Estabilidad-Inestabilidad de Caserones

7/25/2019 Estabilidad-Inestabilidad de Caserones

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Estabilidad/ Inestabilidad de

Caserones


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Temario

Estabilidad de losas y muros

Estabilidad de caserones utilizando el Stability

Graph


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Diseo de Losas

Tpicamente se utilizan paraseparar dos caserones enexplotacin

En esta losa se prepara lainfraestructura deproduccin, ptos. deextraccin piques de traspaso,

cruzados de transporte, etc El esfuerzo principal es

generalmente horizontal enUSA, Canad, Chile, Sudfrica,Australia

En Indonesia, filipinas el

esfuerzo vertical es mayorque el horizontal

X

Perfil Transversal de una veta

3

2

1


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Tectonica y Relacin entre esfuerzos

La relacin entre el esfuerzo vertical y el horizontalse define por la constante de actividad tectnica k

Esta constante es funcin de la evolucin que han

tenido las rocas en el tiempo y la actividad tectnica

circundante.

Por lo tanto:

Hz

210

vHz k

123;

Hzz


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Esfuerzos actuando en la Losa

X


v

Hz

Hz

w

d

X

HGeometra del Pilar

Diseo del Pilar en la corrida

H

d

Diseo del Pilar en la transversal

w

d

Hz

Hz


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Modelo Nmerico Para el Anlisis de Estabilidad

de Pilares

Caserones

Losa


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Anlisis de Esfuerzo Previa Excavacin de

Caserones

21MPa

27MPa


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Anlisis de Esfuerzo Despes de Excavacin

de Caserones

52 MPa

15 MPa


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Diseo de Losas

Ancho perpendicular al esfuerzo en anlisis

Esfuerzo se calcula con el mtodo de rea tributaria


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Solicitaciones sobre pilares

X


v

Hz

Hz

w

dX H

Geometra del Pilar

Diseo del Pilar en la corrida

d

w

Diseo del Pilar en la transversal

w

H

Hz

v


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Mtodos para determinar

estabilidad de caserones


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Diseo Geotecnico de Caserones en Minera

Los caserones son la unidad bsica de explotacin en minera.

Estos se pueden dejar vacos (sub level stoping), rellenos (cut

and fill) o dejarlos colapsar (caving)

El diseo de caserones se realiza con la metodologa de

Mathews (1981) quien incorpora una relacin entre la

estabilidad del macizo rocoso y el tamao/forma de la

excavacin expuesta.


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Grficos de estabilidad

Son mtodos no rigurosos, simples de usar. Existen dos mtodos

publicados:

Grafico de estabilidad de Mathews (1981)

Grafico de caving de Laubscher (1987)


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Stability Graph Method

Se acepta alrededor del mundo para el diseosubterrneo.

Se puede ocupar para:

Estudios de prefactibilidad Planificacin

Back anlisis

Se puede usar SOLO en las condiciones en lascuales fue construido (ver puntos querespaldan las regresiones!!)


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Inacap- Copiap Pgina 15

Numero de estabilidad (N)

Q modificado

RQD= rock quality designation

Jn=numero de sets

Jr= rogusidad de fracturasJa= alteracin


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Nmero de Estabilidad de Mathews

N=Q*A*B*C

Q es el ndice de la roca (Deere, 1964) - NGI

A es el ajuste por esfuerzo inducido

B es el ajuste por estructuras interceptando la

pared a estudiar

C es el ajuste por orientacin de la excavacin


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Forma excavaciones


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Diferencia HR y RF

Se usa Rh porque es

mas simple


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Ajuste por Esfuerzo Inducido = A

A se determina graficamente determinando la resistenciauniaxial de la roca intacta (UCS) y el esfuerzo inducido en lalinea central del caseron.


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Determinacin de esfuerzos inducidos

Soluciones analticas : considerar caso elipses en2D

Mtodos numricos: 2D o 3D

Mtodos grficos Determinar esfuerzos in-situ: medidos o regionales (sv

y sh o k)

Determinar dimensiones en planos (vertical yhorizontal) del caseronanalisis es en 2D

Determinar esfuerzos inducidos en paredes laterales,colgante/yacente y techo

Para cada caso se calcula A


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Solucin eliptica

W

a

b

p

kp

HA

B


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Solucin eliptica - caserones

P

W

kPH

A

B

W/2


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Resultados analticos

0

5

10

15

20

25

0 5 10 15 20 25

H/W

B/p

K=2

K=1.5

K=1.0

K=0.5

k

Los esfuerzos en B (techo o back) aumentan con la

propagacin de la excavacin en la vertical

P

W

kPH

A

B

W/

2


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Resultados analticos

-1.5

-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

0 5 10 15 20 25

H/W

A

/p

K=2

K=1.5

K=1.0

K=0.5

Los esfuerzos en A (colgante/pendiente) disminuyen con la propagacin

de la excavacin en la vertical (relajacin)

k

P

W

kPH

A

B

W/2


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Tipos de relajacin elastica


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Relajacin

Relajacin Parcial

Relajacin Full

Tangencial

s1 o s2 o s3 < 0,3 y su

direccin diverge menos de

20 de la pared


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Efecto de relajacin

Tipo de relajacin Factor A

Relajacin parcial: Uno de los esfuerzos

principales < 0,2 MPa

1,0

Relajacin total:

Al menos dos esfuerzos principales < 0,2 MPa

0,7

Relajacin tangencial:Al menos un esfuerzo principal < 0,2 MPa y

paralelo dentro de 20 respecto a la pared del

casern

0,7

- Los esfuerzos principales se estiman a la mitad de la superficie considerada utilizando modelos

3D

- Modelos 2D pueden ser utilizados si el largo/ancho > 5

- Se considera tanto el ngulo entre la direccin y el rumbo de la superficie y la direccin de

esfuerzo y el manteo (ngulo incluido)


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Determinacin de esfuerzos inducidos por medio de

Modelos numricos

Ejemplo modelamientonumrico en Phase-2D


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Esfuerzos inducidos- anlisis en 2D

Casern a 1000 metros

de profundidad en un

cuerpo que tiene un

ancho de 25 metros,

largo 30 metros, altura75 m, mantea 80

25 m

Plano 2

Plano 1


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Esfuerzo inducidos- mtodo grafico (crown y side wall)

Ejemplo (caso techo):

Caseron a de altura 75 metros y

25 metros de ancho ubicado a1000 metros de profundidad

Se calculan esfuerzos inducidos

en plano vertical

Sv=27 Mpa (in-situ)

K=1.4

Sh=38 Mpa (in- situ)

Caseron en ese plano:

H=75 m

A=25 m

H/A=3

s1/sv=2.6 (esfuerzos en el

techo)

S1=2.6 x 27 Mpa= 70 Mpa

(esfuerzo inducido)


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Pared lateral

sh2

sh1

30 m

H=30 m

W=25

H/W=1.2

K=1

Si=38 Mpa


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Esfuerzos inducidos pared colgante

(hanging wall)Se estiman los esfuerzos inducidos:

a lo largo del plano vertical

perpendicular al rumbo (H=75 m,

W=25, k=1.4)

Si valores


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Esfuerzos inducidos- pared colgante

A lo largo del

manteo

A lo largo del

rumbo

Factor de Ajuste por Orientacin de


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Factor de Ajuste por Orientacin de

Estructuras: B

Se ajusta el nmero de estabilidad deacuerdo a la orientacin rumbo y manteode las estructuras con respecto a la pareden estudio


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cosenos

Angulo

incluido


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Factor Gravitacional: C

mayor inclinacin menor tendencia a

que ocurra un deslizamiento de cuaspre-formadas.

Factor de ajuste por efecto fallas mayores


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Factor de ajuste por efecto fallas mayores

F: factor de falla

A=1

F: 0,01 - 1

Aplicaciones:

-Fallas interceptando un casern

en su base ngulo incluido

menor a 70

-Fallas interceptando caseronesen la mitad si el ngulo < 40

-Distancia falla-casern < 0,3 H

Ref: Sourineni et al (2001)


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Factor de falla

AR aspect ratio (W/H)


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Pgina 39

Factor de falla

AR aspect ratio (W/H)


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Medida de dilucin estimada ELOS

Medida de dilucin secundaria que no

depende del ancho del casern

(toneladas mineral)


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Clark, 1998. Mtodos de estimacin de dilucin en SLS

Mtodo de prediccin de sobre extraccin caserones tipo SLS

Zona estable solo dao

tronadura: ELOS < 0,5 mInestabilidad: ELOS: 0,5-1

m

Inestabilidad mayor:

ELOS: 1-2 m

Zona colapso > ELOS: 2m


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Evolucin de grficos de

estabilidad empricos


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Original Mathews

Estable: sin soporte o

localizado

Inestable:

Falla localizada

La excavacin fallara


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Grfico de Estabilidad

Se utiliza para estimar la estabilidad

del techo del casern y el tamao de

la pared colgante

El radio hidrulico es una medida

del tamao de la excavacin

Potvin, 1998175 casos de estudio

Grafico de estabilidad/caving


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Grafico de estabilidad/caving

After Stewart and Forsyth, 1995

Estable: 10% dilucin

Potencial inestable: 10-30 %

dilucion

Falla Potencial: dilucin mayor

a 30%

Caving: derrumbe total hastallenar el caseron


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Prediccion usando probabilidades de falla

Se habla de probabilidad de estar en alguno de los estados:

1. Estable

2. Falla/falla mayor

3. Caving

Logit values

Ref.: Mawdesley, et al (2000)


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Calculo de probabilidad de falla

P r o b a b i l iti e s D e n s ity F u n c t i o n s

0 . 0 0

0 . 1 0

0 . 2 0

0 . 3 0

0 . 4 0

0 . 5 0

0 . 6 0

0 . 7 0

0 . 8 0

0 . 9 0

1 . 0 0

0.

00

0.

10

0.

20

0.

30

0.

40

0.

50

0.

60

0.

70

0.

80

0.

90

1.

00

Logi t Va lues

Probability

S t a b l e

F a i l u r e

C a v i n g

S t a b le z o n e

CavingZ

one

C o m b in e d f ailu r e a n d

m a jo r f a il u r e z o n e

C r o w n ( 0 .5 6 7 )

1 0 % S t a b le

9 0 % F a ilu r e & M F

0 % C a v in g

N o r t h En d w a ll ( 0 . 8 9 5 )

7 8 % S t a b le

2 2 % F a ilu r e a n d M F0 % C a v in g

S o u t h E n d w a ll ( 0 .9 3 9 )

9 3 % S t a b le

7 % F a ilu r e & M F0 % C a v in g

F o o t w a ll ( 0 . 9 5 1 )

9 6 % S t a b le

4 % F a ilu r e & M F

0 % C a v in g

H a n g i n w a ll ( 0 . 6 8 2 )

1 4 % S t a b le

8 6 % F a ilu r e & M F

0 % C a v in g

F a i lu r e &

M a j o r F a i l u r e

p


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Metodografico de estabilidad

Mawdesley et al, 2001


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Pgina 49

Metodo de estabilidad- casos de falla


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Pgina 50

Metodo de estabilidad- casos de falla

mayor


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Pgina 51

Calculo de % dilucin


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Pgina 52

Diseo de soporte en caserones


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Pgina 53

Diseo de caserones


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Prediccin de Caving


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Mecanismos de caving

Desconfinamiento o caving gravitacionalinducido por discontinuidades

Stress Caving el cual envuelve falla de corte en

discontinuidades y fracturamiento de roca. Subsidencia caving

No hay caving

Rock Tunneling Quality, Q


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Mecanismos de caving

(Moss et al2004)

0.01

0 20

Rock Mass Rating, RMR

g Q y, Q

Ma

ximu

mI

nduced

Comp

ress

ive

Stress

inExca

va

tion

Boun

dary

Uniaxia

lComp

ress

ive

Streng

thofIntac

tRoc

k

Ra

tio:

6040 80

(Base Graph after Hoek, 1981)

100

1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

0.0

Extremely Very Extr. Exc.Poor Poor Good G.

Poor

Very Poor Poor Fair Good Very Good

Fair Good V.G.

0.1 1 4 10 40 100 400 1000

Not Practical

Stress Indu ced

Stableto Maintain

Caving not

Practical

Failure

Gravity Caving

Openings

LEGEND :

Successful Cave

Caving required inducement

Stress Caving

Caving required inducement

Coarse fragmentation

A

BC

D

EF

GH

I


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Aproximaciones al anlisis de hundibilidad

Experiencia prctica

Grficos empricos de estabilidad

Anlisis estructural

Anlisis numrico

Grafico hundibilidad de Laubscher (after Bartlett 1998)


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Pgina 58

( )

Solo usar MRMR < 50

Grafico de estabilidad de Laubscher curva de El


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Pgina 59

Teniente (Flores & Karzulovic 2003b)

Radio hidrulico

MRMR

G fi d t bilid d d M th ( ft M th t l 1980)


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Pgina 60

Grafico de estabilidad de Mathews (after Mathews et al1980)

(m)

E i M tth


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Ecuaciones Matthews

N = Q'.A.B.C

Ja

Jr

Jn

RQDQ'

S = Area / Perimetro

Donde:

RQD= Rock Quality Designation

Jn = Discontinuity set numberJr = Discontinuity roughness number

Ja = Discontinuity alteration number

Figure 3.2: Evaluation of adjustment factors in the Mathews stabilitygraph method (after Mathews et al1980)


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Pgina 62

Figure 3.4: Extended Mathews stability graph for open stopes based on logistic

regression (Mawdesley et al 2001)


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GEOTECNIA MINERA

UNIVERSIDAD DE CHILE Pgina 63

regression (Mawdesley et al2001)

Shape Factor, S or Hydraulic Radius (m)

StabilityNum

ber,N

Figure 3.5: Isoprobability contours for stable cases (Mawdesley et al2001)


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Pgina 64Shape Factor, S or Hydraulic Radius (m)

StabilityNum

ber,N

Figure 3.6: Isoprobability contours for combined failure and major

f il (M d l 2002)


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Pgina 65

failure cases (Mawdesley 2002)

100

Shape Factor, S or Hydraulic Radius (m)

StabilityNum

ber,N

Figure 3.7: Extended Mathews stability graph based on logistic regression

showing the stable and caving lines (Mawdesley 2002)


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showing the stable and caving lines (Mawdesley 2002)

StabilityNum

ber,N

Documents

Estabilidad-Inestabilidad de Caserones