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  1. 1. PRIMERAS JORNADAS DE GESTION DE ACTIVOS & EFICIENCIA ENERGETICA GEDAEFE 2008Laboratorio de Gestión de Activos UC Centro de Minería Pontificia Universidad Católica de Chile I Seminario de Excelencia en Minería Campus San Joaquín, 25 de noviembre de 2010 www.excelenciaenmineria.uc.cl DISEÑO DE REVESTIMIENTOS PARA ESTALLIDOS DE ROCA Michel Van Sint Jan F. Profesor de Ingeniería Geotécnica Pontificia Universidad Católica de Chile
  2. 2. PRIMERAS JORNADAS DE GESTION DE ACTIVOS & EFICIENCIA ENERGETICA GEDAEFE 2008Laboratorio de Gestión de Activos UC Centro de Minería Pontificia Universidad Católica de Chile I Seminario de Excelencia en Minería Campus San Joaquín, 25 de noviembre de 2010 www.excelenciaenmineria.uc.cl CONTENIDO • Qué es un estallido de rocas. • Objetivos del soporte o revestimiento • Comportamiento del terreno • Requisitos del revestimiento • Elementos (materiales) de soporte • Sostenimiento para minería profunda • Ensayos • Consideraciones sobre procedimientos de diseño
  3. 3. PRIMERAS JORNADAS DE GESTION DE ACTIVOS & EFICIENCIA ENERGETICA GEDAEFE 2008Laboratorio de Gestión de Activos UC Centro de Minería Pontificia Universidad Católica de Chile I Seminario de Excelencia en Minería Campus San Joaquín, 25 de noviembre de 2010 www.excelenciaenmineria.uc.cl Proceso de Hundimiento (Caving) en minería subterránea Undercut Leve Production Lev Pre-Undercut Panel Caving Undercut Level Production Leve Conventional Panel Ca Undercut Level Production Leve Pre-Undercut Panel Caving Undercut Level Production Leve Conventional Panel Cav MINERÍA PROFUNDA, TENSIONES ELEVADAS
  4. 4. PRIMERAS JORNADAS DE GESTION DE ACTIVOS & EFICIENCIA ENERGETICA GEDAEFE 2008Laboratorio de Gestión de Activos UC Centro de Minería Pontificia Universidad Católica de Chile I Seminario de Excelencia en Minería Campus San Joaquín, 25 de noviembre de 2010 www.excelenciaenmineria.uc.cl 4 RUPTURA DEL MACIZO Evento sísmico ESTALLIDOS DE ROCA ACTIVIDAD MINERA DAÑO EN EN TÚNELES
  5. 5. PRIMERAS JORNADAS DE GESTION DE ACTIVOS & EFICIENCIA ENERGETICA GEDAEFE 2008Laboratorio de Gestión de Activos UC Centro de Minería Pontificia Universidad Católica de Chile I Seminario de Excelencia en Minería Campus San Joaquín, 25 de noviembre de 2010 www.excelenciaenmineria.uc.cl ESTALLIDOS DE ROCA Falla frágil y violenta (en roca dura y con tensiones elevadas) = sismo
  6. 6. PRIMERAS JORNADAS DE GESTION DE ACTIVOS & EFICIENCIA ENERGETICA GEDAEFE 2008Laboratorio de Gestión de Activos UC Centro de Minería Pontificia Universidad Católica de Chile I Seminario de Excelencia en Minería Campus San Joaquín, 25 de noviembre de 2010 www.excelenciaenmineria.uc.cl 6 DAÑOS ESTALLIDOS DE ROCA Falla frágil
  7. 7. PRIMERAS JORNADAS DE GESTION DE ACTIVOS & EFICIENCIA ENERGETICA GEDAEFE 2008Laboratorio de Gestión de Activos UC Centro de Minería Pontificia Universidad Católica de Chile I Seminario de Excelencia en Minería Campus San Joaquín, 25 de noviembre de 2010 www.excelenciaenmineria.uc.cl 7 SISTEMA DE SOPORTE EN TÚNELES  Sujetar (los bloques o el elemento de retención)  Retener el material entre los anclajes REVESTIMIENTOSANCLAJES Hormigón o malla metálica
  8. 8. PRIMERAS JORNADAS DE GESTION DE ACTIVOS & EFICIENCIA ENERGETICA GEDAEFE 2008Laboratorio de Gestión de Activos UC Centro de Minería Pontificia Universidad Católica de Chile I Seminario de Excelencia en Minería Campus San Joaquín, 25 de noviembre de 2010 www.excelenciaenmineria.uc.cl OBJETIVO DEL REVESTIMIENTO: CONTROL DE GRIETAS (Túnel a presión, aducción) CONTROL DEL TERRENO (DESPLAZAMIENTOS) SOPORTE DEL TERRENO (RESISTENCIA) DISEÑO ESTRUCTURAL: EVALUAR CARGAS SOBRE EL REVESTIMIENTO EVALUAR LA CAPACIDAD DEL REVESTIMIENTO: RESISTENCIA DESPLAZAMIENTO Tipo de cargas del terreno y condiciones de borde Momento y fuerza axial en las secciones críticas
  9. 9. PRIMERAS JORNADAS DE GESTION DE ACTIVOS & EFICIENCIA ENERGETICA GEDAEFE 2008Laboratorio de Gestión de Activos UC Centro de Minería Pontificia Universidad Católica de Chile I Seminario de Excelencia en Minería Campus San Joaquín, 25 de noviembre de 2010 www.excelenciaenmineria.uc.cl Falla por estallido de rocas. Objetivos del revestimiento: Permitir deformación controlada, evitar colapso del túnel Malla + costura con cable + pernos Malla y pernos Falla frágil EL SISTEMA COMPLETO DEBE RESISTIR
  10. 10. PRIMERAS JORNADAS DE GESTION DE ACTIVOS & EFICIENCIA ENERGETICA GEDAEFE 2008Laboratorio de Gestión de Activos UC Centro de Minería Pontificia Universidad Católica de Chile I Seminario de Excelencia en Minería Campus San Joaquín, 25 de noviembre de 2010 www.excelenciaenmineria.uc.cl DISEÑO ACEPTABLE ELEMENTOS DE SOPORTE
  11. 11. PRIMERAS JORNADAS DE GESTION DE ACTIVOS & EFICIENCIA ENERGETICA GEDAEFE 2008Laboratorio de Gestión de Activos UC Centro de Minería Pontificia Universidad Católica de Chile I Seminario de Excelencia en Minería Campus San Joaquín, 25 de noviembre de 2010 www.excelenciaenmineria.uc.cl Pernos (de Barra Helicoidal). Pernos, placa y tuercas Pernos, placa y tuercas Tensado con cilindro hidráulico Tensado con llave de torque
  12. 12. PRIMERAS JORNADAS DE GESTION DE ACTIVOS & EFICIENCIA ENERGETICA GEDAEFE 2008Laboratorio de Gestión de Activos UC Centro de Minería Pontificia Universidad Católica de Chile I Seminario de Excelencia en Minería Campus San Joaquín, 25 de noviembre de 2010 www.excelenciaenmineria.uc.cl El anclaje exterior de los cables trenzados se realiza con cuñas cónicas, las que se cierran por la misma tensión que ejerce el cable. El cabezal externo debe apoyarse en una fundación de hormigón, sobre un muro, o sobre una viga de hormigón. CABLES DE ACERO.
  13. 13. PRIMERAS JORNADAS DE GESTION DE ACTIVOS & EFICIENCIA ENERGETICA GEDAEFE 2008Laboratorio de Gestión de Activos UC Centro de Minería Pontificia Universidad Católica de Chile I Seminario de Excelencia en Minería Campus San Joaquín, 25 de noviembre de 2010 www.excelenciaenmineria.uc.clMalla tejida Malla soldada Tiras Malla metálica Cuidar unión de los traslapos Aguas ácidas
  14. 14. PRIMERAS JORNADAS DE GESTION DE ACTIVOS & EFICIENCIA ENERGETICA GEDAEFE 2008Laboratorio de Gestión de Activos UC Centro de Minería Pontificia Universidad Católica de Chile I Seminario de Excelencia en Minería Campus San Joaquín, 25 de noviembre de 2010 www.excelenciaenmineria.uc.cl
  15. 15. PRIMERAS JORNADAS DE GESTION DE ACTIVOS & EFICIENCIA ENERGETICA GEDAEFE 2008Laboratorio de Gestión de Activos UC Centro de Minería Pontificia Universidad Católica de Chile I Seminario de Excelencia en Minería Campus San Joaquín, 25 de noviembre de 2010 www.excelenciaenmineria.uc.cl + Malla soldada + Malla soldada y cerchas de + Cerchas metálicas SHOTCRETE + SHOTCRETE
  16. 16. PRIMERAS JORNADAS DE GESTION DE ACTIVOS & EFICIENCIA ENERGETICA GEDAEFE 2008Laboratorio de Gestión de Activos UC Centro de Minería Pontificia Universidad Católica de Chile I Seminario de Excelencia en Minería Campus San Joaquín, 25 de noviembre de 2010 www.excelenciaenmineria.uc.cl Shotcrete con fibra Fibra metálica Fibra sintética
  17. 17. PRIMERAS JORNADAS DE GESTION DE ACTIVOS & EFICIENCIA ENERGETICA GEDAEFE 2008Laboratorio de Gestión de Activos UC Centro de Minería Pontificia Universidad Católica de Chile I Seminario de Excelencia en Minería Campus San Joaquín, 25 de noviembre de 2010 www.excelenciaenmineria.uc.cl SOLICITACIÓN
  18. 18. PRIMERAS JORNADAS DE GESTION DE ACTIVOS & EFICIENCIA ENERGETICA GEDAEFE 2008Laboratorio de Gestión de Activos UC Centro de Minería Pontificia Universidad Católica de Chile I Seminario de Excelencia en Minería Campus San Joaquín, 25 de noviembre de 2010 www.excelenciaenmineria.uc.cl 18 ¿Cuál es la solicitación? -0,2 -0,1 0 0,1 0,2 0 0,1 0,2 0,3 0,4 Time (s) Velocity(m/s). Vx Vy Vz Tiempo Aceleración
  19. 19. PRIMERAS JORNADAS DE GESTION DE ACTIVOS & EFICIENCIA ENERGETICA GEDAEFE 2008Laboratorio de Gestión de Activos UC Centro de Minería Pontificia Universidad Católica de Chile I Seminario de Excelencia en Minería Campus San Joaquín, 25 de noviembre de 2010 www.excelenciaenmineria.uc.cl REQUISITOS DEL SISTEMA DE SOPORTE PARA CARGAS DINÁMICAS: •CAPACIDAD DE ABSORCIÓN DE ENERGÍA DUCTILIDAD •TODO EL SISTEMA DEBE FUNCIONAR (BUSCAR EL ESLABÓN MÁS DÉBIL)
  20. 20. PRIMERAS JORNADAS DE GESTION DE ACTIVOS & EFICIENCIA ENERGETICA GEDAEFE 2008Laboratorio de Gestión de Activos UC Centro de Minería Pontificia Universidad Católica de Chile I Seminario de Excelencia en Minería Campus San Joaquín, 25 de noviembre de 2010 www.excelenciaenmineria.uc.cl Deformación de fluencia del acero = 0,002*Longitud libre. Si LL=5m, fluencia con D=1cm. Estrangulamiento (necking) →Rotura con D≈5cm. FALTA DUCTILIDAD
  21. 21. PRIMERAS JORNADAS DE GESTION DE ACTIVOS & EFICIENCIA ENERGETICA GEDAEFE 2008Laboratorio de Gestión de Activos UC Centro de Minería Pontificia Universidad Católica de Chile I Seminario de Excelencia en Minería Campus San Joaquín, 25 de noviembre de 2010 www.excelenciaenmineria.uc.cl 21 Modo de falla de las placas en un estallido de rocas. Estudio en laboratorio de la capacidad de las placas bajo las condiciones de deformación observadas en terreno. Tesis de Miguel Palape. COMPORTAMIENTO DE LAS PLACAS METALICAS.
  22. 22. PRIMERAS JORNADAS DE GESTION DE ACTIVOS & EFICIENCIA ENERGETICA GEDAEFE 2008Laboratorio de Gestión de Activos UC Centro de Minería Pontificia Universidad Católica de Chile I Seminario de Excelencia en Minería Campus San Joaquín, 25 de noviembre de 2010 www.excelenciaenmineria.uc.cl Laboratory folding tests
  23. 23. PRIMERAS JORNADAS DE GESTION DE ACTIVOS & EFICIENCIA ENERGETICA GEDAEFE 2008Laboratorio de Gestión de Activos UC Centro de Minería Pontificia Universidad Católica de Chile I Seminario de Excelencia en Minería Campus San Joaquín, 25 de noviembre de 2010 www.excelenciaenmineria.uc.cl DURABAR CONE BOLTS
  24. 24. PRIMERAS JORNADAS DE GESTION DE ACTIVOS & EFICIENCIA ENERGETICA GEDAEFE 2008Laboratorio de Gestión de Activos UC Centro de Minería Pontificia Universidad Católica de Chile I Seminario de Excelencia en Minería Campus San Joaquín, 25 de noviembre de 2010 www.excelenciaenmineria.uc.cl ENSAYOS DE PANELES
  25. 25. PRIMERAS JORNADAS DE GESTION DE ACTIVOS & EFICIENCIA ENERGETICA GEDAEFE 2008Laboratorio de Gestión de Activos UC Centro de Minería Pontificia Universidad Católica de Chile I Seminario de Excelencia en Minería Campus San Joaquín, 25 de noviembre de 2010 www.excelenciaenmineria.uc.cl Absorción de energía de Mallas Desplazamiento (cm) Desplazamiento (cm) Carga(kN)Energía(kJ) Malla A Malla B Malla B Malla A Biela Típicamente: rotura de una hebra en contacto con la placa.
  26. 26. PRIMERAS JORNADAS DE GESTION DE ACTIVOS & EFICIENCIA ENERGETICA GEDAEFE 2008Laboratorio de Gestión de Activos UC Centro de Minería Pontificia Universidad Católica de Chile I Seminario de Excelencia en Minería Campus San Joaquín, 25 de noviembre de 2010 www.excelenciaenmineria.uc.cl 26 Vista inferior a 11,5 ton ENSAYOS PANELES DE SHOTCRETE REFORZADO CON FIBRA SINTÉTICA
  27. 27. PRIMERAS JORNADAS DE GESTION DE ACTIVOS & EFICIENCIA ENERGETICA GEDAEFE 2008Laboratorio de Gestión de Activos UC Centro de Minería Pontificia Universidad Católica de Chile I Seminario de Excelencia en Minería Campus San Joaquín, 25 de noviembre de 2010 www.excelenciaenmineria.uc.cl 27 Deformación al Centro 0 5 10 15 20 25 30 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Deformación (cm) Carga(ton) 1B 2A 2B 3A 3B 4A 4B Malla 6,0 6,75 9,0 PANELES DE SHOTCRETE Fibra sintética Kg/m3
  28. 28. PRIMERAS JORNADAS DE GESTION DE ACTIVOS & EFICIENCIA ENERGETICA GEDAEFE 2008Laboratorio de Gestión de Activos UC Centro de Minería Pontificia Universidad Católica de Chile I Seminario de Excelencia en Minería Campus San Joaquín, 25 de noviembre de 2010 www.excelenciaenmineria.uc.cl 28 Ensayos dinámicos: alternativas de ensayo Simple: ensayo de impacto
  29. 29. PRIMERAS JORNADAS DE GESTION DE ACTIVOS & EFICIENCIA ENERGETICA GEDAEFE 2008Laboratorio de Gestión de Activos UC Centro de Minería Pontificia Universidad Católica de Chile I Seminario de Excelencia en Minería Campus San Joaquín, 25 de noviembre de 2010 www.excelenciaenmineria.uc.cl W=100Kg H=50m Área = 2mx4m=8m2 E = 49 kJ O bien E = 6 kJ/m2
  30. 30. PRIMERAS JORNADAS DE GESTION DE ACTIVOS & EFICIENCIA ENERGETICA GEDAEFE 2008Laboratorio de Gestión de Activos UC Centro de Minería Pontificia Universidad Católica de Chile I Seminario de Excelencia en Minería Campus San Joaquín, 25 de noviembre de 2010 www.excelenciaenmineria.uc.cl
  31. 31. PRIMERAS JORNADAS DE GESTION DE ACTIVOS & EFICIENCIA ENERGETICA GEDAEFE 2008Laboratorio de Gestión de Activos UC Centro de Minería Pontificia Universidad Católica de Chile I Seminario de Excelencia en Minería Campus San Joaquín, 25 de noviembre de 2010 www.excelenciaenmineria.uc.cl 31 Ensayos dinámicos: alternativas de ensayo Elaborado: ensayo inercial
  32. 32. PRIMERAS JORNADAS DE GESTION DE ACTIVOS & EFICIENCIA ENERGETICA GEDAEFE 2008Laboratorio de Gestión de Activos UC Centro de Minería Pontificia Universidad Católica de Chile I Seminario de Excelencia en Minería Campus San Joaquín, 25 de noviembre de 2010 www.excelenciaenmineria.uc.cl ANÁLISIS
  33. 33. PRIMERAS JORNADAS DE GESTION DE ACTIVOS & EFICIENCIA ENERGETICA GEDAEFE 2008Laboratorio de Gestión de Activos UC Centro de Minería Pontificia Universidad Católica de Chile I Seminario de Excelencia en Minería Campus San Joaquín, 25 de noviembre de 2010 www.excelenciaenmineria.uc.cl 3 3 Comportamiento de la malla metálica Modelo 3-D para análisis numérico Aspecto de la malla cargada qz qy qx qz qy qx Fuerza Deformación S. Boldrini.
  34. 34. PRIMERAS JORNADAS DE GESTION DE ACTIVOS & EFICIENCIA ENERGETICA GEDAEFE 2008Laboratorio de Gestión de Activos UC Centro de Minería Pontificia Universidad Católica de Chile I Seminario de Excelencia en Minería Campus San Joaquín, 25 de noviembre de 2010 www.excelenciaenmineria.uc.cl 34 Comportamiento malla tejida Comparación entre ensayos y resultados del modelo Alambre: 5mm de diámetro fy =10kN Rombos de 14X16 cm según las diagonales S. Boldrini.
  35. 35. PRIMERAS JORNADAS DE GESTION DE ACTIVOS & EFICIENCIA ENERGETICA GEDAEFE 2008Laboratorio de Gestión de Activos UC Centro de Minería Pontificia Universidad Católica de Chile I Seminario de Excelencia en Minería Campus San Joaquín, 25 de noviembre de 2010 www.excelenciaenmineria.uc.cl 35 Mr, vo MODELO PARA CALCULAR EL REVESTIMIENTO: Un sistema de varios grados de libertad, sometido a una carga impulsiva. El diseño se debe hacer considerando todo el sistema, no solamente la capacidad de absorción de energía de los componentes por separado. Mr Ms X1 Cb /2 Cb /2 X2 kb /2 kb /2 ks C s
  36. 36. PRIMERAS JORNADAS DE GESTION DE ACTIVOS & EFICIENCIA ENERGETICA GEDAEFE 2008Laboratorio de Gestión de Activos UC Centro de Minería Pontificia Universidad Católica de Chile I Seminario de Excelencia en Minería Campus San Joaquín, 25 de noviembre de 2010 www.excelenciaenmineria.uc.cl CALIBRACIÓN RESULTADO DE UN ENSAYO DE IMPACTO Ws (t) Wr (t) Vo (m/s) Fys (t) Uys (cm) Urs (cm) Fyb (t) Uyb (cm) Urb (cm) 0.13 0.565 6.2 4.2 2.5 25 50 0.1 50 RESULTADO DEL MODELO
  37. 37. PRIMERAS JORNADAS DE GESTION DE ACTIVOS & EFICIENCIA ENERGETICA GEDAEFE 2008Laboratorio de Gestión de Activos UC Centro de Minería Pontificia Universidad Católica de Chile I Seminario de Excelencia en Minería Campus San Joaquín, 25 de noviembre de 2010 www.excelenciaenmineria.uc.cl 0 1 2 3 4 0 0.005 0.01 0.015 Time (sec) Flexión del shotcrete (cm) Elongación de pernos (cm) Fuerza en el shotcrete (tons) Ws (t) Wr (t) Vo (m/s) Fys (t) Uys (cm) Urs (cm) Fyb (t) Uyb (cm) Urb (cm) 0.43 1.0 4.2 4.2 2.5 20 24 0.1 2 SOPORTE RÍGIDO
  38. 38. PRIMERAS JORNADAS DE GESTION DE ACTIVOS & EFICIENCIA ENERGETICA GEDAEFE 2008Laboratorio de Gestión de Activos UC Centro de Minería Pontificia Universidad Católica de Chile I Seminario de Excelencia en Minería Campus San Joaquín, 25 de noviembre de 2010 www.excelenciaenmineria.uc.cl 0 2 4 6 8 10 0 0.02 0.04 0.06 0.08 Time (sec) Flexión del shotcrete (cm) Desplazamiento de los pernos (cm) Fuerza en el shotcrete (tons) Ws (t) Wr (t) Vo (m/s) Fys (t) Uys (cm) Urs (cm) Fyb (t) Uyb (cm) Urb (cm) 0.43 1.0 4.5 4.2 2.5 25 24 0.1 10 COMPORTAMIENTO DE UN REVESTIMIENTO DÚCTIL
  39. 39. PRIMERAS JORNADAS DE GESTION DE ACTIVOS & EFICIENCIA ENERGETICA GEDAEFE 2008Laboratorio de Gestión de Activos UC Centro de Minería Pontificia Universidad Católica de Chile I Seminario de Excelencia en Minería Campus San Joaquín, 25 de noviembre de 2010 www.excelenciaenmineria.uc.cl Modelo N°1; Caída Libre Modelo N°2; Inercial Modelo N°3; Pulso de Aceleración COMPARACIÓN NUMÉRICA DE ALTERNATIVAS DE ENSAYO
  40. 40. PRIMERAS JORNADAS DE GESTION DE ACTIVOS & EFICIENCIA ENERGETICA GEDAEFE 2008Laboratorio de Gestión de Activos UC Centro de Minería Pontificia Universidad Católica de Chile I Seminario de Excelencia en Minería Campus San Joaquín, 25 de noviembre de 2010 www.excelenciaenmineria.uc.cl 40 Comparación numérica de diferentes ensayos Time Force 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 tiempo (s) FuerzaenlaMalla(ton) Fuerza en la Malla vs. Tiempo Impacto Directo (v0 =6.2m/s) Villaescusa (v0 =5m/s) Pulso (v0 =3m/s) 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 tiempo (s) Desplazamiento(m) Desplazamiento de la Malla vs. Tiempo Impacto Directo (v0 =6.2m/s) Villaescusa (v0 =5m/s) Pulso (v0 =3m/s) Tiempo Displacement Impácto Vo=6,2m/s Inercial Vo=5m/s Pulso Vo=3m/s Impácto Vo=6,2m/s Inercial Vo=5m/s Pulso Vo=3m/s
  41. 41. PRIMERAS JORNADAS DE GESTION DE ACTIVOS & EFICIENCIA ENERGETICA GEDAEFE 2008Laboratorio de Gestión de Activos UC Centro de Minería Pontificia Universidad Católica de Chile I Seminario de Excelencia en Minería Campus San Joaquín, 25 de noviembre de 2010 www.excelenciaenmineria.uc.cl DESAFÍOS DEL DISEÑO: DEFINIR LA SOLICITACIÓN ANALIZAR EL COMPORTAMIENTO DEL SISTEMA DEFINIR LOS CRITERIOS DE ACEPTACIÓN imax ir i u u FS , ,  imax ir F F iFS , ,  RESISTENCIA DESPLAZAMIENTO FACTOR DE SEGURIDAD
  42. 42. PRIMERAS JORNADAS DE GESTION DE ACTIVOS & EFICIENCIA ENERGETICA GEDAEFE 2008Laboratorio de Gestión de Activos UC Centro de Minería Pontificia Universidad Católica de Chile I Seminario de Excelencia en Minería Campus San Joaquín, 25 de noviembre de 2010 www.excelenciaenmineria.uc.cl 42 GRACIAS

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