cavernas caserones y pilares

Prosecución de Estudios Ingeniería Civil de minas

USACH

Preparado por:

Luis A. Quiñones Avaria

CAVERNAS, PILARES Y CASERONES

AÑO 2013

CAVERNAS

LITOLOGIA

CAVERNAS

RMR

ANALISIS A REALIZAR

• Esfuerzos•Estructural


USACH


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INSTRUMENTACIÓN

TAREA N°2Se diseña construir una caverna de sección 20 X 20 m. y longitud L=30 m a una distancia de 10 m. de una antigua caverna de sección 30 X 30 m. ci=150 Mpa mb = 8 s = 0 ,0067

20 m

15 m

30 m 20 m

10m

30 m

20 m

PILARES EN MINA SUBTERRANEA


USACH


USACH

DISEÑO DE PILARES


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DISEÑO DE PILARES

REDISTRIBUCIÓN DE ESFUERZOS

Determinación de esfuerzos en un pilar mediante la teoría AREA TRIBUTARIA

Determinación de esfuerzos en un pilar mediante la teoría AREA TRIBUTARIA

Donde: σp= Esfuerzo promedio en el pilarPzz= Esfuerzo vertical in-situ


USACHRESISTENCIA DE PILARES

Relación entre ambas formulas para pilares cuadrados

Formula Hardy & Agapito 1977

So= Parámetro de resistencia del macizo rocosoV= Volumen del pilarh= Altura del pilarWp=ancho del pilar

Resumen formulas para Pilares de Carbón

Indice RMRLaubscher (1996)

DRMS= RMS X AJUSTES ( Esfuerzos , Alteración, tronadura)

CALCULO DE RESISTENCIS DE PILARES METODO DE LAUBSCHER (1990)

Resistencia del pilar

K=DRMS en MPa W=4X Área del Pilar Perímetro del pilar

H=Altura del pilar (m)

MODOS DE DEFORMACIÓN EN UN PILAR

Esquema de evolución de fractura y falla en un pilar según Lunder y Pakalnis (1997)

S= Resistencia del pilarK= reemplazado por Co resistencia del macizo rocoso para este caso es 0,44

DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA DEL PILAR

Ecuación de Lunder y Pakalnis(1997)

DISEÑO DE PILARES

Factor de Seguridad =FS

FS= S ( resistencia del pilar) σp ( Esfuerzos promedio en el pilar)

FS> 1,4 estables FS> 1,6 para pilares permanentes


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CASERONES

•Caracterización Geotécnica y Geomecánica


USACH

o


USACH

Emplazamiento

N

S

W

E

Columnas de Roca

ContactoPrimario - Secundario

Relleno Actual

250 m 280 m230 m

Grupos Litológicos

CHIMENEA

GRANITOIDE

PÓRFIDO

BRECHA

CASERON CENTRAL

Valores de Resistencia por GrupoLitológico (UCS) y Condición de Esfuerzos

GRUPO COLOR LITOLOGIASUCS TIPICO – ROCA

PRIMARIA (MPa)UCS TIPICO – ROCA SECUNDARIA (MPa)

BRECHAS BXMGD 150 130

INTRUSIVO GRDB 145 125

PORFIDOS PDL, PQM, PFELD 160 140

CHIMENEAS CHRIOL, CHDAC 93 -

ESFUERZOS PRINCIPALES

MPa AZIMUT(°) INCLINACIÓN (°)

σ1 30 288 14

σ2 17.2 18 1

σ3 12.4 189 75

Frecuencia de FracturasCOLOR VALORES

0-3 f/m

0-3 vet yeso/m

4-7 f/m

4-7 vet yeso/m

8-14 f/m

8-14 vet yeso/m

15-22 f/m

> 22 f/m

RMR Laubscher

Caracterización Estructural

ANÁLISIS GEOMECÁNICO CASERONES ANÁLISIS GEOMECÁNICO CASERONES

•Análisis de estabilidad de los Caserones por Métodos Empíricos

Ingeniería de Ejecución de Minas

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Q System (Barton et al, 1974)

RQD - Rock quality designation 10-100 Jn - Joint set number 0.5-20 Jr - Joint roughness number 0.5-4 Ja - Joint alteration number 0.75-20 Jw - Joint water reduction factor 0.1-1 SRF - Stress reduction factor 0.5-400

RDQ Jr Jw

Jn Ja SRFxxQ' =

Mathews’ Stability Number, N

UNIDAD 1 GEOLOGIA-GEOMECANICA BASICA

1. RQD (Designación de Calidad de la Roca) RQD 2. Número de Sistemas de Fracturas JN

A Muy Pobre (> 27 fracturas por m3) 0-25 A Masivo o con pocas fisuras. 0,5-1,0

B Pobre (20-27 fracturas por m3) 25-50 B Un sistema de fracturas. 2

C Moderada (13-19 fracturas por m3) 50-75 C Un sistema de fracturas más otras aleatorias. 3

D Buena (8-12 fracturas por m3) 75-90 D 2 sistemas de fracturas. 4

E Excelente (0-7 fracturas por m3) 90-100 E 2 sistemas de fracturas más otras aleatorias. 6

Nota: i) Donde el RQD es registrado o medido como menor o igual a 10 (incluyendo el 0), F 3 sistemas de fracturas. 9

el valor 10 es usado para evaluar el Q. G 3 sistemas de fracturas más otras aleatorias. 12

ii) Intervalos de 5, por ejemplo: 100, 95, 90, etc., dan un grado de exactitud suficiente. H 4 o más sistemas de fracturas, fracturación densa y aleatoria, etc. 15

iii) RQD = 115 - 3,3JV (En los túneles PRV se usa el FF en reemplazo del JV). J Roca triturada, terregal. 20

Nota: i) Para intersecciones en túneles, use 3*JN.

JR ii) Para portales, use 2*JN.

a) Contacto entre las paredes.

b) Contacto entre las paredes después de un cizalle menor a 10 cm.

A Fracturas discontinuas. 4

B Rugosas o irregulares y onduladas. 3 a) contacto entre las paredes (sin minerales de relleno solamente costras).

C Lisas y onduladas. 2 A Relleno soldado, duro, inablandable, impermeable, p.e., cuarzo o epidota. 0.75

D Estriadas (slickensided) y onduladas. 1.5 B Paredes de las fracturas inalteradas, solo con superficies manchadas. 1

E Rugosas o irregulares, pero planas. 1.5 C Paredes ligeramente alteradas. Con recubrimiento de minerales 2

F Lisas y planas 1 inablandables, partículas arenosas, roca triturada sin arcilla, etc.

G Estriadas (slickensided) y planas. 0.5 D Recubrimiento limoso o areno-arcilloso, pequeñas fracciones de arcilla 3

Nota: La descripción se refiere a escalas pequeñas e intermedias, en ese orden. (inablandable).

c) No hay contacto entre las paredes al producirse el cizalle. E Recubrimiento de arcillas ablandables o de baja fricción, p.e., caolinita o mica, 4

H Zona que contiene minerales de arcilla, de espesor suficiente para 1 también clorita, talco, yeso, grafito, etc., y pequeñas cantidades de arcilla

impedir el contacto de las paredes. expansivas (recubrimiento sin continuidad de 1- 2 mm de espesor o menos).

J Zona arenosa, de grava o roca triturada, de espesor suficiente para 1 b) Contacto entre las paredes, antes de 10 cm de cizalle (delgado relleno mineral).

impedir el contacto de las paredes. F Partículas arenosas, roca desintegrada sin arcilla, etc. 4

Nota: i) Se añade 1 se el espaciamiento medio del set de fracturas más relevantes es G Rellenos arcillosos muy consolidados, duros (continuos pero < 5 mm de espesor). 6

mayor a 3 m. H Rellenos arcillosos de mediana a baja consolidación, blandos (continuos, pero 8

ii) JR= 0,5 se puede usar para fracturas planas y estriadas, y que estén alineados menor a 5 mm de espesor).

con la condición de que estas estén orientadas para resistencia mínima. J Rellenos de arcillas expansivas, p.e., montmorillonita (continuos pero < 5 mm 6

espesor). El valor de JA depende del porcentaje de partículas tamaño arcilla

6. Factor de Reducción de Esfuerzos SRF expansiva.

a) Zonas de debilidad que intersecta la excavación y que pueden causar que el c) Sin contacto entre las paredes después de el cizalle (rellenos de mineral)

macizo se desestabilice cuando se construye el túnel. K Zonas o capas de roca desintegrada o triturada. Fuertemente consolidada. 6

A Múltiple ocurrencia de zonas de debilidad, que contienen arcillas o roca quí- 10 L Zonas o capas de arcillas y roca triturada o desintegrada. 8

micamente desintegrada, roca de contactos muy mala (a cualquier profundidad). Relleno mediano o bajamente consolidado o blando.

B Zonas únicas de debilidad, que contienen arcillas o roca químicamente desin- 5 M Zonas o capas de arcillas y roca triturada o desintegrada. 8-12

tegrada (profundidad de la excavación < 50 m). Arcilla expansiva. El JA depende del porcentaje de partículas tamaño

C Zonas únicas de debilidad, que contienen arcillas o roca químicamente desin- 2,5 arcilla expansiva.

tegrada (profundidad de la excavación > 50 m). N Zonas o capas continuas de arcillas fuertemente consolidadas. 10

D Múltiples zonas de cizalle en roca competente (sin arcilla), con perdida de 7,5 O Zonas o capas de continuas de arcillas. Mediana a bajamente consolidadas. 13

de roca en los contactos (cualquier profundidad). P Zonas o capas continuas de arcillas. Arcilla expansiva. El JA depende 13-20

E Zonas únicas de cizalle en roca competente (sin arcilla); profundidad < 50 m. 5 del porcentaje de partículas tamaño arcilla expansivas.

F Zonas únicas de cizalle en roca competente (sin arcilla); profundidad > 50 m. 2,5

G Fracturas débiles y abiertas, fracturamiento intenso (cubo de azucar) 5

(a cualquier profundidad). 5. Factor de Reducción por Agua en las Fisuras JW

b) Roca competente, problemas de esfuerzos. A Excavación seca o infiltración menor, p.e. <5l/min localmente 1

H Esfuerzo bajo, cerca de la superficie. 2,5 (húmedo o un poco de goteo).

J Esfuerzos mediano, condición de esfuerzo favorable. 1 B Infiltración o presiones medianas, con lavado ocasional de los rellenos 0.66

K Esfuerzo grande, estructura muy cerrada. Generalmente favorable para la esta- 0,5-2 de las fracturas (principalmente goteo)

M Lajamiento y "rock burst" después de unos pocos minutos en roca masiva. 50-200 D Gran infiltración o presión alta, considerable lavado de los 0.33

N Fuerte "rock burst" y deformación dinámica inmediata en roca masiva. 200-400 rellenos.

c) Roca deformable (squeezing rock): flujo plástico en roca competente E Infiltración o presión excepcionalmente alta con las voladuras, 0,2-0,1

bajo la influencia de presiones altas. decayendo con el tiempo.

O Deformación moderada. 5-10 F Infiltración o presión excepcionalmente alta en todo momento. 0,1-0,05

P Deformación alta. 10-20 Nota: i) Los factores C a F son estimaciones groseras. Se incrementa

d) Roca espansiva (swelling rock): la acción química expansiva depende de el JW si se mide en drenes instalados.

la presencia de agua. ii) Los problemas causados por el hielo no son considerados.

R Expansión moderada. 5-10

S Expansión alta. 10-15

Nota: i) JR y JA es aplicado al set de fracturas o discontinuidades que es menos favorable para la estabilidad desde el punto de vista de la orientación y resistencia al cizalle

ii) JV es la cantidad de fracturas por unidad de volumen, que se estima sumando la cantidad de fracturas por metro de cada sistema de fracturas.

ii) JV es la cantidad de fracturas por unidad de volumen, que se estima sumando la cantidad de fracturas por metro de cada set de fracturas.

JN JA SRF















A Fracturas discontinuas. 4


















































JN JA SRF












3. Número de Rugosidad de las Fracturas JR ii) Para portales, use 2*JN.



A Fracturas discontinuas. 4 4. Número de alteración de las Fracturas. JA


















































JN JA SRF















A Fracturas discontinuas. 4 4. Número de alteración de las Fracturas. JA


















































JN JA SRF


N = Q x A xB xC

Estimación I

V

H=W/2

W

K = / V

I = S x

Induced stresses in the cave back

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1 1.25 1.5 1.75 2 2.25 2.5

K

Ind

uce

d S

tre

ss F

act

or,

S


N = Qx A x B xC


N = QxAxBxC

GRAFICO DE ESTABILIDAD

Extended Mathews Stability Chart

0.001

0.010

0.100

1.000

10.000

100.000

1000.000

1 10 100

Shape Factor, S or Hydraulic Radius (in metres)

Sta

bili

ty N

um

be

r, N

STABLE

FAILURE

MAJOR FAILURE

CAVING

STABLE

FAILURE & MAJOR

HendersonEl Teniente

Northparkes E26L1

Shabanie

Salvador

Andina

CAVING

Legend

Northparkes E26 L2

•Análisis de estabilidad de los caserones por esfuerzos

Esfuerzo Principal Mayor (σ1)

Comentarios:Comentarios:

Se observan algunos sectores con mayor concentración de esfuerzos en el techo d elos caserones analizados, valores que bordean los 50 [MPa]

*σ1 insitu = 30 [MPa]

Caserón Central

Caserón Este

Esfuerzo Principal Menor (σ3) Caserones Oeste


Se observan algunos sectores con bajo confinamiento en el techo de los caserones del lado oeste.

Los sectores de mayor desconfinamiento coinciden con las cajas de los caserones y con la cercanía al contacto primario-secundario en algunos puntos

*σ3 insitu = 12.4 [MPa]

Contacto Primario-Secundario


El Factor de Seguridad en el techo de los caserones presenta valores que bordean 1.1 a 1.3 en el sector de material primario, sin embargo en el sector de secundario algunos sectores del techo presentan valores menores a 1.0

*Criterio de aceptabilidad Pilares: FS ≥ 1.3

Factor de Seguridad (FS)

15 [m]

12 [m]

Caserón Central

Caserón Este

•Análisis de estabilidad de los caserones por estructuras

ANÁLISIS DE CUÑAS CASERON ESTEANÁLISIS DE CUÑAS CASERON ESTE

ANALISIS DE CASERONES

Ejercicio: Determinar la estabilidad de dos Caserones de ancho 30 m. alto 50 m. y largo 60 m. en roca granodiorita.GDRB I : GSI = 60 σci= 150 Mpa Em=20 GPa v=0,22Esfuerzos : H = 600 m , KN-S = 1,2 , K E-W=1,5

50 m

50 m

15 m

E

Z

N

80°

TAREA N°3Determinar por métodos empíricos la estabilidad de un caserónde dimensiones ancho: 40 m, alto :60 m y 100 m de longitud

Propiedades

Profundidad: 250 m.c= 120 Mpaγ=2,7 t/m3K E-W=2

NE

0m

1m

0,25

0,75

0,5

cavernas caserones y pilares

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