IMPORTANCIA Y APLICACIN DEL IN-PUT DE LAS MEDICIONES DE ESFUERZOS IN SITU, EN EL MODELAMIENTO NUMRICO POR: Ing. Miguel A. Chvez M.

INTRODUCCIN

PARMETROS IN PUT PARA MODELOS GEOMECNICOS.

PROPIEDADES DEL MACIZO ROCOSO.

ESTADO DE ESFUERZOS IN SITU.

MEDICIN DE LOS ESFUERZOS IN SITU.

INFLUENCIA DE LOS ESFUERZOS EN LOS MODELOS NUMRICOS.

CONCLUSIONES

PRINCIPIOS BSICO DE APLICACIN - PHASESINTRODUCCINEn la ltima era, se han desarrollado diversos programas dedicados al desarrollo de la Minera y Obras civiles.

Un aporte importante a sido el desarrollo de la metodologa de Elementos Finitos el cual introduce al mercado diversos programas que tienen como INPUT parmetros intrnsecos de una estructura, Parmetros del Estado tensional in situ y condiciones de un determinado macizo rocoso, y representan grficamente el estado primario o modificado de esta en funcin a los parmetros ingresados (interactan los datos entre si).

ALGUNOS DESARROLLOS

PERO TODO PROGRAMA O SOFTWARE GEOMECNICO, SER SOLO UNA APROXIMACIN A LO QUE OBTENDREMOS IN SITU.

POR LO TANTO ES NECESARIO QUE LOS DATOS DE IN PUT SEAN LO MAS REALES POSIBLES,

PARA TENER UNA APROXIMACIN, LO MAS APROXIMADAMENTE POSIBLE A LA REALIDAD.

IN PUT PARA UN MODELAMIENTO GEOMECNICO

PROCEDIMIENTO GENERAL PARA LA EVALUACIN MEDIANTE TCNICAS NUMRICAS EN GEOMECNICA

PROPIEDADES DEL MACIZO ROCOSO

INSTRUMENTACIN PARA LA DETERMINACIN DE LA RESISTENCIA DE LA ROCAMARTILLO DE SCHMIDT Y CUNA PARA ENSAYO DE TESTIGOS DE ROCAEQUIPO DE CARGA PUNTUAL DIGITALEQUIPO DE CARGA PUNTUAL MANUAL

EJEMPLO DE APLICACIN EN MINA SUBTERRNEAMARTILLO DE SCHMIDTCUADRO DE CORRELACIN: REBOTE vs. RESISTENCIA CONSIDERANDO ANGULO DE ENSAYO Y DENSIDAD DEL MATERIAL ENSAYADODETERMINACIN DE LA RESISTENCIA DEL MACIZO ROCOSO (ZONIFICACIN)

Mina CasapalcaPer

EJEMPLO DE APLICACIN EN MINA SUBTERRNEAMARTILLO DE SCHMIDT Y EQUIPO DE CARGA PUNTUALENSAYO PARA LA DETERMINACIN DE LA RESISTENCIA A LA COMPRESIN EN MUESTRAS DE MINA Y/O SONDAJESLOGEO GEOMECNICO EN SONDEOS DIAMANTINOS

Mina YauliyacuZONIFICACIN GEOMECNICA DE ESTRUCTURAS EN BASE A LA EVALUACIN DE LA RESISTENCIA

ESTADO DE ESFUERZOS IN SITU

EL ESTADO TENSIONAL EXISTENTE EN UN PUNTO, ES EL RESULTADO DE LA ACCION DE TODOS LOS PROCESOS GEOLOGICOS QUE HAN ACTUADO EN DICHO PUNTO.A ESTE ESTADO PODEMOS DENOMINARLO :ESTADO DE ESFUERZOS VIRGEN, NATURAL O IN SITUDEFINICIN

ENFOQUE DE LAS MEDICIONES DE ESFUERZOS IN SITU EN EL PEREn nuestro Pas, el aspecto de esfuerzos tectnicos se a tratado en una forma muy somera, por ejemplo, en lo referido al input de Esfuerzos, ha sido trabajar con datos empricos (copiados de modelos no reales a nuestro medio), utilizados para realizar diseos y modelamientos. Como es lgico, estos datos no son capaces de arrojar situaciones prximas a la realidad in-situ del estado tensional de una excavacin y su uso es ms terico que un aporte prctico a los requerimientos de una Mina.

OBJETIVO DE LAS MEDICIONES DE ESFUERZOS EN EL PER

Grfico2

442150050

2832005060

34530060100

595400100200

721500200300

579600300400

714800400500

5541000500600

2901500600800

35516008001000

39010001500

13615001600

1051600

241

192

376

146

87

337

227

342

292

397

314

481

252

267

167

96

207

400

400

500

300

300

Chile

K=1000/H+0.3

K=50/H+0.4

k - Chile

Profundidad vajo la superficie z (metros)

k = shmd/sv

Esf. Global

NPROF.ESF. VESF. Hm/VESF. H/mNPROF.ESF. VESF. Hm/VESF. HNPROF.ESF. VESF. Hm/VESF. H/mNPROF.ESF. VESF. Hm/VESF. HSituacion de Esfuerzos en Chile

136016.61.4624.243532211.51.3014.9563191043.51.0445.249635010.71.4615.62ChileNPROF.ESF. VESF. HmESF. Hm/VEsf.1Esf.2Esf.3R1R2R3Lugar

23608.01.3010.4036582.53.308.25643807.00.906.30971607.51.5711.78144224291.213529196832883

354015.21.7025.84379211.21.4516.24653008.20.917.469840012.51.6020.00228325331.32423712131224444

433010.01.4014.003815210.41.4214.768662306.23.1219.34992154.01.957.80334528291.044325181821292535

545511.01.9020.90391527.91.4311.297671363.53.2911.521001103.02.507.50459538511.346941302303171416

62458.42.1017.6440877.42.2016.28685007.91.6112.7210150813.90.9913.76572144350.804845221541932507

763313.72.0027.4041751.81.803.246981014.11.2517.63102122638.40.8231.49657935441.26613923157633258

810226.21.6610.29421608.51.7014.45702705.50.955.23103157749.50.6431.68771432290.91493761853082659

966813.81.1716.15439014.01.3518.97183024.01.9446.56104132039.00.4818.72855450440.885451341730321610

106684.82.7313.104420011.02.1023.172167056.71.2671.44105150033.10.4916.229290781.14108621330830111

1157015.91.3220.994510511.32.9533.33573172037.90.6022.74106230068.50.6745.90103551070.70141011851509012

1281820.01.0721.404630012.41.0713.26874162040.31.1747.15107250059.01.0260.1811390750.7186218634527213

1381826.91.1731.474733511.01.2013.27562518.10.5610.14108240037.40.7226.9312136561.2085318420627615

1491513.11.2916.904821518.41.2022.087679024.21.2329.771092798.81.4112.411310519291.5349236901916516

1591521.41.8539.59493659.52.6024.777113029.60.9829.011104109.61.019.7014642199310217

167669.70.979.415037016.11.2920.769784009.80.787.64111177045.60.6328.7315241252.50742115239318

1757014.71.4321.025137015.12.4536.99579280663.10.7849.22112232058.50.5431.5916192671.1795312330121319

1857012.72.0926.545257521.51.2326.445802006.01.9211.521132509.01.2811.5217376991.00121131115219020

1981812.32.1025.835357514.61.2518.25812507.02.0014.00114180048.61.0048.6018146331.004323287817121

2067013.02.4031.205448018.71.5428.79882702.84.6412.9911529610.61.0310.92198715382.536216111112520122

21127719.21.6030.725557526.61.5240.432831002.75.5615.011163608.31.9616.272033722281.274222131007118923

2211406.92.4016.565634520.02.50508485010.00.999.901175529.181.6515.13521227551.0084324012216924

23109425.50.8220.915731011.02.5628.168590011.00.556.051185428.32.3119.18522342551.007549035424425

24109415.91.8128.785870517.21.7029.248691524.71.5638.5323292630.506332687516526

25109418.61.6230.135940017.21.9032.688740010.84.9953.8924397451.2584327419618027

26109426.91.3436.05603007.81.7013.26882205.93.7221.9525314273.50114126717119828

27114029.71.4342.47611376.81.429.6568950013.42.4132.2926481320.6732223426617429

28142324.21.5136.54622306.91.5010.359040010.82.3124.952725215432.8774151218930127730

2966419.00.8315.779168018.41.9034.96282672136.50296222312714431

30108916.51.2821.129269018.62.5847.992916713110.851412824823515632

31102528.50.8724.809390024.32.0249.093096791.291375146753633

3297025.40.8521.599447012.72.7434.803120712131.08181281791178934

332457.02.4016.809565017.62.2539.603224108692913735

342456.81.8012.243340031341.106329625510216736

Australia3440015221.474015321933611937

EE.UUEl esfuerzo horizontal promedio, es el resultado de los Esfuerzos x (N-S) y Esfuerzos y (E-W) / 23520211133403438

Canad3650019432.26732012921418039

Escandinavia37300970.781463772913740

Africa del Sur383008172.13278317428525341

Otras Reg.

Chile

Per

Esf. Litologa

#SitioTipo de RocaProf.Esf. VEsf. Hm/Esf. VEsf. HmObservacionesMin.Peruana Relac.ProfProf.EvEhmEhm/Ev

1Mina Mount Isa, QueenslandDolomita Silicosa66419.00.8315.8

PRINCIPALES TIPOS DE ENSAYOS PARA LA DETERMINACIN DE ESFUERZOS IN SITU

CATEGORA

TIPO DE ENSAYO

TIPO DE ROCA

Ensayo adyacente a la superficie

Gato Plano (Flat Jack)

Elstica y Viscoelstica

de roca expuesta. 0 - 1 mt.

Roseta Superficial

Elstica

Tcnicas de Relajacin

Overcoring - Borehole Deformation

Gage (BDG) de la U.S. Bureau of

Elstica

Mines

Ensayos de Perforaciones de

Celda de Deformacin Biaxial

Elstica

poca profundidad. 5 - 30 mt.

Doorstopper

Celda de Deformacin Triaxial

Elstica

(CSIRO, LNEC, CSIR)

Medidor Fotoelstico

Elstica

Gato Curvado

Elstica

Ensayos realizados en

pozos a gran profundidad

Fracturamiento Hidrulico

Elstica y Viscoelstica

sobre los 30 metros

INSTRUMENTACIN Y MEDICIN DE LOS ESFUERZOS IN SITU

INSTRUMENTACIN PARA LA MEDICIN DE ESFUERZOS IN SITU POR EL MTODO DEL OVERCORINGMina Poderosa - PerINSTRUMENTACIN GEOTCNICA GEOMECNICA EN EXCAVACIONES SUBTERRNEASSENSOR BOREHOLE DEFORMATION GAGE - BDG Y ACCESORIOS

PERSONAL CAPACITADO PARA EL TRABAJO DE MEDICIONES

METODO OVERCORING CON SENSOR BDG DE LA USBM En lo fundamental, los procedimientos a seguir para el Overcoring son segn se muestra en las Figuras, y consisten en las siguientes etapas :

DETERMINACIN DEL ESTADO DE ESFUERZOS TECTNICOS IN SITULos clculos en gabinete son realizados mediante algoritmos computacionales y software desarrollados para este fin, por tal razn la informacin registrada es sometida a un proceso de seleccin basado en los siguientes criterios:

- Diagnstico de las curvas de relajacin. - Orientacin de los esfuerzos principales biaxiales en un plano perpendicular al eje de perforacin.

PRESENTACIN DE LOS RESULTADOS ORIENTACIN DE ESFUERZOS zSENWs1s3s2

PRESENTACIN DE LOS RESULTADOS MAGNITUDES DE ESFUERZOS

POR QUE ES NECESARIO LA EVALUACIN DEL ESTADO DE ESFUERZOS IN SITU Y COMO INFLUYE EN LA MINERA SUBTERRNEA?

ESTADO DE ESFUERZOS

TECTNICA DE PLACAS: INFLUYE EN ORIENTACIN, DEFINIDO MEDIANTE EVALUACIONES PUNTUALESINFLUENCIA DEL ESTADO ESTRUCTURAL EN LA ESTABILIDAD DE ESTRUCTURAS SUBTERRNEAS

SSMICA GLOBAL: INFLUYE EN LA ACTIVACIN Y DESCARGA DE ENERGA DE ESFUERZOESTA ORIGINA LA DESCARGA DE ENERGA EN CIERTOS PUNTOS DE LA CORTEZA

ES LA ACCIN CIRCULANTE DE LA ENERGA QUE SE LIBERA DE LA TECTNICA Y OTROS PARMETROS DINMICOS LOCALESROCKBURSTINFLUENCIA DEL ESTADO ESTRUCTURAL EN LA ESTABILIDAD DE ESTRUCTURAS SUBTERRNEAS

ESTRUCTURAS GEOLGICAS: INFLUYEN EN EL CAMBIO DE ORIENTACIN Y DISTURBANCIA DE ESFUERZOSINFLUENCIA DEL ESTADO ESTRUCTURAL EN LA ESTABILIDAD DE ESTRUCTURAS SUBTERRNEAS

INFLUENCIA DE LA ORIENTACIN DE ESFUERZOS EN LA ESTABILIDAD DE ESTRUCTURAS SUBTERRNEASCON ORIENTACIN DE ESFUERZOS CLSICAMENTE UTILIZADOS (NO VLIDO)CON ORIENTACIN DE ESFUERZOS EVALUADOS (VLIDO)ESTUDIOS REALIZADOS (et al. M. Chvez, GLSA), HAN DEMOSTRADO QUE VARIACIONES DE MAS DE 10, YA TRAEN RESPUESTAS DIFERENTES ENTRE MODELOS

INFLUENCIA DE LA GEOMETRA DE LAS EXCAVACIONES EN LA ESTABILIDAD DE ESTRUCTURAS SUBTERRNEASESTUDIOS REALIZADOS (et al. M. Chvez, GLSA), HAN DEMOSTRADO TAMBIN QUE: NO CONSIDERAR LA VERDADERA GEOMETRA DE LAS EXCAVACIONES TRAEN CONSIGO DIFERENTES RESULTADOS DE INTERPRETACIN. A ALTOS ESFUERZOS ES A VECES FAVORABLE EL USO DE EXCAVACIONES SEMI CUADRADAS.

INFLUENCIA DE LA ORIENTACIN DE LAS EXCAVACIONES EN LA ESTABILIDAD DE ESTRUCTURAS SUBTERRNEASESTUDIOS REALIZADOS (et al. M. Chvez, GLSA), HAN DEMOSTRADO TAMBIN QUE: ES NECESARIO EL CONOCIMIENTO DEL ESTADO DE ESFUERZOS IN SITU, PARA MODELAR SECCIONES EN UN MISMO NIVEL. LAS VARIACIONES SEGN SEA EL CASO, ES CONSIDERABLEMENTE DIFERENTE.

CONCLUSIONES

Naturalmente, esta alternativa de OPTIMIZACIN solo puede conseguirse a travs de un adecuado conocimiento en magnitud y orientacin de los esfuerzos tectnicos presentes, para lo cual es necesario realizar mediciones directas in-situ.La continua profundizacin minera en nuestro Pas y su necesaria optimizacin a travs de la bsqueda de adecuados diseos mineros, hacen surgir la necesidad de iniciar la investigacin de los esfuerzos presentes en el subsuelo rocoso, para utilizarlas como un argumento ms en la optimizacin de los diseos mineros, de modo de proyectar las configuraciones geomtricas de tal manera de usufructuar de estos patrones tectnicos.

El conocimiento del estado de esfuerzos tectnicos constituye uno de los parmetros de mayor importancia en el diseo, la estabilidad y seguridad de la infraestructura de cualquier excavacin subterrnea.

Por los problemas actuales de estabilidad de las excavaciones Mineras en nuestro Pas, se JUSTIFICA plenamente la necesidad de investigar los esfuerzos presentes.

AVANCES PARA UNA LEY TECTONICA PARA EL PER

Grfico1

36019102003502503704421001055210010105050

360380250160180037028320010054220010010060100

54030070400296575345400200400200200100300

330230100215360575595600400600400400200350

455136850110480721800542800542542300400

24550090050857557910008001000800800400550

633810915122634571415001000150010001000500600

1022270400157731055420001500200015001500600800

6688302201320705290250020002500200020008001000

668167050015004003553000250030002500250010001200

57017204002300300390350030003000300015001500

8181620680250013713635003500350020002000

818625690240023010530003000

915790900279

9151130470410241

7664006501770192

57028062320376

570146

81887

670337

1277227

1140342

1094292

1094397

1094314

1094481

1140252

1423267

664167

108996

1025207

970

245400

245400

322

58500

92300

152300

152

87

75

160

90

200

105

300

335

215

365

Australia

EE.UU

Escandinavia

Africa del Sur

Otras Reg.

Canad

Chile

E. Mximo

E. Mnimo

Per

E. Medio

NORTE

CENTRO

SUR

Shorey (1994)

Profundidad vajo la superficie z (m)

k = Esf. Horizontal medio(shmed.)/ Esf. Vertical (sz)

Esf. Global

NPROF.ESF. VESF. Hm/VESF. H/mNPROF.ESF. VESF. Hm/VESF. HNPROF.ESF. VESF. Hm/VESF. H/mNPROF.ESF. VESF. Hm/VESF. HSituacion de Esfuerzos en Chile

136016.61.4624.243532211.51.3014.9563191043.51.0445.249635010.71.4615.62ChileNPROF.ESF. VESF. HmESF. Hm/VEsf.1Esf.2Esf.3R1R2R3Lugar

23608.01.3010.4036582.53.308.25643807.00.906.30971607.51.5711.78144224291.213529196832883

354015.21.7025.84379211.21.4516.24653008.20.917.469840012.51.6020.00228325331.32423712131224444

433010.01.4014.003815210.41.4214.768662306.23.1219.34992154.01.957.80334528291.044325181821292535

545511.01.9020.90391527.91.4311.297671363.53.2911.521001103.02.507.50459538511.346941302303171416

62458.42.1017.6440877.42.2016.28685007.91.6112.7210150813.90.9913.76572144350.804845221541932507

763313.72.0027.4041751.81.803.246981014.11.2517.63102122638.40.8231.49657935441.26613923157633258

810226.21.6610.29421608.51.7014.45702705.50.955.23103157749.50.6431.68771432290.91493761853082659

966813.81.1716.15439014.01.3518.97183024.01.9446.56104132039.00.4818.72855450440.885451341730321610

106684.82.7313.104420011.02.1023.172167056.71.2671.44105150033.10.4916.229290781.14108621330830111

1157015.91.3220.994510511.32.9533.33573172037.90.6022.74106230068.50.6745.90103551070.70141011851509012

1281820.01.0721.404630012.41.0713.26874162040.31.1747.15107250059.01.0260.1811390750.7186218634527213

1381826.91.1731.474733511.01.2013.27562518.10.5610.14108240037.40.7226.9312136561.2085318420627615

1491513.11.2916.904821518.41.2022.087679024.21.2329.771092798.81.4112.411310519291.5349236901916516

1591521.41.8539.59493659.52.6024.777113029.60.9829.011104109.61.019.7014642199310217

167669.70.979.415037016.11.2920.769784009.80.787.64111177045.60.6328.7315241252.50742115239318

1757014.71.4321.025137015.12.4536.99579280663.10.7849.22112232058.50.5431.5916192671.1795312330121319

1857012.72.0926.545257521.51.2326.445802006.01.9211.521132509.01.2811.5217376991.00121131115219020

1981812.32.1025.835357514.61.2518.25812507.02.0014.00114180048.61.0048.6018146331.004323287817121

2067013.02.4031.205448018.71.5428.79882702.84.6412.9911529610.61.0310.92198715382.536216111112520122

21127719.21.6030.725557526.61.5240.432831002.75.5615.011163608.31.9616.272033722281.274222131007118923

2211406.92.4016.565634520.02.50508485010.00.999.901175529.181.6515.13521227551.0084324012216924

23109425.50.8220.915731011.02.5628.168590011.00.556.051185428.32.3119.18522342551.007549035424425

24109415.91.8128.785870517.21.7029.248691524.71.5638.5323292630.506332687516526

25109418.61.6230.135940017.21.9032.688740010.84.9953.8924397451.2584327419618027

26109426.91.3436.05603007.81.7013.26882205.93.7221.9525314273.50114126717119828

27114029.71.4342.47611376.81.429.6568950013.42.4132.2926481320.6732223426617429

28142324.21.5136.54622306.91.5010.359040010.82.3124.952725215432.8774151218930127730

2966419.00.8315.779168018.41.9034.96282672136.50296222312714431

30108916.51.2821.129269018.62.5847.992916713110.851412824823515632

31102528.50.8724.809390024.32.0249.093096791.291375146753633

3297025.40.8521.599447012.72.7434.803120712131.08181281791178934

332457.02.4016.809565017.62.2539.603224108692913735

342456.81.8012.243340031341.106329625510216736

Australia3440015221.474015321933611937

EE.UUEl esfuerzo horizontal promedio, es el resultado de los Esfuerzos x (N-S) y Esfuerzos y (E-W) / 23520211133403438

Canad3650019432.26732012921418039

Escandinavia37300970.781463772913740

Africa del Sur383008172.13278317428525341

Otras Reg.

Chile

Per

Esf. Litologa

#SitioTipo de RocaProf.Esf. VEsf. Hm/Esf. VEsf. HmObservacionesMin.Peruana Relac.ProfProf.EvEhmEhm/Ev

1Mina Mount Isa, QueenslandDolomita Silicosa66419.00.8315.8

GRACIAS POR SU ATENCIN!

Ing. Miguel A. Chvez M.GEOMECANICA LATINA S.A.mchavez@geomecanicalatina.commaurych@hotmail.com