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FACULTAD DE INGENIERÍADEPARTAMENTO DE INGENIERÍA EN MINAS
DESARROLLO DE SCGMR COMO UNA ALTERNATIVA PARA LA DETERMINACION DE LAS
CLASIFICACIONES GEOMECANICAS DE UN MACIZO ROCOSO
Trabajo de titulación presentado en conformidad a los requisitos Para optar al título de:
Ingeniero Civil Industrial en MinasProfesor Guía: Sr. Jorge Clunes Almonte
Fernando Antonio Cabezas Molina
Antofagasta, Diciembre 2015
Resumen del Trabajo de Título Presentado a la Universidad de Antofagasta como
Parte de los Requisitos Necesarios para la Obtención del Título de Ingeniero Civil
Industrial en Minas
DESARROLLO DE SCGMR COMO UNA ALTERNATIVA PARA LA DETERMINACION DE LAS CLASIFICACIONES GEOMECANICAS
DE UN MACIZO ROCOSO
Fernando Cabezas MolinaDiciembre / 2015
Profesor Guía: Sr. Jorge Clunes Almonte.
Resumen: El presente trabajo aborda la importancia del parámetro densidad de rocas además de
su efecto directo en inventario de minerales, así como también en acopios y apilamientos de rocas
fragmentadas. Como se desarrolla y se obtiene, ya sea a través de cálculos, ensayos o
correlaciones matemáticas, además se da a conocer también como influye este parámetro en la
planificación minera específicamente en el modelo de bloques, entre otros.
“La inteligencia consiste no sólo en el conocimiento, sino también en la destreza de aplicar los conocimientos en la práctica”
Aristóteles
A mis padres, Ruperto Fernando
Lidia del Carmen
A mi esposa Janet.
ii
AGRADECIMIENTOS
A mi padres, por el gran apoyo que me brindaron y porque siempre supieron que
lograría llegar a estas instancias…
A mi profesor guía Sr. Jorge Clunes A. por sus consejos, ayuda y enseñanzas.
A la Universidad por darme la oportunidad de llegar a ser profesional y tener
valores únicos para lograr realizarme como una persona honesta y de bien.
iii
CONTENIDO
Agradecimientos ii
Contenido iii
Índice de Figuras vi
Índice de Fórmulas viii
Índice de Tablas ix
Índice de Gráficos x
Introducción
CAPÍTULO 1 1
Objetivos Generales y Específicos
1.1 Objetivos Generales y Específicos 2
1.1.1 Objetivo General 2
1.1.2 Objetivos Específicos 2
1.2 Definición del Parámetro Densidad 3
1.3 Variables de las que Depende 4
CAPÍTULO 2Procedimientos para Evaluar Densidades de Rocas 21
2.1 Introducción 22
2.2 Marco Teórico 22
2.3 Metodologías de Evaluación de Densidades en Probetas 23
2.4 Método Geométrico 24
2.5 Método de Inmersión 29
iv
2.5.1 Caso I 30
2.5.1.1 Cálculo Analítico 35
2.5.2 Caso II 36
2.5.2.1 Cálculo Analítico 40
2.5.3 Caso III 41
2.5.3.1 Cálculo Analítico 42
2.6 Ventajas y Desventajas de los Métodos para medir Densidades 43
2.7 Condiciones Generales para los Métodos Geométrico y de Inmersión 45
CAPÍTULO 3 47Importancia de la Densidad de Roca en Procesos Mineros
3.1 Importancia de la Densidad de Roca en Materiales Fragmentados 48
3.2 Densidad de Roca, Volumen, Índice de Vacío y Factor de Esponjamiento 49
3.2.1 Índice de Vacío 50
3.2.2 Factor de Esponjamiento 51
3.3 Densidades Esponjadas e In-Situ 52
3.4 Importancia de la Densidad de Roca en Operaciones Carguío y Transporte 59
3.4.1 Cálculo del Factor de Llenado 61
3.4.2 Escaneo Volumétrico de Tolvas 63
3.5 Importancia de la Densidad de Rocas en Correas Transportadoras 66
CAPÍTULO 4 68
v
Medición Parámetro Densidad de Roca In-Situ Mediante el Uso de Equipamiento de Mecánica de Rocas
4.1 Relación entre Densidad y Dureza Schmidt 69
4.2 Descripción Martillo Schmidt 69
4.2.1 Descripción y Principio de Funcionamiento 70
4.2.2 Partes y Piezas del Martillo Schmidt 71
4.2.3 Procedimiento de Medida 73
4.2.4 Procedimiento de Calibración 76
4.3 Relación entre R.C.S. y Densidad de Roca 77
4.4 Ejemplo de Cálculo de Densidad In-Situ a partir de Valores de Dureza 80
Schmidt
4.5 Módulos de Deformación y La Densidad de Rocas 88
CAPÍTULO 5 89
Importancia de la Densidad de Roca en Planificación Minera
5.1 Introducción 90
5.2 La Técnica de Lerchs Grossman 90
5.3 Método del Cono Flotante 92
5.4 Variación del Modelo de Bloques Asociados a la Densidad de Roca 95
CONCLUSIÓN 96
BIBLIOGRAFÍA 98
ÍNDICE DE FIGURAS
vi
Figura 1.1 Ejemplo de Roca Ígnea (Gabro) 7
Figura 1.2 Ejemplo de Roca Ígnea (Basalto) 8
Figura 1.3 Ejemplo de Roca Ígnea (Piedra Pómez) 8
Figura 1.4 Ejemplo de Roca Sedimentaria (Arenisca) 9
Figura 1.5 Ejemplo de Roca Sedimentaria (Caliza) 10
Figura 1.6 Ejemplo de Roca Sedimentaria (Arcilla) 10
Figura 1.7 Ejemplo de Roca Metamórfica (Esquisto) 11
Figura 1.8 Ejemplo de Roca Metamórfica (Gneis) 12
Figura 1.9 Ejemplo de Roca Metamórfica (Pizarra) 12
Figura 1.10 Estructuras Geológicas 15
Figura 2.1 Proceso de extracción, corte y rectificación de muestras 23
Figura 2.2 A y B Equipos Para Medir Rectitud y Paralelismo 24-25
Figura 2.3 Procedimiento medición de la altura de la probeta 26
Figura 2.4 Procedimiento medición del diámetro de la probeta 26
Figura 2.5 Herramienta Pie de Metro 28
Figura 2.6 Pie de Metro para Medir Altura y Diámetro de la Probeta 29
Figura 2.7 Calefactor de Agua 30
Figura 2.8 Masa Patrón 31
Figura 2.9 Espécimen de Roca sobre Balanza 31
Figura 2.10 Olla de Emparafinado 32
Figura 2.11 Emparafinado de Espécimen de Roca 32
Figura 2.12 Espécimen de Roca Emparafinado sobre Balanza 33
Figura 2.13 Determinación de Peso Sumergido de un Espécimen de 34
Roca Emparafinado
Figura 2.14 Determinación del Peso Natural de un Espécimen 36
De Roca
Figura 2.15 Peso de Vaso Precipitado 37
Figura 2.16 Peso de Espécimen de Roca con Vaso Precipitado 38
vii
Figura 2.17 Muestra Saturada con Agua Destilada 39
Figura 2.18 Horno de Secado 41
Figura 3.1 Fases de un Sistema Multifacético en Roca 49
Fragmentada
Figura 3.2 Apilamiento con Volumen conocido por I-Site 56
Figura 3.3 Equipo I-Site 58
Figura 3.4 Material con Densidad Conocida 58
Figura 3.5 Materia Transportado a Distintos Destinos 60
Figura 3.6 Factor de Llenado de las Tolvas de los Camiones 61
Figura 3.7 Imagen en 3D Entregado por Sistema Bascula Transcale 63
Figura 3.8 – 3.9 Posicionamiento de la Carga en Tolva del Camión 64
Figura 3.10 – 3.11 Escaneo de Tolva del Camión y Cálculo de la Densidad 65
Esponjada
Figura 3.12 Correa Transportadora y Parámetros Asociados 67
Figura 4.1 Tipos de Martillo 70
Figura 4.2 Partes y Piezas del Martillo Schmidt 71
Figura 4.3 Principio de Funcionamiento del Martillo 72
Figura 4.4 Preparación de la Superficie de Ensayo 73
Figura 4.5 Martillo Schmidt para ensayo en Rocas 74
Figura 4.6 Yunque de Prueba 75
Figura 4.7 Soporte para Testigos de Roca 75
Figura 4.8 Relación entre Densidad de Roca, RCS y Rebote de Schmidt 79
Figura 5.1 Sección Transversal de un yacimiento, con altura de 91
Bloques equivalente a altura de banco y diagonal del bloque
Figura 5.2 Se utiliza un bloque como base del cono 92
Figura 5.3 Los bloques se deberán extraer con el objeto de 93
Amoldar el diseño del ángulo de la pendiente total del diseño
Figura 5.4 Proyección del Bloque Para Ver los Parámetros Asociados 94
ÍNDICE DE FÓRMULAS
viii
Fórmula 1.1 Cálculo Densidad de Roca 3
Fórmula 1.2 Densidad en Función de la Velocidad de Propagación de una 6
Onda Sísmica
Fórmula 2.1 Cálculo Densidad de Roca 27
Fórmula 2.2 Volumen de un Cilindro 27
Fórmula 2.3 Peso Unitario con Parafina 35
Fórmula 2.4 Peso Unitario Saturado 40
Fórmula 2.5 Peso Unitario Seco 42
Fórmula 3.1 Índice de Vacío 50
Fórmula 3.2 Cálculo del Factor de Esponjamiento 52
Fórmula 3.3 Cálculo del Esponjamiento 52
Fórmula 3.4 Relación entre Densidad In-Situ y Densidad Esponjada 53
Fórmula 3.5 Densidad Esponjada en Función de la Masa y Volumen 53
Fórmula 3.6 – 3.13 Desarrollo Para Obtener Relación 3.4 54-55
Fórmula 3.14 – 3.16 Tonelaje Esponjado en Función del Volumen y 56
Densidad Esponjada
Fórmula 3.17 - 3.22 Relación entre Tonelaje y Factor de Llenado 61-62
Fórmula 3.23 Capacidad de Transporte de la Correa Transportadora 66
Fórmula 4.1 Cálculo de R Numero de Rebotes del Martillo Schmidt 77
Fórmula 4.2 RCS en Función de la Densidad y Martillo Schmidt 77
Fórmula 4.3 Densidad en Función de la RCS y Martillo Schmidt 78
Fórmula 4.4 – 4.5 Modulo de Young en Función de la Densidad 88
Fórmula 5.1 Tonelaje de un Bloque de Roca 93
Fórmula 5.2 Cálculo del Tonelaje Fino 94
Fórmula 5.3 Cálculo del Beneficio Económico 94
ÍNDICE DE TABLAS
ix
Tabla 1.1 Rocas Ígneas 16
Tabla 1.2 Rocas Sedimentarias 17-19
Tabla 1.3 Rocas Metamórficas 20
Tabla 2.1 Ventajas y Desventajas de los Métodos de Inmersión 43-44
y Geométrico
Tabla 2.2 Variación de la Densidad del Agua con Respecto a la Temperatura 46
Tabla 4.1 Propiedades Índice Sobre Sector A 80
Tabla 4.2 Propiedades Índice Sobre Sector B 82
Tabla 4.3 Propiedades Índice Sobre Sector C 84
Tabla 4.4 Propiedades Índice Sobre Sector D 86
ÍNDICE DE GRÁFICOS
x
Gráfico 1.1 Velocidad de Propagación en Función de la Densidad 5
Gráfico 4.1 Sector A Densidad In-Situ por Procedimiento Schmidt y 81
Densidad In-Situ (Método de Inmersión)
Gráfico 4.2 Sector B Densidad In-Situ por Procedimiento Schmidt y 83
Densidad In-Situ (Método de Inmersión)
Gráfico 4.3 Sector C Densidad In-Situ por Procedimiento Schmidt y 85
Densidad In-Situ (Método de Inmersión)
Gráfico 4.4 Sector D Densidad In-Situ por Procedimiento Schmidt y 87
Densidad In-Situ (Método de Inmersión)
Introducción
INTRODUCCIÓN
Introducción
INTRODUCCIÓN
Existen una serie de parámetros que se emplean para la identificación y
descripción cuantitativa de las propiedades básicas de las rocas las cuales
permiten establecer y controlar en una primera clasificación estos materiales con
fines geotécnicos y entender los procesos mineros vinculados con las rocas. Estas
propiedades denominadas como propiedades índices, serán las que determinen
en primera instancia las propiedades y el comportamiento mecánico de la matriz
rocosa.
Las propiedades físicas de las rocas son el resultado de su composición
mineralógica, historia geológica deformacional y ambiental, incluyendo aquellos
procesos de alteración y meteorización respectivamente. La gran variabilidad de
estas propiedades se refleja en comportamientos mecánicos diferentes frente a las
fuerzas que se aplican sobre las rocas, comportamientos que quedan definidos
por la resistencia del material y por su modelo de deformación. Serán por tanto las
propiedades físicas de las rocas las que determinen su comportamiento mecánico.
1Capítulo 1: Objetivos Generales y Específicos
CAPÍTULO 1
OBJETIVOS GENERALES
Y ESPECÍFICOS
2Capítulo 1: Objetivos Generales y Específicos
1.1.- OBJETIVOS GENERALES Y ESPECÍFICOS
1.1.1-. OBJETIVO GENERAL
El presente trabajo tiene como finalidad dar a conocer y describir el
parámetro densidad de rocas, su importancia como propiedad índice de un
macizo rocoso, sus formas, métodos para su evaluación y finalmente su efecto
respecto a diversos procesos mineros y en la planificación de un yacimiento.
1.1.2.- OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Determinar que método es más eficaz y exacto para evaluar y medir el
parámetro densidad de rocas, además del efecto que estos valores tienen
respecto a los inventarios de minerales, que suelen seguirse en planificación
minera, transporte y carguío de minerales.
3Capítulo 1: Objetivos Generales y Específicos
4
Capítulo 3: Importancia de la Densidad de Roca en Procesos Mineros
CAPÍTULO 2
PROCEDIMIENTOS PARA EVALUAR
DENSIDADES DE ROCAS
5
Capítulo 3: Importancia de la Densidad de Roca en Procesos Mineros
6
Capítulo 4: Medición Parámetro Densidad de Roca In-Situ y el uso de Equipamiento de Mecánica de Roca
CAPÍTULO 3
IMPORTANCIA DE LA DENSIDAD DE ROCA
EN PROCESOS MINEROS
7
Capítulo 4: Medición Parámetro Densidad de Roca In-Situ y el uso de Equipamiento de Mecánica de Roca
CAPÍTULO 4
MEDICIÓN PARÁMETRO DENSIDAD DE ROCA IN-SITU
Y EL USO DE EQUIPAMIENTO DE MECÁNICA DE ROCAS
8
Capítulo 5: Importancia de la Densidad de Roca en Planificación Minera
CAPÍTULO 5
IMPORTANCIA DE LA DENSIDAD DE ROCA EN
PLANIFICACIÓN MINERA
9
Conclusión
CONCLUSIÓN
10
Conclusión
CONCLUSIÓN
Cabe señalar que el parámetro densidad de rocas como propiedad índice,
es fundamental para poder determinar ubicaciones físicas de materiales
dentro de los stocks de minerales que se conducen en una explotación
minera tales como carguío, transporte, apilamiento entre otros y el caso de
planificación minera.
Dado lo anterior se puede señalar que existen correlaciones lineales las
cuales aportan conexiones matemáticas demostrables para la densidad de
rocas. El cálculo de este parámetro se puede obtener a través de
resistencia a la compresión simple y dureza de Schmidt.
Existen 2 metodologías de cálculo para obtener densidades en forma
directa desde una colpa, un testigo o una probeta, estos métodos son:
Geométrico
Inmersión
Las ventajas que existen están asociadas al método de inmersión puesto
que este método es más exacto que el método geométrico esto porque se
basa en un principio de fuerza de empuje desarrollado por Arquímedes, otra
de las ventajas del método de inmersión es que sirve tanto para colpas
como para testigos de roca.
Los errores de estimación están asociados al método geométrico ya que
este método parte de la base de cálculo de un cilindro perfecto, pero en
laboratorio, la probeta obtenida siempre tendrá desperfectos ya sea de las
caras basales o del paralelismo.
11
Bibliografía
BIBLIOGRAFÍA
12
Bibliografía
BIBLIOGRAFIA
Libros[01] GONZALEZ DE VALLEJO, Luis. Ingeniería Geológica, Edición 2002, Editorial
Pearson Educación, Madrid 2002.
[02] RAMIREZ OYANGUREN, Pedro Y ALEJANO MONGE, Leandro. Mecánica de
Rocas: Fundamento e Ingeniería de Taludes, Edición Septiembre 2004.
Universidad Politécnica de Madrid.
[03] HUSTRULID, W. y KUCHTA, M., (2006). Open pit mine planning and design.
Taylor & Francis plc., London, UK.
[04] AYALA, CARCEDO, F. J., Manual de Ingeniería Geología, Instituto
Tecnológico Geo Minero de España, Año 2000
[05] ENAEX. Manual de Tronadura, Año 2002
[06] OYARZUN, Roberto. Introducción a la Geología de Minas, Exploración y
Evaluación, Ediciones GEMM 2011. Departamento de Cristalografía y Mineralogía,
Facultad de Ciencias Geológicas Universidad Complutense, Madrid - España
Tesis[01] DAMES. Bryan. Año 2009, Ingeniería Ejecución Minas Depto. De Minas.
Universidad de Antofagasta.
[02] VEJAR Oscar y GONZALEZ Felipe. Año 2014, ingeniería Civil Industrial de
Minas. Universidad de Antofagasta
13
Bibliografía
Publicaciones Electrónicas[01] UNIVERSIDAD DE CHILE, Cátedra de Geomecánica Año 2010 Disponible en
www.u-cursos.cl
[02] UNIVERSIDAD DE CHILE, Cátedra de Mecánica de Rocas Año 2012 – 2013
Disponible en www.u-cursos.cl
[03] UNIVERSIDAD DE CHILE, Cátedra de Diseño Minero Año 2013 Disponible en
www.u-cursos.cl
[04] UNIVERSIDAD DE CHILE, Cátedra de Explotación de Minas Año 2010 –
2011 Disponible en www.u-cursos.cl