Rampa Principal 4200

Cuerpo de Enargita

Cuerpo de Óxidos

Rampa Exploratoria

Galería Exploratoria Superior

PROYECTO MARCAPUNTA OESTE

Análisis de la aplicación del shotcrete en la Rampa Principal del Proyecto Marcapunta Oeste como sostenimiento permanente en la Sociedad minera el Brocal

Colquijirca – Cerro de Pasco

UBICACIÓN Y ACCESO

• El proyecto Marcapunta Oeste. se encuentra ubicado en el distrito de Tinyahuarco, provincia y departamento de Pasco.

• El acceso de Lima hacia el distrito de Tinyahuarco (Pasco) es mediante las siguientes vías: – Carretera central Lima –

Colquijirca – 289 Km.– Vía férrea

Lima – Colquijirca – 290 Km.

– Vía AéreaLima – Vicco – 30

minutos.

ANTECEDENTES

La rampa principal se inició en Setiembre del 2004.

El sostenimiento se realizó con cimbras alternándolo con shotcrete de 2” de espesor. Pero 5 meses después empezó la rotura del shotcrete

ANTECEDENTES

• Estos desprendimientos fueron de carácter local y no comprometieron la estabilidad de la rampa.

ANTECEDENTES

• Pero obligó a realizar trabajos de reparación ocasionando el aumento los costos y la consecuente obstrucción del tráfico de los equipos y demora en la ejecución del proyecto..

• Por ello es que surge la necesidad de estudiar ¿qué es lo que ocasionó esas caídas?

ASPECTOS GEOLÓGICOSASPECTOS GEOLÓGICOS

GEOLOGÍA REGIONAL

Se tiene evidencias geológicas de que en las proximidades del área de Colquijirca ha existido una actividad volcánica

ASPECTOS GEOLÓGICOSASPECTOS GEOLÓGICOSGEOLOGÍA LOCAL

Grupo Excelsior :• areniscas sericíticas de color

gris, filitas grises a gris verdosas y areniscas cloritosas.

Grupo Mitu • Se carácteriza por capas

rojas. estás capas rojas están conformados por conglomerados con una matriz areniscosa que se intercala con delgadas estratos de areniscas limolítícas.

Conclusión: La rampa principal se desarrollaría en arcillas.

¿Cuál es el comportamiento de ellas’

CARACTERISTICAS GEOMECANICAS DE LA RAMPA PRINCIPAL

(Etapa de proyecto)

CLASIFICACÓN GEOMECANICA DE LA RAMPA PRINCIPALSe realizó una perforación diamantina en el eje de la rampa, con el objeto de confirmar la litología a atravesar, resistencia de la roca, el estado de las discontinuidades y la presencia de agua.

Calidad del macizo rocoso RQD

Muy Mala 21%

Mala 37.5%

Regular 65.5%

CARACTERISTICAS GEOMECANICAS DE LA RAMPA PRINCIPAL

(Etapa de proyecto)

• Aplicación del martillo del geólogo • Consistencia de los suelos

Y haciendo una tabla comparativa de los 2 puntos anteriores se tiene:

Bieniawski nos dice que aquellos materiales rocosos que tienen una resistencia menor a 1 Mpa. son considerados como suelos. Por lo que una vez más confirmamos que el material del Grupo Mitu en Marcapunta Oeste tienen un doble comportamiento

Macizo rocoso luego del desbroce

Obsérvese el frente marcado, tiene apariencia de ser una roca consistente sin embargo está bastante meteorizada.

Resumende Índices

Tiempo de Autosoporte

Sostenimiento con shotcrete

Tipos de roca

Rocoso Tipo III “Regular”.Obsérvese los estratos de arcillas endurecidas por las fuerzas internas del macizo. El tratamiento es con pernos helicoidales.

Macizo Rocoso Tipo IV “Malo”. Obsérvese que ha sido tratado con shotcrete de 2”. Prestar atención a la vía y al shotcrete cercano al piso, la antes roca se ha convertido en un suelo y el shotcrete está reventado desde el piso hacia arriba en los hastiales.

Tipos de roca

Macizo Rocoso Tipo V “Muy Malo”.Observese como el material del frente se desmorona

Hasta aquí ya conocemos los tipos de roca que involucran el proyecto y su ratamiento

Hasta aquí se ha identificado la geología y se ha determinado las características geomecánicas del macizo rocoso.

Ahora trataremos sobre las características del shotcrete

SHOTCRETE POR VÍA HUMEDA

• Gracias a la tecnología de la industria del concreto actual, es factible producir shotcrete por vía húmeda que tenga una resistencia a la compresión a los 28 días superior a 60 Mpa.

• Las mezclas fabricadas por vía húmeda tienen también un tiempo de utilización de 1.5 a 2 horas, lo cual significa que la mezcla de concreto debe bombearse y lanzarse rápidamente después del mezclado.

SHOTCRETE POR VÍA HUMEDAconsideraciones especiales

• Un error común que se comete con el método de vía húmeda es utilizar cantidades insuficientes de aire.

• Lo cual lleva a menores resistencias a la compresión así como también adherencia deficiente y rebote.

• El caudal de aire debe ser de 7 – 15 m3/min y una presión de 7 bars según el tipo de aplicación (manual o robot).

CONSIDERACIONES SOBRE APLICACIÓN DE SHOTCRETE

• El cemento que se utiliza Pórtland Estándar Tipo I.

• Los agregados más grandes no deberían ser más de 16 mm(pues con agregados de 8 mm. se tiene de 60 a 70% de rebote).

• Por otro lado, debe haber suficiente cantidad de finos, menores de 0.2 mm, para formar una capa inicial sobre la superficie de la roca

CONSIDERACIONES SOBRE APLICACIÓN DE SHOTCRETE

• El agua de la mezcla debe ser limpia y libre de sustancias que puedan dañar al concreto o al acero.

• Se usan aditivos para mejorar las propiedades del shotcrete, éstos pueden ser: los acelerantes de fragua, que no deberán ser usados en más del 2% en peso del cemento; los reductores de agua; y los retardantes

Shotcrete por Via Húmeda

Ventajas•Rebote de 5 a 10 %•Reducción de polvo lo cual mejora el ambiente de trabajo.•La dosificación del agua es controlada (relaciónagua/cemento constante y definida).•Mejor adherencia.•Mayor resistencia a la compresión y uniformidad de resultados.•Altos rendimientos y por lo tanto reducción de costos.•Uso de fibras metálicas u otra y nuevos aditivos.

Desventajas▪ Distancia de transporte limitada ( 300 mt.)▪ Mayores demanda en calidad de agregado.▪ Sólo se permiten interrupciones limitadas.▪ Costos de limpieza.

En general la vía húmeda se le utiliza para grandes volúmenes y distancias corta, mientras la vía seca para volúmnes pequeños y distancias largas.

Mezcla utilizada en Marcapunta

• La mezcla utilizada está compuesta por los siguientes

• proporciones:• Cemento : 10 Bolsas• Arena : 1649 Kg• Agua : 50 Gln• Plastificante(El Rheobuild 100 ): 5 Lts• Fibra polipropileno: 4.54 Kg• Microsílice : 4 Kg• Acelerante(MEYCO 160): 18 Lts

Agregados/ Arena

• Situación inicial:– Se tenia un agregado con exceso de finos – Esto producía :segregación es decir separación,

rotura del conc.reto, una mala lubricación y atascamiento.

– Sin embargo los fabricante de fibra recomiendan que de usarse ésta con el concreto, el sobrante de material fino es importante tanto para el bombeo como para la compactación, pues la fibra aprovecha este fino para fijarse, es decir en este caso un contenido de material fino produce un concreto cohesivo.

Agregados/ Arena

• Situación media (Arena Lavada): se puede observar que aunque la curva mejoró, aún se tiene partículas cercanas al cm.

GRAFICO DE GRANULOMETRIAARENA LAVADA

(Antes de Nov. del 2001)

0

20

40

60

80

100

0,010,1110100

DIAMETRO DE PARTICULAS (mm)

% Q

UE

PA

SA

Especificaciones

Gradación de la Arena

Aditivos

• Rheobuild 100 es el aditivo utilizado como plastificante/reductor de agua.

• Cuando las partículas de cemento están bien dispersas, no sólo fluyen mejor sino que cubren mejor los agregados.

• Sin embargo la facilidad de bombeo puede mantenerse sólo por un tiempo de 20 - 90 minutos después de la mezcla y una dosis excesiva de aditivos puede conducir a segregación y a una pérdida total de la cohesión.

• El resultado es un concreto más resistente y trabajable.

Acelerante

• El utilizado fue Meyco SA160• Tiene como función dar una resistencia inicial al

shotcrete, función importante para Marcapunta. • Este aditvo Meyco SA160 permite obtener un shotcrete

de capa gruesa hasta de 20 cm en una sola capa

Microsilice RHEOMAC FC

• Se usa como reemplazo del cemento, mejora la calidad de la proyuección. (

• Debe utilizar entre 5 – 10 % de microsílice del peso de cemento, veamos:

1 bolsa de cemento tiene 42.5 kg x 10 bls = 425 kg el 10% de 425 kg = 42.5 kg, y la cantidad de microsílice utilizad es 40 Kg., es decir se utiliza el 9.4 % en peso del cemento. La cantidad es aceptable pues está dentro del rango.

Fibra de Prolipopileno

• Debido a que el shotcrete tiene poca resistencia a la tracción y no no absorve energía antes de la rotura se le añadio fibras de polipropileno MF 50 PC, de características similares a la metalica

Equipos utilizados

Dosificador de aditivos Lanzador de concreto

OCMER MEDIA

Equipos utilizados

Mezcladora CARMIX de 2.5 m3 de capacidad

Todos los equipo garantizan una velocidad adecuada de sostenimiento.

DISEÑO DEL DISEÑO DEL SOSTENIMIENTO DE LA SOSTENIMIENTO DE LA RAMPA PRINCIPAL DEL RAMPA PRINCIPAL DEL

PROYECTO MARCAPUNTA PROYECTO MARCAPUNTA OESTE MEDIANTE EL USO OESTE MEDIANTE EL USO

DEL SOFTWARE PHASES 2.5DEL SOFTWARE PHASES 2.5

EL SOFTWARE PHASES 2.5 • Ventajas• Generación rápida del diseño

geométrico e interfase con otros programas de diseño.

• Interfase intuitiva y amigable. • Rapidez de ejecución• Se puede hacer un re-análisis

rápidamente

• Desventajas• Utilización mucho mejor en roca tenaz

que en roca mala o muy mala.• Dispone de pernos (split set, pernos

de anclaje, cementados), shotcrete pero no de cimbras para el modelamiento.

• Debido a sus limitaciones el programa debe aplicarse solo a tanteos o cálculos preliminares.

• Análisis en 2D, deformación plana.• Se asume que la excavación es

perpendicular a la sección de análisis.• Se asume que una las tres tensiones

principales iniciales está alineada con el eje de la excavación

MÉTODO DEL ANÁLISIS

• El modelamiento se realizará en Phases2.5 para los tres tipos de roca y determinar el comportamiento del macizo rocoso y así como el sostenimiento más adecuado. Se considerarán los desplazamiento totales y el factor de seguridad principalmente. El estudio se realizará para material plástico y elástico, pues la roca de Marcapunta Oeste tiene este doble comportamiento por tratarse de areniscas con alto grado de arcilla compacta y no compacta

MODELAMIENTO EN ROCA MUY MALA

Material Plástico vs Elástico sin soporte

Como se puede observar de la figura, cuando la roca tiene un comportamiento plástico tendrá mayor estabilidad que cuando tienen un

comportamiento elástico

MODELAMIENTO EN ROCA MUY MALA

La convergencia en el macizo rocoso de comportamiento elástico es ligeramente menor que la de una roca con comportamiento plástico, pero la

mayor convergencia en ambos casos se da en el piso, aunque también en las paredes o hastiales.

Esta demás decir que cuando la roca del Grupo Mitu entra en contacto con el agua subterránea tiene un comportamiento elástico.

Material Plástico vs Elástico con soporte en roca muy mala

Ambas secciones están sostenidas por barras helicoidales de 19 mm. de diámetro, con 2.10 m. de longitud, espaciados a 1 m.(11 elementos por sección)

y con una capa de shotcrete de 5 cm. Pero se puede observar que cuando el material se comporta como elástico hay una mayor inestabilidad con proyección

a que colapse, sin embargo cuando el macizo rocoso se comporta como un material plástico, la labor estará estabilizada con un factor de seguridad

promedio de 1.30.

Elementos de sostenimiento trabajando a una capacidad insuficiente en un medio elástico.

Los pernos rojos indican que el sostenimiento aplicado no es suficiente para dar estabilidad a la excavación por lo que será necesario añadir mayor sostenimiento.

Aquí tenemos una limitación en el software, el resultado obtenido en la figura anterior se ha modelado con shotcrete de 10 cm. pero el factor de seguridad no ha mejorado,

entonces el sentido común nos dice que viene ahora un sostenimiento pesado, un sostenimiento con cimbras, sin embargo el software está limitado pues no posee esta

característica, no se puede añadir cimbras al modelo, por lo que el modelamiento para este tipo de roca queda allí. Es necesario consultar otras fuentes para estimar el

sostenimiento.

Resumen de desplazamientos para roca muy mala

El cuadro demuestra que los pernos no trabajan en absoluto pues la convergencia sigue siendo la misma y si lo hacen su contribución es mínima siendo un derroche de recursos que elevarán los costos, más la contribución del shotcrete es saludable.

Resumen de desplazamientos para roca muy mala

• A esta altura del análisis ya podemos dar una conclusión: “el soporte ideal para una roca de estas características con comportamiento elástico el mejor sostenimiento sería con shotcrete inicial (“shotcrete preventivo”) y luego con elementos pasivos.

MODELAMIENTO EN ROCA MALA Material Plástico vs Elástico con soporte

en roca mala

Observamos nuevamente que el material plástico tienen mayor estabilidad que el elástico, pero surge la pregunta ¿En qué condiciones la roca de nuestro análisis, pasa de un comportamiento plástico a un comportamiento elástico? ¿Tendrá el mismo comportamiento durante

toda su vida útil y será solo uno?

Factor de seguridad después de instalar pernos en roca mala

Para el comportamiento elástico no hay variación en el factor de seguridad más sí en el material de comportamiento plástico, se concluye que la instalación de

los pernos mejora la estabilidad en la excavación

Factor de Seguridad después de instalar pernos y shotcrete de 2¨ en roca mala

Luego de añadir shotcrete mejora la estabilidad de la excavación pero en el material plástico más no en el elástico.

Hasta aquí se tienen instalados 7 pernos de 2.10 m. de longitud, por sección y de 19 mm. de diámetro más shotcrete de 5 cm.

MODELAMIENTO EN ROCA MEDIA

Material Plástico vs Elástico sin soporte en roca media.

Nuevamente la roca es más estable cuando tiene un medio plástico

Factor de seguridad después de instalar pernos en roca media

Aunque para el medio plástico los valores han variado muy poco el área del menor factor de seguridad disminuye con la colocación de los pernos. Para el medio elástico los valores del factor de seguridad no tienen modificación alguna.

Factor de Seguridad después de instalar pernos y shotcrete de 2¨ en roca media.

Aquí se demuestra que el shotcrete es un gran estabilizador en ambos tipos de materiales.

Análisis con secciones realesDistribución de los esfuerzos principales

Los mayores esfuerzos principales están localizados en los extremos inferior izquierdo y derecho de la sección, esto demostraría en parte porque

la roca se tritura en estos lados y el shotcrete queda colgado

Análisis con secciones reales

Desplazamiento total

En la figura observamos que el mayor desplazamiento se encuentra en el piso con un valor máximo de 401 mm. y si además tomamos en cuenta

que el material de la convergencia (arcillas) se asocia al agua, entonces tendremos problemas con la arcilla esponjada, por lo tanto problemas con

el mantenimiento de vías, situación a considerar durante la operación y más en la estructura de costos.

Análisis con secciones reales

Factor de Seguridad

Aquí podemos confirmar que en una sección irregular el factor de seguridad disminuye para ambos tipos de material de allí la importancia de

realizar una voladura controlada.

Análisis con secciones reales

Desplazamientos horizontales

Aquí también confirmamos lo que ya venia sucediendo en el campo, los esfuerzos laterales horizontales. Pero estos son mucho mayores

en el medio elástico

CONCLUSIONES

• La rampa principal del proyecto marca punta –oeste, después de hacer una evaluación geomecánica se determinó el comportamiento del macizo rocoso en función del RQD lo siguiente:

Calidad del macizo rocoso RQD

Muy Mala 21%

Mala 37.5%

Regular 65.5%

CONCLUSIONES• Dentro de las características de la roca rampa

principal del proyecto Marcapunta oeste, podemos mencionar:

– La roca está dentro del grupo R2 mayormente y en el grupo R3 de menor frecuencia. Es decir las rocas son “Roca débil” con una resistencia a la concreción de 5-25Mpa y “Roca media” con un valor aproximado de 25-50Mpa.

CONCLUSIONES

• El agregado y la arena utilizada en el proyecto fue el que se disponía en la zona que viene a ser de la cantera de propiedad de la comunidad Huaraucaca, el cual fue previamente tratado, haciéndose en primer lugar un lavado para eliminar el porcentaje de finos, luego se mezcló este agregado con otros para así obtener una curva granulométrica que se acerca lo más posible a la gradación ideal.

• En la rampa Marcapunta se está utilizando aditivos, plastificante, acelerantes y reductor de agua. En cuanto a plastificantes se usa RHEOBUILD 100 los cuales dispersan “Los finos” adecuadamente, el acelerante es meyco 160, que reduce el asentamiento del concreto y el microsilice RHEO MAC FC.

CONCLUSIONES

• El software PHASES 2.5 es una herramienta poderosa para determinar el comportamiento del macizo rocoso durante la etapa de operación de la rampa, lo que nos permite determinar los problemas operativos que podríamos encontrar.

• El Software nos permite añadir criterios para estimar costos en el sostenimiento

• El software permite verificar el sostenimiento recomendado por las tablas o métodos geomecánicos, y que en muchos casos puede diferir.

RECOMENDACIONES

• Si bien los aditivos que se utilizan son libres de álcalis, lo que mejoran la seguridad del personal en el manipuleo, pero no garantizan un adecuado sostenimiento a las 4 horas de depositado en shotcrete, en consecuencia se recomienda como acelerante usar sika.

RECOMENDACIONES

• El sostenimiento de la rampa se tiene que realizar en forma inmediata para evitar disturbaciones del terreno ya que el tiempo de autosoporte es escasamente unas cuantas horas

• Se recomienda realizar el fraguado del shotcrete dándole mayor importancia a la parte inferior de los astiales, así como también a la cuneta de la rampa para evitar degradación de la roca

• Supervisar constantemente al personal durante la aplicación del shotcrete

• Se recomienda hacer la evaluación del terreno mediante el software phases para determinar y/o comprobar el comportamiento del terreno y así tener una base de datos del terreno donde estamos trabajando

RECOMENDACIONES

• Se debe conocer las limitaciones del software phases para poder utilizarlo adecuadamente

• Se recomienda reevaluar el sostenimiento diseñado para la rampa principal marca punta oeste, para comprobar la correcta aplicación del sostenimiento escogido.