PUC, IMM 2015 Minería Subterránea Semestre 1, 2011

Tarea #2: ESTUDIO TÉCNICO FORTIFICACIÓNEntrega jueves 9 de junio a las 23:59 hrs.

Esta tarea lo familiarizará con el estudio técnico de fortificación en tunelería, capacitándolo para dimensionar laproblemática y ser capaces de proponer un sistema de fortificación adecuado.

Objetivo General: Determinación del mejor sistema de fortificación en función de los sistemas estructurales ypropiedades geomecánicas presentes en un túnel de un sector de mina El Teniente.

Antecedentes técnicos

Debido a persistentes problemas de fortificación (Planchoneos ,Colapsos, Rock Burst) en Esmeralda de laDivisión El Teniente de Codelco, principalmente en sectores de producción, la Superintendencia deGeomecánica le ha encomendado a usted que realice una propuesta de fortificación que permita satisfacer lasnecesidades de seguridad en este sector crítico, para ello, usted deberá:

Aplicar Criterios de Falla de Mohr – Coulomb y Hoek – Brown Análisis Teórico de la Formación de Cuñas Calcular Envolvente de Falla en el software RocLab Simular en Examine2D los esfuerzos principales, desplazamientos verticales y horizontales, criterios de

Von Misses, etc. Usar Dips para facilitar la búsqueda del sistema principal de fracturas Simular en Unwedge la generación de cuñas. Análisis de Datos Proponer un Sistema de Fortificación

Para lo anterior, Geomecánica ha entregado algunos datos importantes, los cuáles usted usará de base, para laresolución del problema propuesto.

AndesitaUCS = 140 MpaRMR = 65S1= 90 Mpa a 20° y 40° de inclinación.S3 = 40 Mpa a 20° y 40 ° de inclinación.Alta Actividad Minera

Alcances de la tarea: Utilizar los principios, técnicas y software de representación aprendidos en clases pararesolver el problema, considerando en particular:

Criterios de FallaoMohr - Coulomb;ecuación principal, obtención de relaciones matemáticas , parámetros, variables, usos

más comunes, alcances, limitancias (Comprensión del Criterio y sus aplicaciones), explicar por qué es elmás usado en la mayoría de los software geomecánicos.

oHoek - Brown; ecuación principal, obtención de relaciones matemáticas , parámetros, variables, usos máscomunes, alcances, limitancias (Comprensión del Criterio y sus aplicaciones), explicar por quéactualmente es el más confiable, y está siendo usado fuertemente en los últimos softwaregeomecánicos.

Formación de CuñasoComprensión de la teoría detrás de la formación de CuñasoManejo de la red Estereográfica.oDeterminación de Sistemas de Fracturas.

Modelación en Software (RocLab,Examine2D,Unwedge)oRocLab; Utilización de los índices y parámetros calculados anteriormente, con el fin de usarlos en la

obtención de los parámetros de Mohr - Coulomb y Hoek - Brown, ayudándose del software para evitarcálculos largos.

oExamine2D; Con los parámetros de Mohr - Coulomb y Hoek- Brown, obtenidos gracias al softwareanterior, usarlos en la modelación del frente de un túnel mediante este software, obteniéndose lasimulación de los esfuerzos principales, desplazamientos verticales y horizontales, criterio de Von -Misses, etc.

oDips: A partir de un set de discontinuidades determinar los principales sistemas de fracturas presentes enel macizo rocoso

oUnwedge; Modelar el túnel en 3D y simular la creación de cuñas que pudiesen afectar la estabilidad deltúnel.

oAnálisis de Resultados

Propuesta de FortificaciónoConocer los distintos objetivos en la fortificación (Refuerzo, Retención, Sostenimiento), elementos de

fortificación, resistencias, aplicaciones.oAyudados por lo anterior, proponer un sistema de fortificación que satisfaga el factor de seguridad

deseado para las condiciones de cerro existente.

Problema técnico

Se requiere la construcción de un túnel horizontal de 6 metros de ancho, sección rectangular, y rumbo N20W.Para ello se deberá comprender bien las siguientes problemáticas:

Concentración de Esfuerzos Formación de Cuñas Estabilidad del túnel

Para lograr proponer un sistema de fortificación general, usted deberá proponer primero un sistema defortificación para la acumulación de esfuerzos en el macizo rocoso, luego debe proponer un sistema defortificación por separado para la formación de cuñas y finalmente; en base a la información proporcionada enambas partes y sus conocimientos, averiguaciones, supuestos, criterios empleados, se debe proponer unsistema de fortificación sistemático.

Primera Parte (30%)

Para determinar una propuesta del sistema de fortificación para el caso de fallamiento por esfuerzos, realizar:

1. Modelamiento en RocLab de la Envolvente de Falla según el Criterio de Hoek – Brown. Explique para quésirve.

2. Modelar la sección de túnel propuesta en Examine2D y mostrar lo siguiente:

Esfuerzo Principal Esfuerzo de Corte

Criterio de Von - Misses Desplazamientos Horizontales Desplazamientos Verticales

Mostrar las imágenes de sus modelaciones.

3. Una vez realizado lo anterior, responder las siguientes preguntas:

¿Existe riesgo de fallamiento por esfuerzos? ¿Dónde? ¿Cuál es la principal razón que esto suceda? ¿Influye la Geometría de la sección del Túnel?. Varíe la forma de la parte superior de la sección,

a un arco, con 20 puntos. Comente los resultados obtenidos en Examine2D para la nuevasituación (Esfuerzo Principal, Esfuerzo de Corte, Desplazamientos, Von - Misses)

4. ¿Qué sistema de fortificación propondría? ¿Por qué?

Hint: Apóyese de material de clase y ayudantía para responder, y de la bibliografía que estimeconveniente.

Segunda Parte (50 %)

Los estudios geotécnicos del sector establecen que se producirá caída de bloques sobre el túnel debido a lapresencia de numerosas discontinuidades. Se pide calcular la fortificación apropiada (pernos) para soportar lamáxima cuña que pueda producirse en la clave del túnel y evaluar el factor de seguridad para cada uno de ellos.

A partir del set de datos de discontinuidades que se encuentra disponible en el sitio web del curso(discontinuidades.xlsx) se pide:

1.- Determinar los principales sistemas de fracturas presentes en el macizo rocoso (Apóyese con el softwareDIPS).

2.- Usando software Unwedge, ilustre la situación y determine el patrón de apernado que cumple con el factorde seguridad requerido (Comience con un apernado sistemático de 2,5x2,5 m y realice decrementos de 0,5 m deser necesario).

3.- Se plantea la posibilidad de variar la orientación del túnel a las siguientes direcciones: N40W, N10W¿Elegiría una de estas nuevas opciones? ¿Cuál, Por qué?

4.- Si no tuviera restricciones para la orientación del túnel, ¿Qué dirección recomendaría, por qué?

Consideraciones

- Utilizar Pernos inyectados en lechada (Grouted Dowel)- Los pernos disponibles son de 22 mm de diámetro y 2,4 metros de largo- Tensile Capacity: Se calcula considerando un factor de seguridad de 1.6 para la resistencia de los pernos- Plate Capacity: 12 ton (valor estándar)- Bond Strenght: Tensile Capacity/ Largo de Anclaje- El sostenimiento de la cuña debe cumplir con un FS=2

Tercera Parte (20 %)

En base a las dos partes anteriores y considerando la sección rectangular de 6 metros de ancho y la direcciónque usted recomendaría en la pregunta 4 de la parte 2, proponer un sistema de fortificación sistemático confactor de seguridad 2, que involucre la solución de ambas problemáticas. Para ello puede usar informaciónadicional, supuestos, averiguaciones, etc.Justifique su respuesta en base a argumentos técnicos.

Requerimientos

En su informe debe incluir figuras que respalden el procedimiento seguido y mostrar claramente la informaciónrelevante que entreguen los software.

Entrega y evaluación

EL TRABAJO ES INDIVIDUAL.

El informe debe ser entregado en forma electrónica (siding) a las 23:59 hrs. del Jueves 9 de Junio, y escrita hastalas 13:00 hrs del viernes 8 en el Centro de Minería. Cualquier consulta previa puede ser realizada a su respectivoayudante y/o a través del foro para que el profesor participe. La tarea será evaluada con nota 1.0 a 7.0. Cadadía de retraso restará 2.0 puntos a su nota.

Importante:

Si Ud. considera que faltan datos o necesita hacer supuestos para responder las preguntas, sesolicita los indique en forma clara y precisa. Lo importante es resolver el problema sujeto aconceptos y criterios vistos en clase y averiguaciones que realice.

En caso de sospechas de copia y/o realización indebida de la tarea, el profesor se reserva elderecho de citar a los alumnos para que expliquen la tarea desarrollada y sus resultados. Deesta forma, es fundamental comentar los resultados obtenidos, y aún más importante lossupuestos considerados.