Trabajo #1 Modulo Geotecnia Minera - Copia.docx

MÓDULO GEOTECNIA MINERA

1. Plantear la metodología seguida para el estudio de cada una de las estructuras estudiadas, labores de campo, laboratorio, ensayos realizados, análisis realizados, métodos usados para el análisis y diseño de cada una las estructuras subterráneas objeto de estudio en el documento. Resaltar que pruebas, análisis, métodos de diseño utilizados en el documento no han sido presentados en el curso de profundización de mecánica de rocas y en sus anteriores cursos de mecánica de rocas cursados en la UFPS.

SOLUCIÓN

El Área de estudio del proyecto es una Central Hidroeléctrica en la cual se realizaron sondeos que permitieron establecer los parámetros geotécnicos y geomecánicos de los suelos y rocas, y caracterizar el macizo rocoso, y de igual modo localizar y conocer con mayor precisión las características mecánicas de las estructuras más importantes que podrían afectar el túnel (fallas, lineamentos y contactos), donde se tuvieron en cuenta los estudios geológicos existentes en la zona. Las distintas estructuras que se estudiaron cuentan con un ciclo de trabajo para la el avance de los frentes de excavación mediante el método de perforación y voladura siguiendo los siguientes pasos: Perforación de taladros, Carguío de taladros con explosivos y voladura, Ventilación, Carga del escombro y transporte a lugar de acopio, Desate de rocas, Colocación del sostenimiento, Replanteo de la siguiente voladura.

El procedimiento inicial para conocer la roca, poder describir, analizar y definir la calidad de macizo rocoso en el que se encontraban fue la siguiente: En el estudio se usaron metodologías para la clasificación del macizo rocoso que pudieran dar una idea preliminar de la calidad del macizo rocoso y su variabilidad; pero también para definir el sostenimiento a aplicar en las diferentes estructuras dependiendo del tipo de roca. Las metodologías usadas fueron RMR (La clasificación geomecánica de Bieniawski) y Q de Barton que son clasificaciones que permiten estimar parámetros geotécnicos y diseñar sostenimientos para túneles

Ubicacion area estudio

Realizacion de sondeos mediante perforación

Pruebas de laboratorios

Analisis resultados de los ensayos de campo y pruebas de laboratorio de mecanica de rocas para cada estructura

Ensayos de campo

De igual forma se hizo uso de los estereogramas para conocer la geología estructural de la zona, evidenciando de mejor manera la presencia de fallas, familias de discontinuidades que permitió establecer la distribución de las discontinuidades tanto mayores como menores.

Las estructuras a tener en cuenta en la tesis que se realizó en la central hidroeléctrica fueron las siguientes:

Designacion de la calidad de la roca

TÚNEL DE CONDUCCIÓN – OBRAS DE CONDUCCIÓN: presenta calidad de roca entre regular y mala, un macizo rocoso con condiciones geomecanicas competentes, y presencia de cuñas. Cuenta con filtraciones de agua lo que llevo a presentar un derrumbe en un tramo del túnel, por lo que la empresa decidió estabilizar el frente diseñando un sistema de drenaje que permitiera el mayor flujo de agua y un sistema de sostenimiento.

TÚNEL VENTANA 1: túnel con longitud de 118,46 metros, sección en baúl de 8 metros de ancho y 6,70 de alto. Condiciones geomecanicas competentes.

TÚNEL VENTANA 2: presenta un índice de calidad de la roca de Q de barton: 5-40 dando como calidad de roca de media a buena. Tiene la presencia de 3 fallas.

TÚNEL BY-PASS: túnel con las mismas dimensiones que el túnel de conducción con 590 metros de longitud.

CASA DE MÁQUINAS: no se evidencio presencia de fallas, macizo rocoso con grado de alteración y fracturamiento ligero, y RQD del 85 % lo cual indica un índice de calidad de la roca “buena”.

CAVERNA DE TRANSFORMADORES: túnel con dimensiones de 12,60 metros de ancho por 20,47 metros de alto.

TÚNEL DE ACCESO PRINCIPAL: túnel con fragmentos rocosos intensamente fracturados con presencia de 2 fallas geológicas. Se realizó el ensayo de resistencia a la comprensión simple con martillo Schmidt.

CHIMENEA DE EQUILIBRIO INFERIOR: roca con resultados según la clasificación RMR de regular a buena calidad. Presenta 3 familias de discontinuidades geológicas, y Q DE BARTON: 10 a 40, lo cual indica roca de buena calidad. También se hizo uso de la metodología RMR para determinar parámetros de resistencia y deformabilidad del macizo rocoso. Mediante uso del programa RocLab 1.03 se establecieron los parámetros de resistencia. CHIMENEA DE EQUILIBRIO SUPERIOR: presenta condiciones geomecanicas competentes.

TÚNEL DE DESCARGA: Roca de calidad regular, con presencia de 1 falla geológica y 3 familias de juntas.

PIQUE DE PRESIÓN: Zonas con intensa fracturación.

Metodología como las utilizadas en la investigación son herramientas muy valiosas ya que permiten entre otras cosas: establecer dimensiones adecuadas de las labores subterráneas, establecer la dirección general de avance del túnel a través del eje del diseño, especificar el sostenimiento adecuado, asegurar el rendimiento adecuado del macizo rocoso involucrado con las operaciones. Pruebas, análisis y métodos No vistos anteriormente:        

Ensayo Dilatométrico en Roca. Ensayo Presiométrico. Ensayo de Permeabilidad Lugeon. Ensayo SPT. Ensayo de Permeabilidad Le Franc. Ensayo Cerchar. Determinación del Índice de Perforabilidad DRI. Ensayo Triaxial UU.

2. Plantear una propuesta metodológica para el análisis y diseño de una excavación subterránea en la Región tomando como base lo realizado en el trabajo leído. Analizar que dificultades se presentan para aplicar la metodología propuesta a la minería subterránea de carbón en el Norte de Santander.

SOLUCIÓN Antes de realizar cualquier excavación subterránea es necesario conocer exhaustivamente el terreno que vamos a perforar o excavar, para prever con el máximo grado de exactitud los problemas que pueden surgir durante la construcción, derivados de las características del terreno Como primer paso se realizarán los reconocimientos y estudios geológicos y geotécnicos adecuados para obtener un conocimiento exhaustivo del terreno que será afectado directa o indirectamente por la construcción y explotación de la obra subterránea Al ser el terreno un medio rocoso, se debe efectuar un análisis donde se evidencie la presencia de fallas o discontinuidades importantes, de ámbito regional o local, que puedan afectar la estabilidad de la excavación. El acusado influjo del agua en los diferentes aspectos del diseño, construcción y explotación de la obra subterránea, exige un adecuado estudio de las condiciones hidrogeológicas del entorno del túnel. Antes de realizar cualquier excavación subterránea es necesario conocer exhaustivamente el terreno que vamos a perforar o excavar, para prever con el máximo grado de exactitud los problemas que pueden surgir durante la construcción, derivados de las características del terreno.

Primero se realizaran los estudios geológicos que permitan conocer del terreno los diferentes tipos de litología (rocas y/o suelos), condiciones de las discontinuidades, zonas mayores de debilidad como fallas, el grado de alteración de los materiales que este tenga.

Segundo se continuaran con los estudios geotécnicos pertinentes en el área que será objeto de estudio, que sirva de base para la utilización de las clasificaciones geomecánicas adecuadas y posterior sectorización del túnel. En esta etapa se siguen los siguientes pasos: 1. PROGRAMACION •Se da dimensión al estudio geotécnico, en función del tipo de edificación a realizar y tipo de terreno sobre el que se va a hacer el estudio, optimizando en todo momento las diferentes propuestas.

2. DOCUMENTACION • Información previa en los correspondiente s mapas geológicos y geotécnicos. Antecedentes y documentación. Recopilación de antecedentes.

3. PROSPECCION Y ENSAYOS DE CAMPO • Para determinar la naturaleza y estratigrafía del terreno mediante sondeos.

PR PROGRAMACIÓN 4. ENSAYOS DE LABORATORIO • Sobre las muestras extraídas se hacen los correspondientes ensayos que permitan clasificar y determinar las características mecánicas de las muestras extraídas en el área de interés.

5. INFORME • Se muestran los resultados de los ensayos efectuados, así como la cartografía y estratigrafía detectada donde también se aporten recomendaciones para realizar las excavaciones y cimentaciones dependiendo del tipo de excavación que se vaya a efectuar.

Tercero se efectuarán los estudios hidrogeológicos necesarios para conocer de una manera suficiente, para las etapas de construcción o explotación, las siguientes facetas:

a) Establecimiento del o de los niveles freáticos y su eventual variación estacional. b) Existencia de fuentes, manantiales, captaciones de agua, etc., que puedan influir en el túnel, o ser influidos por éste. c) Permeabilidad o transitividad de los diferentes terrenos que pudieran ejercer su influjo en los aportes de agua al túnel durante la vida de la obra. d) Factores que influyen en la elección del drenaje o impermeabilización del túnel.

Este análisis profundo del terreno que me permite conocer las características del área de estudio sirve para efectuar un diseño preliminar de la excavación. En el diseño de una excavación subterránea se debe tener en cuenta primordialmente dos interrogatorios, ¿cómo voy a realizar la excavación? Y ¿cómo voy a mantener esas secciones de terreno abiertas y estables? Para responde estas interrogantes lo primero que se debe hacer es caracterizar el macizo rocoso aplicando clasificaciones geomecanicas como GSI, RMR, RQD y Q de Barton. Estas clasificaciones no solo me indican una idea preliminar del macizo rocoso y su variabilidad sino que también dan un diseño preliminar del tipo de sostenimiento a emplear.

Una vez clasificado el macizo rocoso se procede a definir el método de excavación siendo el más convencional en nuestra región el de perforación y voladura, siguiendo el proceso presentado a continuación para el avance de la excavación:

Luego despendiendo de la calidad de la roca se hacen los cálculos necesarios para seleccionar el tipo de sostenimiento a emplear, que aseguren la estabilidad para garantizar la seguridad de las labores del personal, equipos y de las mismas labores teniendo en cuenta los esquemas de fortificación que me ofrecen las clasificaciones geomecanicas antes mencionadas.

¿PROBLEMAS QUE PRESENTA ESTA METODOLOGÍA AL APLICARSE EN LA MINERÍA SUBTERRÁNEA DE LA REGIÓN?

Desde mi punto de vista, el primer problema es que clasificaciones como RMR, RQD y GSI ofrecen un análisis de sostenimiento avanzado que requiere de una gran inversión y la minería de nuestra región es muy artesanal estando atrasados en el desarrollo de nuevas tecnología y avances que

permitan un progreso en la minería comparado con otras regiones, entonces estas clasificaciones dan tipos de sostenimientos como pernos de anclaje, malla y shotcrete, a diferencia del tipo de sostenimiento que usamos en el departamento donde hacemos uso de la madera ( puerta alemana, tacos, botadas, canastas). Otro problema es la falta de inversión para aplicar estas metodologías que permitan hacer los estudios geológicos, geotécnicos e hidrológicos para conocer a profundidad el macizo rocoso y establecer un buen diseño de la excavación, en cambio estos no se realizan de manera correcta encontrando muchos problemas a medida que se avanzan las labores.