SIMULACIN NUMRICA Y MODELAMIENTO GEOESTADSTICO DE LA GEOMECNICA DE LOS TAJOS NORTE Y SUR DEL PROYECTO ANTAPACCAY

PERUMIN, 29 Convencin Minera Comit de Trabajos Tcnicos Nmero de registro: TT-102 Tema: Investigacin Minera

AUTORES

Jorge A. Vargas Zevallos

Superintendente de Geotecnia & Hidrogeologia

Telf. 084-301150 anexo 2552, email: JVargas@xstratacopper.com.pe

Luis M. Tejada Cervantes Telf. 084-301150 anexo 2566, email:

MSc, Ingeniero Geotcnico LTejada@xstratacopper.com.pe

Gian C. Ticona Jove Telf. 084-301150 anexo 2523, email:

Gelogo Geotcnico GTiconaj@xstratacopper.com.pe

Empresa:

Xstrata Tintaya S.A.

Av. San Martn 301 Vallecito Arequipa

Mayo - 2009

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SIMULACIN NUMRICA Y MODELAMIENTO GEOESTADSTICO DE LA GEOMECNICA DE LOS TAJOS NORTE Y SUR DEL PROYECTO ANTAPACCAY

NDICE 1. RESUMEN 2. OBJETIVOS 3. ASPECTOR GENERALES 3.1. 3.2. UBICACIN Y ACCESIBILIDAD GEOLOGIA GENERAL

4. APLICACIN 5. RECOLECCION DE DATA 5.1. 5.2. LOGUEO GEOMECANICO ENSAYOS DE LABORATORIO

6. DESARROLLO

6.1. 6.2.

ANLISIS ESTADSTICO MODELO GEOESTADSTICO

6.2.1. COMPOSITOS

6.2.2. ANALISIS VARIOGRFICO6.2.3. BACKGROUND

6.2.4. DEFINICIN DE KRIGING BASE Y ORDINARIO 6.3.ANLISIS DE ESTABILIDAD

6.3.1. SECTORES DE ANALISIS

6.3.2. INTERPRETACIN DE MATERIALES 6.3.3. ANLISIS DE EQUILIBRIO LIMITE7. CONCLUCIONES Y RECOMENDACIONES

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SIMULACIN NUMRICA Y MODELAMIENTO GEOESTADSTICO DE LA GEOMECNICA DE LOS TAJOS NORTE Y SUR DEL PROYECTO ANTAPACCAY

1. Resumen El proyecto Antapaccay es un depsito tipo prfido-skarn de Cu (Ag, Au y Mo) de propiedad de la Divisin Sur de Xstrata Copper, donde se tiene planificado realizar la explotacin a travs de dos tajos abiertos denominados Norte y Sur. Para lo cual se realiz una extensa campaa de investigaciones geotcnicas con la finalidad de determinar los parmetros geotcnicos y el comportamiento geomecnico del macizo rocoso presente y as evaluar la estabilidad de los taludes de diseo. Por la variabilidad de los parmetros en aproximadamente once diferentes litotipos se adopt un tratamiento del tipo geoestadstico para determinar los parmetros de resistencia y deformabilidad basndose en el mapeo geomecnico y en ensayos de laboratorio (PLT, UCS, corte directo y triaxial); aplicando el krigagem bsico y ordinario fueron definidos los modelos geoestadsticos del RQD, RMR, GSI, C y . 2. Objetivos

a. Presentar los anlisis geoestadsticos (variografa) de los parmetrosgeotcnicos empleando el mtodo de interpolacin espacial kriging.

b. Presentar el modelo geotcnico empleando parmetros geomecnicos deresistencia.

c. Presentar la metodologa seguida en los anlisis de estabilidad utilizando elmtodo rgido plstico bidimensional de equilibrio lmite. 3. Aspectos Generales

3.1.

Ubicacin y accesibilidad

El proyecto Antapaccay se encuentra ubicado a 4100 m.s.n.m. en el distrito de Yauri, provincia de Espinar en Cusco Per; a aproximadamente 256 km. al SE de la ciudad de Cusco y 265 km al NE de la ciudad de Arequipa (Figura 3.1). 3.2. Geologa General

El proyecto Antapaccay es un depsito de tipo prfido skarn de Cu, Au, Ag y Mo, la mineralizacin se encuentra emplazada en los cuerpos intrusivos como diseminado y rellenando fracturas y hacia el contacto con las rocas sedimentarias (calizas) se desarrolla el skarn, el depsito se encuentra cubierto por material aluvial.

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Figura 3.1 Localizacin del Proyecto Antapaccay

4. AplicacinEste trabajo se inicia con la toma de datos geomecnicos de los cores y los ensayos de laboratorio, siguiendo la clasificacin RMR de Bieniawski (1989) para as aplicar herramientas geoestadsticas, para el modelamiento geotcnico y anlisis de estabilidad.

5. Recoleccin de datosLa base de datos proviene de la informacin de taladros que cubren el proyecto Antapaccay y zonas adyacentes alcanzando un metraje total de 142,463m, a los que se les hicieron los procedimientos de logueo y ensayos geomecnicos. 5.1. Logueo Geomecnico

Se realiz el logueo geomecnico bajo formato establecido, orientado a la estimacin del RMR de los diferentes taladros geotcnicos que se encuentran ubicados en el contorno del diseo preliminar de los dos tajos propuestos. Toda esta informacin fue usada para desarrollar el modelo geomecnico adoptando el mtodo geoestadstico. 5.2. Ensayos de Laboratorio

En los testigos de las perforaciones se realizaron ensayos de carga puntual (PLT). compresin uniaxial (UCS) y de corte directo llevados a cabo en el Laboratorio de Geotecnia de Xstrata Tintaya S.A., as tambin se enviaron muestras a Laboratorios externos donde se efectuaron ensayos de compresin triaxial y uniaxial. La Tabla 5.1 resume el nmero de muestras ensayadas. Tabla 5.1 Nmero de muestras por cada ensayo geotcnico.Laboratorio Tintaya PLT 10725 C. Uniaxial 71 Corte Directo 205 C. Triaxial -

4

Externo Total Ensayos

10725

17 88

205

34 34

6. Desarrollo 6.1. Anlisis Estadstico

Se desarrollo el anlisis estadstico descriptivo por cada parmetro geomecnico agrupado por tipo litolgico, la Tabla 6.1 muestra los principales tipos litolgicos para los anlisis geotcnicos determinados en el proyecto. Tabla 6.1 Cdigos litolgicos empleados en el modelo y anlisis geotcnicoLito Geotecnia Dioritas Brechas Hornfels Caliza-Mrmol ExoSkarn EndoSkarn Prfido Atalaya Prfido Norte Dique Sur Prfido Sur Cobertera 13 15 30 32 40 53 74 75 83 85 99-101 Cdigos de Logueo Agrupados 13,63 15,46,47 21,28,30,34 22,26,27,31,32,48,35 40,41 53,84,90,94,95,92,96,97 74,64 66,67,69,75,79,86 83,93,78,88,80,91 81,82,85 99,101 Cdigos de Interp Agrupados 13 15 30,68 32 40 53,84,90,97 74 75,86,79 83,80,78 85,65 99,101

Es preciso resaltar que los resultados de los ensayos de PLT fueron llevados a trminos de Is(50) y consecuentemente a UCS empleando el factor de correlacin propuesto por Hoek & Bray (1981). Tabla 6.2 Anlisis estadstico de UCS (PLT) por tipos litolgicosCdigo 13 15 30 68 32 40 53 84 90 97 74 75 86 78 80 83 65 85 Litologa Diorita Brecha Hornfels Prfido 68 Caliza-Mrmol ExoSkarn EndoSk Diorita Prfido 84 EndoSk Porf 90 EndoSk Porf 97 Prfido 74 Prfido 75 Prfido 86 Prfido 78 Prfido 80 Prfido 83 Prfido 65 Prfido 85 85 83 74 75 53 LitoG 13 15 30 32 40 Nro. Muestras 39 20 24 4 79 13 1 0 3 2 3 27 3 11 1 7 30 59 134.91 31.07 84.94 95.92 92.56 77.93 34.98 102.00 111.36 82.66 25.64 18.59 22.57 UCS (PLT) MPa 108.59 85.87 88.31 55.63 86.45 102.56 29.30 4.38 9.42 29.51 19.48 27.92 18.52 Desv Estndar UCS (PLT) 22.67 22.31 18.02 19.97 16.47 17.93

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Tabla 6.3 Anlisis estadstico y c de los ensayos de corte directo.Cohesin (kN/m3) Cdigo 13 15 30 32 53 74 75 83 85 Litologa Diorita Brecha Hornfels Caliza Mrmol EndoSk Diorita Prfido 74 Prfido 75 Prfido 83 Prfido 85 Media 888.57 1130.00 607.33 866.00 403.50 391.75 401.20 370.00 216.00 Desv Estand 261.28 328.10 184.34 309.70 386.79 88.56 398.06 155.56 113.46 Valor Usado 627.29 801.90 423.00 556.30 403.50 303.19 401.20 370.00 216.00 Media 31.79 22.90 30.85 24.57 30.33 32.65 29.10 27.07 23.71 () Desv Estand 6.33 2.08 8.22 3.46 1.04 3.78 7.35 7.18 1.74 Valor Usado 25.46 20.81 22.63 21.11 30.33 28.87 29.10 27.07 23.71

Adicionalmente, de los ensayos de compresin triaxial en muestras de roca intacta se extrajeron los parmetros cohesin y ngulo de friccin (Tabla 6.4), mientras los ensayos de corte directo se realizaron en planos de discontinuidades. Tabla 6.4 Parmetros f y cohesin de ensayos triaxiales.Litologa Diorita Hornfels Caliza-Mrmol Prfido Atalaya Prfido Norte Prfido Dique Cd. 13 30 32 74 75 83

()58.36 49.34 48.21 49.70 52.70 53.25

Cohesin (Mpa) 22.67 14.01 15.14 12.22 18.78 20.76

De estudios anteriores, se obtuvieron valores de densidad por tipo litolgico tal como se muestra en la Tabla 6.5. Tabla 6.5 Valores de densidad (TN/m3) por tipos litolgicos.Cdigo 13 15 32 30 40 53 74-75-83-85 99-101 Litologa Diorita Brecha Caliza - Mrmol Hornfels ExoSkarn Endoskarn Prfidos Cobertera Muestras 5338 1007 190 259 723 223 2421 37 Mnimo 1.83 1.71 2.03 2.05 2.14 1.74 1.87 1.33 Mximo 4.43 4.46 4.66 4.02 4.78 3.69 4.37 2.45 Media 2.56 2.55 2.64 2.59 3.23 2.6 2.56 1.66 Desv. Estndar 0.02 0.06 0.27 0.17 0.57 0.29 0.02 0.29

6.2.

Modelo Geoestadstico

6.2.1. Definicin de CompositosLa informacin de los taladros se introdujo al software MineSight generando compositos cargandose al MSDA para realizar anlisis estadsticos de los parmetros RQD, RMR, UCS(PLT), ngulo de friccin y cohesin, se observ una desviacin

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estndar muy elevada, se decidi ajustar la data realizando reportes estadsticos discriminado en rangos (1er quartil y 3er quartil).

6.2.2. Anlisis VariogrficoEl anlisis variogrfico se realiz con la data de los compositos definiendo bajos y altos errticos en cada parmetro geomecnico (RQD, RMR, UCS(PLT), ngulo de friccin y cohesin) definiendo dominios geoestadsticos principales; para este anlisis se empleo el software SAGE 2001. En la Tabla 6.6 se muestra los resultados del anlisis variogrfico del parmetro geomecnico UCS(PLT). Tabla 6.6 Resultados del anlisis variogrfico del parmetro geomecnico UCS(PLT)

6.2.3. Background Se defini el background de la media de los valores menos una desviacin estndar para cada parmetro geomecnico con la finalidad de tener un valor base en el modelo de bloques, evitando la presencia de bloques vacios que se ubiquen fuera de los alcances de los anlisis variogrficos, diferenciando por litologa y por sector.

6.2.4. Definicin de Kriging Base y OrdinarioSe utiliz el mtodo de kriging para realizar la interpolacin espacial de los parmetros geomecnicos, primero se aplic el criterio del kriging base para aquellas litologas discriminadas por sector. A continuacin se muestra el modelo de bloques del parmetro geomecnico RMR, con el perfil del diseo del pit final propuesto (Figura 6.2).

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Figura 6.2 Vista en Seccin SE-NW del Modelo RMR con el diseo del Pit Antapaccay Sur (izquierda) y Antapaccay Norte (derecha).

6.3.

Anlisis de Estabilidad

Un total de 16 secciones fueron desarrolladas para el anlisis de estabilidad de ambos pit, distribuidas 8 secciones en cada tajo. Los parmetros de resistencia de MorhCoulomb han sido definidos para cada seccin a partir propuesta de Hoek et al. (1995). El mtodo de evaluacin del anlisis de estabilidad est basado en la teora del equilibrio lmite (MEL). La simulacin computacional se llev a cabo en el programa SLIDE v.5.0 de Rocscience utilizando el mtodo de Bishop para la obtencin de la relacin entre la resistencia del material y los esfuerzos solicitantes, este valor es denominado factor de seguridad (FOS). Se establecieron FOS mnimos para conseguir el objetivo descrito en el item 2, para el estado esttico se defini un FOS igual 1.2 y para el estado pseudo esttico un FOS mnimo de 1.0 asumiendo un coeficiente de aceleracin mxima de 0.30g (Vector, 2008) y con un coeficiente de diseo de 0.15g, asumiendo que solo ocurrirn la mitad de los eventos ssmicos en un periodo de retorno similar al tiempo de vida de la mina. Todo esto para el caso de taludes globales (OA) y taludes interrampa (IRA). de los ensayos y de la

6.3.1. Sectores de AnlisisEl anlisis, de los sectores fue definido para ambos tajos, se realiz una sectorizacin geotcnica. La Figura 6.3 representa grficamente los sectores en ambos tajos. 6.3.2. Materiales En cada sector se realizo una seccin en el software MineSight, y del modelo de bloques con fines geotcnicos utilizando el parmetro correspondiente al ngulo de friccin delimitando los materiales presentes en la seccin. Se realizo una agrupacin

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por rangos del parmetro ngulo de friccin, asignado una leyenda de colores, para diferenciar los bloques en las secciones y se pueda realizar la digitalizacin de cada material (Figura 6.4), los que se muestran en la Tabla 6.7.

Figura 6.3 Sectorizacin geotcnica de los tajos norte y sur Tabla 6.7 Materiales agrupados en rangos del parmetro ngulo de friccin.Material 21 22 23 24 25 26 27 28 29 Rango Ang Friccin 10 - 15 15 - 20 20 - 25 25 - 30 30 - 35 35 - 40 40 - 45 45 - 50 50 - 55 Color

Figura 6.4 Digitalizacin de materiales en secciones de modelo de bloques.

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Se conformaron slidos para cada material con la finalidad de extraer la data del modelo de bloques conteniendo dentro de cada solido (ngulo de friccin, cohesin y densidad). La Figura 6.5 muestra un corte de los slidos con el perfil del diseo de los tajos.

Figura 6.5 Slidos de materiales en secciones. 6.3.3. Anlisis de Equilibrio Limite

A continuacin se presentan anlisis asumiendo dos propuestas de diseo (A y B) mostrndose en la siguiente secuencia: seccin litolgica, cuadro de propiedades de los materiales, anlisis de equilibrio lmite esttico del diseo A, anlisis de equilibrio lmite pseudo esttico del diseo A, anlisis de equilibrio lmite esttico del diseo B y anlisis de equilibrio lmite pseudo esttico del diseo B.S4000 3900LEYENDA Cobertera Diorita Hornfels Prfido Norte Prfido 75 Prfido 86

Seccin 1

N4000 3900

3800

3800

3700

3700

3600

3600

3500

3500

3400

3400

Figura 6.6 Litologa de la seccin 1. (S-N) Tabla 6.8 Parmetros geotcnicosMateriales 23 Rango Ang Friccin 20 - 25 Parmetros Geotcnicos AngF Cohesin Densidad AngF Cohesin Densidad AngF Cohesin Media 23.69 0.6476 2.608 29.802 0.6142 2.671 31.342 0.5863 Desv. Std. 1.722 0.0273 0.02 3.104 0.1284 0.146 1.786 0.1809 Media -1DS 21.968 0.6203 2.588 26.698 0.4858 2.525 29.556 0.4054 Valor Empleado 21.968 620.3 25.88 26.698 485.8 25.25 29.556 405.4 Unidades grados kN/m2 kN/m3 grados kN/m2 kN/m3 grados kN/m2

24 25

25 - 30

30 - 35

10

26

35 - 40

27

40 - 45

Densidad AngF Cohesin Densidad AngF Cohesin Densidad

2.583 37.948 0.6325 2.596 40.857 0.7957 2.574

0.043 1.794 0.2375 0.035 0.891 0.1805 0.012

2.54 36.154 0.395 2.561 39.966 0.6152 2.562

25.4 36.154 395 25.61 39.966 615.2 25.62

kN/m3 grados kN/m2 kN/m3 grados kN/m2 kN/m3

Figura 6.7 Anlisis de MEL esttico, seccion1 diseo A

Figura 6.8 Anlisis de MEL pseudo-esttico, seccion1 diseo A

Figura 6.9 Anlisis de MEL esttico, seccion1 diseo B Tabla 6.8 Resultados de la evaluacin de estabilidad de la seccin 1 Diseo AANALISIS DE EQUILIBRIO LIMITE ANTAPACCAY NORTE - DISEO A SECCION IRA BANCOS LITO FOS ESTATICO FOS SEUDO ESTATICO

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1 OA

39 44 45 45 36

3 7 12 6 28

Cobertera Diorita Diorita - PM75 PM75

1.01 2.26 2.34 4.10 1.56

0.79 1.86 1.94 3.34 1.23

Tabla 6.9 Resultados de la evaluacin de estabilidad de la seccin 1 Diseo BRESUMEN DEL ANALISIS DE EQUILIBRIO LIMITE ANTAPACCAY NORTE - DISEO B BANCOS Tramo . Mts. 46 97 175 73 391 BFA 15 MTS. 37 63 63 63 IRA Promedio 32.0 46.7 C.B. FOS Promedio Estatico 4.10 6.51 3.99 2.12 2.26 3.55 FOS Seudo Estatico 3.61 1.75 1.86 2.97 Angulo Global Mximo Usado Nro. De Rampas OA FOS Estatico OA FOS Seudo Estatico

SECCION

IRA 32 47 46 47

LITO Cobertera Diorita Diorita - PM 75 PM 75

C.B. 4.10 6.34 6.84 6.34

1

39

3

1.746

1.397

OA

38

7. Conclusiones y Recomendaciones En la parte superior de los taludes hacia la El contacto entre los taludes en suelo con los taludes en roca debe estar limitado por una plataforma con un ancho mnimo de 20m. Para taludes excavados en suelo, los ngulos recomendados para el BFA y el IRA son de 37 y 32 respectivamente con un ancho de berma mnimo de 4.0m. Para taludes excavados en roca, el ngulo recomendado para el BFA es de 63 con un IRA variable entre 44 y 47, siendo este valor dependiente de la resistencia del macizo rocoso, con un ancho de berma promedio de 7.0m.

Para los parmetros de ngulo de friccin, cohesin y uniaxial (resistencia a lacompresin uniaxial), se tiene una poblacin de muestras relativamente baja lo cual no permite tener un anlisis geoestadstico con una confiabilidad alta.

Se recomienda complementar anlisis estructurales con fines de optimizacinde los ngulos de banco (BFA) mediante anlisis cinemticos, de esa forma conseguir identificar mecanismos de falla locales. 8. Referencias Bibliogrficas BIENIAWSKI, Z.T. (1989). Engineering Rock Mass Classification: A Complete Manual for Engineers and Geologists in Mining, Civil and Petroleum Engineering, USA, 251 p. HOEK, E. & BRAY J.W. (1981). Rock Slope Engineering. The Institution of Mining & Metallurgy, London, UK, 358 p. HOEK, E., KAISER P. K. & BAWDEN W. F. (1995). Support of Underground Excavations in Hard Rock, A. A. Balkema, Rotterdam, The Netherlands, 350 p.

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VECTOR (2008). Estudio de Peligro Ssmico Proyecto Antapaccay. Informe Final. Lima, Per, 73p.

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