Ingeniero Civil de Minas / La minería corresponde a una actividad económica asociada a la explotación y extracción de metales desde la corteza terrestre, además, está materia involucra numerosas actividades que hacen de ella una disciplina compleja. Los estudios asociados a la labor minera son amplios, por lo cual se requieren profesionales multidisciplinarios para el desarrollo de este tipo de trabajos. Las amplias fluctuaciones en el mercado de los metales y el agotamiento de las reservas han provocado una merma en el desarrollo de nuevos proyectos, considerando que la realización de los mismos lleva consigo un alto costo de capital, los empresarios no ven el escenario actual como rentable. La Corporación Nacional del Cobre de Chile (CODELCO), ha desarrollado nuevos proyectos para la extensión de la vida de sus divisiones, entre ellos destaca el Nuevo Nivel Mina(NNM), en la División el Teniente, el cual a pesar de sus estudios se encontró con escenarios geomecánicos no anticipados, lo cual ha generado una actualización del proyecto en términos de diseño y plazos. A partir de esto, surgen interrogantes sobre por qué ocurren este tipo de problemas, y la respuesta se ha fundamentado en el alto costo de los procesos de medición y la gran incertidumbre asociada a las características del macizo rocoso. Considerando estas problemáticas, se desarrolla una metodología que genere respuestas concluyentes, sobre qué y cuánto medir en estas campañas, de manera de facilitar el análisis a los proyectistas reducir los costos de las mismas. Los fundamentos de este proceso, se desarrollan a lo largo del texto considerando el estudio de métodos de construcción de obras subterráneas, análisis exploratorio de los datos, métodos de estimación de variables continuas e interpretaciones de variables geomecánicas en términos geológicos y geométricos. Los resultados obtenidos, arrojaron distancias del orden de los 80 metros para un error menor al 10% entre sondajes, en el cual, para el caso de estudio, la variabilidad era capturada considerablemente, por otro lado la comparativa entre los métodos de construcción de túneles que se desarrolló según las clasificaciones estudiadas, mostraron que en la zona estimada se obtiene una velocidad de avance media de 12 [m/día] para el uso de tuneladoras, en comparación a los 4[m/día] utilizando perforación y tronadura convencional. Finalmente las dependencia entre variables geomecánicas definidas, indican una clara realación entre las valoraciones sobre ciertas variables, pero en conjunto destacan por sobre el restos el UCS, el Tipo de roca, y ciertas características de las discontinuidades presentes, las cuales son los requerimientos mínimos asociados al levantamiento de información en terreno para el uso de esta metodología.

Autor no autoriza el acceso a texto completo de su documento hasta el 21/12/2019. / Ingeniero Civil de Minas / El bombeo de barro corresponde a un ingreso repentino de mineral saturado a labores subterráneas. Puede provocar daño a las personas y equipos, retrasos en producción, dilución y cierre de faenas. El presente trabajo tiene por objetivo caracterizar mediante ensayos geotécnicos de laboratorio, el mineral con potencial a producir bombeos de barro en la Mina Diablo Regimiento, División El teniente, Codelco, Chile. De la revisión bibliográfica y de antecedentes se identifican 2 posibles mecanismos que podrían generar un estallido de barro. Estos corresponden a: exceso de humedad y falla de flujo. En el presente estudio, se evalúa el mecanismo de exceso de humedad. Se cuenta con 3 muestras provenientes de puntos de extracción cerrados por peligro de bombeos de barro en Diablo Regimiento, que representan los 3 tipos de mineral saturado fino que se encuentran en la mina. Se realiza ensayos de granulometría, gravedad específica, densidad, límites de consistencia, consolidación edométrica, compresión no confinada y, asentamiento. Se identifica los minerales evaluados como gravas y arenas bien graduadas con contenido de limos y arcillas. Se obtiene la gravedad específica, densidades máximas y mínimas, y se obtiene los límites de Atterberg líquido y plástico, que corresponden a las humedades para las cuales los finos del mineral cambian su comportamiento de sólido a plástico y de plástico a líquido. Además de la caracterización geotécnica, se evalúa la resistencia del material ante condiciones no confinadas, variando la densidad y la humedad. Esto permite observar que la variable de más relevancia en cuanto a la resistencia del mineral es la densidad, puesto que además de influir directamente en la resistencia, limita la cantidad de humedad que el mineral puede albergar, por lo que la densidad controla parcialmente la humedad. Se utiliza clasificaciones de la resistencia y asentamiento de materiales para definir límites de humedad líquidos y plásticos análogos a los de Atterberg, pero que cuentan con la ventaja de clasificar materiales con mayor tamaño máximo que estos. Se concluye que el método utilizado por El Teniente para prevenir bombeos de barro, puede ser actualizado y mejorado. Se recomienda continuar el estudio con el comportamiento confinado del mineral, lo que permitiría evaluar también el mecanismo de falla de flujo.

Ingeniera Civil de Minas / Para la estimación de reservas en block caving existen metodologías manuales que están basadas en principios de mezcla propuestos hace muchos años, como la mezcla vertical determinada por Laubscher. Esta problemática se ha estudiado mediante investigaciones del flujo gravitacional a través de modelos físicos y matemáticos. Dentro de los modelos matemáticos, se destaca Rebop, como un modelo de flujo gravitacional basado en balances de masa y criterios mecánicos del caving, que permiten modelar de forma más asertiva el fenómeno del caving incluyendo la mezcla vertical y horizontal.. Estas metodologías manuales también cuentan con criterios de optimización, en particular se encuentra la metodología de costo de oportunidad, la cual incorpora el costo de procesar mineral de baja ley, cuando es posible enviar a planta un mineral de mejor ley. Por lo anterior, el presente trabajo busca desarrollar un estudio exploratorio de una metodología que determina una secuencia optimizada, mediante la incorporación de un modelo de optimización de secuencia UDESS, que tiene como función objetivo maximizar el valor presente neto (VPN) del proyecto, junto con utilizar el software de flujo gravitacional Rebop, el que obtiene una mezcla más precisa. Posteriormente, los resultados de la metodología de UDESS y Rebop, serán comparados con un procedimiento manual de planificación llamado marginalista el que considera mineral todo lo que se encuentra sobre la ley de corte sobre una secuencia determinada con anterioridad. Para el desarrollo del trabajo se realizaron 4 casos que difieren en la distribución de las leyes y en las alturas de columna en su modelo de bloques. Como resultado todas las secuencias optimizadas, se muestra una disminución en la cantidad de dilución extraída, llegando a más de un 50% menos. Mientras que respecto al VPN en 3 de los casos aumenta en un rango del 7% al 20% dependiendo del caso. El único caso que disminuye, lo hace en un 1%, lo que se considera que está dentro del error permitido del modelo de optimización. Por otro lado, se determina que la distribución de leyes es más relevante que las alturas de columna in-situ, debido a que no se generan secuencias que extraigan proporcional a su altura de columna. Los resultados muestran que en el caso de un block caving, donde la dirección de la extracción es principalmente vertical, esta metodología funciona para obtener una secuencia que maximice el VPN dentro de un horizonte de tiempo determinado. Por lo tanto, se recomienda usar esta metodología tanto para una evaluación de un proyecto como para una planificación de corto plazo, que tenga como objetivo mejorar el VPN, dependiendo de la cantidad y calidad de la información con la que se cuenta. Respecto a las secuencias obtenidas con UDESS se estima que las restricciones que se incorporan son las necesarias para una secuencia de un macro-bloque extraído por block caving, con sus puntos abiertos y disponibles. Sin embargo, se recomienda precisar algunos parámetros como: la apertura de área por periodo, diferencia de altura extraída entre los vecinos, tasa de extracción por punto y discretización del modelo en UDESS. Cabe mencionar que para el uso de la herramienta de flujo, este se debe calibrar con datos mina para mejorar los resultados de simulación.

Geóloga / Éste estudio se desarrolló a partir de la necesidad de caracterizar el macizo rocoso del proyecto Caracoles, yacimiento tipo pórfido cuprífero, el cual se ubica en el distrito Centinela perteneciente a la comuna de Sierra Gorda en la región de Antofagasta. El objetivo de ésta investigación se basó en la elaboración de un modelo de unidades lito-geotécnicas del proyecto, mediante datos geotécnicos y geológicos. Para realizar la confección descrita anteriormente se efectuaron las siguientes tareas: Estándares de mapeo geotécnico, compilación de la información en una base de datos, validación de la información existente y mediante el análisis de datos, la posterior caracterización geotécnica de cada litología. De esta forma se lograron reconocer distintas poblaciones de datos con una continuidad espacial y una base geológica que explica éstas diferencias. Como resultado de este proceso, se concluyó que la distribución espacial de la resistencia de la roca se ve seriamente afectada por: la Zona de Óxidos y la Falla Roja. Dicho de otro modo, la roca expuesta a estos procesos disminuirá considerablemente su resistencia. A partir de lo anterior se interpretó un sistema paralelo a la Falla Roja, ubicada en la zona de baja resistencia (al este de la Falla Roja) la cual muestra una intensa alteración argílica y zonas de cizalle. Finalmente, se realizó el modelamiento de unidades lito-geotécnicas con su respectiva caracterización en cuento a resistencia UCS, parámetros RQD y RMR.

Documenta la aplicación del estudio geotécnico para el desarrollo del tajo en el proyecto minero Coroccohuayco perteneciente a la Compañía Minera Antapaccay S.A., enfocando su estudio en la mecánica de suelos y rocas en el macizo rocoso, mediante perforaciones, ensayos de laboratorio, para determinar parámetros de resistencia para cada unidad litológica e identificación de estructuras, información útil para la clasificación geomecánica de un macizo rocoso. / Tesis

Magíster en Minería / En las operaciones mineras subterráneas a gran escala, como Block/Panel Caving, el ingreso de agua desde la superficie y provenientes del subsuelo mismo es una condición inherente, así mismo, la naturaleza de dichos métodos de explotación condiciona que el bloque mineralizado sea altamente fracturado y que se comporte como un flujo granular que desciende hasta el punto de extracción por gravedad. Procesos de conminución secundaria genera material de granulometría fina que en conjunto con el agua circundante forma barro. Las múltiples perturbaciones del medio (sismos, vibraciones, cargue de material, tronadura, etc.) desencadenan el ingreso súbito del lodo (mud rush) a los niveles de producción y transporte de las minas, produciendo pérdidas de vidas humanas y económicas. El objetivo principal de esta tesis, es conocer los mecanismos físicos del flujo de agua, la cual es la fuerza movilizadora del barro, así como su trayectoria y velocidad hacia los puntos de extracción de mineral, en un medio granular que experimenta difusión de vacíos a causa del desarrollo de la explotación. Esto se ha realizado, a partir de 1200 experimentos numéricos 2D en Comsol Multiphysics ®, considerando porosidades diferenciadas, un medio saturado, continuo, isotrópico y homogéneo y además acoplando la ecuación de Brinkman-Darcy y el modelo cinemático modificado de material granular bajo una solución analítica por Métodos de Elementos Finitos (FEM). Las variables involucradas en el análisis numérico son: densidad local, diámetro de las partículas, área de extracción, separación entre puntos de extracción, velocidad inicial del flujo y estrategia de conexión del Caving. Para cada una de estas, se evaluó su relación de interdependencia y el control que ejercen sobre el comportamiento del flujo de agua para un punto de extracción con tiraje aislado y dos puntos de extracción con tiraje simultáneo. Los resultados permiten sugerir para el caso aislado, que la velocidad del agua a la salida del punto de extracción sigue una tendencia exponencial en relación con el área extraída, es decir, una extracción continua genera la reducción de la velocidad esperada y constituye una estrategia sólida y eficaz de drenaje de la zona activa de movimiento del flujo granular (IMZ). La granulometría y el cambio de densidad local controla la geometría del IMZ, facilitando el flujo de agua hacia el punto de extracción en un 10.58% a 23.31%, respectivamente. Para el caso simultáneo, es importante mencionar que dos puntos alejados entre sí, se comportan como dos puntos aislados que reciben un aporte del 50% de la velocidad inicial, pero sí la separación disminuye, la velocidad esperada se reduce considerablemente por el aumento de zonas altamente permeables que crean nuevas rutas hacia la zona superpuesta. Por otro lado, la estrategia de conexión del Caving controla el flujo de agua en función de la geometría del cave back, donde un tiraje uniforme permite evitar la entrada prematura de agua al nivel de producción. Los dos modelos matemáticos que sintetizan lo anterior, poseen errores relativos de predicción entre 0,83% y 6,09%, y permiten una estimación de la velocidad del agua en el punto de extracción, lo que ayudará a anticipar el tiempo y lugar donde se tiene mayor probabilidad de ocurrencia de un bombeo de barro (mud rush).

Ingeniero Civil de Minas / El estudio del comportamiento de roca intacta es el punto de partida para poder realizar análisis a escala de macizo rocoso. Es por esto que se han realizado grandes esfuerzos para replicar y validar dicho comportamiento mediante el modelamiento numérico. Aquí es donde aparece el programa de elementos discretos PFC3D, el cual replica a la roca intacta mediante esferas rígidas unidas entre sí por modelos de contactos, cuyo comportamiento depende de micro-parámetros. El modelo de contactos utilizado últimamente para realizar los ensayos con este programa tiene por nombre Enhanced Bonded Particle Model, el cual presenta una serie de deficiencias. De esta manera se trabajó en la creación de un nuevo modelo llamado Flat Joint Model, con la finalidad de tratar de superar las falencias que presenta el Enhanced BPM. De esto nace el objetivo principal de este trabajo, el cual consiste en calibrar este nuevo modelo de contacto, de manera de representar el comportamiento de la roca intacta, que en este caso corresponde a la roca Westerly granite, y poder así comparar los resultados obtenidos por ambos modelos. Para lograr la calibración del Flat Joint Model, y tener un punto de comparación con datos de laboratorio, se extraen desde la literatura una serie de datos experimentales de diversos autores que realizaron una serie de ensayos de roca a muestras de granito que llevan por nombre Westerly granite. Además se cuenta con los resultados de simulaciones hechas con el modelo Enhanced Bonded Particle Model. Los resultados de las simulaciones hechas con el Flat Joint Model, luego de haber sido calibrado, nos dicen que este modelo replica con mayor exactitud los parámetros elásticos y de resistencia en el ensayo de compresión uniaxial y de tracción directa, como también representa de mejor manera la envolvente de falla experimental de la roca, sobre todo a confinamientos bajo los 60 [MPa]. Además se resuelve en parte una de las deficiencias del modelo Enhanced BPM, el cual no es capaz de replicar los valores de la razón de Poisson de la roca obteniendo resultados muy por debajo a los experimentales (diferencias del orden de 86%). Finalmente se concluye que el FJM es mejor modelo de contactos que el Enhanced BPM debido a que es capaz de replicar un comportamiento post-peak de la roca (comportamiento frágil), lo cual era la gran deficiencia del primer modelo. Si bien no se logra representar la fragilidad de la roca a grandes confinamientos, es un gran avance que se tengan comportamientos frágiles aún a 30 [MPa] de confinamiento, siendo que en el Enhanced BPM, a confinamientos de 5 [MPa] ya se presenta una respuesta dúctil de la curva esfuerzo-deformación.

Geóloga / Durante las últimas décadas se han realizado grandes avances en el modelamiento geomecánico y en el desarrollo de técnicas de teledetección. Estos avances han permitido el perfeccionamiento de los análisis de estabilidad en laderas de roca al mejorar nuestro entendimiento tanto de los mecanismos como de los procesos involucrados, y de los riesgos asociados a los deslizamientos. La presente memoria tiene como propósito la implementación de herramientas de modelamiento numérico, específicamente, el programa 3DEC, basado en el método de elementos distintos, para la caracterización de laderas de rocas afectadas por deslizamientos considerando su superficie topográfica y sus propiedades geológicas y geotécnicas. Además, en base a la experiencia adquirida con el uso del software, se propone una metodología consistente en siete etapas, que sirva como guía para ser aplicada por futuros usuarios de este tipo de herramientas aplicado a problemas geoingenieriles en taludes de roca. A grandes rasgos, para el desarrollo de estos modelos, se requiere, en primera instancia, contar con un Modelo de Elevación Digital, el cual permite generar la topografía de la zona, ya sea en base a modelos de bloques o de superficies. Luego, se le asignan a los materiales y las discontinuidades sus propiedades correspondientes. Finalmente, se desarrollan los modelos considerando los objetivos del mismo. Se elabora un modelo geométrico para el caso de estudio de Cerro Catedral, ubicado en la Cordillera Principal de la Región Metropolitana, el cual refleja la topografía reconstruida y las propiedades de la roca y de las discontinuidades. Se analiza la estabilidad estática para 2 variantes del modelo: un escenario en donde todas las discontinuidades que separan al talud de la remoción están abiertas y otro que considera un puente de roca en la segunda rampa del talud. Se concluye del análisis, que el modelo con discontinuidades abiertas es estable estáticamente para valores de fricción interna superiores a 25°, con un modelo puramente friccional, y que al introducir un puente de roca, el talud pasa a ser estable para todo el rango de propiedades consideradas.

Ingeniero Civil / El presente trabajo estudia experimentalmente el mecanismo de acuñamiento inducido térmicamente descrito por Pastén (2013), el que explica la acumulación de desplazamientos en taludes de roca sometidos a cambios cíclicos de temperatura superficial. El objetivo del trabajo es validar experimentalmente el mecanismo de acuñamiento y determinar las condiciones geométricas y patrones de difusión térmica que lo exacerban. El modelo experimental contempla el uso de un modelo físico que consiste en un sistema bloque-cuña de acrílico que reacciona en un marco rígido de aluminio montado dentro de un contenedor térmicamente aislado con un sistema interno de control de temperaturas. El diseño experimental del sistema contempla la elección de los materiales constituyentes, el dimensionamiento de las piezas de acrílico, la elección de los sensores de desplazamiento y temperatura, el estudio de la estabilidad del bloque frente al deslizamiento y volcamiento, y el análisis térmico. Las variables experimentales que considera este trabajo son el ángulo de inclinación de la base y la amplitud de temperaturas y el periodo del ciclo térmico. Los resultados obtenidos del modelo experimental confirman la directa proporcionalidad entre el periodo cíclico y la amplitud de temperatura al interior del acrílico. Además, se determina que los desplazamientos plásticos por ciclo del sistema son proporcionales a la amplitud de temperatura al interior del acrílico. Finalmente, se obtiene que el sistema acumula desplazamientos en la etapa cíclica y en la de enfriamiento final. / Este trabajo ha sido financiado por el Proyecto Fondecyt de Iniciación N° 11130363

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Mecánica / Ingeniero Civil Mecánico / Uno de los problemas más importantes de la minería es la estimación de la estabilidad estructural de la mina, a lo largo de su vida útil. Para estimar la estabilidad estructural, se requiere conocer el campo de esfuerzos, y considerar un criterio de falla del material rocoso. El campo de esfuerzo depende de la geometría del macizo rocoso y de su evolución. El criterio de falla depende de conocer en detalle la composición y comportamiento del macizo rocoso. Una gran dificultad de los métodos de explotación subterránea basados en el Caving es que no se conoce la geometría ni las fases del material con la precisión deseada. Tampoco se conoce la evolución desde material competente a material extraído. De esta manera, no se pueden estimar los esfuerzos ni establecer la estabilidad de la mina, con la precisión deseada. Para estimar la geometría y las fases del material, se desarrolló e implementó un modelo dinámico 3D, de elementos discretos. En un comienzo, estos elementos discretos, están unidos por resortes representando la roca competente. Estos resortes se pueden romper como efecto de cargas superiores a su límite de ruptura, tal cual lo establece el criterio de falla de Mohr-Coulomb. De esta manera, los elementos unidos por los resortes representan la roca en estado competente, y los elementos que cuentan con suficientes resortes rotos, representan el material conminuído que se extrae por las bateas. Esta cantidad de material esta determinado por la información de extracción. La información de extracción es una fuente de información abundante y valorada. Dado que se cuenta con la cantidad de material extaído por cada batea y parámetros de roca se puede modelar el comportamiento del material en función de extracción. Conocido este comportamiento, se puede estimar la geometría de la mina. Los resultados obtenidos muestran la evolución de la cavidad, Cave Back, al interior de un macizo rocoso explotado por el método de Block Caving.