Sondajes Geotécnicos con Testigos Orientados UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Geológica, Miner
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Sondajes Geotécnicos con Testigos Orientados
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Geológica, Minera y Metalúrgica
Mecánica de Rocas II
Sondajes Geotécnicos con Testigos Orientados
Datos Generales: PROFESOR:
Ing. Córdova Rojas David. ALUMNO: Martínez Velarde Alfredo Eduardo CÓDIGO: 20112063I
20/11/2015
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Sondajes Geotécnicos con Testigos Orientados 2
ÍNDIC E
I. II. III. IV. V. VI. VII. VIII. IX. X.
Introducción Ingeniería geotécnica Tipos de orientación de testigos Procedimientos para la medición de testigos orientados GeoCalculator para procesar la data de los testigos Ploteado estereográfico manual de testigos orientados Interpolación de la data del taladro de perforación Detección y control de errores Conclusiones Bibliografía
3 4 5 8 15 17 21 22 27 28
I.
INTRODUCCIÓN
En la perforación de un testigo no orientado (comúnmente de 3 metros de longitud), el proceso de extracción hace rotar al testigo de una manera aleatoria, lo cual produce que se pierda la orientación del testigo extraído. El método de testigos orientados es un proceso mediante el cual se determina la posición original in situ u orientación del cilindro central. Por lo general, una marca, surco o línea se coloca en la superficie del núcleo y el acimut in situ de la marca se determina con respecto al norte geográfico. Los testigos son orientados con el fin de facilitar la medición de las propiedades direccionales en la roca. Por lo general, la orientación se utiliza para medir características de gran escala, tales como estratificaciones, estratificación cruzada, fracturas, texturas de flujo, y estilolitos. En los últimos años, el método de testigos orientados se ha utilizado para establecer las direcciones de los campos de esfuerzos a lo largo del taladro. Las técnicas de orientación básicas se dividen en dos categorías: la mecánica y óptica.
II.
INGENIERÍA GEOTÉCNICA
La Ingeniería geotécnica es la rama de la Ingeniería civil que se encarga del estudio de las propiedades mecánicas, hidráulicas e ingenieriles de los materiales provenientes de la Tierra, aplicadas a las obras de Ingeniería Civil. Los ingenieros geotécnicos investigan el suelo y las rocas por debajo de la superficie para determinar sus propiedades y diseñar las cimentaciones para estructuras tales como edificios, puentes, centrales hidroeléctricas, estabilizar taludes, construir túneles y carreteras, etc. Para poder definir los planos exactos de las discontinuidades del macizo rocoso se aplica el método de testigos orientados en el estudio de los sondajes realizados a una determinada zona a analizar. Hay que tener en cuenta que estas discontinuidades son determinantes en la estabilidad de un talud o una excavación subterránea, que es tema de interés para la industria extractiva minera. A continuación mostraremos como afecta un arreglo estructural de masa rocosa en la un talud y una excavación subterránea:
Representación de datos estructurales relacionados a cuatro posibles modos de falla de taludes, ploteados sobre una red equiareal de Schmidt
Formación de cuñas en excavaciones subterráneas por el arreglo estructural de las discontinuidades de la masa rocosa
III.
TIPOS DE ORIENTACIÓN
DE TESTIGOS Testigos no orientados Durante la perforación de testigos (core drilling), comúnmente 3 metros de largo, los testigos son extraídos del taladro al mismo tiempo. El proceso de extracción gira el núcleo de manera aleatoria, de modo que una vez que el testigo se presenta para su análisis, su orientación original se pierde, aunque la orientación del eje del núcleo es generalmente conocido. Diversas técnicas de topografía por taladros están disponibles para esto. Testigos orientados Varios métodos (mecánica, óptica, etc) están disponibles durante la perforación de identificar la orientación de un testigo. Comúnmente se trata de identificar el punto más bajo en la cara superior de lo que será la próxima ejecución del núcleo. Como muchos métodos utilizan la gravedad para encontrar el punto más bajo, el proceso es generalmente sólo factible en taladros con un buzamiento no vertical (generalmente 90 y 270 es el mismo que para el 360, acimut-voltea cuando el taladro pasa a través de la vertical, y para permitir el uso de inclinaciones con los valores -ve hacia abajo).
VIII. DETECCIÓN Y CONTROL DE ERRORES Medidas estructurales derivados de drillcore orientadas tienen una gama de fuentes de error potenciales que deben ser controlados y minimizados en cualquier gran escala, programa de perforación de largo plazo continuamente. Los errores pueden ocurrir en varias etapas en el proceso de orientación y medición:
1.
La marca de orientación podría ser imprecisa o incorrecta. Este es un problema con la técnica y la pericia del perforador. Por ejemplo, con una herramienta de 'lanza' la punta de la herramienta solo debe tocar la parte superior de la carrera del núcleo y se bajó lentamente, para no rebotar la lanza de la parte inferior del agujero. Los geólogos in situ necesitan monitorear el proceso de orientación e impresionar sobre el perforador la necesidad de precisión. Muchas herramientas de orientación modernas digitales de fondo de pozo (como los producidos por Imdex / Reflex) pueden tener una precisión muy alta. Sin embargo, todavía son susceptibles a errores de los usuarios (y ese usuario es comúnmente offsider de un perforador sin interés personal en el resultado). Rutinariamente encuentro ejemplos de núcleo mal orientada grabado utilizando estos instrumentos de alta gama. No es prudente asumir que sólo porque el instrumento tiene una alta precisión (y usted ha pagado una prima), los resultados por lo tanto son de gran precisión. 2. La marca de orientación puede ser traducido de manera imprecisa sobre el núcleo por el geólogo tala o técnico. Secciones centrales en el núcleo roto pueden alinear incorrectamente al alinear la marca inferior a lo largo del núcleo. La línea de marca inferior puede accidentalmente marcado a lo largo de la parte superior del núcleo, o las flechas hacia abajo hoyos podría extraerse de la manera equivocada. 3. Los errores pueden surgir de identificación imprecisa del eje largo elipse o con el alfa y mediciones del ángulo beta. 4. Errores estadísticos pueden surgir de sesgo en la elección de los cuales dispone de medir, o incluso de perforaciones que están orientados de forma inapropiada con respecto a la característica de interés. La fuente más común de error en los datos estructurales del núcleo orientado, se encuentra en la ubicación de la línea de fondo (ya sea en el lugar de la perforación o durante la etapa de mark-up), pero recientemente he visto un ejemplo donde un geólogo junior, poco motivados tenía entrado números ángulo beta al azar en un esfuerzo perezoso para llamar su «cuota» de mediciones completadas.
Se debe sospechar que hay errores cuando las proyecciones estereográficas de los polos a los planos muestran pequeñas distribuciones círculo centrado en la orientación taladro. Esto ocurre con mayor frecuencia cuando el agujero se cruza con una característica de inmersión moderadamente uniforme (por ejemplo foliación), pero el testigo ha sido objeto de un cierto grado de rotación aleatoria ('giro') durante la medición o el marcado de las líneas de orientación (véase el gráfico inferior para explicación). El mismo efecto círculo pequeño también puede ser producido en la etapa de medición si hay errores aleatorios sistemáticos en la medición del eje beta.
Tenga en cuenta que las pequeñas distribuciones círculo puede ocurrir de forma natural, pero el tipo de estructuras que ellos (producen estructuras cónicas) son poco frecuentes y debe mostrar ninguna relación con la orientación del orificio perforado). Arriba: Ejemplo de datos mal orientados de múltiples perforaciones, mostrando una pequeña distribución círculo alrededor de la orientación de sondajes común (eje del núcleo (cuadrado rojo) N = 627). En pocas palabras: la construcción Estereográfica mostrando pequeño sendero círculo de todas las posibles normal a un plano con un ángulo alfa fijo. La trama de la izquierda muestra 102 datos de escisión obtenidos de núcleo bien orientada. La escisión en esta área es conocido por ser relativamente constante y la proyección estereográfica muestra el máximo unimodal se esperaba, y un gran círculo ligera que refleja ventiladora de la escisión. El núcleo se perfora a ~ 70 ° W y no hay ningún elemento de rotación aparente en torno a esta orientación. (Los datos de múltiples núcleos adyacentes se incluyen en la trama). Las dos parcelas a su derecha son a partir de datos recogidos en sondajes orientados 60 ° al este en un solo proyecto. Ambos muestran pequeñas distribuciones círculo alrededor del eje central. En la trama más a la derecha de los datos se distribuyen uniformemente alrededor de la
orientación del eje del núcleo, lo que indica la rotación relativamente aleatoria del núcleo con respecto a la marca de orientación. Todos estos datos deben ser descartados. La otra trama contiene un fuerte máximo, lo que
probablemente refleja la verdadera orientación del plano de medida, pero el resto de los datos tienen que ser desechados. La aparición de las pequeñas distribuciones círculo en absoluto es una indicación de que los procedimientos de orientación actuales pueden ser defectuosos, y todos los datos de orientación son sospechosos hasta que se encuentre la causa y eliminado.
¿Qué está testigo bien orientado? La trama de datos se muestra en la imagen de la izquierda en la parte inferior de la página anterior es inusual; casi todos los datos estructurales del núcleo orientado muestra un elemento de "giro" que se manifiesta como una "cara sonriente" en los datos unimodales. Lo que quiero ver es la 'sonrisa' se extendió de ser lo más pequeño posible. Como el uso de núcleo orientado se hace más generalizada, los exploradores tienden a alejarse de los métodos baratos rápidos (por ejemplo, el 'lanza') hacia métodos más avanzados tecnológicamente con supuestamente mayor precisión. Sin embargo, a pesar de la más alta precisión teórica, los datos obtenidos con estos instrumentos aún tienden a mostrar elementos considerables de giro. La trama de la derecha es bastante típica de los datos se me muestra de lo que se considera como núcleo bien orientada. Sin embargo, una mirada más atenta muestra que, aunque el modo está bien definido, los puntos de datos individuales han hecho girar hasta ± 30 ° de este modo.
Los errores potenciales en la fase de marcado: Una vez que un testigo con una marca de orientación (spot) se ha extraído, el siguiente paso consiste en trazar una línea que marca la parte inferior del núcleo. Esta línea es generalmente marcada con flechas que indican el sentido es down-hole, y preferiblemente debe ser de un color diferente al que se utiliza para marcar la línea de corte del núcleo. (Tenga en cuenta que el cuándo el núcleo se divide para el ensayo, la línea de orientación siempre debe estar en el medio que queda en la caja). Las líneas se extienden hasta lo largo del núcleo, ya que es posible hacer coincidir segmentos de núcleo disueltos. Al menos una flecha hacia abajo del taladro (down hole) debe ocurrir en todos los segmentos de la médula. Si el núcleo no puede orientarse entonces no grabar una línea de orientación. Ninguna información es mejor que la información incorrecta. Los errores surgen con la adecuación de la línea a través de segmentos de núcleo rotos. Tenga en cuenta que es muy fácil en esta etapa para los pequeños errores de rotación a la fluencia y éstas afectan a la precisión de las mediciones de ángulo beta. Por esta razón es mejor si esta parte del proceso se realiza bajo condiciones muy controladas. El núcleo se presenta en un estante de una longitud suficiente para tener por lo menos tres o cuatro carreras completas del núcleo. No sólo debe extrapolarse la línea de fondo a lo largo de cada ejecución del núcleo, se debe también, en lo posible, ser emparejado con las pistas adyacentes.
Los errores también pueden surgir si la regla se utiliza para marcar la línea es demasiado corta. En estos casos se vuelve demasiado fácil dibujar accidentalmente la línea ligeramente oblicua al eje central.
Los errores potenciales etapa de medición
en
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Los errores en la etapa de medición surgen de la imprecisión de medición y de accidente usando las convenciones de medición equivocadas, sobre todo del ángulo beta. Ejemplos de esto último que he visto incluyen la medición del ángulo beta para el lado equivocado de la elipse, midiendo accidentalmente en sentido antihorario (a veces causado por revertir el transportador de medición).
IX.
CONCLUSIONES
Para el caso de la minería, la geotecnia estudia las propiedades mecánicas del macizo rocoso con las finalidades de determinar las propiedades y diseñar excavaciones subterráneas y estabilización de taludes. La orientación de testigos sirve para determinar de manera precisa los planos de las discontinuidades en un macizo rocoso.
A diferencia de los testigos NO orientados, en esta técnica permite determinar la posición in situ del testigo a lo largo de todo el taladro de perforación. Los errores más frecuentes que suelen darse en este método son: En las mediciones de los parámetros del testigo, en el marcado del testigo (Mark Up), en la tecnica de perforación.
Es recomendable utilizar el procesar los datos de sondajes.
software
GeoCalculator
para
X.
BIBLIOGRAFÍA
Geological Methods in Mineral Exploration and Mining (Appedix B) – Roger Marjoribanks Oriented Drillcore: Measurement, Conversion, and QA/QC Procedures for Structural and Exploration Geologists (Manual) – Holcombe Coughlin Oliver Oriented Core: Its use, error, and uncertainty (AAPG Bulletin) – Nelson, R. A AAPG Methods in Exploration Series, Development Geology Reference Manual – Diana Morton-Thompson, Arnold M. Woods http://www.holcombe.net.au/software/ página de descarga del software GeoCalculator