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Ingeniería de minas
FACULTAD DE CIENCIAS
FISICAS Y MATEMATICAS
Universidad de Chile
INFORME DE PRACTICA II
MI5901
Alumno: Carol Shand Morales
Fecha de entrega: 12 de Abril del 2013
Profesor: Hans Gopfert H.
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INDICE
SUMMARY: ................................................................................................................................................... 3
RESUMEN: .................................................................................................................................................... 3
INTRODUCCIÓN: ........................................................................................................................................... 4
Objetivos Generales ................................................................................................................................. 5
Objetivos específicos ................................................................................................................................ 5
ANTECEDENTES: ........................................................................................................................................... 6
Estabilidad de taludes............................................................................................................................... 6
Factor de seguridad .................................................................................................................................. 7
Estabilidad global...................................................................................................................................... 7
Análisis de falla circular ............................................................................................................................ 7
DESARROLLO DE PRÁCTICA: ......................................................................................................................... 9
Presentación del trabajo a realizar: .......................................................................................................... 9
Metodología: ............................................................................................................................................ 9
Alcances del trabajo ............................................................................................................................... 11
Aplicación de las metodologías .............................................................................................................. 12
Resultados obtenidos ............................................................................................................................. 12
Softwares utilizados ............................................................................................................................... 12
ANÁLISIS DE RESULTADOS: ......................................................................................................................... 13
CONCLUSIONES: ......................................................................................................................................... 14
ANEXOS: ..................................................................................................................................................... 15
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SUMMARY :
The following report aims to present the results and work done in the period of working as a practice
student. This work took place in the period that extended for one month from January 12nd
to February
12nd
of 2012 in a Canadian Geotechnical consultant, Piteau. Do to the nature of work in a consultant
firm, no field work was required, so the main tasks at hand were those of administrative and
engineering nature. The main work done consisted of collaboration in the project pre-feasibility Analysis
by Piteau Chile of the Rosario Pit of the open-pit mine owned by the Minning Company Dona Ines de
Collahuasi.
Various fields of knowledge were required, such as: statistics, geometry, bench stability, etc. in order to
analyze the results provided of the kinematic analysis performed by Piteau. All further analysis were
performed under Piteau standards.
The work that was given consisted of various tasks such as the identification and measurement of angles
of real bench, construction of cumulative frequency curves and stability analysis, and some small but
fulfilling tasks that provided lots of information on new mining procedures and softwares.
This analysis were of the utmost importance due to the safety requirements.
RESUMEN:
El siguiente informe tiene por objetivo presentar las labores realizadas en el período de trabajo como
estudiante en práctica. Este trabajo se extendió por el período de un mes a contar del 12 de enero hasta
el 12 de febrero del año 2012, en la consultora Geotécnica de origen canadiense, Piteau. Debido a la
naturaleza del trabajo de las empresas consultoras, no se realizaron trabajos en terreno, así las tareas
realizadas consistieron en labores de colaboración en el desarrollo del proyecto de Análisis de pre
factibilidad a cargo de Piteau Chile para la Compañía Minera Doña Inés de Collahuasi.
Se requirieron diversos tipos de conocimientos como son: estadística, geometría, estabilidad de taludes,
etc. para poder analizar los resultados provenientes del análisis cinemático realizado por Piteau. Todo
análisis posterior fue realizado bajo los estándares de la empresa.
El trabajo realizado consistió en distintas labores, siendo algunas: la identificación y medición de ángulos
de banco real, la construcción de curvas de frecuencia acumulada y análisis de estabilidad, y algunas
tareas que, si bien no tenían tanta importancia a corto plazo, sirvieron para familiarizarse con nuevos
procedimientos mineros y nuevo software minero.
El análisis realizado se considera de gran importancia debido a su aporte a la seguridad de la faena.
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INTRODUCCIÓN:
Dentro del ámbito de la minería, una de las ramas que ocupa una gran importancia es la que involucra al
trabajo de las empresas consultoras. Estas empresas se encargan de realizar trabajos de asesoría en
diversos campos, siendo de gran utilidad para las grandes empresas mineras, ya que se tiene un mejor
control de las faenas en terreno y optimizando el trabajo de los ingenieros.
Una de estas consultoras es Piteau Associates, una empresa Canadiense que ha prestado servicios de
calidad en las áreas de geotecnia e hidrogeología a la industria minera por más de 30 años.
Sus áreas de especialización son:
- Mecánica de Rocas
- Hidrometalurgia
- Mecanica de suelos
- Evaluacion y Remediacion de sitios contaminados
- Ingenieria Geotecnica
- Geologia structural
- Fotogrametria
- Cartografia de Terreno
El equipo de trabajo está formado por un grupo multidisciplinario de ingenieros, geo científicos,
científicos ambientales y tecnólogos quienes dan un valor agregado a los miles de proyectos repartidos a
lo ancho del mundo.
El periodo de práctica se desarrolló en la antigua cede en Chile, ubicada en El Trovador 4285, piso 12,
Las Condes a pasos de Metro Escuela Militar. Dichas oficinas contaban con computadores de última
tecnología y un servicio de redes conectado directamente con la oficina central en Vancouver, Canadá.
La oficina estaba compuesta por 14 personas (incluyendo a los practicantes) donde 3 de los ingenieros
residentes se rotaban para ir a terreno a hacer labores de supervisión y a solucionar problemas de
diferentes índoles. También debían recolectar datos en terreno, los cuales posteriormente eran
analizados por el resto que permanecía en Santiago.
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OBJETIVOS GENERALES
Los objetivos generales fueron:
Aprender y familiarizarse con el ambiente laboral de este tipo de Empresas, ya que en
ocasiones anteriores se había prestado servicios a una empresa contratista que trabajaba en
terreno, por lo que se presentaba un ambiente de trabajo totalmente distinto y con nuevas
posibilidades de aprendizaje.
Prestar apoyo a la hora de resolver problemas, sean estos desde los más simples hasta los más
complejos, tratando en todo momento de asimilar la mayor cantidad de información y
conocimientos, aprovechando cada oportunidad de aprender.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Específicamente el trabajo consistió en:
Realizar correcciones a trabajos realizados por los ingenieros senior, aprovechando de
familiarizarse con los software utilizados en la empresa.
Trabajar en un estudio de estabilidad de talud en un Pit de la mina San Inés de Collahuasi,
terminando en una presentación profesional de los resultados obtenidos, junto con el estudio
comparativo entre datos teóricos y reales.
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ANTECEDENTES :
ESTABILIDAD DE TALUDES
Se comprende bajo el nombre de Talud cualquier superficie inclinada respecto a la horizontal como
consecuencia de la naturaleza o bien como acción de obras de ingeniería por parte del hombre. Los
taludes de construcción humana son generados con la pendiente más elevada que permite la resistencia
del terreno, manteniendo condiciones de estabilidad aceptables. El diseño de taludes es uno de los
aspectos más importantes de la ingeniería de minas, pues está presente en la mayoría de las
actividades extractivas. Para efectos de construcción pueden ser diseñados con un ángulo uniforme o
escalonado (ver anexo 1).
En el talud o ladera se definen los siguientes elementos constitutivos (ver anexo 2):
1. Altura: Es la distancia vertical entre el pie y la cabeza, la cual se presenta claramente definida en
taludes artificiales pero es complicada de cuantificar en las laderas debido a que el pie y la cabeza no
son accidentes topográficos bien marcados.
2. Pie: Corresponde al sitio de cambio brusco de pendiente en la parte inferior.
3. Cabeza o escarpe: Se refiere al sitio de cambio brusco de pendiente en la parte superior.
4. Altura de nivel freático: Distancia vertical desde el pie del talud o ladera hasta el nivel de agua medida
debajo de la cabeza.
5. Pendiente: Es la medida de la inclinación del talud o ladera. Puede medirse en grados, en porcentaje
o en relación m/1, en la cual m es la distancia horizontal que corresponde a una unidad de distancia
vertical.
La estabilidad de un talud está determinada por factores geométricos (altura e inclinación), factores
geológicos (que condicionan la presencia de planos y zonas de debilidad y anisotropía en el talud),
factores hidrogeológicos (presencia de agua) y factores geotécnicos o relacionados con el
comportamiento mecánico del terreno (resistencia y deformabilidad).
La combinación de los factores citados puede determinar la condición de rotura a lo largo de una o
varias superficies, y que sea cinemáticamente posible el movimiento de un cierto volumen de masa de
suelo o roca. La posibilidad de rotura y los mecanismos y modelos de inestabilidad de los taludes están
controlados principalmente por factores geológicos y geométricos.
Dado el nivel de conocimientos actuales las actividades a realizar fueron casi en su totalidad de análisis
geométrico.
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FACTOR DE SEGURIDAD1
El factor de seguridad mínimo controla la falla por capacidad de carga de un terraplén, talud o muro
sobre un suelo blando, a corto plazo, debe ser mayor que uno (FS ≥ 1). Para estratos potentes, el
colocarle una capa de refuerzo no aumentará el factor de seguridad más allá del calculado para un talud
sin refuerzo.
Para el caso donde se encuentren factores de seguridad menores que uno, será necesario llevar a cabo
un procedimiento de construcción muy cuidadoso, ejecutarlo por pasos, con bermas laterales,
particularmente en el caso de turbas o rellenos suaves.
Debe notarse que la compresión y la consolidación de los suelos blandos, una vez que el terraplén haya
sido construido, aumentará el factor de seguridad contra la falla por capacidad de carga al paso del
tiempo, por lo cual, la parte más crítica en la construcción de un terraplén sobre suelos blandos, será el
final de la fase de construcción.
ESTABILIDAD GLOBAL
La estabilidad global involucra a las fallas superficiales que se extienden a través de todo el cuerpo del
talud y por debajo del suelo. Debe siempre de realizarse un análisis global, de rutina, para todo tipo de
taludes.
Si ocurre una falla por estabilidad global en un talud, deberá suponerse que una falla por sobreesfuerzo
del material de refuerzo o una falla por adherencia contribuyeron al colapso del talud.
ANÁLISIS DE FALLA CIRCULAR
El análisis de la estabilidad global se facilita si se supone una superficie de falla circular. La metodología
de este tipo de análisis de taludes sobre suelos blandos es idéntica a la de Bishop modificada, la
diferencia radica en cómo usar dicho método.
En el análisis de estabilidad de talud hay cuando menos dos tipos de suelos diferentes. La fuerza T que
proporciona el refuerzo, en el punto de intersección de la superficie de la falla circular y el refuerzo,
proporciona un momento estabilizador adicional. La orientación que se le dé al vector en el cálculo de la
estabilidad puede variar entre 0 ≤ δ ≤ ψ. Aquí, el ángulo ψ es la orientación de la tangente del círculo en
la intersección con la capa de refuerzo.
1 sjnavarro.files.wordpress.com/2008/09/estabilidad-de-taludes.pdf
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Figura 1 Análisis de deslizamiento circular
Deben analizarse un gran número de círculos de falla potenciales, de manera rutinaria, para determinar
el círculo crítico y la magnitud del factor de seguridad mínimo que corresponda a ese talud.
La mayoría de los programas comerciales hacen este trabajo (SLIDE de RocScience), buscando siempre el
círculo crítico y el factor de seguridad mínimo; consideran una geometría simple, una carga
uniformemente repartida, un suelo homogéneo, un cierto tipo de material en el cuerpo del talud y un
nivel freático dado.
Se recomiendan los siguientes factores de seguridad mínimo para la estabilidad de talud:
Taludes intermedios: FS = 1.3.
Talud global: FS = 1.5
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DESARROLLO DE PRÁCTICA:
PRESENTACIÓN DEL TRABAJO A REALIZAR:
1. Se realizaron correcciones a estudios previos y otros trabajos de apoyo a menor escala, los
cuales sirvieron cómo primer acercamiento al trabajo en la empresa.
2. El trabajo de fondo fue la evaluación de la geometría actual a escala de banco del pit
Rosario de la mina Doña Inés de Collahuasi, con el objetivo de calibrar los resultados del
análisis cinemático realizado por Piteau.
METODOLOGÍA:
1. Uno de los trabajos de apoyo consistió en ayudar a crear una impresión clara de un plano
correspondiente a un túnel subterráneo, ya que era requerido en una presentación
importante (ver anexos finales).
Otro trabajo de apoyo fue terminar de crear una presentación de resultados obtenidos
mediante el software SLIDE, el cual entrega valores de factor de seguridad en taludes. Para
crear las presentaciones se tomó en cuenta que se vieran de manera clara el factor de
seguridad de los taludes, las anisotropías presentes en cada dominio, etc. (ver anexo 1).
Por último, se realizaron estudios de resultados obtenidos del software SLIDE. Se disponía
de varias corridas del software, las cuales entregaban valores de factor de seguridad en
taludes, y se debió hacer un catastro de estos resultados, para asegurar que las corridas no
hubieran fallado. Existía un criterio detallado acerca de las posibilidades de error en cada
resultado, estas son:
Thrust: Problemas con cambio en la dirección de esfuerzos en las dovelas. Solución:
Crear Tension-Crack en zona crítica.
Limit: Cuando la envolvente de falla se encuentra en el límite de la zona de
búsqueda. Solución: Mover los límites hacia afuera de modo de ampliar la zona de
búsqueda.
Se adjunta en los anexos algunas tablas donde se detalla el catastro de resultados.
2. Sobre el estudio de estabilidad en el Pit Rosario, se procedió a trabajar sobre un mapa de
curvas de nivel del Pit (ver anexo 7), en el cual se trazaron distintas líneas procurando que
estas fueran lo más perpendiculares posible a la cara de banco.
Se realizaron dos tipos de líneas:
Con separación de 15 a 30 metros (ver anexo 8).
Con separación de 5 metros (ver anexo 9).
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La razón de usar éstas dos separaciones es que en un principio, al sólo tomar en cuenta una
separación de 15 a 30 metros, no se obtenía un número representativo de ángulos de
bancos necesarios para el estudio, por lo que se procedió a disminuir el rango de separación
entre línea y así multiplicar el número de resultados posibles.
Dichas líneas trazadas fueron agrupadas según el sector donde se encontraban, tomando en
cuenta el dipdir de ellas, utilizando un criterio de un rango de ±20º. Además del sector
angular previamente mencionado, se tenían 6 zonas conocidas como sectores cinemáticos
(ver anexo 10), por lo que cada línea fue definida tanto por su sector cinemático como por
su ángulo dipdir.
Ya con las líneas identificadas y definidas, fue posible, mediante herramientas de AutoCAD,
extraer las coordenadas del punto de origen y final de cada línea. Dicha información fue
ingresada a una Macro de Excel (ver anexo 11), el cual, haciendo uso del archivo de origen
de AutoCAD y junto con las coordenadas ingresadas, generó perfiles del Pit en función de
las curvas de nivel. Estos perfiles fueron agrupados según las zonas cinemáticas antes
mencionadas. Y nuevamente, se generó otro orden, esta vez considerando los ángulos
también definidos previamente (ver anexos 12 y 13).
Luego se procedió a la medición de ángulos de banco por medio del software AutoCAD. En
cada archivo creado, se realizaron líneas paralelas cada 15 metros, ya que esta es la altura
de banco por diseño (ver anexo 14). Así se tenían definidos los bancos teóricos.
Como en la realidad los taludes no se comportan de manera perfecta, fue posible observar
el deterioro sufrido por éstos, ya sea por derrumbes o por el paso de camiones. Este
deterioro se veía reflejado en que a veces no se alcanzaba la cota esperada de talud (por
motivos de derrumbes, erosión, etc.) y en otras ocasiones la cota era sobrepasada (por
motivos de caída de rocas y acumulación de residuos).
A continuación se detalla el método de medición de ángulo de cara de banco real:
Se realiza una línea desde la cara de banco hasta la berma, obteniéndose de esta
forma el banco real, previo a la acumulación de material a la ladera del banco (ver
anexo 15).
Luego de generada esta línea, se traza otro segmento, esta vez desde la cresta del
banco hasta la intersección entre la línea creada anteriormente y la paralela a 15
metros (ver anexo 15).
Por último se mide el ángulo comprendido entre las líneas trazadas.
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Cabe destacar que este método debía regirse bajo cierto criterio. Este era que si existía un
ángulo menor a 15° entre la cresta del banco y la paralela superior, se debería extender la
línea inferior que define el ángulo hasta el punto de intersección con la paralela. Esto se
explica porque al haber ángulos tan bajos estos podrán acarrear nuevos derrumbes, por lo
que es necesario realizar el estudio anticipando la nueva geometría del sector (ver anexo
15).
Se realizó el catastro de todos los ángulos obtenidos mediante este método (ver anexo 16).
Para poder hacer un análisis estadístico de estos resultados se realizó una gráfica de la
frecuencia acumulada de éstos para ser comparada con los gráficos obtenidos de forma
teórica.
La comparación fue realizada mediante el software Grapher 9, el cual permitió hacer
gráficos comparativos de 4 curvas de resultados:
Frecuencia acumulada resultados a 30 metros.
Frecuencia acumulada resultados a 5 metros.
Frecuencia acumulada resultados documentados de la minera.
Frecuencia acumulada resultados teóricos.
El orden de resultados obtenidos alcanzó en algunos casos a más de 700 mediciones,
comparando con los documentados por la minera (alrededor de 20-30 mediciones), se
esperaba realizar un estudio representativo de los ángulos de banco (ver anexo 17).
El criterio de comparación adoptado corresponde a utilizar el 50% del valor teórico, y el 35%
del valor real.
Con toda esta información se realizó una presentación en PowerPoint exponiendo los
resultados obtenidos. El criterio de aceptación de los resultados constó en un rango de ±5°
entre el 50% teórico y el 35% real, así los valores que se encontraron fuera del rango
aceptable pasaron a análisis de peaks, el cual busca explicar el porqué de estas
irregularidades (ver anexo18).
ALCANCES DEL TRABAJO
El trabajo realizado formó parte de las presentaciones a la Compañía Minera Doña Inés de Collahuasi, la
cual, mediante su feed-back, entregaría las recomendaciones pertinentes de acuerdo a los resultados
obtenidos, pudiendo tomar las medidas de seguridad necesarias para asegurar una explotación segura
del Pit Rosario
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APLICACIÓN DE LAS METODOLOGÍAS
Un pilar muy importante fue el apoyo entregado por otro ayudante en práctica de la facultad, con el
cual se avanzó el trabajo en conjunto, pudiendo así terminar en la mitad del tiempo y avanzando con
dos puntos de vista distintos y dos maneras distintas de abordar los problemas. Además, debido al
carácter repetitivo del trabajo, alguno de los dos podía encontrar las falencias del otro y así no llegar con
valores erróneos al proceso de análisis de los resultados.
Se utilizaron algunos de los conocimientos obtenidos en la carrera, como son los del ramo Mecánica de
Rocas (estabilidad, criterios de falla Mohr-Coulomb, Hoek and Brown, etc.) y también de algunos ramos
de estadística.
RESULTADOS OBTENIDOS
Se detalla de manera clara los resultados en el informe presentado que se adjunta en los anexos, pero
como nota final, se obtuvo que de los 20 sectores cinemáticos en los que se trabajó, se encontraron
resultados satisfactorios en 12 de ellos (ver anexo 19).
SOFTWARES UTILIZADOS
- Microsoft Excel 2010
- Autodesk AutoCAD 2010
- DIPS RocScience
- Grapher 9
- Rhino ceros
- SLIDE RocScience
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ANÁLISIS DE RESULTADOS:
Como es posible observar en el anexo 19, los resultados satisfactorios, en general, corresponden a los
obtenidos con la mayor cantidad de mediciones, aunque hubo casos en que, a pesar de la gran cantidad
de datos obtenidos, los ángulos no correspondían a los esperados según la teoría. Sin contar estos casos,
es posible inferir que fueron necesarios por lo menos 200 datos por sector cinemático para que la
gráfica de frecuencia acumulada se asemejara de mejor forma a la frecuencia acumulada teórica.
Mediante el análisis de peaks fue posible encontrar la causa de las contrariedades entre los resultados
teóricos y reales. Estos se deben, en su mayoría, a la generación de fallas planares y a la inestabilidad de
múltiples cuñas.
Los informes y presentaciones realizados fueron un gran acercamiento al trabajo con software minero
que no se presenta en la facultad (al menos hasta el momento de realizar la práctica), por lo que
incrementa los conocimientos y aporta a la formación.
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CONCLUSIONES:
El estudio realizado permitió obtener resultados satisfactorios en el 60% de los sectores cinemáticos, lo
cual, dado la baja expertiz del equipo a cargo, es un resultado esperado y valorado. Los resultados que
no fueron los esperados se debieron a una falta de información no controlada.
Lamentablemente la falta de información en ciertos sectores cinemáticos se debió a que estos
presentaban muy pocos bancos presentes, por lo que el aumento de información era prácticamente
imposible. Mientras que los sectores con mayor información responden a la orientación preferencial de
los bancos en esa dirección.
En los casos satisfactorios se logró acercar la curva de frecuencia acumulada a los valores esperados
según la teoría.
Debido al equipo de trabajo (dos practicantes de la facultad) se logró un trabajo metódico y riguroso,
pudiendo ampliar el rango de trabajo sin tener que perder tiempo ni recursos.
La decisión de expandir el estudio a líneas generadas cada 5 metros fue acertada, ya que permitió
aumentar el rango de estudio y obtener gráficos de frecuencia acumulada que se acercaron mucho más
a lo esperado según la teoría.
Gracias al constante monitoreo de los ingenieros senior, el trabajo realizado se rige bajo los mejores
estándares internacionales, y la información obtenida aporta información relevante para futuras
referencias ya sean del departamento de Ingeniería de Minas como del alumnado.
Como conclusión final, la experiencia de trabajo en una consultora fue totalmente distinta a la previa
experiencia en terreno, si bien en terreno se tiene un control exacto de las frentes y de los trabajadores,
en consultoría el trabajo realizado abarca una gama mayor de aspectos, por lo que las oportunidades de
aprendizaje incrementan. El ambiente de trabajo también es mucho más grato y acogedor, con 100% de
disposición de enseñar y también de aprender.
Cabe mencionar que el que la empresa cuente con personal extranjero es también una oportunidad de
aprendizaje, ya que se pudo practicar el inglés tanto coloquial como técnico, así como poder participar
de clases de inglés que son política de la empresa.
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ANEXOS:
Anexo 1 Presentación resultados SLIDE
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Anexo 2 Partes de un banco (Criterio Piteau)
Anexo 3 Elementos Geométricos de un talud
17
Anexo 4 Elementos de Talud
18
Anexo 5 Tipos de Talud
Anexo 6 Estabilidad de Talud
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Anexo 7 Pit Rosario: Etapa actual en azul, proyección final en gris
Z-
3775
Z-
3895
Z-
4015
Z-
4135
Z-
4255
Z-
4375
Z-
4495
Z-
4615
Z-
4735
Z-
4855
1434
m
20
Anexo 8 Pit Rosario: Trabajo en AutoCAD, cortes a 15-30 metros
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Anexo 9 Pit Rosario: Trabajo en AutoCAD, cortes cada 5 metros
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Anexo 10 Sectores cinemáticos Pit Rosario
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Anexo 11 Macro utilizada para generar los cortes en AutoCAD, creada por Piteau.
Anexo 12 Carpetas creadas para ordenar cortes por sector cinemático
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Anexo 13 Carpetas creadas para ordenar cortes por dirección dip-dipdir
Anexo 14 Trabajo en AutoCAD, medición de ángulos de banco
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Anexo 15 Detalle criterio ángulo de banco
Anexo 16 Catastro ángulos de banco
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Anexo 17 Gráfico Grapher 9 Frecuencia Acumulada
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Anexo 18 Figura análisis de peak
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Anexo 19 Tabla resultados por sector cinemático (resultados satisfactorios en verde)