Sectorizacion Geotecnica de Un Tunel Chile

UNIVERSIDAD DE CHILEFACULTAD DE CIENCIAS FISICAS Y MATEMATICAS DEPARTAMENTO DE GEOLOGIA

SECTORIZACION GEOTECNICA DEL TUNEL DE DRENAJE ETAPA 2, EXPANSION NORTE DE MINA SUR, DIVISION CODELCO NORTE

MEMORIA PARA OPTAR Al TiTULO DE GE6l0GO

CRIST IAN PABLO RAYO HERNANDEZ

PROFESOR GUIA:SRA. sOFiA REBOLLEDO LEMUS

MIEMBROS DE LA COMISI6N:SR. SERGIO SEPULVEDA VALENZUELA

SR. RICARDO THIELE CARTAGENA

SANTIAGO DE CHILE ENERO,2007

1

ÍNDICE DE CONTENIDOSPágina

I. INTRODUCCIÓN 5

1.1. Generalidades 51.2. Objetivos 6

1.2.1. General 6

1.2.2. Específicos 6

1.3. Método de Trabajo 6

1.3.1. Mapeo geológico-geotécnico del avance 6

1.3.2. Manejo y análisis de la información 71.4. Ubicación y Accesos 7

1.5. Clima, Fisiografía e Hidrografía 8

II. MARCO GEOLÓGICO 10

2.1. Geología Regional 102.1.1. Generalidades 10

2.1.2. Litología 102.1.3. Estructuras 11

2.2. Geología del Yacimiento 14

2.2.1. Generalidades 14

2.2.2. Litología y alteración 17

2.2.3. Depósitos no consolidados 23

2.2.4. Estructuras 26

III. GEOLOGIA DE TUNEL 28

3.1. Generalidades 283.2. Litología y Alteración 29

3.3. Estructuras 36

IV. GEOTECNIA 67

4.1. Generalidades 674.2 Parámetros de la Excavación 69

4.3 Macizo rocoso y Sostenimiento 70

V. CONCLUSIONES 90

VI. REFERENCIAS 92

APENDICES 95

ANEXOS 106

2

INDICE DE FIGURASPágina

I. INTRODUCCIÓN

FIGURA 1.1 8FIGURA 1.2 9

II. MARCO GEOLÓGICO

FIGURA 2.1 12

FIGURA 2.2 13

III. GEOLOGÍA DEL TÚNEL


FIGURA 3.3 38

FIGURA 3.4 38

FIGURA 3.5 39

FIGURA 3.6 40


FIGURA 3.9 42

FIGURA 3.10 42

FIGURA 3.11 43

FIGURA 3.12 44


FIGURA 3.15 46

FIGURA 3.16 46

FIGURA 3.17 47

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FIGURA 3.19 48

FIGURA 3.20 49


FIGURA 3.23 51

FIGURA 3.24 52

FIGURA 3.25 52

FIGURA 3.26 53

FIGURA 3.27 54

FIGURA 3.28 54


3

INDICE DE FIGURAS

Página

FIGURA 3.31 56FIGURA 3.32 57FIGURA 3.33 58FIGURA 3.34 58FIGURA 3.35 59FIGURA 3.36 60FIGURA 3.37 60

FIGURA 3.38 61FIGURA 3.39 62FIGURA 3.40 62FIGURA 3.41 63FIGURA 3.42 64FIGURA 3.43 64FIGURA 3.44 65FIGURA 3.45 66

FIGURA 3.46 66

IV. GEOTECNIA

FIGURA 4.1 68FIGURA 4.2 79FIGURA 4.3 79FIGURA 4.4 80

FIGURA 4.5 80FIGURA 4.6 81FIGURA 4.7 81FIGURA 4.8 82FIGURA 4.9 82

INDICE DE FOTOGRAFÍAS

II. MARCO GEOLÓGICOPágina

FOTOGRAFÍA 2.1 15FOTOGRAFÍA 2.2 16FOTOGRAFÍA 2.3 21FOTOGRAFÍA 2.4 22FOTOGRAFÍA 2.5 23

FOTOGRAFÍA 2.6 25

III. GEOLOGÍA DEL TÚNEL

FOTOGRAFÍA 3.1 30FOTOGRAFÍA 3.2 31FOTOGRAFÍA 3.3 32FOTOGRAFÍA 3.4 33

FOTOGRAFÍA 3.5 34FOTOGRAFÍA 3.6 34FOTOGRAFÍA 3.7 35FOTOGRAFÍA 3.8 36

IV. GEOTECNIA

FOTOGRAFÍA 4.1 69

FOTOGRAFÍA 4.2 87FOTOGRAFÍA 4.3 88FOTOGRAFÍA 4.4 89

I. INTRODUCCION

1.1. Generalidades

La División Codelco Norte fue creada el año 2002 como resultado de la fusión entre las divisiones Radomiro Tomic y Chuquicamata. Radomiro Tomic es un yacimiento que se explota a rajo abierto, ubicado a 1.670 km de Santiago, a 3.000 m sobre el nivel del mar. El complejo minero de Chuquicamata está ubicado a 1.650 km al norte de Santiago, a 2.870 m sobre el nivel del mar. Cuenta con 2 yacimientos donde el tipo de explotación es a rajo abierto, Chuquicamata y Mina Sur.

El yacimiento de Mina Sur es un depósito del tipo exótico que se ubica a 2 km al sur de Chuquicamata y a 14 km al norte de la ciudad de Calama, en la Segunda Región de Chile. El rajo de Mina Sur no se encuentra en operación desde el año 2005, dando paso al desarrollo de las fases de explotación de Expansión Norte de Mina Sur.

La División Codelco Norte a partir del año 2005 ha desarrollado el proyecto Expansión Norte de Mina Sur (ENMS), que corresponde a un recurso mineral conocido como “Yacimiento Exótico de Chuquicamata”, el que se extiende como un cuerpo tipo manto, elongado de orientación N-S, ubicado entre los rajos de Mina Chuquicamata y Mina Sur. Este cuerpo tiene un área de 2.600 m de largo, 300 m de ancho y un espesor de 70 m promedio, a una profundidad estimada de150 m. Este depósito mineral está cubierto de gravas de 120 m de altura promedio, sobre lascuales se han depositado unidades de ripios que alcanzan una altura promedio de 100 m, provenientes de los rajos Chuquicamata y Mina Sur.

La construcción del Túnel de Drenaje del yacimiento Expansión Norte de Mina Sur (ENMS), se enmarca en el plan de drenaje y manejo de soluciones, necesario para deprimir los niveles freáticos de las soluciones contenidas en los ripios y gravas que sobreyacen a este yacimiento. Tiene como propósito ser el acceso a las estaciones de sondajes desde donde se realizarán las perforaciones para recolectar dichas soluciones. Estas perforaciones permitirán drenar los sectores donde se emplaza el rajo de ENMS, despresurizando los taludes y disminuyendo las infiltraciones de soluciones que podrían comprometer las operaciones de este yacimiento. La perforación y habilitación de los sondajes de drenaje ha sido realizado por la empresa Captagua S.A.

La etapa 1 de construcción de este túnel fue realizada por la empresa Agecomet S.A. entre julio de 2003 y enero de 2005. En este período se desarrollaron 2.110,14 m totales de túnel de sección 4,5 m x 4,5 m. A partir de febrero de 2006 se reanuda la excavación y se da inicio a la construcción de la etapa 2 de esta labor. La etapa 2 de construcción ha sido realizada por la empresa Mas Errázuriz Construcciones S.A., y contempla una excavación total de 2.408 m de túnel con una sección 4,5 m x 4,5 m, desde donde se realizarán las perforaciones tendientes a extraer las soluciones. La excavación acumulada entre febrero y junio de 2006 fue de 697,17 m.

En este contexto el contrato de Servicio de Apoyo para el Control Geotécnico de la Labor de Drenaje ENMS, asignado a la empresa Derk Ingeniería y Geología Ltda., tiene como uno de sus objetivos principales la caracterización Geológica y Geotécnica del macizo rocoso durante el

desarrollo de la excavación del Túnel de Drenaje y de esta forma dar apoyo a la Inspección Técnica de la Obra (ITO), para la definición de los tipos de sostenimiento a utilizar en el avance de la labor. Para efectos constructivos la clasificación del macizo rocoso se realiza utilizando la clasificación del Índice Q de Barton.

Este trabajo contiene la información recogida a través de mapeo de detalle, que se suma al conocimiento geológico - geotécnico del sector, lo que servirá de base para las siguientes etapas de excavación subterránea consideradas en el plan de drenaje.

1.2. Objetivos

1.2.1. General

Sectorizar geotécnicamente el macizo rocoso y recomendar el tipo de fortificación de avance de acuerdo a la calidad geotécnica de los diferentes tramos del Túnel de Drenaje de Expansión Norte de Mina Sur en su etapa 2 de construcción.

1.2.2. Específicos

Determinar los sistemas estructurales principales existentes en el sector estudiado utilizando el programa Dips 5.0.

Determinar los parámetros geotécnicos existentes en los tramos excavados.

Clasificar el macizo rocoso de acuerdo a los parámetros geotécnicos registrados en terreno, según el Índice Q de Barton (1974, 1993), el RMR de Bieniawski (1989) y el índice GSI (2000).

1.3. Método de Trabajo

La metodología de trabajo utilizada para la caracterización geológica y geotécnica de esta labor de drenaje, tiene su base, principalmente, en los procedimientos establecidos por la Subgerencia de Geotecnia de Codelco Norte para proyectos mineros subterráneos. La secuencia para esta metodología ha sido la siguiente:

1.3.1. Mapeo geológico-geotécnico del avance

Esta actividad se relaciona con dos aspectos fundamentales, el primero es el levantamiento de la información geológico-geotécnica de 697,17 m de túnel, de modo de disponer de la información actualizada, que dé soporte a las predicciones de los metros siguientes de la labor. El segundo aspecto lo constituye la interacción diaria con la ITO, para el control de la frente de avance del túnel y las recomendaciones de sostenimiento que surjan de esta inspección.

La recopilación de información para la caracterización geológico-geotécnica se ha realizado a través de celdas geotécnicas. Los antecedentes geológicos recopilados son el tipo litológico, alteración, mineralización y tipo de estructuras (discontinuidades geológicas). Los antecedentes de las estructuras geológicas que se registraron en terreno son orientación, persistencia, rugosidad micro y macro, abertura, tipo, espesor y condición del relleno, alteración de paredes y condición de agua.

Estas discontinuidades geológicas se subdividen en diaclasas (SJ) y fallas, sean estas menores (FT) o mayores (VIF). Los parámetros geotécnicos registrados corresponden al tipo de unidad geotécnica, resistencia estimada de la roca intacta, frecuencia de fracturas, RQD, condición de la excavación (medias cañas, sobre-excavación por calidad de roca o por estructuras, etc) y condición de agua.

La caracterización geotécnica del macizo rocoso se ha realizado mediante la utilización del sistema de clasificación Índice Q de Barton (1974, 1993), el RMR de Bieniawski (1989) y el índice GSI (2000).

1.3.2. Manejo y análisis de la información

La información obtenida del levantamiento geológico-geotécnico y estructural se ha procesado y almacenado mediante una base de datos y un sistema gráfico.

La parte gráfica se ha llevado a cabo con set planos a escala 1:500, con la información geológico-estructural y geotécnica capturada del mapeo del avance.

La definición de sistemas estructurales, se ha realizado mediante análisis estereográfico de frecuencia por medio del programa Dips versión 5.0.

1.4. Ubicación y Accesos

El yacimiento Expansión Norte de Mina Sur (ENMS) se ubica entre la Mina Chuquicamata y Mina Sur, dentro del distrito cuprífero Chuquicamata de la División Codelco Norte, 240 km al noreste de la ciudad de Antofagasta y 17 km al norte de la ciudad de Calama (ver Figura 1.1).

El acceso terrestre principal desde la ciudad de Antofagasta se realiza a través de la Ruta 26 hasta el empalme con la Ruta 5, y a continuación a través de la Ruta 26 hasta la ciudad de Calama, desde donde se llega al yacimiento por la ruta 24 que une esta ciudad con el campamento de Chuquicamata (Marinovic y Lahsen, 1984).

El acceso al Túnel de Drenaje ENMS se realiza desde la ruta 24 a través de un camino asfaltado en buen estado hasta el control de acceso Puerta 3 de Mina Sur.

Figura 1. 1: Vista panorámica del Distrito Minero Chuquicamata. Se observa el campamento Chuquicamata y los siguientes sectores: (1) = Antena transmisora donde aflora Granodiorita Antena en Sierra San Lorenzo; (2) = Mina Chuquicamata; (3) = Expansión Norte de Mina Sur; (4) = Túnel de Drenaje ENMS; (5) = Contacto Grava-Basamento; (6) = Mina Sur. A la derecha de la figura se observa un zoom del sector donde se emplaza el portal de acceso al Túnel de Drenaje ENMS.

1.5. Clima, Fisiografía e Hidrografía

Las condiciones climáticas imperantes en la zona corresponden al tipo desértico marginal de altura (Fuenzalida, 1965), caracterizado por una temperatura media anual de 21ºC, registrándose fuertes oscilaciones de temperatura entre el día y la noche (10ºC a 30ºC y -3ºC a4ºC, respectivamente).

El complejo minero Chuquicamata se ubica en la unidad fisiográfica denominada Cordillera de Domeyko o Precordillera, que corresponde a unidad geográfica independiente de la Cordillera Principal en la Región de Antofagasta, formada por serranías que alcanzan 4.500 m.s.n.m. (ver Figura 1.2).

Las áreas bajo los 3.000 m.s.n.m, reciben menos de 50 mm/año, mientras que sobre los 4.000 m.s.n.m, las precipitaciones pueden alcanzar un promedio de 250 mm/año (Stoertz y Ericksen,1974).

Figura 1. 2: Esquema fisiográfico de la Región de Antofagasta extraído de Boric et al. (1990). a. Cordillera de la Costa. 1. Farellón costero; 2. Planicie marina y/o fluviomarina; 3. Cordillera de la Costa. b. Depresión Intermedia. 4. Planicie aluvial. c. Cordillera de Domeyko (5). d. Cuencas Intramontanas. 6. Cuenca del Río Loa Superior; 7. Cuenca de Atacama; e. Cordillera de los Andes. 8. Cordón Volcánico del Mioceno-Holoceno; 9. Altiplano o Puna.

II. MARCO GEOLOGICO

2.1. Geología Regional

2.1.1. Generalidades

El complejo minero Chuquicamata está emplazado en un ambiente geológico regional que se caracteriza por la presencia dominante de rocas intrusivas y fallas regionales, además de rocas volcánicas y sedimentarias que conforman una columna geológica discontinua desde el Paleozoico hasta el Cuaternario. La distribución de estas unidades se observa en la Figura 2.1.

2.1.2. Litología

Rocas Metamórficas

Las unidades metamórficas corresponden a las rocas más antiguas de la región y se exponen a través de franjas en diversos sectores precordilleranos. Estas rocas presentan protolitos de distintas edades y litologías con procesos de metamorfismo separados en el tiempo.

En el distrito minero de Chuquicamata, sólo es reconocida la unidad Complejo Metamórfico de Limón Verde (Baeza, 1984), la que consiste en una secuencia metamórfica expuesta en Sierra Limón Verde, 30 km al sur de Calama. Esta unidad presenta un metamorfismo de bajo grado caracterizado por clorita, clinozoicita y actinolita, y que correspondería a Facies de Esquistos Verdes, tipo regional, con temperaturas de hasta 500ºC y altas presiones.

El Complejo Metamórfico se dispone en contacto estructural con rocas jurásicas de origen marino pertenecientes a la Formación Cerritos Bayos, y se encuentra cortada tanto por Pórfidos Andesíticos de edad Paleozoico Inferior, como también por la unidad Diorita Los Picos de edad Eoceno. Las edades van de 300 ± 20 Ma a 309 ±10 Ma, según los ciclos del metamorfismo regional (Cordani et al., 1988), con una edad mínima Carbonífero Inferior y una máxima desconocida (Pardo y Rivera, 1999).

Rocas Intrusivas

Las unidades intrusivas representan verdaderos complejos ígneos, mostrando las rocas terciarias, una composición predominantemente ácida a intermedia con petrografía de granitos, granodioritas, tonalitas, dioritas y variedades de pórfidos. Mientras que el Paleozoico muestra composiciones de mayor variedad, incluyendo desde rocas ácidas a básicas.

Rocas Estratificadas

Las rocas estratificadas se han depositado durante eventos de sedimentación continentales, marinos y mixtos, asociados a un intenso volcanismo de composición intermedia. Su registro cronológico varía desde el triásico hasta el Cuaternario.

2.1.3. Estructuras

El mayor rasgo estructural de la región lo constituye el Sistema de Falla de Domeyko que está constituido por una serie de fallas que delimitan bloques alzados a lo largo de la cordillera del mismo nombre, desde los 21° a los 26° 30’ latitud sur, incluyendo la Falla Oeste del distrito minero Chuquicamata. Estas fallas tienen una orientación general N5°E, verticales a subverticales y, generalmente, es el bloque oriental el que se encuentra alzado con respecto al occidental. Maksaev (1979), basado en dataciones K-Ar y en análisis de los procesos de erosión-sedimentación, mostró la ocurrencia de movimientos de Falla Oeste a fines del Eoceno y comienzos del Oligoceno, por efecto de la fase tectónica Incaica y, a nivel regional, estas fallas mayores acomodaron en ese entonces, el alzamiento de la Cordillera de Domeyko (Boric et al., 1990).

Desde un punto de vista metalogénico, lo más relevante, es la presencia a lo largo de este sistema de falla de depósitos de tipo Pórfido Cuprífero (Quebrada Blanca, El Abra, Chuquicamata, Escondida).

Las fallas tienen una larga historia de movimientos verticales y horizontales, aunque sus magnitudes y sentido no están completamente determinados.

La Falla Oeste, que corresponde al segmento más septentrional del Sistema de Falla Domeyko (ver Figura 2.2), aflora y cruza de norte a sur el distrito de Chuquicamata, separándolo en dos ambientes: la parte oriental está conformada mayoritariamente por rocas volcánicas y plutónicas del Permo-Tríasico, además de extensos cuerpos intrusivos del Terciario adosados a la traza principal de la Falla Oeste. En la parte occidental existen rocas metamórficas y plutónicas Paleozoicas, rocas volcánicas Triásicas, rocas sedimentarias marinas y continentales del Jurásico y Cretácico Inferior, rocas volcano-sedimentarias rojas del Cretácico Superior y rocas plutónicas del Cretácico Superior- Paleoceno y Eoceno superior.

Figura 2. 1: Mapa geológico regional modificado y extraído de Pardo y Rivera (1999).

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Figura 2. 2: Mapa del norte de Chile que muestra los 3 segmentos principales del Sistema Falla Domeyko y la distribución de los mayores yacimientos del tipo Pórfido Cuprífero Eoceno-Oligoceno, con sus respectivas edades en Ma que se indican entre paréntesis. Mapa extraído de Tomlinson et al., 2001.

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2.2. Geología del Yacimiento

2.2.1. Generalidades

El yacimiento exótico de Expansión Norte de Mina Sur (ENMS), corresponde a un segmento del denominado “Yacimiento Exótico de Chuquicamata”, localizado entre la Mina Chuquicamata y Mina Sur.

El rajo de Mina Sur no está operativo desde el año 2005, dando paso al desarrollo de las fases de explotación de Expansión Norte de Mina Sur (ver Fotografía 2.1 y 2.2).

El yacimiento ENMS se ha originado por la precipitación de oxidados de cobre, producto de la circulación de soluciones ricas en cobre, provenientes de la lixiviación del pórfido cuprífero de Chuquicamata. Estas soluciones, escurrieron por una paleoquebrada labrada en un basamento ígneo-metamórfico, que subyace a una cobertura de gravas. En su recorrido las soluciones fueron precipitando oxidados de cobre en gravas y rocas del basamento ígneo-metamórfico, conformando el yacimiento de cobre exótico el que presenta zonaciones en su mineralogía, en su alteración y variabilidades en su contenido de cobre. Los depósitos artificiales de ripios Chuqui y ripios Rams (Ripio Antiguo Mina Sur) sobreyacen a las gravas del yacimiento ENMS (Superintendencia de Ingeniería Geotécnica, 2002).

La caracterización geológica del yacimiento ha sido generada por la Subgerencia de Geología de Codelco Norte, sustentada por la información obtenida de testigos de sondajes y de mapeos tanto subterráneos como de superficie.

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Fotografía 2. 1: Vista panorámica del rajo de Mina Sur, actualmente sin operación, tomada desde los botaderos de ENMS mirando hacia el sur. A la izquierda de la fotografía se observa el Talud Este, al centro el Talud Sur y a la derecha el Talud Oeste. Los 3 taludes están emplazados principalmente en la unidad de Gravas.

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Fotografía 2. 2: Imagen tomada desde el Talud Sur de Mina Sur mirando hacia el norte. Al centro superior de la fotografía se observa las fases de explotación del yacimiento ENMS; al centro se indica la ubicación de los botaderos de ENMS desde donde fue tomada la Fotografía2.2; a la derecha de la imagen se observa el Talud Este de Mina Sur, y se indica con línea segmentada de color amarillo la ubicación de la rampa de acceso hacia las dependencias del Túnel de Drenaje ENMS.

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2.2.2. Litología y Alteración

El marco litológico está conformado por rocas del basamento ígneo-metamórfico de Mina Sur y por rocas del complejo intrusivo Fortuna, sobre las cuales se deposita una potente cobertura de gravas. La superficie que limita estas gravas con las rocas ígneo-metamórficas, se denomina “contacto grava-roca” (Superintendencia de Ingeniería Geotécnica, 2002).

En el basamento se labró un paleocanal de dirección NS, buzamiento de 5º al sur, ancho promedio de 600 m, largo aproximado de 2.300 m, y controlado estructuralmente por la Falla Oeste.

Existen dos ambientes geológicos diferenciables, el primero distribuido al Este de la Falla Oeste, denominado Basamento Ígneo-metamórfico de Mina Sur y conformado por rocas de composición intermedia a básica (dioritas, anfibolitas), que son instruidas por rocas de composición granodiorítica a granítica (Granodiorita Este, Granito Mesa, Pórfidos Feldespáticos y Pórfidos Cuarcíferos); además de cuerpos filoneanos menores (andesitas y rocas silíceas).

El segundo ambiente geológico que se ubica al Oeste de la Falla Oeste, corresponde alComplejo Granodiorita Fortuna.

Dioritas

Rocas de composición intermedia, de tonalidad gris medio a oscuro, de textura hipidiomórfica granular. Está constituida por minerales de feldespato plagioclasa, anfíbolas y cuarzo, además de minerales accesorios como el apatito. Esta unidad es instruida por rocas granodioríticas.

Los minerales de alteración incluyen sericita, clorita, epidota y calcita.

Anfibolitas

Son las rocas más abundantes del yacimiento (30% del basamento reconocido). Estas rocas son color gris medio a oscuro, de textura equigranular a levemente porfídica, con cristales de granulometría que varía de 1,0 a 3,0 mm de longitud. Los fenocristales son anfíbolas y feldespatos plagioclasa elongados euhedrales a subhedrales, cuarzo en cristales subredondeados a subangulosos, y como minerales accesorios existe esfeno. Los fenocristales están parcialmente alterados a clorita-epidota.

En la masa fundamental existe una gran cantidad de anfíbolas en cristales mayores a 3,5 mm alcanzando tamaños que superan 1 cm de longitud. Las anfíbolas corresponden a hornblenda y se presentan en porcentajes que superan el 50 %.

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Granito Mesa

Roca de colores claros, generalmente rosado por la abundancia de feldespato potásico, de textura hipidiomórfica granular de grano medio a grueso, con cristales de cuarzo, feldespatos alcalinos (microclina), feldespatos plagioclasas (andesina) y biotita subordinada, además de minerales accesorios como esfeno y magnetita. Los minerales de alteración reconocidos corresponden a sericita, clorita, epidota y arcillas.

Esta unidad se distribuye fundamentalmente en el sector sur del yacimiento Expansión Norte de Mina Sur (ENMS) cercano a Mina Sur y se reconoce intruyendo a las unidades Anfibolitas y Dioritas.

Granodiorita Este

Esta unidad se encuentra distribuida en toda la extensión de ENMS, constituyendo aproximadamente el 20% del total de las unidades litológicas que conforman el basamento y corresponden a cuerpos irregulares.

Esta unidad agrupa a varias litologías, tales como granodioritas, monzonitas de hornblenda y monzonitas cuarcíferas.

Estas rocas son de color gris blanquecino, tienen textura fanerítica, equigranular de grano medio a grueso, y están constituidas por cristales de feldespato plagioclasa del tipo andesina, cuarzo, feldespato alcalino, biotita y anfíbolas. Los minerales de alteración corresponden a clorita y sericita.

Pórfido Feldespático

Esta unidad representa aproximadamente el 30% del total de las rocas que constituyen el basamento y se ha definido como un cuerpo intrusivo tipo stock.

Es una roca de color gris claro de textura porfídica. Los fenocristales corresponden a feldespato plagioclasa menores o iguales a 0,5 mm, en cristales subhedrales a euhedrales, maclados y zonados; feldespato potásico tipo ortoclasa en cristales anhedrales con tamaños que varían entre 0,5 y 1,0 mm de diámetro; cuarzo en cristales anhedrales subredondeados de tamaño que varía entre 1,0 a 3,0 mm. Los principales de alteración son sericita y arcillas. Los minerales accesorios son rutilo y zircón.

Respecto a las relaciones de contacto, se observa que esta unidad intruye a las unidadesAnfibolitas, Granodiorita Este y Granito Mesa.

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Pórfido Cuarcífero

Esta unidad es una roca de color gris rosado claro, de textura porfídica con fenocristales de feldespato plagioclasa del tipo oligoclasa en cristales subhedrales a euhedrales, maclados y zonados; feldespato potásico en cristales anhedrales con tamaños variables entre 1 y 2 mm, de textura, ocasionalmente, pertítica; cuarzo en cristales redondeados a subredondeados de hasta3 mm de diámetro. La masa fundamental está constituida por microlitos de feldespato plagioclasa, cuarzo y biotita.

Rocas Filonianas

En esta unidad se agrupan diques andesíticos afaníticos y porfídicos, diques granodioríticos y diques silíceos.

Estos cuerpos tabulares tienen una potencia media de 1,5 m, pueden o no contener mineralización de oxidados de cobre y se orientan con actitudes generales N60°-90°W, subverticales. Esta unidad intruye a todas las unidades litológicas anteriormente descritas.

Complejo Granodiorita Fortuna (Ambrus, 1979)

La Granodiorita Fortuna fue descrita originalmente por Renzetti (1957), y se expone al oeste de la mina Chuquicamata. Posteriormente, Ambrus (1979) realizó el estudio de la geología y nomenclatura de esta unidad, acuñando el término Complejo Granodiorita Fortuna. La Granodiorita Fortuna descrita por Renzetti (1957) fue subdividida por Ambrus (1979) en dos nuevas unidades: la Granodiorita Antena y la Granodiorita Fortuna “sensu stricto”.

En base a las relaciones de contacto de las unidades ígneas del Complejo Fortuna, se reconocen en orden de edad decreciente, la Granodiorita Antena (Ambrus, 1979), Granodiorita Fiesta (Tomlinson et al., 2001), Pórfidos aplíticos Tetera (Tomlinson et al., 2001) y el Pórfido San Lorenzo (Marinovic y Lahsen, 1984). Estas unidades se extienden sobre un área expuesta cercana a los 80 km2 e intruyen a rocas metavolcánicas pertenecientes a la Formación Cerro Empexa del Cretácico Superior y a la Diorita Los Picos. El Complejo Granodiorita Fortuna es cortado al este por la Falla Oeste.

Granodiorita Antena: Ambrus (1979) fue el primero en dar este nombre a las granodioritas expuestas cerca de la antena de transmisión ubicada en la cima de la Sierra San Lorenzo, 3 km al oeste de la mina Chuquicamata (ver Fotografía 2.3). Corresponde a la unidad más antigua y extensa del Complejo Fortuna. Petrográficamente corresponde a una granodiorita de hornblenda y biotita, con textura hipidiomórfica equigranular de grano medio a fino, y color gris medio (Tomlinson et al., 2001). Dataciones de K/Ar y 40Ar/39Ar en biotita determinaron edades que van de 36,2 ± 1,4 Ma a 39,6 ± 1,3 Ma (Ambrus, 1979; Maksaev, 1990; Tomlinson et al.,2001). Dataciones Pb 206 / U 238 en zircón entregan una edad de 39,3 ± 0,4 Ma (Tomlinson et al.,2001).

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Granodiorita Fiesta: Esta unidad fue denominada Granodiorita Fortuna “sensu stricto” por Ambrus (1979). Esta unidad aflora en la porción central del Complejo Fortuna donde intruye a la Granodiorita Antena, aunque también intruye a la Diorita Los Picos al oeste de la mina Chuquicamata (ver Fotografía 2.4), y a rocas metavolcánicas. Petrográficamente corresponde a una granodiorita de biotita y hornblenda, de textura porfídica de grano medio a grueso (ver Fotografía 2.5). Dataciones de K/Ar en biotita arrojaron edades de 38,0 ± 3,0 y 36,2 ± 1,4 (Ambrus, 1979). Dataciones K-Ar en biotita entregan una edad de 37,3 ± 1,2 Ma y dataciones Pb 206 / U 238 en zircón determinan una edad de 37,6 ± 0,7 Ma (Tomlinson et al., 2001).

Pórfidos Tetera: Esta unidad incluye desde diques graníticos aplíticos de potencia menor a 10 cm como a diques graníticos porfídicos de masa fundamental aplítica de potencia mayor a 30 m, los que cortan a la unidad Granodiorita Fiesta (Tomlinson et al., 2001).

Pórfido San Lorenzo: Esta unidad fue descrita inicialmente por Vega y Bordones (1981) y posteriormente fue denominado Pórfido San Lorenzo por Marinovic y Lahsen (1984). Incluye dos variedades principales de pórfidos granodioríticos. La primera y más abundante en términos volumétricos, corresponde a un pórfido granodiorítico con gran cantidad (45 – 60%) de fenocristales de 0,5 a 3 mm de plagioclasa (30-40%), biotita (1-6%), hornblenda (3-5%), cuarzo (1-5%), feldespato potásico (<1-2%, ~1 cm), magnetita y esfeno. El segundo tipo de pórfido corresponde al denominado Pórfido granodiorítico máfico San Lorenzo, el que es más oscuro que el primero. Corresponde a una monzodiorita cuarcífera (Tomlinson et al., 2001).

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Fotografía 2. 3: Imagen tomada desde la antena de transmisión ubicada en la Sierra San Lorenzo. Se observa afloramiento de la unidad Granodiorita Antena del Complejo Fortuna; (1) en Figura 1.1.

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Fotografía 2. 4: Imagen tomada al oeste de la Mina de Chuquicamata. Se indica con línea segmentada un contacto entre la Diorita Los Picos y la Granodiorita Fiesta.

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Fotografía 2. 5: Bloque de Granodiorita Fiesta de textura porfídica con fenocristales de hornblenda. Esta imagen fue tomada en una zona de contacto entre la Diorita Los Picos y esta unidad.

2.2.3. Depósitos No Consolidados

Estos depósitos están constituidos, entre otros, por Gravas y Depósitos Lacustres del Plioceno- Pleistoceno, que aparecen representados en el área por los Depósitos Aluviales, que corresponden a extensas depositaciones de piedemonte, constituidos por gravas, ripios y arenas polimícticas, mal seleccionadas, redondeadas, con matriz de limo y arcillas, ocasionalmente cementada por sales (Araya, 2002).

Las Gravas cubren al basamento ígneo metamórfico en todo el yacimiento de ENMS (ver Fotografía 2.6), y afloran como un potente paquete irregular, con suave pendiente hacia el Sur. La potencia media de estos sedimentos alcanza los 120 m (Superintendencia de Ingeniería Geotécnica, 2002).

Esta unidad sedimentaria está compuesta por una estructura que incluye la presencia de clastos, matriz y cemento.

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La razón clasto v/s matriz de esta unidad, está dentro del intervalo de 70/30 a 45/55. La composición litológica de los clastos corresponde a la unidad Granodiorita Fortuna, pórfidos de variada composición, rocas graníticas y metamórficas. Sus tamaños varían de 0,5 cm a 3 m, de formas subredondeadas a redondeadas.

La matriz está compuesta principalmente por fragmentos líticos de diversa composición. Los fragmentos tienen un tamaño promedio que va de arena media a gruesa, presentando una fracción muy fina, inferior al 2% del total de la matriz.

El cemento tiene composición variable entre sales no diferenciada, caolín, yeso, óxidos de fierro y oxidados de cobre. En la porción inferior de las gravas predominan los oxidados de cobre como cemento, presentando ocurrencia masiva e intergranular, que conforman parte de los cuerpos mineralizados del yacimiento ENMS.

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Fotografía 2. 6: Imagen tomada desde rampa ubicada en el Talud Este de Mina Sur. Se indica con línea ondulada segmentada de color amarillo el contacto Grava – Basamento ígneo-metamórfico. Esta rampa permite el acceso desde Mina Sur al sector donde se emplaza el túnel de drenaje de ENMS; (5) en Figura 1.1.

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2.2.4. Estructuras

Para este estudio se han considerado los siguientes rasgos estructurales principales:

Rasgo Estructural Falla Oeste

La Falla Oeste, es el rasgo estructural más relevante que se reconoce a lo largo de la extensión del yacimiento, imponiendo lineamientos estructurales, geotécnicos y geológicos de disposición general Norte-Sur. Estos lineamientos, que constituyen sistemas estructurales, están presentes en el Dominio Chuquicamata Franja Norte y Franja Sur. En toda la Franja Sur se desarrolla un sistema NS con inclinaciones verticales, que está asociado a la presencia de la Falla Oeste.

La Falla Oeste es una megaestructura de continuidad regional, para la cual se han reconocido, en este sector, un núcleo, de 2,1 m de potencia, constituido por salbanda y cataclasitas, de tonalidad variable de gris oscuro a rojizo. En la vecindad de este núcleo se reconoce una zona de daño estructural, de 10 a 15 m, conocida como Cizalle Intenso, que se caracteriza por rocas con foliación tectónica e intenso fracturamiento. La orientación general de la Falla Oeste es de dirección Norte-Sur y disposición subvertical con manteo hacia el Oeste, en el rango de 65° a85° (Superintendencia de Ingeniería Geotécnica, 2002).

La Falla Oeste separa dos ambientes geológico-geotécnicos que se expresan en condiciones estructurales y calidades de macizo rocoso muy diferentes. Al Este de la Falla Oeste se presenta el Basamento Ígneo Metamórfico de Mina Sur, asociado al Dominio Estructural del mismo nombre. En tanto hacia el Oeste se encuentra el Complejo Granodiorita Fortuna, el que como unidad geotécnica básica, está asociado el Dominio Estructural Oeste.

Se ha denominado Zona de Falla Oeste a un tramo de aproximadamente 18 m de potencia, que considera la traza del Sistema Falla Oeste y sus zonas de cizalle intenso y moderado asociadas, que se localiza entre el km 0,9447 y km 0,9629 m del trazado del túnel de drenaje de ENMS en su etapa 1 de excavación (Superintendencia de Geotecnia de Desarrollo, 2005).

Dominio Estructural Basamento Mina Sur

Este dominio estructural se define en el sector sur de Mina Sur, limitado hacia el Norte por la zona de “Falla Don Tomás” y sin un límite definido hacia el sur. Este dominio cuenta con abundante información estructural de mapeos, provenientes del Rajo de Mina Sur, de los Túneles Este y Oeste, Socavón Exploratorio de ENMS y principalmente de la caracterización en detalle del Túnel de Drenaje de ENMS en su etapa 1.

El Dominio Estructural Basamento Mina Sur presenta tendencias estructurales mayores en dirección Este-Oeste y Noroeste-Sureste, como sistemas principal y secundario, respectivamente, y con manteos subverticales hacia el SSW.

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Dominio Estructural Oeste – Granodiorita Fortuna

Este dominio estructural se encuentra estrechamente vinculado a la unidad geotécnicaGranodiorita Fortuna emplazada al occidente de la Falla Oeste, en una franja Norte-Sur.

La definición de este dominio estructural proviene de los mapeos estructurales realizados en los desarrollos del túnel Oeste y de la información estructural procedente del sector Sur-Suroeste de Mina Chuquicamata, además de la información obtenida en el desarrollo de la etapa 1 del Túnel de Drenaje de ENMS.

La tendencia general de las estructuras es una orientación Este-Oeste. La mayor concentración de polos refleja una disposición ENE-WSW con inclinación hacia el SSE para el sistema 1, en tanto que el segundo sistema presenta una orientación WNW-ESE con manteos hacia el SSW, existiendo una clara predominancia de manteos subverticales.

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III. GEOLOGIA DEL TUNEL

3.1. Generalidades

El Túnel de Drenaje está emplazado en el marco geológico del yacimiento Expansión Norte deMina Sur.

La construcción del Túnel de Drenaje de Expansión Norte de Mina Sur (ENMS), se enmarca en el plan de drenaje y manejo de soluciones, necesario para deprimir los niveles freáticos de las soluciones contenidas en los ripios y gravas que sobreyacen a este yacimiento. Tiene como propósito ser el acceso a las estaciones de sondajes desde donde se realizan las perforaciones para recolectar dichas soluciones. Estas perforaciones permiten drenar los sectores donde se emplaza el rajo de ENMS, despresurizando los taludes y disminuyendo las infiltraciones de soluciones que podrían comprometer las operaciones de este yacimiento.

La excavación del Túnel de Drenaje de Expansión Norte Mina Sur (ENMS) ha sido realizada en2 etapas constructivas de sección 4,5 x 4,5 m. La etapa 1 contempló la excavación de los tramos 1 al 5, con el desarrollo parcial (inicio) de los tramos 6 al 8. La etapa 2 ha contemplado la excavación de los tramos 6 al 11.

El Túnel de Drenaje ENMS en la etapa 1 de construcción, fue excavado en roca correspondiente a dos ambientes geológicos separados por la Falla Oeste. El primero corresponde al denominado Basamento Ígneo- Metamórfico de Mina Sur, reconocido desde el portal del túnel (km 0) hasta el cruce de la Falla Oeste (km 0,944 – 0,956); y el segundo, el Complejo Granodiorita Fortuna, reconocido en el resto del túnel desde el km 0,956 en adelante (ver Figura 3.1).

El Túnel de Drenaje ENMS en la etapa 2 de construcción se ha desarrollado, durante el período febrero – junio de 2006, en un 100% en rocas pertenecientes al Complejo Granodiorita Fortuna (ver Figura 3.1).

Para este trabajo denominaremos Granodiorita Fortuna a las unidades de roca pertenecientes al Complejo homónimo que afloran en la etapa 2 de construcción del Túnel de Drenaje de ENMS.

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NORTE

TRAMO 5

C:Works/Enero/Litologia Tunel

LITOLOGIAESTRUCTURAS

FALLA OESTE Fallas VIF subverticales

DIBUJADO : RAUL ALFARO R.

Figura 3. 1: Planta geológica esquemática del Túnel de Drenaje ENMS. Se indica con sólido de color celeste los seis tramos excavados en Granodiorita Fortuna, durante el período Febrero – Junio de 2006 de la etapa 2 en construcción. Se indica con traza de color magenta la ubicación y orientación de la Falla Oeste en el sector del Túnel de Drenaje.

3.2. Litología y Alteración

La Granodiorita Fortuna se reconoce en los 6 tramos excavados en la etapa 2 de construcción durante el período febrero - junio, constituyendo el 100 % del total desarrollado.

Tramo 6 (km 0,1246 – 0,2412): En el sector comprendido entre el km 0,1246 y km 0,1865, esta unidad presenta un color gris a gris verdoso, con textura granular de grano grueso a medio, constituida por cristales de cuarzo, feldespato plagioclasa, feldespato potásico y biotita; en menor medida se detecta la presencia de anfíbolas alteradas a biotita y clorita. La alteración corresponde a una argilización de carácter débil, asociada a la presencia de clorita, sericita, arcillas, y óxidos de hierro rellenando fracturas (ver Fotografía 3.1).

En el sector comprendido entre el km 0,1865 y km 0,2412 la Granodiorita Fortuna presenta una textura granular de grano medio. La alteración corresponde a una limonitización y argilización de carácter moderada a fuerte, asociada a la presencia de clorita, sericita, arcillas y escasa epidota.

El macizo rocoso se encuentra muy fracturado y las discontinuidades se encuentran alteradas por flujos supérgenos dejando pátinas de óxidos de hierro que le otorgan una tonalidad gris pardo a la roca (ver Fotografía 3.2).

Fotografía 3. 1: Muestra de Granodiorita Fortuna extraída en el km 0,135 del Tramo 6.


Tramo 7 (km 0,0289 – 0,1082): En el sector comprendido entre el km 0,0289 y km 0,065 la unidad Granodiorita Fortuna presenta un color pardo a gris verdoso, asociada a una alteración limonítica y argílica moderada. A partir del km 0,065 y hasta el km 0,100 la unidad Granodiorita Fortuna presenta un cizallamiento importante (ver Fotografía 3.3).

En el sector comprendido entre los km 0,100 y 0,108, esta unidad presenta una textura granular de grano medio, constituida por cristales de cuarzo, feldespato plagioclasa, feldespato potásico y biotita; en menor medida se detecta la presencia de anfíbolas alteradas a biotita y clorita. La alteración corresponde a una limonitización y argilización de carácter moderada a fuerte, asociada a la presencia de clorita, sericita y arcillas. El macizo rocoso se encuentra muy fracturado y las discontinuidades se encuentran alteradas por flujos supérgenos dejando pátinas de óxidos de hierro que le otorgan una tonalidad gris pardo a la roca (ver Fotografía 3.4).


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Tramo 8 (km 1,625 – 1,824): En el sector comprendido entre el km 1,625 y km 1,824 la unidad Granodiorita Fortuna presenta un color gris verdoso a gris claro, con textura granular de grano grueso a medio, constituida por cristales de cuarzo, feldespato plagioclasa, feldespato potásico y biotita; en menor medida se detecta la presencia de anfíbolas alteradas a biotita y clorita. Las fracturas aparecen generalmente rellenas con arcillas, óxidos de hierro, yeso y calcita. La alteración corresponde a una argilización de carácter débil, asociada a la presencia de clorita, sericita y arcillas (ver Fotografía 3.5).

En el sector comprendido entre los km 1,824 y 1,872, esta unidad presenta un color gris claro, con textura granular de grano medio a grueso, constituida por cristales de cuarzo, feldespato plagioclasa, feldespato potásico y biotita; en menor medida se detecta la presencia de anfíbolas alteradas a biotita y clorita. Las fracturas aparecen rellenas con arcillas, yeso, y puntualmente calcita. La alteración corresponde a una argilización de carácter débil, asociada a la presencia de clorita, sericita y arcillas (ver Fotografía 3.6).

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Fotografía 3. 5: Muestra de granodiorita Fortuna con alteración argílica débil, extraída en el km 1,765 del Tramo 8.

Fotografía 3. 6: Muestra de Granodiorita Fortuna con alteración argílica débil, extraída en el km 1,872 del Tramo 8.

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Tramos 9, 10 y 11: Los tres tramos fueron excavados en Granodiorita Fortuna de color gris claro, con textura granular de grano medio a grueso, constituida por cristales de cuarzo, feldespato plagioclasa, feldespato potásico y biotita; en menor medida se detecta la presencia de anfíbolas alteradas a biotita y clorita. Las fracturas aparecen generalmente rellenas con arcillas, óxidos de manganeso, yeso, óxidos de hierro y calcita. La alteración corresponde a una argilización de carácter débil, asociada a la presencia de clorita, sericita y arcillas (ver Fotografía 3.7 y 3.8).

Fotografía 3. 7: Muestra de Granodiorita Fortuna con alteración argílica débil, extraída en el km 1,895 del Tramo 11, sector donde se cruza con el Tramo 9.

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Fotografía 3. 8: Muestra de Granodiorita Fortuna con alteración argílica débil, extraída en el km 0,065 del Tramo 10.

3.3. Estructuras

La descripción y clasificación de discontinuidades consideradas en el Túnel de Drenaje ENMS, recoge y utiliza la categorización de estructuras geológicas establecida por la Subgerencia de Geotecnia de la División Codelco Norte. Esta se basa principalmente en los conceptos de Influencia Estructural y Persistencia o Continuidad. De acuerdo a lo anterior, se han definido tres tipos de estructuras diferenciables.

Las estructuras tipo VIF (Very Important Faults) o Fallas Mayores, corresponden a aquellas con influencia (núcleo + zona de daño) mayor a 0,5 m y espesor de relleno mayor a 2 cm, las que en general definen límites de macrobloques y/o inestabilidades mayores.

Las estructuras tipo FT (Fault Traces) o Fallas secundarias, presentan influencias y persistencias reducidas, sin embargo, pueden controlar estructuralmente la condición del desarrollo de la excavación. En términos absolutos este tipo de estructuras son las más comunes entre las fallas reconocidas en esta labor.

Las estructuras tipo SJ (System Joints) o diaclasas, corresponden a discontinuidades geológicas simples sin desplazamiento a través de sus planos por lo que no alcanzan a

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desarrollar núcleos o zonas de daño. Eventualmente pueden presentar rellenos de poco espesor, producto de la circulación y precipitación de soluciones por sus aberturas.

El estudio de los sistemas estructurales principales se realizó para las estructuras tipo SJ (diaclasas), FT (fallas secundarias) y VIF (fallas mayores), mapeadas en cada uno de los tramos excavados durante la etapa 2 de construcción, entre febrero y junio de 2006, mediante un análisis estereográfico de frecuencia con corrección de Terzaghi, utilizando el programa Dips versión 5.0.

Tramo 6 (km 0,1246 – 0,2412):

El análisis estereográfico con corrección de Terzaghi, considerando el total de las estructuras tipo SJ, entrega las siguientes orientaciones preferenciales (ver Tabla 3.1 y Figura 3.2 a 3.4).

Tabla 3. 1: Sistemas principales de estructuras tipo SJ

SET DIP DIPDIR Nº POLOS1 76 022 202 69 285 183 74 245 154 86 181 105 72 319 106 52 014 8

Figura 3. 2: Sistemas principales para el total de estructuras tipo SJ registradas en el Tramo 6.

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Figura 3. 3: Sistemas principales para el total de estructuras tipo SJ registradas en el Tramo 6 con número de polos o scatter plot.

Figura 3. 4: Histograma con análisis cuantitativo del total de estructuras tipo SJ mapeadas en elTramo 6.

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El análisis estereográfico con corrección de Terzaghi, considerando el total de las estructuras tipo FT, entrega las siguientes orientaciones preferenciales (ver Tabla 3.2 y Figura 3.5 a 3.7).

Tabla 3. 2: Sistemas principales de estructuras tipo FT

SET DIP DIPDIR Nº POLOS1 78 207 62 69 289 53 82 029 44 70 242 45 67 313 2

Figura 3. 5: Sistemas principales para el total de estructuras tipo FT registradas en el Tramo 6.

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Figura 3. 6: Sistemas principales para el total de estructuras tipo FT registradas en el Tramo 6 con número de polos o scatter plot.

Figura 3. 7: Histograma con análisis cuantitativo del total de estructuras tipo FT mapeadas en elTramo 6.

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El análisis estereográfico con corrección de Terzaghi, considerando el total de las estructuras tipo VIF, entrega las siguientes orientaciones preferenciales (ver Tabla 3.3 y Figura 3.8 a 3.10).

Tabla 3. 3: Sistemas principales de estructuras tipo VIF

SET DIP DIPDIR Nº POLOS1 75 285 22 84 282 1

Figura 3. 8: Sistemas principales para el total de estructuras tipo VIF registradas en el Tramo 6.

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Figura 3. 9: Sistemas principales para el total de estructuras tipo VIF registradas en el Tramo 6 con número de polos o scatter plot.

Figura 3. 10: Histograma con análisis cuantitativo del total de estructuras tipo VIF mapeadas en elTramo 6.

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Tramo 7(km 0,0289 – 0,1082):





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SET DIP DIPDIR Nº POLOS1 68 353 52 72 060 33 55 035 2


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47

Tramo 8 (km 1,625 – 1,824):



SET DIP DIPDIR Nº POLOS1 72 063 462 75 314 253 42 334 134 55 134 12


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Figura 3. 19: Histograma con análisis cuantitativo del total de estructuras tipo SJ mapeadas en el Tramo 8.

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51

El análisis estereográfico con corrección de Terzaghi, considerando el total de las estructuras tipo VIF, entrega la siguiente orientación preferencia (ver Tabla 3.8 y Figura 3.23 a 3.25).

Tabla 3. 8: Sistemas principales de estructuras tipo VIF

SET DIP DIPDIR Nº POLOS1 81 194 1

Figura 3. 23: Sistemas principales para el total de estructuras tipo VIF registradas en el Tramo 8.

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Figura 3. 24: Sistemas principales para el total de estructuras tipo VIF registradas en el Tramo 8 con número de polos o scatter plot.

Figura 3. 25: Histograma con análisis cuantitativo del total de estructuras tipo VIF mapeadas en elTramo 8.

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Tramo 9 (km 0,0 – 0,103):





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55

El análisis estereográfico con corrección de Terzaghi, considerando el total de las estructuras tipo FT, entrega las siguientes orientaciones preferenciales (ver Tabla 3.10 y Figura 3.29 a3.31).




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Tramo 10 (km 0,0 – 0,050):

El análisis estereográfico con corrección de Terzaghi, considerando el total de las estructuras tipo SJ, entrega las siguientes orientaciones preferenciales (ver Tabla 3.11 y Figura 3.32 a3.34).




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El análisis estereográfico con corrección de Terzaghi, considerando el total de las estructuras tipo FT, entrega las siguientes orientaciones preferenciales (ver Tabla 3. 12 y Figura 3.35 a3.37).




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Figura 3. 36: Sistemas principales para el total de estructuras tipo FT registradas en el Tramo 10, con número de polos o scatter plot.

Figura 3. 37: Histograma con análisis cuantitativo del total de estructuras tipo FT mapeadas en el Tramo 10.

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Tramo 11 (km 1,625 – 1,824):

El análisis estereográfico con corrección de Terzaghi, considerando el total de las estructuras tipo SJ, entrega las siguientes orientaciones preferenciales (ver Tabla 3.13 y Figura 3.38 a3.40).




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Figura 3. 40: Histograma con análisis cuantitativo del total de estructuras tipo SJ mapeadas en el Tramo 11.

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El análisis estereográfico con corrección de Terzaghi, considerando el total de las estructuras tipo FT, entrega las siguientes orientaciones preferenciales (ver Tabla 3.14 y Figura 3.41 a3.43).


SET DIP DIPDIR Nº POLOS1 53 328 72 60 026 73 76 279 44 55 146 45 76 060 3


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El análisis estereográfico de frecuencia con corrección de Terzaghi del total de estructuras mapeadas (818 polos), utilizando el programa Dips 5.0, permite agruparlas en tres sets principales de orientaciones NNW, NNE y EW, con manteos subverticales, confirmando que el sector estudiado está incluido en el Dominio Estructural Oeste - Granodiorita Fortuna (ver Tabla3.15 y Figura 3.44 a 3.46).

Tabla 3. 15: Sistemas principales del total de estructuras mapeadas

SET DIP DIPDIR Nº POLOS1 71 051 2642 73 291 118

3 71 350 89

Figura 3. 44: Sistemas principales para el total de estructuras registradas durante el período febrero – junio de la etapa 2 del Túnel de Drenaje ENMS.

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Figura 3. 45: Sistemas principales con número de polos o scatter plot para el total de estructuras registradas durante el período febrero – junio de la etapa 2 del Túnel de Drenaje ENMS.

Figura 3. 46: Histograma con análisis cuantitativo para el total de estructuras registradas durante el período febrero – junio de la etapa 2 del Túnel de Drenaje ENMS.

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IV. GEOTECNIA

4.1. Generalidades

La caracterización geotécnica del macizo rocoso es una herramienta básica para la construcción de modelos numéricos y éstos para el análisis de estabilidad de una excavación, sea esta minera (minas subterráneas o a rajo abierto) o civil (túneles carreteros, hidráulicos, etc.).

En la caracterización del macizo rocoso, se han utilizado principalmente dos sistemas de clasificación geomecánica multiparamétricos, éstos son, el Índice Q de Calidad de Túneles del Instituto Geotécnico de Noruega (NGI) y el sistema RMR de Bieniawski. Adicionalmente se ha calculado el Índice Geológico de resistencia GSI de Hoek and Brown (ver Apéndice 1: Sistemas de Clasificación del Macizo Rocoso).

La utilización de estas clasificaciones cumple con el propósito tanto de indicar los parámetros geomecánicos que caracterizan al macizo rocoso, como indicar recomendaciones de fortificación.

La caracterización geotécnica en el Túnel de Drenaje ENMS se ha realizado de acuerdo a los criterios de clasificación del Índice Q de Calidad de Túneles del NGI (Barton, 1974; Grimstad y Barton, 1993), el sistema RMR de Bieniawski (1989) y el Índice Geológico de Resistencia GSI (Marinos & Hoek, 2000).

El concepto de Unidad Geotécnica Básica, definido por la Subgerencia de Geotecnia de Codelco Norte, corresponde a la zonificación del macizo rocoso, que resulta de la sobreimposición de parámetros geológicos como, litología, alteración y mineralización, con el objetivo de diferenciar cuerpos mapeables con características geotécnicas propias.

En el yacimiento Expansión Norte de Mina Sur (ver Figura 4.1) se han definido las siguientes unidades geotécnicas básicas: Ripios (Ripios Chuquicamata, Ripios lixiviados, Ripios no lixiviados); Gravas (Grava Estéril, Grava mineral fresca, Grava mineral semi argilizada, Grava mineral intensa argilización, Grava alterada); y Rocas (Anfibolitas, Granodiorita, Roca Silicificada, Pórfido Feldespático, Pórfido Cuarcífero, Roca Alterada, Diques Andesíticos, Granodiorita Fortuna, Roca Cizalle Intenso y Roca Cizalle Moderado).

En la etapa 1 de construcción del Túnel de Drenaje ENMS se reconocieron seis Unidades Geotécnicas correspondientes a: Granodiorita Este, en un 21,58% del total de la excavación; Anfibolita, en un 11,18%; Pórfido Cuarcífero en un 10,75%; Pórfido Feldespático, en un 1,4%; Cizalle Intenso, en un 0,9% y la Unidad Geotécnica Granodiorita Fortuna, que fue excavada en una proporción de 53,73% (Superintendencia de Geotecnia de Desarrollo, 2005).

En la etapa 2 de construcción del Túnel de Drenaje ENMS, el 100% de lo excavado durante el período febrero-junio ha sido en la unidad geotécnica Granodiorita Fortuna.

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Figura 4. 1: Unidades Geotécnicas Básicas, Planta 2650, ENMS, Subgerencia de Geotecnia, DCN, diciembre de 2006.

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4.2. Parámetros de la Excavación

La etapa 1 de construcción del Túnel de Drenaje de Expansión Norte Mina Sur (ENMS) fue realizada por la constructora Agecomet S.A. desde el 30 de julio de 2003 hasta el 31 de enero de 2005, totalizando 2110,14 m de túnel y la construcción de 10 estaciones de drenaje.

La etapa 2 de construcción del Túnel de Drenaje de Expansión Norte Mina Sur (ENMS) es realizada por la Empresa Mas Errázuriz Construcciones S.A. desde febrero de 2006. En el período febrero – junio fueron excavados 697,17 m totales de túnel de sección 4,5 m x 4,5 m con pendiente de + 5% (Ver Fotografía 4.1). Es importante señalar que el desarrollo total indicado anteriormente no considera los avances acumulados de estocadas de sondajes.

El metraje total desarrollado en la etapa 2 de construcción del Túnel de Drenaje ENMS, desde febrero al 30 de junio de 2006, se desglosa en 6 tramos de la manera siguiente: Tramo 6 tiene un desarrollo de 116,61 m y la frente se ubica en el Km 0,2412; Tramo 7 tiene un desarrollo de79,28 m y la frente se ubica en el Km 0,1082; Tramo 8 tiene un desarrollo de 246,53 m y la frente se ubica en el Km 1,872; Tramo 9 tiene un desarrollo de 103,13 m y la frente se ubica enel km 0,10313; Tramo 10 tiene un desarrollo de 50,73 m y la frente se ubica en el km 0,05073; Tramo 11 tiene un desarrollo de 100,89 m y la frente se ubica en el km 1,972 respecto del desarrollo principal (ver Tabla 4.1).

Fotografía 4. 1: Portal de acceso a Túnel de Drenaje de Expansión Norte de Mina Sur.

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Tabla 4. 1: Resumen de los tramos excavados entre febrero y junio de 2006.

4.3. Macizo Rocoso y Sostenimiento

La etapa 2 de construcción del Túnel de Drenaje de ENMS ha sido excavada en un macizo rocoso correspondiente a la unidad geotécnica Granodiorita Fortuna, donde las estructuras mapeadas son mayoritariamente del tipo SJ (sistemas de joints o diaclasas) y del tipo FT (fault traces o fallas secundarias). Las fallas tipo VIF (Fallas mayores) son determinantes en la estabilidad de la excavación, sin embargo en términos cuantitativos han sido minoritarias en esta etapa del desarrollo.

La Calidad geotécnica (Tipo de Roca) definida por el Índice Q de Barton (1974), ha sido relevante para los parámetros de constructivos de una excavación subterránea como el Túnel de Drenaje de ENMS, ya que ha permitido determinar el tipo de sostenimiento a ser instalado, además de cuantificar los precios específicos por metro de avance de la excavación. El Índice Q de Barton (1974), es utilizado internacionalmente para caracterizar geotécnicamente el macizo rocoso, y como guía para estimar el requerimiento de sostenimiento de túneles (ver Apéndice1: Sistemas de Clasificación del Macizo Rocoso).

El parámetro SRF (Factor reductor de esfuerzos) utilizado para calcular el Índice Q en el Túnel de Drenaje ENMS durante el período febrero-junio de la etapa 2 de construcción, correspondió

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al valor 2,5, debido a que la columna de roca definida por topografía de superficie y entregada por la Subgerencia de Geotecnia de Codelco Norte, supera los 50 m de altura, y generalmente nos encontramos con zonas débiles aisladas en roca competente o roca descompuesta (ver Apéndice 1: Sistemas de Clasificación del Macizo Rocoso).

La resistencia a la compresión uniaxial o simple (IRS) en la roca intacta, puede ser estimada en terreno a partir de la Tabla 4.2, que resume los resultados de ensayos estandarizados de laboratorio y de estimaciones de campo.

Tabla 4. 2: Estimación de la Resistencia a la Compresión Uniaxial (1)

Grado(*)

Término

Esfuerzo Compresión

Uniaxial [Mpa]

Índice de Carga

Puntual [Mpa]

Estimación de Campo Ejemplos **

R6ExtremadamenteDura

> 250 >10Repetidos golpes de martillo, desprenden pequeños trozos de roca, sonido metálico.

Basalto fresco, cuarcita, gneiss, granito

R5 Muy Dura 100-250 4-10Requiere de varios golpes firmes de martillo para romper un espécimen de roca intacta.

Arenisca, basalto, gabro, gneiss, granodiorita, caliza, mármol,

R4 Dura 50-100 2-4Requiere de más de un golpe don martillo para fracturarse.

Caliza, mármol, arenisca, esquisto

R3MedianamenteDura

25-50 1-2Un firme golpe de martillo puede fracturar la roca, el cortaplumas solo raya la superficie.

Conglomerado, carbón, hormigón, esquisto

R2 Blanda 5-25 ***

Un firme golpe de martillo puede hacer una profunda marca en la roca, el cortaplumas puede tallar con dificultad la muestra

Yeso, sal de roca, potasa

R1 Muy Blanda 1-5 ***Se fragmenta con un simple golpe de martillo, puede ser tallada con cortaplumas.

Roca alterada

R0ExtremadamenteBlanda

0.25-1 ***Se puede marcar con la uña del pulgar

Salbanda de falla

NOTAS:

(*) Grado de acuerdo a ISRM (1981).(**) Las rocas presentan un rango amplio de resistencia a la compresión uniaxial que reflejan la heterogeneidad en la

composición y anisotropía en la estructura, las rocas duras se caracterizan por el arreglo de cristales bien trabados.(***) Rocas con resistencia a compresión inferior a 25 [Mpa], se obtienen resultados muy ambiguos bajo la comprobación

de carga puntual.(1) Del Texto, Support of Underground Excavations in Hard Rock, E. Hoek, P.K. Kaiser, W.F. Bawden (1995).

Macizo rocoso

De acuerdo a lo información recopilada durante la excavación de la etapa 2 del Túnel de Drenaje ENMS en el período de febrero - junio, se tiene la caracterización geotécnica de los siguientes 6 tramos:

72

Tramo 6:

El 100% de este tramo fue excavado en la unidad geotécnica Granodiorita Fortuna.

La resistencia a la compresión simple estimada corresponde al grado que va de R2 a R4, segúnTabla 4.2 de ISRM (1981), en un rango de 20 a 80 MPa.

La resistencia R4 se registró en el intervalo que va del km 0,1246 al km 0,1865 donde esta unidad geotécnica presentaba una alteración argílica débil.

Las resistencias más bajas (R2 y R3) registradas en el Tramo 6, se ubican en el intervalo que va del km 0,1865 al km 0,2412, donde la Granodiorita Fortuna presenta una alteración limonítica y argílica moderada a fuerte (ver plano SG-CRH-01 de Anexo 1: Planos Geotécnicos).

Los parámetros geotécnicos principales registrados en este tramo, de acuerdo a la calidad geotécnica (Tipo de Roca), se presentan en Tabla 4.3.

Tabla 4. 3: Parámetros geotécnicos Tramo 6, Túnel de Drenaje Etapa 2

TIPO (1) FF IRS RQD Jn Jr Ja Jw SRF

III 2-7 50-100 65-80 6-12 2-3 4 1 2,5

IV 4-10 20-40 40-75 12-15 2 4-8 1 2,5

NOTA: (1) Calidad geotécnica según Barton (1974).

El macizo rocoso, de acuerdo a la Tabla 4.3 (ver plano SG-CRH-01 de Anexo 1: Planos Geotécnicos), con calidad geotécnica de Roca tipo III, tiene un fracturamiento asociado a una frecuencia de fractura (FF/m) de 2 a 7 /m y RQD en el rango de 65-80% (RDQ de regular a bueno). El índice de fracturamiento Jn con valor en el rango 6-12, indica que existen dos a más de tres sistemas de discontinuidades; el índice de rugosidad Jr con valor 2 a 3, indica que las discontinuidades existentes son onduladas lisas a onduladas rugosas; el índice de alteración Ja con valor 4, indica que las fracturas presentan alteraciones arcillosas; el factor reductor de agua Jw con valor 1, indica que la condición de agua de las discontinuidades es seca o presenta flujos de agua con caudales menores a 5 lt/min.; el factor reductor de esfuerzos SRF con valor2,5, indica la existencia de zonas débiles en roca competente y en roca descompuesta con una columna de roca o profundidad de la excavación mayor a 50 m.

El macizo rocoso, de acuerdo a la Tabla 4.3 (ver plano SG-CRH-01 de Anexo 1: Planos Geotécnicos), con calidad geotécnica de Roca tipo IV, tiene un fracturamiento asociado a una frecuencia de fractura (FF/m) de 4 a 10 /m y RQD en el rango de 40-75% (RDQ de malo a regular). El índice de fracturamiento Jn con valor en el rango 12-15, indica que existen tres a más de cuatro sistemas de discontinuidades; el índice de rugosidad Jr con valor 2, indica que las discontinuidades existentes son principalmente onduladas lisas; el índice de alteración Ja con valor 4 a 8, indica que las fracturas presentan alteraciones arcillosas con destritos arcillosos poco consolidados; el factor reductor de agua Jw con valor 1, indica que la condición de agua de las discontinuidades es seca o presenta flujos de agua con caudales menores a 5 lt/min.; el

73

factor reductor de esfuerzos SRF que es 2,5, indica la existencia de zonas débiles en roca competente y en roca descompuesta con una columna de roca o profundidad de la excavación mayor a 50 m.

De acuerdo al Índice Q de Barton (1974), en este tramo el 53 % fue definido como Roca Tipo III (Calidad geotécnica Regular) con valores de Q entre 1,10 y 1,80. El 47 % restante se definió con calidad de roca tipo IV (Calidad geotécnica Mala) cuyo Índice Q está dentro del rango de0,40 a 0,90 (ver Tabla 4.9).

La clasificación según Bieniawski entrega una calidad geotécnica Mala a Buena con valores de RMR entre 35 – 65. El índice GSI corresponde a BD/P (Blocky Disturbed / Poor) a VB/F (Very Blocky / Fair) con valores entre 25 y 65.

Tramo 7:


La resistencia a la compresión simple estimada corresponde al grado que va de R2 a R4, según Tabla 4.2 de ISRM (1981), en un rango que va desde 20 a 70 MPa. La resistencia R2 y R3 se registró en el intervalo del km 28,95 – 102,53, donde esta unidad geotécnica presenta una alteración limonítica y argílica moderada a fuerte. La resistencia R4, que es la más alta registrada en este tramo, se ubican en el intervalo del km 0,1025 – 0,1082 donde la Granodiorita Fortuna presenta una alteración limonítica y argílica débil a moderada (ver plano SG-CRH-02 de Anexo 1: Planos Geotécnicos).




III 4-10 20-25 60 9-12 3 4-6 1 2,5

IV 4-6 20-80 45-65 9-15 2 6-8 1 2,5


El macizo rocoso, de acuerdo a la Tabla 4.4 (ver plano SG-CRH-02 de Anexo 1: Planos Geotécnicos), con calidad geotécnica de Roca tipo III, tiene un fracturamiento asociado a una frecuencia de fractura (FF/m) de 4 a 10 /m y RQD en el rango de 60% (RDQ regular). El índice de fracturamiento Jn con valor 9-12, indica que existen tres a más de tres sistemas de discontinuidades; el índice de rugosidad Jr con valor 3, indica que las discontinuidades existentes son onduladas rugosas; el índice de alteración Ja con valor de 4 a 6, indica que las fracturas presentan alteraciones arcillosas con detritos arcillosos preconsolidados; el factor reductor de agua Jw con valor 1, indica que la condición de agua de las discontinuidades es seca o presenta flujos de agua con caudales menores a 5 lt/min.; el factor reductor de esfuerzos

74

SRF con valor 2,5, indica la existencia de zonas débiles en roca competente y en roca descompuesta con una columna de roca o profundidad de la excavación mayor a 50 m.

El macizo rocoso, de acuerdo a la Tabla 4.4 (ver plano SG-CRH-02 de Anexo 1: Planos Geotécnicos), con calidad geotécnica de Roca tipo IV, tiene un fracturamiento asociado a una frecuencia de fractura (FF/m) de 4 a 6 /m y RQD en el rango de 45-65% (RDQ de malo a regular). El índice de fracturamiento Jn con valor en el rango 9-15, indica que existen tres a más de cuatro sistemas de discontinuidades; el índice de rugosidad Jr con valor 2, indica que las discontinuidades existentes son principalmente onduladas lisas; el índice de alteración Ja con valor 6 a 8, indica que las fracturas presentan alteraciones arcillosas con destritos arcillosos preconsolidados a poco consolidados; el factor reductor de agua Jw con valor 1, indica que la condición de agua de las discontinuidades es seca o presenta flujos de agua con caudales menores a 5 lt/min.; el factor reductor de esfuerzos SRF con valor 2,5, indica la existencia de zonas débiles en roca competente y en roca descompuesta con una columna de roca o profundidad de la excavación mayor a 50 m.

En este tramo, según el Índice Q de Barton (1974), el 76 % fue definido como Roca Tipo III (Calidad geotécnica Regular) con valores de Q entre 1,0 y 2,0. El 24 % restante se definió con calidad de roca tipo IV (Calidad geotécnica Mala) cuyo Índice Q está dentro del rango de 0,40 a0,70 (ver Tabla 4.9).

La clasificación según Bieniawski entrega una calidad geotécnica Mala a Regular con valores de RMR entre 35 – 59. El índice GSI corresponde a BD/P (Blocky Disturbed / Poor) a VB/F (Very Blocky / Fair) con valores entre 25 y 55 (ver plano SG-CRH-02 de Anexo 1: Planos Geotécnicos).

Tramo 8:


La resistencia a la compresión simple estimada corresponde al grado R4, según Tabla 4.2 de ISRM (1981), en un rango que va desde 60 a 100 Mpa, y se presenta en todo el Tramo 8, donde la Granodiorita Fortuna tiene una alteración argílica débil (ver plano SG-CRH-03 de Anexo 1: Planos Geotécnicos).




III 3-9 50-90 60-70 4-12 2-3 2-4 1 2,5


75

El macizo rocoso, de acuerdo a la Tabla 4.5 (ver plano SG-CRH-03 de Anexo 1: Planos Geotécnicos), con calidad geotécnica de Roca tipo III, tiene un fracturamiento asociado a una frecuencia de fractura (FF/m) de 3-9 /m y RQD en el rango de 60-70% (RDQ regular). El índice de fracturamiento Jn con valor en el rango 4-12, indica que existen dos a más de tres sistemas de discontinuidades; el índice de rugosidad Jr con valor de 2 a 3, indica que las discontinuidades existentes son onduladas lisas a onduladas rugosas; el índice de alteración Ja con valor de 2 a 4, indica que las fracturas presentan ligera alteración a alteraciones arcillosas; el factor reductor de agua Jw con valor 1, indica que la condición de agua de las discontinuidades es seca o presenta flujos de agua con caudales menores a 5 lt/min.; el factor reductor de esfuerzos SRF con valor 2,5, indica la existencia de zonas débiles en roca competente y en roca descompuesta con una columna de roca o profundidad de la excavación mayor a 50 m.

En este tramo, según el Índice Q de Barton (1974), el 100 % fue definido como Roca Tipo III (Calidad geotécnica Regular) con valores de Q entre 1,2 y 5,3 (ver Tabla 4.9)

La clasificación según Bieniawski entrega una calidad geotécnica Regular a Buena con valores de RMR entre 54 – 65. El índice GSI corresponde a B/F (Blocky Fair) a VB/G (Very Blocky / Good) con valores entre 49 y 65 (ver plano SG-CRH-03 de Anexo 1: Planos Geotécnicos).

Tramo 9:


La resistencia a la compresión simple estimada corresponde al grado que va de R4 a R5, según Tabla 4.2 de ISRM (1981), en un rango que va desde 70 a 150 MPa. La resistencia R4 y R5 se ubica en todo este tramo, donde la Granodiorita Fortuna presenta una alteración argílica débil (ver SG-CRH-04 de Anexo 1: Planos Geotécnicos).




III 4-6 100-150 58-70 9-12 2 4 1 2,5

IV 5 50-90 45 15 2 4 1 2,5


El macizo rocoso, de acuerdo a la Tabla 4.6 (ver plano SG-CRH-04 de Anexo 1: Planos Geotécnicos), con calidad geotécnica de Roca tipo III, tiene un fracturamiento asociado a una frecuencia de fractura (FF/m) de 4 a 6 /m y RQD en el rango de 58-70% (RDQ regular). El índice de fracturamiento Jn con valor 9-12, indica que existen tres sistemas a más de tres sistemas de discontinuidades; el índice de rugosidad Jr con valor 2, indica que las discontinuidades existentes son onduladas lisas; el índice de alteración Ja con valor 4, indica

76

que las fracturas presentan alteraciones arcillosas; el factor reductor de agua Jw con valor 1, indica que la condición de agua de las discontinuidades es seca o presenta flujos de agua con caudales menores a 5 lt/min.; el factor reductor de esfuerzos SRF que es 2,5, indica la existencia de zonas débiles en roca competente y en roca descompuesta con una columna de roca o profundidad de la excavación mayor a 50 m.

El macizo rocoso, de acuerdo a la Tabla 4.6 (ver plano SG-CRH-04 de Anexo 1: Planos Geotécnicos), con calidad geotécnica de Roca tipo IV, tiene un fracturamiento asociado a una frecuencia de fractura (FF/m) de 5/m y RQD en el rango de 45% (RDQ malo). El índice de fracturamiento Jn con valor 15, indica que existen más de cuatro sistemas de discontinuidades; el índice de rugosidad Jr con valor 2, indica que las discontinuidades existentes son principalmente onduladas lisas; el índice de alteración Ja con valor 4, indica que las fracturas presentan alteraciones arcillosas; el factor reductor de agua Jw con valor 1, indica que la condición de agua de las discontinuidades es seca o presenta flujos de agua con caudales menores a 5 lt/min.; el factor reductor de esfuerzos SRF con valor 2,5, indica la existencia de zonas débiles en roca competente y en roca descompuesta con una columna de roca o profundidad de la excavación mayor a 50 m.

En este tramo, según el Índice Q de Barton (1974), el 96% fue definido como Roca Tipo III (Calidad geotécnica Regular) con valores de Q entre 1,0 y 1,6. El 4% restante se definió con calidad de roca tipo IV (Calidad geotécnica Mala) cuyo Índice Q está dentro del rango de 0,53 a0,73 (ver Tabla 4.9).

La clasificación según Bieniawski entrega una calidad geotécnica Regular con valores de RMR entre 44 – 60. El índice GSI corresponde a B/F (Blocky Fair) a VB/F (Very Blocky / Fair) con valores entre 40 y 55 (ver plano SG-CRH-04 de Anexo 1: Planos Geotécnicos).

Tramo 10:


La resistencia a la compresión simple estimada corresponde al grado R4, según Tabla 4.2 de ISRM (1981), en un rango que va desde 70 a 80 MPa. La resistencia R4 se ubica en todo este tramo, donde la Granodiorita Fortuna presenta una alteración argílica débil (ver plano SG-CRH-05 de Anexo 1: Planos Geotécnicos).




III 6-7 70-80 55-65 9 2 4 1 2,5


77

El macizo rocoso, de acuerdo a la Tabla 4.7 (ver plano SG-CRH-05 de Anexo 1: Planos Geotécnicos), con calidad geotécnica de Roca tipo III, tiene un fracturamiento asociado a una frecuencia de fractura (FF/m) de 6-7 /m y RQD en el rango de 55-65% (RDQ regular). El índice de fracturamiento Jn con valor 9, indica que existen tres sistemas de discontinuidades; el índice de rugosidad Jr con valor 2, indica que las discontinuidades existentes son onduladas lisas; el índice de alteración Ja con valor 4, indica que las fracturas presentan alteraciones arcillosas; el factor reductor de agua Jw con valor 1, indica que la condición de agua de las discontinuidades es seca o presenta flujos de agua con caudales menores a 5 lt/min.; el factor reductor de esfuerzos SRF con valor 2,5, indica la existencia de zonas débiles en roca competente y en roca descompuesta con una columna de roca o profundidad de la excavación mayor a 50 m.

En este tramo, según el Índice Q de Barton (1974), el 100 % fue definido como Roca Tipo III (Calidad geotécnica Regular) con valores de Q entre 1,2 y 1,4 (ver Tabla 4.9).

La clasificación según Bieniawski entrega una calidad geotécnica Regular con valores de RMR entre 49 – 55. El índice GSI corresponde a B/F (Blocky Fair) con valores entre 45 y 50 (ver plano SG-CRH-05 de Anexo 1: Planos Geotécnicos).

Tramo 11:


La resistencia a la compresión simple estimada corresponde al grado que va de R4 a R5, según Tabla 4.2 de ISRM (1981), en un rango que va desde 70 a 150 MPa. La resistencia R4 y R5 se ubica en todo este tramo, donde la Granodiorita Fortuna presenta una alteración argílica débil (ver plano SG-CRH-06 de Anexo 1: Planos Geotécnicos).




III 4-7 70-150 60-70 9-12 2 2-4 1 2,5


El macizo rocoso, de acuerdo a la Tabla 4.8 (ver plano SG-CRH-06 de Anexo 1: Planos Geotécnicos), con calidad geotécnica de Roca tipo III, tiene un fracturamiento asociado a una frecuencia de fractura (FF/m) de 4-7 /m y RQD en el rango de 60-70% (RDQ regular). El índice de fracturamiento Jn con valor 9-12, indica que existen tres o más sistemas de discontinuidades; el índice de rugosidad Jr con valor 2, indica que las discontinuidades existentes son onduladas lisas; el índice de alteración Ja con valor 2 a 4, indica que las fracturas presentan ligera alteración a alteraciones arcillosas; el factor reductor de agua Jw con valor 1, indica que la condición de agua de las discontinuidades es seca o presenta flujos de agua con caudales menores a 5 lt/min.; el factor reductor de esfuerzos SRF con valor 2,5, indica

78

la existencia de zonas débiles en roca competente y en roca descompuesta con una columna de roca o profundidad de la excavación mayor a 50 m.

En este tramo, según el Índice Q de Barton (1974), el 100 % fue definido como Roca Tipo III (Calidad geotécnica Regular) con valores de Q entre 1,1 y 3,3 (ver Tabla 4.9).

La clasificación del Tramo 11, según Bieniawski, entrega una calidad geotécnica Regular a Buena con valores de RMR entre 54 –66. El índice GSI corresponde a B/F (Blocky / Fair) a B/G (Blocky / Good) valores entre 49 y 65 (ver plano SG-CRH-05 de Anexo 1: Planos Geotécnicos).

De los 697,17 m excavados durante el período febrero - junio de la etapa 2 de construcción del Túnel de Drenaje ENMS, según el Índice Q de Barton (1974), el 89 % fue definido como Roca Tipo III (calidad geotécnica Regular) con valores de Q entre 1,0 y 5,3. El 11 % restante se definió como Roca Tipo IV (calidad geotécnica Mala) con valores de Q entre 0,4 y 0,9.

La Roca Tipo III (calidad Regular según Barton) encontrada en el Túnel de Drenaje etapa 2 de ENMS, presentó los siguientes parámetros geotécnicos: RQD con valores entre 55% y 80% (RQD regular a bueno); Jn con valores 4 – 12 (dos a más de tres sistemas de discontinuidades); Jr con valores 2 – 3 (discontinuidades onduladas lisas a onduladas rugosas); Ja con valores 2 –6 (ligera alteración a detritos arcillosos preconsolidados); Jw con valor 1 (condición seca o flujos menores a 5 lt/min); SRF con valor 2,5 (zonas débiles en roca competente y en roca descompuesta con una columna de roca o profundidad de la excavación mayor a 50 m).

La distribución de los parámetros geotécnicos asociados a la Roca tipo III encontrada en la etapa 2 del Túnel de Drenaje se muestran de manera gráfica en los histogramas de la Figura4.2 a 4.5.

La Roca Tipo IV (calidad Mala según Barton) encontrada en el Túnel de Drenaje etapa 2 de ENMS, presentó los siguientes parámetros geotécnicos: RQD con valores entre 40% y 75% (RQD malo a regular); Jn con valores 9 – 15 (tres a más de cuatro sistemas de discontinuidades); Jr con valor 2 (discontinuidades onduladas lisas); Ja con valores 4 – 8 (alteraciones arcillosas a detritos arcillosos poco consolidados); Jw con valor 1 (condición seca o flujos menores a 5 lt/min); SRF con valor 2,5 (zonas débiles en roca competente y en roca descompuesta con una columna de roca o profundidad de la excavación mayor a 50 m).

La distribución de los parámetros geotécnicos asociados a la Roca tipo IV encontrada en la etapa 2 del Túnel de Drenaje se muestran de manera gráfica en los histogramas de la Figura4.6 a 4.9.

De los 697,17 m excavados durante el período febrero - junio de la etapa 2 de construcción del Túnel de Drenaje ENMS, según el RMR de Bieniawski (1989) sin ajuste por orientación de discontinuidades, el 20 % fue definido como Clase II (calidad geotécnica Buena) con valores de RMR entre 61 y 66; el 78 % fue definido como Clase III (calidad geotécnica Regular) con

Fre

cuen

cia

Par

cia

l (%

)F

recu

enci

a P

arci

al (

%)

79

valores de RMR entre 41 y 60. El 2 % restante se definió como Clase IV (calidad geotécnicaMala) con valores de RMR entre 35 y 40.

100

80

60

40

20

0

0 - 25 26 - 50 51 - 75 76 - 90 91 - 100

RQD

Figura 4. 2: Histograma de RQD v/s Frecuencia parcial (%) en Roca Tipo III.

100

80

60

40

20

01 2 3 4 6 9 12 15 20

Jn

Figura 4. 3: Histograma de Jn v/s Frecuencia parcial (%) en Roca Tipo III.

Fre

cu

enci

a P

arci

al (

%)

Fre

cuen

cia

Par

cial

(%

)

80

100

80

60

40

20

0

1 2 3 4

Jr

Figura 4. 4: Histograma de Jr v/s Frecuencia parcial (%) en Roca Tipo III.

100

80

60

40

20

0

1 2 4 6 8 12 20Ja

Figura 4. 5: Histograma de Ja v/s Frecuencia parcial (%) en Roca Tipo III.

El histograma de la Figura 4.2, muestra que el 97% del RQD tiene valores entre 51 y 75% (RQD regular), mientras que el 3% restante está en el rango 76 – 90% (RQD bueno). En el gráfico de la Figura 4.3, la frecuencia obtenida para un Jn de 4, significa que en el 4% de las frentes en roca tipo III se identificaron dos sistemas de discontinuidades; para un Jn de 6, significa que en el 11% de las frentes en roca tipo III se identificaron más de dos sistemas; para un Jn de 9, significa que en el 50% de las frentes en roca tipo III se observaron tres sistemas; para un Jn de 12, significa que en el 35% de las frentes en roca tipo III se observaron más de tres sistemas de discontinuidades.

En el histograma de la Figura 4.4, la frecuencia obtenida para un Jr de 2, significa que en el66% de las frentes en roca tipo III se identificaron discontinuidades onduladas lisas; para un Jr de 3, significa que en el 34% de las frentes en roca tipo III se identificaron discontinuidades onduladas rugosas. El histograma de la Figura 4.5, muestra que el 22% de Ja tiene un valor 2 (discontinuidades con ligera alteración), mientras que el 78% restante tiene un valor de 4 (discontinuidades con alteraciones arcillosas).

Fre

cuen

cia

Par

cial

(%

)F

recu

enci

a P

arci

al (

%)

81

100

80

60

40

20

0

0 - 25 26 - 50 51 - 75 76 - 90 91 - 100

RQD

Figura 4. 6: Histograma de RQD v/s Frecuencia parcial (%) en Roca Tipo IV.

100

80

60

40

20

01 2 3 4 6 9 12 15 20

Jn

Figura 4. 7: Histograma de Jn v/s Frecuencia parcial (%) en Roca Tipo IV.

Fre

cuen

cia

Pa

rcia

l (%

)F

recu

enci

a P

arci

al (

%)

82

100

80

60

40

20

0

1 2 3 4Jr

Figura 4. 8: Histograma de Jr v/s Frecuencia parcial (%) en Roca Tipo IV.

100

80

60

40

20

0

1 2 4 6 8 12 20Ja

Figura 4. 9: Histograma de Ja v/s Frecuencia parcial (%) en Roca Tipo IV.

El histograma de la Figura 4.6, muestra que el 80% del RQD tiene valores entre 26 y 50% (RQD malo), mientras que el 20% restante está en el rango 51 – 75% (RQD regular). En el gráfico de la Figura 4.7, la frecuencia obtenida para un Jn de 9, significa que en el 3% de las frentes en roca tipo IV se observaron tres sistemas; para un Jn de 12, significa que en el 35% de las frentes en roca tipo IV se observaron más de tres sistemas de discontinuidades; para un Jn de 15, significa que en el 62% de las frentes en roca tipo IV se observaron más de cuatro sistemas de discontinuidades.

En el histograma de la Figura 4.8, la frecuencia obtenida para un Jr de 2, significa que en el100% de las frentes en roca tipo IV se identificaron discontinuidades onduladas lisas. El histograma de la Figura 4.9, muestra que el 39% de Ja tiene valor de 4 (discontinuidades con alteraciones arcillosas); el 36% de Ja tiene valor 6 (alteraciones con detritos arcillosos preconsolidados); el 25% restante de Ja tiene valor 8 (alteraciones con detritos arcillosos poco consolidados).

Tabla 4. 9: Sectorización geotécnica para tramos excavados en Túnel de Drenaje ENMS Etapa 2T

ram

o

Metraje

Un

idad

Geo

téc

nic

a

Sistemas de clasificación

De

sd

e

Ha

sta

(1)

RM

R8

9

Q B

art

on

(2)

RM

R (

Q)

(3)

GS

I

(4)

GS

I

(5)

GS

I (R

MR

89

)

(6)

Tip

o R

oc

a

(7)

Ca

lid

ad

T6 124,62 167,00 GDF 60 1,8 - 2,3 49-52 VB / F 55 55 III REG.

T6 167,00 186,50 GDF 55-65 1,1 - 1,8 45-49 B / F 45-65 50-60 III REG.

T6 186,50 212,53 GDF 40-47 0,7 - 0,9 40-43 VB / P 30-42 35-42 IV MALA

T6 212,53 218,90 GDF 35-40 0,4 36 BD / P 25-35 30-35 IV MALA

T6 218,90 229,00 GDF 44-49 0,7 - 0,8 40-42 VB / P 30-45 39-44 IV MALA

T6 229,00 241,23 GDF 42-45 0,4 - 0,8 35-41 VB / P 30-40 37-40 IV MALA

T7 28,95 89,48 GDF 45-50 1,0 - 2,0 44-50 VB / P 35-45 40-45 III REG.

T7 89,48 100,03 GDF 35-40 0,4 36 BD / P 25-35 30-35 IV MALA

T7 100,03 102,53 GDF 45-52 0,7 40 BD / P 30-35 40-47 IV MALA

T7 102,53 105,23 GDF 55-59 0,6 39 VB / F 40-55 50-54 IV MALA

T7 105,23 108,23 GDF 45-46 0,4 36 VB / P 30-40 40-41 IV MALA

T8 1625,51 1655,00 GDF 60 5,3 59 B / F 55 55 III REG.

T8 1655,00 1705,00 GDF 59-63 2,0 50 VB / G 45-60 54-58 III REG.

T8 1705,0 1757,0 GDF 60-65 3,0 - 3,3 54-55 B / G 55-65 55-60 III REG.

T8 1757,00 1780,00 GDF 60 2,3 52 B / F 55 55 III REG.

T8 1780,00 1823,00 GDF 60 1,2 - 1,6 45-48 B / F 52-55 55 III REG.

T8 1823,00 1856,89 GDF 55 2,0 50 B / F 50 50 III REG.

T8 1856,90 1872,04 GDF 54 2,4 52 B / F 49 49 III REG.

T9 0,00 52,94 GDF 57-60 1,0 - 1,3 44-47 B / F 52-55 52-55 III REG.

T9 52,94 65,17 GDF 55 1,2 45 VB / F 50 50 III REG.

T9 65,17 76,52 GDF 56 1,1 - 1,2 45 VB / F 40-50 51 III REG.

T9 76,52 80,22 GDF 44-51 0,6 39 VB / F 40-51 39-46 IV MALA

T9 80,22 103,13 GDF 54-59 1,2 - 1,6 45-48 B / F 45-55 49-54 III REG.

T10 0,00 39,00 GDF 49-55 1,2 - 1,3 45-47 B / F 45-50 44-50 III REG.

T10 39,00 50,73 GDF 55 1,4 47 B / F 50 50 III REG.

T11 1872,04 1880,00 GDF 54-55 2,4 46-52 B / F 49-50 49-50 III REG.

T11 1880,00 1913,40 GDF 60 1,3 - 1,5 47-48 B / F 55 55 III REG.

T11 1913,40 1928,70 GDF 58 1,1 45 B / F 53 53 III REG.

T11 1928,70 1941,00 GDF 64-66 2,5 52 B / G 55-65 59-61 III REG.

T11 1941,00 1943,20 GDF 62-66 3,3 55 B / G 55-65 57-61 III REG.

T11 1943,20 1969,70 GDF 57-61 1,0 44 B / G 55-60 52-56 III REG.

T11 1969,70 1972,93 GDF 59 1,4 47 B / F 54 54 III REG.

83

84

NOTAS TABLA 4.9:

(1): Sistema RMR de Bieniawski (1989) sin ajuste por orientación de estructuras;

(2): RMR de Bieniawski (1989) en función de Índice Q de Barton, esto es, RMR = 9*Ln Q + 44;

(3): GSI (2000) alfabético;

(4): GSI (2000) numérico;

(5): GSI en función de RMR de Bieniawski (1989), esto es, GSI = RMR - 5;

(6) y (7): Tipo de roca y calidad geotécnica según Barton (1974);

El Túnel de Drenaje de Expansión Norte de Mina Sur (ENMS) en su etapa 2 de construcción, durante el período febrero – junio, está emplazado en un macizo rocoso constituido en un 100% por la unidad geotécnica Granodiorita Fortuna.

En esta etapa de la excavación, la unidad geotécnica Granodiorita Fortuna presentó una subdivisión informal determinada por el grado de alteración supérgena existente. El grado de argilización y oxidación (limonitización), que en algunos casos ha sido intenso (sectores del Tramo 6 y Tramo 7) y penetrativo, está asociado a un control por estructuras, y ha generado una sectorización geotécnica diferenciable (ver Tabla 4.10).

Tabla 4. 10: Subdivisión unidad geotécnica Granodiorita Fortuna según grado de alteración.

UNIDAD GEOT.

(1)

ALTERACIÓN (2)

FFIRS

ESTIM. (MPa)

RMR (3)Q

BARTONGSI GSI

TIPO ROCA

(4)

CALIDAD BARTON

GDFARG. MOD-

FUE / LIMONIT. 4 - 10 20 - 70 35 - 59 0,4 - 0,9 25 - 55BD/P - VB/F

IV MALA

GDF ARG. DEBIL 2 - 10 70 - 150 44 - 66 1,0 - 5,3 35 - 65VB/P -

B/GIII REGULAR

NOTAS:

(1): GDF = Granodiorita Fortuna.

(2): ARG. MOD-FUE = Argílica Moderada – Fuerte; LIMONIT. = Limonítica.

(3): Sistema RMR de Bieniawski (1989) sin ajuste por orientación por estructuras.

(4): Tipo de roca según índice Q de Barton.

La unidad geotécnica Granodiorita Fortuna con alteración argílica de intensidad moderada a fuerte y alteración limonítica, presenta IRS estimado de 20 – 70 Mpa y FF de 4 – 10/m. La clasificación geotécnica según Barton corresponde a Roca Tipo IV (Calidad geotécnica Mala) con valores de Q entre 0,4 y 0,9. La clasificación según Bieniawski entrega una calidad geotécnica Mala a Regular con valores de RMR entre 35 – 59. El índice GSI corresponde a BD/P (Blocky Disturbed / Poor) a VB/F (Very Blocky / Fair) con valores entre 25 y 55 (ver Tabla4.10).

La unidad geotécnica Granodiorita Fortuna con alteración argílica de intensidad débil presenta IRS estimado de 70 – 150 Mpa y FF de 2 – 10/m. La clasificación geotécnica según Barton corresponde a Roca Tipo III (Calidad geotécnica Regular) con valores de Q entre 1,0 y 5,3. La clasificación según Bieniawski entrega una calidad geotécnica Regular a Buena con valores de RMR entre 44 – 66. El índice GSI corresponde a VB/P (Very Blocky / Poor) a B/G (Blocky / Good) con valores entre 35 y 65 (ver Tabla 4.10).

85

En el Túnel de Drenaje de Expansión Norte de Mina Sur (ENMS) en su etapa 2 de construcción, durante el período febrero – junio, la sectorización geotécnica a partir del índice Q de Barton comprendió un 89% de Roca tipo III (calidad geotécnica Regular) y un 11% de Roca tipo IV (calidad geotécnica Mala). El sistema RMR de Bieniawski (1989), sin ajuste por orientación de discontinuidades, permitió sectorizar el macizo rocoso en las siguientes proporciones, el 20 % fue definido como Clase II (calidad geotécnica Buena), el 78 % fue definido como Clase III (calidad geotécnica Regular). El 2 % restante se definió como Clase IV (calidad geotécnica Mala). Por lo tanto, la clasificación geotécnica a partir del índice Q de Barton tiende a “castigar” en mayor medida el macizo rocoso que el sistema RMR de Bieniawski.

Sin embargo, es importante considerar que el índice Q de Barton es utilizado internacionalmente para caracterizar geotécnicamente el macizo rocoso, y como guía para estimar el requerimiento de sostenimiento de túneles, además de cuantificar los precios específicos por metro de avance de la excavación.

En la Tabla 4.9, los valores del RMR de Bieniawski obtenidos con los datos de terreno (IRS, RQD, espaciamiento y condición de las discontinuidades, condición de agua), son más altos que los valores de RMR en función del Q de Barton (RMR = 9*LnQ + 44). Los valores del GSI obtenidos con los datos de terreno (estructura del macizo rocoso y condición de las discontinuidades), son similares a los obtenidos a partir del RMR de Bieniawski (GSI = RMR –5).

Sostenimiento

En esta labor se estableció un sostenimiento de avance asociado a cada Tipo de Roca, como se indica en Tabla 4.11.

Tabla 4. 11: Fortificación preliminar de acuerdo al Tipo de Roca.

Tipo de Roca (1) Calidad Sostenimiento de Avance (2)

I Muy Buena Sin Fortificación o Pernos eventuales

II Buena Pernos sistemáticos o Pernos Puntuales

III Regular Pernos sistemáticos - Malla Biscocho 10006

IV Mala Pernos - Schotcrete Fibra o Pernos - Malla -Schotcrete

V Muy Mala Shotcrete Fibra – Pernos – Malla Acma - Marcos

NOTAS:

(1): Categoría geotécnica según índice Q (Barton et al.; 1974).

(2): Sostenimiento resumido de acuerdo a bases técnicas de construcción (Plano Nº 0000-MI-006).

El sostenimiento recomendado se basa en las especificaciones técnicas presentadas en el plano Descripción Túnel Drenaje - Fase II, Tipos de Fortificación, Secciones y Especificaciones (plano Nº 0000-MI-006) del proyecto Ingeniería básica construcción túnel y manejo de soluciones drenaje expansión norte mina sur, fase II y III, elaborado por Minmetal en enero2005.

86

El sostenimiento recomendado para cada calidad geotécnica (Tipo de Roca según Barton) y para esta sección de túnel (4,50 x 4,50 m), es la siguiente:

Roca Tipo I: Consiste en la colocación eventual de pernos rosca (barra helicoidal), diámetro 25 mm y longitud de 2,50 m.

Roca Tipo II: Consiste en la colocación esporádica o sistemática de pernos rosca (barra helicoidal), diámetro 25 mm y longitud de 2,50 m, en paradas de 3 a 7 cada 1,70 m.

Roca Tipo III: Consiste en la colocación sistemática de pernos rosca (barra helicoidal), diámetro 25 mm y longitud de 2,50 m, en paradas de 3 a 7 cada 1,35 m, y malla biscocho 10006 galvanizada con traslape de 0,3 m (ver Fotografía 4.2).

Roca Tipo IV: Alternativa 1: Consiste en la colocación sistemática de pernos rosca (barra helicoidal), diámetro 25 mm y longitud de 2,50 m, en paradas de 3 a 7 cada 1,35 m, malla biscocho 10006 galvanizada con traslape de 0,3 m, y hormigón proyectado sin fibra de espesor25/50/75 mm mínimo sobre punta de roca a sección completa. Alternativa 2: Consiste en la colocación sistemática de pernos rosca (barra helicoidal), diámetro 25 mm y longitud de 2,50 m, en paradas de 3 a 7 cada 1,35 m y hormigón proyectado con fibra de polipropileno de espesor50/75/100 mm mínimo sobre punta de roca a sección completa (ver Fotografía 4.3 y 4.4).

Roca Tipo V: Consiste en la colocación sistemática de pernos rosca (barra helicoidal), diámetro25 mm y longitud de 2,50 m, en paradas de 3 a 7 cada 1,35 m, malla Acma C-139, hormigón proyectado con fibra de polipropileno de espesor 50/75/100 mm mínimo sobre punta de roca a sección completa, y marcos de acero galvanizado 200 x 200 x 12 x 10 mm.

Los pernos Rosca (barras helicoidales) utilizados en este proyecto son de acero de calidad A44-28H o equivalente y deben ser anclados con resina tipo poliéster. Las planchuelas y tuercas tipo CAP son de acero de calidad A37-24ES. Las planchuelas son cuadradas de dimensiones200 x 200 x 4 mm (ver Fotografía 4.2).

87

Fotografía 4. 2: Pernos helicoidales y malla biscocho galvanizada 10006 en Tramo 8 con calidad geotécnica de Roca Tipo III (según Barton).

88

Fotografía 4. 3: En la imagen izquierda se observa hormigón proyectado con fibra de polipropileno aplicado en Tramo 6 con calidad de Roca Tipo IV (según Barton). En la imagen derecha se observa un zoom del shotcrete con fibra de polipropileno.

89

Fotografía 4. 4: Tramo 6 con sostenimiento de Roca Tipo IV (según Barton), esto es, hormigón proyectado con fibra de polipropileno, pernos rosca o helicoidales y malla biscocho galvanizada10006 a sección completa y hasta la frente.

Para el diseño de la fortificación se usó el Índice de calidad de Túneles Q de Barton. El sistema de fortificación definitivo se ha determinado durante la construcción del túnel para adecuarlo a las condiciones reales que presenta el macizo rocoso. De acuerdo a esto último, en algunos casos se ha potenciado el sostenimiento, aumentando la densidad de pernos, y agregando malla biscocho 10006 a la secuencia de hormigón proyectado con fibra de polipropileno y pernos helicoidales en roca con calidad geotécnica tipo IV (ver Fotografía 4.4).

90

V. CONCLUSIONES

• El Túnel de Drenaje de Expansión Norte de Mina Sur en su etapa 2 de construcción, ha sido excavado en roca perteneciente al Complejo Granodiorita Fortuna. Esta litología se presenta, generalmente, de color gris verdoso a gris claro, con textura granular de grano grueso a medio, constituida por cristales de cuarzo, feldespato plagioclasa, feldespato potásico y biotita; en menor medida se detecta la presencia de anfíbolas alteradas a biotita y clorita. Existe principalmente una alteración argílica de intensidad débil a fuerte, asociada a la presencia de clorita, sericita, arcillas y óxidos de hierro rellenando fracturas, y en menor grado alteración por oxidación asociada a óxidos de fierro (limonitas).

• El análisis estereográfico de frecuencia, con corrección de Terzaghi, del total de estructuras geológicas (818 polos), utilizando el programa Dips 5.0, permitió agruparlas en tres sets principales de orientaciones NNW, NNE y EW, con manteos subverticales, confirmando que el sector está incluido en el Dominio Estructural Oeste - Granodiorita Fortuna. La ocurrencia de las estructuras geológicas mapeadas está dada, en orden decreciente, por diaclasas (SJ) con 636 polos, Fallas menores (FT) con 177 polos, y Fallas mayores (VIF) con 5 polos.

• La excavación se realizó en un macizo rocoso correspondiente a la unidad geotécnica Granodiorita Fortuna. Esta unidad fue subdividida informalmente en dos subunidades de acuerdo al tipo y grado de alteración. La unidad geotécnica Granodiorita Fortuna con alteración argílica de intensidad moderada a fuerte y alteración limonítica, presentó IRS estimado de 20 – 70 Mpa y FF de 4 – 10/m. La clasificación geotécnica según Barton correspondió a Roca Tipo IV (Calidad geotécnica Mala) con valores de Q entre 0,4 y 0,9. La clasificación según Bieniawski entrega una calidad geotécnica Mala a Regular con valores de RMR entre 35 – 59. El índice GSI corresponde a BD/P (Blocky Disturbed / Poor) a VB/F (Very Blocky / Fair) con valores entre 25 y 55. La unidad geotécnica Granodiorita Fortuna con alteración argílica de intensidad débil presenta IRS estimado de 70 – 150 Mpa y FF de 2 – 10/m. La clasificación geotécnica según Barton corresponde a Roca Tipo III (Calidad geotécnica Regular) con valores de Q entre 1,0 y5,3. La clasificación según Bieniawski entrega una calidad geotécnica Regular a Buena con valores de RMR entre 44 – 66. El índice GSI corresponde a VB/P (Very Blocky / Poor) a B/G (Blocky / Good) con valores entre 35 y 65.

• La sectorización geotécnica del macizo rocoso en los 697,17 m excavados de la etapa 2 del Túnel de Drenaje, según el Índice Q de Barton, correspondió a un 89% de Roca tipo III (calidad Regular) y a un 11% de Roca tipo IV (calidad Mala). La Roca tipo III presentó los siguientes parámetros geotécnicos: RQD con valores entre 55% y 80% (RQD regular a bueno); Jn con valores 4 – 12 (dos a tres sistemas de discontinuidades más un aislado); Jr con valores 2 – 3 (discontinuidades onduladas lisas a onduladas rugosas); Ja con valores 2 – 6 (ligera alteración a detritos arcillosos preconsolidados); Jw con valor1 (condición seca o flujos menores a 5 lt/min); SRF con valor 2,5 (zonas débiles en roca competente y en roca descompuesta con una columna de roca o profundidad de la excavación mayor a 50 m). La Roca tipo IV presentó los siguientes parámetros geotécnicos: RQD con valores entre 40% y 75% (RQD malo a regular); Jn con valores 9– 15 (tres a más de cuatro sistemas de discontinuidades); Jr con valor 2 (discontinuidades onduladas lisas); Ja con valores 4 – 8 (alteraciones arcillosas a

91

detritos arcillosos poco consolidados); Jw con valor 1 (condición seca o flujos menores a5 lt/min); SRF con valor 2,5 (zonas débiles en roca competente y en roca descompuesta con una columna de roca o profundidad de la excavación mayor a 50 m).

• El sostenimiento recomendado correspondió al requerido para las calidades de roca tipo III y IV, definidas a partir del índice Q de Barton. El sostenimiento para roca tipo III consistió en la colocación de pernos helicoidales galvanizados de 2,50 m de longitud anclados con resina de poliéster y malla biscocho galvanizada 10006. La fortificación para roca tipo IV consistió en la aplicación de pernos helicoidales galvanizados de 2,50 m de longitud y anclados con resina de poliéster, hormigón proyectado con fibra de polipropileno y malla biscocho galvanizada 10006.

• De los 697,17 m excavados en la etapa 2 de construcción del Túnel de Drenaje ENMS, según el RMR de Bieniawski, el 20 % fue definido como Clase II (calidad geotécnica Buena) con valores de RMR entre 61 y 66; el 78 % fue definido como Clase III (calidad geotécnica Regular) con valores de RMR entre 41 y 60. El 2 % restante se definió como Clase IV (calidad geotécnica Mala) con valores de RMR entre 35 y 40. El índice GSI está dentro del rango de 25 a 65 (Blocky Disturbed / Poor a Blocky / Good).

• Los valores del RMR de Bieniawski obtenidos con los datos de terreno (IRS, RQD, espaciamiento y condición de las discontinuidades, condición de agua), son más altos que los valores de RMR en función del Q de Barton (RMR = 9*LnQ + 44). Los valores del GSI obtenidos con los datos de terreno (estructura del macizo rocoso y condición de las discontinuidades), son similares a los obtenidos a partir del RMR de Bieniawski (GSI= RMR – 5).

92

VI. REFERENCIAS

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APENDICES

95

96

APENDICE 1

SISTEMAS DE CLASIFICACION DEL MACIZO ROCOSO

97

Índice de Calidad de Túneles Q (Barton, 1974; Grimstad y Barton, 1993)

Barton et al. (1974) del Norwegian Geotechnical Institute (NGI), definió el Índice de Calidad de Túneles (Q) para la caracterización geotécnica del macizo rocoso y para la determinación del sostenimiento requerido para túneles. Los valores numéricos del Índice Q varían en escala logarítmica desde 0,001 hasta 1.000, y se obtienen a través de parámetros que se relacionan a través de la siguiente ecuación:

Q = RQD

×J n

J r ×J a

J w

SRF

Donde,

RQD : Índice de Calidad de Roca (Deere, 1964)

Jn : Número de Sistemas de Discontinuidades (Joint Set Number)

Jr : Número de Rugosidad de Discontinuidades (Joint Roughness Number)

Ja : Número de Alteración de las Discontinuidades (Joint Alteration Number)

Jw : Factor de Reducción por Agua (Joint Water Reduction Factor)

SRF : Factor de Reducción por Esfuerzos (Stress Reduction Factor)

Para explicar el significado de los parámetros usados para determinar el valor de Q, Barton et al. (1974) propone lo siguiente:

El primer cuociente (RQD/Jn), representa la estructura del macizo rocoso, como una medida rudimentaria del tamaño de los bloques o de las partículas. El segundo cuociente (Jr/Ja), representa la rugosidad y las características de fricción de las paredes de las discontinuidades o de los materiales de relleno. El tercer cuociente (Jw/SRF) consiste de 2 parámetros de esfuerzos. El SRF es una medida de: 1) la pérdida de carga en el caso en una excavación a través de una zona de falla y de roca con altos contenidos de arcillas; 2) los esfuerzos en roca competente; 3) las cargas compresivas (squeezing) en rocas plásticas no competentes. El SRF puede ser considerado como un parámetro total de esfuerzos. El parámetro Jw es una medida de la presión del agua, la que tiene un efecto adverso sobre la resistencia al corte de las discontinuidades debido a la reducción del stress efectivo normal.

Por lo tanto, el Índice de Calidad de roca en túneles (Q), puede ser considerado en función de sólo 3 parámetros, los que son una medidas aproximadas de:

1. Tamaño del bloque (RQD/Jn)2. Resistencia al esfuerzo al corte entre bloques (Jr/Ja)3. Esfuerzos activos (Jw/SRF)

Los parámetros geotécnicos registrados en terreno y que permiten calcular el Índice Q de calidad de roca en túneles se presentan en la Tabla 1.

Respecto al uso del RQD en el índice Q, se puede indicar lo siguiente:

Palmstöm (1982) sugirió que, cuando no se dispone de testigos de roca, se podrá estimar el RQD por la cantidad de discontinuidades por unidad de volumen. El recomendó para macizos rocosos libres de arcillas, la siguiente relación:

RQD = 115 – 3,3*Jv

Donde, Jv es la cantidad total de discontinuidades por metro cúbico de roca.

Para poder relacionar el Índice de Calidad de Túnel (Q), con la estabilidad y el requerimiento de fortificación en excavaciones subterráneas, Barton et al. (1974) definió un parámetro adicional denominado Dimensión Equivalente (De) de la excavación. Esta dimensión se obtiene al dividir el ancho, diámetro o altura de la excavación por una cantidad llamada Relación de Soporte de la Excavación (ESR: Excavation Support Ratio), esto es:

De = An c ho, diáme t ro o a l tura d e la ex ca v a c ió n (m) ESR

El ESR, está relacionado con el uso que se pretende dar a la excavación y hasta dónde se le puede permitir cierto grado de inestabilidad, es decir, representa el standard de estabilidad e integridad física que se le exige. Barton et al. (1974) propone los siguientes valores para el ESR en Tabla 2.

Tabla 1. Categorización de los parámetros usados para el cálculo del Índice de Calidad Q (resumido de Barton et al., 1974)

RQD Valor RQD Valor

Muy Bueno

Bueno

Regular

91 - 100

76 - 90

51 - 75

Malo

Muy Malo

26 - 50

0 - 25

Jn Índice de fracturamiento Valor Jr Índice de rugosidad Valor

Masivo: Sin fracturas o pocas

Un sistema

Uno + aislado

Dos sistemas

Dos sistemas + aislado

Tres sistemas

Tres sistemas + aislado

Cuatro o más

Roca triturada

Portales = 2*Jn; Cruces = 3*Jn

0,5 - 1,0

2

3

4

6

9

12

15

20

Fracturas rellenas

Fracturas discontinuas

Onduladas rugosas

Onduladas lisas

Planas rugosas

Planas lisas

Espejos de falla ondulado

Espejos de falla planar

1

4

3

2

1,5

1

1,5

0,5

Ja Índice de alteración Valor Jw Factor reductor por agua Valor

Fracturas de paredes sanas

Ligera alteración

Alteraciones arcillosas

Con detritos arenosos

Con detritos arcillosos preconsolidados

Id. Poco consolidados

Id. Expansivos

Milonitas de roca y arcillas

Milonitas de arcillas limosas

Milonitas arcillosas gruesas

0,75 - 1,0

2

4

4

6

8

8 - 12

6 - 12

5

10 - 20

Excavación seca o < 5 [lt/min]

Caudal medio con lavado ocasional de rellenos

Caudal importante por fracturas limpias

Caudal importante con lavado de rellenos

Caudal inicial muy alto (Presión > 10 [Kg/cm2]), decrece

Caudal inicial muy alto (Presión > 10 [Kg/cm2]), constante

1

0,66

0,5

0,33

0,2 - 0,1

0,1 - 0,05

SRF Factor reductor de esfuerzos (h = columna de roca o profundidad de la excavación)

Zonas débiles

Valor

Multitud de zonas débiles o milonitas

Zonas débiles aisladas con arcilla o roca descompuesta (h < 50 m)

Zonas débiles aisladas con arcilla o roca descompuesta (h > 50 m)

Abundantes zonas débiles en roca competente

Zonas débiles aisladas en roca competente (h < 50 m)

Zonas débiles aisladas en roca competente (h > 50 m)

Terreno en bloques muy fracturado

10

5

2,5

7,5

5

2,5

5

Roca competente

Pequeña cobertura (h < 50 m)

Cobertura media (h = 50 - 500 m)

Gran cobertura (h > 500 m)

2,5

1

0,5 - 2,0

Terreno contractivo (squeezing)

Con bajas presiones

Con altas presiones

5 - 10

10 - 20

Terreno expansivo (swelling)

Con presión de hinchamiento moderada

Con presión de hinchamiento alta

5 - 10

10 - 15

100100

Tabla 2: Valores de ESR

Tipo de Excavación ESR

• Excavaciones mineras provisionales. 3 – 5

• Excavaciones mineras permanentes, túneles de conducción de agua para obras

hidroeléctricas (con la excepción de las cámaras de alta presión para compuertas),

túneles piloto (exploración), excavaciones parciales para cámaras subterráneas

grandes.

1,6

• Cámaras de almacenamiento, plantas subterráneas para el tratamiento de aguas,

túneles carreteros y ferrocarriles pequeños, cámaras de alta presión, túneles

auxiliares.

1,3

• Casas de máquinas, túneles carreteros y ferrocarrileros mayores, refugios de

defensa civil, portales y cruces de túneles.1,0

• Estaciones nucleares subterráneas, estaciones de ferrocarril, instalaciones para

deportes y reuniones, fábricas0,8

La Dimensión Equivalente (De), versus el valor de Q, es usado para definir un número de categoría de soporte en un gráfico publicado por Barton et al. (1974). Este gráfico ha sido actualizado por Grimstad y Barton (1993) para mostrar el incremento del uso de hormigón proyectado con fibra metálica en el sostenimiento de excavaciones subterráneas. Esta actualización está representada en la Figura 1.

101101

Figura 1: Categorías de sostenimiento basado en el Índice de Calidad de Túneles Q (Grismtad y Barton, 1993)

Para la clasificación del macizo rocoso, que implica la definición del Tipo de Roca, se establece una escala modificada de Barton (1974), presentada en la Tabla 3.

102102

Tabla 3: Calidad de roca según Barton (1974)

Índice QTipo de

RocaCalidad Características Geotécnicas Generales

> 40 I Muy BuenaRoca masiva a débilmente fracturada (< 4 f/m), sana y dura. Planos de fracturas cerrados y sin relleno

10 a 40 II BuenaRoca débil a moderadamente fracturada (2 a 7 f/m), sana a débilmente descompuesta, dura. Planos de fractura con ocasionales patinas de relleno, delgadas.

1 a 10 III Regular

Moderado a fuerte fracturamiento (5 a 15 f/m), débil a moderadamente descompuesta o meteorizada, relativamente dura. Todos los planos tienen rellenos de óxidos de Fe y a veces arcillas.

0,1 a 1 IV Mala

Fuerte a intenso fracturamiento (> 10 f/m), moderada a fuertemente descompuesta o meteorizada, con ocurrencia de zonas de fallas con roca triturada o desintegrada. La mayoría de los planos presentan rellenos de óxidos de Fe y arcilla.

< 0,1 V Muy Mala

Completamente descompuesta o meteorizada, con plena alteración a minerales arcillosos, blanda. Ocurrencia de importantes zonas de falla y/o roca arcillosa disgregable con la mano.

Por otra parte, una buena correlación entre el Indice de Calidad de Túneles (Q), propuesto por el Norwegian Geotechnical Institute (NGI) y el RMR de la clasificación de Bieniawski, es la siguiente:

RMR = 9*Ln Q + 44

Sistema RMR de Bieniawski (1989)

Bieniawski (1976) publicó una clasificación del macizo rocoso denominada Clasificación Geomecánica o Sistema Rock Mass Rating (RMR). Posteriormente este sistema ha sido mejorado hasta llegar a la versión de clasificación de Bieniawski (1989).

Los siguientes 6 parámetros son utilizados para clasificar un macizo rocoso usando el sistemaRMR de Bieniawski (1989):

1. Resistencia a la compresión uniaxial.2. Rock Quality Designation (RQD).3. Espaciamiento de las discontinuidades.4. Condición de las discontinuidades.5. Condición de aguas subterráneas.6. Orientación de las discontinuidades.

103103

El sistema RMR de Bieniawski (1989) está representado en la Tabla 4, y se dan los puntajes para cada uno de los 6 parámetros mencionados anteriormente.

Tabla 4: Sistema RMR (Bieniawski, 1989)

104104

Sistema GSI de Hoek (2000)

El sistema Índice Geológico de Resistencia GSI (Geological Strength Index) y su uso en el criterio de falla de Hoek-Brown ha sido desarrollado por Hoek (1994), Hoek et al. (1995) y Hoek- Brown (1997), asociado a macizos de roca dura y equivalente al sistema RMR. A partir de 1998 a la fecha, Evert Hoek y Paul Marinos, han desarrollado el sistema GSI con el objetivo de incluir macizos rocosos de mala calidad (Hoek et al., 1998; Marinos y Hoek, 2000 y 2001).

El Índice Geológico de Resistencia GSI, proporciona un sistema para estimar la disminución de la resistencia que presentaría un macizo rocoso con diferentes condiciones geológicas (Hoek- Brown, 1997).

El GSI se obtiene de la combinación de 2 parámetros geológicos fundamentales, la estructura del macizo rocoso y la condición de las discontinuidades (ver Figura 2).

105105

Figura 2: Tabla general del GSI estimado de observaciones geológicas (modificado de Marinos & Hoek, 2000).

ANEXOS

106

ANEXO 1:

PLANOS GEOTÉCNICOS TRAMO 6 AL TRAMO 11TUNEL DE DRENAJE ETAPA 2

EXPANSIÓN NORTE DE MINA SUR

107

Sectorizacion Geotecnica de Un Tunel Chile

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