Tabla de contenido

Resumen 2

Introducción 3

Métodos de Esfuerzos Overcoring 4

CSIR Doorstopper de Leeman 4

Ventajas, Desventajas 6

Pasos a seguir 6

USBM Medidor de Deformación 7

Células Triaxiales 8

Tipos de Células Triaxiales 9

Triaxial Hollow Inclusion Cell 10

Triaxial Solid Inclusion Cell 11

Conclusión 12

Bibliografía 13

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Resumen Ejecutivo

El presente trabajo tiene como objetivo dar a conocer al lector la importancia de la medición de los esfuerzos presentes en la interacción entre el equilibrio in-situ de un punto en el espacio del macizo rocoso y la intervención de este con alguna obra de ingeniería subterránea ejecutada por la actividad minera presente en nuestro país.

La idea es que la lectura entregué conocimientos técnicos y prácticos de la instrumentación necesaria para la ejecución de estas mediciones, logrando de esta manera una preparación básica ante un futuro escenario en el desempeño laboral de la profesión.

A continuación se detallará uno de los métodos y sus variantes utilizados actualmente para la medición de estos esfuerzos, Método Overcoring.

El objetivo principal de este método es determinar los esfuerzos in-situ presentes en la roca a partir de sondajes de diamantina. Este se basa en mediciones de desplazamientos cuando una muestra de roca es liberada del macizo rocoso y los esfuerzos que actúan sobre ella.

Algunas variantes directas del método Overcoring:

CSIR Doorstoper. USBM Medidor de deformacion. LNCE Triaxial Solid Inclusion Cell. CSIRO Triaxial Hollow Inclusion Cell.

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Introducción

El macizo rocoso se encuentra constantemente bajo esfuerzos tensiónales producto de la tectónica de placas, lo cual mantiene un constante dinamismo estructural en la geología del planeta.

Cualquier tipo de estudio, excavación, explotación de un yacimiento bajo algún método conocido, o hasta el asentamiento humano se encontrará bajo los efectos de estos esfuerzos.

Es por ello que el estudio in-situ donde estos actúan es importante para conocer el comportamiento del macizo, asegurando de esta manera, la seguridad en la ejecución de cualquier actividad.

La intervención humana producto de la actividad minera subterránea, genera una redistribución de estos esfuerzos en el macizo rocoso, Perdiéndose el equilibrio in-situ existente. De esta manera los esfuerzos presentes en la zona intervenida serán el resultado del estado de los esfuerzos iníciales (in-situ) y el estado de los esfuerzos inducidos por la excavación.

El objetivo de la investigación para nuestro caso es conocer y cuantificar las condiciones del terreno que puedan afectar la factibilidad, diseño, construcción y seguridad en toda obra minera.

Los ensayos Overcoring son métodos directos particularmente adecuados para mediciones precisas del estado de estos esfuerzos a poca profundidad.

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Métodos de Esfuerzos Overcoring

Su principal objetivo es determinar el esfuerzo in-situ de la roca a partir de un sondaje. La determinación del tensor tridimensional de esfuerzos se basa en mediciones de desplazamientos cuando una muestra de roca es liberada del macizo rocoso y los esfuerzos que sobre ella actúan. Los esfuerzos in-situ se calculan a partir de desplazamiento medidos y de propiedades elásticas de la roca.

Los esfuerzos in-situ depende de una serie de factores, tales como:

La topografía del terreno. La Erosión. Esfuerzos tectónicos residuales. El efecto de las discontinuidades, etc.

Algunos métodos directos del Overcoring son:

CSIR Doorstoper. USBM Medidor de deformación. LNCE Triaxial Solid Inclusion Cell. CSIRO Triaxial Hollow Inclusion Cell.

Doorstopper de Leeman (1971)

Uno de los métodos pioneros en la determinación de tensiones in situ y que aún hoy en día está bastante extendido.

Es una célula biaxial, desarrollada por el CSIR (Council for Scientific and Industrial Research) en Sudáfrica (Leeman).

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Ventajas

Rapidez de ejecución y menor tamaño requerido para el taladro de sobre perforación (diámetro y longitud).

Adecuado cuando la roca está fracturada, sometida a grandes tensiones ya que se necesita recuperar un testigo más corto.

Inconvenientes

Al igual que los demás métodos que trabajan con longitudes extensas, no se pueden emplear sumergido o en ambientes muy húmedos.

Dispositivo de Instalación y Doorstopper en primer plano.

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Pasos a seguir

Perforación de un agujero cilíndrico de unos 60 a 76 mm, hasta la posición en que se quiere hacer el estudio.

Se coloca la célula en el fondo del agujero, pegada a la pared. Ejecución del Overcoring. Las deformaciones son recogidas por las galgas del instrumento, y medidas al

mismo tiempo. Se extrae el instrumento junto con la porción de roca que quedaba dentro de la

corona cilíndrica, para determinar en el laboratorio las constantes elásticas. Son necesarios al menos 2 (generalmente se hacen 3) ensayos en 2 (3) agujeros no

paralelos para determinar las 6 componentes del tensor de tensiones. El fondo del agujero debe ser plano y estar. Limpio y seco; se requiere buena cementación.

USBM (United States Bureau of Mines) deformation gage

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Se determina el estado tensional de la roca midiendo la variación de tres diámetros de un taladro durante la sobre perforación.

En ensayos profundos, llevados a cabo desde excavaciones subterráneas, las medidas deben realizarse fuera de la zona de influencia de la excavación (no superiores a 30 mts, aunque se ha llegado a 70 mts.)

Al contrario que los métodos que utilizan extensómetros fijados a la pared del taladro, no se requiere que el taladro esté seco y se puede realizar en sondeos llenos de agua (del nivel freático o de la propia excavación).

Al ejecutar el Overcoring, las tensiones se liberan y se producen movimientos, recogidos por los botones y transmitidos a las galgas (cada 10 a 20 mm de penetración)

Es aconsejable continuar perforando hasta que los registros revelen que no aparecen variaciones sensibles en la longitud de los extensómetros al incrementar la profundidad.

La parte del material cortado se extrae para determinar, en el laboratorio, las constantes elásticas

El instrumento es reutilizable

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Triaxial Hollow Inclusion Cell La célula va equipada con tres rosetas, cada una de las cuales lleva tres o cuatro extensómetros que se adhieren a la pared del taladro. Sólo aplicable a rocas de comportamiento aproximadamente elástico y

homogéneo. Debe realizarse en una zona no fracturada Inconveniente: el anclaje de los extensómetros si la roca está mojada (conviene

entonces utilizar la célula USBM, por ejemplo).

Células Triaxiales

Determinación del estado tensional completo con una única medición (excepción: USBM deformation gage).

Perforación de un agujero cilíndrico de 86 a 140 mm de diámetro.

Perforación de un segundo agujero cilíndrico de menor diámetro (35 a 47 mm) concéntrico con el primero y a partir del fondo de éste.

Introducción de la célula triaxial en este segundo agujero.

Overcoring alrededor del segundo agujero y del mismo diámetro que el primero.

Extracción de la célula y del material que la rodea

Si es posible, el material extraído debe ser sometido a una carga de compresión que devuelva la muestra a sus dimensiones iníciales, siendo esta carga equivalente al estado tensional inicial, previo al corte

Extracción de muestras del material que rodea la célula para poder determinar en el laboratorio las constantes elásticas.

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Tipos de Células Triaxiales

Tipo N°1

Células en que las galgas extenso métricas se adhieren directamente a la roca mediante un adhesivo.

Leeman, CSIR, Sudáfrica Avance respecto a la célula biaxial, un único ensayo necesario Adhesión de las galgas a la pared de la perforación difícil si la superficie no es lisa Problemas con la humedad, fuentes de agua Modificación Interfels: introducir un cilindro plástico hueco que actúa como

refuerzo.

Tipo N°2

Células que consisten en un cilindro sólido en cuya superficie se encuentran adheridas las galgas extenso métricas; el propio cilindro sella el agujero (solid inclusión cell).

Rocha y Silverio, LNEC, Portugal Pueden usarse en condiciones húmedas Pierden efectividad durante el Overcoring debido a la rigidez de la célula y a las

tracciones y a las tensiones de corte que se producen durante el proceso

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Tipo N°3

Células consistentes en un cilindro hueco de paredes delgadas que se introduce en el agujero, sobre cuya superficie se encuentran adheridas las galgas; el propio cilindro sella el agujero (CSIRO hollow inclusión cell)

Rocha, LNEC, Portugal y Worotnicki y Walton, CSIRO, Australia Menor rigidez que las del Tipo 2 Llevan adheridas 9 o 12 galgas en rosetas de 3 Redundancia de resultados

Triaxial Hollow Inclusion Cell

La célula va equipada con tres rosetas, cada una de las cuales lleva tres o cuatro extensómetros que se adhieren a la pared del taladro.Sólo aplicable a rocas de comportamiento aproximadamente elástico y homogéneo.Debe realizarse en una zona no fracturada Inconveniente: el anclaje de los extensómetros si la roca está mojada (conviene entonces utilizar la célula USBM, por ejemplo)

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Triaxial Solid Inclusion Cell

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Conclusión

Hoy en día la minería exige un detallado análisis de todas las variables en juego involucradas en la vida de un proyecto, desde estudios de factibilidad hasta la operación misma.

Conocer variables del comportamiento de la roca y la interacción de esta con la infraestructura diseñada del proyecto, cobra real importancia a la hora de evaluar técnicamente la ejecución in-situ de este.

Es por ello que la medición de los esfuerzos presentes expuestos y la instrumentación necesaria para conocer esta variable en particular, asegurará que cualquier tipo de intervención sea lo más estable posible, resguardando de esta forma la integridad física de toda persona involucrada en el proyecto en ejecución.

Creemos que la formación de un Ingeniero de Ejecución en Minas de la Universidad de Antofagasta no basta con un conocimiento técnico de la instrumentación utilizada actualmente en minería, sino más bien con profesionales altamente preparados en la materia, lo que ello implica y lo más importante, la responsabilidad y seguridad que debe poseer todo Ingeniero de Minas.

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Bibliografía

Métodos de medida de esfuerzo in-situ, Universidad Nacional de Ingeniería, Lima, Perú, Leonel Sinche Gutierrez.

Tensiones y Técnicas In-situ, Universidad Politécnica de Catalunya

Enlace, http://dc-app3-14.gfz-potsdam.de/pub/guidelines/WSM_analysis_guideline_overcoring.pdf, Stress analysis from Overcoring data.

Enlace, http://www.hydrofrac.com/hfo_home.html, Method Overcoring.

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