201821823 Cavernas Caserones y Pilares

Prosecucin de Estudios Ingeniera Civil de minas

USACH

Preparado por:

Luis A. Quiones Avaria

CAVERNAS, PILARES Y CASERONES

AO 2013

CAVERNAS

LITOLOGIA

CAVERNAS

RMR

ANALISIS A REALIZAR

Esfuerzos Estructural


USACH


USACH

INSTRUMENTACIN

TAREA N2

Se disea construir una caverna de seccin 20 X 20 m. y longitud L=30 m a una distancia de 10 m. de

una antigua caverna de seccin 30 X 30 m.

ci=150 Mpa mb = 8 s = 0 ,0067

20 m

15 m

30 m 20 m

10m

30 m

20 m

PILARES EN

MINA SUBTERRANEA


USACH


USACH

DISEO DE PILARES


USACH

DISEO DE PILARES

REDISTRIBUCIN DE ESFUERZOS

Determinacin de esfuerzos en un pilar mediante la teora

AREA TRIBUTARIA

Determinacin de esfuerzos en un pilar mediante la teora

AREA TRIBUTARIA

Donde: p= Esfuerzo promedio en el pilar Pzz= Esfuerzo vertical in-situ


USACH RESISTENCIA DE PILARES

Relacin entre ambas formulas para pilares cuadrados

Formula Hardy & Agapito 1977

So= Parmetro de resistencia del macizo rocoso

V= Volumen del pilar

h= Altura del pilar

Wp=ancho del pilar

Resumen formulas para Pilares de Carbn

Indice RMR

Laubscher (1996)

DRMS= RMS X AJUSTES ( Esfuerzos , Alteracin, tronadura)

CALCULO DE RESISTENCIS DE PILARES

METODO DE LAUBSCHER (1990)

Resistencia del pilar

K=DRMS en MPa W=4X rea del Pilar

Permetro del pilar

H=Altura del pilar (m)

MODOS DE DEFORMACIN EN UN PILAR

Esquema de evolucin de

fractura y falla en un pilar

segn Lunder y Pakalnis (1997)

S= Resistencia del pilar

K= reemplazado por Co

resistencia del macizo rocoso

para este caso es 0,44

DETERMINACIN DE LA RESISTENCIA DEL PILAR

Ecuacin de Lunder y Pakalnis(1997)

DISEO DE PILARES

Factor de Seguridad =FS

FS= S ( resistencia del pilar)

p ( Esfuerzos promedio en el pilar)

FS> 1,4 estables

FS> 1,6 para pilares permanentes


USACH

CASERONES

Caracterizacin Geotcnica y Geomecnica


USACH

o


USACH

Emplazamiento

N

S

W

E

Columnas de Roca

Contacto

Primario - Secundario

Relleno Actual

250 m 280 m 230 m

Grupos Litolgicos

CHIMENEA

GRANITOIDE

PRFIDO

BRECHA

CASERON CENTRAL

Valores de Resistencia por Grupo Litolgico (UCS) y Condicin de Esfuerzos

GRUPO COLOR LITOLOGIAS UCS TIPICO ROCA

PRIMARIA (MPa)

UCS TIPICO ROCA

SECUNDARIA (MPa)

BRECHAS BXMGD 150 130

INTRUSIVO GRDB 145 125

PORFIDOS PDL, PQM, PFELD 160 140

CHIMENEAS CHRIOL, CHDAC 93 -

ESFUERZOS

PRINCIPALES MPa AZIMUT() INCLINACIN ()

1 30 288 14

2 17.2 18 1

3 12.4 189 75

Frecuencia de Fracturas

COLOR VALORES 0-3 f/m

0-3 vet

yeso/m

4-7 f/m

4-7 vet

yeso/m

8-14 f/m

8-14 vet

yeso/m

15-22 f/m

> 22 f/m

RMR Laubscher

Caracterizacin Estructural

ANLISIS GEOMECNICO CASERONES

Anlisis de estabilidad de los Caserones por Mtodos Empricos

Ingeniera de Ejecucin de Minas USACH

Q System (Barton et al, 1974)

RQD - Rock quality designation 10-100

Jn - Joint set number 0.5-20

Jr - Joint roughness number 0.5-4

Ja - Joint alteration number 0.75-20

Jw - Joint water reduction factor 0.1-1

SRF - Stress reduction factor 0.5-400

RDQ Jr Jw

Jn Ja SRF

x x Q' =

Mathews Stability Number, N

UNIDAD 1

GEOLOGIA-

GEOMECANI

CA BASICA

1. RQD (Designacin de Calidad de la Roca) RQD 2. Nmero de Sistemas de Fracturas JN

A Muy Pobre (> 27 fracturas por m3) 0-25 A Masivo o con pocas fisuras. 0,5-1,0

B Pobre (20-27 fracturas por m3) 25-50 B Un sistema de fracturas. 2

C Moderada (13-19 fracturas por m3) 50-75 C Un sistema de fracturas ms otras aleatorias. 3

D Buena (8-12 fracturas por m3) 75-90 D 2 sistemas de fracturas. 4

E Excelente (0-7 fracturas por m3) 90-100 E 2 sistemas de fracturas ms otras aleatorias. 6

Nota: i) Donde el RQD es registrado o medido como menor o igual a 10 (incluyendo el 0), F 3 sistemas de fracturas. 9

el valor 10 es usado para evaluar el Q. G 3 sistemas de fracturas ms otras aleatorias. 12

ii) Intervalos de 5, por ejemplo: 100, 95, 90, etc., dan un grado de exactitud suficiente. H 4 o ms sistemas de fracturas, fracturacin densa y aleatoria, etc. 15

iii) RQD = 115 - 3,3JV (En los tneles PRV se usa el FF en reemplazo del JV). J Roca triturada, terregal. 20

Nota: i) Para intersecciones en tneles, use 3*JN.

3. Nmero de Rugosidad de las Fracturas JR ii) Para portales, use 2*JN.

a) Contacto entre las paredes.

b) Contacto entre las paredes despus de un cizalle menor a 10 cm.

A Fracturas discontinuas. 4 4. Nmero de alteracin de las Fracturas. JA

B Rugosas o irregulares y onduladas. 3 a) contacto entre las paredes (sin minerales de relleno solamente costras).

C Lisas y onduladas. 2 A Relleno soldado, duro, inablandable, impermeable, p.e., cuarzo o epidota. 0.75

D Estriadas (slickensided) y onduladas. 1.5 B Paredes de las fracturas inalteradas, solo con superficies manchadas. 1

E Rugosas o irregulares, pero planas. 1.5 C Paredes ligeramente alteradas. Con recubrimiento de minerales 2

F Lisas y planas 1 inablandables, partculas arenosas, roca triturada sin arcilla, etc.

G Estriadas (slickensided) y planas. 0.5 D Recubrimiento limoso o areno-arcilloso, pequeas fracciones de arcilla 3

Nota: La descripcin se refiere a escalas pequeas e intermedias, en ese orden. (inablandable).

c) No hay contacto entre las paredes al producirse el cizalle. E Recubrimiento de arcillas ablandables o de baja friccin, p.e., caolinita o mica, 4

H Zona que contiene minerales de arcilla, de espesor suficiente para 1 tambin clorita, talco, yeso, grafito, etc., y pequeas cantidades de arcilla

impedir el contacto de las paredes. expansivas (recubrimiento sin continuidad de 1- 2 mm de espesor o menos).

J Zona arenosa, de grava o roca triturada, de espesor suficiente para 1 b) Contacto entre las paredes, antes de 10 cm de cizalle (delgado relleno mineral).

impedir el contacto de las paredes. F Partculas arenosas, roca desintegrada sin arcilla, etc. 4

Nota: i) Se aade 1 se el espaciamiento medio del set de fracturas ms relevantes es G Rellenos arcillosos muy consolidados, duros (continuos pero < 5 mm de espesor). 6

mayor a 3 m. H Rellenos arcillosos de mediana a baja consolidacin, blandos (continuos, pero 8

ii) JR= 0,5 se puede usar para fracturas planas y estriadas, y que estn alineados menor a 5 mm de espesor).

con la condicin de que estas estn orientadas para resistencia mnima. J Rellenos de arcillas expansivas, p.e., montmorillonita (continuos pero < 5 mm 6

espesor). El valor de JA depende del porcentaje de partculas tamao arcilla

6. Factor de Reduccin de Esfuerzos SRF expansiva.

a) Zonas de debilidad que intersecta la excavacin y que pueden causar que el c) Sin contacto entre las paredes despus de el cizalle (rellenos de mineral)

macizo se desestabilice cuando se construye el tnel. K Zonas o capas de roca desintegrada o triturada. Fuertemente consolidada. 6

A Mltiple ocurrencia de zonas de debilidad, que contienen arcillas o roca qu- 10 L Zonas o capas de arcillas y roca triturada o desintegrada. 8

micamente desintegrada, roca de contactos muy mala (a cualquier profundidad). Relleno mediano o bajamente consolidado o blando.

B Zonas nicas de debilidad, que contienen arcillas o roca qumicamente desin- 5 M Zonas o capas de arcillas y roca triturada o desintegrada. 8-12

tegrada (profundidad de la excavacin < 50 m). Arcilla expansiva. El JA depende del porcentaje de partculas tamao

C Zonas nicas de debilidad, que contienen arcillas o roca qumicamente desin- 2,5 arcilla expansiva.

tegrada (profundidad de la excavacin > 50 m). N Zonas o capas continuas de arcillas fuertemente consolidadas. 10

D Mltiples zonas de cizalle en roca competente (sin arcilla), con perdida de 7,5 O Zonas o capas de continuas de arcillas. Mediana a bajamente consolidadas. 13

de roca en los contactos (cualquier profundidad). P Zonas o capas continuas de arcillas. Arcilla expansiva. El JA depende 13-20

E Zonas nicas de cizalle en roca competente (sin arcilla); profundidad < 50 m. 5 del porcentaje de partculas tamao arcilla expansivas.

F Zonas nicas de cizalle en roca competente (sin arcilla); profundidad > 50 m. 2,5

G Fracturas dbiles y abiertas, fracturamiento intenso (cubo de azucar) 5

(a cualquier profundidad). 5. Factor de Reduccin por Agua en las Fisuras JW

b) Roca competente, problemas de esfuerzos. A Excavacin seca o infiltracin menor, p.e. 27 fracturas por m3) 0-25 A Masivo o con pocas fisuras. 0,5-1,0














































b) Roca competente, problemas de esfuerzos. A Excavacin seca o infiltracin menor, p.e.

1. RQD (Designacin de Calidad de la Roca) RQD 2. Nmero de Sistemas de Fracturas JN

A Muy Pobre (> 27 fracturas por m3) 0-25 A Masivo o con pocas fisuras. 0,5-1,0














































b) Roca competente, problemas de esfuerzos. A Excavacin seca o infiltracin menor, p.e.


N = Q x A xB xC

Estimacin I

H I

V

H=W/2

W

K = H / V

I = S x H

Induced stresses in the cave back

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1 1.25 1.5 1.75 2 2.25 2.5

K

Ind

uce

d S

tre

ss F

acto

r, S


N = Qx A x B xC


N = QxAxBxC

GRAFICO DE ESTABILIDAD

E xtended M athew s S tab ility C hart

0 .0 0 1

0 .0 1 0

0 .1 0 0

1 .0 0 0

1 0 .0 0 0

1 0 0 .0 0 0

1 0 0 0 .0 0 0

1 1 0 1 0 0

S h ap e F ac to r, S o r H yd rau lic R ad iu s (in m etres )

Sta

bil

ity

Nu

mb

er,

N

S T AB L E

F AIL U R E

M AJ O R F AIL U R E

C AVIN G

S T AB L E

F AIL U R E & M AJO R

Henders on

E l Teniente

Northparkes E 26L1

S habanie

S alvador

Andina

C AV IN G

Legend

N orthparke s E 26 L2

Anlisis de estabilidad de los caserones por esfuerzos

Esfuerzo Principal Mayor

(1)

Comentarios:

Se observan algunos sectores con mayor

concentracin de esfuerzos en el techo d

elos caserones analizados, valores que

bordean los 50 [MPa]

*1 insitu = 30 [MPa]

Casern Central

Casern Este

Esfuerzo Principal Menor (3) Caserones Oeste

Comentarios:

Se observan algunos sectores

con bajo confinamiento en el

techo de los caserones del lado

oeste.

Los sectores de mayor

desconfinamiento coinciden con

las cajas de los caserones y con

la cercana al contacto primario-

secundario en algunos puntos

*3 insitu = 12.4 [MPa]

Contacto Primario-Secundario

Comentarios:

El Factor de Seguridad en el techo de los caserones

presenta valores que bordean 1.1 a 1.3 en el sector de

material primario, sin embargo en el sector de

secundario algunos sectores del techo presentan

valores menores a 1.0

*Criterio de aceptabilidad Pilares: FS 1.3

Factor de Seguridad (FS)

15 [m]

12 [m]

Casern Central

Casern Este

Anlisis de estabilidad de los caserones por estructuras

ANLISIS DE CUAS CASERON ESTE

ANALISIS DE CASERONES

Ejercicio: Determinar la estabilidad de dos Caserones de ancho 30 m. alto 50 m. y largo 60 m. en roca granodiorita.

GDRB I : GSI = 60 ci= 150 Mpa Em=20 GPa v=0,22 Esfuerzos : H = 600 m , KN-S = 1,2 , K E-W=1,5

50 m

50 m

15 m

E

Z

N

80

TAREA N3

Determinar por mtodos empricos la estabilidad de un casern

de dimensiones ancho: 40 m, alto :60 m y 100 m de longitud

Propiedades

Profundidad: 250 m.

c= 120 Mpa

=2,7 t/m3 K E-W=2

N E

0m

1m

0,25

0,75

0,5

Documents

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