Aplicación de Elementos de Modelamiento a Minería y Obras Civiles

I SIMPOSIUM DE GEOLOGIA, GEOTECNIA Y GEOMECANICA
ELEMENTOS DE
MODELAMIENTO APLICADOS A
MINERIA Y OBRAS CIVILES
Expositor: MSc. JOSE ENRIQUE GUTIERREZ
SRK Consulting Perú
jgutierrez@srk.com.pe

Índice
• Introducción.
• Metodología.
• Caso I: Aplicación a Minería – Rocas
• Caso II: Aplicación a Construcción - Suelos

Introducción
• La caracterización de materiales geológicas implica reproducir las
propiedades físicas y químicas a través de modelos tridimensionales.
• Técnicas que generalmente son usadas para la evaluación económica
de yacimientos en la industria minera y del petróleo son fácilmente
aplicables en la geotécnia y geomecánica.
• La presentación muestra como elementos de modelamiento y
geoestadística pueden ser utilizados en proyectos dentro de la minería
y la construcción.

Introducción
GEOLÓGICA

Índice
• Introducción.
• Metodología.
• Caso I: Aplicación a Minería – Rocas.
• Caso II: Aplicación a Construcción – Suelos.

Metodología:
Minería
Construcción
¿POR QUÉ?
• Definir método
de minado.
• Estimación de
reservas.
• Análisis de
estabilidad –
Factor de
Seguridad
Minería
Construcción
¿CÓMO SE HACE?
• Modelamiento
litológico y
estructural.
• Estimación de
condiciones de la
roca.
• Modelamiento
del subsuelo.
• Simulación de la
variable N° SPT
Minería
Construcción
¿PARA QUÉ?
• Modelo
Geomecánico
(RMR, Q,
Tensiones, etc.)
• Modelo
Geotécnico
(Cohesión, ángulo
de fricción, R.
compresión)
Minería
Construcción
¿DE DÓNDE?
• Logueo Geotécnico
sondajes.
• Líneas de detalle.
• Ensayos.
• Mapeos.
• Descripción
calicata.
• Medición N° SPT.
• Análisis
Granulométricos.

Caso I: Aplicación a Minería
• Finalidad: Realizar la evaluación del método de minado y
proyectar la dilución geomecánica del sector ASN6.
• Producto: Modelo del RMR.
• Metodología: Modelo de fallas y litológico.
Estimación del RMR (8 parámetros-valor esperado).
• Fuente: Información de campo y laboratorio.

DIAGRAMA DE
PROCESOS –
MODELO
GEOMECANICO

LOGUEO GEOTECNICO - SONDAJE
Litología
Fracturamiento
EspaciamientoResistencia Mtz
Condición de Discontinuidad
Condición de agua

1 Fresca
2 Levemente alterada
3 Moderadamente alterada
4 Muy alterada
5 Intensamente alterada
6 Suelo residual
ALTERACION
Información de Logueo Geotécnico:
A Roca masiva.
B Una familia de diaclasas
C Dos familias de diaclasas
D Tres familias de diaclasas
E Cuatro o mas familias
F Roca triturada o terrones
ESTRUCTURA
GRADO DESCRIPCION IDENTIFICACION EN ELTERRENO
RANGO
RCU(MPA)
S1 Arcilladura Facilmente penetrable, se rasgacon lauña 0.5
R0 Rocaextremadamente debil Se marcacon lauña 0.25-1
R1 Rocamuy debil
Se disgregade un golpe fuerte de lapunta
del martillo geologico, puede serescarbadaporuna
cuchilla
1.0-5.0
R2 Rocadebil
Puede serescarbadacon lacuchillacon dificultad,
se deformao disgregacon un fuerte golpe de la
puntadel martillo
5.0-25
R3 Rocamedianamente fuerte
No puede serescarbadao disgregadaporlacuchilla,
lamuestrase fracturacon un solo golpe firme del
martillo
25-50
R4 Rocafuerte
Lamuestrarequiere mas de un golpe
firme delmartillo geologico paraserfracturada
50-100
R5 Rocamuy fuerte
Larocarequiere de muchos golpes del martillo
geologico paraserfracturada
100-250
R6 Rocaextremadamente fuerte
Lamuestraasolo puede serastilladacon el martillo
geologico
>250
90- 100 Muy buena
75- 90 Buena
50- 75 Regular
25- 50 Mala
0- 25 Muy mala
RQD
D Diaclasa
SD Familia de diaclasas
C Contacto litologico
E Estratificación
F Foliación
FT Falla
ESC Sobreescurrimiento
TIPO
1 Fresca
2 Levemente alterada
3 Medianaalteración
4 Altaalteración
5 Alteración completa
PARED
1 Cerrada
2 0<A <1mm
3 1<A <2mm
4 2<A <5mm
5 5<A <10mm
6 10<A <20mm
7 >20
ABERTURA
1 Sin relleno
2 Oxidación
3 No cohesivo
4 Cohesivo
5 Cuarzo
6 Calcita
7 Otros
RELLENO
R Rugosa
L Lisa
P Pulida
RUGOSIDAD
1 Muy cementado
2 Cementado
3 No cementado
4 Duro
5 Blando
6 Muy blando
7 Disgregado
CONSISTENCIA

LINEA DE DETALLE - AFLORAMIENTO

Estructurar el Modelo de Datos para adquisición de Información
Base de
Datos
Geotecnia
Información de ensayos y
pruebas in situ
Información de logueo geotécnico Información de líneas de
detalle

RMR89=RIM+RQD+SD+LD+AB+RU+RE+ALT
Clasificación
Geomecánica RMR89
Macizo Rocoso

En base a los modelos geológicos
e información geotécnica se
puede definir dominios
(DOMAINING).
VETA
FALLA 1
FALLA 2
TbLp
And
Tuf
Tb

VET
A
ESTADISTICA GEOESTADISTICA

1. Resistencia matriz
2. RQD
3. Separación fracturas

Longitud
discontinuidad
Abertura discontinuidad
Rugosidad
AlteraciónRelleno

RMR89=RIM+RQD+SD+LD+AB+RU+RE+ALT
No se considera condición de agua ni corrección por
orientación de labor minera.
RMR

Caso I: Conclusiones y Recomendaciones
• LTP, el modelo geomecánico elaborado con la finalidad
de ser parte de la evaluación del Método de Minado.
• STP, el modelo debe ser usado para evaluar Dilución
por condiciones geomecánicas.
• Es necesario considerar Dominios Estructurales (con
visión geomecánica) dentro de la estimación de los
parámetros.

Caso II: Obras civiles
• Finalidad: Realizar análisis de estabilidad - Factor de Seguridad
con miras a realizar la cimentación de una planta nuclear (Playa
de Itaorna – Angra - RJ).
• Producto: Caracterización del sub suelo - modelo de resistencia.
• Metodología: Modelamiento de las capas del suelo.
Simular (60 escenario)
Correlación parámetros de resistencia vs N° SPT
• Fuente: Data de campo.

SPT o resistencia a la
Penetración estándar:
N(SPT) = N15 - 30 + N30 - 45

SPT (111 ensayos)

Caso II: Obras Civiles
Código
litológico del
proyecto
Clasificación
Geotécnica
(SUCS)
Descripción
A-F-M-PC-MC SP
Arena mal graduadas, arenas con grava con
pocos finos.
ASAR-PC-MC SM
Arena limosas, arenas con cantidad de finos
apreciable. Mezcla de arena y limo mal
graduado.
ARORG-M-MM OH Arcilla orgánica de plasticidad media a alta.
Resistencia a la
Penetración
N° de Golpes (SPT)
Consistencia de la
Arcilla
<2 muy floja
3 a 5 floja
6 a 10 medianamente densa
11 a 19 densa
> 19 muy densa
Resistencia a la
Penetración
N° de Golpes (SPT)
Compacidad de la Arena
0 a 4 muy floja
5 a 8 floja
9 a 18 medianamente densa
18 a 40 densa
> 40 muy densa

Metodología utilizada

I SIMPOSIUM DE GEOLOGIA, GEOTECNIA Y
GEOMECANICA
Cut offs Arena Arcilla
1 >0 >0
2 >4 >2
3 >8 >5
4 >18 >10
5 >40 >101
2
25

Formulas para conversión a parámetros de resistencia a partir de N° SPT
Densidad relativa (Dr), ángulo de rozamiento interno (Φ’) y la cohesión no drenada (Cu) [2]:
•Para A-F-M-PC-MC: Φ’ = 30 + 0.15 Dr (< 5% arena fina y limo) Hunt
•Para ASAR-PC-MC: Φ’ = 5.35 ln N(SPT) + 14.44, Cu = 0,22 ln N(SPT) – 0,40 (Parra y Ramos).
•Para ARORG-M-MM
Consistencia N (SPT) Identificación manual γsat (g/cm3
) Resis. Compre. simple qu (Kg/cm2
)
Dura > 30 Se marca difícilmente > 2,0 > 4,0
Muy rígida 15-30 Se marca con la uña 2,08-2,24 2,0-4,0
Rígida 8-15 Se marca con el pulgar 1,92-2,08 1,0-2,0
Media 4-8 Moldeable bajo P fuertes 1,76-1,92 0,5-1,0
Blanda 2-4 Moldeable bajo P débiles 1,60-1,76 0,25-0,5
Muy blanda < 2 Se deshace entre los dedos 1,44-1,60 0-0,25
Valores de Resistencia en función a la consistencia del Suelo Orgánico

A-F-MC-PC ASAR-PC-MC ARORG-M-MM
Cota(m) (c) Sugerida (Ø) Sugerido (C)Sugerida (Ø) Sugerido RCU Sugerida P.E. Sugerido
3.5 0.11 27
1.5 0.12 27
0.5 0.13 27 0.06 27
-1.5 0.13 27 0.08 27
-3.5 0.13 27 0.09 27
-5.5 0.13 27 0.08 27
-7.5 0.14 28 0.07 27 1.02 1.81
-9.5 0.13 27 0.06 27 1.05 1.84
-11.5 0.11 27 0.05 28 0.95 1.81
-13.5 0.09 26 0.06 27 0.95 1.8
-15.5 0.08 26 0.05 27 1.1 1.85
-17.5 0.03 26 1.06 1.83
-19.5 0.03 26 1.11 1.87

Caso II: Conclusiones y Recomendaciones
• A > FS las obras pueden ser cimentadas en los sectores
1 o 2.
• Es recomendable complementar el análisis de campo
con Ensayos de Laboratorio.
• A futuro, desarrollar un método combinado que
incluya análisis tensión deformación 3D (PUC-RJ)

Avance Desarrollo

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