Muestreo y Control de Calidad

Mtodos de clasificacin del macizo rocosoGeomecnica Clasificacin de macizo rocosoEl comportamiento de probetas en laboratorio es muy distinto al comportamiento del macizo rocoso, producto de las discontinuidades y planos de debilidad.

Es necesario medir el comportamiento del macizo rocoso

Sistemas de clasificacin de macizos rocososImportancia de la caracterizacin del ambiente a explotarSe debe definir el ambiente de la explotacin minera en las siguientes circunstancias:

En proyectos nuevosEn la planificacin de nuevos sectores en explotaciones existentesProyectos de transicin de rajo a subterrneaCuando se encuentran dificultades en la operacin que signifiquen revisin de parmetros usados en la explotacin minera Impacto de la caracterizacin del ambiente de explotacin en parmetros de diseo Determinacin de mtodo de explotacin

Diseo de excavaciones subterrneas, incluyendo sus dimensiones, formas y requerimientos de soporte y refuerzo

Estudios de fragmentacin la cual determina el espaciamiento de puntos de extraccin y diseo de equipos de manejo de materiales

Diseo del nivel de produccin y refuerzo/soporte necesario

Localizacin de la infraestructura de la mina

Impactos en superficie y en sectores adyacentes en produccin debido a la subsidencia.

Evaluacin de riesgos geomecnicos como lo son explosiones de barro, explosiones de rocas, inestabilidad mayores y explosiones de aire.Datos requeridos durante la caracterizacin del ambiente de la explotacinGeologa

Geologa regional y local de la mina

Forma del yacimiento, tamao y distribucin de leyes

Ubicacin y naturaleza del contacto entre el yacimiento y la roca de caja

Naturaleza de la roca de caja y de cualquier sobrecarga o material alterado

La ubicacin y naturaleza de alteraciones en la roca de caja y mineral

Descripcin de estructuras: fallas, zonas de falla, diques, intrusivos y zonas de pliegue sills and folding Presentacin de unidades geolgicas

Mala caracterizacin

Presentacin de unidades geolgicas ?Buena caracterizacinHidrologa superficial y subterrneaUbicacin de fuentes liquidas superficialesHidrologa superficial, incluyendo recargaRegistro de lluvias

TopografaInfluencia en posicin de infraestructura superficial y accesos, hidrologa y esfuerzos in situDeterminacin de ubicacin de infraestructura civil

Sismicidad y riesgo ssmicoHistoria de sismicidad regionalDeterminar posibilidad de estallidos de roca debido al proceso de cavingDatos requeridos durante la caracterizacin Datos requeridos durante la caracterizacinCaracterizacin geotcnica

Descripcin de discontinuidades mayores tales como fallasDescripcin de dominios estructurales o dominios geotcnicosMuestreo de discontinuidadesMediciones de propiedades fsicas de las unidades litolgicas y de las estructuras que conforman la roca mineral y de cajaClasificacin del macizo rocoso de todas las unidades litologicasPropiedades mecnicas del macizo rocosoMediciones de los esfuerzos in-situLos dominios estructurales son zonas del macizo que tienen homogeneidad en cuanto a las propiedades geometricas y fisicas de las estructurasImportancia relativa de informacin de ambiente minero (Flores & Karzulovic 2003a)

Clasificacin de macizo rocosoLa clasificacin permite escalar propiedades de la roca intacta al macizo rocoso

Varios mtodos:RQD (Rock Quality Designation): mide largo de trozos recuperados mayores a 10 cm, dividido por largo total del testigoRSR (Rock Structure Rating): integra geologa + geometra + aguas subterrneas y condicin de discontinuidadesRMR (Rock Mass Rating): integra UCS + RQD + espaciamiento, condicin y orientacin de discontinuidades + aguas subterrneasMRMR (Modified RMR): agrega esfuerzos in situ e inducidos y efectos de tronadura y alteracin por exposicinQ (Rock Tunneling Quality Index): RQD + nmero de sistemas, alteracin, rugosidad y presencia de agua en discontinuidades + SRF (stress reduction factor)GSI (Geological Strength Index) RQD: Rock Quality Designation Index (Deere et al., 1967)RQD: % del testigo intacto de ms de dos veces el dimetro del testigo.

A partir de testigos de sondajes de al menos 54.7 mm de dimetro.

RQD es un parmetro direccional.

Fracturas por manejo deben ser ignoradas.

RSR: Rock Structure Rating (Wickham et al., 1972)El RSR es un mtodo cuantitativo para seleccionar el soporte apropiado y describir calidad del macizo rocoso. Su valor mximo es 100. Se calcula como la suma de tres valores, que miden respectivamente parmetros geolgicos, geomtricos y de presencia de agua.

RSR = A + B + CA: GeologaOrigen del tipo de roca (gneo, sedimentario o metamrfico)Dureza de la roca (dura, media, blanda, descompuesta)Estructura geolgica (masiva, levemente, moderadamente, intensamente plegada o fallada)

B: Geometra Patrones de discontinuidad con respecto a la direccin del tnelEspaciamiento de fracturasOrientacin de fracturas (rumbo y manteo)Direccin del tnel

C: Aguas subterrneas y condicin de fisurasCalidad del macizo rocoso basado en A y BCondicin de fisura (buena, mediana, mala)Cantidad de flujo de agua

RSRParmetro A

RSRParmetro B

RSRParmetro C

RSREn base al valor de RSR se recomiendan elementos de fortificacin, mediante el grfico siguiente. Estas recomendaciones son puramente empricas. El clculo de los parmetros se presenta en las tres tablas siguientes.

RMR: Rock Mass Rating (Bieniawski, 1976 1989)Combina 6 factores asignndoles puntajes:Resistencia a la compresin uniaxialLaboratorioEnsayo de carga puntual en terreno

RQD: % de recuperacin de testigo de largo > 2 veces el dimetro

Espaciamiento de discontinuidades (se mide en testigos)Se asume que la roca tiene 3 conjuntos de fracturasSe utiliza el sistema ms relevanteRMRCondicin de discontinuidadesDescripcin de aspereza de la superficieMaterial de rellenoUsar el ms liso y desfavorable

Aguas subterrneasFlujo de agua en excavacin subterrnea (si est disponible)Presin de agua en discontinuidadesSe puede usar tambin el testigo

Orientacin de discontinuidadesDepende de aplicacinNo es fcil de determinarCmaras en sondajesMapeo de piquesRMR: Rock Mass Rating (Bieniawski, 1976 1989)

RMR: Rock Mass Rating (Bieniawski, 1976 1989)

GEOTECNIA MINERA UNIVERSIDAD DE CHILERMR: Rock Mass Rating (Bieniawski, 1976 1989)

GEOTECNIA MINERA UNIVERSIDAD DE CHILEEjemplo RMRTnel en granito levemente meteorizado con un set de discontinuidad principal con inclinacin 60 contra la direccin del tnel.

Ensayo de carga puntual entrega valores de 8 MPa y un RQD promedio de 70%. Discontinuidades son levemente speras y levemente alteradas con una separacin de menos de 1 mm. Estn espaciadas cada 300 mm. Se anticipa la presencia de agua durante la construccin del tnel.

Q: Rock Tunneling Quality Index (Barton et al., 1974)Con el fin de entregar recomendaciones en la construccin de tneles (principalmente, en obras civiles), se desarroll este ndice. Q vara en escala logartmica de 0.001-1000

Q = (RQD / Jn) x (Jr / Ja) x (Jw / SRF)

Donde:RQD Rock Quality DesignationJn Nmero de sistemas de discontinuidadJr Nmero de rugosidad de discontinuidadesJa Nmero de alteracin de discontinuidadesJw Factor de reduccin por agua en discontinuidadesSRF Stress reduction factorQAdems, las razones que participan en la expresin de Q, pueden tambin interpretarse:(RQD / Jn) mide tamao de bloques(Jr / Ja) rugosidad y friccin de discontinuidades (resistencia al cizalle entre bloques)(Jw / SRF) parmetros de esfuerzos

Existe una frmula emprica que correlaciona Q con el RMR. sta relacin fue propuesta por Bieniawski:

RMR = 9 log Q + 44

Todos estos mtodos pueden usarse para determinar la estabilidad de las excavaciones y definir la fortificacin necesaria Correlacin RMR vs Q

Q

Q

Q

Q

Q

Q

Q

Q

QQ puede usarse para definir requerimientos de fortificacin: Para ello, es necesario conocer adicionalmente:La luz, dimetro o altura de la excavacinEl ESR (Excavation Support Ratio)

El valor de ESR puede obtenerse de la tabla siguiente y depende de la vida y uso que se le dar a la excavacin. Una vez determinado el ESR y la luz de la excavacin, se puede, con la ayuda del valor de Q, determinar el requerimiento de soporte.Q TABLA ESR

Q ESR (Fortificacin)

Algunas relaciones de intersResistencia a la compresin uniaxial del macizo (MPa)Modulo de deformacin del macizo (GPa)Velocidad de propagacin de ondas P en el macizo

Q - Mdulo Elasticidad Macizo

GSI (Geological Strength Index 1994)La resistencia del macizo rocoso depende de las propiedades de las piezas de roca intacta que lo componen, as como de la posibilidad de que stas roten o se desplacen bajo distintas condiciones de esfuerzo

El movimiento de estas piezas est controlado por su forma y por la condicin de las superficies que las separan

EL GSI introducido por Hoek (1994) y modificado posteriormente es un sistema para estimar la reduccin en resistencia del macizo rocoso para diferentes condiciones geolgicasGSI (Geological Strength Index)Macizo rocoso con bloques (blocky)

GSI (Geological Strength Index)Macizo rocoso esquistoso - metamrfico

GSI (Geological Strength Index)El GSI no es un valor exacto, se trabaja con un rango

Modulo de elasticidad del macizo (Hoek et al, 2002)Razn de Poisson (Karzulovic, 1999)

OBS: Las propiedades del macizo no son aplicables cuando existe un claro control estructural. En este caso importa ms las propiedades de las estructuras.Algunas Relaciones de Inters

Si RMR76 >= 18Si RMR89 >= 23

Para Q de Barton Jw,SRF=1MRMR: Modified Rock Mass Rating (Laubsher, 1977, 1984)Ajusta el RMR para considerar:Esfuerzos in situ e inducidosEfectos de tronadura y alteracin por exposicin de la roca fresca al ambiente

Modificaciones fueron hechas inicialmente para condiciones en minas de block cavingIRMR Laubscher y Jakubec (2000)

Indices (Sistema MRMR)

IRS: Intact Rock Strength

RBS: Rock Block Strength

JS= Joint spacing

JC= Joint ConditionIRSSi la roca es homognea IRS=UCS

Si el macizo es heterogneo, entonces el IRS se calcula con un IRS equivalenteCALCULO IRS y UCS

Ejemplo:Roca competente= 150 Mpa

Roca menos competente= 30 Mpa (45% del volumen total)

UCSdebil/UCSfuerte = 20%37% UCSfuerte= 0,37 x 150 =55 MPaRock Block Strength (RBS)

Bloque homogeneoBloque con fracturas y vetillas

ndice de relleno de discontinuidades (V)FF/ inverso del indice de dureza (V)Ajuste al IRSEjemplo Clculo RBSLos bloques de roca contienen 8 vetillas/m de yeso: IRS= 100 Mpa (dato de probeta de lab)

(Ff/m) / V = 8 x 0,5 = 4

Ajuste vetillas= 0,75

RBS= 0,8xIRSxajuste vetillas = 0,8 x 100 x 0,75 = 60 Mpa

Rating (RBS)= 18

Joint Spacing (JS)

Solo se consideran las estructuras abiertas

Se corrige el valor de JS por estructuras rellenasEjemplo: En un macizo existen 2 sets estructurales abiertos espaciados a 0,7 m (JS=23). Hay un set adicional de vetillas cementadas espaciadas 0,85 m. El valor de ajuste es 90% por lo que JS=0.9 x 23= 21Joint Condition

Mximo JC=40 se ajusta de acuerdo a la condicion de las discontinuidadesEjemplo:Un macizo rocoso contiene un set de estructuras. Estas son curvas, suaves y escalonadas y no tienen relleno y la roca de caja no esta alterada

P(JC) = 40x0,9 x 0,9 = 32EJEMPLO JC

Si hay mas de un set estructural todos los sets son rankeados y con el mejor y peor de ellos se calcula uno equivalenteEjemplo:JC mejor= 36

JC peor= 18 (30% del total)

JC equivalente= 69% x 36 = 25Intact Rock Mass Rating IRMR(Laubscher and Jacubec, 2000)IRMR= RBS + JC + JSIntact Rock Mass Rating (IRMR)Rock Mass Strength (RMS, MPa)

Ejemplo: RMR=40; RBS=6 (rating); RBS=60 MPa

RMS=60 * (40-6)/(75)*=27,2 MPaMRMR

Para diseo:MRMR (rating)= IRMR x factores de ajusteDRMS (MPa) =RMS x (MRMR/IRMR)Ajuste por tronadura y agua

Comparacin de parametrs de entrada en los distintos mtodos de clasificacin geomecnica