.CALCULO DE PILARES

PUENTE

ALUMNO: CARI CARCASI RAFAEL GONZALO CURSO: MECANICA DE ROCAS II

Un aspecto clave para garantizar la adecuada protección del ambiente en el desarrollo de las actividades mineras es asegurar la estabilidad física y química a largo plazo, luego de concluida la fase de explotación. La mejor manera de lograr este fin es incorporar el concepto del cierre desde las etapas iniciales del proyecto y aplicar las mejores técnicas de ingeniería para diseñar estructuras mineras seguras. En este sentido, la estabilidad de los tabiques de roca ubicados entre la superficie y una labor subterránea, llamados pilares corona, debe ser cuidadosamente evaluada con el fin de asegurar su estabilidad tanto a corto como a largo plazo, incluso mucho tiempo después del cierre de las labores mineras, cuando ya nadie recuerda que allí funcionó una mina.

Por tal motivo, el análisis de la estabilidad de los pilares corona constituye una tarea fundamental y muy delicada para las empresas mineras y sus consultores, así como para el propio Ministerio de Energía y Minas. De otro modo, la falla de un pilar corona podría resultar en un serio problema ambiental y afectar la seguridad de las personas.

INTRODUCCION

PILAR PUENTE. Los pilares

puentes o también denominados pilares de corona están asociados principalmente al Minado por Corte y Relleno.

QUE ES UN PILAR CORONA

El Pilar Corona es el “techo” de roca que se deja entre una labor subterránea y la superficie.

El pilar corona debe resistir a perpetuidad.

Es realizado en la etapa de plan de cierre de mina.

COMPONENTES CLAVES PARA LA CARACTERIZACION DE PILAR CORONA

Definir los parámetros geométricos del problema.

Determinar las condiciones del agua subterránea in situ durante la actividad minera y después del cierre.

Evaluar las características del macizo rocoso y los parámetros de resistencia geomecánica relevantes para cada tipo de material reconocible.

Evaluar el potencial de degradación a largo plazo para la falla de cada tipo de material.

Evaluar las condiciones de esfuerzos in situ e inducidas alrededor del tajeo , en el pilar corona y sus correspondientes apoyos.

COMPONENTES CLAVES PARA LA CARACTERIZACION DE PILAR CORONA

La evaluación de la estabilidad de las configuraciones geométricas variables que ocurren en los pilares corona superficiales es compleja. Los tipos de roca varían, las estructuras geológicas varían, las condiciones del agua superficial difieren y, en la mayoría de los casos, la secuenciación de la excavación y las proporciones de extracción son diferentes de un lugar a otro, incluso dentro de la misma mina. Se requiere considerable experiencia en mecánica de rocas aplicada para interpretar estos factores con el propósito de evaluar el riesgo de colapso. Una comprensión detallada de las propiedades del macizo rocoso y la geometría de los pilares es imprescindible para elevar el nivel de confianza en cualquier predicción de la estabilidad a corto o largo plazo de un pilar corona superficial.

FUNCIONES DEL PILAR CORONA

Limitar los peligros potenciales.

Proteger la seguridad pública.

Estabilizar, para evitar la subsidencia superficial y permitir un uso

adecuado del terreno. Prevenir el acceso a

perforaciones abiertas.

METODOS PARA EL ANALISIS DE ESTABILIDAD

METODOS EMPIRICOS Ancho escalado. METODOS ANALITICOS Desarrollados para

estructuras de

concreto (usar con precaución).

SIMULACION NUMERICA Elementos finitos. Diferencias finitas. Elementos de contorno.

PROGRAMAS DE SOFTWARE DISPONIBLES PARA LA EVALUACION DE LA ESTABILIDAD DEL PILAR CORONA

DIPS (Rocscience Inc.).UNWEDGE (Rocscience Inc.).UDEC (Itasca Consulting Group, Inc.).Phase2 (Rocscience Inc.).FLAC (Itasca Consulting Group, Inc.).Examine3D (Rocscience Inc.).Map3D (Mine Modelling Pty Limited).FLAC3D (Itasca Consulting Group, Inc.).CPillar (Rocscience Inc.).

METODO DE ANCHO ESCALADO

Método del Ancho Escalado Fue desarrollado por Golder Associates en

un Proyecto para CANMET (1990). Un análisis retrospectivo de un numero de casos históricos de más de 230 casos de estudio de tajeos poco profundos, incluyendo 32 fallas, fue utilizado para desarrollar una línea más precisa para separar los casos fallidos de los no fallidos.

Se derivó una expresión para llegar a las dimensiones límite del pilar corona de superficie (F.S.=1), considerando a Q como calidad de la masa de roca.

El cálculo es como se indica a continuación.

Conociendo Q, se determina el ancho máximo estable (Ancho crítico, Sc):

METODO DE ANCHO ESCALADO En base a Cs y Sc se determinara el

Factor de Seguridad (FS) aproximado. FS=Sc/Cs Se estimó la Probabilidad de Falla a

partir de:

APLICACIÓN PARA EL CALCULO DE PILARES PUENTE

PROBLEMA Dada la geometría de los pilares corona de la mina y los valores Q del macizo rocoso, obtenga lo siguiente:

Ancho Escalado (Cs) Ancho crítico (Sc) Graficar Cs vs Q para toda la

geometría Calcular el factor de seguridad (Fc) Determinar la probabilidad de falla (Pf)

PARÁMETROS

Dada la geometría y la calidad del macizo rocoso de los pilares corona indicados en la tabla:

Se asume como densidad de la roca de la zona del mineral = 2.8 g/cm3

CÁLCULOS Completar la siguiente tabla:

SoluciónUsaremos el Area 2 con Qavg= 5.9 como en el ejemploCálculo del Ancho Escalado (Cs):

Sc = ancho crítico en mQ = valor NGI-Q = 5.9

CÁLCULOS Factor de Seguridad:

Fs = 7.14/4.15 = = Fc

Probabilidad de Falla

Pf ~ 13%

Fs = Sc/Cs

1.72

Solución aproximada, deben usarse métodos de simulación de montecarlo o hipercubo latino, etc.

Cs vs Q

Q=5.9

Cs=4.5

CÁLCULOSResultados

13%

INTERPRETANDO Q vs Cs

PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN DE LA ESTABILIDAD

Pf=13%

Pf=2%

MECANISMOS DE FALLA DEL PILAR CORONA

FRACTURAMIENTO DE LA ROCA Puede producirse cuando la

resistencia del pilar corona es superada por los esfuerzos aplicados.

Esto puede ocurrir como resultado de una falla repentina de un pilar o fondo de galería a cierta profundidad.

También podría originarse por la rápida transferencia de esfuerzos al pilar; tajeo rellenado es evacuado, tal como colapso de un tabique o un tapón.

Fracturación progresiva y dependiente del tiempo del macizo rocoso.

MECANISMOS DE FALLA DEL PILAR CORONA

FALLA DE TAPON Pueden ocurrir en

discontinuidades continuas bien definidas que son típicamente subverticales y limitan con la periferia del pilar corona.

Cuando las propiedades de fricción de la superficie limítrofe son muy bajas.

Pérdida del esfuerzo de confinamiento como resultado de las condiciones de agua subterránea o intemperización del macizo rocoso puede producir una reducción del factor de seguridad con el tiempo.

MECANISMOS DE FALLA DEL PILAR CORONA

DESMORONAMIENTO El esfuerzo tangencial dentro del

macizo rocoso es insuficiente para proporcionar confinamiento o sujeción para autosoporte.

Existen tres o más familia de discontinuidades predominantes para crear bloques bien definidos.

La intersección de los sistemas de diaclasas permite que se forme una cuña.

Altas presiones del agua o la degradación inducida por la acción de congelamiento-descongelamiento genera la dislocación de material de roca dentro de la zona de pilar corona

MECANISMOS DE FALLA DEL PILAR CORONA

LAMINACION Puede ocurrir si el límite del

tajeo o el pilar corona consta de estratos de roca delgada partida con facilidad (esquistos, rocas sedimentarias metamórfica foliadas o sedimentarias laminadas).

En el caso de algunos esquistos degradables, el desmoronamiento de las capas también puede ocurrir bajo condiciones de humedad y sequedad.

En el caso de estratos horizontales, dicha deslaminación puede causar directamente el desmoronamiento del pilar corona.

MECANISMOS DE FALLA DEL PILAR CORONA

FALLA DE ESTRATOS Los yacimientos de mineral

ocurren en depósitos sedimentarios o en secuencias estratificadas como resultado del metamorfismo.

Cuando los depósitos estratificados están compuestos de secuencias de capas intercaladas con propiedades geomecánicas similares, pero con una cohesión y propiedades friccionales variables entre las capas.

El desplazamiento de dichas secuencias estratificadas puede inducirse por gravedad o en condiciones de esfuerzos in-situ.

MECANISMOS DE FALLA DEL PILAR CORONA

FORMACION DE CHIMENEAS Ocurre en roca débil con una

baja cohesión, el cual genera una deficiente capacidad de autosoporte.

Típicamente genera una falla ascendente continua por gravedad a lo largo de las partes débiles del macizo rocoso.

Teóricamente puede ocurrir a lo largo de los contactos donde el buzamiento del contacto es mayor que el ángulo de fricción del material de la chimenea.

Sin embargo, se detienen una vez que el terreno de la chimenea encuentra una unidad de roca más fuerte.

MECANISMOS DE FALLA DEL PILAR CORONA

DERRUMBE El macizo rocoso tiene un

conjunto bien definido de discontinuidades persistentes.

Por la interceptación de un conj. de discontinuidades de bajo buz. con otro conj. de discontinuidades de alto buz. que proporcionen las condiciones para el desplazamiento de bloques.

El tamaño de los bloques es relativamente pequeño en comparación al espacio excavado subyacente.

La roca muestra ángulos de fricción bajos entre los bloques.

CONSIDERACIONES DE ESTABILIDAD

La aplicación de soporte requerido para una corona tan pronto como sea posible como pernos y cables de acero después de la excavación.

El factor de esponjamiento (volumen colapsado/volumen in-situ) puede oscilar entre 1,05 y 1,4, dependiendo de la naturaleza del suelo puede reducir o eliminar rellenándolo el espacio vacío.

Otras consideraciones para evaluar el potencial de deterioro

La escala de tiempo anticipada de diversos mecanismos de falla.

Condiciones inherentes del macizo rocoso.

Pérdida de esfuerzo cortante de las discontinuidades.

Alteración de la roca.

Oxidación de sulfuros de hierro diseminados.

Espesor del pilar corona.

Tamaño de los bloques de roca.

Espacio vacío disponible.

MEDIDAS CORRECTIVAS Las medidas correctivas pueden

variar desde ninguna acción hasta llenar espacios vacíos amplios con relleno cementado, lo que podría implicar un gasto considerable.

Cercado del área para evitar el acceso.

Colocación de una capa superior de concreto tipo tablero de puente.

Reforzamiento de la corona mediante concreto compactado a rodillo.

Reforzamiento de la corona mediante concreto estructural subyacente.

Relleno por gravedad convencional.

Relleno neumático, hidráulico.

MEDIDAS CORRECTIVAS

Reforzamiento de la corona mediante concreto compactado a rodillo

MEDIDAS CORRECTIVAS

Reforzamiento de la corona mediante concreto estructural subyacente

Proyección de la superficie de la ubiación de los tajeos(en el campo)

Proyección de la superficie de la ubiación de los tajeos (en el pueblo)

CONCLUSIONES Cada vez que se requiera la

construcción de un PILAR PUENTE, se deberán realizar los estudios geotécnicos y estructurales apropiados para determinar la estabilidad a largo plazo del PILAR.

• A fin de mantener la seguridad pública estos estudios deberán ser certificados por ingenieros) geotécnicos y estructurales profesional(es) calificado(s).

Ingeniero Calificado “Un ingeniero o grupo de ingenieros con

experiencia en diseño de PILARES y en desarrollo y aplicación de especificaciones para concreto, encofrados, refuerzos de acero y/o inyección”.

También se requiere personal con experiencia para completar la inspección geotécnica de la ubicación del PILAR y asegurar la construcción apropiada de los PILARES PUENTE. Se deberá

disponer de un ingeniero calificado designado durante toda la construcción del PILAR. Típicamente, esta persona será contratada por el proponente para interactuar con el contratista en base a un requerimiento específico.

FIN

GRACIAS

determinación de la “Significancia Comparativa de Falla de Pilares Corona”, ha sido delineado por Carter y Miller, 1996, y se muestran en la Tabla 2-1.