diapositivas exposicion

1

UNIVERSIDAD NACIONAL SAN ANTONIO

ABAD DEL CUSCO

FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA, ELECTRÓNICA,

MECÁNICA Y DE MINAS

ESTUDIO DE INGENIERÍA

PARA OPTAR AL TITULO DE INGENIERO DE MINAS

PRESENTADO POR :

Bach. EDWARD VINICIO DELGADO UNDA

2

APLICACIÓN DE SISTEMAS DE CLASIFICACIÓN GEOMECANICA DE

MACIZOS ROCOSOS EN LA EXPLOTACIÓN MINERA SUBTERRÁNEA

PONENTE: Bachiller EDWARD VINICIO DELGADO UNDA

3

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

FORMULACIÓN DEL PROBLEMA:

• Aplicación de la geomecanica de rocas en la industria minera subterranea.

• Analizar, Evaluar y diseñar un método adecuado a la explotación de la

minería subterránea.

• Hacer uso adecuado de ingeniería en contraste a los usos empíricos y

tradicionales.

PLANTEAMIENTO CONCEPTUAL Y DISEÑO METODOLÓGICO

4

INTERROGANTES:

• ¿Qué nivel tecnológico de diseño de un método de

explotación, permitirá diseñar con suficiencia

tecnológica?

• ¿Cuál es el nivel de desarrollo técnico y científico

alcanzado por dichos sistemas geomecánicos?

• ¿Qué factores hacen que la aplicación resulte de

gran interés tanto a nivel técnico como económico?

5

OBJETIVOS

OBJETIVOS GENERALES

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

• Introducir los sistemas geomecánicos como herramientas para el

diseño de un método de explotación subterránea.

• Caracterizar los parámetros geotécnicos de dichos sistemas

geomecánicos.

• Dar a conocer el conjunto de herramientas que permitan efectuar un

buen diseño aplicativo.

• Determinar el grado de análisis factible para su aplicabilidad.

• Garantizar el proceso de explotación con mayores interferencias

6

ANTECEDENTES

Milpo

Ishcaycruz

Esta tecnología geotécnica se aplicó por vez primera en

la mina Milpo, bajo el criterio del RMR

Fue la segunda empresa minera que aplica la

geomecanica de rocas, aplicando el sistema Q´

modificado, que en si es ya una tecnología apropiada.

Posteriormente se aplican e implementan la geotecnica

de rocas en el resto del Perú, caso Atacocha.

7

JUSTIFICACIÓN

• La aplicación de los sistemas geomecánicos de macizos

rocosos exige no solamente un alto grado de información, sino

que también se halla relacionado al grado de planificación.

• Implementa un sistema geotécnico en el diseño de un método

de explotación de modo confiable y seguro.

8

MARCO TEÓRICO CONCEPTUAL

DEFINICIÓN DE TÉRMINOS

• MECÁNICA DE ROCAS: ciencia teórica y práctica del

comportamiento mecánico de las rocas y de los macizos rocosos.

• SISTEMAS DE CLASIFICACIÓN GEOMECANICA: Conjunto de

procedimientos geotécnicos basados en sistemas de valoración y

ajuste de parámetros geomecánicos.

9

• MACIZOS ROCOSOS: Estructuras geológicas sólidas que

presentan agregados de minerales con sistemas de

discontinuidades.

• MINERÍA SUBTERRÁNEA: Es la explotación de recursos minerales

por debajo de la superficie del terreno mediante un conjunto de

labores subterráneas.

• MÉTODOS DE EXPLOTACIÓN SUBTERRÁNEA: Conjunto de

procedimientos organizados y secuenciados para la explotación de

un sector delimitado de mineral.

10

HIPÓTESIS

Si se aplican los sistemas de clasificación geomecánica para el

diseño de un determinado método de explotación, ésta nos

permitirá desarrollar la minería subterránea de modo seguro y

confiable.

11

CAPITULO SEGUNDO

SISTEMAS DE CLASIFICACIÓN GEOMECANICA DE MACIZOS

ROCOSOS

• A partir de los años 70 se ha extendido el uso de sistemas

de calificación y clasificación geotécnica de macizos

rocosos.

• Emplean un índice de calidad geotécnica para calificar el

macizo rocoso y, de acuerdo a esta calificación o “rating”,

se clasifican según su calidad geotécnica.

• En la actualidad los sistemas de calificación y clasificación

geotécnica de macizos rocosos más usados en la industria

minera son los siguientes:

12

CALIFICACIÓN Y CLASIFICACIÓN GEOTÉCNICA DE MACIZOS

ROCOSOS.

• Sistema de Laubscher o calificación del macizo rocoso

según los índices RMR y MRMR (Laubscher, 1975).

• Sistema de Barton o calificación del macizo rocoso según el

índice Q (Barton et al., 1974).

• Sistema de Bieniawski o calificación del macizo rocoso

según el índice RMR (Bieniawski, 1973).

• Método del índice de resistencia geológica, GSI (Hoek, 1994).

13

SISTEMA ROCK MASS RATING “RMR”

DEFINICIONES

El método de clasificación de Bieniawski (1973)

• Estimar estabilidad y fortificación de túneles en función del

índice RMR de calidad geotécnica, definido como:

RMR = P(UCS) + P(RQD) + P(s) + P(JC) + P(WC)

• P: puntaje asociado al parámetro x.

• UCS: Es la resistencia en compresión uniaxial de la roca

“intacta”, y el puntaje asociado a la misma puede variar de 0 (si

UCS < 1 MPa) a 15 (si UCS > 250 MPa).

14

• RQD: Es la designación de la calidad de la roca, y el puntaje asociado

a la misma puede variar de 3 (si RQD < 25%) a 20 (si 90 < RQD ≤ 100).

• s: Es el espaciamiento entre las estructuras, y el puntaje asociado al

mismo puede variar de 5 (si s < 60 mm) a 20 (si s > 2 m).

• JC: Es la condición de las estructuras, y el puntaje asociado a la misma

puede variar de 0 (en el caso de estructuras continuas y abiertas

mayores a 5 mm, o estén con rellenos arcillosos blandos de potencia

mayor a 5 mm) a 30 (en el caso de estructuras discontinuas, muy

rugosas, cerradas y sin alteración de su roca de caja).

15

• WC: Es la condición de aguas, varia de 0 a 15

0= en el caso de estructuras con flujo de aguas que se traduce en un

gasto de más de 125 lt/min en un tramo de túnel de 10 m de longitud,

o donde la presión del agua excede el 50% del esfuerzo principal

mayor) a 15 (en el caso de estructuras completamente secas).

16

UCS (MPa) PLS (MPa) Puntaje Comentarios

<1 En este rango no se recomienda el uso de los ensayos de carga puntual para estimar la resistencia de la roca “intacta”

0Resistencia Muy Baja

1 a 5 1

5 a 25 2

25 a 50 1 a 2 4Resistencia Baja

50 a 100 2 a 4 7Resistencia Moderada

100 a 250 4 a 10 12Resistencia Alta

>250 >10 15Resistencia muy Alta

UCS : Es la resistencia en compresión uniaxial.PLS : Es la resistencia en carga puntual (point load test)

Tabla 1: PUNTAJES ASOCIADOS A LA RESISTENCIA DE LA ROCA INTACTA “P”

El UCS de la roca “intacta” se calcula como se indica en la tabla 1, o bien puede evaluarse de la curva de la fig. 1

17

curva de la fig. 1

Figura 1: Puntaje o rating asociado a la resistencia en compresión uniaxial de la roca “intacta”, UCS (Bieniawski, 1989).

El UCS, se calcula

como se indica en la

tabla 1, o bien

puede evaluarse de

la curva de la fig. 1.

18

CALIDAD DEL MACIZO RQD (%) PUNTAJE

MUY MALA Calidad Geotécnica <25 3

MALA Calidad Geotécnica 25 a 50 8

REGULAR Calidad Geotécnica 50 a 75 13

BUENA Calidad Geotécnica 75 a 90 17

EXCELENTE Calidad Geotécnica 90 a 100 20

Tabla 2: PUNTAJES ASOCIADOS AL ÍNDICE RQD

El RQD se calcula como se indica en Tabla 2, o bien puede evaluarse de la

curva que se muestra en Figura 2.

19

Figura 2: Puntaje o rating asociado al índice de calidad del macizo rocoso RQD (Bieniawski,1989).

20

s, se calcula como se indica en Tabla 3, o se puede evaluar de la curva que se

muestra en Figura 3. Bieniawski (1989) sugiere que cuando se conoce solo s

o solo RQD, pero no ambos parámetros, es posible utilizar la Figura 4 para

estimar uno de ellos en función del otro (esto se basa en la correlación

propuesta por Priest & Hudson, 1976).

DESCRIPCIÓN DEL ESPACIAMIENTO S (mm) Puntaje

MUY JUNTO a EXTREMADAMENTE JUNTO <60 5

JUNTO 60 a 200 8

MODERADO 200 a 600 10

SEPARADO 600 a 2000 15

MUY SEPARADO >2000 20

Tabla 3: PUNTAJE ASOCIADOS AL ESPACIAMIENTO ENTRE ESTRUCTURAS, s

21

Figura 3: Puntaje o rating asociado al espaciamiento entre las estructuras, s

(Bieniawski, 1989).

22

El puntaje o rating asociado a la condición de las estructuras, JC, se

calcula como se indica en tabla 4, o bien cuando se requiere de mayor

detalle, empleando las guías que se reseñan en Tabla 5.

23

DESCRIPCIÓN DE LA CONDICIÓN DE LAS ESTRUCTURAS Puntaje

Estructuras continuas.

Estructuras abiertas (apertura > 5mm) o con rellenos blandos de salbanda arcillosa (espesor > 5 mm).

0

Estructuras continuas.

Estructuras pulidas, o abiertas (apertura de 1 a 5 mm) o con rellenos blandos de salbanda arcillosa (espesor de 1 a 5 mm).

10

Estructuras algo rugosas.

Roca de caja muy intemperizada o alterada.

Estructuras abiertas (apertura < 1 mm) o con rellenos (espesor < 1 mm).20

Estructuras algo rugosas.

Roca de caja algo intemperizada o alterada.

Estructuras abiertas (apertura < 1 mm) o con rellenos (espesor < 1 mm).25

Estructuras muy rugosas.

Estructuras discontinuas.

Roca de caja fresca o sana.

Estructuras cerradas o selladas.

30

Tabla 4: PUNTAJES ASOCIADOS A LA CONDICIÓN DE LAS ESTRUCTURAS, JC

24

Parámetro de la Estructura

Condición o Características & Puntaje o Rating

Persistencia o Extensión (m)

< 1 1 a 3 3 a 10 10 a 20 >20

6 4 2 1 0

Apertura o Espesor (mm)

0 < 0.1 0.1 a 1 1 a 5 >5

6 5 4 1 0

Rugosidad

Muy Rugosa Rugosa

Duro ≥ 5

mm

Blando

< 5 mm

Blando

≥ 5 mm

6 5 2 2 0

Material o Relleno

Ninguno Duro < 5mm

Alteración Moderada Muy Alterada Descompuesta

6 4 3 1 0

Intemperización o Alteración

Fresca Algo alterada

Alteración Moderada Muy Alterada Descompuesta

6 5 3 10 0

Tabla 5: GUÍAS PARA UNA EVALUACIÓN DETALLADA DEL PUNTAJE ASOCIADO A JC

25

Descripción

Qw (lt / min)

Pw / Sl

Puntaje

Condición

Completamente Seca0 0 15

Condición Húmeda <10 < 0.1 10

Condición Mojada 10 a 25 0.1 a 0.2 7

Goteos 25 a 125 0.2 a 0.5 4

Infiltraciones de Agua >125 >0.5 0

Tabla 6: PUNTAJES ASOCIADOS A LA CONDICIÓN DE AGUAS, WC

Qw : Es la cantidad de flujo que se infiltra en un tramo de 10 mt de longitud.

Pw : Es la presión del agua.

Sl : Es el esfuerzo principal mayor.

26

Tabla 7: DETERMINA EL VALOR “INSITU DEL ÍNDICE DE RMR”

Macizos de calidad Muy

Mala

Clase V 0 ≤ RMR ≤ 20

Macizos de calidad Mala Clase IV 20 < RMR ≤ 40

Macizos de calidad

Regular

Clase III 40 < RMR ≤ 60

Macizos de calidad Buena Clase II 60 < RMR ≤ 80

Macizos de calidad Muy

Buena

Clase I 80 < RMR ≤ 100

RMR = P(UCS) + P(RQD) + P(s) + P(JC) + P(WC)

27

Una vez calculado el valor in situ del índice RMR, es posible ajustar

este valor, para calcular la precisión de la calificación del macizo

rocoso mediante el índice RMR, considerándose la siguiente tabla:

Calidad Muy Buena 80 ≤ RMR < 100 ΔRMR ≈ ± 5

Calidad Buena 60 ≤ RMR < 80 ΔRMR ≈ ± 5

Calidad Regular 40 ≤ RMR < 60 ΔRMR ≈ ± 5

Calidad Mala 20 ≤ RMR < 40 ΔRMR ≈ ± 6

Calidad Muy Mala 0 ≤ RMR < 20 ΔRMR ≈ ± 8

RMR = RMRINSITU ± ΔRMR

Por ejemplo si el RMR= 68 ENTONCES LA PRECISIÓN DE LA CALIFICACIÓN

DEL MACIZO ROCOSO SERA:

RMR= 68+5 = 73 y 68-5= 63 63<RMR<73 CALIDAD DE ROCA BUENA

28

SISTEMA ROCK QUALITY INDEX “Q”

El método de clasificación de Barton et al. (1974) se desarrolló para

estimar la estabilidad y fortificación de túneles y otras excavaciones

subterráneas, en función del índice Q de calidad geotécnica, definido

como:

: Corresponde a una estimación del tamaño de los bloques que conforman el

macizo rocoso.

: Corresponde a una estimación de la resistencia al corte entre bloques.

: Representa lo que Barton et al. (1974), denomina esfuerzo “activo”.

29

Los parámetros que definen estos cocientes son:

RQD: Es la designación de la calidad de la roca

Jn: Es un coeficiente asociado al número de sets de estructuras presentes

en el macizo rocoso

Jr: Es un coeficiente asociado a la rugosidad de las estructuras presentes

en el macizo rocoso

Ja: Es un coeficiente asociado a la condición o grado de alteración de las

estructuras presentes en el macizo rocoso (Joint Alteration)

Jw: Es un coeficiente asociado a la condición de aguas en las estructuras

presentes en el macizo rocoso (Joint Water Reduction Factor)

SRF: Es un coeficiente asociado al posible efecto de la condición de

esfuerzos en el macizo rocoso (Stress Reduction Factor)

30

ANÁLISIS BÁSICO

RQD (%)CALIDAD

GEOTÉCNICA

< 25 MUY MALA

25 a 50 MALA

50 a 75 REGULAR

75 a 90 BUENA

90 a 100 EXCELENTE

31

El coeficiente Jn se calcula en función del número de familias de

estructuras presentes en el macizo rocoso.

Caso Condición Jn-

AUMENTA

LA BLOCOSIDAD DEL

MACIZO→

A Macizos rocosos masivos, sin o con muy pocas estructuras. 0.5 a 1

B Macizos rocosos con un único set de estructuras. 2

C Macizos rocosos con un set de estructuras más estructuras aleatorias. 3

D Macizos rocosos con dos set de estructuras. 4

E Macizos rocosos con dos set de estructuras más estructuras aleatorias. 6

F Macizos rocosos con tres set de estructuras. 9

G Macizos rocosos con tres set de estructuras más estructuras aleatorias. 12

H Macizos rocosos con cuatro set de estructuras, con muchas estructuras

aleatorias, con bloques cúbicos etc.

15

J Macizos rocosos totalmente desintegrado, similar a un suelo granular. 20

Tabla 1: VALORES DEL COEFICIENTE Jn

32

El coeficiente Jr se calcula en función de la rugosidad de las estructuras

más débiles.

Caso Condición Jr

--

DISM

INUY

E LA

RUG

OSID

AD

DE

LA

ESTR

UCT

URA

→

(a) Hay contacto entre las cajas de la estructura.

(b) Desplazamiento de corte menores que 10 cm producen contacto entre las cajas de la estructura.

A Estructuras discontinuas o que presentan puentes de roca. 4

B Estructuras ondulosas y rugosas (o irregulares). 3

C Estructuras ondulosas y lisas. 2

D Estructuras ondulosas y pulidas. 1.5

E Estructuras planas y rugosas. 1.5

F Estructuras planas y lisas. 1.0

G Estructuras planas y pulidas. 0.5

(c) Los desplazamientos de corte no producen contacto entre las cajas de la estructura.

H Estructuras con rellenos arcillosos de espesor suficiente como para impedir el

contacto entre las cajas de la estructura.

1.0

J Estructura con rellenos de roca molida y/o materiales granulares de espesor

suficiente como para impedir el contacto entre las cajas de la estructura.

1.0

33

Caso Condición ∮Jres

-

AUM

ENT

A

LA

ALT

ERA

CIÓ

N

DE

LA

EST

RUC

TUR

A→


AEstructuras bien trabadas y selladas con rellenos duros,

impermeables, y que no se ablandan (Ej. Cuarzo, epidota, etc.).------ 0.75

BEstructuras con cajas no alteradas, que solo presentan patinas

locales.25° a 35° 1

CEstructuras con cajas ligeramente alteradas. Patinas de materiales

que no se ablandan y libres de finos: arenas, roca molida etc.25° a 30° 2

DEstructuras con patinas limo arenosas, con poco contenido de

arcillas, que no se ablandan.20° a 25° 3

E

Estructuras con patinas de minerales arcillosos de baja fricción y que

se ablandan (Ej. Caolinita, micas, etc.). Estructuras con patinas de

clorita, talco, yeso, grafito etc. Estructuras con pequeñas cantidades

de arcillas expansivas (patinas discontinuas, de 1 a 2 mm de

potencia.

8° a 16° 4

El coeficiente Ja se calcula en función del grado de alteración del macizo

rocoso

34

(b) Desplazamientos de corte menores de 10 cm producen contacto entre las cajas de la estructura.

F Estructuras con rellenos de arenas y/o roca molida, libres de arcilla. 25° a 30° 4

GEstructuras con rellenos de arcilla muy pre-consolidadas, que no se ablandan (rellenos continuos, con espesores < 5 mm).

16° a 24° 6

HEstructuras con rellenos de arcillas algo a poco pre-consolidadas que se ablandan (rellenos continuos, con espesores < 5 mm)

12° a 16° 8

JEstructuras con rellenos de arcillas expansivas (Ej. Montmorillonita, rellenos continuos, con espesores < 5 mm). El valor de Ja depende del contenido de arcilla, de la exposición al agua, etc.

6° a 12° 8 a 12


K, L, MEstructuras con rellenos de roca desintegrada o triturada y arcilla (ver G, H, J para descripciones del material arcilloso).

6° a 24° 6, 8 o 8 - 12

NEstructura con rellenos potentes de arenas limosas o limoarcillas, con poco contenido de arcillas (que no se ablandan).

------ 5

O, P, REstrcucturas con rellenos potentes de salbanda arcillosa (ver G, H, J para descripciones del material arcillosos).

6° a 24° 10, 13 o 13-20

CasoC

ondición∮Jres

35

El coeficiente Jw se calcula en función de la condición de aguas

observada en las estructuras del macizo rocoso.

Caso Condición Pw (MPa) Jw

--AUMENTA

N LAS INFILTRACIONES→

A Túneles secos o con infiltraciones menores (Ej. 5 lt/min localmente o solo en algunos sectores). < 0.1 1

B Infiltraciones y presiones moderadas que ocasionalmente causan el elevado relleno de las estructuras. 0.1 a 0.25 0.66

C Infiltraciones y presiones importantes en roca competente con estructura y sin relleno.

0.25 a 1.00.50

D Infiltraciones y presiones importantes que causan lavado de los rellenos de las estructuras. 0.33

E Infiltraciones muy importantes y a presión gavilladas por las tronaduras, pero decaen con el tiempo.

>1.0

0.1 a 0.2

F Infiltraciones excepcionalmente altas con presiones que continúan sin decaer con el tiempo.

0.05 a 0.1

36

El coeficiente SRF está asociado al posible efecto de la condición de

esfuerzos en el macizo rocoso, y puede considerarse una medida de:

• La presión causada por el material suelto

• La concentración de esfuerzos que se produce en la periferia de

túneles excavados en macizos rocosos competentes

• Las presiones asociadas al flujo plástico (squeezing) o al

hinchamiento (swelling) que encuentran túneles que cruzan

macizos rocosos arcillosos poco competentes bajo un estado

tensional importante

37

Caso Condición SRF(a) Zonas débiles intersectan la posición que tendrá la excavación subterránea, lo

que puede causar aflojamiento (loosening) del terreno cuando se desarrolle la excavación subterránea.

AAparecen múltiples zonas débiles que contienen salbanda arcillosa o roca químicamente desintegrada, con roca suelta en su periferia (a cualquier z).

10.0

BAparece una zona débil que contiene salbanda arcillosa o roca químicamente desintegrada, con roca suelta en su periferia (z ≤ 50m).

5.0

CAparece una zona débil que contiene salbanda arcillosa o roca químicamente desintegrada, con roca suelta en su periferia (z > 50m).

2.5

DAparecen múltiples zonas débiles, con roca suelta en su periferia, en un macizo rocoso competente y libre de arcilla (a cualquier z).

7.5

EAparece una zona débil, con roca suelta en su periferia, en macizo rocoso competente y libre de arcilla (z ≤ 50 m).

5.0

FAparece una zona débil, con roca suelta en su periferia, en un macizo rocoso competente y libre de arcilla (z > 50 m)

2.5

GMacizo rocoso muy fracturado, con estructuras abiertas que definen bloques en formas de cubos (a cualquier z).

5.0

38

(b) Macizos rocosos competentes, problemas asociados a concentraciones de esfuerzos.

UCS/SI σθUCS SRF

HEstado tensional de magnitud baja, estructuras superficiales abiertas.

>200 <0.01 2.5

JEstado tensional de magnitud moderada, condición de esfuerzos es favorable.

10 a 200 0.01 a 0.3 1.0

K

Estado tensional de magnitud alta, estructuras bien trabadas (usualmente favorables para la estabilidad, aunque puede presentar problemas en las cajas).

5 a 10 0.3 a 0.40.5 a

2.0

LMacizo rocoso masivo que presenta lajamientos moderados 1 hora después del desarrollo de la excavación subterránea.

3 a 5 0.5 a 0.65 5 a 50

MMacizo rocoso masivo que presenta lajamientos e incluso estallidos de roca poco después del desarrollo de la excavación subterránea.

2 a 3 0.65 a 1.0 50 a 200

NMacizos rocosos que sufren notorios estallidos de roca y deformaciones inmediatamente después del desarrollo de la excavación subterránea.

< 2 > 1200 a

400

39

(c) Macizos rocosos que fluyen plasticamente (zqueezing rock).O El flujo plástico genera presiones de leves a

moderadas.1 a 5 5 a 10

P El flujo plástico genera presiones importantes. > 5 10 a 20(d) Macizos rocosos expansivos (sweling rock), expansión o hinchamiento debido a reacciones químicas causadas por la presencia de agua.

R El hinchamiento genera presiones de leves a moderadas.

5 a 10

S El hinchamiento genera presiones importantes. 10 a 15

Z: Es la profundidad de la excavación subterránea.

Si: Es el esfuerzo principal mayor in situ.

σθ: Es el máximo esfuerzo tangencial en el contorno de la excavación subterránea

40

Calidad Excepcionalmente Buena 400 ≤ Q < 1000 → ΔQ ≈ ± 100

Calidad Extremadamente Buena 100 ≤ Q < 400 → ΔQ ≈ ± 40

Calidad Muy Buena 40 ≤ Q < 100 → ΔQ ≈ ± 8

Calidad Buena 10 ≤ Q < 40 → ΔQ ≈ ± 3

Calidad Regular 4 ≤ Q < 10 → ΔQ ≈ ± 1.5

Calidad Mala 1 ≤ Q < 4 → ΔQ ≈ ± 0.3

Calidad Muy Mala 0.1 ≤ Q < 1 → ΔQ ≈ ± 0.01

Calidad Extremadamente Mala 0.01 ≤ Q < 0.1 → ΔQ ≈ ± 0.005

Calidad Excepcionalmente Mala 0.001 ≤ Q < 0.01 → ΔQ ≈ ± 0.0005

precisión de la calificación del macizo rocoso mediante el índice Q

COMENTARIOS ADICIONALES

41

• Si se desea utilizar el índice Q para evaluar la resistencia del macizo

rocoso mediante el método de Hoek-Brown y/o utilizar el ábaco de

estabilidad de Mathews’ (1980), el esfuerzo “activo” debe hacerse

unitario, ya que el efecto asociado a los parámetros Jw y SRF se incluye

en forma explícita en estos casos. De esto resulta un índice Q’ definido

como:

42

CAPITULO III

MÉTODOS DE EXPLOTACIÓN SUBTERRÁNEA

MÉTODOS DE EXPLOTACIÓN CON SOPORTE NATURAL DEL TERRENOMÉTODOS DE EXPLOTACIÓN CON SOPORTE

NATURAL DEL TERRENO

MÉTODO DE CÁMARAS Y PILARES (ROOM AND PILLAR)

MÉTODO DE TAJEO POR SUBNIVELES (SUBLEVEL STOPING)

43

MÉTODO DE CÁMARAS Y PILARES (ROOM AND PILLAR)

MÉTODO DE TAJEO POR SUBNIVELES (SUBLEVEL STOPING)

44

MÉTODOS DE EXPLOTACIÓN CON SOPORTE ARTIFICIAL DEL

TERRENO

MÉTODO DE CUADROS CONJUNTOS (SQUARE SET STOPING)

45

MÉTODO DE TAJEO POR ALMACENAMIENTO PROVISIONAL

(SHRINKAGE STOPING)

46

MÉTODO DE TAJEO POR CORTE Y RELLENO (CUT AND FILL STOPING)

47

MÉTODO DE FRENTES LARGOS (LONG WALL MINING)

48

MÉTODO DE EXPLOTACIÓN CON HUNDIMIENTO DEL TERRENO

MÉTODO DE HUNDIMIENTO POR REBANADAS (TOP SLICING)

MÉTODO DE HUNDIMIENTO POR SUBNIVELES (SUBLEVEL CAVING)

MÉTODO DE HUNDIMIENTO POR BLOQUES (BLOCK CAVING)

49

CAPITULO CUARTO

APLICACIÓN DE LA GEOMECANICA A LOS MÉTODOS DE EXPLOTACIÓN

Unas ves recopiladas la información adecuada de las propiedades y

características de los macizos rocosos se puede prever el control y soluciones de

la estabilidad de las excavaciones subterráneas.

La previsión del comportamiento de las rocas en aberturas y cámaras

subterráneas constituye la principal finalidad de las clasificaciones

geomecanicas. Por tanto el conocimiento a priori sirve para estimar algún tipo de

sostenimiento, dimensionamiento de las labores mineras, la secuencia de

voladura con explosivos, etc.

50

En caso de la aplicación de las propiedades y características de los macizos

rocosos en los métodos de explotación subterráneas es fundamental por las

siguientes razones:

• Elección del método de explotación.

• Dimensionamiento del block de mineral.

• Requerimiento y selección de sostenimiento o relleno.

• Control de la voladura.

51

APLICACIÓN DEL SISTEMA “Q´”

DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA “Q´”

El esquema gráfico básico u original corresponde a Mathews (1981)

denominándose Método Gráfico de Estabilidad, el cual está basado en 50

casos históricos.

El gráfico original de estabilidad de Mathews fue dividido en zonas

estable, potencialmente inestable y potencialmente hundible. Las tres

zonas fueron separadas por zonas transicionales para reflejar las clases

de estabilidad e incertidumbre entre sus límites.

El número de estabilidad (N’) se define como:

N’ = Q’ * A * B * C

52

N’: El número de estabilidad

Q’: Índice de calidad del macizo rocoso modificado.

A: Factor de ajuste por esfuerzos en la roca.

B: Factor de ajuste por orientación de las juntas.

C: Factor de ajuste gravitacional.

*

El factor de forma (S) o radio hidráulico (HR), para la superficie del tajeo es:

𝐇𝐑=𝐰∗𝐡

𝟐 (𝐰+𝐡 )

53

At: Área de la sección transversal de la superficie analizada.

Pt: Perímetro de la superficie analizada.

w, h: Dimensiones mutuamente perpendiculares en un plano de tajeo, (Ej.

Longitud o ancho y altura del tajeo).

54

Los gráficos correspondientes a los factores de Ajuste A, B y C, se presentan a

continuación.

56

RQD (%)CALIDAD

GEOTÉCNICA

< 25 MUY MALA

25 a 50 MALA

50 a 75 REGULAR

75 a 90 BUENA

90 a 100 EXCELENTE

57

Caso Condición Jn

---AUMENTA LA BLOCOSIDAD DEL MACIZO→

A Macizos rocosos masivos, sin o con muy pocas estructuras. 0.5 a 1


C Macizos rocosos masivos con un set de estructuras más estructuras aleatorias. 3


E Macizos rocosos con dos set de estructuras más estructuras aleatorias. 6


G Macizos rocosos con tres set de estructuras más estructuras aleatorias. 12

H Macizos rocosos con cuatro o más set de estructuras con muchas estructuras aleatorias, con bloques cúbicos, etc. 15

J Macizos rocosos totalmente desintegrado, similar a un suelo granular. 20

Tabla 1: VALORES DEL COEFICIENTE Jn

58

Caso Condición Jr

--DISMINUYE

LA RUGOSIDAD DE LA ESTRUCTURA→


(b) Desplazamientos de corte menores que 10 cm producen contacto entre las cajas de la estructura.

A Estructuras discontinuas o que presentan puentes de roca. 4

B Estructuras ondulosas y rugosas (o irregulares). 3C Estructuras ondulosas y lisas. 2D Estructuras ondulosas y pulidas. 1.5E Estructuras planas y rugosas. 1.5F Estructuras planas y lisas. 1.0G Estructuras planas y pulidas. 0.5


H Estructuras con rellenos arcillosos de espesor suficiente como para impedir el contacto entre las cajas de la estructura. 1.0

JEstructuras con rellenos de roca y/o materiales granulares de espesor suficiente como para impedir el contacto entre las cajas de la estructura.

1.0

Tabla 2: VALORES DEL COEFICIENTE Jr

59

Caso Condición Ja

---

AUM

ENT

A LA

ALT

ERA

CIÓ

N DE

LA

EST

RUC

TUR

A →



impermeables, y que no se ablandan (Ej. Cuarzo, epidota)-------- 0.75

BEstructuras con cajas no alteradas, que solo presentan

patinas locales.25° a 35° 1

C

Estructuras con cajas ligeramente alteradas. Patinas de

materiales que no se ablandan y libres de finos: arena roca

molida etc.

25° a 30° 2

DEstructuras con patinas limo arenosas, con poco contenido

de arcillas que no se ablandan.20° a 25° 3

E

Estructuras con patinas de minerales arcillosos de baja

fricción y que se ablandan (Ej. Caolinita, mica, etc).

Estructuras con patinas de diorita, talco, yeso, grafito, etc.

Estructuras con pequeñas cantidades de arcillas

expansivas (patinas discontinuas de 1 a 2 mm de

potencia).

8° a 16° 4

∳ 𝐉𝐫𝐞𝐬

60

(b) Desplazamientos de cortes menores que 10 cm producen contacto entre

las cajas de la estructura.

FLa estructura de los rellenos de arena y/o roca molida,

libres de arcilla.25° a 30 4

G

Estructuras con rellenos de arcillas muy

preconsolidadas, que no se ablandan (rellenos

continuos, con espesores < 5 mm).

16° a 24° 6

H

Estructuras con rellenos de arcillas algo a poco

preconsolidadas, que se ablandan (rellenos continuos,

con espesores < 5 mm)

12° a 16° 8

J

Estructuras con rellenos de arcillas expansivas (Ej.

Montmorillonita, rellenos continuos, con espesores < 5

mm). El valor de Ja depende del contenido de la

arcilla, de la exposición al agua etc.

6° a 12° 8 a 12

61

(c) Los desplazamientos de corte no producen contacto entre las cajas de

la estructura.

K, L, M

Estructuras con rellenos de desintegrada

o triturada y arcilla (ver G, H, J para

descripciones del material arcilloso).

6° a 24° 6, 8 o 8-12

N

Estructuras con rellenos potentes de

arenas limosas o limo-arcillosas, con

poco contenido de arcillas (que no se

ablandan).

------- 5

O, P, R


salbanda (ver G, H, J para descripciones

del material arcilloso).

6° a 24° 10, 13 o 13-20

62

ANÁLISIS DE LA APLICACIÓN DEL SISTEMA “Q´” AL MÉTODO DE

EXPLOTACIÓN POR TAJEO DE SUBNIVELES “TSN”

Se tiene una mina polimetálica de gran potencia, de aproximadamente 500 mt

de longitud vertical o profundidad, 450 metros de longitud horizontal mayor y

250 mt de longitud horizontal menor en el cual se ha hecho previamente un

mapeo geotécnico de campo y mediciones de campo y laboratorio de las

muestras rocosas, habiéndose obtenido los datos consignados de la siguiente

manera:

• Resistencia a la compresión uniaxial (UCS o σC) : 90 MPa

• Esfuerzo principal mayor (σ1): 8 Mpa.

• Calidad designada de roca (RQD): 58 %.

• familias de discontinuidades más juntas aleatorias (Jn): (Ver tabla).

63

• Juntas ligeramente planas y rugosas (Jr): (Ver tabla).

• Paredes de las juntas entre ligera a moderadamente intemperizadas, con

rellenos blandos de óxidos y calcita con espesor menor de 5 mm. (Ja): (Ver

tabla).

• Dirección del tajeo: Norte.

• Buzamiento del tajeo: Paredes verticales.

• Dirección de la familia principal de discontinuidad crítica: 300º NW.

• Buzamiento de la familia principal de discontinuidad: 40º.

Se pide determinar la longitud máxima de un tajeo unitario que le permita explotar

dicha unidad permaneciendo estar abierta hasta el término de dicha explotación

y en situación de estable sin empleo de sostenimiento del mencionado tajeo.

64

1. Cálculo del índice de calidad modificada de la excavación

Caso Condición Jn Jn= 12.0

----AUMENTA LA BLOCOSIDAD DEL MACIZO→

AMacizos rocosos masivos, sin o con muy pocas estructuras.

0.5 a 1


CMacizos rocosos masivos con un set de estructuras más estructuras aleatorias.

3


EMacizos rocosos con dos set de estructuras más estructuras aleatorias.

6


GMacizos rocosos con tres set de estructuras más estructuras aleatorias.

12

HMacizos rocosos con cuatro o más set de estructuras con muchas estructuras aleatorias, con bloques cúbicos, etc.

15

JMacizos rocosos totalmente desintegrado, similar a un suelo granular.

20

65

Caso Condición Jr

---DISMINUYE LA RUGOS

IDAD DE LA ESTRUCTURA

→


(b) Desplazamientos de corte menores que 10 cm producen contacto entre las cajas de la estructura.

A Estructuras discontinuas o que precentan puentes de roca. 4

B Estructuras ondulosas y rugosas (o irregulares) 3

C Estructuras ondulosas y lisas. 2

D Estructuras ondulosas y pulidas. 1.5

E Estructuras planas y rugosas. 1.5F Estructuras planas y lisas. 1.0

G Estructuras planas y pulidas. 0.5


HEstructuras con rellenos arcillosos de espesor suficiente como para impedir el

contacto entre las cajas de la estructura.1.0

JEstructuras con rellenos de roca molida y/o materiales granulares de espesor

suficiente como para impedir el contacto entre las cajas de la estructura.1.0

66

Caso Condición

∮Jres

Ja

---

AUM

ENTA

LA

ALTE

RACI

ON

DE

LA

ESTR

UCTU

RA→



impermeables, y que no se ablandan (Ej. Cuarzo, epidota, etc.)------ 0.75

BEstructuras con cajas no alteradas, que solo presentan patinas

locales.25° a 35° 1

C

Estructuras con cajas ligeramente alteradas. Patinas de

materiales que no se ablandan y libres de finos: arena roca

molida, etc.

25° a 30° 2

DEstructuras con patinas limo arenosas, con poco contenido de

arcillas, que no se ablandan.20° a 25° 3

E

Estructuras con patinas de minerales arcillosos de baja fricción

y que se ablandan (Ej. Caolinita, mica, etc.) Estructuras con

patinas de clorita, talco, grafito, etc. Estructuras con pequeñas

cantidades de arcillas expansivas (patinas discontinuas, de 1 a

2 mm de potencia)

8° a 16° 4

67

(b) Desplazamiento de corte menores que 10 cm producen contacto entre las cajas

de la estructura.

FEstructuras con rellenos de arena y/o roca molida libres

de arcilla.25° a 30° 4

G

Estructuras con rellenos de arcillas muy

preconsolidadas, que no se ablandan (rellenos

continuos, con espesores < 5 mm)

16° a 24° 6

H

Estructuras con rellenos de arcillas algo a poco

preconsolidadas, que se ablandan (rellenos continuos,

con espesores < 5 mm)

12° a 16° 8

J

Estructuras con rellenos de arcillas expansivas (Ej.

Montmorillonita, rellenos continuos, con espesores < 5

mm). El valor de Ja depende del contenido de arcilla, de

la exposición al agua, etc.

6° a 12° 8 a 12

68

(c) Los desplazamientos de corte no producen contacto entre las cajas de

la estructura.

K, L, M

Estructuras con rellenos de roca

desintegrada o triturada y arcilla (ver G,

H, J para descripciones del material

arcilloso).

6° a 24° 6, 8 o 8- 12

N


arenas limosas o limoarcillosas, con poco

contenido de arcillas (que no se ablandan)

------ 5

O, P, R


salbanda arcillosa (ver G, H, J pera

descripciones del material arcilloso.)

6° a 24° 10, 13 o 13- 20

69

Luego, remplazando valores, obtenemos:

*

* = 1.8125

2. Cálculo de los factores de Ajuste A, B y C

Para determinar el factor de ajuste A= Resistencia a la compresión uniaxial

(UCS o σC) : 90 Mpa / Esfuerzo principal mayor (σ1): 8 Mpa.

A= UCS / esfuerzo principal mayor

A= 90 Mpa / 8 Mpa = 11.25 Mpa

• y con este dato interceptamos la curva llena, y obtenemos

aproximadamente en la ordenada el valor del factor A = 1.0

71

Con respecto al factor de ajuste B, se

establecen las diferencias absolutas

entre las direcciones de los rumbos o

direcciones (α) y del buzamiento o

inclinación (β) entre las juntas (j) y el

tajeo (s).

Entonces se establecen las siguientes

diferencias:

α = (αJ – αS) = 360º - 300º = 60º

β = (βJ– βS) = 40º - 90º = 50º

Observando el gráfico, nos da un valor

de ajuste de B = 0.84

72

Para el caso del factor de ajuste C, se pueden emplear dos métodos, el gráfico

y el numérico, en este caso, considerando como un diseño preliminar.

C = 8 – 6 (Cos βs)

βs : Inclinación de la

superficie del tajeo.

βs = 90º (caja vertical), βs=0º

(caja horizontal)]

C = 8 – 6 (Cos 90º) = 8

Este mismo valor se puede

obtener para el gráfico

siguiente, obteniéndose

similar valor

73

Ahora si se aplica al otro

gráfico para calcular el valor

de C, en función de la

inclinación de la junta crítica,

obteniéndose un valor de C =

7. Considerando el valor

promedio de C=8 y C=7

entonces obtenemos para el

factor de Ajuste C = 7.5.

74

3. Luego determinamos el valor de la primera variable del gráfico,

denominado el número de estabilidad N´:

N’´ = Q’ * A* B * C

N’´ = 1.8125’ * 1.0* 0.84 * 7.5

N’´ = 11.41875 mt

4. Una vez calculado esta primera variable, determinamos el valor de la

segunda variable del gráfico de estabilidad, correspondiente al factor de

forma o radio hidráulico (S).

𝐒=( 𝐇𝐬∗𝐋𝐬𝟐 (𝐇𝐬+𝐋𝐬 ) )

75

En este caso, considerando el

número de estabilidad (N ’) se

procede a determinar del

Factor de forma (S), tomando

en consideración el Gráfico de

Estabilidad, y de acuerdo a

ello obtenemos S = 6.2 mt

76

5. Finalmente considerando la profundidad del tajeo unitario de Hs = 33

mt., procedemos a la determinación de la longitud del tajeo unitario (Ls) ,

considerando S = 6.2 mt

= 6.2

= 6.2

Ls = 19.85 mt.

77

APLICACIÓN DEL SISTEMA “ARMR”

DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA “ARMR”

El sistema de clasificación de Bieniawski denominado RMR (Rock MassRating)

fue planteado en 1973, y progresivamente fue modificado en varias fechas,

tales como 1976, 1979 y 1989. Este sistema se desarrolló para estimar la

excavación y estabilidad de túneles en función del índice RMR de calidad

geotécnica del macizo rocoso definido como:

RMR = P(UCS) + P(RQD) + P(JS) + P(JC) + P(WC)

80

DESCRIPCIÓN RMR CLASE TIPO DE SOSTENIMIENTO REFERENCIAL

MUY BUENO 81-100 ISin sostenimiento, pernos puntuales en caso de evidenciar cuñas.

Los largos del perno dependerán del peso y forma de la cuña

BUENO 61- 80 II

Pernos Puntuales en sistemas estructurales afectados por diseño

minero. Largo estimado del perno L = 1.4 + (0.18*W); W: Ancho

real de labor en metros.

REGULAR 41- 60 III

Pernos espaciados a 1,5 mts con largos estimados de L= 1.8 +

(0.18*W), especialmente en sectores de producción. Si la condición

así lo requiere utilizar malla y/o shotcrete 50mm. Otros sectores

sujeto a evaluación

MALO 21- 40 IV

El avance de labor debe considerar sostenimiento a dos disparos del

frente. Pernos espaciados a 1,5 mts, largo estimado L= 2.0+

(0.18*W), Shotcrete 100 mm y malla de reforzamiento. En su

Defecto considerar alternativa de By pass

MUY MALO < 20 V

Zona identificada con esta condición no considerar para acceso

Permanente. Zona no identificada reforzar mediante Hormigón,

Arcos, Shotcrete 150mm, Pernos-Esp. 1m, L= 3+ ( 0.18*w).

81

Caja Nº1 : Carreras 0m a 5m

Caja Nº2 : Carreras 5 a 8.30m

Caja Nº3 :Carreras 8.30 a 12.80m

82

APLICACIÓN DEL SISTEMA “Q´”

DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA “Q´”

83

UCS (MPa) PLS (MAa) Puntaje Comentarios<1 En este rango no se

recomienda el uso de los ensayos de carga puntual para estimar la resistencia de la roca “intacta”

0Resistencia Muy Baja

1 a 5 1

5 a 25 2

25 a 50 1 a 2 4 Resistencia Baja

50 a 100 2 a 4 7 Resistencia Moderada

100 a 250 4 a 10 12 Resistencia Alta

>250 >10 15 Resistencia muy Alta

CALIDAD DEL MACIZO RQD (%) PUNTAJE

MUY MALA Calidad Geotécnica <25 3

MALA Calidad Geotécnica 25 a 50 8

REGULAR Calidad Geotécnica 50 a 75 13

BUENA Calidad Geotécnica 75 a 90 17

EXCELENTE Calidad Geotécnica 90 a 100 20

PUNTAJES

ASOCIADOS

AL ÍNDICE

RQD

Tabla 1:

PUNTAJES

ASOCIADOS A LA

RESISTENCIA DE

LA ROCA

INTACTA

84

CAPITULO CUARTO

SISTEMAS DE CLASIFICACIÓN GEOMECANICA DE MACIZOS

ROCOSOS APLICADOS AL DISEÑO DE MÉTODOS DE EXPLOTACIÓN

SUBTERRÁNEA

APLICACIÓN DE LA GEOMECANICA A LOS MÉTODOS DE EXPLOTACIÓN

diapositivas exposicion

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