una breve investigación de laboratorios subterráneos, sus parámetros, características, etc. con enfoque más estructural y en el proyecto ANDES principalmente...

2. Preparado por Ivo Fritzler, junio 2018

3. Imágenes esquemáticas de
Proyecto ANDES

4. Algunas descripciones…

5. Cavernas principales de Proyecto ANDES

6. Pozo Principal
Caverna Principal
Caverna Secundaria

7. Características de la excavación
• Altura: 3600 m.s.n.m (Chile), 4085 m.s.n.m (Argentina), pendiente 3%
• Dos túneles paralelos, 14 km de largo, 60 m de separación
• 12 m de diámetro (dos vías cada uno), conectando galerías cada 500 m
• Profundidad caverna: 1750 m ~ 4500 m.a.e
• Cercano a 3.5 km la entrada desde Chile, 10 km la salida hacia Argentina

8. Influencia de profundidad en flujo de muones
• Es una medida estándar de atenuación
de rayos cósmicos, a mayor profundidad
mayor atenuación.
• Esto último ayuda a científicos a realizar
experimentos extremadamente
sensibles a rayos cósmicos, los cuales no
pueden realizarse por ejemplo en
superficie.
• Si se realiza este proyecto, Chile tendría
el tercer laboratorio más profundo del
mundo y seria el primero en Sudamérica
y hemisferio sur.

9. Laboratorios subterráneos
• Waste Isolation Pilot Plant (WIPP), USA
• Laboratoire Souterrain a´ Bras Bruit (LSBB), Francia
• SOUDAN Underground Laboratory, USA
• Yang Yang Underground La (Y2L), Corea
• Boulby Underground Laboratory, UK
• Laboratory Nazionali del Gran Sasso (LNGSS), Italy
• Laboratoire Souterrain de Modane (LSM), France
• Sanford Underground Research Facility (SURF), USA
• ANDES, Chile
• SNOLAB, Canada
• Jin-Ping laboratory, China

10. Parámetros para caracterizar un laboratorio
subterráneo
• Profundidad: influye en flujo de muones
• Densidad de la roca: influye en metros de agua equivalente
• Tamaño de caverna: superficie y volumen
• Acceso: horizontal (túnel) o vertical (mina)
• Flujo de neutrones: radioactividad de rocas (reacciones de
fisión), espalación de muones
• Flujo de rayos Gamma: radioactividad de rocas, densidad hasta
2.6 MeV, radiación de frenado de muones, radón.
• Renovación de aire en laboratorio: radón.

11. Ejemplo de caracterización
• SNOLAB (Canada)
• Profundidad: 6000 m.w.e
• Superficie: 3000 m2
• Volumen: sala limpia 30000m3, de clases 2000,
37000 m3
• Flujo de Muones: 3x10-6 um2s-1
• Flujo de Neutrones: flujo rápido: 4.7 10-2 nm-
2s-1, flujo termal: 4.7 10-2 nm-2s-1
• Radón: 120 Bq/m3
• Acceso: Mina

12. Estudio de radioactividad en rocas
• Roca principal: Andesita
• Variaciones: Riolita, Basalto, Dacita,
Traquita
• Se muestreo el sector con 9 testigos de
8 perforaciones hasta 600 m de
profundidad en laboratorio de
Activación Neutrónica (Bariloche,
Argentina)
• La siguiente tabla representa becquerel
por kilogramo bq/kg, es una manera de
estimar la actividad radioactiva de las
litologías, para el posible asentamiento
del laboratorio.

13. Utilidades del laboratorio
subterráneo

18. Último estudio conceptual de
proyecto ANDES

20. Ubicación
• Para favorecer la disipación
de rayos cósmicos, se
considera aceptable una
cobertura de roca mínima de
1500 m.
• Se ubicará en el corazón de la
cordillera de los Andes, en los
límites entre Chile y
Argentina

21. Excavaciones
• El estudio técnico considero 6 variantes, seleccionando la variante 3,
que es la que se detallará.
• Tras una reevaluación, tanto en base a seguridad como rentabilidad
se estimó la siguiente estructura:
• Caverna principal
• Caverna secundaria
• Cavernas pequeñas
• Pozo principal

22. Excavaciones
• Caverna Principal: 21 m de ancho, 23 m de alto y 42 m de largo, presentará una cubeta de
retención de volumen 500 m3 para contener eventual derrame de líquidos, además tendrá una
solera plana, espaciamiento respecto las demás cavernas de gran tamaño 40-60 m (2 veces ancho
mayor caverna).
• Caverna Secundaria: 16 m de ancho, 14 m de largo y 14 m de alto, albergará 3 cavernas y el
pozo secundario separadas por paredes de hormigón para crear salas independientes.
• Cavernas Pequeñas: sala de ventilación, de tratamiento, técnica y limpia, de dimensiones 8 m
alto, 10 m ancho y 10 m de largo
• Pozo Principal: 30 m de diámetro, altura 38 m, pozo estará conectado a laboratorio por acceso
superior a 30 m de altura y presentará un acceso en la parte inferior de este.
Las cavernas de grandes dimensiones del laboratorio se ubicarán a una distancia de
100 – 150 m respecto del túnel carretero.

23. Geología y Geotécnica
• Contexto geológico
Obras subterráneas ubicadas en Unidad Geotécnica Choiyoi, constituido por riolitas
porfídicas y dacita, dos rocas volcánicas constituidas por cuarzo, plagioclasas,
feldespato y biotita, dacita presenta alto contenido de hierro.
• Encuadramiento tectónico
Posible presencia de fallas rumbo NE-SO y manteo 40+-70°
• Características del macizo rocoso
Sector del proyecto presenta calificaciones de 70-80 clase III y de 20-30 clase IV en
sector con presencia de fallas, según el sistema de Bieniawski 1989.

24. Geología y Geotécnica:
Escenarios de riesgo potencial previstos
• Condiciones desfavorables en macizo rocoso
Escaza información geológica/geomecánica basada principalmente en observaciones de campaña y
material bibliográfico de fase de proyecto preliminar, se ha recurrido a auscultación de la frente
mediante perforaciones para analizar condiciones de la frente en caso de necesidad.
Para factibilidad del laboratorio, la calidad del macizo rocoso debe ser igual o superior a clase III
según Bieniawski 1989, en caso de que exista un sector inferior, deberá ser reubicado.
• Estado tensional
Estimación de estado tensional mediante cálculos geomecánicos y modelos numéricos,
indican tensiones elevadas influyendo en deformación del contorno de la excavación y
altas presiones en estructuras de sostenimiento y revestimiento.
Para disminuir esta condición se optimizará la forma y distancias de las cavernas para
atenuar altos esfuerzos.

25. Geología y Geotécnica:
Escenarios de riesgo potencial previstos
• Lajamiento y estallidos de roca
La exigencia de una clase III como mínimo para el macizo junto con el carácter frágil de las rocas volcánicas, asocia riesgos de lajamiento y estallidos
de roca en los contornos de las excavaciones, las principales obras que pueden ser afectadas por estos fenómenos serán el Pozo y Caverna principal.
• Desprendimiento de bloques
Considerando que la clase del macizo rocoso es III y las discontinuidades presentes, se estima que el principal riesgo será la formación de bloques, el
diseño de obras subterráneas deberá prever medidas de sostenimiento para minimizar y controlar riesgos.
• Infiltraciones de agua
No se ha detectado presencia de una napa natural, circulación de agua dictada por fracturación natural en zonas de
discontinuidades. Posible riesgo debido a la profundidad es encontrar un sector con agua a presión durante excavación, dificultando
trabajos.
Actualmente las aguas no resultan agresivas (ej. Sulfatos) en comparación a otros sectores, pero se tiene en cuenta la hipótesis
anterior.
• Altas temperaturas
Temperaturas cercanas a 50°C, se deberá considerar al momento del dimensionamiento de instalaciones de ventilación y
acondicionamiento, para asegurar confort de espacios del Laboratorio.

26. Geología y Geotécnica
• Sismicidad
Zona del proyecto presenta elevado riesgo sísmico, las
estructuras de sostenimiento y revestimiento deberán ser
verificadas por dos niveles de terremotos
- Terremoto de operación normal (TON): evento deberá ser
absorbido sin anular operatividad en obra
- Terremoto de seguridad (TS): terremoto que puede
implicar la necesidad de interrumpir o abandonar
operatividad de la obra, pero no debe comportar el colapso
total de la misma
Considerando una vida útil del laboratorio de 100 años, se ha
estimado una probabilidad de excedencia para terremoto
normal de 50% y terremoto de seguridad de 2%.

27. Visualizaciones del Proyecto y sus
componentes

30. Sala tratamiento
Sala ventilación

31. Pozo principal

34. Estimación de Costos del proyecto

35. 38,14 MUSD aprox. de inversión,
unos 24 mil millones en CPL

36. Referencias
• Dib, C. (2012) ANDES “Agua Negra Deep Experiment Site”. Proposal
for a Deep Underground Laboratory in Southern Hemisphere. De
http://slideplayer.com/slide/4864182/
• Drost, U. et al. (2015) Informe Técnico, Nuevo Estudio Conceptual,
Laboratorio Subterráneo Andes. Lombardi, Minusio, Suiza.
• http://www.andeslab.org
• Piquemal, F. (sin fecha) International Underground Science: Status
and Prospects. De http://slideplayer.com/slide/8140239/