El presente trabajo de titulo tiene como objetivo recoger la experiencia adquirida durante la construcción del proyecto túnel San Cristóbal y analizar los problemas registrados durante su construcción con el fin de proponer criterios constructivos para obras en Formaciones similares. El Túnel San Cristóbal materializó la conexión vial entre las comunas de Huechuraba y Providencia a través del cerro más importante dentro de la cuenca de Santiago. La metodología de trabajo consiste en una primera etapa de descripción y recopilación de antecedentes de la obra que incluye una revisión de otros proyectos abordados en Formaciones de la región. A continuación se describe el método de elección del refuerzo, el NATM, además se introduce el sistema RES para abordar los problemas de las obras en roca. En el siguiente capitulo se incluye el listado de los problemas constructivos en túneles y taludes y los criterios bajo los cuales se escogieron algunos de estos problemas para su registro y análisis. El detalle de los problemas más representativos, sus antecedentes, soluciones y consecuencias se incluyen en anexos, para que la memoria sirva de referencia a futuras operaciones constructivas. De los problemas técnicos que afectaron la construcción se estudian los de sobreexcavaciones, deslizamientos de taludes de acceso y la convergencia de los túneles. Las causas de los dos primeros problemas son analizados con el sistema RES. De la revisión de los antecedentes geológicos geotécnicos se concluye que la Formación del cerro San Cristóbal es heterogénea, siendo una mezcla de macizo rocoso con sectores de suelo. Además para este tipo de Formación el NATM es la metodología de diseño más óptima. Como criterios constructivos se propone una metodología para controlar las perturbaciones emitidas al medio y el diseño de tiros especiales para las zonas de interfaz de rocas y/o fallas. Los lineamientos sugeridos para proyectos emprendidos en este tipo de Formación es realizar sondajes dirigidos para identificar las estructuras del macizo. Además se recomienda realizar análisis de la relación entre los taludes de acceso y los túneles, y cómo ambos sistemas son complementarios.

Minera Yauli S.A. contempla la construcción de un túnel de exploración para comprobar la existencia de minerales, así como para dimensionar el cuerpo mineralizado, dicho túnel cuenta con un recorrido de 815m aproximadamente, cuyo ingreso y facilidades se encuentran ubicadas en el nivel 3750 dentro del tajo abierto existente. El proyecto, objeto del trabajo de investigación, se encuentra localizado en la mina Yauli, ubicada en el noreste del Perú aproximadamente a unos 25 Km del norte de Cajamarca, Distrito, Provincia y Departamento de Cajamarca. El ingreso al portal del túnel de exploración proyectado se encuentra a una altitud de 3750 m.s.n.m. La construcción de este proyecto, en todas las disciplinas, como civil, minera, electromecánica e instrumentación estará a cargo de Minería y Construcción S.A. (MYC) para lo cual cuenta con un plazo de 270 días calendario para ejecutar el proyecto. La empresa Minería y Construcción S.A. desarrollará el papel de constructora dentro de este proyecto. La estrategia de desarrollo del proyecto estará fundamentada en la alta especialización y la disponibilidad de recursos en las disciplinas constructivas: Civil, Minera, Mecánica, Eléctrica e Instrumentación de la empresa constructora. El cliente solicita a MYC que utilice las buenas prácticas de la guía del PMBOK® 5ta Edición como herramienta de Dirección del Proyecto. MYC, ve ésta solicitud como una oportunidad para mejorar los procesos de la compañía, mejorar sus márgenes, adquirir know how y capacitar a todos los líderes de sus proyectos que se encuentran alrededor del país. Los principales requisitos técnicos del producto y el alcance del proyecto se encuentran en el estudio de Ingeniería de detalle elaborado por BISA, los demás requisitos fueron brindados por los interesados del proyecto, tanto del cliente como internos de MYC. El proyecto fue exitoso en términos de Alcance, Tiempo, Costo y Calidad. El cliente quedó conforme con el producto del proyecto y la compañía tuvo los márgenes esperados. Además, MYC ganó un cliente a futuro. / Tesis

Las instalaciones subterráneas son parte importante de la actividad minera en cavernas y forman parte de diferentes etapas de proceso en la producción minera, operaciones con equipos de gran magnitud y peso, áreas de almacenamiento, sectores habitacionales de personas, etc. En Chile las instalaciones subterráneas están frecuentemente sometidas a actividad sísmica, registrándose tasas de daños menores que en instalaciones superficiales, es por esto que se hace importante conocer y comparar el comportamiento de las estructuras subterráneas respecto de las superficiales, con el fin de desarrollar los diseños acorde a las solicitaciones sísmicas en niveles inferiores del terreno. Este trabajo está orientado a determinar las diferencias que existen entre los fenómenos dinámicos que ocurren en superficie respecto de los subterráneos, haciendo un análisis teórico de propagación de ondas en suelos para luego trabajar con registros sísmicos, identificando los fenómenos de superficie y así calibrarlos en profundidad. Siguiendo la metodología de autores anteriores se analizó el efecto de las ondas Rayleigh en un registro de aceleraciones superficiales del terremoto de 1985, en particular la estación de la UTFSM (roca), midiendo sus efectos en las aceleraciones peak y espectros de respuesta. De los resultados se concluyó que para este registro, los efectos de las ondas Rayleigh tienen nula influencia en la aceleración peak y los espectros de respuesta superficiales. Esto implica que el registro está controlado por ondas de cuerpo al igual que un ambiente subterraneo. Luego se analizó la propagación de ondas de corte en un estrato semi-infinito para varios registros sísmicos y diferentes características del estrato. Analizando las aceleraciones en profundidad para estratos rocosos (1500 m/s velocidad onda de corte promedio), se observan atenuaciones del orden del 30% a los 60 metros de profundidad, manteniéndose constantes bajo esta profundidad. Este fenómeno es producido por las condiciones de borde del estrato, ya que el esfuerzo de corte es nulo en superficie. Los resultados obtenidos en este trabajo muestran el comportamiento de un perfil de aceleraciones en profundidad, esto de manera teórica en base a modelos simplificados, por lo que más allá de entregar un valor concreto para diseño sísmico, se identifica un fenómeno a considerar en el diseño de cada proyecto. Por lo anterior es necesario un buen detallamiento y recopilación de antecedentes para el proyecto y así lograr un diseño acorde a las características y condiciones a las que se somete.

Ingeniero Civil / La presente memoria para optar al título de ingeniero civil consiste en el diseño, construcción y puesta en marcha de un túnel construido en acrílico. El objetivo de la instalación es estudiar las formas de fondo que se formen en un lecho granular no-cohesivo depositado en el fondo debido a un flujo oscilatorio inducido por el movimiento de un pistón en solitario y en conjunto a un flujo unidireccional base. Los fluidos que se utilizarán en el túnel serán soluciones de CMC a distintas concentraciones y agua. El CMC es un espesante en polvo, que al mezclarlo con agua genera un fluido no-newtoniano pseudoplástico, por lo que se tienen condiciones distintas respecto a los demás túneles de agua que se han construido en otras partes del mundo (\cite{catanolopera2007}, \cite{ribberinksalem1994}, \cite{odonoghueclubb2001}, \cite{calantoni2013laboratory}). Hasta el momento el flujo oscilatorio de un fluido no-newtoniano sobre un lecho granular no cohesivo no ha sido estudiado. En el diseño del mecanismo que genera las oscilaciones dentro de la tubería como en la elección de la bomba que realiza la recirculación se tomó en consideración que sería un fluido no-newtoniano el que se utilizaría en la instalación. La principal diferencia se produce en el cálculo de las pérdidas de energía generadas por la mayor viscosidad del fluido pseudoplástico. Luego del diseño y construcción, se procedió a la puesta en marcha de la instalación, etapa en la que se establecieron los rangos de funcionamiento en los cuales se puede utilizar, tanto del tamaño de las partículas que forman el lecho de arena, la velocidad oscilatoria y unidireccional del flujo, la amplitud y frecuencia del movimiento del pistón. La puesta en marcha del túnel de acrílico incluyó la instalación de sistemas de medición para la obtención de resultados. Estas mediciones incluyen los siguientes parámetros: presión, temperatura, caudal, campo de velocidades del flujo, frecuencia del movimiento, además de la visualización de las formas de fondo. Para ello se instalaron transductores de presión a lo largo de la tubería, termómetro, flujómetro, tacómetro, sistema PIV y FTP. Además,se instaló un intercambiador de calor que permite que los experimentos tengan una temperatura relativamente uniforme, para así no tener cambios en la reología del fluido. / Este trabajo ha sido financiado por FONDECYT a través del Proyecto de Investigación N° 1161751

Ingeniero Civil Eléctrico / Las crecientes necesidades energéticas, de conectividad y de extracción de minerales, además del aumento de las exigencias medioambientales hacen del uso de túneles una buena alternativa al momento de desarrollar un proyecto. Construir túneles no es una tarea fácil, el riesgo que conlleva el excavar en roca y mantener la estructura sin que se colapse por el peso del sitio, requiere de estudios acabados de la geología del lugar antes y durante la construcción del túnel. Es en estos estudios donde se utilizan sondajes junto con las técnicas de prospección sísmica. En este trabajo de título se estudió un método de prospección sísmica el cual utiliza cargas explosivas como fuentes sísmicas controladas y acelerómetros para registrar las ondas reflejadas por estructuras geológicas que se encuentran más adelante de la cara del túnel, método probado y utilizado por una empresa privada, la cual no entrega información a fondo del funcionamiento del sistema por motivos comerciales. Durante el estudio del método, se generó un algoritmo de pre-procesamiento de trazas sísmicas obtenidas en túneles que hace filtrados secuenciales de las señales y las prepara para aplicarles tomografía y estimar las estructuras geológicas en la sección del túnel que no ha sido excavada. El algoritmo de pre-procesamiento generado se aplicó a dos conjuntos de datos sísmicos obtenidos en un túnel, en dos niveles de avance consecutivos. Los resultados obtenidos se compararon con un software comercial obteniéndose en la mayoría de los pasos aplicados resultados similares o mejores al software comercial, lo cual indica que el estudio realizado puede ser utilizado para desarrollar un nuevo producto, que entregue de manera confiable y segura, la información que los profesionales necesitan durante la construcción de túneles modernos. Finalmente, se deja a libre disposición de la comunidad docente y estudiantil el algoritmo diseñado, el cual da un primer paso en estudio del área de procesamiento de señales sísmicas en túneles y se motiva a la comunidad a continuar y perfeccionar el trabajo realizado, con el objetivo futuro de diseñar el hardware y software necesario para realizar las mediciones en terreno y representar los resultados de manera clara y transparente al operador.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Mecánica / Ingeniero Civil Mecánico / El presente trabajo trata de un estudio numérico mediante el código Fire Dynamics Simulator (FDS) de las cortinas de aire Doble Jet-Doble Flujo y su eficiencia como dispositivos de confinamiento de calor producido por incendios al interior en túneles viales, enmarcándose en el proyecto FONDECYT Nº 1085015. Se modelo la instalación experimental del Laboratorio de Estudios en Fluidodinámica, asociado al Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Chile que corresponde a un túnel a escala que contiene una fuente térmica y dos cortinas Doble Jet-Doble Flujo que buscan confinar calor. Las simulaciones numéricas se realizaron mediante el código FDS en el Clúster Levque del Centro de Modelamiento Matemático de la Universidad de Chile (CMM). Se consideró la condición de paredes no adiabáticas del túnel y un mayor número de puntos de medición que estudios anteriores. El tratamiento de la turbulencia se realizó mediante el modelo Large Eddy Simulation (LES). Con el fin de validar el modelo, en una primera etapa se simularon dos casos en base a estudios paralelos, uno experimental realizado por Schneider J. y otro numérico con FLUENT realizado por Castro J. En una segunda etapa se simularon ocho casos de velocidad baja, identificando el número de Reynolds límite del Doble Jet-Doble Flujo para que la cortina no se despegue de la superficie y cumpla su rol confinatorio. De acuerdo es esto, para cuatro de los ocho casos, se analizó la similitud correspondiente a los perfiles de velocidad y temperatura, y se construyeron distintas curvas asociadas al transporte turbulento de cantidad de movimiento y de calor. Además de identificar las estructuras rotacionales asociadas al transporte turbulento, como lo son los vórtices de Kelvin-Helmholtz y los de Görtler. Con esto se pudo corroborar la efectividad de las cortinas Doble Jet - Doble Flujo como sistema de confinamiento, concluyendo que para velocidades bajas en los jets de la cortina, la configuración más eficiente en cuanto a confinamiento es la correspondiente al jet de recirculación más rápido.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Mecánica / El presente trabajo tiene por objeto caracterizar la energía liberada por una llama de difusión dentro de un túnel modelo. El trabajo se enmarca dentro del proyecto FONDECYT 1085015, que apunta a determinar la efectividad de cortinas de aire doble jet - doble flujo (DJ-DF) operando como un sistema de protección contra incendios en túneles. El estudio se llevó a cabo en una instalación experimental que representa un túnel vial a escala 1:34, al interior del cual se genera una celda de confinamiento mediante dos cortinas DJ-DF. Con el fin de representar la potencia liberada y la dinámica de un incendio se procedió a diseñar, construir y montar un quemador estándar de llama de difusión, equipado con un sistema de refrigeración, un circuito de alimentación de combustible y un mecanismo de encendido remoto. El comportamiento de la llama se caracterizó de la siguiente manera. En primer lugar, se efectó una simulación numérica con el programa Fire Dynamics Simulator (FDS) para predecir la radiación incidente a lo largo de un tramo del túnel. Luego se midió experimentalmente la radiación en dichos puntos bajo las mismas condiciones del modelo. Al contrastar estos resultados se valida el modelo de radiación y combustión empleado por FDS, por cuanto se logra predecir efectivamente los datos experimentales. Sin embargo, una desviación en la estimación numérica de la producción de hollín se traduce en una leve discordancia de la predicción computacional. El confinamiento del calor generado por la llama se abordó como sigue. Se obtuvo experimentalmente la altura de la llama para diversas tasas de liberación de calor en el marco de dos escenarios, uno en que la llama se desarrolla sin perturbaciones, y otro en que la llama se encuentra dentro de la celda de confinamiento. En el primer caso los resultados experimentales se ajustan a las correlaciones publicadas al respecto, dando cuenta que la metodología empleada es adecuada y certera, aunque pierde validez para bajas liberaciones de calor y cuando la llama toca el techo propagándose por éste. Luego, al comparar ambos escenarios se observa una disminución en la altura de la llama para altas liberaciones de energía, y la situación contraria para bajas liberaciones de energía. Así se concluye que la configuración DJ-DF cumple su objetivo para llamas cuya altura comparte el mismo orden de magnitud que la altura del túnel. Para llamas más débiles, las cortinas tienden a favorecer su desarrollo, aunque esta conclusión está sujeta a reducir la incertidumbre en la medición de la altura de llama.

Motivado por los nuevos proyectos de block caving a realizarse en Chile, y ante las demandas crecientes de ventilación, sumado al aumento del costo de la energía, se ha decidido revisar la tecnología de recirculación controlada de aire. La cual consiste en usar parte del aire viciado, sacando parte del principal contaminante, el polvo, y reintroducirlo a la alimentación del circuito de ventilación, mezclando con aire fresco, proveniente del exterior de la mina de manera de movilizar menos aire desde el exterior de la mina, aumentando localmente el caudal en los lugares donde se necesita, manteniendo los niveles de las concentraciones de los distintos contaminantes en la inyección a las frentes de trabajo, como una fracción de los límites establecidos en la normativa, y alrededor del límite ponderado permisible en la salida. Debido a que en los trabajos revisados sobre recirculación controlada, no se planteó explícitamente como principal objetivo el reducir el caudal en la entrada, fue necesario establecer un modelo de concentraciones y caudales, que permitiera identificar las variables relevantes. Se identificaron tres variables sobre las cuales el planificador tiene que decidir: Caudal de entrada, Fracción Recirculada y Eficiencia de filtrado. Planteando un caso de estudio sintético, en el cual se revisarían los caudales, consumos energéticos, costos e inversiones para la ventilación de un bloque de un nivel de producción de una mina de block caving. Se encontró que el caudal de entrada no puede ser disminuido mas allá de cierto punto, debido a las restricciones de concentraciones impuestas para el monóxido de carbono, el segundo contaminante en importancia que además no puede ser filtrado, sino que solamente puede ser controlado mediante dilución con el caudal de entrada. Esta reducción de aproximadamente un 20% en el caudal de entrada, para todos los casos revisados, supone un ahorro en el costo energético de un 51,2% por concepto de menor movimiento de aire desde la frente. La diferencia entre una alternativa de filtrado y otro, hace que, a partir de cierto punto llamado eficiencia crítica, a mayor eficiencia de filtrado, menor es la fracción recirculada necesaria para alcanzar la misma reducción de caudal de entrada. Esta eficiencia de filtrado, se relaciona de una manera no explícita con los costos de inversión, operación y mantención de dicha alternativa, por lo cual el problema de que sistema de filtrado escoger, no puede ser resuelto de manera analítica como un problema de optimización, por lo que se debe investigar cada alternativa por separado. Paralelamente, se investigaron características propias del funcionamiento de los distintos sistemas de filtrado, para lograr obtener algunos indicadores claves. Se puso especial cuidado en la investigación de las cámaras decantadoras, debido a su casi nulo costo de operación, y en el estudio de los precipitadores electrostáticos, para lograr aislar los distintos consumos energéticos involucrados. Los resultados muestran que a partir de cierto punto en cuando a distancia de la entrada de la mina, o costo energético de llevar el aire desde la entrada de la mina, hasta el nivel de ventilación, el ahorro energético debido al menor movimiento de aire desde la frente, las alternativas de recirculación controlada, comienzan una a una a ser más atractivas desde el punto de vista económico que la ventilación tradicional.

Geólogo / El presente trabajo de título tiene por objetivo analizar el comportamiento de la estructura de sostenimiento en túneles construidos en macizos rocosos de distintas calidades de roca afectadas por cargas sísmicas. Para lograr este fin, se crean modelos numéricos en 3D en el software FLAC3D de Itasca S.A., elaborados según una secuencia de modelamiento, la que representa la etapa estática, y afectados por la aplicación de un registro sísmico, la cual corresponde a la etapa dinámica. Se escoge este software y este tipo de modelos en 3 dimensiones, en vez de los métodos cinemáticos tradicionalmente utilizados en 2 dimensiones, ya que permiten obtener un historial de resultados durante cada etapa resolutiva en cualquier punto de control del modelo, en vez de solo una sección de la estructura en un momento determinado. Los análisis se realizan para tres distintas calidades de roca, en las que principalmente varía su GSI, factor D de perturbación, Módulo de elasticidad E y los parámetros geotécnicos necesarios según el criterio generalizado de Hoek & Brown. El registro sísmico utilizado en la etapa dinámica es el medido en roca en la estación sísmica del Centro Sismológico Nacional de la Universidad de Chile, ubicado en el cerro Santa Lucía, el 27 de Febrero del 2010. Se analizan principalmente las deformaciones y los esfuerzos axiales, de corte y momento longitudinales y perpendiculares al eje de los túneles en la estructura de soporte, los cuales se estudian en cada etapa de la secuencia de modelamiento y durante el tiempo que se aplica el registro sísmico. Se concluye, que el efecto dinámico sí debe ser considerado, dependiendo de la calidad de la roca y la profundidad de emplazamiento del túnel. Como comportamiento general en los modelos elaborados, el efecto dinámico afecta en mayor medida a las rocas de calidad mala y en menor medida a las rocas de calidad buena. Además, el efecto dinámico disminuye en la medida que el punto de control en la estructura de sostenimiento se encuentra a mayor profundidad.

Magíster en Gestión y Dirección de Empresas / El presente trabajo consiste en la evaluación como nueva línea de negocio para implementar en Chile de una solución para fortificación en minería subterránea. Esta nueva solución se denomina fortificación con mallas de alta resistencia mediante sistema mecanizado , sistema que a su vez tiene el nombre de Sistema MESHA . La solución consiste en la instalación automática de mallas de alta resistencia, lo que es posible gracias a las características de la malla, como el bajo peso propio, su flexibilidad, adaptabilidad, resistencia y dimensiones. El sistema MESHA ha sido desarrollado por la empresa Geobrugg AG desde el año 2008 y en la actualidad se encuentra probado y funcionando en países como Suecia, Australia y Sudáfrica. La evaluación de este sistema como nueva línea de negocio en Chile, se hace en base a un análisis estratégico de la empresa Geobrugg AG, utilizando los métodos PESTEL y análisis de Porter, y en base a la comparación técnica- económica de la nueva solución versus las que actualmente se adoptan en el mercado local, abordando antecedentes de seguridad, financieros y haciendo un estudio de mercado. Lo anterior conlleva finalmente a concluir acerca de si esta es una línea de negocio atractiva en el mercado de la minería chilena, si esta está acorde con la visión global de la empresa proponente y si es factible de implementar como se plantea actualmente. Dentro de las conclusiones obtenidas resalta el hecho de que el producto ofrecido no es atractivo preliminarmente y debe ser ajustado a la realidad del mercado local. Así se podrá incrementar su competitividad y obtener los volúmenes de ventas, costos de producción y márgenes adecuados que asegurarían la rentabilidad del negocio. Se propone finalmente una estrategia para las condiciones en que debiera introducirse y las mejoras que se deben hacer al producto actualmente ofrecido.