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• Julio C Salcedo Martinez

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ESCUELA PROFECIONAL DE GEOLOGIA - UNDAC

VISION Ser una Escuela Profesional de Ingeniería Geológica reconocida profesionalmente, innovadora, competente, concertadora, comprometida con el desarrollo sostenible del País y el mundo.

MISION Formar Ingenieros geólogos innovadores con capacidad resolutiva, investigativa, aporte social, valores profesionales y provistos de calidad académica.

ING. Reynaldo Mejia Caceres

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DISEÑO Y CONSTRUCCION DE UN TUNEL CON EL SOFTWARE UNWEDGE RESUMEN En el presente trabajo damos un enfoque a la SEGURIDAD y COSTOS en la ejecución de un acceso minero (tunel), hacemos uso del software UNWEDGE del paquete ROCSCIENCE para OPTIMIZAR el SOSTENIMIENTO utilizado y así tener una LABOR MAS SEGURA y AL MENOR COSTO POSIBLE, ya que estos parámetros son muy importantes en la minería actual.

ABSTRACT In this project, we give a focus to the SAFETY and COSTS in the execution of a mining access in the present work (pique), we make use of the software UNWEDGE of the group ROCSCIENCE TO OPTIMIZE the SUPPORT and that way having a WORK BUT SAFE and MINOR COST POSSIBLE, since these parameters are very important in the present-day mining.

1. - JUSTIFICACION DEL PROYECTO Actualmente los altos estándares de seguridad que existen en la minería requieren de un estudio muy profundo de la geomecánica del macizo rocoso para cualquier excavación ya sea subterránea o superficial que se realice para que esta labor cualquiera que sea cumpla con las condiciones necesarias para que el personal realice su trabajo en una CONDICION ESTANDAR, y también la minería se rige por el comportamiento universal de hoy que es la COMPETITIVIDAD haciendo que todos los profesionales traten de optimizar todas las actividades ingenieriles que realizan con el único fin de MINIMIZAR COSTOS. Entonces en este trabajo tratamos de diseñar un túnel con todas las condiciones de seguridad necesarias pero optimizando los costos.

2. - FORMULACION DEL PROYECTO Desde los primeros días de la existencia de la minería hasta el día del hoy, la minería en especial la subterránea tiene problemas con LOS DESPRENDIMIENTOS DE ROCAS Y ACCIDENTES e INCIDENTES POR LA INESTABILIDAD DEL MACIZO ROCOSO. Entonces nos formulamos las siguientes preguntas: - ¿Cómo evitar los desprendimientos de rocas? - ¿Cómo evitar accidentes o incidentes con el macizo rocoso?

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3. - OBJETIVOS 3.1.- OBJETIVOS GENERAL -

Optimizar el diseño y construcción de un tunel.

3.1.- OBJETIVOS ESPECÍFICO -

Determinar la dirección y buzamiento más óptimo del tunel Disminuir costos del sostenimiento del proyecto, determinando y prediciendo el tipo de sostenimiento a usar Predecir las condiciones de seguridad de la excavación (Factor de Seguridad).

4. - HIPOTESIS *¿SE PUEDE TENER UN PIQUE CON BUENAS CONDICIONES DE SEGURIDAD PERO TRATANDO DE DISMINUIR EL COSTO EN EL SOSTENIMIENTO UTILIZADO? Entonces determinaremos el sostenimiento más óptimo que se utilizara en todo el proceso constructivo, basado en los fundamentos INGENIERILES del SOFTWARE UNWEGDE (Análisis de la estabilidad estructuralmente controlada).

5. - MARCO TEORICO 5.1. - DEFINICIONES TUNEL: Es una labor minera que tiene una inclinación entre, y que se usa para el transporte de personal y mineral. 5.2. - FUNDAMENTOS TEORICOS DE LOS SOFTWARES UNWEGDE 5.2.1. - UNWEDGE -

APLICACIONES DEL SOFTWARE o Definir los bloques removibles. O Encontrar los bloques de máximo tamaño removible para el túnel. o Realizar análisis de estabilidad con cálculo de factores de seguridad. o Calcular fuerzas de soporte para diseño de refuerzos. o Predecir la mejor orientación para construcción de labores mineras.

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DATOS NECESARIOS DEL MACIZO ROCOSO PARA EL SOFTWARE: o Rumbo o Dip

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o o

Dip direction Trend (dirección de la labor) o Plunge (buzamiento de la labor) Figura 01 – Característica Geológicas

5.2.2. – FUNDAMENTO TEORICO DEL SOFTWARE UNWEDGE – FORMACION DE CUÑAS Al construir una labor se puede encontrar tres tipos de condiciones naturales que dan lugar a la pérdida de resistencia del macizo y, por tanto, a problemas de estabilidad: o o o

orientación desfavorable de discontinuidades. orientación desfavorable de las tensiones con respecto al eje de la excavación. flujo de agua hacia el interior de la excavación a favor de fracturas, acuíferos o rocas calcificadas. Figura 02 - Orientación desfavorable de discontinuidades

Fuente: Internet

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5.2.2.1. - ORIENTACIÓN DE LAS DISCONTINUIDADES Y DE LA EXCAVACION Para determinar la dirección de las discontinuidades debemos hacer un estudio geomecánico del macizo rocoso por medio de taladros diamantinos (testigos) ya que necesitamos la información geológica y geomecánica más precisa posible. El software nos piden 3 familias de discontinuidades Figura 03 – Familia de Discontinuidades

Entonces cuando se realiza alguna labor minera esta tiene una dirección y buzamiento que deberá ser analizada ya que si tenemos la dirección de la labor PARALELA a la mayoría de familias de discontinuidades tendremos avances MUY DESFAVORABLES PARA LA ESTABILIDAD. Se formaran CUÑAS con las demás familias que no son paralelas y así producirán caída de rocas. Figura 04 – Formación de cuñas e seguidamente caída de rocas.

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Entonces al intersecarse las familias de discontinuidades forman la CUÑA que por la fuerza de la gravedad tendera a caer pero la resistencia al corte de la roca actuara como fuerza opositora al deslizamiento, tendiendo así el factor de seguridad. Ecuación del factor de seguridad en cuñas:

Dónde: Resistencia al corte está dada por la ecuación de Mohr-Coulomb

Siendo = Resistencia al corte C= Cohesión del material =Angulo de fricción Peso de la cuña es iguala a la multiplicación de la masa por la gravedad. Figura 05– La intersección de discontinuidades forma una cuña que por gravedad cae.

IMPORTANTE: Si la labor está a una profundidad considerable entonces aparte de la gravedad también habrá que tener en cuenta las TENSIONES NATURALES DEL TERRENO. Pero cuando se realiza una labor con dirección PERPENDICULAR a las familias de discontinuidades tendremos un avance con una estabilidad natural, ya que el comportamiento será como una viga donde tendrá como soporte los hastiales de la excavación, no sucediendo lo mismo en una dirección paralela.

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5.2.3. – FUNDAMENTO TEORICO DEL SOFTWARE UNWEDGE – TENSIONES NATURALES El software utiliza el principio matemático de elementos finitos para calcular las variaciones TENSO-DEFORMACIONALES en el macizo rocoso luego que se haya realizado una perturbación (excavación), el software calculara mediante este principio los desplazamientos en todas las dirección (x, y, z), el reacomodo de las tensiones, el factor de seguridad, el sostenimiento, etc.

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6.- METODOLOGÍA 6.1. CARACTERÍSTICAS DEL TÚNEL

Para este ejemplo se graficó un túnel con dimensiones de 10m x 10m, con una cuneta de 50cm techo abovedado con una orientación de 70°. El diseño del túnel es para una galería en roca sedimentaria.

10m

5m

10m Sección transversal del túnel.

6.2. APLICACIÓN DEL USO DEL SOFTWARE UNWEDGE

•

Abrimos el programa y luego Project Settings ( ), para datos como el título del proyecto y seleccionar las unidades con lo que va a trabajar.

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Esta es la interfaz del diseño geométrico de la excavación, Import DxF para importar la sección de la excavación.

 Ingreso de la geometría de la excavación ( ) Las características geométricas son: • • • • •

Trend (dirección de la labor) Plunge (buzamiento de la labor) Densidad de la roca Densidad del agua Factor de diseño de seguridad

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: 70 :0 : 2.7 t/m3. : 0,981t/m3. :1.5

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3.2.1. ANÁLISIS DE LAS CUÑAS MÁXIMAS  Ingreso de las propiedades geomecánico ORIENTACIÓN DEL TUNEL

JUNTAS

BUZAMIENTO DIRECCIÓN BUZAMIENTO

70

1

16

201

2

78

341

3

76

72

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DE

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Una vez ingresado los valores de los parámetros geomecánicos y orientación del túnel y discontinuidades se obtuvo.

Direcciones de las familias de discontinuidades

Las propiedades de las juntas son: ROCA

COHESIÓN (t/m2)

ÁNGULO DE FRICCIÓN (PHI)

J1

5.26

39.95

J2

2.959

26.12

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Luego se observa las cuñas formadas (

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)

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Vista de las cuña en 3D (

)

Vistas de diferentes perspectivas ( ING. Reynaldo Mejia Caceres

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CUÑAS DE EXTREMO (

)

6.3. DETERMINACIÓN DEL TIPO DE SOSTENIMIENTO

Observamos que la cuña 8 tiene un factor de seguridad de 0,000 y un peso de 6.808 Tn. Por lo cual se utilizara el tipo sostenimiento pernos de anclaje y si es necesario utilizaremos Shotcrete. Ingresando las propiedades de los pernos de anclaje, en este caso utilizaremos PERNO CORRUGADO CON RESINA, con una capacidad de soporte (12 Ton).

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Usando este MÉTODO DE INSTALACIÓN DE PERNOS DE ANCLAJE podemos asegurar EL TUNEL con un bajo costo y menor tiempo. Como se observa la cuña 8 ya supero el factor de seguridad requerido, de tal manera ya no es necesario realizar el METODO SHOTCRETE. FACTOR DE SEGURIDAD DE LA CUÑA 8: 3.668

FS: 8: 3.668

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7. -

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CONCLUSIONES

Usando correctamente el software Unwedge, llegamos obtener un ahorro de solo en sostenimiento, este ahorro se puede aumentar usando el software Phase2 para saber en qué lugares necesitamos instalar el sostenimiento, entonces COMPROBAMOS LA HIPOTESIS PROPUESTA ANTERIORMENTE. El adecuado uso de las computadoras nos pueden hacer tener resultados muy convenientes, pudiendo optimizar cualquier labor a desarrollar. El uso de otro tipo de perno de anclaje con mayor capacidad de soporte puede evitar el uso de shotcrete.

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BIBLIOGRAFIA -

Tesis de posgrado de la UNI – GEOMECÁNICA EN EL MINADO SUBTERRÁNEO CASO MINA CONDESTABLE

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Tesis de la PUCP - Reducción de los Costos Operativos en Mina, mediante la Optimización de los Estándares de las operaciones unitarias de Perforación y Voladura

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Diapositivas del curso de Diseño y Sostenimiento de Labores Subterráneas – UNSA, Ing. Manuel Figueroa Galiano

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Diapositivas del curso de Mecánica de Rocas I – UNSA, Msc. Pablo Meza Aréstegui

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Proyecto Construcción de un pique en la mina recuperada - UNSCH

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Trabajo de campo de la UNMSM – Curso de Mecánica de Rocas I

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