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TagsFault (Geology) Bending Mining Aluminium Elasticity (Physics)
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CONSIDERACIONES GEOTÉCNICAS MINERÍA SIMULTANEA RAJO ABIERTO-SUBTERRÁNEA EN CHUQUICAMATA





1. CROWN PILLARS

1.1. MODOS DE FALLA


En general, al estudiar la estabilidad de un crown pillar, se pueden identificar seis modos de falla prin-
cipales, cada uno de los cuales se puede dar por si solo o por una combinación de más de uno de
ellos. En general, el mecanismo más preponderante dependerá de las características geotécnicas
propias de cada sector en estudio. Estos mecanismos se describen a continuación.



 Falla Estructuralmente Controlada

 Falla por Macizo Rocoso

 Falla inducida por Esfuerzos

 Falla tipo Chimenea

 Falla tipo Viga o Placa

 Falla por Bloques tipo Voussoir

Por otro lado, estos mecanismos de falla que pueden afectar al crown pillar podrían ser globales, que
afecta la estabilidad de la estructura, pudiendo producir su falla o, podrían ser locales, generando una
sobre-excavación, pero no la falla del pilar.

1.1.1. FALLA ESTRUCTURALMENTE CONTROLADA

Este tipo de falla, tal vez, sea el
más frecuente en rocas competen-
tes. La falla del crown pillar se pro-
duce por un desarme producto de
la caída de cuñas o bloques pre-
formados, tal como se ilustra en

Figura 8.1, donde una progresiva
caída de bloques podría producir la
falla global del pilar. En este modo
de falla las características de las
estructuras y el tamaño de la luz li-
bre tienen un rol fundamental.

Para estimar la estabilidad del
crown pillar ante este tipo de falla,
es necesario conocer la frecuencia
de fracturas, su orientación y su
condición. En algunos casos los
esfuerzos alrededor de la excavación podrían influir en la estabilidad de los bloques, pero generalmen-
te se asume un estado de confinamiento relativamente bajo o nulo.

El análisis de este tipo de fallas se puede realizar utilizando herramientas desde redes estereográficas
(ver Hoek & Brown (1980)), Teoría de Bloques (Goodman (1989)) o programas computacionales dis-
ponibles (Unwedge, Rocscience). En todos los casos, será necesario conocer claramente las caracte-
rísticas estructurales del sector en estudio, además de la luz libre.




Figura 8.1 : Falla del crown pillar producto de un desarme estructu-
ral.

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1.1.2. FALLA POR MACIZO ROCOSO

El colapso del crown pillar producto de la falla de
macizo rocoso que lo compone, se caracteriza, tal

como se muestra en Figura 8.2, por una falla gra-
dual del mismo, o sea por una pérdida de roca ha-
cia la cavidad, produciéndose caving. En este
modo de falla, influyen una serie de factores, sien-
do los más importantes los siguientes :

 Resistencia del macizo rocoso

 Espaciamiento, orientación y condición
de estructuras

 Condición de esfuerzos

 Aguas subterráneas

 Luz libre de la excavación.


Para analizar este tipo de falla, sólo se cuenta con herramientas empíricas, las cuales, de alguna u
otra manera dependen de algún sistema de clasificación.

1.1.3. FALLA INDUCIDA POR ESFUERZOS

Este modo de falla, tal como se muestra en

Figura 8.3, se produce cuando las concen-
traciones de esfuerzos, producto de la mine-
ría, exceden la resistencia del macizo roco-
so. La forma cómo se “romperá” el crown
pillar dependerá, principalmente del tipo de
roca. Esto es, en roca competente y masi-
va, tal vez se produzca un estallido de roca;
en roca muy fracturada, tal vez, se producirá
una falla más gradual, etc.

No existe una metodología para analizar este
tipo de falla, más bien las recomendaciones
de análisis apuntan a evitarlo controlando las
concentraciones de esfuerzos producto de la
minería, de tal manera que no se sobrepase
la resistencia del macizo rocoso. Obviamen-
te, en el control de este tipo de falla, la ins-
trumentación y auscultación juegan un papel
fundamental.






Figura 8.2 : Desarme del crown pillar producto de la
calidad del macizo rocoso


Figura 8.3 : Falla del crown pillar producto de los esfuerzos

inducidos por la minería.

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Alfredo Rioseco 0238, Providencia, Santiago, CHILE 6641356 / Fono : (56-2) 222-9011 / Fax : (56-2) 222-7890 / e-mail : [email protected]

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a) Aplicación Caso Chuquicamata

Para dimensionar el crown pillar para el caso de minería simultánea en Mina Chuquicamata, mediante

métodos analíticos, se consideraron los métodos de análisis descritos en Tabla 8.1 de página 123.
Utilizando el programa CPillar (REG. Rocscience (1999)), con el cual se confeccionaron las curvas de

diseño que se ilustran en Figura 8.16. Para utilizar el programa CPillar, se utilizó la opción de un mé-
todo rígido, ya que este método no sobrepone restricciones a la forma de la viga a analizar. Para el

método elástico y el de Voussoir se debe cumplir que
t

LibreLuz
 3.

Para la confección de estas curvas de diseño se consideró el posible cambio en las condiciones de

apoyo ilustrados en Figura 8.15 de página anterior, por este motivo se determinó que el factor de se-
guridad mínimo aceptable a utilizar sería igual a 3.0, teniendo presente que este pilar es una de las in-
fraestructuras críticas para el proyecto.




Para el caso de Mina Chuquicamata, según la Figura 8.16 y, considerando un caserón de largo máxi-
mo entre 80 a 120 m, las dimensiones del espesor del crown pillar varían entre 38 a 65 m, consideran-
do un ancho de caserón entre 40 a 60 m, respectivamente.


10 20 30 40 50 60 70 80

Espesor de Crown Pillar (m)

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

L
a

rg
o

d
e

C
ro

w
n

P
il
la

r
(m

)

LEYENDA

FS = 3.0
Ancho Caserón= 30 m

Ancho Caserón= 40 m

Ancho Caserón= 50 m

Ancho Caserón= 60 m

Curvas de Diseño en

ROCA CUARZO SERICITICA
Proyecto Transición CHUQUICAMATA

Método de Análisis RIGIDO - CPILLAR3.0

10 20 30 40 50 60 70 80

Espesor de Crown Pillar (m)

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

L
a

rg
o

d
e

C
ro

w
n

P
il
la

r
(m

)

LEYENDA

FS = 3.0
Ancho Caserón= 30 m

Ancho Caserón= 40 m

Ancho Caserón= 50 m

Ancho Caserón= 60 m

Curvas de Diseño en

ROCA CUARZO SERICITICA
Proyecto Transición CHUQUICAMATA

Método de Análisis RIGIDO - CPILLAR3.0




Figura 8.16 : Curva de diseño para crown pillar de superficie en minería sub-
terránea simultanea en Mina Chuquicamata.

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1.2.2. MÉTODOS EMPÍRICOS

El diseño del crown pillar por medio de métodos empíricos, principalmente, se basa en los trabajos
presentados por Carter en la década del noventa. Éstos, básicamente, relacionan la geometría del pi-
lar con algún método de clasificación geomecánica, introduciendo los conceptos geométricos de luz li-
bre crítica y luz libre escalada (que envuelve la geometría tridimensional del pilar), los cuales permiten
determinar un factor de seguridad inicial para el crown pillar. A continuación se resumen los trabajos
de Carter, que permitirán un diseño empírico inicial del pilar.

a) Razón entre espesor y luz libre del Crown Pillar


Un criterio inicial se plantea utilizando la relación existente entre la razón del espesor del pilar y la luz
libre máxima con algún índice de calidad del macizo rocoso que lo compone. Según los datos estu-
diados, Carter (1990), determinó que existe una relación lineal entre los parámetros antes menciona-

dos, la cual se ilustra en Figura 8.17, y puede ser expresada de la siguiente forma :

62.0
Q55.1

S

t 
 (8.20)

donde :
t : Espesor del crown pillar
S : Luz libre del pilar
Q : Índice de Calidad de Barton

Sin perjuicio, de que esta relación se pueda utilizar como una metodología de diseño preliminar, se de-
be tener presente que en ciertos casos se pueden presentar resultados erróneos, ya que los valores
del espesor del pilar y de la luz libre no son, totalmente, independientes al ser escalados.



E
S

P
E

S
O

R

C

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O

W
N


P

IL
L

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0.1

1

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A
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0.001 0.01 0.1 1 10 100 1000

INDICE DE CALIDAD DE TUNELES - Q

0 20 40 60 80 100

CLASIFICACION GEOMECANICA - RMR76

LEYENDA

MACIZO ROCOSO

CASOS FALLADOS

ZONA MINERALIZADA

CASOS c/RELLENO

0.01

0.1

1

10

100

R
A

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0.001 0.01 0.1 1 10 100 1000

INDICE DE CALIDAD DE TUNELES - Q

0 20 40 60 80 100

CLASIFICACION GEOMECANICA - RMR76

LEYENDA

MACIZO ROCOSO

CASOS FALLADOS

ZONA MINERALIZADA

CASOS c/RELLENO

RMR BIENIAWSKI ‘76

Q BARTON ‘74

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S

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E

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0.001 0.01 0.1 1 10 100 1000

INDICE DE CALIDAD DE TUNELES - Q

0 20 40 60 80 100

CLASIFICACION GEOMECANICA - RMR76

LEYENDA

MACIZO ROCOSO

CASOS FALLADOS

ZONA MINERALIZADA

CASOS c/RELLENO

0.01

0.1

1

10

100

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0.001 0.01 0.1 1 10 100 1000

INDICE DE CALIDAD DE TUNELES - Q

0 20 40 60 80 100

CLASIFICACION GEOMECANICA - RMR76

LEYENDA

MACIZO ROCOSO

CASOS FALLADOS

ZONA MINERALIZADA

CASOS c/RELLENO

RMR BIENIAWSKI ‘76

Q BARTON ‘74




Figura 8.17 : Relación entre razón espesor y luz libre del crown pillar y los índices de cali-
dad.

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