Memoria para optar al título de Geólogo / Memoria para optar al título de Ingeniero Civil de Minas / La estabilidad mecánica de taludes mineros es una temática de primera relevancia en todas las operaciones mineras a cielo abierto del mundo. Esto debido a que tiene repercusiones directas en la continuidad de la explotación y la seguridad de trabajadores, así como en la maquinaria e instalaciones mineras. El procedimiento convencional de evaluación de estabilidad de taludes en minería a cielo abierto consiste en caracterizar su potencialidad de falla mediante un factor de seguridad. Este procedimiento se relaciona directamente con las etapas de planificación minera y de diseño minero en un macroproceso cuyo objetivo final es definir la geometría final del rajo. No obstante, su falta de integración se traduce en prolongados periodos de procesamiento y en resultados que no siempre maximizan el valor del proyecto minero. El objetivo principal de este proyecto es obtener un procedimiento automatizado, que permita evaluar la estabilidad mecánica de taludes mineros y que pueda ser acoplado con los resultados tradicionales obtenidos en la etapa de planificación minera. Esto permite disminuir los tiempos de procesamiento y avanzar en la futura integración completa de los tres procedimientos: diseño, planificación y análisis de estabilidad. Para alcanzar este objetivo, este trabajo utiliza e integra los softwares: Whittle y Surpac de GEOVIA, Abaqus y Isight de SIMULIA y Python de código abierto. Tras la integración de estos softwares, se presenta un procedimiento de evaluación de estabilidad de taludes mineros automatizado. Este procedimiento recibe como variable de entrada el modelo de bloques proveniente de la etapa de planificación minera y las propiedades del macizo rocoso. Con esto se abre la puerta a nuevas oportunidades en la planificación de minas a cielo abierto, ya que ahora es posible caracterizar la estabilidad de las paredes del rajo planeado, considerando la espacialidad y temporalidad de la explotación. El modelo automatizado es apto para realizar análisis de sensibilidad, al modificar las variables de entrada. Los resultados de este estudio muestran la importancia de considerar la incertidumbre en los parámetros de entrada. En efecto, se detecta una caída dramática del 81% al 31% de los taludes considerados estables, al reducir un 15% los parámetros de Mohr-Coulomb, asociados a la resistencia de la roca.

Ingeniero Civil de Minas / El presente estudio plantea el desarrollo de una metodología de diseño y planificación de tronadura controlada, para administrar y controlar riesgos geotécnicos durante la construcción de taludes, teniendo como principal foco de atención el control del daño a escala de banco. La metodología propuesta se soporta en dos pasos: el primer paso consistió en una investigación exhaustiva de factores claves de diseño de tronadura (clasificación del macizo rocoso, distribución de tamaño de bloque in-situ, factor de carga, vibraciones, fragmentación, diseño de tronadura controlada, mecanismo de fragmentación del macizo rocoso y concepción de daño); el segundo paso consistió en una revisión de casos de estudio (caso base), considerando 3 faenas mineras con datos de: modelos geotécnicos, clasificación del macizo rocoso, flujograma de actividades de perforación y tronadura y resultados de tronaduras ejecutados. De la revisión de los casos de estudio se tiene el siguiente diagnóstico, que sirve como base para el desarrollo de la metodología: a) Los resultados de tronadura, se sustentan fuertemente en la metodología de prueba y error. b) No existe una incorporación detallada de la información del modelo geotécnico en la cadena de procesos de perforación y tronadura. c) Existen deficiencias en la definición y funcionamiento de los sistemas QA/QC durante la implementación de diseños de perforación y tronadura. d) Escaza coordinación entre las áreas involucradas en la implementación de los diseños de tronadura controlada. e) No son ampliamente utilizadas metodologías que permitan correlacionar el daño en la pared del talud con los diseños de tronadura. Dado el diagnóstico obtenido, se propone una metodología de planificación y diseño de tronadura controlada, la cual busca dar solución a los problemas planteados anteriormente. Esta metodología se divide en 5 pasos: 1) Clasificación del macizo rocoso para tronadura. 2) Zonificación de la mina según unidades geotécnicas para tronadura. 3) Diseño base de malla de perforación por unidad geotécnica de tronadura. 4) Planificación de tronadura controlada. 5) Implementación de diseños de perforación y tronadura (QA/QC y evaluación de resultados). La metodología propuesta cumple con los 5 puntos planteados en el diagnóstico. Se recomienda en gran medida depurar cada uno de los pasos planteados, ajustar los índices de tronabilidad para las condiciones de cada faena, establecer una estrategia para lograr coordinar las áreas involucradas con un lenguaje común y diseñar en base al factor de potencia recomendado.

Ingeniero Civil / Este trabajo es una investigación experimental sobre el efecto del confinamiento y el contenido de finos en el comportamiento monótono drenado de las arenas del tranque de relaves El torito , en un amplio rango de presiones que varían desde 0.1 MPa a 5 MPa. El contexto que motiva este estudio es la gran producción y baja ley de los yacimientos mineros en Chile, lo que implica la construcción de tranques de relave por sobre los 150 m, induciendo cargas que superan 1 MPa. Este nivel de tensiones podría generar rotura de partículas, aumentando la compresibilidad, y la pérdida de resistencia. El programa experimental consiste en ensayos triaxiales drenados en el material de relaves variando el contenido de finos no plásticos en 1%, 5%, 10% y 20%. Los ensayos fueron realizados a presiones de confinamiento isótropo inicial desde 0.2 MPa hasta 5 MPa. Los resultados evidencian que a bajas presiones de confinamiento se tiene un crecimiento de la compresibilidad al aumentar la dosificación de fino, puesto que estos contribuyen en el deslizamiento de los granos gruesos de arena. En la medida que aumenta el confinamiento efectivo, desaparecen las diferencias en deformación volumétrica, tendiendo a la formación de una meta estructura estable. Por otro lado el ángulo de fricción interna peak disminuye con la presencia de finos en bajas presiones de confinamiento, debido a que los finos contrarrestan la trabazón mecánica. El aumento del confinamiento provoca la pérdida del trabazón peak y un pulido de cantos angulosos que se traduce en una disminución del ángulo de fricción interna peak Por último, se demuestra experimentalmente que las arenas de relave, para un 20% de deformación axial, no sufren una rotura explosiva hasta confinamientos de 5 MPa, sino que un pulido de los cantos angulosos. Se observa que este pulido es mayor, y se acentúa, en la etapa de corte que en consolidación isótropa

Ingeniero Civil / En el presente trabajo de título se desarrollaron metodologías para determinar propiedades de suelos parcialmente saturados mediante un equipo triaxial fabricado por GDS Instruments. Una vez establecido el procedimiento correcto, se redactaron manuales que detallan el uso del equipo triaxial para implementar tres distintos ensayos geotécnicos: ensayo triaxial convencional, determinación de la curva característica suelo-agua y ensayo triaxial de suelos parcialmente saturados. Inicialmente, se llevaron a cabo ensayos triaxiales convencionales en el equipo GDS Instruments y en un instrumento equivalente marca Humboldt, con el objetivo de establecer el correcto desempeño del primero, y a su vez, analizar el comportamiento saturado de una arena de relaves. Dicho material, corresponde a la fracción gruesa de un relave integral, con un bajo contenido de finos no plásticos. Se utilizaron probetas confeccionadas por el método de apisonamiento húmedo (wet tamping), a densidades relativas del 40% y 60%; ensayadas a confinamientos isótropicos efectivos de 1, 2 y 4 kgf/cm2, en condición drenada y no drenada. Posteriormente, se ejecutó un primer ensayo parcialmente saturado, correspondiente a la determinación de la curva característica suelo-agua, también denominada curva de succión, que relaciona el contenido de agua en la muestra de suelo, con la succión matricial generada. Se utilizó una probeta fabricada por apisonamiento húmedo, a una densidad relativa del 60% y confinada isotrópicamente a 1 kgf/cm2. Los resultados experimentales fueron comparados con un modelo teórico desarrollado por Fredlund et al. (2002), desarrollado a partir de la curva de distribución granulométrica del material. Por último, se efectuaron ensayos triaxiales parcialmente saturados drenados, utilizando una muestra armada por apisonamiento húmedo a una densidad relativa del 60%. Las muestras fueron sometidas a confinamientos isótropicos de 1, 2 y 4 kgf/cm2 y a una succión matricial de ua-uw = 0,02 kgf/cm2 y 0,2 kgf/cm2, constante durante la etapa de aplicación del esfuerzo desviatórico, cuya duración se estableció en 2 días y 12 hrs, para asegurar el drenaje de las presiones de poro. Los ensayos triaxiales en las muestras parcialmente saturadas de la arena de relave, arrojaron resistencias mayores a las determinadas en las muestras saturadas. Como consecuencia, se puede anticipar que evaluar el comportamiento geomecánico de suelos con saturación parcial, puede resultar favorable para el diseño de tranques de relave.

Tesis para optar al Grado de Magister en Manejo de Suelos y Aguas / La disponibilidad de investigación sobre la comparación de métodos confiables, rápidos y prácticos de implementar para monitoreo de fertirriego en Chile es insuficiente. Actualmente la estimación de las concentraciones de iones en la solución suelo es obtenida a partir del método del extracto de saturación, el cual requiere de una preparación previa y cercanía a un laboratorio. Con el fin de conocer el comportamiento de un método alternativo de extracción, simple en preparación y filtración, para ser analizado con equipos portátiles, se realizó un estudio comparativo de las determinaciones de pH, CE, concentraciones de macronutrientes, sodio y cloruro mediante la extracción en una relación 1:2 (V/V) de suelo/agua (método holandés) y el método del extracto de saturación en un, suelo franco arcilloso, con fertirriego aplicado a un parronal adulto cv Red Globe, Región Metropolitana de Chile. Desde cada sitio de muestreo, se extrajeron muestras de suelo, según horizontes genéticos, de nueve puntos tomados al azar. Las muestras fueron disgregadas, secadas al aire, tamizadas, homogenizadas y subdivididas en dos submuestras, la primera fue enviada a un laboratorio comercial para la caracterización de la fertilidad y del extracto de saturación y la segunda al Laboratorio de Química de la Facultad de Ciencias Agronómicas para las determinaciones en el método holandés con equipos de terreno. De acuerdo a las evaluaciones, se aceptó la hipótesis solo para el potasio. Para el pH se rechazó la hipótesis; no fue posible comparar ambos métodos para cloruro debido a que el equipo portátil entregó concentraciones por rangos. Para el resto de los nutrientes se aceptó la hipótesis parcialmente en algunos horizontes. Respecto a la correlación, ésta fue estadísticamente significativa (asociatividad positiva) entre ambos métodos en todas las determinaciones químicas, alcanzándose coeficientes de correlación altos (entre 0,896 y 0,824); razonable (0,735) y bajos (entre 0,478 y 0,400). Complementariamente a la correlación de ambos métodos, fue importante contrastarlos en sus datos analíticos a través de la prueba de Chi cuadrado (validación de modelos) que demostró que la confiabilidad entre las discrepancias de ambos métodos fueron para CE; pH; fosfato y potasio, mayores del 70%, mientras que para el resto de los nutrientes se encontraron confiabilidades menores del 70%. / The availability of research comparing reliable, rapid and practical implementation methods for monitoring fertigation in Chile is insufficient. Currently estimation of the concentrations of ions in the soil solution is obtained from the method of saturation extract, which requires previous preparation and proximity to a laboratory. In order to know the behavior of an alternative method of extraction, simple in preparation and filtration, to be analyzed with portable equipments, it was carried out a comparative study of the determinations of pH, EC, concentration of macronutrients, sodium and chloride by extraction in a relationship 1:2 (V/V) of soil/water (Dutch method) and the method of the saturation extract in a clay loam soil, with fertigation and applied to an adult vineyard cv Red Globe, Metropolitan Region of Chile. From each sampling site chosen at random, soil samples according to their genetic horizons were taken from nine points. The samples were disrupted, air-dried, sieved, homogenized and divided into two subsamples, the first was sent to a commercial laboratory for fertility and saturation extract characterization, and the second one was sent to the Soil Chemistry Laboratory of Faculty of Agricultural Sciences for determinations in the Dutch method with field equipments. According to the assessments, the hypothesis was accepted only for potassium and rejected for pH. It was not possible to compare both methods for chlorine due to the portable equipment measured concentrations by ranges. The hypothesis was partially accepted in some horizons for the rest of the nutrients. Regarding the correlation between both methods, this was statistically significant for all chemical determinations (positive association), obtaining high correlation coefficients (between 0.896 and 0.824); reasonable (0.735) and low (between 0.478 and 0.400). Complementary to the correlation of both methods, it was important to contrast their analytical data through Chi square test (model validation) which showed that the reliability between the discrepancies of both methods were greater than 70% for EC, pH, phosphate and potassium, while for the other nutrients reliabilities were under 70%.

Ingeniero Civil / Este trabajo de título propone y desarrolla una metodología simple para estimar desplazamientos permanentes inducidos en muros de tranques de relaves chilenos producto de solicitaciones sísmicas, basándose en el trabajo de Makdisi & Seed (1978). Al igual que el método original, el procedimiento propuesto calcula los desplazamientos a partir de las aceleraciones generadas en distintos puntos del muro. Para estudiar la respuesta dinámica de un tranque de relaves se implementó un modelo numérico con el software de elementos finitos GTS-NX, caracterizado con un modelo constitutivo hiperbólico y parámetros típicos de algunos de los tranques más importantes del país. Los registros se asocian a distintas superficies de falla potenciales mediante el coeficiente de aceleración máxima, kmax. Los desplazamientos se calculan a partir de la doble integración de los registros de aceleración, asumiendo que los desplazamientos de las superficies de falla se generan al superar el coeficiente pseudo-estático de fluencia ky. Los principales resultados presentan una reducción más pronunciada de la razón ky/kmax a medida que aumenta la profundidad de la superficie analizada, y un aumento en la magnitud de los desplazamientos en comparación al estudio original. De forma complementaria se estudia el efecto del modelamiento de los relaves de la cubeta en la respuesta dinámica del muro y se compara la distribución de aceleraciones y desplazamientos considerando modelos constitutivos elástico y Mohr-Coulomb para el muro. Los resultados indican una baja influencia de los relaves de la cubeta en las aceleraciones de los puntos cercanos al talud aguas abajo del muro y resultados erráticos para modelos configurados con relaciones de esfuerzo-deformación lineales.

Ingeniera Civil / Con motivo de la construcción de la extensión de la Línea 3 de Metro hacia Quilicura, surge la necesidad de estimar los parámetros geotécnicos de los suelos finos del noroeste de Santiago. Para realizar esta estimación se utiliza información asociada a los túneles interestación de la Línea 3 del Metro de Santiago, en particular del sector norte. Esta información incluye datos sobre la geometría de los túneles, el método constructivo utilizado y los parámetros geotécnicos del suelo, además del monitoreo de deformaciones realizado durante la ejecución de las obras. Considerando estos datos es posible recrear el modelo numérico utilizado para el diseño de los túneles interestación de la Línea 3 del Metro de Santiago. Para esto se utiliza FLAC3D, software que permite simular el comportamiento de estructuras subterráneas en tres dimensiones, y los modelos constitutivos para suelo: (a) Mohr-Coulomb y (b) Cysoil. Luego, comparando las deformaciones obtenidas por el modelo numérico y los asentamientos superficiales registrados por el monitoreo, se corrobora la necesidad de realizar un back analysis. Considerando los dos modelos constitutivos, y un espectro de variaciones del módulo de elasticidad y del coeficiente de empuje en reposo, se obtienen 4 configuraciones que logran representar el comportamiento real del suelo. Luego, realizando un análisis de sensibilidad se determina cómo afectan las variaciones de los parámetros geotécnicos a los resultados del modelo. Cómo los registros de los puntos subsuperficiales obtenidos en monitoreo no fueron suficientes como para realizar un back analysis, esta información se utilizó para validar los parámetros geotécnicos ya estimados. A partir de las deformaciones subsuperficiales obtenidas con los modelos numéricos que consideran los parámetros geotécnicos ya estimados, se tiene que el modelo Mohr-Coulomb sobreestima en aproximadamente 10 [mm] las deformaciones reales del suelo, mientras que Cysoil, entrega un asentamiento 0,8 [mm] mayor al registrado en terreno. Luego, se tiene que todos los modelos estimados logran representar el comportamiento del suelo en superficie, específicamente la zona que se encuentra justo sobre la excavación del túnel, mientras que sólo el modelo estimado para Cysoil, que considera aumento del 10% del módulo de elasticidad, logra reproducir las deformaciones reales producidas en los puntos subsuperficiales.

Magíster en Minería / A medida que las minas a cielo abierto crecen y se profundizan la estabilidad de sus taludes toma un papel importante y crítico, es por eso que la estimación previa del comportamiento de la roca en cada una de las etapas de la construcción de la mina es crucial para asegurar la estabilidad en el largo plazo. Una correcta estimación permite diseños más empinados, y una mejora en la ratio de remoción estéril/mineral, lo que debería reflejarse en el mejoramiento del VAN del proyecto. El objetivo de esta tesis es validar el nuevo software Slope Model, para el análisis de estabilidad de taludes, mediante la comparación de este con el software ya validado 3DEC. El fin del proyecto es mejorar el conocimiento respecto el comportamiento de macizos rocosos fracturados. En la actualidad existen diferentes programas de modelamiento numérico para la estimación del comportamiento de taludes mineros, los cuales van desde el método de equilibrio límite (LE) hasta enfoques matemáticos analíticos más complejos. La elección de usar un método u otro depende de varios factores como son el nivel de detalle que se le quiere dar a la zona a estudiar, las propiedades de las rocas y la cantidad de discontinuidades presentes. Los métodos utilizados más comunes son los continuos, discontinuos e híbridos. En el marco de los modelos discontinuos se observó que los softwares actuales no son capaces de reproducir la creación y propagación de nuevas fracturas mediante la rotura de roca intacta, hecho que si ocurre en la realidad. Por este motivo se eligió el nuevo software Slope Model (SM), de la empresa ITASCA, el cual sí reproduce dichos fenómenos, muy importantes para el estudio geotécnico del área analizada. Siendo SM un software en desarrollo, los resultados fueron comparados con un modelamiento usando el software 3DEC. En la presente tesis se llevó a cabo la representación simplificada de un talud de una mina ubicada en Chile. Utilizando los mismos parámetros de entrada, los resultados de SM representan correctamente los principales desplazamientos, habiendo diferencias en la magnitud de los valores. Los factores de seguridad obtenidos en SM son levemente menores que en 3DEC, lo que concuerda con la teoría ya que SM tiene la capacidad de representar la rotura de roca intacta y propagación de fracturas, resultando en una menor resistencia de la roca.

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.

Ingeniero Civil / Las entibaciones son estructuras de retención de suelo utilizadas en excavaciones, para mantenerla estable hasta la construcción del muro perimetral de los subterráneos de un edificio. El diseño de entibaciones es hecho usualmente mediante modelos bidimensionales. En Santiago de Chile, cada vez son más frecuentes los proyectos con geometrías especiales, donde se evidencian efectos de borde tridimensional, que no necesariamente responden al diseño bidimensional, obteniendo deformaciones mayores a las esperadas. El presente estudio corresponde a la evaluación de distintas soluciones al problema que se presenta en los elementos de la entibación con efectos de borde tridimensional, denominado esquina abierta ( concave corners ), donde las deformaciones son mayores a las estimadas según el análisis bidimensional. Por otra parte, modelar cada esquina de una excavación mediante un modelo tridimensional implica un gasto extra de recursos computacionales, por lo que lo ideal sería mantener los parámetros del diseño bidimensional. El objetivo de esta investigación es optimizar el diseño de los elementos asociados a la esquina abierta, según su aplicación en la grava típica de Santiago y verificar si estas soluciones son replicables en otras condiciones de suelos y en otras alturas de excavación. Para ello, se estudiarán los factores que influyen en el efecto de borde y en las deformaciones del sistema, tales como el espaciamiento, los parámetros resistentes, y la altura de los elementos. Con este propósito, se propone un modelo HSM (Hardening Soil Model) de la Grava de Santiago, específico para la predicción de deformaciones en entibaciones. Para ello, se utilizaron los datos proporcionados por SUBT SpA, que monitorea de manera continua las entibaciones que ejecutan, con celdas de carga e inclinómetros. Se contrastaron los resultados de la modelación versus los datos tomados en terreno, y se modificaron algunos parámetros respecto a los modelos HSM anteriores de la Grava de Santiago, obteniendo un modelo que estima de manera más precisa las deformaciones de este tipo de estructura. Finalmente, se presentan alternativas de diseño de entibaciones que permiten controlar las deformaciones en las esquinas abiertas, utilizando los parámetros determinados por el diseño bidimensional, como el largo del anclaje y la carga de tensado.