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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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
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Figura 19.- Superficie planificada.
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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.
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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.
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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.
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