Modelo de esfuerzos in-situ para Chile y su incidencia en el diseño minero subterráneo

Abstract

Los esfuerzos in situ son aquellos que son intrínsecos del macizo rocoso y se dividen en esfuerzo tectónico y gravitacional. Estos son una de las condiciones iniciales más importantes para estimar las solicitaciones que pueden desarrollarse en una obra de ingeniería de rocas. El buen conocimiento permite diseñar adecuadamente las labores mineras, obteniendo así excavaciones estables y más seguras. El objetivo general de este trabajo es desarrollar una metodología que permita ajustar estadísticamente un modelo representativo de una base de datos de mediciones de esfuerzos in situ, junto con relacionarlo con el tectonismo de la región. La metodología propuesta para establecer el modelo de esfuerzos in situ queda dada por cuatro partes: 1. Filtrar la base de datos, usando el criterio de Chauvenet para la carga litostática y la regresión lineal del criterio de Mohr-Coulomb. 2. Formar el modelo sujeto a tres restricciones: intervalo de confianza del criterio de Mohr-Coulomb, primer invariante de esfuerzos y razón de esfuerzos b=(σ_2-σ_3)/(σ_1-σ_3). 3. Plantear una serie de modelos que se diferencian en su cantidad de parámetros. La función objetivo se define a partir de los errores cuadráticos entre los esfuerzos principales del modelo y la base de datos. Para identificar el modelo óptimo se utiliza selección estadística de modelos. 4. Calcular las orientaciones para el modelo seleccionado. Los modelos obtenidos se comparan con modelos propuestos por otros autores y aceptados en la literatura. Esta comparación entrega magnitudes y orientaciones de los esfuerzos consistentes, lo que permite concluir que la metodología presentada estima adecuadamente el comportamiento de la base datos. La siguiente tabla presenta el tensor de esfuerzos obtenidos para Chile y Canadá. Chile Canadá Grad. [MPa/m] Inter. [MPa] Grad. [MPa/m] Inter. [MPa] EN 0,002 0,000 0,002 0,121 EV 0,010 0,309 0,005 0,000 NV 0,007 0,235 0,006 0,000 EW 0,021 9,462 0,020 10,387 NS 0,011 5,648 0,028 18,200 V 0,027 0,000 0,026 0,000 Se evalúa el impacto de los esfuerzos in situ en el diseño de diversas labores mineras subterráneas, tales como pilares, caserones y galerías. Las variables utilizadas para medir el impacto son: la carga promedio sobre el pilar, la magnitud de la sobre-excavación en caserones, la zona fracturada en túneles y el impacto en el diseño de soporte en galerías. Los resultados ilustran que cuando los esfuerzos presentan un comportamiento hidrostático la estabilidad de las excavaciones es mayor. Se aprecia que las tendencias obtenidas en función de la razón de esfuerzos horizontales y verticales (k), son lineales para pilares, caserones y túneles. En el caso del soporte el espaciamiento de los pernos disminuye y el espesor de shotcrete aumenta, a medida que aumenta la razón de esfuerzos k. Parte de este análisis demuestra que existen diversos factores que afectan el diseño de labores mineras, sin embargo, es importante como paso inicial y base conocer el estado preexistente en la roca y sus propiedades geomecánicas.