la posible orientacin de la galeras de produccin y transporte, observando los lugares en que se generan las diferentes cuas.Se ingresan los sistemas estructurales al Software UNWEDGE, Observando las combinaciones que arrojan cuas con valores bajos de seguridad.Este anlisis se hizo para cada orientacin de ambas vetas, para as obtener valores aproximados a lo largo de todo el cuerpo mineralizado.
ANALISIS DE ORIENTACION DE ESTRUCTURASLa Veta 1 Direccin N 53 E
ANALISIS DE ORIENTACION DE ESTRUCTURAS
La Veta 1 Direccin N 31 E
ANALISIS DE ORIENTACION DE ESTRUCTURASLa Veta 1 Direccin NSLa Veta 1 Direccin NS
ANALISIS DE ORIENTACION DE ESTRUCTURASLa Veta 2 Direccin N 63 E
ANALISIS DE ORIENTACION DE ESTRUCTURASLa Veta 2 Direccin N 35 OLa Veta 2 Direccin N 35 O
ANALISIS DE ORIENTACION DE ESTRUCTURASLa Veta 2 Direccin N 59 OLa Veta 2 Direccin N 59 O
ANALISIS DE ESTABILIDAD DE CASERONESPara determinar las dimensiones del o los caserones, se procedi a analizar la estabilidad del casern mediante la metodologa de Nickson 1992, en la cual mediante el Nmero de Estabilidad N, se obtiene el radio hidrulico, del cual se derivan las dimensiones de una de las fronteras del casern.
N = Q x A x B x CPara la Veta de Cuarzo-Oro que tiene un RMR, (80), se obtiene un valor de Q igual a 78,57 , que corresponde a una roca buena a muy buena.
Determinacin del factor A
1 = 15,2 MPac = 128 MPa128/15,2 = 8,42 A = 0,1125*8,42 0,125 = 0,82
ANALISIS DE ESTABILIDAD DE CASERONESDeterminacin del factor B
La estructura crtica en nuestro caso tiene 66 y el manteo de la veta es de 90, por lo tanto la diferencia es de 24.Por lo anterior y ocupando el grfico se obtiene un valor para B = 0,20
Determinacin del factor C
Corresponde a un ajuste por efecto de la gravedad:C = 8 6 * cos ( )En ste caso el ngulo es de 90, por lo tanto el valor de C = 8
ANALISIS DE ESTABILIDAD DE CASERONES
ANALISIS DE ESTABILIDAD DE CASERONESANALISIS DE ESTABILIDAD DE CASERONESA partir de los esfuerzos inducidos por la excavacin se busco por mtodo de prueba y error (hacer modelos hasta que resulte) la distancia de un crown pilar que cumpla con el criterio de aceptabilidad. Este crown pilar debe tener un espesor de 50m para as asegurarnos un FS de 1.57.
ANALISIS DE ESTABILIDAD DE CASERONESCuando se hace el anlisis de la galera de transporte, en cuanto a su efecto sobre la galera undercut, se generan en dicha galeria sobre excavaciones entre los 50 y 55 cm. en ambas profundidades.
ANALISIS DE ESTABILIDAD DEL PILAR*Despus de obtener valores se obtienen factores de seguridad, para cada profundidad y distintas medidas de pilares, obteniendo los siguientes resultados:
Pilares AceptablesProfundidadAnchoFactor de Seguidad380202,78430202,46500202,11580201,82500252,41580252,07660251,82500302,68580302,31660302,03
Grfico1
20
20
20
20
25
25
25
30
30
Profundidad
Espesor pilar
Espesor de pilar entre caserones
Diseo
Calculo RMR
RMR:81Altura Caseron41m
Ancho Veta49m
620
570
500
420
Unidad GeotcnicaWeff4.08340
VetaW^0,52.02230
RMR81.00H^0,713.46120
IRS128.0050
PIRS14.00
RMS86.40
DRMS78.00Pilares Aceptables
Ponderadores DRMSAncho PilarResistencia del PilarProfundidad del pilar (m)Esfuerzo Vertical (Mpa)AnchoProfundidadFactor de SeguridadProfundidadAnchoFactor de Seguridad
Cw1517.4638011.785 metros3801.48380202.78
C00.901023.6243013.334301.31430202.46
Cb0.91527.7850015.55001.13500202.11
2032.7758017.985800.97580201.82
2537.2966020.466600.85500252.41
3041.4677023.877700.73580252.07
3543.4388027.288800.64660251.82
4045.1195029.459500.59500302.68
4546.5510 metros3802.01580302.31
5047.824301.77660302.03
5001.52
5801.31
6601.15
7700.99
8800.87
9500.80
15 metros3802.36
4302.08
5001.79
5801.54
6601.36
7701.16
8801.02
9500.94
20 metros3802.78
4302.46
5002.11
5801.82
6601.60
7701.37
8801.20
9501.11
25 metros3803.17
4302.80
5002.41
5802.07
6601.82
7701.56
8801.37
9501.27
30 metros3803.52
4303.11
5002.68
5802.31
6602.03
7701.74
8801.52
9501.41
35 metros3803.69
4303.26
5002.80
5802.42
6602.12
7701.82
8801.59
9501.47
40 metros3803.83
4303.38
5002.91
5802.51
6602.20
7701.89
8801.65
9501.53
50 etros3804.06
4303.59
5003.08
5802.66
6602.34
7702.00
8801.75
9501.62
Diseo
Pilar 5m
Pilar 10m
Pilar 15m
Pilar 20m
Pilar 25m
Pilar 30m
Pilar 35m
Pilar 40m
Profundidad
Factor de Seguridad
Factor de seguridad de pilares en profundidad sin fortificacion
Fortificacion
Profundidad
Espesor pilar
Espesor de pilar entre caserones
Metodo Grafico De Estabilidad
Luz Galeria3.5m
Q
6.3
2.4
ESR
Permanente1.3
Temporales5
Tensor de esfuerzos 1
METODO GRAFICO DE ESTABILIDAD
Altura CaseronQABCNRadio Hidraulico Maximo EstableRadio Hidraulico Maximo Estable con soporte
Altura Caseron255070100140255075100140255075100140255075100140255075100140
Hanging Wall9.6652.52.5702.41.01.01.01.01.00.255.53.41.01.01.01.03.82.52.52.52.597.4117.47.4
Techo20263033381006.30.40.30.30.20.20.226.70.40.40.30.24.9221.81.510.56.56.56.26
FootWall86552.51755.11.01.01.01.01.00.255.53.42.52.52.52.53.84.34.34.34.398.98.98.98.9
DATOS DE GEOLOGIAAncho Veta (m)2020202020
OUTPUT PHASE2Pared Lateral28.867513459557.73502691980.8290376865115.4700538379161.6580753731
7.291666666711.6666666667142828
ZONA SIN SOPORTELargo (m)9.02416885642.07176815412.05074272272.03525159162.025053540153.84615384623.33333333333.03030303032.6315789474
Volumen Kton15.63031895537.17681540889.945573649114.100636651519.641975469621.87529.1666666667353570
ZONA CON SOPORTELargo (m)47.813627671919.901662109430.227229596716.97582082916.2915080389
Volumen Kton82.815632421968.9413798572146.5942728139117.6119367043158.0192300699
OPTIMO A UTILIZAR
DISEO DE SOPORTE
MaxMinPromPared Colgante
RQD867078583.1415926536180
Jn15151515
RQD/Jn5.73333333334.66666666675.23.8666666667
Por medio del metodo grafico de estabilidad buscamos el radio hidraulico que nos permite buscar la mejor opcion de caseron. Los distintos graficos muestran como varia el largo del caseron con la altura, tanto para un caseron autosotenido como para un case
NRh
0.151.9676769433
0.26.12.4770445952
0.56.93.7040265625
17.54.9966
296.1672
59.817.509
1011.2571.228
2012.534072.996
5014.56878349.94
0.7
Tensor de esfuerzos 1
3.84.9
2.52
2.52
2.51.8
2.51.5
Hanging Wall
Techo
Altura (m)
Radio Hidraulico
Radio Hidraulico Vs Altura
Resultados Tensor de Esfuerzos
ZONA ESTABLE
ZONA CON SOPORTE
Altura (m)
Largo (m)
Largo de Caseron (grafico 1)
Hoja1
15.630318955382.8156324219
7.176815408868.9413798572
9.9455736491146.5942728139
14.1006366515117.6119367043
19.6419754696158.0192300699
ZONA ESTABLE
ZONA CON SOPORTE
Altura (m)
Toneladas (Kton)
Tonelaje de Caseron (Grafico 2)
vERIFICACION E ESFUERZOS
LARGO CASERON
TONELAJE CASERON
Altura (m)
Toneladas (Kton)largo (m)
Tonelaje y Largo (grafico 3)
ERR1
0.1
0.2
0.5
1
2
5
10
20
50
Rh
Radio Hidraulico
Numero de Estabilidad N
Abaco de Estabilidad
ERR2
5
6.1
6.9
7.5
9
9.8
11.2
12.5
14.5
ERR3
11/25/05
Profundidad:1000m
MAG (MPa)AZ ( )INCL. ( )AZ. GALERIAPQTHETA - PTHETA - QP/Q
GRADOS ()XYYZXZ
1. PRINCIPAL ( S1 ) :43.700358.00010.000OBSERVAR GRAFICO
SIGMA - XX :-24.529SIGMA - XY :-10.787P :-34.216-41.822-46.649CORRESPONDIENTE
2. INTERMEDIO ( S2 ) :29.90093.00028.00089.934SIGMA - YY :-22.204SIGMA - YZ :-1.744Q :-12.517-22.049-19.547A LOS DATOS
89.963SIGMA - ZZ :-41.667SIGMA - XZ :-10.497THETA-P :41.92484.92164.612
3. MENOR ( S3 ) :21.400250.00060.000Esfuerzos PrincipalesSmboloMagnitudAzimutInclinacin89.906THETA-Q :131.924174.921154.612
Representativos(Mpa)
Mayor43.700358.00010.000SISTEMA DERECHASYYZ
Intermedio29.90093.00028.000
Menor21.400250.00060.000XZX
ANALISIS ANISIOTROPIA
G11 - AG9 - AG7 - AXX'XZ'PQOP - A
ANALISIS DE ESTABILIDAD DEL PILARComo se observa, el mejor pilar es de 20 m, que se confirmo con el software PHASES 2, el cual nos entrega valores similares, con factores de esfuerzos de acuerdo a la aceptabilidad FS =1.6.
ANALISIS DE ESTABILIDAD DEL PILAR*Finalmente se obtienen las distancias del casern y pilar.CaseronPilar
Altura41 mAncho49 mLargo25 m
Altura41 mAncho49 mLargo20 m
Fortificacion
FortificacionFortificacin en el Casern
Para determinar la fortificacin del casern se utiliz la metodologa de Nickson (1992), para la cual se necesita saber el Radio Hidrulico de cada una de las fronteras, el RQD y el parmetro Jn de la clasificacin del macizo rocoso de Barton. Estos valores se muestran a continuacin:
FronteraRhRQDJn(RQD/Jn)/RhDensidad de Cables de Anclaje [Cables de Anclaje/m2]Patter [m]Cajas8,6690150,690,331,7 x 1,7Techo9,3090150,650,341,7 x 1,7
FortificacionSe utilizara como fortificacin para el casern, cables de 80ton anclados en el extremo, ubicados cada 7m a lo largo de la galera, tal como indica el mtodo grafico de estabilidad, utilizando un criterio conservador.
FortificacionLos cables Irn desde la galera de transporte hacia la veta y desde la galera de produccin hacia la caja yacente, de manera de otorgar mayor seguridad al crown pilar existente.Cables desde galera de transporteCables de 80ton desde Gal. De Produccin, instalados antes de la explotacin de la veta
Fortificacin temporal de galerasPara la fortificacin de la galera de produccin se utilizara perno split set de 30ton y 1.5 y 2.5m de largo, espaciados en 1.5 m en un plano perpendicular a la galera y en 2.5m a lo largo de la galera. La disposicin de los pernos es como indica la siguiente figura, de manera de tener todas las zonas aseguradas.Podemos ver que todos los factores de seguridad son altos
ConclusionesDimensiones del casern se obtuvieron en base a la metodologa de Nickson 1992. y se confirmaron generando el modelo en Phase2.Los esfuerzos inducidos llegan a 55 MPa en la direccin EW y llegan a ser el doble de los esfuerzos insitu.Las galeras del casern con techo a los 500 mts se presentan estables, a lo ms con una pequea sobrexcavacin.El casern con techo a los 500 mts se presenta estable.Los caserones tendrn dimensiones de 70m de alto, ancho de la potencia de la veta, aproximadamente 20m y una profundidad de 30m. Todos estos parmetros calculados en base al baco de Nickson.
ConclusionesA partir de los 800m los caserones disminuirn su altura a 50m aumentando su largo en 5m, de manera de mantenerse estables en profundidad y evitar pilares muy extensos. Con estas condiciones, los crown pillars seguirn con un espesor de 40mLos caserones sern fortificados desde las galeras de transporte y cruzados E/W entre estos. Esto se realizara por medio de paradas de hasta 8 cables de 80ton, espaciadas en 7m, que llegaran hasta el casern.
ConclusionesLos pilares obtenidos presentan factores de seguridad mayores a 1.3 en la mayora del rea del pilar, excepto en algunas zonas, donde los posibles descascaramientos o desprendimientos sern controlados por la fortificacin existente.El crown pillar dejado entre casern y casern ser de 40m verticales, esto determinado a partir de los esfuerzos inducidos por el casern.
GRACIAS