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Coleccin de Datos Geomecnicos Un Procedimiento Simplificado

Este informe tiene la intencin de proporcionar una gua simplificada de coleccin de informacin geomecnica. El motivo de la coleccin de esta informacin es proporcionar la informacin necesaria al ingeniero geomecnico para caracterizar las propiedades del macizo rocoso para cada zona geomecnica a ser analizada. El logueo de los testigos proporciona informacin sobre las propiedades de la roca en general, como la dureza de la roca, el grado de fracturamiento, y la condicin de las fracturas.

Figura 1

Logueo Grafico de Data Geomecnica Estas propiedades pueden ser trazadas como grficas verticales (Figura 1). En este caso,

cada parmetro se ha graficado en rojo para los intervalos que son considerados como roca mala, y azul para las testigos que son considerados como buena roca. Los lmites usados fueron:

Dureza (R): Rojo < 2.25 < Azul RQD: Rojo < 50% < Azul

Condicin de Juntas (CJ): Rojo < 15 < Azul Estas propiedades generales de la roca son logueadas como un valor numrico para cada testigo de perforacin. El testigo puede tener muchas estructuras individuales, como juntas, planos de estratificacin, o fallas. A veces las estructuras individuales son logueadas en ms detalle en lugar de darse un valor promedio para cada corrida de perforacin. Cada fractura es examinada, y su propiedad logueada. Estas propiedades incluyen forma, rugosidad, espesor, y relleno. Cuando esto se ha hecho, la informacin puede ser presentada como histogramas para cada una de las propiedades individuales logueadas (Figura 2).

Figura 2

Carta Grfica de Data Geomecnica El uso de grficas y cartas requiere que la informacin logueada sea convertida a nmeros. Sin embargo, si el principal motivo

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del logueo est bien comprendido, es posible loguear con nmeros desde el comienzo. Logueo de Core Propiedades en General Las propiedades generales que son logueadas en el testigo sern descritas al principio. Estas propiedades tienen el propsito de describir la condicin promedio de la roca del testigo. A veces se tienen dos partes de un testigo con propiedades muy diferentes. En este caso, el logueador debe normalmente tomar la peor de las propiedades en el testigo. Dureza de Roca (R) y Dureza de Suelo (S) La dureza de la roca (R) es normalmente estimada con algunas pruebas primitivas, tales como rayar la roca con un cuchillo, o golpear la roca con un martillo geolgico, que permiten asignar un valor numrico entre 0 y 6 a la roca.

Figura 3

Dureza R Estimada versus Resistencia a la Compresin Uniaxial

Estos valores de R son usados para determinar la variacin de valores de resistencia a la compresin no confinada (UCS) para la roca (Figura 3). Como se puede observar en la grfica, para cada valor de dureza estimada, la variabilidad de posibles valores de UCS es muy grande. La

explicacin para esta falta de correlacin es que no es posible determinar con precisin valores de UCS al usar tcnicas primitivas como las descritas aqu. La estimacin de la dureza de roca R en campo, as como la mayora de las otras tcnicas de estimacin en campo, se usan principalmente para determinar si hay reas especificas en el depsito con diferencias considerables en la dureza de la roca, tal que se requerir la determinacin de parmetros de resistencia diferentes antes de analizar la estabilidad de los taludes de tajos. Los valores reales de la resistencia UCS, a ser usados en el anlisis de la estabilidad de taludes de tajo, sern determinados a partir de ensayos de laboratorio de muestras de testigos de perforacin.

Figura 4

Definiciones Simplificadas de la Dureza de Roca R

El uso de la prueba del martillo de gelogo en testigos de perforacin puede producir resultados errneos que subestimen la resistencia de la roca. Un criterio ms simple, basado en el uso de una prueba de rayado, es mostrado en la Figura 4. Se incluyen ejemplos de tipos de roca que son tpicos de cada valor de dureza R.

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Para roca con valor de dureza R menor de 2, la escala de dureza de suelo S debe ser usada para mejorar el valor de dureza R (Figura 5). Este puede ser un parmetro muy importante a loguear, especialmente en depsitos con alteracin arglica fuerte.

Figura 5

Definiciones de Dureza de Suelo - S Designacin de Calidad de Roca - RQD La designacin de calidad de roca (RQD) es logueada habitualmente en muchos proyectos de exploracin. Sin embargo, frecuentemente este parmetro es logueado incorrectamente, causando a veces una severa sobre estimacin del grado de fracturamiento de la roca. Existen muchas posibles causas para el logueo incorrecto, pero la razn bsica es el error en reconocer y distinguir entre fracturas naturales y fracturas mecnicas en los testigos de perforacin. La fuente de las fracturas mecnicas incluye a los perforadores golpeando el tubo de perforacin con un martillo para liberar los testigos de core del interior, e incluye tambin los esfuerzos de los ayudantes de perforacin para obtener el mximo uso de los cajas de testigos al romper los testigos en fragmentos ms pequeos para acomodarlos en el espacio disponible. Cualquiera sea la fuente, las fracturas mecnicas deben ser identificadas,

marcadas, y descontadas en el proceso de logueo (Figura 6).

Figura 6

Localizacin de Fracturas Mecnicas en Core El RQD est definido como el porcentaje del testigo de fragmentos de core entero con tamao ms grande que 10 centmetros entre fracturas naturales. RQD=100*((Fragmentos>10 cm)/Longitud

del Testigo)

Figura 7

Clculo de RQD Correcto La figura 7 ilustra el procedimiento correcto para medir los fragmentos del testigo entero separados de las fracturas mecnicas, a ser usados en el clculo de valores de RQD para

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una caja de testigos de core. Por ejemplo, como se muestra arriba, el valor de RQD sera:

RQD = 100*(1.79/1.89) = 95% Donde: >0.1=(0.41+0.36+0.19+0.16+0.15+0.11+0.24+0.17)

La Figura 8 ilustra el procedimiento incorrecto para medir fragmentos del testigo entero entre las fracturas mecnicas.

Figura 8

Clculo de RQD Incorrecto Si las fracturas mecnicas no estuvieron bien identificadas y descontadas, el valor de RQD habra sido:

RQD = 100*(1.53/1.89) = 81% Donde:

>0.1=(0.15+0.26+0.22+0.15+0.13+0.15+0.11+0.19+0.17)

La reduccin del valor de RQD en este ejemplo fue menor de 15%. Sin embargo, en el mundo real, la reduccin de los valores de RQD puede ser considerable, resultando en valores de RQD que se han reducido en ms de 50%.

Frecuencia de fracturas - FF La frecuencia de fracturas (FF) significa el nmero de fracturas por cada metro del testigo. El valor de FF es sencillamente la suma del nmero de fracturas dividido por la longitud del testigo. FF=(numero de fracturas)/longitud del testigo)

Cuando el nmero de fracturas se hace grande, es difcil obtener una cuenta precisa. En este caso, es aceptable estimar el nmero de fracturas para calcular el valor de FF. La Figura 9 ilustra el concepto. La caja de testigos en la figura tiene 0.5 metros de core en cada hilera. La primera hilera tiene 4 fracturas, y el valor de FF = 8. La segunda hilera tiene 9 fracturas, y el valor de FF = 18. La tercera hilera tiene 18 fracturas, y el valor de FF = 36. La cuarta hilera tiene 72 fracturas, pero es intil contar todas las fracturas. Es mejor hacer una estimacin visual, porque cuando el valor de FF es mayor de 50, el testigo est esencialmente triturado.

Figura 9

Ejemplos de Valores de FF Cuando los valores son trazados como grficas fondo del agujero, la FF tiende a tener una imagen grfica opuesta a la imagen grfica del RQD (Figura 10).

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Figura 10

Comparacin de Grficas de RQD versus FF Esto tiene sentido, pues valores de FF ms altos significan valores de RQD ms bajos. Puntuacin de Condicin de Juntas - CJ

Figura 11

Caractersticas de Juntas La condicin de juntas (JCR) indica la condicin promedio de las juntas y sus halos en la roca (Figura 11).

El motivo de loguear valores de CJ es indicar cun fcil sera el movimiento de corte a lo largo de la superficie de la junta (Figura 12).

Figura 12

Movimiento a lo Largo de la Superficie de una Junta

Por esta razn, la condicin del halo es considerada con el relleno de la junta. El movimiento de corte a lo largo de la superficie de la junta es inhibido por la rugosidad, la falta de alteracin de las paredes de la junta, y un relleno consistente en minerales duros.

Figura 13

Puntuacin de la Condicin de Juntas

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El movimiento de corte es ayudado por superficies lisas, alteracin de las paredes de las juntas, y relleno consistente en minerales blandos o de panizo. Las puntuaciones de condicin de juntas son mostradas en Figura 13. Estas puntuaciones fueron inicialmente usadas en el clculo de las valores de la puntuacin del macizo rocoso (RMR). (El valor ms alto 30 significa que la condicin de juntas comprende el 30% de los valores de RMR.) Logueo Detallado de Core Propiedades de las Juntas El logueo geomecnico detallado se realiza para ganar una mejor comprensin de la variabilidad de las juntas. Se loguean cuatro propiedades: forma, rugosidad, espesor, y tipo de relleno. Se utilizan puntuaciones numricas de 1 a 6 para describir las cuatro propiedades. Los nmeros ms bajos indican caractersticas que ayudan al movimiento, y los nmeros ms altos indican caractersticas que inhiben el movimiento. Forma de las Juntas

Figura 14

Puntuacin de la Forma de las Juntas La forma de una junta es difcil de describir a partir de la pequea parte de la superficie de

la junta que queda expuesta en el testigo de core. Sin embargo, todava puede contener informacin til. Un resumen de puntuaciones para la forma de una junta es mostrada en la Figura 14. Rugosidad de las Juntas La rugosidad de las juntas debe ser considerada independiente de la forma de la junta, aunque a la escala de un fragmento del testigo de core, puede ser difcil diferenciar entre las dos. Un resumen de puntuaciones para la rugosidad de una junta es mostrada en la Figura 15.

Figura 15

Puntuacin del Rugosidad de Juntas Espesor de las Juntas El espesor de una junta es importante porque es una indicacin de la probabilidad de prevenir el movimiento a lo largo de la junta por el contacto entre las paredes de la roca de cada lado de la junta, dando as una estimacin de cun fcil sera que ocurra corte a lo largo de la junta. Un resumen de puntuaciones para el espesor de una junta es mostrado en la Figura 16.

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Figura 16

Puntuacin de Espesor de las Juntas Relleno de las Juntas Las puntuaciones para relleno de las juntas son un poco ms subjetivas que las puntuaciones de las otras propiedades, porque ellas consideran solo los minerales que se encuentran en la junta, y por lo tanto puede ser que la junta est sellada o no por el relleno de mineral. Un resumen de puntuaciones para el relleno de una junta se muestra en la Figura 17.

Figura 17

Puntuacin del Relleno de Juntas Cuando se encuentra rellenos de minerales menos comunes, la puntuacin del relleno deber hacerse por comparacin con los otros minerales ms comunes de la lista. Lo ms

importante para recordar es que las puntuaciones de relleno tienen la intencin de indicar que tan fcil sera que ocurra el corte a lo largo de la junta. El mismo razonamiento se aplica en las situaciones en las que el relleno consiste de minerales mltiples.

Figura 18

Junta de Cuarzo con Molibdeno Masivo La Puntuacin de Relleno est Controlada

por el Molibdeno El logueador deber decidir qu mineral o minerales controlan la posibilidad de corte a lo largo de la superficie de la junta. Por ejemplo, la figura 18 muestra una junta de cuarzo-molibdeno en la que el cuarzo rellena la junta, pero el centro de la junta est rellenado con molibdeno masivo. En esto caso, el molibdeno controla la posibilidad de corte. La puntuacin del relleno de la junta debe ser la misma que tendra una junta con relleno de solo molibdeno. La Figura 19 muestra una junta de cuarzo-molibdeno en que la mayor parte de la junta es cuarzo, con cristales de molibdeno solo espordicos. En este caso, el cuarzo controla la posibilidad de corte. La puntuacin de relleno de la junta debe ser la misma que tendra una junta con relleno de solo cuarzo. El logueador deber pensar en los rellenos de minerales que el encontrar para cada junta, y

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decidir por una puntuacin de relleno de la junta basado en su percepcin de cun fcil sera que ocurra el corte a lo largo de la junta.

Figura 19

Junta de Cuarzo con Molibdeno en Cristales La Puntuacin de Relleno est Controlada

por el Cuarzo

Mapeo Estructural de Afloramientos El mapeo estructural de afloramientos tiene la intencin de proveer informacin complementaria a la informacin de logueo de testigos. La orientacin de las estructuras de testigos provee informacin de la orientacin de las juntas y sus caractersticas. Sin embargo, no puede proveer informacin de la longitud de las juntas, y no puede tampoco proveer informacin de su espaciamiento debido a interrupciones frecuentas en el proceso de orientacin de las juntas. Se pueden usar diferentes sistemas para mapear la orientacin de estructuras. Sin embargo, el sistema de mapeo ms deseable es usar buzamiento/direccin de buzamiento, con un brjula con azimut 0-360. Las brjulas geolgicas que usan cuadrantes nunca deben ser usadas, porque ellas introducen muchas posibilidades de error, que puede causar confusin despus, cuando la informacin de mapeo se ingresa en archivos. Al margen de qu sistema es usado,

este tiene que ser escrito con claridad en los registros de logueo, de tal modo que la informacin se puede procesar bien despus. Estaciones de Mapeo El mapeo en campo debe ser hecho donde quiera que se encuentre un afloramiento de tamao suficiente. Esto incluye los caminos de acceso de perforacin (Figura 20).

Figura 20

Estaciones de Mapeo Afloramientos y Cortes en Carretera

Los afloramientos deben estar en un lugar seguro. Ellos tambin deben tener valores de RQD moderado-a-alto. Un afloramiento con valor de RQD bajo ser difcil de mapear, y sera improbable que aporte informacin estructural til. Cuando se mapea a lo largo de los accesos a las plataformas de perforacin, es posible mapear ms de una estacin. En este caso, las estaciones deben ser marcadas como 3a, 3b, 3c, etc. (Figura 21). Un buen procedimiento de mapeo es comenzar una estacin de mapeo en una falla, porque las zonas estructurales se pueden delimitar al otro lado de esta falla.

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Figura 21

Estaciones de Mapeo Corte en Carretera

Variabilidad de Familias de Juntas Las familias de juntas tienen variabilidad en longitud, espaciamiento, y orientacin. Una estacin de mapeo puede tener espaciamiento de juntas cercanas o espaciamiento amplio para cada familia de juntas. Por ejemplo, cada una de las tres familias de juntas mostradas en la Figura 22 tiene buena cobertura del rea de mapeo. Sin embargo, tambin es posible identificar reas de alta densidad de fracturas y baja densidad de fracturas en la figura.

Figura 22

Distribuciones de Tres Familias de Juntas

Por esta razn, es una buena idea mapear varias estaciones consecutivas en un rea. De lo contrario, informacin importante se puede perder debido al mapeo en un rea de baja densidad de fracturas para varias de las familias de juntas. Procedimiento de Mapeo La figura 23 muestra una estacin de mapeo situada a lo largo de un camino de acceso de perforacin. La parte superior del afloramiento tiene cobertura de coluvio y vegetacin, pero el afloramiento tiene buena exposicin.

Figura 23

Ejemplo de una Estacin de Mapeo Por simplicidad, slo dos familias de juntas se presentan en este ejemplo. Sin embargo, es posible encontrar 6 o 7 familias de juntas mapeables en una estacin de mapeo. El primero paso en el proceso real de mapeo es dar un paso atrs en el afloramiento y determinar el numero familias de juntas mapeable. Mapeable significa cualquier familia de juntas que tiene la longitud de al menos un metro, preferentemente con al menos una junta de longitud suficiente para cruzar la mayora del rea de la estacin.

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Espaciamiento Promedio de Las Juntas El espaciamiento promedio de las juntas es definido como el nmero de juntas mapeable de una familia de juntas encontrado en una zona de cuenta, dividido por la distancia de cuenta. El nmero de juntas en una familia de juntas es contado al lado de una zona de cuenta, que es una banda imaginaria de uno o dos metros de ancho que cruza el afloramiento aproximadamente perpendicular a la orientacin de la familia de juntas. Una junta debe cruzar la zona de cuenta, y debe tener una longitud mayor de un metro, para ser contada.

Figura 24

Familia de Juntas A En la figura 22, hay cuatro juntas mapeables dentro de la zona de cuenta, que tiene una longitud de aproximadamente 16 metros. La zona es aproximadamente perpendicular a la orientacin de la familia de juntas, por lo tanto su longitud puede ser usada para calcular el espaciamiento promedio de la Familia de Juntas A:

Espaciamiento Promedio = 16/4 = 4.0 metros En la figura 25, tambin se tiene cuatro juntas dentro la zona de cuenta. Sin embargo, la

zona de cuenta no es perpendicular a la orientacin de la familia de juntas, por lo tanto su longitud no puede ser usada para calcular el espaciamiento promedio. Una distancia de cuenta separada, de una longitud estimada de 10 metros, es usada para calcular el espaciamiento promedio de la Familia de Juntas B:

Espaciamiento Promedio = 10/4 = 2.5 metros

Figura 25

Familia de Juntas B Las definiciones de la distancia de cuenta y la zona de cuenta en esta artculo es menos estricto de lo que sera para mapear en un tajo donde existen bancos bien expuestos que podran ser mapeados. En este caso, el mapeo de afloramientos presenta ms dificultades al proceso de ganar informacin de mapeo, por lo tanto se usan definiciones menos estrictas. Las longitudes y espaciamientos anotados pueden ser estimados, porque no habr estaciones suficientes para un programa de mapeo riguroso. (En circunstancias normales, los resultados de los parmetros estimados seran muy similares a los resultados de un programa de mapeo ms riguroso, en que se tomaran medidas cuidadosas que toman mucho tiempo.)

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Longitud Mxima de las Juntas La longitud mxima de las juntas es una estimacin de la longitud de la junta ms larga de la familia de juntas. En muchos casos, la junta ms larga de la familia de juntas continuar fuera del lmite de la estacin de mapeo. En el ejemplo mostrado en la figura 26, la junta ms larga de la familia de juntas contina a la derecha del lmite de la estacin de mapeo. An si la junta ms larga cruza varios otras estaciones de mapeo, su longitud mxima debe ser anotada.

Figura 26

Determinacin de la Longitud Mxima de una Junta

Parmetros de Mapeo Detallado Los parmetros del mapeo detallado son esencialmente igual a aquellos usados para el logueo de testigos. Hay solo dos diferencias pequeas: 1 La estimacin de dureza se hace con la prueba de golpear en vez de la prueba de rayado.

Figura 27

Dureza de Roca R Prueba de Golpear Esta es una diferencia importante entre la estimacin de la dureza de roca en testigos de core versus estimacin de la dureza de roca en un afloramiento. La mayora de los fragmentos de testigos de core tienen una proporcin de ancho versus longitud pequea, lo que significa que los fragmentos se rompern fcilmente cuando sean golpeados por un martillo. (La superficie de los testigos de core son abrillantados de manera grosera por la broca de diamante, por lo tanto la prueba de rayado es mejor en este caso. En afloramientos, es posible hacer una estimacin de la dureza con una muestra de roca con dimensiones iguales, por lo tanto la prueba de golpear es mejor en esto caso.) 2 Las puntuaciones de forma y rugosidad son estimadas de la observacin de un rea de aproximadamente un metro cuadrado, en vez de solo el espesor de una fractura de un testigo de core. Ron Crouse, P.E. Ingeniero Geolgico Senior Vector Per S.A.C. Febrero 2008