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SOC

IEDA

D GEOLOGICA DE CH

ILE

la serena octubre 2015

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Is50 y Resistencia de Unidades Geotécnicas en Teck CDA René Fuenzalida*, Héctor Berrios +

Compañía Minera Teck Carmen de Andacollo

emails: *rene.fuenzalida@teck.com, +hector.berrios@teck.com

Resumen El ensayo de Carga Puntual (PLT) es utilizado como un ensayo destructivo de bajo costo, rápido y fácil de ejecutar, se utiliza para la evaluación de la resistencia de las rocas mediante el cálculo del Índice de Resistencia a la Carga Puntual homologado a 50 mm (Is50), comúnmente es asociado a la compresión uniaxial simple. En Teck Carmen de Andacollo (CDA) se han realizado más de 6.800 ensayos de PLT validos a probetas de sondajes desde el año 2008. Para entender la variabilidad de la resistencia en el depósito y apoyar tanto la caracterización geotécnica como los procesos de tronadura y chancado, se asignó el Is50 al Modelo de Bloques a través de unidades de estimación geoestadística definidas en función de la Zona Mineral y en un caso, Litología. Al revisar la distribución del Is50 en las Unidades Geotécnicas Básicas (UGB) se observa una curva característica para cada unidad, que además es coherente con los valores de resistencia a la compresión uniaxial. Se revisó además la distribución del Is50 en los distintos parámetros del modelo geológico, comprobando que la geología del depósito tiene un claro control sobre la resistencia de las rocas cuya resistencia aumenta con la profundización del yacimiento. Key Words: Ensayo de Carga Puntual (PLT), Índice de Resistencia a la Carga Puntual (Is50), Ensayo de Compresión Uniaxial Simple (UCS), Unidades Geotécnicas Básicas (UGB), Zona Mineral.

1. Introducción

Carmen de Andacollo es un yacimiento de cobre ubicado 500 km al norte de Santiago en la Región de Coquimbo, comuna de Andacollo. Geológicamente el yacimiento corresponde a un pórfido cuprífero de edad Cretácico Superior con características estratiformes debido a la mineralización asociada a las rocas volcánicas pertenecientes a la Formación Quebrada Marquesa que actúan como rocas de caja receptoras (Araya y Otros, 2012). La caracterización geotécnica del yacimiento está basada en una serie de ensayos realizados en laboratorios externos, aplicados sobre los dominios geológicos principales. Sus resultados, junto a las principales características geológicas de los dominios que representan, ha permitido establecer un modelo de UGB.

Figura 1. Modelo Geológico Teck Carmen de Andacollo Para la construcción del modelo de UGB se analizó los principales componentes del modelo geológico que explican el comportamiento de las rocas, en este caso los modelos de litología, alteración hidrotermal dominante y zona mineral (Figura 1), con lo cual se obtuvo 10 UGB´s que explican el comportamiento geotécnico de las rocas en CDA (Tabla 1). Tabla 1. Definición geológica de las Unidades Geotécnicas Básicas en CDA.

Los valores de resistencia para roca intacta obtenidos para cada unidad se basan en el promedio de un número limitado de ensayos, lo cual hace imposible generar un modelo que permita explicar la variabilidad del comportamiento a escala de macizo rocoso. Sin embargo, al disponer de un alto número del ensayos de carga puntual es posible poblar de mejor manera el yacimiento y establecer cuál es el comportamiento de las rocas en relación a la variabilidad interna de cada unidad.

PRIMS TBIND_ANIND_PFIND UGB 01

TBIND UGB 02

ANIND UGB 03

PFIND UGB 04

TBIND_ANIND UGB 05

PFIND UGB 06

ESEC1 TBIND_ANIND_PFIND UGB 07

LIX TBIND_ANIND_PFIND UGB 08

ALL BXH UGB 09

OTRAS OTRAS OTRAS UGB 10

ALL

BIO_CLO NA_K

UGBLitologíaAlteración

DominanteZona Mineral

PRIMC_ESEC2

QS_ARGPRIMC_ESEC2

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2. Relación entre el Is50 y el UCS para las UGB´s

El ensayo de PLT se caracteriza por su bajo costo, la facilidad y rapidez en su ejecución. A partir de los resultados de este ensayo, se obtiene el valor índice de resistencia a la carga puntual el cual es homologado a un diámetro de 50 mm (Is50), el cual permite estimar indirectamente la resistencia a la compresión uniaxial de las rocas (Karzulovic & Read, 2009). También es utilizado para apoyar la evaluación geotécnica del macizo rocoso (Bieniawski, 1989). En Teck CDA, a la fecha se han realizado más de 6,800 ensayos de PLT (válidos) a probetas de sondajes diamantinos perforados a partir del año 2008, (aproximadamente 255 sondajes) asegurando una buena distribución de las muestras dentro del depósito. Inicialmente con la información del Is50 se realizó la revisión de los valores de la constante K que relaciona el UCS con el Is50 mediante la siguiente fórmula (Bieniawski, 1984):

UCS=K*Is50

Los valores de K obtenidos para cada UGB diferían unos de otros y no se asemejaban a los descritos en la literatura haciendo poco práctico el tratamiento e interpretación de los datos. Sin embargo, se comprobó que los valores medios de Is50 para cada UGB presentaban una alta correlación con los valores de UCS obtenidos en la caracterización de propiedades geotécnicas (R= 0.66). Este valor se incrementa si se excluye la UGB09 constituida por una litología menor dentro del yacimiento (Brecha Hermosa), cuya resistencia en general es extremadamente baja y hace que los pocos ensayos válidos presenten un sesgo hacia las muestras de mejor calidad (Tabla 2 y Figura 2). Excluyendo la UGB09 la correlación llega a R= 0,79. Tabla 2. Valores de UCS e Is50 para cada UGB

Considerando la alta correlación existente entre ambos resultados se optó por utilizar el Is50 como un parámetro de resistencia sin realizar su conversión a UCS, considerando que se trata de rocas de un mismo yacimiento y el ensayo realizado es idéntico para todas.

Figura 2. Correlación entre Is50 y UCS para UGB en Teck CDA (excluyendo UGB9). Se revisó la distribución que presentaban los resultados de Is50 respecto de las UGB´s encontrándose que las curvas de distribución de probabilidad para cada una de ellas presenta un comportamiento diferente y característico (Figura 3). Las únicas excepciones son las UGB05 y UGB06 en donde las rocas que están en las zonas minerales ESEC2 y PRIMC tienen un comportamiento indiferenciado si están afectadas por la Alteración Cuarzo Sericita Dominante.

Figura 3. Distribución Is50 en función de las UGB´s en CDA (Peña et al., 2013).

3. Distribución Is50 Según la Geología. Se precedió a revisar el comportamiento del Is50 para los diferentes parámetros que conforman el modelo geológico de CDA y que constituyen la base de la definición de UGB generando curvas de distribución del Is50 para cada uno de ellos. La distribución de los valores de Is50 en función de la litología muestra que existe un comportamiento similar entre ambos Pórfidos y Andesitas, mientras que las Tobas tienen una distribución diferente y es posible esperar valores de Is50 menores para este dominio. La Brecha, aun cuando tiene muy pocos ensayos realizados los

MPa CV N -- CV N

UGB 01 107.17 0.30 38 7.08 0.45 3,138UGB 02 83.61 0.25 21 3.85 0.75 1,009UGB 03 79.50 0.36 24 3.59 0.74 1,720UGB 04 113.72 0.20 8 5.21 0.84 441UGB 05 66.81 0.33 6 3.16 0.87 289UGB 06 77.97 0.30 6 3.64 0.77 85UGB 07 67.99 0.16 2 1.66 1.58 35UGB 08 57.53 0.34 15 2.20 1.31 121UGB 09 7.23 0.09 2 1.59 0.93 23UGB 10 -- -- -- -- -- --

UGBIs50UCS

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ST 6 GEOTECNIA Y RECURSOS HÍDRICOS

valores esperados son mucho menores debido a su alto contenido de arcillas. Esta característica hace que sea tratada como una unidad independiente de los otros parámetros geológicos considerados en la definición de UGB (figuras 4).

Figura 4. Distribución de Is50 en función de la litología. Para las distintas Zonas Minerales existe una clara separación de la distribución del Is50 desde las unidades más profundas a las más someras, es así como la unidad PRIMS tiene los valores más altos mientras las unidades de Lixiviado y Esec1 presentan los valores más bajos; en un rango central, es posible ver las zonas de transición dadas por las Zonas ESEC2 y PRIMC (figuras 5).

Figura 5. Distribución de Is50 en función de la zona mineral. Por otra parte, la distribución de Is50 en función de la Alteración de rocas también muestra un comportamiento concordante con la posición en profundidad, es así como los valores más altos están en la alteración biotítica, principalmente desarrollada en andesita dentro del primario, luego los valores decrecen en las distintas alteraciones a medida que se asciende dentro del depósito (figuras 6). En general es posible observar que los valores más altos de Is50 se concentran en las zonas más profundas del yacimiento, donde el interperismo y la

alteración cuarzo sericítica tienen baja o nula influencia. Por el contrario, si se asciende en el perfil los valores de Is50 disminuyen gradualmente, cuestión que se hace más notoria en la parte alta correspondiente a las zonas de enriquecimiento fuerte (ESEC1) y lixiviada (LIX) caracterizadas por una importante degradación de las rocas como resultado de la acción de agentes hidrotermales póstumos y meteóricos (alteración cuarzo sericítica y argílica supérgena, respectivamente).

Figura 6. Distribución de Is50 en función de la Alteración Dominante.

4. Unidades de Estimación Is50 La distribución de los valores de Is50 tienen un control claro según la geología del depósito de CDA, siendo el que mejor representa este cambio la Zona Mineral. Este comportamiento se explica por la posición espacial de cada una de estas zonas, que van desde lo más profundo hasta lo más somero, cubriendo todo el perfil de campos de estabilidad físico-química del depósito. De esta manera, se definió las Unidades de Estimación del Is50 en función de la distribución de los valores de esta variable según la Zona Mineral en que se encuentran los datos. Sólo una unidad de estimación se definió según la litología, que corresponde a Brecha, dada la posición espacial y las características tanto genéticas como reológicas que la diferencian del resto de las unidades geológicas de CDA. Las Unidades de Estimación quedan definidas como se muestra en la tabla 3. Tabla 3. Definición unidades de estimación Is50.

PF-Post

PF-Min

Toba

Andesita

Brecha

PrimS

PrimC

Esec2

Esec1

Lix

K-Na

Biot

Q-Ser

Arcillas

Zona Mineral UGE Is50

PrimS 6PrimC + Esec2 1

Esec1 + Lix 3Brecha 5

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En los gráficos de distribución acumulada y de media v/s desviación estándar, se puede ver una adecuada separación de cada una de las unidades de estimación (figuras 7 y 8).

Figura 7. Distribución de Is50 en función de las Unidades de Estimación.

Figura 8. Gráfico Media v/s Desviación Estándar de UGE Is50.

5. Conclusiones Los valores de Is50 presentan una alta correlación con los resultados medios de resistencia a la compresión uniaxial (UCS) obtenidos en la caracterización de propiedades geotécnicas de CDA y permiten confirmar la definición de Unidades Geotécnicas Básicas establecidas. La distribución de Is50 está claramente controlada por las características geológicas del yacimiento, siendo el parámetro Zona Mineral donde mejor se pueden representar la distribución de valores de Is50, los cuales se incrementan con la profundidad hacia la zona primaria sellada (PRIMS) donde ocurren los valores más altos de resistencia. Por el contrario, la zonas superficiales (LIX y ESEC1) es donde se obtienen los valores más bajos de resistencia e Is50, lo que es coherente con el desarrollo del frente de alteración supergénica.

Considerando la alta correlación obtenida en los resultados, se considera apropiado utilizar el Is50 como una variable que representa la variabilidad de la resistencia de las rocas dentro del depósito, lo que permite desarrollar un Modelo de Resistencia utilizando como unidades de estimación la Zona Mineral y la Unidad litológica Brecha (Figura 9).

Figura 9. Modelo de Resistencia basado en la estimación de bloques de la variable del Is50, en función de la Zona Mineral y la Litología Brecha. Sección 52.000N con Pit Actual y Pit Final. Agradecimientos Los autores del trabajo agradecen a Teck Resourses Limited y todos aquellos técnicos y profesionales que han participado en la ejecución y análisis de este ensayo. Referencias Araya, V., Maldonado, A., Astudillo, J. 2012. Geology of Carmen

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