ROCK MASS CHARACTERIZATION FOR

EXCAVATIONS IN MINING AND CIVIL

ENGENIEERING (CARACTERISTICAS DEL MACIZO ROCOSO PARA LA

EXCAVACION EN MINAS Y LA INGENIERIA CIVIL) BY NICK BARTON

1. INTRODUCCION

Como ciencia pura, la mecánica de Rocas permite penetrar en los fenómenos de deformación de las rocas y masas rocosas, del plegamiento y fallas de la corteza terrestres. Desde el punto de vista de la minería y la Ingeniería Civil, la creciente magnitud de las obras, así como la responsabilidad que las mismas dan, hace necesaria una gran cantidad de información.

Algunas roturas importantes en minería subterránea, con grandes pérdidas de vidas humanas y perdidas de equipos, ponen de relieve la necesidad de mayores conocimientos en este campo.

La naturaleza de los macizos rocosos y su compleja estructura exigen tratamientos cada vez más especializados. Las escalas de tiempo fluctúan desde las geológicas a los microsegundos en el caso del método de elementos finitos que por su complejidad y el tiempo que nos llevaría su explicación no trataremos aquí solo trataremos a través de cuatro etapas:

Observación Medidas Análisis Proyectos

En consecuencia el primer paso debe ser sin duda definir el problema que debemos resolver y posteriormente buscar la solución.Es preciso aclarar que para a las conclusiones validas en Mecánica de Rocas, es necesario tener una gran información de los fenómenos que se observan en la mina, esto se consigue al cabo de tiempo, en otras palabras es necesario tener una buena historia de la mina.

Los materiales poseen ciertas características físicas que son función de su origen y de procesos geológicos posteriores que sobre ellos han actuado. El conjunto de estos fenómenos en una cierta zona a una litología, particular a una determinada serie de Estructuras Geológicas y un estado Tensional in situ característico.

En la mecánica de rocas aplicada en la ingeniería civil, el método de método de proyecto supone la selección de anteproyecto y la predicción del comportamiento esperado.

Las propiedades mecánicas de una muestra inalterada ensayada en el laboratorio pueden ser muy diferentes de las propiedades del macizo

rocoso del que se ha extraído la muestra. Es por esto que en los últimos años se ha dado un gran impulso hacia los ensayos in situ.

El comportamiento de un macizo rocoso sometido a una variación de tensiones, viene determinado por las propiedades mecánicas del material rocoso y por el número y la naturaleza de las discontinuidades geológicas existentes en el mismo. La importancia relativa de cada uno de estos factores sobre el comportamiento de la roca depende de la relación entre las dimensiones de la obra a realizar y la separación de las discontinuidades.

Cuando la variación introducida en el estado tensional afecta a una zona grande respecto a la distancia entre diaclasas, la influencia de estas puede ser muy pronunciada. Sería el caso de grandes excavaciones subterráneas.

Se analiza algunas de estas consideraciones geológicas y vamos a empezar por la litología o tipo de roca.Se acompaña de una caracterización de tipo mecánico, se basa en dos propiedades importantes de la roca: la resistencia a compresión simple y el modulo de elasticidad.

El modulo empleado es el modulo tangente correspondiente a un nivel tensional igual a la mitad de la resistencia de la roca.

La resistencia a compresión simple se determina con muestras de relación longitud/ diámetro igual o superior a 2. La roca se clasifica en categorías de resistencia indicadas en el índice Q.

2. NORMAS TECNICAS

El índice Q de clasificación de macizos rocoso se dio como norma técnica según las siguientes razones:

El sistema fue propuesto con base en el análisis de 212 casos históricos de túneles en Escandinavia.

Es un sistema de clasificación cuantitativo Es un sistema ingenieril que facilita el diseño de sostenimiento para

túneles.

3. METODOLOGIA

Método del Índice Q

En este anexo se describe la forma de calcular el índice Q de calidad geotécnica, desarrollado por Barton et al. (1974). Aquí se presenta la versión más reciente de este método.

Definiciones:

El método de clasificación de Barton et al. (1974) se desarrolló para estimar la fortificación de túneles en función del índice Q de calidad geotécnica, definido como:

Q=( RQDJ n

)X ( J r

Ja)X ( Jw

SRF )

(1)

Donde el primer cociente corresponde a una estimación del tamaño de los bloques que conforman el macizo rocoso, el segundo cociente corresponde a una estimación de la resistencia al corte entre bloques, y el tercer cociente representa lo que Barton et al. (1974) denominan esfuerzo "activo". Los parámetros que definen estos cocientes son:

RQD es la designación de la calidad de la roca definida por Deere et al. (1967), que puede variar de 0 (macizos rocosos de muy mala calidad) a 100 (macizos rocosos de excelente calidad).

Jn es un coeficiente asociado al número de sets de estructuras presentes en el macizo rocoso (Joint Set Number), que puede variar de 0.5 (macizo masivo o con pocas estructuras) a 20 (roca totalmente disgregada o triturada).

Jr es un coeficiente asociado a la rugosidad de las estructuras presentes en el macizo rocoso (Joint Roughness Number), que puede variar de 0.5 (estructuras planas y pulidas) a 5 (estructuras poco persistentes espaciadas a más de 3 m).

Ja es un coeficiente asociado a la condición o grado de alteración de las estructuras presentes en el macizo rocoso (Joint Alteration Number), que puede variar de 0.75 (vetillas selladas en roca dura con rellenos resistentes y no degradables) a 20 (estructuras con rellenos potentes de arcilla).

Jw es un coeficiente asociado a la condición de aguas en las estructuras presentes en el macizo rocoso (Joint Water Reduction Factor), que puede variar de 0.05 (flujo

notorio de aguas, permanente o que no decae en el tiempo) a 1 (estructuras secas o con flujos mínimos de agua).

SRF es un coeficiente asociado al posible efecto de la condición de esfuerzos en el macizo rocoso (Stress Reduction Factor), que puede variar de 0.05 (concentraciones importantes de esfuerzos en roca competente) a 400 (potencial ocurrencia de estallidos de roca).

Cálculos:

(1) El RQD del macizo rocoso se determina en base al mapeo geotécnico de los testigos de sondajes geotécnicos, en la forma que se ilustra en el esquema de Figura 1. Debe tenerse presente que:

(a) Intervalos de 5 puntos para RQD son suficientemente precisos (e.g.100, 95, 90, etc.).

Figura 1: Esquema que ilustra la definición del índice RQD para designar la calidad del macizo rocoso (Deere & Deere (1988)).

(b) Si RQD es menor o igual que 10, entonces debe considerarse un valor de 10 para evaluar el índice Q.

(2) El coeficiente Jn se calcula en función del número de sets de estructuras presentes en el macizo rocoso, en la forma que se indica en tabla 1. Debe tenerse presente que:

(a) En el caso de intersecciones de túneles debe multiplicarse por 3 el valor de Jn.

(b) En el caso de portales de túneles debe multiplicarse por 2 el valor de Jn.

(3) El coeficiente Jr se calcula en función de la rugosidad de las estructuras más débiles. Si éstas están favorablemente orientadas, entonces deberá escogerse el set más débil de todas las estructuras desfavorablemente orientadas para evaluar Jr. El valor de Jr se calcula como se indica en tabla 2. Debe tenerse presente que:

(a) Si el espaciamiento de las estructuras del set considerado es mayor a 3 m, debe sumarse 1 al valor de Jr.

(b) En el caso de estructuras planas y pulidas que presenten lineamientos, podrá considerarse que Jr es igual a 0.5 si los lineamientos están favorablemente orientados

Tabla 1VALORES DEL COEFICIENTE Jn

Caso Condición Jn

AU

ME

NT

A LA

BLO

CO

SID

AD

DE

L MA

CIS

ZO

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 sets de estructuras. 4

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

F Macizos rocosos con tres sets de estructuras. 9

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

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

15

J Macizo rocoso totalmente desintegrado, similar a un suelo granular. 20

Tabla 2VALORES DEL COEFICIENTE Jr

Caso Condición J rD

ISM

INU

YE

LA R

UG

OS

IDA

D D

E LA

E

ST

RU

CT

UR

A

(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). 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 Estructura 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

1.0

(c) Los casos B a G de Tabla 2 se ordenan de escala menor a escala intermedia, en ese orden.

(4) El coeficiente Jn se calcula en función de la rugosidad de las estructuras más débiles. Si éstas están favorablemente orientadas, entonces deberá escogerse el set más débil de todas las estructuras desfavorablemente orientadas para evaluar Ja. El valor de Ja se calcula como se indica en Tabla 3. Debe tenerse presente que los valores de Øjres, que se indican corresponden a una estimación muy aproximada del ángulo de fricción residual que tendrían las estructuras.

Tabla 3VALORES DEL COEFICIENTE Ja

Caso Condición φ jres J a

AU

ME

NT

A LA

ALT

ER

AC

IÓN

DE

LA E

ST

RU

CT

UR

A

(a) Hay contacto entre las cajas de las estructuras

A Estructuras bien trabadas y selladas con rellenos duros, impermeables, y que no se ablandan (e.g. cuarzo, epidota, etc.).

- - - 0.75

B Estructuras con cajas no alteradas, que solo presentan patinas locales.

25° a 35° 1

CEstructuras con cajas ligeramente alteradas. Patinas de materia- les 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 (e.g. 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 mujeres).

8° a 16° 4

(b) Desplazamientos de corte menores que 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

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

JEstructuras con rellenos de arcillas expansivas (e.g. 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, M Estructuras con rellenos de desintegrada o triturada y arcillas (ver G, H, J para descripciones del material arcilloso).

6° a 24° 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 para descripciones del material arcilloso).

6° a 24° 13 o 13-20

(5) El coeficiente Jw se calcula en función de la condición de aguas observada en las estructuras del macizo rocoso, en la forma que se indica en Tabla 4. Debe tenerse presente que:

(a) Los casos C a F corresponden a estimaciones muy aproximadas. Se puede incrementar el valor de Jw si se implementan medidas de drenaje (esto debe hacerse con criterio, considerando como estas medidas podrían modificar la condición de aguas).

(b) Problemas especiales asociados al congelamiento de las aguas y la formación de hielo no se consideran.

(6) El coeficiente SRF está asociado al posible efecto de la condición de esfuerzos en el macizo rocoso, y puede considerarse una medida de:(i) La presión causada por el material suelto, en el caso de un túnel que

atraviesa una zona de cizalle o un macizo rocoso arcilloso y de mala calidad geotécnica.

Tabla 4VALORES DEL COEFICIENTE Jw pw es la presión del agua.

Caso Condición pw (MPa) Jw

AU

ME

NT

AN

LAS

INF

ILTR

AC

ION

ES

ATúneles secos o con infiltraciones menores (e.g. 5 lt/min localmente o solo en algunos sectores) < 0.1 1

BInfiltraciones y presiones moderadas, que ocasionalmente causan el lavado del relleno de las estructuras.

0.1 a 0.25 0.66

CInfiltraciones y presiones importantes en roca competente con estructuras sin relleno.

0.25 a 1.0

0.50

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

EInfiltraciones muy importantes y a presión gavilladas por las trona-0.1 duras, pero decaen con el tiempo.

> 1.0

a 0.2

FInfiltraciones excepcionalmente altas con presiones que continúan sin decaer con el tiempo. 0.05 a 0.1

(ii) La concentración de esfuerzos que se produce en la periferia de túneles excavados en macizos rocosos competentes.

(iii) 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, o macizos rocosos arcillosos y expansivos.

SRF se calcula en la forma que se indica en Tabla 5. Debe tenerse presente que:

(a) Los valores de SRF deben reducirse en un 25% a 50% si las zonas de cizalle

relevantessolo influencian el tünel, pero no lo intersectan.

(b) Si el estado tensional medido es muy anisotrópico, entonces:

Si 5 < S1 / S3 < 10 disminuya en un 20% los valores de la resistencia en compresión uniaxial y la resistencia en tracción de la roca intacta, UCS y TS, usados para evaluar SRF.

Si 10 < S1 / S3 disminuya en un 40% los valores de la resistencia en compresión uniaxial y la resistencia en tracción de la roca intacta, UCS y TS, usados para evaluar SRF.

(c) La base de datos del método incluye pocos casos en que la profundidad del techo del tú-nel respecto a la superficie del terreno es menor que el ancho del túnel. Si este es el caso entonces SRF debe incrementarse de 2.5 a 5 (ver H).

El uso del índice Q permite calificar la calidad geotécnica de los macizos rocosos en una escala logarítmica, que varía desde 0.001 a 1000, y considera 9 clases: Macizos de calidad Excepcionalmente Mala (Q < 0.01) Macizos de calidad Extremadamente Mala (0.01 < Q < 0.1) Macizos de calidad Muy Mala (0.1 < Q < 1) Macizos de calidad Mala (1 < Q < 4) Macizos de calidad Regular o Media (4 < Q < 10) Macizos de calidad Buena (10 < Q < 40) Macizos de calidad Muy Buena (40 < Q < 100) Macizos de calidad Extremadamente Buena (100 < Q < 400) Macizos de calidad Excepcionalmente Buena (400 < Q).

Tabla 5VALORES DEL COEFICIENTE SRF

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.

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

10.0

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

5.0

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

2.5

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

7.5

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

5.0

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

2.5

G Macizo rocoso muy fracturado, con estructuras abiertas que definen bloques en forma de cubos (a cualquier z).

5.0

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

UCS/S1 σ0 /UCS SRF

H Estado tensional de magnitud baja, estructuras superficiales abiertas. > 200 < 0.01 2.5

J Estado tensional de magnitud moderada, condición de esfuerzos es favorable. 10 a 200 0.01 a 0.3 1.0

KEstado tensional de magnitud alta, estructuras bien trabadas (usualmente favorable para la estabilidad, aunque puede presentar problemas en las cajas). 5 a 10 0.3 a 0.4 0.5 a 2.0

L Macizo 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

M Macizo 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

N Macizos rocosos que sufren notorios estallidos de roca y deformaciones inmediatas después del desarrollo de la excavación subterránea.

< 2 > 1 200 a 400

(c) Macizos rocosos que fluyen plásticamente (squeezing rock).

O El flujo plástico genera presiones leve a moderadas. 1 a 5 5 a 10

P El flujo plástico genera presiones importantes. > 5 10 a 20

(d) Macizos rocosos expansivos (swelling rock), expansión o hinchamiento debido a reacciones químicas causadas por la presencia de agua.

R El hinchamiento genera presiones leves a moderadas. 5 a 10

S El hinchamiento genera presiones importantes. 10 a 15

z es la profundidad de la excavación subterránea.S1 es el esfuerzo principal mayor in situ

σθ es el máximo esfuerzo tangencial en el contorno de la excavación subterránea.

Respecto a la precisión de la calificación del macizo rocoso mediante el índice Q, puede considerarse lo siguiente:

Calidad Excepcionalmente Buena: 400 < Q < 1000 → ΔQ ≈ ± 100Calidad Extremadamente Buena: 100 < Q < 400 → ΔQ ≈ ± 40Calidad Muy Buena: 40 < Q < 100 → ΔQ ≈ ± 8Calidad Buena: 10 < Q < 40 → ΔQ ≈ ± 3Calidad Regular: 4 < Q < 10 → ΔQ ≈ ± 1.5Calidad Mala: 1 < Q < 4 → ΔQ ≈ ± 0.3Calidad Muy Mala: 0.1 < Q < 1 → ΔQ ≈ ± 0.01Calidad Extremadamente Mala 0.01 < Q < 0.1 → ΔQ ≈ ± 0.005Calidad Excepcionalmente Mala 0.001 < Q < 0.01 → ΔQ ≈ ± 0.0005

4. DESARROLLO PROPIO

4.1.1. CLASIFICACION DE LA MASA ROCOSA.

Para definir las condiciones de la masa rocosa de una manera

sistemática, hoy en día existen criterios de clasificación geomecánica

ampliamente difundidos en todo el mundo, como los desarrollados por

Barton y colaboradores (1974), Laubscher (1977), Bieniawski (1989),

Hoek y Marinos (2000) y otros.

Por su simplicidad y utilidad, presentamos aquí los criterios RMR

(Valoración de la Masa Rocosa) de Bieniawski (1989) y GSI (Índice de

Resistencia Geológica) de Hoek y Marinos(2000), los mismos que se

determinan utilizando los datos de los mapeos geomecánicos

efectuados en las paredes de las labores mineras.

4.1.1. EL CRITERIO RMR DE BIENIAWSKI (1989)

Este criterio toma en cuenta cinco parámetros:

a) La resistencia comprensiva (Rc): de la roca intacta, que

puede ser determinada con golpes de picota o con otros

procedimientos como los ensayos de laboratorio, en el

presente estudio se determino con golpes de picota.

b) El RQD (Rock Quality Designatión): Comprende el cálculo

del RQD en función del número de fisuras por metro,

determinadas al realizar el levantamiento litológico-

estructural (Detail line) en el área o zona predeterminada de

la operación minera.

RQD Determinado en el campo por el área de Geotecnia, en

un tramo longitudinal de pared expuesta

RQD = 100 - ) ג0.1ג ( x (0.1 1 + ג )

Donde: ג = Nro. De Fisuras / Espacio (Span)

RQD Rock mass quality<25% muy pobre

25-50% pobre50-75% normal75-90% bueno

90-100% muy bueno

c) El espaciamiento de las discontinuidades.

d) La condición de las discontinuidades, referidas en este caso

a la persistencia, apertura, rugosidad, relleno y

meteorización.

e) La presencia de agua.

4.1.2. EL ÍNDICE DE RESISTENCIA GEOLÓGICA GSI DE HOEK Y

MARINOS (2000)

En el criterio original se consideran 6 categorías de masas rocosas,

pero para el presente estudio se han considerado 4 categorías, para

compatibilizar este criterio con el criterio RMR y las guías de

clasificación antes presentadas. El Índice de Resistencia Geológica

GSI considera dos parámetros:

a) La condición de la estructura de la masa rocosa: Esta considera

el grado de fracturamiento o la cantidad de fracturas

(discontinuidades) por metro lineal, según esto, las cinco

categorías consideradas se define así:

Masiva o levemente fracturada (LF)

Moderadamente fracturada (F)

Muy Fracturada (MF)

Intensamente Fracturada (IF)

b) la condición superficial de la masa rocosa: involucra a la

resistencia de la roca intacta y a las propiedades de las

discontinuidades: resistencia, apertura, rugosidad, relleno y la

meteorización o alteración. Según esto, las 4 categorías

consideradas se definen así:

Masa rocosa Buena (Muy resistente, fresca) (B)

Masa rocosa Regular (Resistente, levemente alterada) (R)

Masa rocosa Pobre (Moderadamente resistente, leve a

moderadamente alterada) (P)

Masa rocosa muy Pobre (Blanda, muy alterada) (MP)

4.1.3. DEFINICION DE LAS CARATERISTICAS GEOMETRICAS DEL

TAJEO

Con la ayuda del mapeo geomecánico se determina la altura y ancho

máximos permitido por el macizo rocoso, para lo cual se aplica las

siguientes formulas:

Altura de la labor: H = 2 x ESR x Q0.4

Donde: Q = Índice de Barton.

ESR = 1.7 a 5 para labores mineras provisionales.

1.6 para labores mineras permanentes, acueducto para

plantas hidroeléctricas (excepto túneles de alta

presión).

1.0 Para casa de maquinas, túneles carreteros o para

ferrocarriles, refugios de defensa civil.

0.8 Para Plantas nucleares subterráneas, fabricas, etc.

Para determinar el ancho se aplica:

Ancho = K x altura.

Donde: K = 1.3 a 1.5 (caso de Garrosa).

4.1.4. DEFINICION DEL TIEMPO DE AUTOSOPORTE

El tiempo de autosoporte es el tiempo en el cual la excavación se

mantiene estable (no se aprecian deformaciones del macizo rocoso).

Depende de la calidad del macizo rocoso y la abertura de excavación.

Este se calcula aplicando la Tabla de Tiempos de Autosoporte Vs

Abertura, propuesta por Bieniawski. Para su aplicación se necesita

conocer el Índice “Q” o “RMR” y la abertura de la labor.

5. APLICACIÓN

Tipo de Estudio: Se trata de una investigación aplicada del tipo

descriptivo y de corte transversal, toda vez que se planteará algunas

alternativas de solución frente a la problemática de los accidentes

ocasionados por la caída de rocas en la Mina Juan José II.

Población o Universo: La población estará constituida por las

muestras obtenidas del macizo rocoso de la Mina Juan José II, que

permitirán determinar las características de la misma, desde el punto de

vista geomecánico y su condición de estabilidad.

Unidad de Análisis y de Muestra: La unidad de análisis estará

constituida por los datos de campo obtenidos mediante un muestreo

sistemático del macizo rocoso; así como, las pruebas de rebote

realizadas, en lugares donde se ejecutan las labores mineras de

desarrollo, preparación y explotación de la Mina Juan José II.

Instrumentos de Investigación: Los instrumentos de investigación

estarán constituidos por el martillo Schmidt que permitirá realizar las

pruebas de rebote en el macizo rocoso, en las labores mineras de la

unidad en estudio.

Técnicas de Procesamiento y Análisis: Para este caso y casos

similares, se procede del modo siguiente:

Levantamiento litológico estructural del punto elegido, mediante el

método de detalle lineal, determinando las características de las

discontinuidades, rumbo, buzamiento, azimut y dirección de

buzamiento. Así como el relleno, persistencia, rugosidad,

espaciamiento de discontinuidades y presencia de agua.

Mediante la caracterización geomecánicas Q de Barton, se

determina la calidad del macizo rocoso.

5.1 CARACTERIZACIÓN GEOTÉCNICA DEL MACIZO ROCOSO SEGÚN EL GRADO DE

FRACTURAMIENTO Y RESISTENCIA PARA LABORES PERMANENTES

(ACONDICIONADA AL TIPO DE ROCA DE MINERA J&J PUGLISEVICH S.A.C)

5.2 CARACTERIZACIÓN GEOTÉCNICA DEL MACIZO ROCOSO SEGÚN EL GRADO DE

FRACTURAMIENTO Y RESISTENCIA PARA LABORES TEMPORALES

(ACONDICIONADA AL TIPO DE ROCA DE MINERA J&J PUGLISEVICH. S.A.C)

5.3 CARACTERISTICAS GEOMECANICAS DEL MACIZO ROCOSO DE LAS LABORES

PERMANENTES DE LA CONCESIÓN JUAN JOSE II.

ZONA: MINA J JII

NIVEL

LABORDISTANCIA

METROSVETA

TIPO DE

ROCA

RMR

QGSI

MAXIMA ABERTURA

(MTS)

TIEMPO AUTOSOPORT

E

TIPO SOSTENIMIENT

O

ALTURA

ANCHO

4551 CX 188 0.00-78.00 LF/R 70 25 65 11.60 17.4 5.5 MESES B

4551 CX 188 78.00-96.00 F/R 55 10 50 8.04 12.1 25 DIAS C

4551 CX 188 96.00-105.00 LF/R 70 25 65 11.60 17.4 5.5 MESES B

4551 CX 188105.00-114.00 F/P 45 5 40 6.09 9.1 4 DIAS D

4551 GAL 353 0.00-42.00ISABE

L LF/R 70 25 65 11.60 17.4 5.5 MESES B

4551 GAL 353 42.00-55.00ISABE

L IF/R 40 1 35 3.2 4.8 20 HORAS E

4551 GAL 353 55.00-66.00ISABE

L F/P 45 5 40 6.1 9.1 4 DIAS D

4551 GAL 353 66.00-98.00ISABE

L LF/R 70 25 65 11.60 17.4 5.5 MESES B

4551 GAL 353 98.00-125.00ISABE

L F/R 55 10 50 8.04 12.1 25 DIAS C

4551 GAL 353125.00-143.00

ISABEL LF/R 70 25 65 11.60 17.4 5.5 MESES B

4551 GAL 353143.00-155.00

ISABEL IF/R 40 1 35 3.2 4.8 20 HORAS E

4551 GAL 296 0.00-11.00 LUCIA F/P 45 5 40 6.1 9.1 4 DIAS D

4551 GAL 296 11.00-57.00 LUCIA F/R 55 10 50 8.04 12.1 25 DIAS C

4551 GAL 296 57-00-79.00 LUCIA LF/R 70 25 65 11.60 17.4 5.5 MESES B

4551 GAL 296 79.00-98.00 LUCIA IF/R 40 1 35 3.2 4.8 20 HORAS E

4551 GAL 296 98.00-123.00 LUCIA LF/R 70 25 65 11.60 17.4 5.5 MESES B

4551 GAL 296123.00-159.00 LUCIA F/R 55 10 50 8.04 12.1 25 DIAS C

4551 GAL 296159.00-285.00 LUCIA LF/R 70 25 65 11.60 17.4 5.5 MESES B

4551 GAL 297 0.00-46.00 VILMA LF/R 70 25 65 11.60 17.4 5.5 MESES B

4551 GAL 297 46.00-57.00 VILMA IF/R 40 1 35 3.2 4.8 20 HORAS E

4551 GAL 297 57.00-148.00 VILMA LF/R 70 25 65 11.60 17.4 5.5 MESES B

4551 GAL 297148.00-178.00 VILMA IF/R 40 1 35 3.2 4.8 20 HORAS E

4551 GAL 297178.00-250.00 VILMA LF/R 70 25 65 11.60 17.4 5.5 MESES B

4551 CX 324 0.00-16.00 IF/R 40 1 35 3.2 4.8 20 HORAS E

4551 CX 324 16.00-19.00 LF/R 70 25 65 11.60 17.4 5.5 MESES B

4551 CX 324 19.00-142 LF/B 75100 70 20.19 30.3 40 MESES A

4551RP 209

(+) 0.00-12.00 LF/R 70 25 65 11.60 17.4 5.5 MESES B

4551RP 209

(+) 12.00-48.00 LF/B 75100 70 20.19 30.3 40 MESES A

4551RP 209

(+) 48.00-121.00 LF/R 70 25 65 11.60 17.4 5.5 MESES B

4551RP 209

(+)121.00-138.00 LF/B 75

100 70 20.19 30.3 40 MESES A

4551RP 209

(+)138.00-184.00 F/R 55 10 50 8.04 12.1 25 DIAS C

4551 RP 209 (-) 0.00-4.00 F/R 55 10 50 8.04 12.1 25 DIAS C

4551 RP 209 (-) 4.00-60.00 LF/B 75100 70 20.19 30.3 40 MESES A

5.4 CARACTERISTICAS GEOMECANICAS DEL MACIZO ROCOSO DE LAS LABORES

TEMPORALES DE LA CONCESIÓN JUAN JOSE II II.

ZONA: MINA JUAN JOSE II II

NIVEL LABOR VETA

TIPO DE

ROCA

RMR

Q GSIMAXIMA

ABERTURA (MTS)

TIEMPO AUTOSOPORT

E

TIPO SOSTENIMIENT

O

ALTURA

ANCHO

4551 TJ 300S LUCIA MF/R 50 5 45 6.09 9.1 4 DIAS D

4551 TJ 300N LUCIA MF/R 50 5 45 6.09 9.1 4 DIAS D

4551 TJ 119 LUCIA MF/B 60 10 55 8.04 12.1 25 DIAS C

4551 TJ 328 LUCIA MF/R 50 5 45 6.09 9.1 4 DIAS D

4551 TJ 360VILM

A MF/R 50 5 45 6.09 9.1 4 DIAS D

TAJEO METODO CORTE Y RELLENO (REBATIDO)

5.5 TABLA, BASADA EN LA APLICACIÓN DEL INDICE G.S.I. Y SU RELACION CON LOS

INDICES Q Y RMR, ASOCIADO A TIPOS DE SOPORTE DE ACUERDO A LOS

AFLORAMIENTOS ROCOSOS EXISTENTES

TIPO DE LITOLOGIA

INDICE G.S.I. INDICE RMR

INDICE Q

TIPO DE SOPORTE

ABERTURAS MAXIMAS

ANCHO DE MINADO

TIEMPO DE AUTOSOPORTE

CONSISTE EN UN CUARCITAS, PIZARRAS Y ANDESITA PORFIRITICA

LF/B (LEVEMENTE FRACTURADA / BUENA) 75 – 85 40 – 150 A 25 15 40 MESES

LF/R (LEVEMENTE FRACTURADA / REGULAR) 65 – 75 12 – 40 B 15 12 5.5 MESES

LF/P (LEVEMENTE FRACTURADA / POBRE) 55 – 65 5 – 12 C 10 15 12.5 DIAS

F/B (FRACTURADA / BUENA) 65 – 75 12 – 40 B 15 12 5.5 MESESF/R (FRACTURADA / REGULAR) 55 – 65 5 – 12 C 10 10 25 DIASF/P (FRACTURADA / POBRE) 45 – 55 1 – 5 D 6 6 4 DIASMF/B (MUY FRACTURADA / BUENA) 55 – 65 5 – 12 C 10 10 25 DIASMF/R (MUY FRACTURADA / REGULAR) 45 – 55 1 – 5 D 6 6 4 DIASMF/P (MUY FRACTURADA / POBRE) 35 – 45 0.4 – 1 E 5 5 20 HORASMF/MP (MUY FRACTURADA / MUY POBRE) 25 - 35 0.1 – 0.4 F 3 3 3 HORAS

IF/R (INTENSAMENTE FRACTURADA / REGULAR) 35 – 45 0.4 – 1 E 5 5 20 HORAS

IF/P (INTENSAMENTE FRACTURADA / POBRE) 25 – 35 0.1 – 0.4 F 3 3 3 HORAS

IF/MP (INTENSAMENTE FRACTURADA / MUY POBRE) 15 – 25 0.05 –

0.1 G 1.5 3 0.2 HORAS

ZONAS DE CORTE OFALLA.

T/P (TRITURADA / POBRE) 15 – 25 0.05 – 0.1 * 0 3 PRE-REFUERZO

T/MP (TRITURADA / MUY POBRE) 5 – 15 0.01 – 0.05 * 0 3 PRE-REFUERZO

CONCLUSIONES

Comentarios Finales:

Respecto al uso del Índice Q para caracterizar geotécnicamente el macizo rocoso, es conveniente indicar lo siguiente:

A diferencia de otros sistemas de clasificación geotécnica, las tablas para calcular los parámetros que definen Q prácticamente no han cambiado desde la introducción del método en 1974 (en 1993 se introdujo una modificación al parámetro SRF, para permitir el considerar condiciones con riesgo de estallidos de roca (Grimstad & Barton, 1993), y en 2002 se introdujeron cambios menores para mejorar las correlaciones (Barton, 2002)).

El uso de la razón entre RQD y J, para evaluar el tamaño relativo de los bloques que conforman el macizo rocoso presenta los problemas propios del Indice RQD como una medida confiable de la intensidad del fracturamiento (e.g. ver Brown (2002)), lo que pude subsanarse parcialmente si se evalúa el RQD en función del número de discontinuidades por unidad de volumen, Jv, mediante la relación propuesta por Palmstrom (1982):

RQD ≈ 115 − 3 . 3 Jv (2)

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' (e.g. ver Mathews et al. (1980)), el esfuerzo "activo" debe hacerse unitario, ya que el efecto asociado a los parámetros Jw y SRF se incluye en forma explIcita en estos casos. De esto resulta un Indice Q' definido como:

Q=( RQDJ n

)X ( J r

Ja)

(3)

La evaluación del parámetro J, presenta algunos problemas (Brown (2002)): el error asociado a la definición del número de sets estructurales presentes en el macizo rocoso; la idea de "set aleatorio" presenta algunos problemas conceptuales; si bien algunos macizos rocosos pueden presentar 4 o más sets de estructuras, puede ser incorrecto el clasificarlos como muy fracturados si el espaciamiento entre las estructuras es suficientemente grande.

BIBLIOGRAFIA

Barton, N. 2002. Some new Q-value correlations to assist in site characterization and tunnel design, Int J Rock Mech & Mining Sciences, 39(2): 185-216.

Barton, N. 2005. Nuevas correlaciones del valor de Q para su uso en la caracterización in situ y en el diseño de túneles, INGEO TUNELES 9 (editado por C López Jimeno), pp 41-93, Gráficas Arias Montano: Madrid.

Barton, N & Grimstad, E. 2000. El sistema Q para la selección del sostenimiento en el método Noruego de excavación de túneles, INGEO TUNELES 3 (editado por C López Jimeno), pp 27-58, Gráficas Arias Montano: Madrid.

Barton, N.; Lien, R. & Lunde, J. 1974. Engineering classification of rock masses for design of tunnel support, Rock Mechanics, 6(4): 189-236.

Grimstad, E. & Barton, N. 1993. Updating the Q-System for NTM, Proc. Int. Symp. on Sprayed Shot-crete: MODERN USE OF WET MIX SPRAYED SHOTCRETE FOR UNDERGROUND SUPPORT (edited by R. Kompen et al.), Norwegian Concrete Association: Oslo.