Conciliación Geotécnica aplicada a la Evaluación de Voladuras I. Humeres, S. González, F. Mardones & C. Scherpenisse Conciliación Geotécnica aplicada a la Evaluación de Voladuras Ignacio Humeres, Sebastián González, Francisco Mardones y Carlos Scherpenisse GeoBlast S.A. (ASP Blastronics), Santiago, Chile. RESUMEN La conciliación geotécnica es hoy una herramienta importante para la evaluación de taludes, cada vez es más utilizada y permite conocer el grado de cumplimiento entre la superficie diseñada y lo efectivamente logrado en terreno. La información necesaria para realizar una conciliación geotécnica es considerar la superficie real y la diseñada. Sin embargo, surgen las siguientes interrogantes: a) ¿Es posible que esta técnica pueda ser ocupada para evaluar el grado de éxito alcanzado por el diseño de una voladura? b) ¿Es posible mejorar el normal alcance de la conciliación geotécnica para que además pueda ser útil en la evaluación de logro asociada a un diseño de malla de voladura? En el presente documento, se pretende responder estas interrogantes, agregando nuevos índices y algoritmos al proceso habitual de conciliación geotécnica con el objetivo de hacer de ésta herramienta un mejor aliado para los especialistas del área de voladura. La conciliación geotécnica basa sus cálculos y resultados en el principio de que debe ser construido un perfil conciliado que permite obtener con facilidad la comparación entre dos perfiles, principio válido para el área de geotecnia, especialmente cuando muchos bancos participan en la evaluación. Dado que la voladura ocurre sólo en un banco entonces el perfil conciliado no es tan necesario. Por otra parte, un perfil conciliado, por bueno que sea, es de todos modos una aproximación, que introduce errores de cálculo. Se propone en el presente documento las siguientes mejoras a la técnica de conciliación geotécnica: a) un índice de comparación directo entre el perfil real y diseñado (sin usar el perfil conciliado). b) una superficie coloreada según diferencia de distancia entre las superficies real y diseñada (sin usar la superficie conciliada). Se pone especial énfasis en el no uso de perfiles conciliados, pues ellos incurren errores que pueden ser aceptables e incluso despreciables en términos de conciliación geotécnica, pero gravitantes para los intereses del área de voladura. Por otra parte, desaparecen los errores de aproximación cuando se maneja en forma directa, solo la información básica, es decir la topografía real y la topografía de diseño. Para el presente caso de estudio se utilizaron datos de topografía de una faena minera de la segunda región y datos de voladuras reales en los bancos de estudio. ASIEX 2010 Santa Cruz - CHILE, 20 - 22 Noviembre 2010 1 Conciliación Geotécnica aplicada a la Evaluación de Voladuras I. Humeres, S. González, F. Mardones & C. Scherpenisse 1.- INTRODUCCIÓN Se estableció el levantamiento topográfico de 2 bancos (B32 y B48) abarcando aproximadamente 450 metros de talud, donde se realizaron 10 voladuras (5 en cada banco). La Figura 1 muestra una vista panorámica del sector de estudio. Figura 1.- Vista Panorámica Sector de Estudio. La Figura 2 presenta una vista en planta de las voladuras para cada Banco B2232 V36 V37 V35 V38 V34 B2248 V52 V51 V50 V53 V49 Figura 2.- Voladuras Realizadas en Bancos 32 y 2248. Las voladuras consideradas para este sector tienen la configuración presentada en la Figura 3. Malla Long Perf (m) FC (gr/ton) 10.5 x 8 17 220 Secuencia Detonación (ms) 17 entre pozos / 100 entre Filas Producción Buffer 2 Buffer 1 Precorte Dist a LP (m) 750 400 200 90 4.5 Kilos Figura 3.- Configuración de Carguio y Detonación. Una vez ejecutadas las voladuras se realizo el levantamiento topográfico de los taludes. Considerando la Línea de programa lograda versus la planificada es donde entra el concepto de Conciliación Geotécnica. ASIEX 2010 Santa Cruz - CHILE, 20 - 22 Noviembre 2010 2 Conciliación Geotécnica aplicada a la Evaluación de Voladuras I. Humeres, S. González, F. Mardones & C. Scherpenisse Dependiendo entonces de cómo fue implementada la voladura, esta generara una liberación de cierta cantidad energía hacia el macizo rocoso tras ella. La Figura 4 muestra la liberación de energía asociada a las vibraciones transferidas al macizo rocoso de las Voladuras del banco 32 en su pata y cresta. Cota 2232 Pata (linea Rosada) Cota 2248 Cresta (linea negra) Figura 4.- Contornos de ISO Vibración Banco 32 La Figura 5 muestra la liberación de energía mediante vibraciones al macizo rocoso de las Voladuras del banco 48 en su pata y cresta. Cota 2248 Pata (línea verde) Cota 2264 Cresta (línea negra) Figura 5.- Contornos de ISO Vibración Banco 2248 Se aprecia entonces que una de las variables fundamentales de resultado final de talud es la energía disipada por la voladura y por ende el como fue diseñada, implementada y volada. ASIEX 2010 Santa Cruz - CHILE, 20 - 22 Noviembre 2010 3 Conciliación Geotécnica aplicada a la Evaluación de Voladuras I. Humeres, S. González, F. Mardones & C. Scherpenisse 2.- CONCEPTO DE CONCILIACIÓN GEOTÉCNICA 2.1.- Definición El término Conciliación Geotécnica o simplemente Conciliación, es usado para referirse a la técnica que permite medir que tan cerca o lejos está la real superficie actual, comparada con la superficie deseada o planificada en el diseño. La comparación de las superficies real y planificada se realiza habitualmente mediante perfiles. Las Figuras 6 y 7 presentan la superficie real y la planificada del banco 32. Figura 6.- Perfil de Superficie real B32 Figura 7.- Perfil de Superficie planificada B32 Se considera que no es trivial establecer un procedimiento para realizar adecuadamente la comparación de estos perfiles (real y planificado), especialmente considerando que el perfil real puede tener cientos de puntos. En tanto que el perfil planificado suele tener solo 2 puntos por banco (pata y borde). La gran cantidad de puntos del perfil real provienen de la toma de datos, que puede incluso ser tomada con equipos láser robotizados. La Figura 8 presenta un perfil comparativo entre real y planificado para el Banco 32. Figura 8.- Perfil real y planificado B32. ASIEX 2010 Santa Cruz - CHILE, 20 - 22 Noviembre 2010 4 Conciliación Geotécnica aplicada a la Evaluación de Voladuras I. Humeres, S. González, F. Mardones & C. Scherpenisse 2.2.- El perfil conciliado Se ha establecido como un procedimiento normal, la necesidad de obtener un perfil conciliado que permita una cómoda comparación entre el perfil real y planificado. Se define el perfil conciliado como la mejor aproximación al perfil real contando con solo 2 puntos por banco (pata y borde). Esta aproximación no intenta ser similar a la planificada, de hecho sólo considera los puntos presentes en el perfil real. La Figura 8 presenta una comparación entre el perfil real y el conciliado del banco 32. Figura 8.- Perfil real y conciliado B32. 2.3.- Ventajas La principal ventaja de obtener un perfil conciliado es que permite una cómoda comparación entre este y el perfil planificado, puesto que ambos perfiles tienen la misma cantidad de puntos. Se considera que el perfil conciliado es el mejor representante del perfil real. Por ende, la comparación se realiza solo entre los perfiles planificado y conciliado. La Figura 9 muestra una comparación entre los 3 perfiles (Real, Planificado y Conciliado). Figura 9.- Perfiles: real, conciliado y planificado B32. ASIEX 2010 Santa Cruz - CHILE, 20 - 22 Noviembre 2010 5 Conciliación Geotécnica aplicada a la Evaluación de Voladuras I. Humeres, S. González, F. Mardones & C. Scherpenisse 2.4.- Cálculos Definido el perfil conciliado, es posible establecer simples cálculos para obtener los valores del ángulo cara de banco, la quebradura y berma. La Figura 10 muestra los valores de ángulo cara de banco, la quebradura y la berma en el perfil conciliado en el banco 32. La Figura 11 muestra los valores de ángulo cara de banco, la quebradura y la berma en el perfil planificado en el banco 32. Figura 10.- Valores asociados al perfil conciliado Figura 11.- Valores asociados al perfil planificado. Es simple comparar los perfiles conciliado y planificado, pues ambos perfiles solo tienen 2 puntos por banco (pata y borde). Es la ventaja que se obtiene al disponer de un perfil conciliado. ASIEX 2010 Santa Cruz - CHILE, 20 - 22 Noviembre 2010 6 Conciliación Geotécnica aplicada a la Evaluación de Voladuras I. Humeres, S. González, F. Mardones & C. Scherpenisse 2.5.- La conciliación en 3D Al efectuar varios perfiles es posible realizar presentaciones en 3D. Las Figuras 12, 13 y 14 son las representaciones de las superficies: real, planificado y conciliado de una pared completa. Figura 12.- Superficie real Figura 13.- Superficie planificada. Figura 14.- Superficie Conciliada. También es posible comparar las superficies en 3D, las siguientes Figuras 15 y 16 muestran planificada + conciliada y planificada + real. Es de gran utilidad poder comparar visualmente más de un superficie en una misma imagen. Figura 15.- Superficie Planificada y Conciliada. Figura 16.- Superficie Panificada y real. Es de alto valor disponer de estas superficies en 3D pues entrega un impacto visual de los sectores de la faena donde se ha logrado un mayor y menor cumplimiento. ASIEX 2010 Santa Cruz - CHILE, 20 - 22 Noviembre 2010 7 Conciliación Geotécnica aplicada a la Evaluación de Voladuras I. Humeres, S. González, F. Mardones & C. Scherpenisse 3.- Concepto de Conciliación aplicada a Voladura. 3.1.- Definiciones En general, la conciliación geotécnica es útil para evaluar el desempeño mallas de voladura. Sin embargo, es preciso agregar nuevos elementos a la tradicional conciliación para convertirla en una herramienta más cercana a los intereses del área voladura. a) La conciliación geotécnica es aplicada a varios bancos, en tanto que en Voladura interesa estudiar un banco con una o mas mallas. Esto establece varias diferencias entre ambos conceptos. En particular, esto instaura la necesidad de crear un perfil conciliado para atender el propósito de varios bancos. Lo que no es necesario cuando los intereses se orientan al área voladura. b) En conciliación geotécnica se precisa de varios cálculos como por ejemplo ángulo InterRampa, lo que no tiene importancia en el área Voladura pues se estudia solo un banco. Por otra parte hay cálculos requeridos en Voladura no existentes en conciliación geotécnica. a) La conciliación geotécnica tiene como base el cálculo de una curva conciliada. Sin embargo, por excelente que sea la aproximación de una curva real a una curva conciliada, no deja de ser solo eso, una buena aproximación. Como toda aproximación dista de la realidad, lo que introduce errores en posteriores cálculos y comparaciones. Lo anterior exige definir índices de desempeño (KPI) que deben ser agregados al concepto de conciliación geotécnica, para hacerlo mas cercano a los requerimientos de los expertos en voladuras y la necesidad de evaluar la calidad de esta. Los siguientes son algunos ejemplos: a) KPI en perfiles. Se trata de un índice desempeño entre el perfil real y el perfil planificado. Sin usar el perfil conciliado con objeto de evitar los errores de aproximación que produce el perfil conciliado en si mismo. b) Diferencia en Superficies en colores. Se trata de una representación en 3D que muestra en código de diferentes colores, la distancia que existe entre la superficie real y la superficie planificada. Este cálculo solo considera la superficie real y la superficie planificada. No considera la superficie conciliada con el objetivo de evitar los errores de aproximación propios de la superficie conciliada. 3.2.- Índices en Perfiles Se define un índice de desempeño (KPI) que permite identificar que tan lejos esta un perfil de otro. La idea es comparar el perfil real con el perfil planificado sin la necesidad de usar el perfil conciliado. El KPI se define como la distancia media entre 2 perfiles de un mismo banco, el índice se mide en metros, un índice cercano a cero significa buen cumplimiento, ósea se ha logrado una perfecta coincidencia entre ambos perfiles. Mientras mayor es el índice mayor es la distancia media entre ellos y peor el grado de cumplimiento logrado. Lo importante es que este es un índice que solo depende de los datos (real, planificado). La Figura 17 es un ejemplo de reporte que incluye este índice de desempeño para el banco 32. ASIEX 2010 Santa Cruz - CHILE, 20 - 22 Noviembre 2010 8 Conciliación Geotécnica aplicada a la Evaluación de Voladuras I. Humeres, S. González, F. Mardones & C. Scherpenisse Figura 17.- Ejemplo KPI voladura Banco 32. Este reporte muestra que, en aquellos perfiles donde existe un mejor logro el KPI es bajo (0.9). En tanto que el índice sube a 1.2 cuando el logro es mas alejado de lo planificado. 3.3.- Diferencia de Superficie en Colores. Las Figuras 18 y 19 muestran la superficie real y la superficie planificada respectivamente. También en las Figuras 21 y 21 se muestra la superficie en colores y la mezcla de la real y la planificada. Figura 18.- Superficie real ASIEX 2010 Figura 19.- Superficie planificada. Santa Cruz - CHILE, 20 - 22 Noviembre 2010 9 Conciliación Geotécnica aplicada a la Evaluación de Voladuras I. Humeres, S. González, F. Mardones & C. Scherpenisse Figura 20.- Superficie en colores Figura 21.- Superficie real planificada. Ambas superficies (real y colores), corresponden geométricamente a la misma superficie solo se diferencia por el color. La superficie coloreada asume un tono que indica la diferencia en metros entre un punto de la superficie real y el punto más cercano en la superficie planificada. Mientras mayor es la distancia mas intenso es el color. El rojo indica una diferencia positiva, es decir, se trata de una deuda. En tanto que el un color azul indica una diferencia negativa, es decir se trata de una sobre excavación. La escala de colores es presentada en la Figura 22. Color Diferencia (m) Verde 1 / -1 Rojo Tenue 2 Rojo 3 Rojo Intenso 10 Azul Tenue -2 Azul -3 Azul Intenso -10 Figura 22.- Escala de colores El color verde representa en este caso una cercanía entre ambas superficies (real y planificada) con una diferencia entre ellas inferior a 1 metro, por ende, representa un acercamiento exitoso. Las Figuras 22 y 23 muestran la superficie en colores y la combinación con la superficie planificada. ASIEX 2010 Santa Cruz - CHILE, 20 - 22 Noviembre 2010 10 Conciliación Geotécnica aplicada a la Evaluación de Voladuras I. Humeres, S. González, F. Mardones & C. Scherpenisse Figura 22.- Superficie en Colores Figura 23.- Superficie en Colores y planificada La superficie en colores es una excelente forma de comparación entre la superficie real y la superficie planificada. Por 2 razones elementales: a) Se puede conocer de inmediato. los sectores con deuda, sobre excavación, derrames, etc. b) Esta representación 3D en colores, entrega una rápida evaluación tanto a geotecnia como a voladura, sin requerir la construcción de una superficie conciliada. 3.4.- Visualización en 3D. La visualización en 3D de las diferentes superficies, con los tiros y mallas, son cómodos elementos para mejor evaluar una malla. En las Figura 23 se aprecian imágenes donde se puede visualizar una superficie en colores y combinada con los perfiles, las mallas y los tiros de las Voladuras del banco 32. Banco 2248 Banco 2232 Figura 23.- Talud real con Voladuras Banco 32 y 48. ASIEX 2010 Santa Cruz - CHILE, 20 - 22 Noviembre 2010 11 Conciliación Geotécnica aplicada a la Evaluación de Voladuras I. Humeres, S. González, F. Mardones & C. Scherpenisse 4.- CONCLUSIONES • Se propone adaptar el principio de la Conciliación Geotécnica de Taludes al análisis del desempeño de las voladuras de contorno e incorporarla como una herramienta para evaluar su resultado en la constructibilidad de la geometría banco-berma. • Mediante la Conciliación Geotécnica es posible realizar una buena evaluación en términos objetivos y cuantitativos en relación a los aspectos geométricos del diseño (pata, cresta, ángulo) y grado de cumplimiento en el denominado Factor de Diseño (FD). • Se define un índice de desempeño (KPI) que permite identificar y comparar el perfil real con el perfil planificado sin la necesidad de usar el perfil conciliado. El índice se mide en metros, un índice cercano a cero significa buen cumplimiento. • Con este indicador y herramienta de Conciliación como input para los ingenieros voladura, se puede apreciar de manera rápida, fácil y clara, los sectores donde generó sobre quiebre o donde quedo una deuda, y con ello es posible ajustar diseños y cautelar la calidad de implementación a objeto de cumplir con la línea programa y acercarse al diseño minero y al plan de negocios. ASIEX 2010 Santa Cruz - CHILE, 20 - 22 Noviembre 2010 12 de se los de