Esfuerzos en tuberías enterradas, en función de las propiedades mecánicas del suelo, frente a tronaduras

Abstract

La realización de tronaduras en las proximidades de tuberías enterradas, plantea un desafío significativo para la industria minera, en busca de priorizar y garantizar la integridad estructural de toda estructura cercana perteneciente a la faena, las normativas actuales, imponen límites estrictos en los valores de velocidad peak de partícula inducida en estructuras cercanas, restringiendo el diseño óptimo de tronaduras y por ende aumentando los costos operativos. En base a la buena respuesta ante deformaciones de los mineroductos actuales, este estudio tiene como objetivo establecer límites más permisivos de PPV que aseguren el buen funcionamiento de los mismos, mediante simulaciones en elementos finitos en conjunto con la aplicación de los criterios de daño presentes en el código ASME B31.4.

Para realizar este estudio, se desarrolla un modelo de elementos finitos 3D que representa la respuesta mecánica de una tubería API 5L X60 de tamaño 8 5/8, ante la transmisión del pulso generado por una tronadura de carga única cercana. Se simularon pulsos con tres extensiones transversales en cinco tipos de macizos rocosos, evaluando el esfuerzo de von Mises y deformación porcentual en la tubería. Esto último por el uso de estas magnitudes al aplicar los criterios de diseño presentes en el código ASME B31.4, empleados para limitar a los esfuerzos presentes en la misma.

Como resultados más importantes, se determinaron las velocidades peak de partícula máximas admisibles en la zanja, según cada criterio, para todos los macizos rocosos en los distintos escenarios simulados, además de estimar la ubicación aproximada de la tronadura que generaría el pulso simulado con respecto al mineroducto. Los resultados destacan al criterio de sobre esfuerzos transientes, basado en la magnitud del esfuerzo generado en la tubería, como el criterio a emplear a la hora de evaluar los efectos que una tronadura tendrá en un mineroducto cercano. El esfuerzo de von Mises se instaura como el parámetro clave para delimitar las velocidades peak de partícula generadas por la tronadura.

El análisis de los resultados, evidencia el impacto que las constantes elásticas del suelo, principalmente el modulo de elasticidad, tienen sobre los esfuerzos máximos experimentados por el mineroducto ante la propagación del pulso originado por tronadura. Resaltando la importancia de determinar con la mayor precisión posible las constantes elásticas del suelo, teniendo en consideración la calidad del macizo rocoso.

Finalmente, los resultados obtenidos en este estudio permitirán guiar futuros procesos de tronadura en condiciones similares de carga única. Por otro lado, el modelo computacional desarrollado ofrece la capacidad de simular a futuro diversos escenarios de tronadura con mineroductos cercanos.