Unwesh

FACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA DE MINAS

CURSO:

SOFTWARE MINERO

DOCENTE:

Ing. DANIEL VALDERRAMA GUTIÉRREZ

ESTUDIANTES:

Becerra Ortiz, Roseli Cueva Quispe, Diana Quiliche Raico, kevin Rojas Atalaya, Kevin

Cajamarca, 18 Setiembre del 2015

Software minero Página 1

DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN TÚNEL CON EL SOFTWARE UNWEDGE EN LA ZONA

DEL CERRO CALLACPUMA – SHAULLO

DEDICATORIA

Gracias a Dios por guiar nuestros

pasos diariamente, permitiéndonos

aprender de nuestros errores con

entereza y aplomo; a nuestros padres;

Por la paciencia, apoyo y tiempo que

nos dedicaron. Por ser el ejemplo en

nuestras vidas y creer en nosotros.

"Lo pasado ha huido, lo que esperas está ausente, pero el

presente es tuyo"

Agradecimiento al profesor

Valderrama Gutiérrez Dany

Daniel, por ser parte

importante de nuestro

crecimiento como personas y

profesionales.


INTRODUCCIÓN

Cajamarca es una zona propicia para realizar trabajos geológicos de distinta índole ya que cuenta con distintos tipos de estructuras geológicas aptas para realizar estudios geomecánicos, una de estas zonas es el centro poblado Shaullo Chico, donde se desea obtener datos como rumbo y buzamiento de las discontinuidades.

Para luego utilizar estos datos y llevarlos a los programas para diseñar túneles, por lo que se desarrollará el análisis estereográfico el cual se denomina Análisis Cinemático, donde se hallan los diferentes tipos de fallas ya sean de cuña, planar o volteo y determinar la dirección y buzamiento más óptimo del túnel, así como también determinar qué tipo de sostenimiento usar.


RESUMEN

En el presente trabajo se realizará el diseño de un túnel con los datos tomados de una caracterización geo mecánica, realizada en el distrito de Baños del Inca-Cajamarca, definiendo sus unidades litológicas pertenecientes a la Formación Farrat y a la Formación Carhuaz.

Para ello, se ha realizado la toma de datos para utilizarlos en el diseño del túnel, donde se puede observar una posible falla por volteo. Así mismo, hacemos uso del software UNWEDGE del paquete ROCSCIENCE para OPTIMIZAR el SOSTENIMIENTO utilizado y así tener una LABOR MAS SEGURA y AL MENOR COSTO POSIBLE, ya que estos parámetros son muy importantes en la minería actual.

ABSTRACT

In this paper the design of a tunnel is made with data taken from a geo mechanical characterization , carried out in the district of Baños del Inca - Cajamarca , defining their lithological units belonging to the Farrat Carhuaz Formation and Training.To this end, it has made the collection of data for use in the design of the tunnel, where you can see a possible failure by tumbling. Also, we use the software unwedge Rocscience to optimize the maintenance package used and thus have a safer LABOR and the lowest possible cost , since these parameters are very important in the current mining.


OBJETIVOS.

Realizar el diseño y construcción de un túnel con el software

unwedge la zona del Cerro Callacpuma – Shaullo.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Realizar las proyecciones estereográficas del macizo rocoso

Determinar la dirección y buzamiento más óptimo del túnel

Predecir el tipo de sostenimiento a usar.

Predecir el Factor de Seguridad para que la excavación sea

segura.


GENERALIDADES

UBICACIÓN

El cerro Callacpuma se encuentra ubicado en el Centro Poblado Shaullo Chico, distrito de Baños del Inca, provincia y región de Cajamarca.

ZONA DE ESTUDIO

Departamento Cajamarca

Provincia Cajamarca

Distrito Baños del Inca

Centro Poblado Shaullo Chico

Coordenadas UTM de la zona de estudio

NORTE ESTE

92060000 783000


ACCESIBILIDAD

La ciudad de Baños del Inca, está considerada como uno de los balnearios turísticos más importantes del Perú, generalmente de servicios dentro del entorno habitable, desarrollando actividades agrícolas y ganaderas. Cuenta con una vía asfaltada de doble carril que lo une con la ciudad de Cajamarca y vías afirmadas en regular estado, para llegar a la zona de estudio se conduce 10 minutos de Baños del Inca a la zona denominada Shaullo.

ACCESIBILIDAD

TRAMO DE LA VIA ESTADO TIEMPO

Cajamarca - Baños del Inca Asfaltada

20 min. desde UPN

10 min. desde puente

Baños del Inca – Cerro Callacpuma

Asfaltada Baños del Inca

CLIMA

Baños del La Ciudad de Baños del Inca tiene un excelente clima templado típico de la sierra norte del país de tipo sub húmedo con temperaturas actuales que varían entre los 21º C y 7º C, con un promedio anual de 14º C; con precipitaciones pluviales variables durante el año. Las precipitaciones mínimas se presentan en los meses de Mayo a Setiembre y las máximas entre los meses de Enero a Marzo, con un promedio anual aproximado de 600 mm, presentando además una humedad relativa del 60 %.

GEOLOGÍA

GEOLOGÍA REGIONAL

Las características geológicas que presenta el departamento de Cajamarca, se encuentran relacionadas a su origen formacional y a su tectónica. El Grupo


Salas es el más antiguo, y corresponde al Paleozoico, Odovicico inferior.

El Grupo Goyllarisquizga del Cretácico inferior presenta areniscas, calizas y lutitas de las formaciones Chimú, Santa Carhuaz y Farrat, las mismas que presentan fracturas. Las formaciones Inca, Chulec, Pariatambo y Yumagual, Pulluicana, Quilquiñan, y Cajamarca (cretácico medio-superior) son principalmente calizas y lutitas. Los depósitos volcánicos paleógenos y

neógenos se encuentran constituidos generalmente por flujos piroclásticos y de lava. Estos corresponden al Grupo Calipuy y al Volcánico Huambos.

GEOLOGÍA LOCAL

Recubrimiento Litológico

Las rocas sedimentarias tienen una distribución cronoestratigráfica, ubicadas en el cretáceo inferior, recubriendo una pequeña parte del área, aproximadamente un 15 % del total local. Es una secuencia consistente de areniscas y cuarcitas con intercalaciones de horizontes lutáceos y calcáreos delgados, denotando facies intermitentes de la cuenca geosinclinal.

La litología más importante y persistente son los depósitos cuaternarios semiconsolidados a no consolidados, que cubren un área mayor del 85 % del total y están ubicados hacia el noroeste, oeste, suroeste y sur de la cuadrícula, sirviendo de base de cimentación de la ciudad de Baños del Inca. Estos depósitos se encuentran en una secuencia estratigráfica constantemente intercalados entre estratos de arcillas, arcillas limosas, arcillas arenosas inorgánicas con estratos y/o lentes de gravas, cantos rodados y arenas finas y gruesas.

Toda la secuencia está comúnmente recubierta por sedimentos orgánicos superficiales y en algunos lugares se encuentran éstos sedimentos orgánicos dentro de las intercalaciones de los sedimentos inorgánicos. La secuencia demuestra una alta influencia de facies sedimentarias lacustres con intermitencias aluvio-fluviales. La descripción de cada una de las unidades litológicas se realiza a continuación, teniendo en consideración que las características indicadas se encuentran dentro del área de estudio. El área de estudio, está constituido por dos grandes zonas litológicas:

Formación Carhuaz (Ki-ca): Es una alteración de areniscas con matices rojizos violáceos y verdosos con lutitas grises. Hacia el tope bancos de cuarcitas blancas intercalados con lutitas grises y areniscas. Yace con suave


discordancia a la formación Santa en infra yace similarmente a la formación Farrat. Está definido que la formación Carhuaz pertenece al Valanginiano superior Hauteriviano y Barremiano del cretáceo inferior.

Formación Farrat: Consta de areniscas y cuarcitas blancas de grano medio a grueso, en algunos sectores con estratificación cruzada y marcas de oleaje como en el la parte SE de la ciudad en el Cerro Callacpuma, confundiéndose con la formación Chimú. Estructuralmente suprayace a la formación Carhuaz y subyace similarmente a la formación Inca con tendencia gradual. Por los fósiles encontrados se le asigna su ubicación cronológica al Cretáceo inferior.

GEOMORFOLOGÍA

La zona de investigación presenta un relieve variado, dependiendo de la formación donde nos encontremos, con una pendiente de 30° - 35° de noreste al sureste. Se aprecian valles del tipo U, con algunas laderas empinadas cuyos estratos están cortando perpendicularmente al plano de las laderas, y cubriendo el basamento rocoso la presencia de suelos orgánicos y algunos depósitos cuaternarios, productos de la erosión.


Asimismo existe la presencia de depósitos cuaternarios de origen aluvial, eólico, fluvial y fluvioglaciar. Los de origen aluvial y fluvial se presentan inconsolidados y están conformados por gravas.

HIDROLOGÍA

El sistema hidrográfico departamental lo conforman ríos de régimen de escurrimiento muy irregular y de carácter torrentoso, sus nacientes están en los andes y su desembocadura en el océano pacifico y/o en el océano atlántico.

Los ríos de la vertiente del pacífico, a lo largo del año tienen una descarga irregular de sus aguas, concentrándose en los meses de diciembre a marzo. Así mismo, el lugar Baños del Inca se encuentra circundado por el río Chonta, el cual se une al río Mashcón en la localidad de Huayrapongo y forman el río Cajamarquino. Éste a su vez es afluente del río Crisnejas quien lleva sus aguas al Río Marañón. Siendo Los principales componentes hidrográficos que inciden en la ciudad capital del distrito son los ríos Chonta y Mashcón, así como las quebradas Mayopata y Tingo Mayo.


MARCO TEORICO

DEFINICIONES

TUNEL MINEROS. Estas son obras subterráneas construidas para acceder a una explotación minera y sirve como vía para transportar materiales extraídos y suministros de explotación. También hay túneles mineros entre diferentes frentes de explotación del yacimiento. En general estos túneles tienen carácter temporal, supeditados al tiempo requerido para explotar los minerales, luego de lo cual la obra se abandona.

FUNDAMENTOS TEORICOS DE LOS SOFTWARES DIPS Y UNWEGDE

DIPS: está diseñada para el análisis interactivo de los datos geológicos basados en la orientación de discontinuidades.

Este programa permite al usuario analizar y visualizar datos estructurales siguiendo las mismas técnicas que las empleadas en los estereogramas. Asimismo, cuenta con características computacionales, tales como contorneo estadístico de familias de discontinuidades, orientación principal y grado de confiabilidad, variabilidad de sistemas y características cualitativas y cuantitativas de los atributos del análisis.

Está diseñado para el análisis de los rasgos característicos relacionados con el análisis de ingeniería de las estructuras de roca. Sin embargo, el formato libre del archivo de datos permite el análisis de cualquier orientación de base de datos.

UNWEDGEAPLICACIONES DEL SOFTWARE

Definir los bloques removibles. Encontrar los bloques de máximo tamaño removible para el túnel. Realizar análisis de estabilidad con cálculo de factores de

seguridad. Calcular fuerzas de soporte para diseño de refuerzos. Predecir la mejor orientación para construcción de labores

mineras.


DATOS NECESARIOS DEL MACIZO ROCOSO PARA EL SOFTWARE:

Rumbo Dip Dip direction Trend (dirección de la labor) Plunge (buzamiento de la labor)

FUNDAMENTO TEORICO DEL SOFTWARE UNWEDGE – FORMACION DE CUÑAS

Al construir una labor se puede encontrar tres tipos de condiciones naturales que dan lugar a la pérdida de resistencia del macizo y, por tanto, a problemas de estabilidad:

Orientación desfavorable de discontinuidades. Orientación desfavorable de las tensiones con respecto al eje de

la excavación. Flujo de agua hacia el interior de la excavación a favor de

fracturas, acuíferos o rocas calcificadas.

ORIENTACIÓN DE LAS DISCONTINUIDADES Y DE LA EXCAVACION

Para determinar la dirección de las discontinuidades debemos hacer un estudio geomecánico del macizo rocoso por medio de taladros diamantinos (testigos) ya que necesitamos la información geológica y geomecánica más precisa posible.

El software nos piden 3 familias de discontinuidades


Orientación desfavorable de discontinuidades

Entonces cuando se realiza alguna labor minera esta tiene una dirección y buzamiento que deberá ser analizada ya que si tenemos la dirección de la labor PARALELA a la mayoría de familias de discontinuidades tendremos avances MUY DESFAVORABLES PARA LA ESTABILIDAD. Se formaran CUÑAS con las demás familias que no son paralelas y así producirán caída de rocas.

ORIENTACIONES Y CARACTERISTICAS DE LAS DISCONTINUIDADES

N° punto

Buzamiento Rumbo Azimut N° de juntas Descripción


s paralelas

1 27.5 S55°E 125 0 Espaciamiento 23 cm.

Apertura 3.5 mm

2 74 S84°W 264 0

3 88 N29°E 29 4

4 83 N21°W 339 9

5 30 N60°E 60 5

FALLA 75 S49°W 229 1

7 52 S86°W 266 5

8 25 S18°E 162 3

9 56 S83°W 263 0

10 71 N14°W 346 1

11 83.5 N13°W 347 28

DATOS OBTENIDOS EN CAMPO


Figura 1. Polos formados por todos los datos

Figura 2. Determinación de las familias de discontinuidades


Figura 3: Determinación de las familias de discontinuidades y la concentración de polos

Figura 4. Concentraciones de polos


El túnel que diseñaremos tendrá las siguientes dimensiones 4m de ancho x3.5m de alto y usaremos el rumbo y azimut del pique, pero ya que queremos optimizarlo como valor inicial ingresamos 0° y 0°, respectivamente.

También tomaremos un factor de seguridad de 1.5

Peso unitario de la roca en este caso lo hemos considerado1.75 ya que la zona que hemos elegido tiene presencia de areniscas y arcillas compactas

FIGURA 5: Primeras entradas iniciales


Figura 6. Datos de las familias de discontinuidades

Figura 7. Parámetros del material


Figura 8. Vista de todos los planos de las cuñas formadas

Para este análisis debemos tomar en cuenta que se tomó los siguientes parámetros iniciales:

Trend (dirección del pique) = 0° Plunge (buzamiento del pique) = 0°


Figura 9. Vista de todas las cuñas formadas

Figura 10. Vista de las cuñas


Figura 11. Determinación del Trend y Plunge del pique. En este análisis no se toma en cuenta las tensiones naturales. Observamos que tenemos en el buzamiento desde 0° a 90° pero por teoría sabemos que un tunel inclinado debe tener entre 30° a 45° para que este sea más óptimo (buen funcionamiento de la jaula, skip, etc) Entonces buscamos las direcciones solo entre buzamientos de 30° a 45°.

De la Figura obtenemos la dirección y buzamiento más óptimo del pique siendo estos los siguientes resultados:

Trend (dirección del túnel) = 261°

Plunge (buzamiento del túnel) = 45°

Ahora para apreciar mejor la diferencia entre un análisis donde no se aplican fuerzas y uno donde si se aplican usaremos tensiones naturales para hacer una simulación.


Figura 12. Colocando sostenimiento

Figura 13. factor de seguridad antes aplicar el sostenimiento


Figura 14. Aplicando pernos de cabeza extendida

Figura 15. Aplicación de los pernos y el factor de seguridad de la cuña 8 no cambia nada


Figura 16. Podemos observar que la falla 8 no aumenta su factor de seguridad

con pernos de cabeza ancha ni con otro tipo de perno por lo tanto usaremos

shotcrete

Resultados Al analizar el proyecto nos dimos cuenta que solo utilizaremos sostenimiento en 2 de las 4 caras del pique.

TABLA DE COSTOS DE LOS PERNOS DE ANCLAJE DE CABEZA EXPANSIVA

EMPERICO UNEDGE UNIDAD


Tipo de perno CABEZA EXPANSIVA

CABEZA EXPANSIVA

S/U

Longitud del perno 2 2 m

Capacidad de soporte de perno 10 10 ton

Espaciamiento entre pernos 2.5 2,5 m

Distancia entre fila de pernos 1.5 1,5 m

Numero de caras de aplicación 4 1 caras

Perímetro usado 15 4 m

Numero de pernos usados por perímetro 6 1 pernos

Longitud del túnel 200 200 m

Pernos usados en total 480 80 pernos

Costo de perno/unidad 12 $12 US$perno

Costo total por pernos 5760 $960 US$

TABLA DE COSTOS DE SHOTCRETE DATOS EMPIRICO UNWEDGE UNIDAD

Tipo de perno PORTLAND PORTLAND S/U

Densidad 1.3 1.3 T/m3


Resistencia al corte 100 100 ton/m2

Espesor 10 2 cm

Número de caras de aplicación 4 1 caras

Perímetro usado 15 4 m

Metros cuadrados usado 3000 800 m2

Metros cúbicos usado 300 16 m3

Costo por metro cubico 320 320 US$

Costo total por shotcrete 96000 5120 US$

SOSTENIMIENTO COSTOS EMPIRICO (US$)

COSTOS UNDGE(US$ )

Pernos de anclaje extendida 5760 960

Shotcrete 96000 5120

Total 101760 6080

Ahorro - 95680

Se concluye que con el uso del programa UNWEDGE (US$) podemos ahorrar hasta 95680$ lo que sería un gran ahorro para la empresa y una buena optimización en el programa.

CONCLUCIONES

Usando correctamente el software Unwedge, llegamos obtener un buen diseño del túnel.

Las proyecciones estereográficas hechas en el dips son de mucha ayuda para el diseño del túnel con el unwedge.


Los resultados de la dirección son Trend (dirección del túnel) = 261° Plunge (buzamiento del túnel) = 45°

El factor de seguridad nos indica que en va ser estable

BIBLIOGRAFIA

Tesis de posgrado de la UNI – GEOMECÁNICA EN EL MINADO SUBTERRÁNEO CASO MINA CONDESTABLE.


Tesis de la PUCP - Reducción de los Costos Operativos en Mina, mediante la Optimización de los Estándares de las operaciones unitarias de Perforación y Voladura.

Diapositivas del curso de Diseño y Sostenimiento de Labores Subterráneas – UNSA, Ing. Manuel Figueroa Galiano.

Diapositivas del curso de Mecánica de Rocas I – UNSA, Msc. Pablo Meza Aréstegui.

Proyecto Construcción de un pique en la mina recuperada – UNSCH Trabajo de campo de la UNMSM – Curso de Mecánica de Rocas I Normas ISRM (1985) y ASTM D5731-08. González De Vallejo, Luis I.

Ingeniería geológica. Madrid, Esp. Prentice Hall, c2002. https://es.scribd.com/doc/102217464/DISENO-Y-CONSTRUCCION-DE-UN-

PIQUE-CON-EL-SOFTWARE-UNWEDGE http://www.ingenieriacivil21.com/2012/10/visita-de-campo-al-caserio-de.html http://es.calameo.com/read/000820129689db60d589f http://es.calameo.com/read/0008201290381c003eea7 http://es.scribd.com/doc/95573082/Boletin-N%C2%B031 http://www.ingemmet.gob.pe/Boletines/SerieB/00010B/files/00010b.pdf http://zeeot.regioncajamarca.gob.pe/sites/default/files/GEOLOGIA.pdf

ANEXOS


http://zeeot.regioncajamarca.gob.pe/sites/default/files/GEOLOGIA.pdf

http://www.ingemmet.gob.pe/Boletines/SerieB/00010B/files/00010b.pdf

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