PRIMERAS JORNADAS DE GESTION DE ACTIVOS & EFICIENCIA ENERGETICA

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DISEÑO DE REVESTIMIENTOS

PARA ESTALLIDOS DE ROCA

Michel Van Sint Jan F.

Profesor de Ingeniería Geotécnica

Pontificia Universidad Católica de Chile

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CONTENIDO• Qué es un estallido de rocas.

• Objetivos del soporte o revestimiento

• Comportamiento del terreno

• Requisitos del revestimiento

• Elementos (materiales) de soporte

• Sostenimiento para minería profunda

• Ensayos

• Consideraciones sobre procedimientos de diseño

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Proceso de Hundimiento (Caving) en minería subterránea

Undercut Level

Production Level

Pre-Undercut Panel Caving

Undercut Level

Production Level

Conventional Panel Caving

Undercut Level

Production Level

Pre-Undercut Panel Caving

Undercut Level

Production Level

Conventional Panel CavingMINERÍA PROFUNDA, TENSIONES ELEVADAS

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4

RUPTURA DEL MACIZO

Evento sísmico

ESTALLIDOS DE ROCA

ACTIVIDAD MINERA

DAÑO EN EN TÚNELES

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ESTALLIDOS DE ROCA

Falla frágil y violenta (en roca dura y con tensiones elevadas) = sismo

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6

DAÑOS

ESTALLIDOS DE ROCA

Falla frágil

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7

SISTEMA DE SOPORTE EN TÚNELES

Sujetar (los bloques o el elemento de retención)

Retener el material entre los anclajes

REVESTIMIENTOSANCLAJES

Hormigón o malla metálica

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OBJETIVO DEL REVESTIMIENTO:

CONTROL DE GRIETAS (Túnel a presión, aducción)

CONTROL DEL TERRENO (DESPLAZAMIENTOS)

SOPORTE DEL TERRENO (RESISTENCIA)

DISEÑO ESTRUCTURAL:

EVALUAR CARGAS SOBRE EL REVESTIMIENTO

EVALUAR LA CAPACIDAD DEL REVESTIMIENTO:

RESISTENCIA

DESPLAZAMIENTO

Tipo de cargas del terreno y condiciones de bordeMomento y fuerza axial en las secciones críticas

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Falla por estallido de rocas.

Objetivos del revestimiento: Permitir deformación controlada, evitar colapso del túnel

Malla + costura con cable + pernos

Malla y pernos

Falla frágil

EL SISTEMA COMPLETO DEBE RESISTIR

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DISEÑO ACEPTABLE

ELEMENTOS DE SOPORTE

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Pernos (de Barra Helicoidal).

Pernos, placa y tuercasPernos, placa y tuercas

Tensado con cilindro hidráulico

Tensado con llave de torque

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El anclaje exterior de los cables trenzados se realiza con cuñascónicas, las que se cierran por la misma tensión que ejerce el cable.

El cabezal externo debe apoyarse en una fundación de hormigón, sobre un muro, o sobre una viga de hormigón.

CABLES DE ACERO.

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www.excelenciaenmineria.uc.clMalla tejida

Malla soldada

Tiras metálicas

Malla metálica

Cuidar unión de los traslapos

Aguas ácidas

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+ Malla soldada

+ Malla soldada y cerchas de reticulado

+ Cerchas metálicas

SHOTCRETE +

SHOTCRETE

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Shotcrete con fibra

Fibra metálica Fibra sintética

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SOLICITACIÓN

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¿Cuál es la solicitación?

-0,2

-0,1

0

0,1

0,2

0 0,1 0,2 0,3 0,4

Time (s)

Ve

locity (

m/s

) .

Vx Vy Vz

Tiempo

Aceleración

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REQUISITOS DEL SISTEMA DE SOPORTE PARA CARGAS DINÁMICAS:

•CAPACIDAD DE ABSORCIÓN DE ENERGÍA DUCTILIDAD

•TODO EL SISTEMA DEBE FUNCIONAR (BUSCAR EL ESLABÓN MÁS DÉBIL)

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Deformación de fluencia del acero = 0,002*Longitud libre.Si LL=5m, fluencia con D=1cm. Estrangulamiento (necking) →Rotura con D≈5cm.FALTA DUCTILIDAD

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Modo de falla de las placas en un estallido de rocas.

Estudio en laboratorio de la capacidad de las placas bajo las condiciones de deformación observadas en terreno.

Tesis de Miguel Palape.COMPORTAMIENTO DE LAS PLACAS METALICAS.

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Laboratory folding tests

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DURABAR

CONE BOLTS

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ENSAYOS DE PANELES

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Absorción de energía de Mallas

Desplazamiento

(cm)

Desplazamiento (cm)

Carg

a (

kN

)E

ne

rgía

(kJ

)

Malla A

Malla B

Malla B

Malla A

Biela

Típicamente: rotura de una hebra en contacto con la placa.

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26

Vista inferior a 11,5 ton

ENSAYOSPANELES DE SHOTCRETE REFORZADO CON FIBRA SINTÉTICA

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Deformación al Centro

0

5

10

15

20

25

30

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Deformación (cm)

Carg

a (

ton

)1B

2A

2B

3A

3B

4A

4B

Malla

6,0

6,75

9,0

PANELES DE SHOTCRETE

Fibra sintéticaKg/m3

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Ensayos dinámicos: alternativas de ensayo

Simple: ensayo de impacto

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W=100Kg

H=50m

Área = 2mx4m=8m2

E = 49 kJ

O bien E = 6 kJ/m2

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Ensayos dinámicos: alternativas de ensayo

Elaborado: ensayo inercial

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ANÁLISIS

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33

Comportamiento de la malla metálica

Modelo 3-D para análisis numérico

Aspecto de la malla cargada

qz

qy

qx

qz

qy

qx

Fuerza

Deformación

S. Boldrini.

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34

Comportamiento malla tejidaComparación entre ensayos y

resultados del modelo

Alambre:

5mm de diámetro

fy =10kN

Rombos de 14X16 cm

según las diagonales

S. Boldrini.

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Mr, vo

MODELO PARA CALCULAR EL REVESTIMIENTO:

Un sistema de varios grados de libertad, sometido a una carga impulsiva.

El diseño se debe hacer considerando todo el sistema, no solamente la capacidad de absorción de energía de los componentes por separado.

Mr

MsX1

Cb /2 Cb

/2

X2

kb

/2

kb

/2

ks C

s

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CALIBRACIÓN

RESULTADO DE UN ENSAYO DE IMPACTO

Ws (t) Wr (t) Vo (m/s) Fys (t) Uys (cm) Urs (cm) Fyb (t) Uyb (cm) Urb (cm)

0.13 0.565 6.2 4.2 2.5 25 50 0.1 50

RESULTADO DEL MODELO

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0

1

2

3

4

0 0.005 0.01 0.015

Time (sec)

Flexión del shotcrete (cm)

Elongación de pernos (cm)

Fuerza en el shotcrete (tons)

Ws (t) Wr (t) Vo (m/s) Fys (t) Uys (cm) Urs (cm) Fyb (t) Uyb (cm) Urb (cm)

0.43 1.0 4.2 4.2 2.5 20 24 0.1 2

SOPORTE RÍGIDO

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0

2

4

6

8

10

0 0.02 0.04 0.06 0.08

Time (sec)

Flexión del shotcrete(cm)

Desplazamiento de los pernos (cm)

Fuerza en el shotcrete (tons)

Ws (t) Wr (t) Vo (m/s) Fys (t) Uys (cm) Urs (cm) Fyb (t) Uyb (cm) Urb (cm)

0.43 1.0 4.5 4.2 2.5 25 24 0.1 10

COMPORTAMIENTO DE UN REVESTIMIENTO DÚCTIL

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Modelo N°1; Caída Libre Modelo N°2; InercialModelo N°3; Pulso de

Aceleración

COMPARACIÓN NUMÉRICA DE ALTERNATIVAS DE ENSAYO

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Comparación numérica de diferentes ensayos

Time

Fo

rce

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.120

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

tiempo (s)

Fuerz

a e

n la M

alla

(to

n)

Fuerza en la Malla vs. Tiempo

Impacto Directo (v0=6.2m/s)

Villaescusa (v0=5m/s)

Pulso (v0=3m/s)

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.120

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

tiempo (s)

Despla

zam

iento

(m

)

Desplazamiento de la Malla vs. Tiempo

Impacto Directo (v0=6.2m/s)

Villaescusa (v0=5m/s)

Pulso (v0=3m/s)

Tiempo

Dis

pla

cem

en

t

Impácto Vo=6,2m/sInercial Vo=5m/sPulso Vo=3m/s

Impácto Vo=6,2m/sInercial Vo=5m/sPulso Vo=3m/s

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DESAFÍOS DEL DISEÑO:

DEFINIR LA SOLICITACIÓNANALIZAR EL COMPORTAMIENTO DEL SISTEMADEFINIR LOS CRITERIOS DE ACEPTACIÓN

imax

iri

u

uFS

,

,

imax

ir

F

F

iFS,

,RESISTENCIA

DESPLAZAMIENTO

FACTOR DE SEGURIDAD

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GRACIAS