Aplicación de Elementos de Modelamiento a Minería y Obras Civiles

I SIMPOSIUM DE GEOLOGIA, GEOTECNIA Y GEOMECANICA

ELEMENTOS DE MODELAMIENTO APLICADOS A

MINERIA Y OBRAS CIVILES

Expositor: MSc. JOSE ENRIQUE GUTIERREZ

SRK Consulting Perújgutierrez@srk.com.pe

Índice

• Introducción.

• Metodología.

• Caso I: Aplicación a Minería – Rocas

• Caso II: Aplicación a Construcción - Suelos

Introducción

• La caracterización de materiales geológicas implica reproducir las propiedades físicas y químicas a través de modelos tridimensionales.

• Técnicas que generalmente son usadas para la evaluación económica de yacimientos en la industria minera y del petróleo son fácilmente aplicables en la geotécnia y geomecánica.

• La presentación muestra como elementos de modelamiento y geoestadística pueden ser utilizados en proyectos dentro de la minería y la construcción.

Introducción

GEOLÓGICA

Índice

• Introducción.

• Metodología.

• Caso I: Aplicación a Minería – Rocas.

• Caso II: Aplicación a Construcción – Suelos.

Metodología:

Minería

Construcción

¿POR QUÉ?

• Definir método de minado.

• Estimación de reservas.

• Análisis de estabilidad –Factor de Seguridad

Minería

Construcción

¿CÓMO SE HACE?

• Modelamiento litológico y estructural.

• Estimación de condiciones de la roca.

• Modelamiento del subsuelo.

• Simulación de la variable N° SPT

Minería

Construcción

¿PARA QUÉ?

• Modelo Geomecánico (RMR, Q, Tensiones, etc.)

• Modelo Geotécnico (Cohesión, ángulo de fricción, R. compresión)

Minería

Construcción

¿DE DÓNDE?

• Logueo Geotécnico sondajes.

• Líneas de detalle.• Ensayos.• Mapeos.

• Descripción calicata.

• Medición N° SPT.• Análisis

Granulométricos.

Índice

• Introducción.

• Metodología.

Caso I: Aplicación a Minería

• Finalidad: Realizar la evaluación del método de minado y proyectar la dilución geomecánica del sector ASN6.

• Producto: Modelo del RMR.

• Metodología: Modelo de fallas y litológico.

Estimación del RMR (8 parámetros-valor esperado).

• Fuente: Información de campo y laboratorio.

DIAGRAMA DE PROCESOS –MODELO GEOMECANICO

LOGUEO GEOTECNICO - SONDAJE

LitologíaFracturamiento

EspaciamientoResistencia Mtz

Condición de Discontinuidad

Condición de agua

1 Fresca

2 Levemente alterada

3 Moderadamente alterada

4 Muy alterada

5 Intensamente alterada

6 Suelo residual

ALTERACION

Información de Logueo Geotécnico:

A Roca masiva.

B Una familia de diaclasas

C Dos familias de diaclasas

D Tres familias de diaclasas

E Cuatro o mas familias

F Roca triturada o terrones

ESTRUCTURA

GRADO DESCRIPCION IDENTIFICACION EN EL TERRENORANGO

RCU (MPA)

S1 Arcilla dura Facilmente penetrable, se rasga con la uña 0.5

R0 Roca extremadamente debil Se marca con la uña 0.25-1

R1 Roca muy debil

Se disgrega de un golpe fuerte de la punta

del martillo geologico, puede ser escarbada por una

cuchilla

1.0-5.0

R2 Roca debil

Puede ser escarbada con la cuchilla con dificultad,

se deforma o disgrega con un fuerte golpe de la

punta del martillo

5.0-25

R3 Roca medianamente fuerte

No puede ser escarbadao disgregada por la cuchilla,

la muestra se fractura con un solo golpe firme del

martillo

R4 Roca fuerteLa muestra requiere mas de un golpe

firme delmartillo geologico para ser fracturada50-100

R5 Roca muy fuerteLa roca requiere de muchos golpes del martillo

geologico para ser fracturada100-250

R6 Roca extremadamente fuerteLa muestraa solo puede ser astillada con el martillo

geologico>250

90 - 100 Muy buena

75 - 90 Buena

50 - 75 Regular

25 - 50 Mala

0 - 25 Muy mala

RQDD Diaclasa

SD Familia de diaclasas

C Contacto litologico

E Estratificación

F Foliación

FT Falla

ESC Sobreescurrimiento

1 Fresca

2 Levemente alterada

3 Mediana alteración

4 Alta alteración

5 Alteración completa

1 Cerrada

2 0 < A < 1 mm

3 1 < A < 2 mm

4 2 < A < 5 mm

5 5 < A < 10 mm

6 10 < A < 20 mm

7 > 20

ABERTURA1 Sin relleno

2 Oxidación

3 No cohesivo

4 Cohesivo

5 Cuarzo

6 Calcita

7 Otros

RELLENO

R Rugosa

L Lisa

P Pulida

RUGOSIDAD

1 Muy cementado

2 Cementado

3 No cementado

4 Duro

5 Blando

6 Muy blando

7 Disgregado

CONSISTENCIA

LINEA DE DETALLE - AFLORAMIENTO

Estructurar el Modelo de Datos para adquisición de Información

Base de

Geotecnia

Información de ensayos y pruebas in situ

Información de logueo geotécnico Información de líneas de detalle

RMR89=RIM+RQD+SD+LD+AB+RU+RE+ALT

Clasificación Geomecánica RMR89

Macizo Rocoso

En base a los modelos geológicos e información geotécnica se puede definir dominios (DOMAINING).

FALLA 1

FALLA 2

ESTADISTICA GEOESTADISTICA

1. Resistencia matriz

2. RQD

3. Separación fracturas

Longitud discontinuidad

Abertura discontinuidad

Rugosidad

AlteraciónRelleno

RMR89=RIM+RQD+SD+LD+AB+RU+RE+ALT

No se considera condición de agua ni corrección por orientación de labor minera.

Caso I: Conclusiones y Recomendaciones

• LTP, el modelo geomecánico elaborado con la finalidad de ser parte de la evaluación del Método de Minado.

• STP, el modelo debe ser usado para evaluar Diluciónpor condiciones geomecánicas.

• Es necesario considerar Dominios Estructurales (con visión geomecánica) dentro de la estimación de los parámetros.

Índice

• Introducción.

• Metodología.

Caso II: Obras civiles

• Finalidad: Realizar análisis de estabilidad - Factor de Seguridad con miras a realizar la cimentación de una planta nuclear (Playa de Itaorna – Angra - RJ).

• Producto: Caracterización del sub suelo - modelo de resistencia.

• Metodología: Modelamiento de las capas del suelo.

Simular (60 escenario)

Correlación parámetros de resistencia vs N° SPT

• Fuente: Data de campo.

SPT o resistencia a la Penetración estándar:

N(SPT) = N15 - 30 + N30 - 45

SPT (111 ensayos)

Caso II: Obras Civiles

Código

litológico del

proyecto

Clasificación

Geotécnica

(SUCS)

Descripción

A-F-M-PC-MC SP Arena mal graduadas, arenas con grava con

pocos finos.

ASAR-PC-MC SM

Arena limosas, arenas con cantidad de finos

apreciable. Mezcla de arena y limo mal

graduado.

ARORG-M-MM OH Arcilla orgánica de plasticidad media a alta.

Resistencia a la

Penetración

N° de Golpes (SPT)

Consistencia de la

Arcilla

<2 muy floja

3 a 5 floja

6 a 10 medianamente densa

11 a 19 densa

> 19 muy densa

Resistencia a la

Penetración

N° de Golpes (SPT)

Compacidad de la Arena

0 a 4 muy floja

5 a 8 floja

9 a 18 medianamente densa

18 a 40 densa

> 40 muy densa

Metodología utilizada

Cut offs Arena Arcilla

1 >0 >0

2 >4 >2

3 >8 >5

4 >18 >10

5 >40 >10

Formulas para conversión a parámetros de resistencia a partir de N° SPT

Densidad relativa (Dr), ángulo de rozamiento interno (Φ’) y la cohesión no drenada (Cu) [2]:

•Para A-F-M-PC-MC: Φ’ = 30 + 0.15 Dr (< 5% arena fina y limo) Hunt

•Para ASAR-PC-MC: Φ’ = 5.35 ln N(SPT) + 14.44, Cu = 0,22 ln N(SPT) – 0,40 (Parra y Ramos).

•Para ARORG-M-MM

Consistencia N (SPT) Identificación manual γsat (g/cm3) Resis. Compre. simple qu (Kg/cm2)

Dura > 30 Se marca difícilmente > 2,0 > 4,0

Muy rígida 15-30 Se marca con la uña 2,08-2,24 2,0-4,0 Rígida 8-15 Se marca con el pulgar 1,92-2,08 1,0-2,0

Media 4-8 Moldeable bajo P fuertes 1,76-1,92 0,5-1,0

Blanda 2-4 Moldeable bajo P débiles 1,60-1,76 0,25-0,5

Muy blanda < 2 Se deshace entre los dedos 1,44-1,60 0-0,25

Valores de Resistencia en función a la consistencia del Suelo Orgánico

A-F-MC-PC ASAR-PC-MC ARORG-M-MM

Cota(m) (c) Sugerida (Ø) Sugerido (C)Sugerida (Ø) Sugerido RCU Sugerida P.E. Sugerido

3.5 0.11 27

1.5 0.12 27

0.5 0.13 27 0.06 27

-1.5 0.13 27 0.08 27

-3.5 0.13 27 0.09 27

-5.5 0.13 27 0.08 27

-7.5 0.14 28 0.07 27 1.02 1.81

-9.5 0.13 27 0.06 27 1.05 1.84

-11.5 0.11 27 0.05 28 0.95 1.81

-13.5 0.09 26 0.06 27 0.95 1.8

-15.5 0.08 26 0.05 27 1.1 1.85

-17.5 0.03 26 1.06 1.83

-19.5 0.03 26 1.11 1.87

Caso II: Conclusiones y Recomendaciones

• A > FS las obras pueden ser cimentadas en los sectores1 o 2.

• Es recomendable complementar el análisis de campocon Ensayos de Laboratorio.

• A futuro, desarrollar un método combinado queincluya análisis tensión deformación 3D (PUC-RJ)

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