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