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COMPORTAMIENTO SÍSMICO DE
INSTALACIONES EN EL INTERIOR DE CAVERNAS
XI Congreso Chileno de Sismología e Ingeniería Sísmica – ACHISINA 2015
Jaime Herrera Covarrubias
Patricio Pineda Nalli
Santiago de Chile – 18 al 20 de Marzo
PPN INGENIERÍA
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MOTIVACIÓN
Chile país con mega proyectos mineros y gran
cantidad de instalaciones en cavernas
Mina Chuquicamata
Subterránea
Nuevo Nivel Mina
Proyecto Producción(1) Inversión
Andina Fase II 680 ktpa US$6.808
320 ktpa US$4.200
434 ktpa US$3.424
(1) Toneladas de cobre fino al año
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MOTIVACIÓN
Mina Chuquicamata
Subterránea
Nuevo Nivel Mina
Proyecto Túneles
Andina Fase II 50km
1.020km al año 2060
2 x 9km
“1.200 km de túneles
en los próximos 5
años (Codelco)”
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ALCANCES
Conocer las instalaciones en cavernas
Fuera del Alcance
Túneles y cavernas (macizo rocoso)
Planteamiento del Tema
Metodología de análisis
Conclusiones y recomendaciones
Evaluar comportamiento sísmico en cavernas
versus superficie.
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NIVELES DE EXPLOTACIÓN
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ACCESOS PRINCIPALES
Personal Correas
6.00
7.507.50
6.003.50
2.50 1.00.52.501.03.28 3.14 0.60
40 - 50
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CHANCADO PRIMARIO
Alimentadores de Correas
Sala Sistema Motriz
Transformadores
Sala Eléctrica
Chancador de Cono
Picarroca
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PIQUES DE TRASPASO DE MINERAL
Sala Sistema Motriz
Sala Eléctrica
Piques de Traspaso
Alimentador de Correa
120 mts
8 mts
20 mts
10 mts
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CHANCADO SECUNDARIO
Harnero Tipo Banana
Chancador MP-1000
Alimentador de Correa
Haulage I
Haulage II
Tolva Almacenamiento
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CORREAS TRANSPORTADORAS
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ÁREA DE CHANCADO
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MOLINO UNITARIO
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INSTALACIONES EN CAVERNAS
Estructuras metálicas
Correas transportadoras
Molinos
Áreas de chancado: primario-secundario
Plantas de hormigón
Barrios cívicos: casinos, comedores,
habitaciones
Salas eléctricas
Sistemas de soportes de cañerías
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CLASIFICACIÓN DE OBRAS SUBT.
Superficiales: H < 3D (Hoek, Carranza, Corkum,
2002)
H: profundidad
D: diámetro caverna
Profundas: H > 100m (Sharam y Judd, 1991)
Intermedias
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ORIGEN DEL TEMA
Preguntas de proyectos:
“¿Se usa NCh2369 o Estudio de Riesgo sísmico?”
“¿Hay norma que aborde el comportamiento de
infraestructuras subterráneas?”
“¿Hay información suficiente disponible?”
“¿Hay amplificación de suelos?”
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DISEÑO ACTUAL EN CAVERNAS
Paso 1: Definición del Ambiente Sísmico
Estudio de Riesgo Sísmico
Definición del Terremoto de
Diseño
Parámetros del suelo
(Movimiento)
Paso 2: Evaluación de la Respuesta Dinámica
del Suelo
Fallas del Suelo
Dinámica de Suelos y
Deformaciones
Paso 3: Evaluación de la Respuesta Dinámica
de la Estructura
Combinaciones de Cargas
Respuesta de la Estructura a
Deformaciones de Suelo
Diseño Sísmico Especial
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DISEÑO ACTUAL EN CAVERNAS
En Chile, no existe una norma que aborde el
comportamiento de infraestructuras
subterráneas.
Diseños se realizan con NCh2369.Of2003.
Uso de registros y espectros en superficie.
Consideran efectos dinámicos de superficie y
de sitio.
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METODOLOGÍA DE ANÁLISIS
Análisis teórico de propagación de ondas
Incorporación de registros sísmicos
Registros de aceleraciones del sismo de
Chile en 1985 (UTFSM, roca)
Se consideran estratos rocosos con
vs=1500m/s (promedio).
Uso de modelos simplificados, consideraciones
especiales para cada proyecto
Métodos geofísicos y geotécnicos más
sofisticados (fuera de este alcance)
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MARCO TEÓRICO
Sismología:
Propagación de una onda tridimensional
Relación tensión-deformación:
Ondas de cuerpo: P (compresión) y S (corte)
Ondas superficiales: amplitud decrece
exponencialmente en profundidad
Forma
Generalizada
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MARCO TEÓRICO
Coeficientes Cij, constantes elásticas del material
Condición de material isotrópico:
Finalmente, con las reducciones:
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MARCO TEÓRICO
Ecuaciones de movimiento
(sólido elástico tridimensional):
Relación de
Velocidades:
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AMPLIFICACIÓN DINÁMICA DEL SUELO
Amplitud del movimiento en el depósito:
Solución completa:
Condiciones
de borde:
Amplitud absoluta:
Aceleración absoluta:
Aceleración en superficie:
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AMPLIFICACIÓN DINÁMICA DEL SUELO
Roca basal – superficie: Factor de amplificación:
Módulo:
Frecuencias de resonancia:
Períodos fundamentales:
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COMPORTAMIENTO EN CAVERNAS
Registros disponibles en superficie (normas
consideran estos registros).
Ondas de cuerpo (P y S) en estratos de suelos,
afectas a amplificación dinámica.
Ondas superficiales decaen rápidamente en
profundidad.
Instalaciones subterráneas afectas solo a ondas
de cuerpo (Marchant and Weir, 2002).
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COMPORTAMIENTO EN CAVERNAS
Aceleraciones y velocidades peak decaen
rápidamente en profundidades (primeros 10m):
D.W. Sykora & Y. Moriwaki (1996).
No se analizan causas (decaimiento) en este
trabajo.
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MODELOS CONSIDERADOS (ANÁLISIS)
Sin degradación, amortiguamiento 2%.
Seis modelos con registros en roca.
Geometría
representativa: Estratos del modelo:
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MODELOS CONSIDERADOS (ANÁLISIS)
Características de los modelos:
Variantes del modelo:
Velocidad de ondas de corte (Vs) del estrato
Registro de aceleraciones (estaciones)
Aceleración peak del registro
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MODELOS CONSIDERADOS (ANÁLISIS)
Variantes del modelo:
Objetivos/verificaciones:
- Independencia de
resultados.
- Comportamiento
común para varios
registros y diferentes
condiciones.
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RESULTADOS DE LOS MODELOS
Quintay:
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RESULTADOS DE LOS MODELOS
Las Tórtolas:
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RESULTADOS DE LOS MODELOS
Rapel:
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RESULTADOS DE LOS MODELOS
UTFSM:
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CONCLUSIONES - MODELOS
Diferentes registros, resultados distintos en
valores, pero comportamiento similar.
Hay tendencia a reducir aceleraciones
máximas en profundidad.
Con variación de velocidades comportamiento
similar, pero decaimiento de aceleraciones
mas lento.
Hay una reducción de aceleraciones a
mayor profundidad.
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CONCLUSIONES - MODELOS
Al variar aceleraciones
peak, comportamiento
es similar.
Reducción de
aceleraciones peak
cercana al 30%.
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CONCLUSIONES FINALES
Reducciones de aceleraciones del orden de
30% (superficie) a los 60m de profundidad.
Aceleraciones bajo esta profundidad se
mantienen constantes.
Diseño sísmico en cavernas es menos
exigente.
Reducción de aceleraciones:
75% (NCh2369 - 5.8.1) < parámetro estudio
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CONCLUSIONES FINALES
Alta sismicidad en Chile, tasas de daños
menores que en instalaciones superficiales
En algunos casos el diseño no es controlado
por el sismo:
“Detonaciones, evaluar distancias a la fuente
y efectos”
“Vibraciones por operación de equipos”
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RECOMENDACIONES
Disponer de parámetros que caractericen el
suelo.
Registros sísmicos de la zona en estudio.
Evaluar detonaciones versus sismos, en
función de distancias a la fuente y efectos.
Identificar fallas geológicas y alteraciones
del macizo rocoso para evaluar efectos.
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GRACIAS POR SU ATENCIÓN
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