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MONITOREO SUBTERRANEO Y SUPERFICIAL

FIGMM-UNI

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Geológica Minera y Metalúrgica

TÍTULO: MONITOREO SUBTERRANEO Y SUPERFICIAL Curso:

MECANICA DE ROCAS II

Profesor:

Ing. David Cordova Rojas

Alumno:

Elmer Daniel CHUQUIPOMA ZANABRIA

2013

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MONITOREO SUBTERRANEO Y SUPERFICIAL

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INDICE RESUMEN

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I. II. III. IV. V.

3 3 4 4 4 5 5 5 6 9 12 13 14 16 16 16 17 19 22 27 33 34 34 34 36 42 42

INTRODUCCIÓN: OBJETIVOS DEL MONITOREO PASOS PARA IMPLEMENTAR UN SISTEMA DE MONITOREO DEFINICIÓN DE UN SISTEMA DE CONTROL MONITOREO EN MINERIA SUBTERRÁNEA 5.1 INSTRUMENTOS DE CONTROL PARA RECABAR DATOS PARA EL DISEÑO 5.1.1 Determinación del ángulo de cizalle y resistencia insitu 5.1.2 Determinación de esfuerzos “In Situ” por rotura hidráulica 5.1.3 Medición directa de los esfuerzos con gatos hidráulicos 5.1.4 Determinación del estado e esfuerzos por medio de taladros 5.2 CONTROL DE LAS EXCAVACIONES SUBTERRÁNEAS DURANTE LA OPERACIÓN 5.2.1 Medición de la convergencia 5.2.2 Extensómetros en múltiples puntos de la excavación 5.3 MEDIDA INDIRECTA DE ESFUERZOS EN ROCAS VI. MONITOREO EN MINERÍA SUPERFICIAL 6.1 sistemas convencionales de medición 6.2 Monitoreo topográfico: 6.3 VIGILANCIA DE PRESION DE AGUA MEDIANTE PIEZÓMETROS 6.4 Desplazamientos profundos transversales 6.5 Desplazamientos profundos longitudinales 6.6 Monitoreo de carga de anclajes mediante células de carga 6.7 Inclinómetros superficiales para el monitoreo de taludes: 6.8 Medidor de desplazamiento de grietas: 6.9 Camaras de vídeo axiales para monitorización de sondeos VII. APLICACIÓN: VIII. CONCLUSIONES: IX. RECOMENDACIÓN:

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RESUMEN

En el presente trabajo se expondrá los métodos de monitoreo superficial y subterráneo empleados en minería para poder controlar la estabilidad del macizo rocoso a partir del uso de instrumentos que miden desplazamientos, esfuerzos in-situ y nivel piezométrico, con el objetivo de prevenir los accidentes debido a la inestabilidad del macizo rocoso en las operaciones diarias de minería a causa de no haber un control de estos factores y un plan acción de alerta instantánea al determinar zonas de inminentes deslizamientos en el caso de taludes. En el Perú los problemas más frecuentes en minería superficial se deben a las caídas e rocas debido a la liberación de energía generada por la concentración de esfuerzos y las cavidades dejadas en la explotación. En minería superficial los problemas frecuentes se presentan en los tajos y botaderos de desmonte, ya que son afectados por deslizamientos de taludes y derrumbe de bancos. La función del monitoreo es prevenir los accidentes debido a los fenómenos de inestabilidad y eliminar riesgos de vidas humanas y maquinas.

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MONITOREO SUBTERRANEO Y SUPERFICIAL I.

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INTRODUCCIÓN: En el día adía en las labores mineras subterráneas y superficiales el factor que induce a mayores accidentes es no tener un control del macizo rocoso, para ello es necesario monitorear estas variables o propiedades para que el grupo geomecánico establezca los límites máximos y se pueda adoptar medidas de prevención de desastres como el deslizamiento de un talud. En el caso previo de empezar una labor subterránea se necesita saber los esfuerzos in-situ del macizo rocoso para prever la inestabilidad de este y adoptar medidas en su apertura durante y en el cierre de las labores mineras. Una inspección de los soportes de pernos es muy importante pues informa su grado de acción como soporte de la masa rocosa y la resistencia que ofrece al desprendimiento para tomar medidas de seguridad. El monitoreo periódico en sí es clave en el desempeño de las labores mineras pues da la seguridad necesaria y confianza al trabajador, además da mensajes de alerta de posibles amenazas que puedan ocurrir en un futuro.

II. 

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OBJETIVOS DEL MONITOREO Para determinar las propiedades del macizo rocoso tales como la deformabilidad, anisotropía y la resistencia mecánica de los materiales se realiza con la finalidad de confirmar los parámetros de diseño y estándares de operaciones mineras. Dimensionar la capacidad de respuesta estática y dinámica de la roca debido a las disturbancias inducidos durante las operaciones mineras (Perforación y voladura) y fenómenos naturales (sismo), con la finalidad de registrar signos de inestabilidad con efectos de las vibraciones por la voladura. Evaluar el estado de esfuerzos en el macizo rocoso incluyendo los esfuerzos In Situ y redistribución de los esfuerzos, para prever los indicios de inestabilidad antes durante y después de la apertura, operación y cierre de una labor minera. Dimensionar la reacción de las estructuras (elementos de sostenimientos u otros) frente a las condiciones geológicas y defectos (incidentes de inestabilidad) durante la operación minera. Identificar los riesgos (mapeo de los peligros), en la etapa de construcción, operación, cierre y abandono de una labor minera. Evaluar, controlar y verificar la efectividad o in efectividad de las medidas correctivas, con la finalidad de evaluar el comportamiento técnico, económico de los elementos de sostenimientos o reforzamiento. Evaluar los factores de seguridad física, con la finalidad de cumplir con factores e seguridad de diseño, construcción y abandono de las obras civiles y mineras.

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MONITOREO SUBTERRANEO Y SUPERFICIAL III.

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PASOS PARA IMPLEMENTAR UN SISTEMA DE MONITOREO:       

Evaluar las características lito estructurales del área involucrada Caracterizar y zonificar geomecánica mente las propiedades del macizo rocoso del área, motivo de control geotécnico. Evaluar la problemática de inestabilidad y términos de referencia para implementar el control geotécnico. Selección del tipo de instrumentación aplicable y disponible Diseño e implementación del sistema de instrumentación Ejecución de programas de monitoreo Interpretación de los resultados, evaluación y propuestas a medidas correctivas

IV. DEFINICIÓN DE UN SISTEMA DE CONTROL  Un sistema de control consiste e la instalación de un conjunto de equipos de precisión manuales debidamente seleccionados, ubicados en puntos estratégicos dentro de la concepción de la Ingeniería Mecánica de Rocas, con la finalidad de captar, registrar, transmitir información cuantitativa de esfuerzos y deformaciones (desplazamientos) mediante sus componentes. Estas informaciones, pueden ser manual, digital o computarizados.  Los equipos de control deben cumplir con las siguientes especificaciones técnicas:  Fácil instalación, si es necesario bajo condiciones adversas.  La adecuada sensibilidad, certeza y reproducción de las informaciones.  La información reportada por los equipos, deben ser de fácil comprensión y proporcionar datos inmediatamente a la persona encargada del control.

V. MONITOREO EN MINERIA SUBTERRÁNEA Para implementar un control geotécnico utilizando instrumentación en la minería subterránea, se deben considerar varios aspectos, tales como, incidentes de inestabilidad en las rocas (hundimientos, derrumbes, explosiones de roca, caída de rocas deterioro de los elementos de sostenimiento), evidencias de peligros en la zona de trabajo, ampliación de áreas de operación, necesidades de incremento de producción, modificación de método y secuencia en el sistema de minado.

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5.1 INSTRUMENTOS DE CONTROL PARA RECABAR DATOS PARA EL DISEÑO Por la importancia de conocer las magnitudes y direcciones principales de lo esfuerzos In Situ, antes del diseño de una excavación en roca, se presentan algunos métodos: 5.1.1 Determinación del ángulo de cizalle y resistencia insitu: Técnica Protodyakonov para evaluar cizalle insitu:

5.1.2 Determinación de esfuerzos “In Situ” por rotura hidráulica Técnica de rotura Hidráulica, es el método disponible para determinar esfuerzos a mas de 50 m desde el punto de acceso. En esta técnica se provocan fracturas en la roca por efecto de la presión hidráulica sobre las paredes internas de un taladro, para estimar los esfuerzos, se basa en dimensionar la presión que se necesita para fracturar. El método de rotura hidráulica consiste e taponar una sección de un taladro introduciendo u fluido a presión y aumentando la presión hasta que las paredes del taladro se fracturan. Siendo esta una de las consecuencias de la ampliación de la teoría de rotura frágil al estado de esfuerzos triaxiales, teniendo en cuenta la influencia de la presión intersticial, es que cando la presión intersticial iguala a la de confinamiento, la capacidad cohesiva de la roca puede quedar reducida a su resistencia de tracción simple. En la rotura hidráulica las paredes de taladro se rompen cuando el esfuerzo máximo provocado en la zona que esta expuesta a la carga, alcanza la resistencia a tracción en

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un punto cualquiera de la pared. Es decir cuando los esfuerzos de tracción provocadas por el fluido a presión superan los esfuerzos de compresión creadas en las paredes del taladro por la perforación del mismo en el área denominada campo regional de esfuerzos del macizo rocoso.

Dirección de rotura perpendicular a los esfuerzos minimos.

5.1.3 Medición directa de los esfuerzos con gatos hidráulicos 

Técnica del gato plano El empleo de gatos planos para la medida de esfuerzos en roca procede de Francia. En esta técnica se miden esfuerzos en un estado biaxial de dos ranuras perpendiculares. La longitud de la ranura suele ser de 32-50 cm con una profundidad semejante, y un ancho de 4 cm, para recibir gatos planos cuadrados de 30-45 cm de lado. La ejecución de la ranura produce una liberación local de esfuerzos midiéndose la deformación resultante durante un periodo de tres o cuatro días mediante extensometro colocado entre diversas combinaciones de

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puntos. A continuación se coloca el gato plano en la ranura, cementándolo con mortero, su borde enrasado con la superficie de la roca, dejándolo otros 3 o 4 días para el endurecimiento del mortero. Pasado este tiempo se aplica una presión hidráulica al gato, aumentándola por escalones, y tomando medidas entre diversas combinaciones de puntos hasta que se alcanzan los valores anteriores originales a la apertura de la ranura. A continuación se realizan 2 a 4 ciclos de carga y descarga durante un periodo de varios días determinado la presión media del equilibrio, el ensayo completo dura de 2 a 3 semanas. Las objeciones principales a método del gato plano son que las medidas debe hacerse en el borde de la excavación, en una zona sometida a una distribución de esfuerzos, irregular y desconocida, y que puede estar comprimida.

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Técnica del gato curvo Los investigadores Jaeger y Cook, ha modificado el método del gato plano para emplear gatos de sección curva colocados e taladros de 10 cm de diámetro y hasta 6 m de profundidad .De la figura, se supone que la tensión principal σ3 coincide con la dirección de, los taladros donde están colocados los gatos A y B, en la ranura anular hecha con una corona de diamante. Se aumenta la presión de estos gatos hasta que comienza a romperse la roca situada en los cuadrantes C y D exteriores al anillo.. Se supone que estas roturas se producen en la dirección de la tensión principal σ1, observándolas y registrando su dirección mediante sobre perforación y rotura de un testigo concéntrico mayor. El taladro de 10 cm y la ranura se prolongan de nuevo colocando los gatos A y B de forma que su presión resultante actúe en dirección normal σ1. Estos gatos forman ahora el elemento sensible y se les comunica presión, registrando el descenso de presión al sobre perforar en torno a los mismos. A continuación se chocan otros dos pares de gatos EF y GH en el anillo de la roca sobre perforado aplicándoles presión para restaurar los esfuerzos en AB.

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5.1.4 Determinación del estado e esfuerzos por medio de taladros  Celdas con bandas extensométricas (strain gauge cells) Colocando estas celdas en e fondo de un taladro, la sobre perforación puede realizarse con la propia broca empleada para hacer el taladro. Esta metodología amplía considerablemente la gama de medidas en frente rocosos, se usan diferentes técnicas:

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Celda triaxial de deformación CSIR (triaxial strain cell) El consejo sudraficano para la investigación científica e industrial (CSIR) ha desarrollado un medidor (calibrador) que puede ser utilizado para obtener esfuerzos totales en un punto del taladro. La celda de deformación triaxial consiste en 3 grupos compuestos por 3 medidores de deformación (strain gauges) montados en una circunferencia con un cuerpo tubular. El taladro piloto s de 1½ pulgada de diámetro, siendo el medidor pegado directamente a as paredes del taladro utilizando un equipo especial para el posicionamiento e instalación. Después que el cemento haya secado, se toma las primeras lecturas dl medidor. El equipo utilizado en la instalación es removido del taladro. Después que la sobre perforación es completada, se tomara una nueva lectura. El testigo (core), junto con el medidor, es removido del taladro y es colocado en una cámara triaxial, de donde obtendremos lecturas de esfuerzo – deformación, con la finalidad de obtener las propiedades elásticas. Los cambios en la deformación inducida por la sobre perforación y las propiedades elásticas de la roca son utilizados para determina el estado completo de esfuerzo In Situ desde la sobre perforación.

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Doorstopper (LEEMAN) Los primeros intentos para sobre perforar aparatos con bandas extensometricas, colocados en el fondo de un taladro tropezaron con problemas, debidos principalmente a la dificultad de aislar las bandas y sus conexiones al sistema eléctrico, del agua introducida en torno alas coronas de perforación realizadas en roca dura.

Leeman resolvió este problema de manera eficaz empotrando las conexiones eléctricas de las bandas en un taco de caucho o silicona de 35 mm de diámetro, en cuya cara frontal se monta una roseta rectangular de bandas extensometricas, que en la celda original quedaba protegida por una película de araldita de 0.6 mm de espesor (ver figura Nº5). Los cables procedentes de la roseta están unidos a cuatro bornes de cobre en una ficha de conexión aislada. El equipo puede emplearse en un taladro perforado con el diámetro estándar BX (60mm).

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Perforación y medida de la deformación diametral de la celula USBM: Descripción de la técnica: Para realizar la técnica se hace un sondeo pequeño donde se quiere realizar la medida (por ejemplo d= 37mm ) . En dicho sondeo se ubica un medidor de las deformaciones diametrales en una o varias direcciones lejos del fondo y de su boca.

Esquema del método de sobreperforación

Medidor tipo USBM y foto de un ensayo de sobreperforación en un afloramiento.

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Respuesta del medidor de deformación tipo USBM ante la realización de un ensayo de sobre perforación y a medida que ésta avanza.

Esquema de sobreperforación con medidas con la célulaUSBM: direcciones de medida, direcciones de ejes y orientación de las tensiones principales en el plano de medida. 5.2 CONTROL DE LAS EXCAVACIONES SUBTERRÁNEAS DURANTE LA OPERACIÓN Las mediciones que se efectúan durante a construcción deberán proporcionar la información necesaria para verificar la validez del diseño o permitir la terminación del trabajo en curso. Mediciones de convergencia, normalmente se levan a cabo con una cinta o con un extensometro de varillas entre puntos fijados en las paredes y el techo de una excavación, pudiendo ser una labor minera (galerías, cruceros, tajos) o elementos de sostenimientos (Cerchas o cimbras, cuadros, etc.). El Extensómetro, se utiliza para medir el desplazamiento del macizo rocoso que rodea a una excavación subterránea. Estos extensómetros consisten en unas varillas corredizas o alambres tensados, anclados en determinados puntos del taladro.

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5.2.1 Medición de la convergencia Convergencia o desplazamiento relativo de dos puntos en una excavación, es probablemente la más frecuente medición en a minería subterránea.  Tubo extensométrico (tube extensometer) Este equipo consiste en un tubo telescopio, un indicador de posición, y las superficies de contactos en cada extremo, para medir los cambios de distancia entre el techo y el piso. Una lectura inicial cero es tomada, y así las lecturas son tomadas diariamente, semanal o mensualmente (Fig. 08). La diferencia entre estas lecturas y la inicial es la convergencia en un intervalo de tiempo. Para determinar las zonas de contacto en el techo, se pueden considerar los pernos de roca, siendo estas unas estaciones de control no muy costosas. Las estaciones del techo deben ser protegidas por tuberías para prevenir la roca suelta o colgada en su contacto con los pernos. Los puntos de anclaje del piso deben de estar en roca sólida o en algún lugar donde las lecturas no sean afectadas por algún movimiento de este, debido a las vibraciones causadas por voladura y por transito de equipo minero cerca del área.Las dos principales aplicaciones del tubo extensométricos en minería subterránea son: 1.- Para medir la convergencia entre el techo y el piso en función del tiempo (la convergencia nos da una indicación del grado de estabilidad e inestabilidad del techo). 2.- Para medir la separación entre las capas del techo donde han sido anclados los puntos de control.

 Cinta extensométrica Es un instrumento portátil con la cual se, puede realizar mediciones; este instrumento utiliza una cinta de acero con un punzón hueco para medir cambios en la distancia entre dos puntos con precisión y rapidez, las mediciones son hechas en cualquier dirección sea horizontal a vertical, es decir donde se localicen los puntos de referencia.

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La tensión de la cinta es controlada por medio de un resorte de compresión. Para ajustar la tensión en la cinta, un anillo estriador es girado hasta que las líneas trazadas estén precisamente alineadas, esta alineación causa una fuerza conocida que es ejercida en la cinta. La alineación o posicionamiento de los puntos de anclaje para la cinta extensometrica no son difíciles de determinar. El instrumento posee un gancho lo cual permite que las lecturas no sean afectadas por el posicionamiento del anclaje o ángulo en el cual se encuentre los puntos que deben ser controladas.

5.2.2 Extensometros en múltiples puntos de la excavación Entre los más útiles métodos para la medición en el macizo rocoso es el utilizando extensómetros colocados en varios puntos de la excavación,un solo punto de la excavación con extensometro nos da un desplazamiento relativo entre el punto de anclaje del macizo rocoso y el punto de medición, generalmente localizado en el contorno de la excavación .En el caso de varios puntos con extensometros también nos pueden dar desplazamientos relativos en varios puntos a diferentes profundidades de la excavación. Estos datos son mas útiles que os realizados por la convergencia, el cual da solo desplazamientos relativos en la superficie y pueden ser influenciados por las condiciones de la superficie, en algunos casos las mediciones de convergencia son realizados en la parte superior de os extensometros (cabeza) instalados..

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 Extensometro mecánico La medición de la deformación de la roca es esencial para la estabilidad y así poder controlar el comportamiento de las excavaciones subterráneas .La dificultad se presenta en obtener una adecuada distribución de muestras, densidad y orientación, la que puede ser sobrellevada, si utilizamos el sistema de un solo o varios extensómetros en la labor. Como uno de los instrumentos mas simples se presenta al extensometro mecánico, el cual consiste de una cabeza que va anclada al collar del taladro, y un numero determinado de anclajes dentro del taladro, cada uno de los cuales están localizados en un lugar y a una distancia conocida con respecto al collar. Como la roca adyacente al taladro se deforma, la componente paralela a la dirección del taladro causa un cambio en la distancia entre los anclajes individualmente y la cabeza del extensometro. Los extensometros están compuestos esencialmente por 5 componentes : cabeza del instrumento, un mecanismo de anclaje en el collar, un sistema de descenso de anclajes en el taladro y barras o alambres, un cable para la señal si la cabeza esta equipada con equipos de registro electrónicos y un equipo de registros, dependiendo si es mecánico o electrónico. Los extensometros son diseñados para medir la componente axial de deformación en el taladro instrumentado. Como el taladro tiene deformación axial, la distancia entre los anclajes individualmente y la cabeza cambia, como también la distancia entre los anclajes adyacentes. El cambio de distancia medido por extensometros para taladros en diferentes posiciones, esta reducida a una función del tiempo, profundidad del taladro, posición del anclaje u otros parámetros importantes para la investigación.

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5.3 MEDIDA INDIRECTA DE ESFUERZOS EN ROCAS  Métodos geofísicos Existen varios intentos a través de los años para utilizar la variación de velocidad sísmica para determinar esfuerzos en roca. Los resultados han sido desalentadores al igual que en los métodos para encontrar una correlación practica entre los esfuerzos y la resistividad in situ. Un mayor empleo han alcanzado los métodos acústico-micro sísmico para la observación de la velocidad de aumento de los esfuerzos en minas con desprendimientos, especialmente en Europa Los ensayos de laboratorio con muestra de roca extraídos de un amina en la republica Checa muestran que aparecen impulsos micro sísmicos cuando la presión aplicada alcanza el 80% de la resistencia de la roca en rotura y con presiones mayores el numero de impulsos presenta un notorio aumento. VI. MONITOREO EN MINERÍA SUPERFICIAL El monitoreo de la estabilidad de taludes de un tajo abierto y botaderos de desmonte son casos importantes en las minas a cielo abierto en las etapas de operación, desbroce y abandono. Los objetivos principales para realizar estas mediciones son: 1. Determinar el movimiento relativo, lateral y vertical de un amasa de roca y terreno de recubrimiento. 2. Determinar la aceleración y desaceleración de desplazamientos de los macizos rocosos. 3. Determinar los factores de estabilidad para establecer medidas correctivas. 4. Determinar el volumen y forma del terreno que podría deslizarse 5. Determinar los movimientos y desplazamie4ntos relativos dentro del talud. 6. Controlar la eficiencia de sistemas de control instalados 7. Controlar los niveles de agua subterránea (napa freática) y presiones de poro en diferentes niveles (bancos) y /o estratos en macizo rocoso El monitoreo del desplazamiento y comportamientos de estos prevé los impactos que pueda provocar un derrumbe o deslizamiento de masa rocosa. Mediante el monitoreo se puede evaluar el comportamiento de los parámetros de ángulo de fricción, cohesión, niveles de agua subterránea y presiones de poros 6.1 sistemas convencionales de medición La medición de desplazamientos en superficie usando equipos de medición convencional y extensometros pueden ser y continuar siendo una técnica confiable por su efectividad frente al costo, los sistemas mas utilizados son los instrumentos de estación total EDM o en combinación el EDM con teodolitos de alta precisión La metodología de trabajo de los equipos convencionales esta referido:  Estos equipos deben estar emplazados sobre estructuras de metal o concreto sobre base estables y así como también la base de la estación de observación, los primeros puntos de observación son utilizados para ajustar las estaciones de

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observación la línea base de la malla las cuales se debe recalcar que deben estar localizadas en un terreno estable lejos de la influencia de la excavación del tajo Los prismas usados como puntos de observación deben estar ubicados en las caras de los bancos si fuera posible; estos emplazamientos deben estar entre 1.8 y 2.4 mts. Sobre el pie del banco siendo lo recomendable, si los datos de reconocimiento presentan una desviación la cual es es resultado de una inadecuada instalación, se debe repetirá la toma de mediciones hacia los mismos puntos a fin de obtener una lectura correcta.

6.2 Monitoreo topográfico: El sistema más común de instrumentación, es el monitoreo topográfico. Se pueden utilizar equipos ópticos o electrónicos para determinar los movimientos laterales y verticales de los taludes. Para ello, se colocan BMs en sitios estables y una serie de puntos de medición en la zona deslizada. Se puede realizar mediciones diarias empleando tubos que se insertan dentro del deslizamiento; de esta forma, se pueden medir las deformaciones relativas, movimientos de grietas, etc. Las medidas son relativas con referencia a un BM fijo. Los movimientos absolutos de una serie de puntos se pueden obtener repitiendo las mediciones con determinados períodos de tiempo. Es muy importante que la medición sea precisa y es común que se presenten errores relacionados

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 GPS Diferencial (DGPS) El DGPS se está utilizando con frecuencia para monitorear los movimientos superficiales de deslizamientos. Una estación base, en un sitio conocido, se utiliza para hacer las correcciones y refinamientos de una o varias estaciones móviles. Todas las estaciones emplean el mismo sistema satelital. El DGPS relaciona observaciones a estaciones móviles desconocidas, con observaciones simultáneas en la estación base conocida. A medida que las señales son monitoreadas, los errores pueden sugerir que la estación base se está moviendo, pero lo que realmente está ocurriendo, son los movimientos de las estaciones móviles. Todas las mediciones se relacionan a la estación base. Mientras la posición sea definida en forma relativamente precisa, los otros movimientos internos serán consistentes. Un valor asumido de latitud y longitud puede ser utilizado sin afectar la calidad de las mediciones internas. En condiciones favorables, se consigue una precisión mejor que un centímetro; sin embargo, la precisión de DGPS puede deteriorarse considerablemente donde la superficie del terreno está cubierta de árboles o en épocas de condiciones climáticas desfavorables.  Monitoreo con radares: Los radares han sido adaptados como una herramienta para el monitoreo de movimiento de taludes en muchos tajos abiertos alrededor del mundo. Este sistema tiene la ventaja de monitorear enteras secciones de paredes especificadas sin la necesidad de algún tipo de reflector ni las condiciones atmosféricas adversas. Puede monitorear rangos de 1800 a 800 metros. Se basa en la emisión de ondas a una determinada velocidad y longitud de onda que es reflejada por el objetivo de frente. La informaci´n es enviada a una oficina central por medios telemétricos con el objetivo de tener los desplazamientos, movimiento del talud en estudio. Se puede enlazar a una alarma de alerta cuando se sobrepasen los niveles establecidos por el personal geotécnico.

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6.3 VIGILANCIA DE PRESION DE AGUA MEDIANTE PIEZÓMETROS:  POZOS DE OBSERVACIÓN Consisten en un sondeo en el cual se introduce una tubería similar a la inclinométrica la cual puede ser de acero, PVC o aluminio pero ranurada para permitir el acceso de agua. Se procede al relleno de una grava o arena gruesa al espacio que queda entre la tubería y el sondeo que funcionará como filtro, una vez instalada ascenderá el agua hasta el nivel freático. Se debe tomar en cuenta que la roca no debe ser de baja permeabilidad porque se puede llegar a años hasta alcanzar dentro del tubo el nivel requerido.

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 PIEZOMETROS DE TUBOS ABIERTOS : Consiste en una instalación similar a la de pozos de observación pero con la condición que el tubo no se encuentra ranurado y únicamente el extremo final contiene material filtrante. El tubo presenta orificios para que ingrese el agua y tiene un filtro de arena y grava. Se cierra con un tapón de bentonita impermeable. El agua que se filtra por la grava asciende por el tubo hasta una altura equivalente a su presión, que se determina mediante una sonda en el caso del pozo de observación. Requiere un volumen de agua considerable para que ascienda hasta la posición correspondiente y no sería adecuado en materiales de baja permeabilidad.

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 PIEZÓMETROS CERRADOS: El equipamiento del sondeo es similar a los de tubo abierto, con la diferencia que no se utiliza con la tubería enclinométrica. Solo se coloca en la parte final una tubería con orificio rodeado de un filtro de arena. En esta tubería se introduce una sonda piezométrica con un transductor eléctrico cuya señal se lleva a superficie. Se llena con un tapón de bentonita. Lo ventajoso es que se pueden introducir varios piezómetros en esa sonda y medir los niveles piezométricos colgados. Su inconveniente es que son caros y requiere de varias sondas piezométricas que quedan instaladas insitu.

Evolución del nivel freático en los sondeos piezométricos.

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6.4 Desplazamientos profundos transversales:  Inclinómetros: Se usa para monitorear los movimientos profundos transversales en zonas de riesgo de deslizamiento. Mediante el cual se pueden medir los desplazamientos que se producen a lo largo de planos perpendiculares al eje de un sondeo. Así pues si el sondeo es vertical, se pondrá el conjunto de los desplazamientos horizontales que ha sufrido el sondeo, permitiendo de este modo detectar movimiento laterales profundos en zonas afectadas por fenómenos de deslizamientos. El sondeo debe atravesar la zona sospechosa inestable a una zona estable.

Equipamiento de un sondeo inclinométrico

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Vista en transversal de la tubería con la sonda inclinométrica Se rellena el espacio interanular entre la tubería y las paredes del sondeo para que se transmita el movimiento a la tubería y la sonda efectúe las mediciones.

Equipo modelo S232PV10 de SISGEO Las medidas se toman en dos canales un eje OX llamado canal A y otro OY llamado canal B. Las medidas se toman a partir del fondo y se establece la referencia.

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Sistema inclinómetro.

Movimientos totales registrados en el eje X y eje Y

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Imagen de toma de datos mediante la sonda inclinométrica  INCLINÓMETROS FIJOS: Estos inclinómetros quedan instalados en el interior de la tubería y permiten detectar movimientos de forma continua. Su principio de funcionamiento es el mismo que de una sonda inclinométrica, estando formados por una serie de sensores inclinométricos conectados entre sí. El movimiento de la tubería hara que se desplacen los sensores. La altura de medida es la distancia entre uniones pivotes de los sensores.

Esquema de inclinómetro fijo en tubería inclinométrica (DGSI)

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 Equipos con TDR: Denominada reflectometría en el dominio del tiempo(Time domain reflectometry) su principio se basa en un pulso eléctrico. En sus inicios era utilizado para detectar fallos en cables coaxiales, en la actualidad son usados para detectar las deformaciones que se producen en cables de sondeos y posteriormente cementados, en un macizo rocoso. Los movimientos de éste producirán una deformación en el cable instalado cambiando su capacitancia y , por tanto, la forma de la onda reflejada en el impulso de voltaje. Monitorizando los cambios de estas señales de reflexión se puede medir tanto el desplazamiento longitudinal y transversal a una cierta profundidad del cable coaxial. Por ende la reflectometría permite cuantificar el tipo y la magnitud del desplazamiento del macizo rocoso. En la mecánica de rocas esta técnica se emplea para identificar las zonas de fallo del talud.

Cable coaxial para medida TDR en un sondeo Las características de la instalación de un cable coaxial TDR se muestra:

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Este sistema de medida es aplicable a cualquier macizo rocoso en donde se sospeche que pueden producirse deformaciones en la direccion del sondeo y en una direccion perpendicular al mismo. 6.5 Desplazamientos profundos longitudinales  Sonda Increx: Es una sonda extensométrica movil capaz de tomar medidaas de la deformación que se produce en el sentido longitudinal de un sondeo, o sea alargamientos y acortamientos en la dirección que se instala. Es un buen complemento de un sondeo con inclinómetro puesto que con este se tendría el movimiento en tres direcciones. Para su iutilización se necesita hacer un sondeo en el cual se instala una tubería de ABS(plástico muy resistente a golpes. Se colocan anillos de bronce espaciados un metro a lo largo de la tubería. El espacio que que entre ésta y la pared se rellena con un mortero especial inyectado a presión para que quede adherido al macizo rocoso.

Seccion longitudinal de sonda INCREX Registra las posiciones relativas entre dos anillos consecutivos basandose en inducciones electromagnéticas entre las bobinas de alta precisión situadas en el interior de la sonda y los anillos metálicos acoplados a la tubería. Por cada medida se hace dos observaciones entre anillos y se promedia.

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Sonda INCREX conectada a su lector y cable de medida La siguiente imagen corresponde a un control extensométrico de un talud en una explotación minera a cielo abierto:

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Equipo en plena ejecución de un sondeo con la sonda INCREX  Extensómetros de un solo cable: Es un equipo que mide en continuo el desplazamiento relativo entre dos puntos uno en parte del talud que está en movimiento y el otro en terreno estable. Su rango de medida oscila entre 10 y más de 100 metros y precisión en torno a los 0,3mm/ 30m Su funcionamiento consiste en un cable de acre envainado para evitar su corrosión el cual va anclado por debajo de la superficie de deslizamiento. El otro extremo se mantiene tenso con un contrapeso pasando por una polea el deslizamiento del talud producirá una rotación en la polea y mediante un potenciómetro se detecta el giro o desplazamiento del cable lo bueno es que es una unidad de registro continua.

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Representación esquemática de un sistema de alarma  Extensómetro de varillas Se instalan en sondeos para monitorear el desplazamiento a diferentes profundidades empleando varillas de diferente longitud. Son sondeos que registan los movimientos del terreno hasta una profundidad que puede alcanzar los 30 m Los extensómetros de varios puntos de anclaje: Están formados normalmente entre dos a siete varillas de diferente longitud Según su forma de anclaje: Extensómetros de inyección: Es ta conformado por varios puntos de anclaje cada uno en su terminación está formado por un bulón corrugado fijado al terreno con mortero, estas varillas de fibra de vidreo de INVAR o acero que se prolongan al exterior estan cubiertas con nylon para que el cemento no las ancle al terreno y se transmita el movimiento del bulón.

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La medida de desplazamiento se hace con un reloj comparador para extensómetros:

 Extensómetro de anclaje mecánico: Su característica principal es que son de fijación de anclaje mecánico en donde la rotación de la varilla se transforma en expansión y hace que se fije al macizo rocoso. Extensómetro de dos puntos de anclaje:

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Extensómetro con reloj comparador:

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6.6 Monitoreo de carga de anclajes mediante células de carga: Con este sistema se puede determinar la fuerza de anclaje de pernos o anclajes de cable y observar su evolución. Para ello, en la cabeza de anclaje,entre el sistema de apriete y la placa de apoyo, se dispone de una célula de carga la cual se deformará proporcionalmente a la carga.

Esquema de colocación de una de carga

Fotografía de una célula de carga

Gráfica típica de la evolución de la carga de un anclaje

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Este grafico muestra la puesta en carga del anclaje un ascenso brusco muestra el trabajo del anclaje, si sube bruscamente puede ser debido a una inestabilización del talud y riesgo de rotura de anclaje o deformación del terreno. Si disminuyese se debe a que se ha soltado y no trabaja. 6.7 Inclinómetros superficiales para el monitoreo de taludes: Lo que se determina es la inclinación de un punto o desplazamientos angulares en las caras de un talud o las que se registren de algunos bloques.

Inclinómetro superficial Lleva en su interior uno o dos sensores, se coloca en la superficie del talud insetable, lo que detectara será el cambio de inclinación comparada con la inicial. La toma de datos se realiza a partir de las lecturas de los canales A, B 6.8 Medidor de desplazamiento de grietas: El objetivo es monitorear el desplazamiento de las grietas y fisuras superficiales y alertar en estados iniciales posibles movimientos

Medidor de grietas El sensor de movimiento envia las señales a una unidad lectora que convierte la señal eléctrica a mm. 6.9 Camaras de vídeo axiales para monitorización de sondeos: Estas cámaras tienen como objetivo observar la litología que conforma el talud, su valor radica como elemento de monitoreo periódico para comparar el estadodel sondeo y su evolución en el tiempo. Son camaras de visión frontal con iluminación autónoma que premite realizar grabaciones en sondeos con un diámetro minimo de 30 mm.

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Cámaras de video para sondeos Tiene un sensor de metros avanzados tal manera de conocer la profundidad en la que está haciendo la grabación. Para la grabación y visualización in situ se utiliza una videocámara con salida de video. Toma 360 muestras por revolucion a una velocidad de 20 rps.

Polea para la medición en profundidad

Detalle de la sonda ultrasónica

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Diagrafía obtenida con la sonda ultrasónica VII. APLICACIÓN: Título: Mejoramiento del Monitoreo de Taludes mediante el uso del Sistema de Radares-Southern Perú- Mina Cuajone Objetivo: Dar a conocer las mejores prácticas en el monitoreo geotécnico de taludes en operaciones de tajo Abierto mediante el uso del Sistema de Radares con el fin de mejorar la seguridad del personal,equipos y garantizar la continuidad de las operaciones y asegurar el cumplimiento de los programas de producción. Antecedentes: se empleaba un monitoreo robotizado con prismas:

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Problemas:

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Simulación del Monitoreo Robotizado desde la caseta 2 a la zona D-42 (SurEste), sector de mayor peligro y riesgo potencial hacia la rampa de ingreso principal.

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MONITOREO CON RADAR:

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DIFERENCIA ENTRE LOS DOS SISTEMAS:

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MANEJO DE CONTROL DE ESTABILIDAD:

Se concluye: El Sistema de monitoreo robotizado con Estación Total – Prismas:



Expone al personal de instrumentación a los peligros de caída de rocas y riesgos potenciales de accidente.  Genera errores como la discontinuidad en el control de las zonas inestables, frecuencia de registros de datos y cantidad, insuficiente de información originados por la capacidad limitada de alcance, condiciones de clima adverso y pérdida de estaciones reflectoras.  Registra los movimientos puntuales espaciados cada 50 metros sobre la zona de monitoreo, existiendo la posibilidad de la ocurrencia de caída de rocas o fallamientos entre los puntos que no están siendo monitoreados. El sistema de monitoreo con Radar:  Permitió eliminar la exposición del personal instrumentista a los peligros de caída de rocas, atrapamiento y derrumbes.  Garantiza un monitoreo exhaustivo y continuo en tiempo real las 24 horas del día, cubriendo aquellas zonas donde no se podía monitorear con el Sistema Robotizado Estación Total – Prismas, inclusive en condiciones climáticas adversas como lluvia, neblina y polvo.  Debido a su capacidad para identificar y limitar las zonas críticas de inestabilidad, el Radar se convierte en una herramienta útil para gestionar, realizar los análisis de las condiciones de estabilidad de taludes y plantear estrategias para eliminar tales condiciones críticas.

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VIII. CONCLUSIONES:  El monitoreo periódico es clave en el desempeño de las labores mineras pues da la seguridad necesaria y confianza al trabajador, además de alertar de posibles amenazas que puedan ocurrir en un futuro.  El monitoreo de esfuerzos in-situ es necesario antes de hacer una labor, durante y hasta el cierre ya que da los parámetros a tener en cuenta del macizo rocoso para su estabilidad.  El control continuo en tiempo real es una herramienta útil para determinar si se han sobrepasado los niveles de seguridad y ejecutar un plan de acción de evacuación de personal.  El control de los desplazamientos en la cavidad del túnel muestra la deformación a la que está expuesta por efecto de los esfuerzos inducidos, y nos presenta el estado progresivo de desplazamientos para adoptar medidas de seguridad.

IX. RECOMENDACIÓN: La seguridad del personal no tiene precio, es una inversión. El personal es un activo valioso para la empresa que no puede ser repuesto ni reparado. La automatización del sistema de monitoreo que se adopte deberá ser de acuerdo a los objetivos y condiciones de la operación, sin embargo su implementación no deberá justificarse como una oportunidad de reducción de costos.

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