Ingeniera Civil Mecánica / En el presente trabajo se estudiará el comportamiento mecánico de roca seca tipo ígnea, la cual corresponde al 95 % de la corteza terrestre [1]. Esto con la finalidad de contribuir a estudios relacionados con la predicción de sismos y también al campo de la extracción de recursos naturales en ambientes poco favorables. El objetivo principal de este estudio es mejorar y precisar las ecuaciones constitutivas no-lineales propuestas por R.Bustamante y K.R Rajagopal que permiten modelar el comportamiento mecánico de las rocas, lo cual se logra mediante los siguientes objetivos específicos: Analizar tres modelos matemáticos aplicados a datos experimentales de ensayos de compresión sin restricción lateral, compresión con restricción lateral y compresión triaxial. Luego, se aplica error de mínimos cuadrados entre los datos experimentales utilizados y los obtenidos de manera teórica para definir la combinación de constantes que entrega el mejor ajuste de los datos teóricos a la curva experimental. Finalmente, a través del ensayo acústico se busca verificar la validez de las ecuaciones constitutivas propuestas. Para este estudio se supone en particular expresiones donde las deformaciones se tienen como funciones de los esfuerzos y la roca al ser sometida a deformaciones pequeñas presenta un comportamiento elástico no-lineal. Para este fin, inicialmente se recolectarán datos experimentales obtenidos de los ensayos en roca ya mencionados. Luego, excluyendo el ensayo acústico, a través del software Python se realizará un ajuste a las curvas características de esfuerzo y deformación, utilizando 3 modelos matemáticos que se basan en las ecuaciones constitutivas presentadas en la sección 2.2.3, aplicando error de mínimos cuadrados entre los datos teóricos y experimentales para obtener la combinación de constantes que generan el ajuste más preciso a la curva experimental. Finalmente, a través del uso de ecuaciones incrementales se busca analizar el ajuste de los datos experimentales correspondientes al ensayo acústico con las ecuaciones constitutivas determinadas anteriormente y comprobar la utilidad de éstas. Los tres modelos propuestos permiten modelar el comportamiento de las rocas, con un error relativo promedio que va desde 7,29 % a 113,0 %. Se debe mencionar que las ecuaciones constitutivas propuestas sólo pueden ser aplicadas hasta un rango de esfuerzo de 15 [MPa] a 30 [MPa]. Respecto al ensayo acústico, las curvas teóricas siguen la tendencia de la curva experimental, lo cual permite validar parcialmente las ecuaciones constitutivas propuestas. / Este trabajo ha sido parcialmente financiado por el proyecto FONDECYT N° 1160030

Memoria para optar al título de Geólogo / Las rocas poseen propiedades mecánicas las cuales definen la capacidad del material para resistir acciones externas o internas que implican la aplicación de fuerzas sobre el mismo, además de parámetros geológicos-geotécnicos, los cuales varían en distintos tipos de rocas. Este trabajo, tiene como finalidad realizar una caracterización geotécnica y posteriormente un análisis del comportamiento mecánico a partir de correlaciones entre los parámetros de las rocas ensayadas en el Laboratorio de Block Caving del Departamento de Minas, mediante una descripción de los parámetros geológicos-geotécnicos (UCS, ángulo de fricción, cohesión, módulo de Young, coeficiente de Poisson, rugosidad/JRC) presentes en probetas de rocas ensayadas. Se realiza un trabajo de reconocimiento, registro y organización de muestras disponibles para armar un catastro de todo el material con el cual se dispone y se recopila información de ensayos anteriores realizados en el laboratorio, los cuales entregan los valores de cohesión (C), ángulo de fricción interna (ϕ), módulo de Young (E) y coeficiente de Poisson (v) (pertenecientes al laboratorio de Block Caving). El resto de los parámetros se obtuvieron mediante la revisión y descripción de muestras de mano, obtenidas de distintos lugares de Chile. Se describieron características como: mineralogía, rugosidad, alteraciones, dureza, etc. Se realizaron diagramas de dispersión de datos de los parámetros (UCS, ángulo de fricción, cohesión, módulo de Young, coeficiente de Poisson, rugosidad/JRC) con respecto a la litología y JRC. Entre los resultados de este trabajo, se comparó la litología con parámetros de roca intacta, como la compresión simple (UCS), el ángulo de fricción (ϕ), la cohesión (C), valores para el módulo de Young (E) y el coeficiente de Poisson (v). Para resultados de ensayos realizados en discontinuidades, se compara el coeficiente de rugosidad (medido después del ensayo) y la mineralogía (al ser cuarzo el relleno de las cuatro muestras), con la cohesión y el ángulo de fricción. En general, para roca intacta la mayoría de los parámetros geomecánicos se encontraban dentro de los rangos propuestos bibliográficamente. Existe un número menor de muestras que se alejan de los valores referenciales, siendo la meteorización, alteración y variación mineralógica presentes en estas muestras posiblemente las responsables. En cambio, para discontinuidades se encontró una relación entre el coeficiente de rugosidad (JRC), mineralogía, cohesión (C) y ángulo de fricción (ϕ), lamentablemente este análisis se realizó solamente con 4 muestras, razón por la cual no se puede concluir nada al respecto.

Memoria para optar al título de Ingeniera Civil de Minas / 10/08/2023

Memoria para optar al título de Geólogo / 17/06/2022

Ingeniero Civil de Minas / Los métodos gráficos de estabilidad son una herramienta bastante utilizada en la actualidad para el diseño de caserones al ser de fácil uso y prácticos, al hacer uso de la forma/tamaño del caserón y la calidad del macizo rocoso. El objetivo de esta memoria es extender y analizar las metodologías de Mathews y Laubscher haciendo uso de los caserones ya explotados, contando con un total de 258 mediciones en caserones explotados mediante minería sublevel stoping ubicados en el complejo minero Lundin Mining, en donde se analiza la estabilidad de la pared colgante, pared yacente y techo. En la metodología realizada primero se definieron los sectores de interés requeridos para el estudio, de donde se obtiene la información geológica/geomecánica requerida para realizar el back-análisis. Posteriormente se realizó el preprocesamiento de las triangulaciones (diseños y CMS) para eliminar los problemas que presentan y poder realizar el back análisis definiendo los nuevos lineamientos y finalmente proceder con un análisis de correlaciones entre las variables de los métodos de estabilidad. El primer resultado indica que es posible generar caserones de dimensiones mayores a las permitidas por las metodologías de Mathews y Laubscher, sin comprometer la estabilidad. Por otro lado, no se obtuvo una buena correlación entre los métodos ya que Laubscher no considera: la orientación de las paredes no diferencia rocas con resistencia a la compresión uniaxial mayores a 185 [MPa] y el factor de ajuste por esfuerzos inducidos por minería, perjudica la clasificación del método, al estar los datos concentrados entre 60% a 65%. Finalmente se prefiere el uso de Mathews por sobre Laubscher para el estudio de la estabilidad de caserones ya que considera la orientación de las paredes y presenta mayor variabilidad. / 27/12/2022

Ingeniera Civil de Minas / La transición de rajo a subterránea es un cambio que se está dando con más frecuencia en estos tiempos, no obstante, la transición contraria también se puede dar como es el caso de El Soldado, generando nuevos problemas que raramente son documentados. Para esta transición, es fundamental el relleno apropiado de las excavaciones subterráneas antes de seguir profundizando el rajo, ya que beneficia el comportamiento y condición de estabilidad de los taludes, sin mencionar la clara atenuación del riego de fatalidades y perdida de maquinaria producto del hundimiento inesperado de estas. Considerando lo anterior, surge el objetivo principal de este trabajo que es realizar un análisis geotécnico para validar los 40 m mínimos de puente de roca que se utilizan hoy en día y evaluar por etapa de explotación la estabilidad de cada uno de los caserones que se requiera rellenar y hundir para los próximos años. Para cumplir con este objetivo, se estudiaron los criterios de sobre excavación basados en la falla por tracción y por desconfinamiento eligiendo entre ellos al Criterio I: σ_3≤-0.1 MPa, Criterio II: σ_3≤0 MPa y Criterio III: p≤1 MPa. Estos se aplicaron a modelos numéricos en Phase2 de 16 caserones históricos de El Soldado en distintas fases de explotación del rajo, lo que dio un total de 50 casos. Se concluye que el Criterio I basado en la falla por tracción del macizo rocoso predice bastante bien la sobre excavación que presentaron los caserones históricos de El Soldado con una precisión del 90%. El Criterio II basado en la falla por desconfinamiento debido al desprendimiento de bloques por gravedad demostró ser demasiado conservador. Por último, el Criterio III presenta un mal desempeño para predecir la sobre excavación. El método empírico del Span escalado de Carter (1992) se aplicó a los 50 casos históricos encontrando que los caserones clasificados como A (Span escalado>3.58 Q^0.44) se deben considerar como inestables, lo que determina un puente de roca mínimo para rellenar un caserón. Este valor siempre fue más pequeño que el puente de roca mínimo encontrado con los Criterios I y II, por lo que se estima que este método es muy conservador. Los Criterios I y II con apoyo del método del Span escalado demostraron ser útiles para predecir la sobre excavación que sufrirá el caserón y para determinar una cota estable de relleno. Se obtuvieron puentes de roca estables para rellenar las cavidades del orden de 42-50 m dependiendo de las condiciones de cada caserón, lo que valida los 40 m mínimos de puente de roca para rellenar un caserón que era el objetivo principal de este trabajo. En varios casos no se logró un puente estable con menor espesor debido a que se consideró la explotación completa por bancos de 15 metros, por ello un puente de roca de 50 m pasa directamente a 35 m en la siguiente cota que se considera inestable con los Criterios I y II. Por último, los puentes de roca obtenidos para cada caserón coinciden con los que planificación tiene considerado en el plan de relleno de cavidades.

Memoria para optar al título de Ingeniero Civil de Minas / En la minería actual, los parámetros geotécnicos permiten medir el efecto de diversos factores relevantes al diseño minero, tales como el diseño de fortificaciones, estabilidad de taludes y caserones, niveles de dilución planificada, fragmentación y hundibilidad de la roca, entre otros. El tener una medida precisa de estos factores permite reducir la incertidumbre de los planes de producción y de su valorización económica. Sin embargo, las técnicas actuales para determinar estos valores descansan generalmente sobre el uso de valores promedios y resultados empíricos, los cuales omiten la variabilidad y la naturaleza de los parámetros geotécnicos. En base a lo anterior, la memoria realizada busca proporcionar una metodología que ayude en la búsqueda de una mejor estimación a un insumo básico para los métodos de clasificación del macizo rocoso, la frecuencia de fracturas (FF), considerando un aspecto relevante de ella, su direccionalidad. La metodología consiste en agrupar las fracturas, o más generalmente las discontinuidades, en grupos de fracturas con similar orientación, luego corregir la frecuencia de fracturas observada para cada grupo a una frecuencia de fracturas intrínseca , basado en la corrección de Terzaghi. Posteriormente, se estima las frecuencias de fracturas intrínsecas mediante kriging y se corrigen las estimaciones de vuelta (corrección de Terzaghi inversa) para llevarlas a la dirección de interés para las predicciones finales Se compara los resultados de la metodología propuesta con otros dos métodos de agrupación de discontinuidades y corrección de valores para su FF en base a ubicación, orientación y geometría de las discontinuidades. Debido a la necesidad de tener una base de datos representativa con la cual contrastar los resultados, se decidió simular los datos para una red de fracturas, y trabajar sobre un escenario sintético. Además de las tres metodologías mencionadas, se reparó en el efecto de la cantidad de datos y orientación de los sondajes de muestreo. Por último, dado que la metodología propuesta considera la ubicación y dirección de las discontinuidades en plenitud, se sugiere un procedimiento para estimar la FF en direcciones no sondeadas por los sondajes. Respecto a los resultados obtenidos, la metodología propuesta presentó los indicadores más bajos de error asociados a las estimaciones hechas con ella. Asimismo, el método para predecir la FF en una dirección de interés en base a una diferente ya sondeada entregó resultados satisfactorios para direcciones con baja variabilidad de discontinuidades entre ellas, dejando abierta la posibilidad de implementar simulación geoestadística para mejorar los aspectos de incertidumbre ligados a la heterogeneidad espacial y direccionalidad de la FF.

Memoria para optar al título de Geólogo / En la región de Pilbara, Australia, hay una gran cantidad de depósitos de hierro. En la zona destaca un depósito coluvial, cuyo material está siendo estudiado para ser utilizado en obras civiles. El objetivo de este estudio es caracterizar mineralógica y geotécnicamente el material. Para caracterizar el material se hizo una clasificación granulométrica, se describió geológicamente el material y se analizó los datos de un triaxial gigante realizados por IDIEM que aún no han sido publicados. A modo de entender los procesos internos de lo que ocurre en el triaxial, se hizo dos ensayos especiales: un corte directo entre dos rocas y un corte directo entre roca y suelo. La caracterización del material granular grueso se basó en descripciones macroscópicas de partículas, descripciones microscópicas de cortes transparentes y pulidos y determinación de propiedades físicas (densidad, absorción y porosidad). La resistencia de las partículas se estimó mediante ensayos de carga puntual y martillo de Schmidt. Adicionalmente, el material grueso se sometió a un ensayo de desgaste (slake). La mineralogía del material fino se caracterizó a través de un análisis de difracción de rayos x y espectrometría por infrarrojo (FTIR). Las principales conclusiones de este estudio son: el material se clasificó como gravas bien graduadas, GW, el ángulo de fricción del material es 30,15°, el ángulo de fricción entre roca-roca varía entre 11,2° y 15,4°, y el ángulo de fricción entre roca-suelo varía entre 15,2° y 19,3° dependiendo de la humedad. La mineralogía del material granular grueso está compuesta en mayor parte por hematita, magnetita y cuarzo. La resistencia a la compresión simple de las partículas es 101,24 Mpa. La mineralogía del material fino está compuesta por magnetita, hematita, cuarzo, goethita, muscovita, caolín y rutilo. El material grueso resultó resistente al desgaste.

Geólogo / El presente trabajo se focaliza al oriente del Centro de Estudios Nucleares de La Reina (CEN), ubicado a los pies del Cerro Los Rulos y al norte de la quebrada de Ramón, donde se reconoce el contacto entre dos unidades morfoestructurales características de Chile Central. Al este, la Cordillera Principal y al oeste, la Depresión Intermedia Este estudio tiene como objetivo identificar, describir y caracterizar las unidades geológicas presentes en el escarpe de la Falla San Ramón mediante dos sondajes profundos, un sondaje de diamantina (S-1) con recuperación de testigo que se ubicó sobre el escarpe alcanzando una profundidad de 199 metros y un segundo sondaje de aire reverso (S-2) ubicado en dependencias del CEN que alcanzo una profundidad de 100 metros. Para la descripción y caracterización litológica detallada de los testigos del sondaje S-1, se realizaron cortes transparentes para su estudio microscópico. Además, difracción de rayos x y FTIR para conocer mejor la mineralogía presente en las estructuras. Con el fin de caracterizar geotécnicamente el sondaje S-1 se estimó RQD y frecuencia de fractura (ff/m) La estratigrafía del sondaje ubicado sobre el escarpe de falla muestra roca asociada a la Formación Abanico sobre sedimentos cuaternarios de la cuenca de Santiago, lo que indica la presencia de una falla geológica inversa que se asocia a la Falla San Ramón. El segundo sondaje solo mostró sedimentos cuaternarios asociados al relleno de la cuenca. Con los resultados se confeccionaron columnas estratigráficas representativas de los sondajes, las cuales se complementaron con información de estudios anteriores, logrando generar un perfil geológico de la zona. Del estudio se ha podido concluir que la Falla San Ramón tiene una zona de daño estimado de 25 metros de espesor, caracterizada por la presencia de una red de estructuras subsidiarias, entre las que se encuentran, planos de fallas subverticales con estrías de falla. El núcleo de falla, representado por la presencia de 4 zonas con brechas de falla tipo mosaico, de espesores estimados entre 7,5 y 65 cm, alcanza un total de 1,35 metros de espesor. Las brechas de falla presentan una disminución del tamaño de grano con respecto al protolito (tobas de lapilli, lavas e ignimbritas), además; de presentar minerales metamórficos de bajo grado (zeolitas) rellenando espacios vacíos. Esto último genera una disminución de la permeabilidad permitiendo que la Falla San Ramón actué como barrera-conducto para el agua subterránea. Considerando la ubicación del escarpe de falla en la zona de estudio, un perfil de resistividad cercano y la ubicación de la falla en el sondaje S-1 la Falla San Ramón muestra un manteo entre 54º-60°E.