Curso Geomecánica Básica ECF N°11 Relator: Francisco Aguirre Peña Superintendencia Geomecánica Operacional Gerencia de Recursos Mineros y Desarrollo División Chuquicamata CODELCO Chile Noviembre de 2023 Contenidos Introducción Introducción Requerimientos Reglamento Seguridad Minera y sus Modificaciones Estándar de Control Fatalidades N°11 Accidentabilidad en lade Industria Minera Geomecánica Básica Control de Siniestralidades Geomecánicas Procedimientos Acuñadura Herramientas Preventivas Aprendizaje de Accidentes Copyrights © 2019 Codelco Chile. Todos los Derechos Reservados. | Copyrights © 2019 by Codelco Chile All Rights Reserved. CODELCO Chile División Chuquicamata – Gerencia de Recursos Mineros y Desarrollo 3 Introducción Fuente: Sernageomin (www.sernageomin.cl ) CODELCO Chile División Chuquicamata – Gerencia de Recursos Mineros y Desarrollo Copyrights © 2019 Codelco Chile. Todos los Derechos Reservados. | Copyrights © 2019 by Codelco Chile All Rights Reserved. 5 Introducción Fuente: Sernageomin (www.sernageomin.cl ) CODELCO Chile División Chuquicamata – Gerencia de Recursos Mineros y Desarrollo Copyrights © 2019 Codelco Chile. Todos los Derechos Reservados. | Copyrights © 2019 by Codelco Chile All Rights Reserved. 7 Copyrights © 2019 Codelco Chile. Todos los Derechos Reservados. | Copyrights © 2019 by Codelco Chile All Rights Reserved. CODELCO Chile División Chuquicamata – Gerencia de Recursos Mineros y Desarrollo 8 Contenidos Introducción Introducción Requerimientos Reglamento Seguridad Minera y sus Modificaciones Estándar de Control Fatalidades N°11 Accidentabilidad en lade Industria Minera Geomecánica Básica Control de Siniestralidades Geomecánicas Procedimientos Acuñadura Herramientas Preventivas Aprendizaje de Accidentes Copyrights © 2019 Codelco Chile. Todos los Derechos Reservados. | Copyrights © 2019 by Codelco Chile All Rights Reserved. CODELCO Chile División Chuquicamata – Gerencia de Recursos Mineros y Desarrollo 10 Requerimientos R. Seguridad Minera Es obligación de todo trabajador evaluar las condiciones del sector de trabajo e informar ante condiciones de riesgo de caída de rocas Podrán realizar trabajos de acuñadura solamente los trabajadores debidamente capacitados y autorizados Fuente: Biblioteca del Congreso Nacional (https://www.leychile.cl/Navegar?idNorma=221064 ) CODELCO Chile División Chuquicamata – Gerencia de Recursos Mineros y Desarrollo Copyrights © 2019 Codelco Chile. Todos los Derechos Reservados. | Copyrights © 2019 by Codelco Chile All Rights Reserved. 13 Contenidos Introducción Introducción Requerimientos Reglamento Seguridad Minera y sus Modificaciones Estándar de Control Fatalidades N°11 Accidentabilidad en lade Industria Minera Geomecánica Básica Control de Siniestralidades Geomecánicas Procedimientos Acuñadura Herramientas Preventivas Aprendizaje de Accidentes Copyrights © 2019 Codelco Chile. Todos los Derechos Reservados. | Copyrights © 2019 by Codelco Chile All Rights Reserved. CODELCO Chile División Chuquicamata – Gerencia de Recursos Mineros y Desarrollo 17 Estándar de Control de Fatalidades N°11 Fuente: Codelco Chile (https://www.codelco.com/prontus_codelco/site/artic/20140507/asocfile/20140507174458/estandares_control_de_fatalidades__ecf__codelco.pdf ) CODELCO Chile División Chuquicamata – Gerencia de Recursos Mineros y Desarrollo Copyrights © 2019 Codelco Chile. Todos los Derechos Reservados. | Copyrights © 2019 by Codelco Chile All Rights Reserved. 19 Contenidos Introducción Introducción Requerimientos Reglamento Seguridad Minera y sus Modificaciones Estándar de Control Fatalidades N°11 Accidentabilidad en lade Industria Minera Geomecánica Básica Control de Siniestralidades Geomecánicas Procedimientos Acuñadura Herramientas Preventivas Aprendizaje de Accidentes Copyrights © 2019 Codelco Chile. Todos los Derechos Reservados. | Copyrights © 2019 by Codelco Chile All Rights Reserved. CODELCO Chile División Chuquicamata – Gerencia de Recursos Mineros y Desarrollo 22 Geomecánica Básica Conceptos Claves • La Geomecánica es la ciencia que estudia la deformación de los suelos y las rocas, en respuesta a cambios de esfuerzos, presión, temperatura y otros parámetros ambientales. • Esfuerzo: Es la fuerza que actúa sobe un cuerpo para deformarlo. • Esfuerzo Inducido: Con la actividad minera, se rompe el campo de esfuerzos natural y se induce un nuevo estado de esfuerzos en la roca circundante a la excavación. • En determinados sectores, la concentración de esfuerzos puede exceder la resistencia de la roca → Deformación → Caída de Rocas Copyrights © 2019 Codelco Chile. Todos los Derechos Reservados. | Copyrights © 2019 by Codelco Chile All Rights Reserved. CODELCO Chile División Chuquicamata – Gerencia de Recursos Mineros y Desarrollo 23 Geomecánica Básica Roca – Definición y Características • La roca es un material de origen natural, conformado por agrupaciones de granos de una o más especies minerales íntimamente unidos entre sí • De acuerdo a su origen se clasifican en ígneas, sedimentarias y metamórficas Copyrights © 2019 Codelco Chile. Todos los Derechos Reservados. | Copyrights © 2019 by Codelco Chile All Rights Reserved. CODELCO Chile División Chuquicamata – Gerencia de Recursos Mineros y Desarrollo 24 Geomecánica Básica Comportamiento Mecánico de la Roca • Las rocas además se pueden clasificar de acuerdo a su módulo relativo (Deere y Miller, 1967), lo que entrega una idea de su comportamiento mecánico • A mayor módulo de elasticidad, en general mayor resistencia a la compresión y se observa más típicamente falla frágil Gráfico de Deere y Miller para operaciones de caving en Codelco-Chile (Ref. INF-SGT-001-2016) Copyrights © 2019 Codelco Chile. Todos los Derechos Reservados. | Copyrights © 2019 by Codelco Chile All Rights Reserved. CODELCO Chile División Chuquicamata – Gerencia de Recursos Mineros y Desarrollo 31 Geomecánica Básica Macizo Rocoso • Un macizo rocoso es un material de origen natural, compuesto por un arreglo tridimensional de bloques de roca intacta, delimitados por estructuras geológicas • Como material de ingeniería, sus características dependerán del origen de la roca que lo conforma (ígnea, sedimentaria, metamórfica), los minerales que componen la roca y los procesos tectónicos a los cuales ha estado sometido Copyrights © 2019 Codelco Chile. Todos los Derechos Reservados. | Copyrights © 2019 by Codelco Chile All Rights Reserved. CODELCO Chile División Chuquicamata – Gerencia de Recursos Mineros y Desarrollo 32 Geomecánica Básica Macizo Rocoso – Efecto de Escala en la Resistencia Ref.: Presentación Módulo 5, Diploma en Geomecánica Aplicada al Diseño Minero, Universidad de Chile Parámetros de Hoek Brown en Función del GSI 1.0 mb/mi scm/sci 0.9 s a 0.8 E/Ei 0.7 0.6 Reducción • Dado que es imposible ensayar macizos rocosos a escala real, se estima el decaimiento de las propiedades de roca intacta a través de métodos de clasificación de macizos rocosos • El indicador de efecto escala más utilizado en la actualidad es el GSI (Geological Strength Index) de Hoek y Brown • Métodos computacionales se han desarrollado para simular ensayos a escala de macizo rocoso (Synthetic Rock Mass) 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 Barindelli (2017) 0.0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Ref.: The Geological Strength Index, Marinos y Hoek (1997) Ref.: Curso Sistemas de Soporte en Minería, Universidad de Santiago de Copyrights © 2019 Codelco Chile. Todos los Derechos Reservados. | Copyrights © 2019 by Codelco Chile All Rights Reserved. Chile GSI CODELCO Chile División Chuquicamata – Gerencia de Recursos Mineros y Desarrollo 34 Geomecánica Básica Estructuras Geológicas • El decaimiento en la resistencia del macizo rocoso se debe a la presencia de las estructuras geológicas • Las estructuras geológicas corresponden a discontinuidades de origen natural, que delimitan bloques de roca • Se pueden caracterizar mecánicamente en términos de su resistencia al corte y tracción, además de sus propiedades elásticas en ciertos casos Aspecto típico de una Falla Intermedia o Mayor con desarrollo de estrías de falla slickenside. Nótese que la orientación de las estrías son subhorizontales, es decir, corresponde a una falla de rumbo. Falla HT ubicada en intersección C7L / Z68 de la Mina Teniente 4 Sur. Ref. Practical Rock Engineering, Hoek. (2007) CODELCO Chile División Chuquicamata – Gerencia de Recursos Mineros y Desarrollo Copyrights © 2019 Codelco Chile. Todos los Derechos Reservados. | Copyrights © 2019 by Codelco Chile All Rights Reserved. 35 Geomecánica Básica Teoría de Bloques – Formación de Cuñas La representación abstracta anterior permite realizar análisis de formación de bloques de estructuras (cuñas) antes de realizar las excavaciones, basado en información de sondajes Las estructuras geológicas pueden formar bloques (cuñas) de cuatro o más caras. En el caso de la presencia de una excavación en subterránea, bastan 3 caras para formar un tetraedro, aunque no necesariamente las cuñas tienen que tener dicha forma Ref. Theory of Blocks and Its Applications to Rock Engineering, Goodman y Shi, (1985) CODELCO Chile División Chuquicamata – Gerencia de Recursos Mineros y Desarrollo Copyrights © 2019 Codelco Chile. Todos los Derechos Reservados. | Copyrights © 2019 by Codelco Chile All Rights Reserved. 37 Geomecánica Básica Comportamiento de las Excavaciones • Puesto que el macizo rocoso posee bloques de roca intacta y estructuras, una excavación subterránea estará sujeta entonces a la acción del campo de esfuerzo (solicitaciones por sobre la resistencia de la roca) y a la potencial movilidad de bloques de estructuras • Habitualmente ambos mecanismos se presentan combinados • La acuñadura surge como medida de control de manera de hacer caer, de manera controlada, todos los bloques sueltos del perímetro de la excavación, de manera que no dañen a las personas ni a equipos Copyrights © 2019 Codelco Chile. Todos los Derechos Reservados. | Copyrights © 2019 by Codelco Chile All Rights Reserved. CODELCO Chile División Chuquicamata – Gerencia de Recursos Mineros y Desarrollo 49 Geomecánica Básica Mecanismos de Falla en Excavaciones Subterráneas Los principales mecanismos de falla que se observan en excavaciones subterráneas son: • Planchoneo • Caída de cuñas • Colapso • Squeezing • Spalling • Popping • Estallido de rocas Copyrights © 2019 Codelco Chile. Todos los Derechos Reservados. | Copyrights © 2019 by Codelco Chile All Rights Reserved. CODELCO Chile División Chuquicamata – Gerencia de Recursos Mineros y Desarrollo 51 Geomecánica Básica Planchoneo Copyrights © 2019 Codelco Chile. Todos los Derechos Reservados. | Copyrights © 2019 by Codelco Chile All Rights Reserved. CODELCO Chile División Chuquicamata – Gerencia de Recursos Mineros y Desarrollo 52 Geomecánica Básica Caída de Cuñas Copyrights © 2019 Codelco Chile. Todos los Derechos Reservados. | Copyrights © 2019 by Codelco Chile All Rights Reserved. CODELCO Chile División Chuquicamata – Gerencia de Recursos Mineros y Desarrollo 53 Geomecánica Básica Colapso Fenómeno paulatino (no instantáneo) Corresponde al descenso del techo de la excavación (falla de crown pillar en caving) Copyrights © 2019 Codelco Chile. Todos los Derechos Reservados. | Copyrights © 2019 by Codelco Chile All Rights Reserved. CODELCO Chile División Chuquicamata – Gerencia de Recursos Mineros y Desarrollo 54 Geomecánica Básica Derrumbe • Corresponde a la falla total de la excavación, debido solamente a la acción de la gravedad (sin solicitación dinámica) • Principalmente ocurre por control estructural y falta de soporte adecuado para la excavación “Se prohíbe aceptar, en forma sistemática u ocasional, el uso de derrumbes accidentales, siendo obligatoria la prevención de estos últimos” (DS 132, Art. 168) Copyrights © 2019 Codelco Chile. Todos los Derechos Reservados. | Copyrights © 2019 by Codelco Chile All Rights Reserved. CODELCO Chile División Chuquicamata – Gerencia de Recursos Mineros y Desarrollo 55 Geomecánica Básica Estallido de Rocas (rockburst) Ocurre en sectores con ciertas condiciones de esfuerzo altas y con macizos rocosos “rígidos”, es decir, poco deformables (brittle failure o falla frágil) No todos los macizos rocosos son propensos a estallidos de roca, dependerá de sus propiedades y del estado tensional al cual esté sujeto Copyrights © 2019 Codelco Chile. Todos los Derechos Reservados. | Copyrights © 2019 by Codelco Chile All Rights Reserved. CODELCO Chile División Chuquicamata – Gerencia de Recursos Mineros y Desarrollo 60 Contenidos Introducción Introducción Requerimientos Reglamento Seguridad Minera y sus Modificaciones Estándar de Control Fatalidades N°11 Accidentabilidad en lade Industria Minera Geomecánica Básica Control de Siniestralidades Geomecánicas Procedimientos Acuñadura Herramientas Preventivas Aprendizaje de Accidentes Copyrights © 2019 Codelco Chile. Todos los Derechos Reservados. | Copyrights © 2019 by Codelco Chile All Rights Reserved. CODELCO Chile División Chuquicamata – Gerencia de Recursos Mineros y Desarrollo 63 Control de Siniestralidades Geomecánicas Diseño de Soporte • Los elementos de soporte cumplen diferentes funciones • Cuando se combinan los diferentes elementos de soporte se habla de un “Sistema de Soporte” Según la Forma en que Aplica la Carga Según su Función Estructural Según el Tipo de Solicitación que Recibe Según su Temporalidad Activo Reforzamiento Estático Temporal Pasivo Contención Dinámico Definitivo Retención q= 6 t/m2 u=3 mm q= 6 t/m2 Proceso de tensado de cables en muro anclado (Mina El Teniente) CODELCO Chile División Chuquicamata – Gerencia de Recursos Mineros y Desarrollo Copyrights © 2019 Codelco Chile. Todos los Derechos Reservados. | Copyrights © 2019 by Codelco Chile All Rights Reserved. 64 Control de Siniestralidades Geomecánicas Malas Prácticas Operacionales Deficiente estado de instalación del sistema de soporte en vías con tránsito de personas y equipos. En la figura, sector con malla en mal estado, incorrectamente adosada al macizo rocoso, pernos sin planchuelas cercanos a línea de gradiente. Deficiente estado de instalación del sistema de soporte en vías con tránsito de personas y equipos. En la figura, sector con pernos fibra instalados sin planchuela Copyrights © 2019 Codelco Chile. Todos los Derechos Reservados. | Copyrights © 2019 by Codelco Chile All Rights Reserved. CODELCO Chile División Chuquicamata – Gerencia de Recursos Mineros y Desarrollo 68 Control de Siniestralidades Geomecánicas Malas Prácticas Operacionales Planchuelas de la fortificación definitiva no se encuentran adosadas al macizo rocoso. Subespesor de shotcrete en ruta con tránsito de personas y equipos. En la figura, sector en el cual en la gradiente y hasta 1.5 m de altura el shotcrete corresponde a una capa que no supera los 20 mm de espesor. La especificación técnica (plano de construcción) indica que debe ser de 50 mm. Se observa además una baja densidad de fibras por unidad de área. Copyrights © 2019 Codelco Chile. Todos los Derechos Reservados. | Copyrights © 2019 by Codelco Chile All Rights Reserved. CODELCO Chile División Chuquicamata – Gerencia de Recursos Mineros y Desarrollo 69 Control de Siniestralidades Geomecánicas Malas Prácticas Operacionales Perno de fortificación con grosera falta de perpendicularidad a la excavación. La mayor parte de estos pernos se encuentra trabajando a flexión y corte. Copyrights © 2019 Codelco Chile. Todos los Derechos Reservados. | Copyrights © 2019 by Codelco Chile All Rights Reserved. CODELCO Chile División Chuquicamata – Gerencia de Recursos Mineros y Desarrollo 70 Contenidos Introducción Introducción Requerimientos Reglamento Seguridad Minera y sus Modificaciones Estándar de Control Fatalidades N°11 Accidentabilidad en lade Industria Minera Geomecánica Básica Control de Siniestralidades Geomecánicas Procedimientos Acuñadura Herramientas Preventivas Aprendizaje de Accidentes Copyrights © 2019 Codelco Chile. Todos los Derechos Reservados. | Copyrights © 2019 by Codelco Chile All Rights Reserved. CODELCO Chile División Chuquicamata – Gerencia de Recursos Mineros y Desarrollo 71 Acuñadura Definición La labor de acuñadura deberá ser realizada solamente por personal explícitamente autorizado por la empresa en la cual trabaja y adecuadamente capacitado para tal labor Copyrights © 2019 Codelco Chile. Todos los Derechos Reservados. | Copyrights © 2019 by Codelco Chile All Rights Reserved. CODELCO Chile División Chuquicamata – Gerencia de Recursos Mineros y Desarrollo 72 Acuñadura Definición • La acuñadura corresponde a la actividad de detectar y hacer caer, de manera controlada, los bloques sueltos de roca que se encuentren en una excavación subterránea • La acuñadura debe realizarse antes de instalar el sistema de soporte y cada vez que sea necesario, de acuerdo a las condiciones del terreno Copyrights © 2019 Codelco Chile. Todos los Derechos Reservados. | Copyrights © 2019 by Codelco Chile All Rights Reserved. CODELCO Chile División Chuquicamata – Gerencia de Recursos Mineros y Desarrollo 73 Acuñadura Técnicas de Acuñadura Manual Debe realizarse desde techo seguro hacia adelante El trabajador debe estar siempre acompañado La herramienta de acuñadura deberá ser lo suficientemente larga para las dimensiones de la labor Jamás exponerse a la línea de fuego Se deberá revisar la existencia de: No exponerse a línea de fuego!!!!! • Fracturas del terreno • Planos de falla • Rocas sospechosas de estar sueltas El trabajador deberá asegurar una vía de escape en caso que el material que derrame sea mayor al previsto. Además el piso en el que se apoya deberá estar firme CODELCO Chile División Chuquicamata – Gerencia de Recursos Mineros y Desarrollo Fuente: Sernageomin (http://sitiohistorico.sernageomin.cl/pdf/mineria/G5FortificacionAcunadura.pdf) Copyrights © 2019 Codelco Chile. Todos los Derechos Reservados. | Copyrights © 2019 by Codelco Chile All Rights Reserved. 75 Contenidos Introducción Introducción Requerimientos Reglamento Seguridad Minera y sus Modificaciones Estándar de Control Fatalidades N°11 Accidentabilidad en lade Industria Minera Geomecánica Básica Control de Siniestralidades Geomecánicas Procedimientos Acuñadura Herramientas Preventivas Aprendizaje de Accidentes Copyrights © 2019 Codelco Chile. Todos los Derechos Reservados. | Copyrights © 2019 by Codelco Chile All Rights Reserved. CODELCO Chile División Chuquicamata – Gerencia de Recursos Mineros y Desarrollo 79 Herramientas Preventivas ART • El Análisis de Riesgo de la Tarea es la última barrera para controlar el riesgo • Se debe realizar a conciencia, en el lugar donde se realizará la actividad, evaluando los riesgos a los cuales estará expuesto el personal al realizar sus actividades Copyrights © 2019 Codelco Chile. 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