Download - 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→
(a) Hay contacto entre las cajas de la estructura.
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
(c) Los desplazamientos de corte no producen contacto entre las cajas de la estructura.
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.
55
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
B Macizos rocosos con un único set de estructuras. 2
C Macizos rocosos masivos 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 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→
(a) Hay contacto entre las cajas 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
(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
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 →
(a) Hay contacto entre las cajas de la estructura.
AEstructuras bien trabadas y selladas con rellenos duros,
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
Estructuras con rellenos potentes de
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
B Macizos rocosos con un único set de estructuras. 2
CMacizos rocosos masivos con un set de estructuras más estructuras aleatorias.
3
D Macizos rocosos con dos set de estructuras. 4
EMacizos rocosos con dos set de estructuras más estructuras aleatorias.
6
F Macizos rocosos con tres set de estructuras. 9
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
→
(a) Hay contacto entre las cajas 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
(c) Los desplazamientos de corte no producen contacto entre las cajas de la estructura.
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→
(a) Hay contacto entre las cajas de la estructura.
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
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
Estructuras con rellenos potentes de
arenas limosas o limoarcillosas, con poco
contenido de arcillas (que no se ablandan)
------ 5
O, P, R
Estructuras con rellenos potentes de
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
70
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)
78
79
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