1 - 00 keynote - algunos tópicos geotécnicos y su relación con la tronadura

ALGUNOS TOPICOS

GEOTECNICOS Y SU RELACION

CON LA TRONADURA

Manuel Schellman M.

Ingeniero Geotécnico Senior

AngloAmerican

IX JORNADAS DE TRONADURA 2010

FUNDAMENTOS DEL DISEÑO…

SE CONSIDERA LA GEOMECANICA?

PARAMETROS DE ENTRADA Y SALIDA EN EL DISEÑO DE TRONADURA

Tomado de: Atlas Powder Company, 1987

Tomado de: Information Circular 8550

FORMULISMO DE RICHARD ASH 1963

FORMULISMO DE LANGEFORS AND KIHLSTROM

p = degree of packing or density of explosive (kg/dm3),

E = weight strength of explosives,S = spacing (m),B = burden (m),c = Constante de la roca. Cantidad de explosivo para fragmentar 1m3 de roca

f = degree of confinement, 1 for vertical holes and 0.95 for 3:1 inclined holes.

D = diameter of blast hole (mm),

Tomado de: Manual de perforación y Voladura de Rocas. Lopez Jimeno C. 1995

Tomado de: Manual de Tronaduras Enaex

Crushed Zone Model

Tomado de: Optimization of fragmentation and comminution at Boliden Mineral , Aitik Operation. Peter Bergman. 2005 pp. 26

Diseño de precorte

MODELOS

CONCEPTUALES

BASICOS

Tomado de: Tronadura & Geomecánica: Hacia la optimización del negocio minero. Antonio Karzulovic 2001

CONCEPTO DE MACIZO

ROCOSO

Concepto de Macizo Rocoso

Composition

Texture

Minerals

Joint orientation

Joint properties

Joint set geometry(spacing, length

position

Intact rock

Joints

Rock mass

Roca Intacta: Bloques de material no fracturado que existen entre discontinuidades estructurales

El tamaño de los trozos de roca intacta pueden variar entre unos pocos milímetros

a unos cuantos metros

Discontinuidad Estructural: En una roca es cualquier quiebre significativo o fractura que tenga

muy baja resistencia a la tracción. Planos, fallas, diaclasas.

Macizo rocoso: Es la roca intacta junto con las discontinuidades estructurales tridimensionales

PROPIEDADES DE LA

ROCA INTACTA

• Compresion Simple σu = qu

• (Directo) Tension *T0

• (Indirecto) Brazilian Strength, T0

• Resistencia al corte, τ

– En roca intacta

– En planos o discontinuidades

• Compresion Simple σu = qu

• (Directo) Tension *T0

• (Indirecto) Brazilian Strength, T0

• Resistencia al corte, τ

– En roca intacta

– En planos o discontinuidades

ENSAYOS DESTRUCTIVOS

• Ensayos de compresión triaxiales

Cálculo de las propiedades de la roca intacta

1) Realizar ensayos de compresión uniaxial (5 a 10) para

determinar UCS y los módulos elásticos E y ν

2) Realizar ensayos triaxiales para un mínimo de 5 presiones de

Confinamiento, y de modo que se alcance del 40% al 50% de

UCS. Se recomienda repetir a lo menos una vez cada ensayo

(o sea 2 ensayos x cada presión de confinamiento).

3) Utilizar estos resultados para determinar los parámetros del

Criterio de Hoek-Brown. Se recomienda emplear el software

ROCKDATA y usar el método simplex. Deberá verificarse que

Los resultados sean razonables (e.g. mi<36)

LITOLOGIAENSAYO Magnetita Andesita Brecha Diorita Brecha Brecha

Argilizada Volcanica Tectonica Verde2.74 2.52 2.59 2.7 2.66 2.61

Densidad (gr/cc) 0.21 0.16 0.17 0.16 0.145 0.08

2.35 - 3.27 2.24 - 2.88 1.87 - 2.91 2.44 - 3.14 2.37 - 3.04 2.32 - 2.77

35 30 51 15 62 70

3113 3349 3377 3369 4855 3614

Vp (mts/seg) 546 525 318 306 887 797

1911 - 3985 2081 - 4073 2477 - 3966 2699 - 3992 2776 - 5903 2375 - 5605

34 18 23 15 28 34

1861 1944 1987 1965 2845 2119

Vs (mts/seg) 312 299 194 151 585 468

1096 - 2298 1241 - 2328 1454 - 2380 1695 - 2203 1504 - 3897 1375 - 3203

34 18 23 15 28 34

65.44 16.5 41.2 33.6 56.4 50.5

UCS (Mpa) 16.2 3.1 15 3.3 18.4 22.7

39.2 - 81.25 14.3 - 18.6 21 - 58 32.2 - 35.9 34.7 - 83.4 17.5 - 77.5

9 2 8 2 9 6

TriaxialC (Mpa) 7.37 5.1 17.1 5.72 8.25 14.2

φ φ φ φ (°) 45.4 31 39.6 48.4 47.5 48

m 20.59 9.495 8.002 24 20.4 18.7

s 1 1 1 1 1 1

36.1 34.6 36 40.9 34.8 |

Cizalle directo (º) 1.35 1.9 1.39 3.13 2.09 2.34

(Saw cut) 34.50 - 37.83 32.5 - 36.1 34.4 - 37.6 36.02 - 45.26 32.9 - 38.4 32.5 - 39.4

Angulo de friccion 6 3 4 9 5 6

21.2 10.4 25.7 24.01 29.2 27.3

Módulo 9.7 0.71 3.9 1.97 3.9 4.4

Young (Gpa) 8.8 - 35.4 9.87 - 10.87 18.6 - 31.8 22.7 - 25.5 25.3 - 38.6 21.5 - 32.2

12 2 8 2 9 6

0.25 0.25 0.24 0.28 0.25 0.26

Razón 0.03 0.02 0.02 0.013 0.028 0.03

Poisson 0.199 - 0.312 0.238 - 0.263 0.211 - 0.281 0.27 - 0.029 0.21 - 0.29 0.21 - 0.29

12 2 8 2 9 6

5.3 4.3 4.2 7.35 5.23 5.6

TENSION (Mpa) 0.56 0.71 0.58 1.23 1.2 1.69

Ensayo Brasileño 4.37 - 5.84 3.71 - 5.07 3.58 - 4.85 5.49 - 8.53 3.66 - 6.85 4.05 - 8.33

6 3 5 6 6 6

RESUMEN ENSAYOS DE LABORATORIO

NOTA:MadiaDesviacion EstándarMax – MinN°de ensayos

LITOLOGIAPARAMETRO Magnetita Andesita Brecha Diorita Brecha Brecha

Argilizada Volcanica Tectonica Verde

Cohesión (Mpa) 0.52 0.51 0.81 0.88 0.87 0.965

Angulo de Fricción (°) 49 30 38 49 47 49

Densidad (gr/cc) 2.74 2.52 2.59 2.7 2.66 2.61

Módulo Young (Gpa) 10.8 5.9 8.3 12.1 1.3 12.8

Razón Poisson 0.25 0.25 0.24 0.28 0.25 0.26

Tensión (Mpa) 5.3 4.3 4.2 7.35 5.23 5.6

RESUMEN PARAMETROS PARA ANALISIS

EFECTOS DINAMICOS

Arenisca AreniscaA B

Velocidad de Aplicación del esfuerzo

Kg/cm2/seg

Esfuerzo de rotura Kg/cm2

215 220 190 170

Deformación en la falla, d, micras 490 610 460 630

E, Kg/cm2

51 x 104

64 x 104

40 x 104

30 x 104

Arenisca AreniscaA B

Velocidad de Aplicación del esfuerzo

Kg/cm2/seg

Esfuerzo de rotura Kg/cm2

53 80 29 53

Deformación en la falla, d, micras 145 410 370 510

E, Kg/cm2

47 x 104

19 x 104

10 x 104

12 x 104

1.1 1.8 0.5 2.2

Granito

Granito

Ensayos Dinámicos

Ensayos Estáticos

Marmol

Marmol

1.7 x 106

1.4 x 106

1.5 x 106

1.5 x 106

Tomado de: La geomecánica en la perforación y voladura de rocas. Alvaro Correa A. VIII Seminario Internacional de explosivos –Indumil Bogota

COMPARACION DE ALGUNAS PROPIEDADES DINAMICAS Y ESTATICAS

MACIZO ROCOSO Y SU

CARACTERIZACION

METODOS DE CLASIFICACION DE MACIZO ROCOS

Desde comienzo de los años 70 se ha extendido el uso de sistemas de

clasificación geotécnica de macizos rocoso.

Los sistemas de clasificación geotécnica mas usados en la industria minera son:

� Sistema de Laubscher o calificación del macizo rocoso según los índices RMR

y MRMR (Laubscher 1975)

� Sistema de Barton o Indice Q (Barton et al. 1974)

� Sistema de Bieniawski o calificación según el índice RMR (Bieniawski 1973)

� Método del índice de resistencia geológica GSI (Hoek, 1984).

Estos métodos califican el macizo rocoso considerando tres parámetros:

� Parámetro A: La resistencia de los bloques que conforman el macizo rocoso

(resistencia de la roca intacta)

� Parámetro B: La blocosidad del macizo rocoso, definida en forma indirecta

mediante variables asociadas al grado de fracturamiento y/o

espaciamiento de las estructuras

� Parámetro C: La condición de las discontinuidades que definen los bloques y

al mismo tiempo la condición de contacto entre estos.

� El método GSI solo considera los parámetros B y C e ignora el parámetro Aya que la resistencia de la roca es parte de la información de entrada del

criterio Hoek & Brown

RQD METODO DE DEERE 1967

=

SRF

J

J

J

J

RQDQ w

a

r

n

METODO DE CLASIFICACION NGI SEGÚN BARTON (1974)

Rock Quality Designation, RQD

Number of Joint Sets, Jn

Roughness of Discontinuities, J

Discontinuity Condition/Filling, Ja

Groundwater Conditions, Jw

Stress Reduction Factor, SRF

PARAMETRO RMR Rating

-Resistencia de la Roca Intacta (IRS) 0 - 20

-Designación de calidad de Roca (RQD) 0 - 15

-Espaciamiento de Fracturas (JS) 0 - 25

-Frecuencia de Fracturas (FF) 0 - 40

-Condición de las Fracturas (JC) 0 - 40

TOTAL 0 - 100

% AJUSTES MRMR Rating

-Meteorización 30 - 100

-Orientación de las estructuras 63 - 100

-Tensión Inducida 60 - 120

-Tronadura 80 - 100

PARAMETRO RMR Rating

-Resistencia de la Roca Intacta (IRS) 0 - 20

-Designación de calidad de Roca (RQD) 0 - 15

-Espaciamiento de Fracturas (JS) 0 - 25

-Frecuencia de Fracturas (FF) 0 - 40

-Condición de las Fracturas (JC) 0 - 40

TOTAL 0 - 100





-Tronadura 80 - 100





-Tronadura 80 - 100

DETERMINACION INDICE RMR Y MRMR Laubscher 1974

RMR BIENIAWSKI 1973

GSI: GEOLOGICAL STRENGTH INDEX (Hoek 1994)

El GSI, fue desarrollado por Hoek (1994).

Este índice de calidad geotécnica se determina en base a dos parámetros que definen la resistencia y la deformabilidad de los macizos rocosos:

RMS Es la “estructura del macizo rocoso”, definida en términos de su blocosidad y grado

de trabazón.

JC Es la condición de las estructuras presentes en el macizo rocoso.

La evaluación del GSI se hace por comparación gráfica del caso que interesa con condiciones

Típicas, y el mismo puede variar de 0 a 100, lo que permite definir 5 clases de Macizos rocosos:

� Macizos de MUY MALA calidad (Clase V, 0 ≤ GSI ≤ 20).

� Macizos de MALA calidad (Clase IV, 20 < GSI ≤ 40).

� Macizos de REGULAR calidad (Clase III, 40 < GSI ≤ 60).

� Macizos de BUENA calidad (Clase II, 60 < GSI ≤ 80).

� Macizos de MUY BUENA calidad (Clase I, 80 < GSI ≤ 100).

GSI

GEOLOGICAL STRENGTH INDEX

SONDAJE TOTAL TOTAL RMRb GSI

TIPO LITOLOGICO S - 1 S - 2 S - 3 S - 4 S - 5 S - 6 SONDAJES

ANDESITA SUPERIOR 51,5 60,4 50,1 52,4 51,0 53,4 53,1 54,1 60,1 55,1

7,7 9,8 7,3 7,1 6,8 6,5 8,2

39.5 - 75.1 40.0 - 77.7 34.3 - 71.4 35.0 - 75.6 30.8 - 70.8 36.5 - 63.6 30.8 - 77.7

DACITA PORFIDICA 55,2 61,5 52,1 57,2 54,8 58,9 57,4 58,4 64,2 59,2

7,9 8,6 5,9 5,7 6,2 9,5 8,3

38.6 - 73.4 43.7 - 77.3 40.7 - 68.4 47.2 - 70.9 43.0 - 69.8 41.9 - 77.6 38.6 - 77.6

DACITA CUARCIFERA 58 67,1 50,0 53,8 60,8 61,1 66,8 61,8

10,2 7,2 8,5 4,8 10,4

36.2 - 75.3 50.2 - 78.0 32.8 - 60.6 45.6 - 59.4 32.8 - 78.0

DIORITA 52 52 58,1 53,1

INFORMACION DE MAPEO DE BANCOS 7,7

44 - 66

DIQUES 51,1 55,8 49,1 61,8 55,3 54,7 54,7 60,7 55,7

5,7 9,5 9,2 9,6 5,3 9,7

41.9 - 62.2 41.5 - 77.8 21.4 - 72.4 19.2 - 75.3 45.9 - 64.5 19.2 - 77.8

RESUMEN MAPEO RMR

CLAVE: PromedioDesv. Estand.Rango

ESCALAMIENTO DE

PROPIEDADES

RESISTIVAS

Para usar el criterio Hoek-Brown para la estimación de la resistencia

de un macizo rocoso fracturado, se deben estimar tres propiedades:

1) La Resistencia a la Compresión Uniaxial σci de un trozo de roca

intacta

2) El valor de la constante Hoek-Brown mi para la roca intacta

3) El valor del Indice de Resistencia Geológica GSI para el macizo rocoso

Una vez que se haya estimado el GSI, se pueden calcular los parámetros

que describen la resistencia del macizo rocoso de acuerdo al siguiente

Formulismo (Hoek et. Al 1988)

Criterio de falla Hoek –Brown (macizo rocoso Hoek et. Al 2002)

PARAMETRO D

El espesor D de la zona de daño por tronadura dependerá del diseño de la tronadura.

La siguiente aproximación puede ser usada como punto de partida:

�Grandes tronaduras de producción, confinada y poco o ningún control D = 2.0 a 2.5 H

�Tronadura de producción controlada y con cara libre D = 1.0 a 1.5H

�Tronadura de producción, confinada y con algún control una o mas fila buffer D = 1.0 a 1.2H

�Tronadura de producción, con algun control una o mas filas buffer y cara libre D = 0.5 a 1.0H

�Tronadura de producción cuidadosamente controlada con cara libre D = 0.3 a 0.5H

PARAMETROS CLASIFICACIÓN PARAMETROS ROCA INTACTA MACIZO ROCOSO MACIZO ROCOSO

UCS σc (Mpa) 200 UCS σc (Mpa) 40

GSI 65

Cohesión C (Mpa) 28 Cohesión C (Mpa) 2.303

Angulo fricción Interna φ (°) 54 Angulo fricción Interna φ (°) 62

mi 12 mb: 2.515 s: 0.0113

Tomado de: Estimating Rock Mass Strength using the Hoek-Brown Failure Criterion and Rock Mass Classification. Jonny. Sjoberg. 1997 pp. 14

Validación y bases para la aplicación del criterio H & B

� El criterio de falla H-B es el criterio mas ampliamente usado para determinar

la resistencia de macizos rocoso fracturados, independientemente de su

falta de base teórica y la limitada cantidad de datos experimentales.

� Solamente un tipo de roca (Panguna Andesite) fue ensayada sin embargo,

la comunidad geomecánica gustosamente ha adoptado estas ecuaciones

aproximadas desarrolladas por Hoek y colaboradores.

� Este es un hecho sorprendente el que fue notado por Hoek (1994b) quien

solamente intentaba generar un criterio para ser usado en forma preliminar

en la estimación del macizo rocoso


� Probablemente la aparente falta de un criterio que permitiera determinar

los parámetros del macizo rocoso fue lo que generó la gran aceptación

del Critero H & B

� Actualmente no se dispone de muchas alternativas para el diseño práctico

en mecánica de rocas.

� El concepto de envolvente de falla parabólica similar a la que se genera en

ensayos de roca intacta, hace que la aplicación del criterio H & B se vea

como muy razonable, aun cuando no hay muchos datos prácticos que avalen

esto en un macizo rocoso.


�El amplio uso del criterio de falla H&B no ha sido complementado con igual

cantidad de esfuerzos para verificarlo

�Se han reportado muy pocos casos en los cuales la aplicación del criterio

H&B ha sido verificado contra observaciones reales de fallamientos en

terreno

�Aparentemente la comunidad ingenieril ha estado muy ocupada aplicando

el criterio de falla H&B sin tomarse el tiempo para validarlo apropiadamente

GRACIAS

1 - 00 keynote - algunos tópicos geotécnicos y su relación con la tronadura

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