MINISTERIO DE INDUSTRIA Y ENERGÍASECRETARIA DE LA ENERGÍA Y RECURSOS MINERALES

INVESTIGACION GEOMECANICA DEDEFORMACIONES GRANDES Y SU CAUSALIDAD

Y DISEÑO DE LABORES MINERASBAJO LAS MISMAS

Vol ll B - ANEXOS

INSTITUTO GEOLOGICO Y MINERO DE ESPAÑADiciembre 1983

009 . _

ANEXO 3

ENSAYOS IN-SITU DE DEFORMABILIDAD CON

EL DILATOMETRO (BOREflOLE DEFORMATION

GAGE) (BHD )

3.1.- SITUACION DEL ENSAYO

En la Fig. 1 , podemos observar la situación geométricade la galería en muro ( roca ), centro de los problemas de estabilidad que han generado este proyecto de investigación , y como ,para alcanzar las formaciones geológicas en que se encuentra ubicada, es necesario realizar un sondeo en el culatón intermediodel piso 325 del pozo S. José, a una distancia de 16.15 m de laentrada a dicho culatón (orientado N-S), a partir de la galeríaen capa ( aproximadamente E-W) que vemos en la figura, y que seencuentra encajada en la capa Cervantes Norte (CCN) de unos -1.70 metros de potencia.

Un sondeo vertical a esa distancia y de unos 25-30metrosde produndidad nos permitiría alcanzar la zona que deseamos estudiar y en la que se encuentra la galería en roca del muro.

3.2.- COLUMNA GEOLOGICA DEL SONDEO

Para la determinación de las características mecánicas -de los materiales del muro de la capa Cervantes Norte, así comopara alcanzar la zona de la galería en roca del muro, se reali-zó un sondeo de 76 mm 0 vertical y de 31.50 m de profundidad.

La columna del sondeo así como sus recuperaciones aparecen en la Fig . 2. Las zonas con asteriscos son zonas de muy mala recuperación y de inestabilidad del sondeo por lo que hubo

- 1 -

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SONDEO 1(BHD)

RECY►ERAGON

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Figura ns 2

r.n.REcuPERAC*ON

0% 22% 50% 75% 100%

22

ESCALA 1/100

32

- 4 -

Figuro n! 2 { oont. )

ANEXO - FIGURA 2

DESCRIPCION LITOLOGICA DEL SONDEO 1.

BHD (BOREHOLE DEFORMATION GAUYE )

0 - 1.20 m ............ Lutita arenosa compacta con pe-queños niveles de areniscas.

1.20 - 2.45 m ............ Lutita poco arenosa con siderosa compacta.

2.45 - 6.50 m ....... ..... " Capa". Cinco niveles de lutitasy una zona de carbón en la base.

6.30 - 9.10 m ............ Lutita rota y muy fina. Superficies satinadas y en el contactocon el carbón 45 cm de lutita -compacta.

9.10 - 11.40 m ............ Lutita masiva arenosa.

11.40 - 12.60 m ............ Arenisca fina a muy fina masiva

12.60 - 13.40 m ............ Lutita arenosa.

13.40 - 14.90 m ............ Lutita fina compacta y bien e stratificada casi lajosa.

14.90 - 16.60 m ............ Lutita masiva y poco arenosa.

17.20 - 19 m ............ Lutita fina y muy rota.

19 - 22 m ............ Lutita poco arenosa y masiva.

22 - 25.10 m ..... ....... Lutita fina y muy rota.

25.10 - 26.10 m ............ Lutita masiva y poco arenosa.

26.10 - 26.40 m ............ Zona carbonosa.

26.40 - 31.50 m ............ Lutita fina y muy rota.

- 5 -

que cementar al llegar a esas cotas. También se señalan zonasen donde se realizaron medidas con el dilatómetro. En cada cota la medición es doble, girando el dilatómetro 22.5x, lo cualpermite darnos información sobre las características de aniso-tropía de los materiales existentes . La prueba 4 tuvo que repetirse, por lo que el total de ensayos a las 7 cotas de profun

didad fue de 7 cotas x 2 ensayos + ensayo 4 (repetido) = 15 en

sayos.

3.3.- EQUIPO DE ENSAYO

El dilatómetro es un aparato que permite efectuar ensa-

yos de deformabilidad en sondeos NX, de diámetro pertenecientes

al intervalo entre 76 y 79 mm . Consta esencialmente, de una ca

misa de goma que envuelve un cilindro metálico bastante rígido

y que, por medio de agua bajo presión, se adapta al taladro en

la región de macizo cuya deformabilidad se pretende evaluar. La

variación del diámetro del taladro provocada por la presión del

agua introducida entre la camisa y el cilindro es medida según

cuatro direcciones desfasadas 45Q, por el desplazamiento de cua

tro pares de palpadores ligados a transductores diferenciales.

(Fig. 3).

Los transductores diferenciales de inducción utilizados

en las unidades empleadas en este estudio son un conjunto forma

do por un oscilador alimentado por corriente continua y un trans

formador diferencial ligados a dos circuitos secundarios.

El oscilador convierte la corriente continua de alimenta

ción en corriente alterna de excitación del primario del trans

formador, en la dependencia del núcleo magnético en el interior

del transductor se desenvuelven tensiones inducidas en los dos

secundarios del transformador , cada uno de los cuales está inte

6 -

grado en un circuito secundario, los dos circuitos secundarios

iguales, están conectados en serie-oposición. Cara a este monta

je, la tensión continua de salida del transformador es propor-

cional al desplazamiento del núcleo en relación al centro eléc

trico del transductor.

Los desplazamientos de la pared del sondeo en ensayo,que

la camisa bajo presión hace acompañar por los palpadores se tra

ducen en desplazamientos relativos del transductor y del respec

tivo núcleo.

La sensibilidad media de un transductor en un intervalo

dado es la relación A n de la variación del desplazamiento -

diametral relativo AS de los respectivos palpadores con la dife

rencia de lecturas ¿n que define el intervalo. A fin de deter

minarse las sensibilidades de los transductores utilizados en

los ensayos en cuestión, se procedió , siempre que hubo mudanza

de transductores, o de longitud de los núcleos a operaciones de

calibrado conducidas en el dominio de las lecturas medias efec

tuadas. (± 1 mm).

3.4.- LOCALIZACION DE LOS ENSAYOS

Los ensayos de dilatómetro fueron efectuados en un únicosondeo que alcanzó cerca de 31,5 m de profundidad.

Las profundidades de ensayo y los tipos de roca estudia

dos fueron los siguientes:

2,0 m - Lutita arenosa5,0 m - Carbón

10,5 m - Lutita masiva12,0 m - Arenisca fina masiva

15,5 m - Lutita masiva20,5 m - Lutita masiva

23,5 m - Lutita fina y rota

7 -

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\=EL cum \_eR 1LL1ET ! ?► rg ano755A50

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FIG. 3 -

8 -lNEC - proc.45/1/6936

3.5.- TECNICA DE LOS ENSAYOS

La técnica de ensayo utilizada consistió en introducirel dilamómetro hasta la profundidad deseada, aplicando ensegu ida cuatro o cinco ciclos de carga y descarga de acuerdo con larepetitividad de los ciclos.

En las profundidades de 2,0; 10,5; 12,0; 15,5; y 20,5 m

se hicieron lecturas en el primer ciclo de carga a las presio

nes de 5, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 y 100 Kg/cm2, esta

secuencia de lecturas fue mantenida en los ciclos siguientes tan

to en la carga como en la descarga.

A 5,0 m de profundidad las lecturas fueron hechas de 2

en 2 Kg/cm2, desde la presión mínima de 2 Kg/cm2 hasta la pre

sión máxima de 16 Kg/cm2. A 23,5 m de profundidad la secuencia

de lecturas fue en todos los ciclos 5, 10, 15, 20 , 25, 30 y 40

Kg/cm2.

Los desplazamientos fueron leidos según cuatro direccio

nes a 45Q, coincidiendo la dirección con el eje del culatón.

Así mismo a cada cota de medida el ensayo se duplicó, re

pitiéndolo girando el dilatómetro 22.5Q con el fin de definir -

la anisotropía del terreno.

3.6.- MODULO DILATOMETRICO

Cada lectura expresa en divisiones , registradas durante

los ensayos , corresponde a la variación del diámetro sufrido por

el sondeo en la dirección considerada.

En cada punto ensayado y para cada dirección, se tomaron

- 9 -

los puntos correspondientes a las presiones mínimas, en que seadmitió haber un ajuste perfecto de la camisa a la pared del sandeo y los correspondientes a las presiones máximas aplicadas yse calculó el módulo dilatométrico por la fórmula:

apEd = D ( 1 + v)

OS

en que

Ed = Módulo dilatométrico, en Kg/cm2

D = Diámetro del taladro , en el caso presente 7,6 cm.

v = Coeficiente de Poisson , igual a 0,2

p = Diferencia entre las presiones final e inicial, enKg/cm?.

S = Diferencia entre los desplazamientos final e inicialen cm.

Se debe notar que el establecimiento de esta ecuación se

apoya en las condiciones de homogeneidad , elasticidad y no rotu

ra de las paredes del taladro durante el ensayo . Dado que, ge

neralmente , una o más de estas condiciones no se verifican, se

prefiere la designación de módulo dilatométrico en vez de módu

lo de deformabilidad , dado que generalmente no es este el valor

medido en el ensayo . Como en el caso presente el estado de ten

sión interno del macizo es elevado , la última condición fue sa

tisfecha , por lo que los valores del módulo dilatométrico se de

ben aproximar mucho a los del módulo de deformabilidad de la ro

ca, hipótesis esta confirmada por los ensayos uniaxiales de -

probetas de roca del local ensayados.

3.7.- RESULTADOS DE LOS ENSAYOS

3.7.1.- Módulos Elásticos

En el sondeo vertical ensayado los valores del módulo di

- 10 -

latométrico varían entre 3.300 Kg/cm2 en el carbón y 209.000Kg/cm2 en la arenisca , - mostrando una gran variación de deformabilidad a lo largo del sondeo. Los resultados de estos ensayos, están inscritos en la tabla I y los diagramas de presio-nes-desplazamientos radiales son las constantes de las figuras3 a 9.

Los diagramas presentan un rodar normal , sin indicaciónde fisuras durante el ensayo. Algunas anomalías verificadas corresponden al ajuste de los palpadores a la pared del taladro.

Podemos pues definir de acuerdo a estos resultados los -

siguientes datos referentes a los Módulos de Deformación de los

materiales del sondeo 1.:

- Lutita tableada ( techo) .... E = 75,500 Kg/cm2 = 1.1 x 106psi.

- Carbón (antracita) ......... E = 3.300 Kg /cm2 = 0.5 x 105 psi.

- Arenisca (Muro ) ............ E = 200.000Kg/cm2 = 3.0 x 106 psi.

- Lutitas masivas (Muro ) ..... E = 150.000Kg/cm2 = 2.2 x 106 psi.

- Lutitas muro ( fracturadas ) . E = 26.500Kg/cm2 = 0 . 4 x 106 psi.

De ellos se desprende que tanto las lutitas ( pizarras) -

presentan valores muy normales para este tipo de roca , en espe

cial las masivas, que presentan buena consistencia.

Las tableadas disminuyen su módulo por sus caracteristi

cas estructurales lógicas, mientras que las más profundas pre-

sentan curiosamente valores francamente bajos para este tipo de

roca.

En profundidad las lutitas parecen presentar caracterís

ticas mucho más deformables, lo cual es significativo dado que

es a esta profundidad donde se encuentran los materiales de las

galerías en roca del muro.

- 11 -

Las areniscas presentan valores normales y el carbón valores también muy bajos para este tipo de mineral ( antracita),probablemente debido a su alto grado de fracturación, generadopor el fuerte plegamiento y esfuerzos tectónicos inherentes alfondo del sinclinal en donde nos encontramos.

3.7.2.- Anisotropias

En cuanto a anisotropia de los materiales los ensayos -nos detectan claramente, una mayor deformabilidad de las lutitasdel techo en dirección de capa que perpendicular a la misma, enuna relación de 2 a 3. Igualmente se aprecia esta misma aniso

tropia, en el carbón , aunque no de forma tan significativa.

En la arenisca es más isótropa, aunque presenta de for

ma muy constante una ligera mayor deformabilidad en dirección

perpendicular a la capa.

Las lutitas masivas presentan también anisotropía,con ma

yor deformabilidad generalmente en dirección perpendicular a la

estratificación.

Las lutitas de fondo ( rotas ) presentan unas caracteristicas bastante isótropas , debido a que su alto grado de fracturación, eliminan la propia anisotropia que podrían tener por es-tratificación.

3.7.3.- Comportamientos Plásticos

En los ensayos de carga y descarga realizados en las prue

bas con dilatómetro, queda patente ( Fig. 3 a 9 ), como existen -

dentro de las formaciones ensayadas, algunas con fuertes compor

tamientos plásticos , como corresponde a las pizarras de fondo

- 12 -

con fuertes deformaciones permanentes e irrecuperables.

De forma semejante los materiales de techo presentan una

cierta plasticidad así como el carbón (antracita) aunque en una

escala mucho menor que la desarrollada por las pizarras plásti

cas de fondo.

- 13 -

TABLA I

RESULTADO DE LOS ENSAYOS CON DILATOMETRO.

Prof. Tipo de Ciclo DIRECCION MediaValor

(m) Roca del MedioA B C D Ciclo

1 133 109 60 , 8 43,0 70,92 140 106 61,0 55,5 78,42,0 Lutita 3 148 114 55,5 54,5 77,1 75,5

4 161 116 56,6 56,3 79,6

1 3,27 4,45 2,65 2,28 2,982 3,53 4,68 2,95 2,55 3,265,0 Carbón 3 3,72 4,84 3,22 2,78 3,49 3,30

4 3,79 4,78 3,27 2,81 3,53

1 107 124 182 - 131Lutita 2 117 120 203 174 145

10,3 Masiva 3 135 133 182 166 151 1454 144 129 184 156 1515 142 133 170 152 148

1 152 155 249 - 1762 182 221 255 261 225

12,0 Arenisca 3 166 166 222 281 199 2074 228 228 241 - 2325 178 192 248 261 214

1 166 - 103 96,0 115

15,5 Lutita 2 156 - 101 96,0 112 112Masiva 3 148 - 100 93,5 109

4 152 - 98,6 101 113

1 143 162 184 - 161Lutita 2 159 208 206 289 205

29,5 Masiva 3 166 203 206 279 206 1934 182 203 222 248 2115 149 203 201 222 189

Lutita 1 12,0 9,10 8 , 18 12,4 10,12 45,0 19,7 19,0 28,5 24,9

23,5 fina y3 39,9 21,9 21,7 32,6 27,1

26,5rota

4 35,9 22,3 22 , 8 34,7 27,5

Módulos dilatométricos en 103 Kg/cm2LNEC - Proc. 45 / 1/6936 Gelería

. Culatón

° ce

I14

TABLA 1 (cont.)

2 si MEDICION

Prof. tipo de Ciclo DIRECCION Media Valor(m) Roca del

A B C D Cicla Medio

1 139 108 60,4 43,1 70,82 146 100 61 ,0 55,5 78,22,0 Lutita 3 144 115 55,2. 54,6 77,4 75'

4

4 166 112 56,3 56,4 79,1

1 3,22 4,48 2,67 2,20 2,992 3,54 4, 64 2,96 2,52 3,285,0 Carbón 3 3,77 4,89 3,22 2,74 3,49 3,33

4 3,79 4,75 3,29. 2,83 3,50

1 106 122 180 - 133Lutita 2 116 124 209 176 144

10,5 Masiva 3 134 138 180 164 156 14.44 142 129 181 153 1555 143 131 171 152 142

1 154 152 249 - 1722 184 223 258 266 222

12,0 Arenisca 3 168 165 223- 285 192 2064 229 227 242 - 2325 170 198 241 261 212

1 162 - 102 96,3 114Lutita 2 153 - 104 96,2 112

13,5 Masiva 3 145 - 108 93,1 103 112-

4 154 - 98,6 104 111

1 142 166 187 - 162Lutita 2 154 207 208 283 204

29,5 Masiva 3 166 205 209 274 205 1924 188 203 224 246 2185 142 202 202 228 189

Lutita 1 12,1 9,11 8,14 12,6 10,22 45,2 19,5 19,9 28,4 24, 4

23,5 fina y 3 39,3 21,6 21,0 32,6 278 26,4rota 4 35,4 22,8 22,2 34,3 27, 9

Módulos dilatométricos en 103 Kg/cm2LNEC - Proc. 45/1/6936 Gelería

Culat6n

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- 15 -

ENSAIOS COM DILATOMETROCICLO CARGA DESCARGA

Proc! 4511 1 6936SERVICO DE BARRAGENSDIAGRAMAS DE CARGA 22 FIG. 3

DIVISÁO DE FUNDA OES ROCHOSASFuro Prolundidade 2,0 m

Local pePíarroya 3-4=

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Oelormag6es rediais no tongo de cada direcgoo medido 6(1.1

ENSAIOS COM Ull_A10METRO CICLO CARGA DESCARGA

SERVICIO DE BARRAGENS Proc ; 45/1 1 6936 te

DIVISAD DE FUNDACOES ROCHOSASDIAGRAMAS DE: CARGA

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Detormatóes radiais ao tongo de cada direccilo medida 61►1'

ENSAIOS CON DILATOMETROCICLO CARGA DESCARGA

SERVICO DE BARRAGENS Procl 4511 1 6936 1=DIAGRAMAS DE CARGA y! FIG.DIVISÁO DE FUNDAC1)ES ROCNOSAS Local peflarroya 3.

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Deformatóes rodiois ao tongo de cada direccóo medida 6 l il

ENSAIOS COM OILATÓMETROCICLO CARGA DESCARGA

SERVICO DE BARRAGENS Proc) 4511 T 6936 IsDIAGRAMAS DE CARGA 2_ FIG.6

DIVISÁO DE FUNDA1OES ROCHOSAS Local PeBarroya 3 2.j Furo Profundidude 12, 0 m4!

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Delormacóes rodiais ao tongo de cado direc40o medido 6 111)

ENSAIOS COM DILA10METRUCICLO CARGA DESCARGA

SERVI f O DE BARRAGENS Proc = 45/1 / 6936 ¡.DIAGRAMAS DE CARGA 2= FIG.

DIVISAO DE FIJNDACOES ROCHOSAS Local Peflarroya 3=Furo Prolundidade 15.5 m

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Delormacóes rodiois no tongo de cada direclúo medida 6111

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SERVI(O DE BARRAGENS Proc: 45111 6936DIAGRAMAS DE CARGA 2! FIG 8

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Delormac ies radiara ao tongo de cada direccóo medido 61111

ENSAIOS COM DIIATOMETROCICLO CARGA DESCARGA

SERVICO DE BARRAGENS Proc! 4S/1 1 6936 TtDIAGRAMAS DE CARGA y! FIG.9

DIVISAD DE FUNDACOES ROCHOSAS Local PeFlarroya 3.Furo Protundidode 23 , 5 m

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Oetormag es rodiois no longo de cada direcSóo medido 611U

ANEXO 4

ANALISIS LABORATORIO

(RESISTENCIA, SONIC, COHESION,

FRICCION, DENSIDAD, RAYOS X )

4.1.- INTRODUCCION

Las probetas se tomaron de un conjunto de sondeos mine

ros realizados por ENCASUR en las proximidades del pozo S. Ra

fael, orientados al estudio de viabilidad de las cortas S. Ri

cardo y Castellana - Langreo.

De los análisis réflejados inicialmente en el proyecto

(320); se han realizado sobre 161 muestras, ensayos de resisten

cia uniaxial, corte y sónico con un total de 483 ensayos, más -los análisis mineralógicos , no previstos; y análisis de fluen

cia de duración doble a la inicialmente considerada y que se reseñan más adelante.

4.2.- ESQUEMA GENERAL

Los ensayos de laboratorio realizados sobre los testigos

recogidos fueron:

- Determinación de Densidad aparente

- Velocidad Sónica

- Ensayo de Carga Puntual ( para conocer la resistencia a

compresión simple equivalente)

- Resistencia al corte a través de discontinuidades

- Mineralogía

Los ensayos se realizaron en los laboratorios de ADARO.

- 1 -

4-.2•.1.- Determinación de Densidad Aparente

La densidad aparente de areniscas , pizarras , lutitas ydiabasas es del orden de 2.45, 2.50 y 2.55 t/m3, respectivamente, con ligeros aumentos con la profundidad en el caso de areniscas y pizarras y una cierta disminución en las diabasas. Sepuede asignar al conjunto de rocas de caja una densidad naturalmedia de 2.4 T/m3.

4.2.2.- Resistencia a la Compresión Simple

Estas se han obtenido a partir de ensayos de carga pun-tual, realizándose 86 roturas sobre testigos tanto en sentido -diametral como axial.

Para las pizarras - lutitas la compresión Uniaxial equ ivale a 500-550 Kg/cm2 en dirección perpendicular a los planos -de estratificación y 250- 300 Kg/cm2 en dirección paralela a laestratificación.

En las areniscas, los valores son más homogéneos pudiendo alcanzar los 750 Kg/cm2, si bien, el valor medio es de 250-300 Kg/cm2.

Las diabasas , llegando a 900 Kg /cm2, ofrecen promediosde 200 Kg/cm2, dado su frecuente empobrecimiento con carbón o p izarras carbonosas.

4.2.3.- Velocidad Sónica

En las lutitas varía entre 2.000 y 3.000 m/seg, casi independiente de la profundidad. Para las areniscas oscila entre1.500 y 3.900 con escasa influencia de la profundidad, y para

- 2 -

RESISTENCIA ALCORTE

SONDEO MUESTRA DESCRIPCION APARENTE Q. EQUIV. ' VELOCIDADNo tn/m3 kg/cm2 ONDAS CR tnlmZ 0 R/Grados

P wjua,

32,40 Pizarra - 39 - 1,3 1136.80 2.572 3,8 - - -45,50 Arenisca 2.771 16 ,7 3.326 - -

SRA-18 38,75 Pizarra 2.662 277 2.750 - -SRA-19 57,60 Arenisca 2 .657 36,7 - - -

85,30 Pizarra 2.564 117 - - -91,00 2.610 246 - 2,0 40093,40 2.682 108 - - -95,40 " 2 .673 10 2936 ' - -99.80 " 2 .6 10 41 - - -102,10 2 .625 15,6 - - -

SRA-21 18,60 2 .695 345 - - -72,40 2 .674 91 2914 - -

SRA-22 2450 Conglomerado 2.826 262 5.146 - -36 AO " 2.709 74 1230 - -51,70 Arenisca - 161 - - -53,10 Pizarra 2822 37 - - -6025 " 2.768 405 1818 - - -82,35 2.746 317 3 .100 ' - -85 0) 2563 8,2 - - -

SRA-23 30,20 2.528 12 - - -30.50 2 .649 27 2 .664 ' - -45,00 2 .634 41 3229 - -57,60 " 2.627 270 2.708 - - -79,70 " 3.535 525 2293 - -

SRA-24 1550 Arenisca 2.447 52 1.730 - -25,90 Pizarra 2.611 1 .078 - 1,2 18036,00 Arenisca 2.623 34 - 1,8 160

SRA-32 1 ,70 2.520 9 2.271 - -3,00 Microconglom . 2353 548 - - -5,50 2.616 16 2.750 - -6,70 Arenisca 2.587 18 - 1,8 4607,70 Pi zarra 2.550 244 - - -

SRA-33 26 ,65 - 165 - - -SRA-36 2 ,10 2548 4 - - -

5,35 " 2 .634 6 1.076 ' - -15,00 2.888 2 - 2,0 33021,60 Arenisca 2,788 582 3.529 2,3 19026,10 2560 8 3.040 0,5 35031,40 2.656 12 3.034 - -39,15 Pizarra 2.569 2 2.454 • - -45,75 2564 65 3.780 0,4 32053,10 2552 12 1.706 0,8 200

- 3 -

RESISTENCIA ALCORTE

SONDEO MUESTRA DESCRIPCION APARENTE G. EQUIV . VELOCIDADNo tn/m3 kg/cm2 ONDAS CR tn/m2 m R/Grados

P m/sq.

SRA-2 45,30 Conglomerado 2.749 6980 4800 - -SRA-3 27 ,00 Arenisca 1932 4885 2.700 - -

49,50 2.571 764 2.520 - -62,00 2.697 2540 2.770 - -

SRA-7 15 ,00 Conglomerado 2367 111 1 3.600 - -28,00 Pizarra 2.756 457 - - -33,75 Conglomerado 2,832 97 2.100 - -38,50 Pizarra 2.748 37 3.000 - - -45,00 2255 384 1700 - - -52,00 Arenisca 2811 16 2300 - -57,70 Pizarra 2.429 112 2 .700 - -64,00 2.780 3 ,6 2.000 - - -

SRA-8 26 .50 2.742 10 2.200. - - -SRA-10 . 15,00 " 2 .655 66 - - -

19,00 " 2.721 474 2.900 - - -39,00 2.790 64 2.400 - - -49,00 " 2.770 345 - - -

- -SRA-13. 20,55 " 2 .665 126 2.30024,00 Conglomerado 2.727 12 3.700 - -31,54 Pizarra 2.774 18 2.000 - - -45,57 " 2.757 214 3200 - - -50,95 2.774 14 2.400 - - -

SRA-15 15,00 2570 55 1923 - - -29,55 2758 4 2200 - -38,00 2200 55 2330 • -46,30 2840 40 - - -47,60 Arenisca 2.716 167 2.987 - -52,15 ( A) Conglomerado 2.689 10 3900 - -52,15 ( 8 ) Idem+ Pizarra 2.684 78 3.300 - -52,15 (C ) Conglomerado 2.744 1.155 3.100 - -71 20 Arenisca 2.776 145 3.100 - -78,00 Pizarra 2.770 25 3.400 - - -

- -83,55 Conglomerado 2530 244 3.500SRA-16 9 ,64 Arenisca 2.562 43 2.140 - -

29,00 Pizarra 2.314 216 2 .628 0,5 23040,00 2.595 450 2 .000 - - -43,00 - 231 - - -

SRA-19 55,25 2307 5 2 .700 -' - -66.50 Conglomerado %360 127 4300 - -74,80 Arenisca 2.771 80 3.400 - -81,00 Pizarra 2.754 10 - - -105,60 2.793 5 -

__ -" RA-17bi 8,00 Arenisca 2.460 3 1.577 - -30,25 Pizarra - 2,6 - -

- 4 -

MUES-Q EQUI- VELOCI•

URABILIOAORESISTENCIA AL CORTE

SONDEO DESCRIPCION APARENTE VAYENTE* DADONDASTRA (tn/m3) (kg/em2i P (m/ss+gi CR 0R (grados)

SCE 19 1020 Pizarra 2.463 41814,77 Pizarra 2,417 97 2.14348,50 Pizarra 2,478 237 2.030 963080,26 Diabasa y carbón 2,443 3.5468950 Arenisca 2,569 1.980 0 32

SCE 21 25,94 Arenisca 2.467•29,15 Pizarra 2.318 76 1.05032,91 Arenisca 17752,60 Pizarra 2,8 27,558,92 Pizarra 2.547.60.64 Pizarra 6965,88 Pizarra 4,2 11

SCE 22 17,40 Pizarra 2,364 2322,47 Pizarra 2.318 293 3.15026,00 Arenisca 2,488 253 2.727 2,1 3729,00 Pizarra 87,8031,50 Pizarra 2.41537,80 Arenisca 2,605 463 3.990 0,1 4341,30 Pizarra 2.50858,15 Arenisca 191761,00 Pizarra 6464,00 Pizarra 197177,86 Diabasa 2.162 2950'

SCE27 18,00 Pizarra 2.593 5163150 Pizarra 2.780 0,6 2737,45 Pizarra 1.365620 Arenisca 3.41873.65 Arenisca 70285,80 Pizarra 96,4096,50 Diabasa 48897,00 Diabasa 4971

SCE 28 5,00 Pizarra 2,599 2.720 1,1 368,70 Arenisca 2,506 103 03 30

15,20 Arenisca 39973630 Pizarra 2,469 2,8 •• 23"

SCE 32 25,00 Pizarra 2,654 440 2.200 2,5 3628,50 Pizarra 2,499 178 2.7805220 Diabasa 153

SCE 38 5220 Pizarra 3.30957,60 Pizarra 2,825

SCE 39 9,30 Arenisca 3,061 256 3.350 0,2 4926,30 Diabasa 2,594 65.. 30••36,50 Diabasa 396 3.0773720 Diabasa 2,74143,40 Pizarra 95,8050,80 Pizarra 2.077 5,8 •• 27 ••

.2-SC3 40 1820 Pizarra 4,5— 123,30 Pizarra 2,683 614 3.14956.50 Diabasa 844 2.33969,45 Diabasa 2,255 9,0 1175.70 Diabase 9620

SC£ 41 1420 Pizarra 4,8— 25..23,90 Arenisca 154535,00 Pizarra 281 196041,15 Arenisca 2,45153.00 Arenisca 44061,50 Pizarra 480291,50 Pizarra 283

- - -- SCE•42 • 21,60 Pizarra 2,522 --_.-.

-31,30 Pizarra 2,564

SCE 43 12,95 Arenisca 2,455 144 226023,10 Pizarra 320 1830

SCE 44 19.80 Diabasa 2,648 7529.10 Diabasa 1.76139,00 Pizarra 91,0042.65 Diabasa y carbón 2,038 122551,30 Diabasa 2,515 150 2.71555,00 Diabasa 2,585 150 3.50057,40 Diabasa 2,261 44 184059,30 Diabasa 2.786 2.23- 30-69.00 Diabasa 66273.20 Diabasa 2,659 811 492082,50 Pizarra-arenisca 2,500 3,2 " 21.5 "

• La resistencia a compresión simple equivalente deducida cae/ ensayo de rotura entre puntos, ofrece los valores más desfavorables obtenidos.

• • Ensayos de corre con dos escalones de carga a 2 y 8 kg/cm2, respectivamente.

CUADRO RESUMEN DE PROPIEDADES MECÁNICAS- 5 -

las diabasas entre 1.200 y 5.000 con aumento ostensible con la

profundidad.

En los cuadros sé incluyen todos estos datos.

4.2.4.- Resistencia al Corte

Se han llevado a cabo diversos ensayos de corte o roza-

miento en discontinuidades de las areniscas y pizarras,principal

mente.

Se han ensayado muestras bloque y testigos con disconti

nuidades, así como con aparatos de corte de laboratorio y campa,

estos últimos sobre discontinuidades creadas por rotura de car

ga puntual o cortadas con disco.

a) Estratificaciones naturales y muestras próximas a la forma

ción carbonífera, con ángulo de rozamiento entre 252 y 292 y

cohesiones de 3 a 8 t/m2.

b) Discontinuidades artificiales. Angulo de rozamiento entre -30 y 352 y cohesión entre 10 y 17 t/m2.

Las areniscas y diabasas ensayadas, presentan valores que

oscilan entre ambos límites.

En zonas más tectonizadas, los ensayos realizados sobrepizarras muestran los comportamientos diferentes:

a) Pizarras con rozamiento de 202 a 252 y cohesiones de 4 a 10

t/m2.

b) Pizarras con rozamientos de 242 a 262 y cohesiones de 15 a

18 t/m2.

6 -

También se ha determinado la resistencia residual en muchas muestras , con valores del rozamiento residual, comprendidoentre 152 y 40° y cohesiones residuales de 0.2 a 9 t/m2.

4.2.5.- Análisis Mineralógico

En cuanto a los ensayos mineralógicos por Rayos X y de -

fábrica por microscopia electrónica, cabe indicar que los mine

rales predominantes son la caolinita y la illita y en menor can

tidad, cloritas y feldespatos , en las pizarras de muro.

La presencia de feldespatos y caolín indica que las lutitas son potencialmente meteorizables a grado medio, puesto queparte de los feldespatos se habrán ya transformado en caolín.

El análisis químico porcentual realizado en el Departamento de Geología y Geoquímica de la Universidad Autónoma de Madrid da los siguientes resultados, sobre 39 ensayos:

Si 02 ...................... 52.20%

A12 03 30,22%

Mg 0 ...................... 4,48%

FeO + Fe2 03 ................ 2.96%

Ca 0 ...................... 0.16%

K2 O ...................... 5.94%

Na2 O .............. ........ 2.92%

Ti2 O ...................... 0.57%

En los estudios en lámina delgada se aprecia una marca

da laminación de los granos de cuarzo orientados según la estra

tificación . La presencia de intercalaciones de carbón , cerca -

de las capas , origina una fuerte anisotropia mecánica, que se fa

vorece en el contacto con la neoformación de silicatos lamina

les, dando superficies facilmente exfoliables.

- 7 -

Es importante hacer resaltar de este estudio mineralógico la ausencia de minerales arcillosos tipo montmorilonita, silicato hidratado de aluminio, formado por dos láminas de silicato, y una de hidróxido de aluminio intimamente ligadas, que hinchan extremadamente ante la presencia de agua. Esto elimina elorigen mineralógico de la fuerte presión del terreno en las galerías del muro.

Los minerales arcillosos que se han detectado son la Kaolinita y la Illita, mucho menos activas ante el agua que la n=tmorilonita , en especial la Kaolinita.

- 8 -

ANEXO 5

MEDIDAS DE TENSIONES IN-SITU CON CELULASTRIAXIALES ( STRESS TENSOR GAGE) (STG )

5.1.- EQUIPOS DE LOS ENSAYOS

Estos ensayos se utilizan para determinar el estado ini

cial de tensiones existente en el macizo rocoso, mediante una -

instrumentación apropiada realizada en el interior de sondeos ,

consistiendo en la medición de las deformaciones que experimen

ta la roca después de que ha sido liberada de las tensiones quesobre ella actuaban.

El aparato consiste en un cilindro de material plástico

(Fig. 1) , dentro del cual se encuentran tres rosetas de tres ban

das extensométricas en cada una de ellas. Estas rosetas están

conectadas a un cable . El cable pasa a través del varillaje de

instalación del aparato y hace que sea posible la lectura desde

fuera del sondeo de las deformaciones detectadas por las bandas

extensométricas. Estas deformaciones se leen mediante un indi

cador portable de deformaciones, conectado a las diferentes sa

lidas del cable mediante un switch también transportable.

El aparato es adherido a la roca, el cemento de adhesión

se introduce en el sondeo mediante un cartucho , el cual se fija

al aparato mediante un muelle elástico. La posición vertical y

la rigidez del cartucho se asegura mediante un varillaje con -

guiaderas y un muelle elipsoidal previamente introducido en el

cartucho.

- 1 -

vio

ti

oeitlon r d

Electrie cable

C1

ooet a ~gnestor

C> OQo

atraca tensor tu-Ui

Uelical e rin

wmw

Ilrn:is rod Cement diepeneer

5.2.- TECNICA DEL ENSAYO

Las diferentes fases del ensayo se presentan esquematicamente en la figura 2. Las principales operaciones son:

a) Perforación de un sondeo de 115 mm de diámetro, hasta la profundidad requerida por los ensayos.

b) Coaxial con este sondeo se abre otro sondeo a la profundidaddonde se quiera hacer en ensayo,con un diámetro de 37 mm , yde unos 90 cm de longitud.

c) El aparato (STG) ("Stress Tensor Gage ") y el cartucho conteniendo el cemento aglutinador , se introducen en el sondeo de37 mm , utilizando el varillaje de instalación que al mismo -tiempo permite la orientación del medidor (STG).

d) Una vez que se ha producido la polimerización del cemento,elcual requiere un periodo de 48 horas , se toman las primeraslecturas iniciales de las bandas extensométricas ; se iniciala operación de trepanado (" overcoring ") con el fin de dis-tonsionar y relajar a la masa rocosa ; luego, una vez que lasdeformaciones correspondientes han tenido lugar, se toman nuevas lecturas.

e) La última operación consiste en la recuperación del testigo( cilindro hueco ) obtenido durante la trepanación en 115 mm .

5.3.- SITUACION DE LAS PRUEBAS

Las campañas de medidas de tensiones del terreno fuerondos, la primera realizada en el culatón intermedio del piso 325del pozo S . José, este es el mismo lugar que el ensayo con el -dilatómetro , y la segunda se llevó a cabo en el primer culatón

- 3 -

FASES DE ENSAYO

a b c d e

GUÍA TALADRO/ VARILLAS DE POSICION

/

/ / // / /,' // / / i roni r/ / // / -5 / / / /

' / /

2 /q tu.IJmtn 1 / 5-.

-5,

.55 5 /

'5 / .5 5.5

5

/ ./ / / '5/E

5 5

imm ./ ;./.

:J7mfl .._i[í,

5

/ 5.

5, /

.5 -5 -5 .5. / •55

CELULA TRIAXIAL (STC). TECNICA t)E ENSAYO.-

(el más oriental ) del mismo piso del mismo pozo S. José, a 120metros más al Oeste del culatón intermedio.

En la primera campaña (culatón intermedio ) se realizaronlas medidas en un sondeo de 115 mm 0 y 26 metros de profundidad(Sondeo 2 ) y en la segunda (primer culatón), los sondeos de 115mm 0 y 25 y 20 metros respectivamente de profundidad. (Sondeos3 y 4).

El sondeo 2 (Fig. 3 ), fué perforado a 2 metros más alnorte del 1, ensayándose a 16.5 m y a 20.65 m en pizarra mas¡va y en pizarra menos compacta más fracturada por lo que estasegunda prueba tuvo que repetirse . En esta primera campaña sehicieron 9 ensayos (tres por prueba o cota ), correspondientes alas tres rosetas extensométricas necesarias por prueba, (parteinferior Tabla I).

En la segunda campaña se realizaron los sondeos 3 y 4 de115 mm 0 y 25 y 20 metros de profundidad en donde se realizaron4 pruebas (12 ensayos). El sondeo 3 se hizo a tricono hasta -cerca de los 25 metros , donde se intentó realizar una segundaprueba dando fallida por las malas características del material,altamente fracturado , superior a lo esperado, de acuerdo a loobservado en los sondeos 1 (Dilatómetro ) y 2(STG ) realizadosen el culatón intermedio . Se intentó seguir perforando hastaconseguir mejores condiciones , al no encontrarlo y por estar enel límite de capacidad de la máquina de perforaciones, se abandonó este sondeo y a poca distancia de él, se realizó otro ¡dentico ( 4) con 20 metros de profundidad y en donde se realizaronotras 4 pruebas ( Fig. 4); a 9.75, 12.40, 16 y 18 metros.

Se realizaron pues para estos ensayos de medidas de tensiones in-situ un total de 71 metros de 115 mm de diámetro y 4

- 5 -

SONDEO 2

P Zono de Perdida.PASO DE LA CAPACERVANTES NORTEJ (Se raeuParon IOen�.de wrodnl.

P

C _�r -

k-'ai--+a"né

Ptrar o leneJ�- guarro voto arenoso

Pirorte arenosoPiteare nwr erenoa0Areef1Ca

_� 1 niarbóñ

� - Nwal van piensos

Zone rota

fF.srir►�

-PRUEBA

SONDEO STG

6 -

Figuro a_ 3

SONDEO 4..FLUENCIA )

*

LEYENDA -

_ - - Pimrra fIm- - Páa.o Pons ameos

---- Pitorro omnse---•- Pitorro iy otonass

__ _- ® Plzorro aorEwaoaArsehoo

- - - Coroóe_- 4 Niwl es• plosrat

mea nay raa-- *

pruebas

* ESCALA I1100

7

rigura ni 4

metros de 37 mm con recuperación de testigo.

5.4.- DETERMINACION DEL ESTADO TENSIONAL

En coordenadas polares ( r, e, Z) el estado de deforma-ción en el medidor de tensiones viene representado por:

P +P Px-P p pEr = M X� + N1 cos( 2e)-- - M2 Z + 2 N 1 sen(2e)-

E E E E

p +p p -P , p pe� = M� x + N2 cos (2e) X- - M2 Z + 2 N2 sen(2e)-

E E E E

p +p pc = x + zz E E

P -P Py,'0 = N3 sen ( 2e)Xy - 2cos(2e)

E E

p pYaz = M3 cos ( 2e)- - sen(2e) zx

E E

p pYZr = M3 sen(a) - + cos(e) zx

E E

en donde

PP: Tensiones en el sistema de ejes (x, y, z)

s'y y 1 : Deformaciones unitarias y distorsiones en el sistema de

ejes ( r, e, z).

E y v: Modulos de Elasticidad y ratio de Poisson del material.

Los valores de M1, M1, M2 , M2, M3 y M3 así como los de

N , , N2 y N3, son, considerando las características del material

plástico del que está fabricado el medidor:

- 8 -

M1 = (a - bs) + v (c + ds)

M 11 = (a + bs ) + v (c - ds)

M2 = V (a - bs ) + ( c + ds)

M2 = V (a + bs) + (c - ds)

Siendo:

a = 0.20589

b = 1.13124

c = 0.32479

d = 0.46268

s = 0.88246

M3 = 2.35021 (1 + v) (1 + s)

M3 = 2.35021 (1 + v) (1 - s)

N1 = 1.62179 (1 - v2)

N2 = 2.44402 (1 - v2)

N3 = 1.06743 (1 - v2)

Las deformaciones unitarias medidas por las rossetas de

bandas extensométricas , considerando sus orientaciones y sus po

siciones son:

Px P Pzel v E E

M1-V Px+P N2 Px P 1-M2 Pz M3 P z2 = 2 ÉY + 2 + 2 É + E

P P P pe3 = Ml x

+Py + N2 xy M2 z

E E E

P +p p ze4 =-vX-Y+E E

9 -

E_ M1-v Px+Py

- N Px-Py + 1-M2 Pz M3 Pzx

5 2 E 2 E 2 E 2 E

P +P P P Pe6 =M x N2 XY_ M2

E E E

Px +P PE7 =-v y+ z

E E

M1-v Px+Py + 1-M2 Pz+ N P M Pyz-Pzx

$ 2 E 2 E 2 E 4 E

E9M,Px ' - M; Pz - 2 N P

E E 2 E

Este sistema de nueve ecuaciones con seis incógnitas puede resolverse usando el método de los mínimos cuadrados y asíobtener los valores más probables de las tensiones (Ps),con loscuales se obtienen subsecuentemente las tensiones principales ysus orientaciones con referencia al sistema inicial de ejes dereferencia (x, y, z).

5.5.- RESULTADO DE LOS ENSAYOS

Los resultados de las pruebas se presentan en las tablasI y II y las variaciones de las deformaciones unitarias (E1 aEg) en las figuras 5, 6, 7 y 8 para las pruebas realizadas.

De los resultados obtenidos se desprenden las siguientesconclusiones:

1 A 16.5 m de profundidad, las tensiones principales v1, Q2 y63 toman los valores y disposiciones espaciales siguientes:(ver fig. 9)

- 10 -

TABLA I

RESU LTADOS DE LOS ENSAYOS CON EL SGT.-ENSAYO A 16.50 m. DE PROFUNDIDAD.-

EXTENSO DEFORMACIONES 10-6 TENSIONES CONSTANTESMETRO Inic. Final Dif er . (Kg/cm2) ELA.STICAS

El 9684 8962 722 a 68,7 E-208300 Kg/cm2E2 9884 9670 214 ax 68,2E3 9786 9444 342 ay 86,1 v - 0,21Ea 9634 8936 698 Tz 8,9Es 9864 9702 162 Tyz 6,4 An ulc conc6 9756 9310 446 Tzx 1.5 x zel 9772 9120 652 a 92 70° 34° 64°E8 9898 9472 426 aI 67 106° 1 111° 27°E9 9810 9310 500 a111 64 26° 115° 84°

ENSAYO A 20.65 m. DE PROFUNDIDAD.-

EXTENSO DEFORMACIONES (10-6) TENSIONES CONSTANTESMETRO (Kg/cm) ELASTICAS

Inic. Final Difer.

E; 10990 10258 732 ax 59,9 E-192300 Kg/cm2E2 11012 10714 298 ay 61,2E3 10956 10938 18 az 106,1 v - 0,19E4, 11008 10404 604 Tyz 32,5 Angulo conz5 10968 10400 568 TzX - 2,0E6 11004 10340 664 Txv 5,6 x v zE? 10810 10348 462 al 123 91° 1118° 28°E6 10908 10546 362 OII 42 108° 33° 64°Eg 10902 10617 285 aIII 62 18° ( 74° 81°

ORIENTACION EN EL ESPACIO.-

E

- 11 -

TABLE I1

Results of stress tensor tube tests

Test at 9.75 m

Strain (10-6) Stressese ElasticGaugeInitial Final Difer . ( kgf/cm2) Constants

El 39995 39755 240 0x 51.5 E-329000 kgf/cm2.

E2 40020 39973 47 Gy 45.4 V-0.26E3 40008 39742 266 o z 50.6E4 39993 39627 386 Z yz -3.5 AngleE5 40109 40009 100 ZzX 3'7E6 40000 39878 122 Zx 8.4 x y z

E7 39998 39757 241 GI 58 146 121° 790

E8 40007 39878 129 Gil 52 93° 66° 240

E 40161 40069 92 Giil 38 570 136° 69°

Test at 12.40 m

Gauge Strain ( 10-6) Stressese Elastic

Initial Final Difer . (kgf/cm2 ) Constants

El 39980 39452 528 Gx 99 .3 E=420000 kgf/cm2

E2 40017 39942 75 G y 100.6 V -0.26E3 39990 39750 240 G z 76.8E4 39980 39465 515 Z yz 8.8E5 40015 39998 17 Z Zx -7.0 Angle

E6 39990 39674 316 . xy 3.5 x y z

E7 39980 39507 473 Gl lo4 113° 1540 790E8 39995 39917 78 Gli 101 28° 108° 69°

E9 39995 39788 207 Glil 72 106° 72° 24°

e Compression positive

Ortentation

`V¡t i P/

Q¡�4• L /

12INEC - Proc . 45/1/6936

TABLA II (Cont.)

ENSAYO A 16 m. DE PROFUNDIDAD

DEFORMACIONES (10-6EXTENSO

) TENSIONES CONSTANTES

METROInic . Final Difer .

(Kg/cm2) ELASTICAS

F-1 9789 8923 710 0 69,2 E = 214000 kg/cm2

�2 9994 9562 220 0x 67,5

E3 9832 9320 352 z 82,1 v = 0,20E4 9743 8960 699 9,0 An lo conE5 9648 9601 166 Tzzx 6,3E 6 9657 9401 455 Txy 1,0 x y zE 7 9702 9202 623 oi 90 72 33- 1

65-€8 9900 9470 462 0II 68 1102

1108 2 262

Eg 9108 9272 511 0111 66 252 1202 800

ENSAYO A 18 m. DE PROFUNDIDAD

DEFORMACIONES (10-6)EXTENSO TENSIONS CONSTANTESMETRO (Kg/cm ) ELASTICAS

Inic. Final Difer.

El 10990 10354 734 0x 60,2 E = 210000 Kg/cm2E2 11212 10624 288 0y 60,2E3 10900 10832 21 0z 110,1 v = 0,20E4 11080 10348 656 Tyz 33,5ES 10697 10456 588 Tzx -1,8 lo con

E6 11040 10402 672 Tx 5,8 x y z

E7 10099 i 10222 482 0I -1,20 900 12 0 - 29-E8 10990 10643 377 QII 44 100- 302 652e9 10880 10599 286 OIII 60 19-° 762 822

- 13 -

FIO. 5

STRESS TENSOR TUBE TESTS (STT)

Test at 9.75 m

> Strain- depth diagrama

Depth (m)0 0.2 0.4 0.6 0.8 1D 1 .2

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LNBQ - proc. 45/1/6936 - 14 -

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PIG. 7

STRESS TENSOR T'J3E TESTS (J^_-¿. )

Test at 20.2=

Straia-depth diagram

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FIG. 3

STRESS TENSOR TUBE TESTS (STT)

Test at 12.4 m

Strain-depth diagram

Depth (m)

0 42 0.4 Ob{{

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LN3C - Pros. 45 /1/6936 - 17 -

al = 92 kg/cm2 S76 E/ 34 E

a2 = 67 kg/cm2 N54 W/ 68 W

a3 = 64 kg/cm2 S14 W/ 22 W

La falla representada en la fig . 9, es la detectada en elanálisis estructural del culatón ( Estación Interior II) ,con orientación N 10 SE/ 332N.

De la fig. 9 observamos como a se orienta en practicame ntela misma dirección que en falla, tomando al muy poca incl i

nación ( 342). a3 se hace muy horizontal ( 222) y practicamen

te perpendicular al plano de falla, lo cual es lógico ya -

que la tensión principal mínima dentro de un campo de falla

se orienta perpendicularmente al plano de ruptura (falla) ,

como ocurre en este caso.

Por su parte a2 adopta la postura ortogonal a al y a3 y con

la mayor de las inclinaciones (682).

En magnitud la falla condiciona en su dirección la tensión

máxima (al = 92 kg/cm2 ) casi horizontal y deja a las tensio

nes intermedia y mínima (a2 y a3) en posición casi vertical

y horizontal perpendicular a la falla, con valores practica

mente iguales de 67 y 64 kg/ cm2 respectivamente,establecié n

dose una relacción al = 1.4 muy baja.

a2 = a3

Si nos fijamos en los valores de las tensiones verticales -

(az) y horizontales (ex y ay) vemos que las horizontales son

practicamente idénticas iguales a 68.7 y 68.8 kg/cm2 respec

tivamente y menores a la vertical (86.1 kg/cm2), con lo que

la relación av = 1.26, o lo que es lo mismo una tensión

ah

- 18 -

horizontal igual al 80% de la vertical, lo cual indica lapresencia de tensiones horizontales altas de origen tectónico-residual ante la acción del campo tensional de fallas ;del orden de un Factor de Concentración de Tensiones hori

zontales de 2.4.

A la profundidad a que nos encontramos y suponiendo una den

sidad media de los materiales geológicos de 2.4 Tn/m3, la

tensión vertical debería de ser 82 kg /cm2 extraordinariamen

te próximo a los 86.1 kg/cm2 medidos , ésto nos indica un -

Factor de Concentración de Tensiones Verticales de 1.05,mien

tras que las tensiones horizontales suponiendo la no exis-

tencia de tensiones residuales y con un coeficiente de Poi

sson medio de 0,2, deberían de ser:

V 0.2ah = Qv = 82 Kg/cm2 = 20.50 Kg/cm2

1-v 1-0.2

muy por debajo de lo medido por lo que prueba la existencia

de fuertes tensiones residuales horizontales asociadas a -

los campos de fallas, como hemos comentado.

2 A 20.65 metros de profundidad, las tensiones principales al,

a2 y a3 toman los valores y disposiciones espaciales siguien

tes (fig. 9) :

al = 123 kg/ cm2 N 89 W/ 62 W

a2 = 42 kg/cm2 N 78 E/ 32 E

a3 = 62 kg/cm2 S 04 E/ 18 S

En donde vemos como ahora la Tensión Principal Máxima al -

se orienta en la dirección de la capa de carbón (N 90 W /

20 S), y con una inclinación mucho más alta (62sW) que cuan

- 19 -

do el estado tensional se encontraba influido por la falla

anterior.

Por su parte la Tensión Principal Intermedia a2, se hace -

muy horizontal (32Q E) y con una orientación próxima a laca

pa (N 78 E).

a3 por su parte tiene una actitud claramente situada en el

plano de capa ( S 04 E/18 S).

- El estado Tensional Tridimensional al estar fuera de influen

cias del campo de fallas y discontinuidades , toma una dispo

sición tal que a3 sigue la línea de máxima pendiente de la

capa, y al y a2 se orientan en dirección según la corrida -

de la capa con a l casi vertical ( 624W ) y perpendicular a la

capa y a2 casi horizontal ( 324E).

- La relación entre las tensiones al, a2 y a3, en este caso

son:

al= 2.93 y

a�= 1.98

02 a2

esta es una relación entre 2 y 3.

- En este caso las tensiones verticales (az = 106.1 kg/cm2) y

las horizontales (ax = av = 60 kg/cm2) tienen una relación

av= 1.67ah

esto es , una tensión horizontal igual al 70% de la tensión

vertical, lo cual nos indica que siguen actuando tensiones

horizontales tectónico-residuales a lo normal , con un Fac-

- 20 -

ts� ow.

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F wÍ rl

1 \\ vio

Nk.

21

FIg ro n_ 9

tor de Concentraciones Horizontales igual a 2.2.

Así mismo existe un Factor de Concentración de Tensiones -

Verticales de 1.20.

32) Tanto en un caso como en otro las tensiones horizontales sonuniformes , y presentan componentes altos de actividad tectónica.

La disposición geométrico-espacial de las Tensiones Princi

pales se ve fuertemente perturbada por la presencia de fa-

llas, de forma tal que a3 se orienta en dirección perpendicular a las superficies de falla, para luego actual como

eje de giro sobre al y a2, a las que somete a un giro de casi 904, adaptando al a la dirección de la falla.

De la segunda campaña se desprende:

1g) Las orientaciones y valores de las tensiones principales to

madas en esta segunda campaña son:

al = 104 kg/cm2 S 662 E / 102 E

a2 = 103 kg/ cm2 N 184 E / 212 E

a3 = 72 kg/ cm2 S 482 W / 662 W

Los estados de tensión aquí medidos prueban que la direc-

ción de la Tensión Principal Primaria es practicamente per

pendicular a la capa de carbón ( plano del sinclinal ), la Ten

sión Intermedia es para efectos prácticos horizontal y con

tenida en el plano de la capa de carbón y la Tensión Princi

pal Minima está contenida en el plano de capa y buzando en

la misma dirección que el plano de la capa de carbón.

- 22 -

La prueba a 9-10 metros de profundidad captó la influenciade la falla comentada y sus datos no pueden considerarse representativos del estado tensional de toda la masa rocosa -en estudio.

2g) Las tensiones horizontales (ax, ay) son practicamente homogéneas e iguales a 100 kg /cm2, mientras que la tensión vertical toma el valor de 77 kg/cm2, quedando pues la tensiónhorizontal igual a 1.3 la vertical (ah = 1.3 av);esto llevaconsigo la presencia de fuertes tensiones horizontales atípicas con Factores de Concentración del orden de 4.

3Q) Por su parte la tensión vertical medida ( az) toma valorespor debajo ligeramente (5%) del valor teórico esperado porsu profundidad. Esto nos lleva a Factores de Concentraciónde Tensiones Verticales de 0.95.

5.6.- RESUMEN DE CONCLUSIONES

1 En el 75% de los resultados la tensión vertical medida (az)es 1.05 - 0.95 veces la teórica ( av) practicamente coincidente con un Factor de Concentración de 1; mientras que enel restante 25% de las mediciones la az es un 20% superiora av, esto es un Factor de Concentración Vertical de 1.2.

az = (1 - 1.2)av

2Q) De forma semejante para las tensiones horizontales medidas(ah = ax = az), éstas presentan valores en el 75% de los casos igual al 70-80% de la tensión vertical medida, mientrasque en un 25 % este valor era del 130 % de la tensión vertical medida.

ah = (0.7 - 1.3) az

23 -

3 La actitud espacial de las tensiones de campo está fuerte-mente condicionada a la geometría del sinclinal , con una a.1perpendicular a la capa de carbón, a2 horizontal o subhorizontal y en dirección de la capa y a3 siguiendo la línea -

de máxima pendiente o buzamiento de la formación carbonífe

ra.

4 La presencia de fallas importantes y significativas fuerza

localmente y en sus proximidades la disposición geométrica

del estado tensional , en un entorno de alrededor de los 10

metros, pero solo en las fallas como hemos comentado impor

tantes.

- 24 -

ANEXO 6

ANALISIS MICROSISMICO

6.1.- INTRODUCCION

La evolución de la investigación geomecánica llevada acabo en el Pozo S. José de las minas de ENCASUR en Peñarroya, yen especial los significativos datos e información suministradapor la campaña de ensayos in situ en sondeos verticales con dilatómetros (BHD), en la que se definían las características me-cánico elásticas in-situ de las rocas de techo, muro y carbón,y en particular las características altamente deformables de laslutitas de fondo, nos han inducido a establecer un programa deinvestigación microsísmica de las rocas de caja de la capa Cervantes, con el fin de proporcionarnos una doble rectificación -por métodos dinámicos de las características mecano - elásticasde dichos materiales , mediante la captación de los tiempos de -Tránsito de las ondas longitudinales ( P) y transversales (S).

Los datos recogidos por la recuperación de los sondeos -1(BHD) 2(STG ) y 4(STG ) nos han detectado la presencia de una

zona fracturada en las lutitas del muro por debajo de los 20 metros, a partir del nivel 325. Faltaba comprobar si esa zona c orresponde a un material de relativamente alta deformabilidad,encomparación con el resto de las pizarras del muro, tal y como -parecen indicar los resultados del dilatómetro , así como el perfil de características geomecánicas definidas por este últimoensayo.

Esta campaña se realizó en sustitución del "estudio geofísico de galerías " inicialmente considerado , ya que las carac

- 1 -

terísticas del problema y la información que se venia recogiendo hicieron considerarlo más adecuado al diagnóstico que se venía observando. .

6.2.- REALIZACION DEL ENSAYO

El ensayo requería la existencia de tres sondeos verticales de 76 mm 0, alineados y situados en el culatón intermedio -del piso 325.

De los sondeos existentes en el culatón intermedio(1 y 2)

de 76 y 115 mm 0 solo el 1 podría ser utilizado para los ensa

yos de microsísmica . El 2, por su parte , de 115 mm 0, había

sido cementado en previsión de una eventual segunda campaña de

mediciones con dilatómetro . Se intentó recuperarlo para la mi

crosísmica, pero fue imposible mantener la verticalidad del son

deo, dato este muy importante para la realización de la micro-

sísmica. Por otra parte el cemento utilizado no había consegui

do fraguar del todo, quizás posiblemente por la intensa emana-

ción de gas grisú que burbujeaba constantemente de los sondeos,

el cual habla conferido al cemento una estructura extremadamen

te porosa.

Los sondeos 3 y 4 de la segunda campaña de medidas de

tensiones aún no se habían abierto, ya que ésta se hizo en el

mes de Septiembre de 1982, y la microsísmica fue durante el mes

de Julio . Con tal motivo tuvieron que abrirse los sondeos 5 y

6 de 76 mm 0 y 17 y 16. 5 metros de profundidad respectiva-

mente a 2.05 y 3.03 metros del 1 ( Fig. 1).

Los ensayos se realizaron entre sondeos y desde superfi

cíe a sondeos y viceversa . Se pretendía determinar las constan

tes elásticas de los materiales en un macizo más amplio que el

- 2 -

definido por el dilatómetro , en dirección horizontal , siguiendola estratificación y vertical , perpendicular a la misma, así como las ya comentadas características elasto-mecánicas del perfil del muro de la capa tal y como había definido el dilatóme

tro.

Las pruebas se realizaron a las cotas que se indican enlas figuras 2 y 3 que corresponden a los sondeos 1 y 6.

6.3.- METODOLOGIA

Uno de los parámetros más representativos para estudiar

el comportamiento dinámico de suelos y rocas es el Modulo de Cizalladura Dinámico ( Gd), el cual puede calcularse a partir de -

ensayos in-situ de velocidades de ondas cortantes (VS), a tra

vés de la relación:

_ 2Gd = y . Vs

y = peso específico

El cálculo del Módulo de Elasticidad Dinámico (Ed) se pue

de realizar con la expresión:

Ed = 2(1 + vd)Gd = 2 (1 + vd)V2

A parte del valor de Gd y Vs es también necesario deter

minar la velocidad de las ondas longitudinales ( Vp) con el fin

de obtener el ratio de Poisson dinámico ( vd), mediante la expre

sión:

(Vp/Vs) 2 - 2V = 0.5d (Vp/Vs) 2 - 1

- 3 -

i ..

si

il

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5.6 5s S.5G�, (&1) (M )i j

PIZARRA

CARBON

PIZARRA

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SONDEO 1

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_ ESCALA 1/100

-- Figuro n = 3

6.4.-METODOS SISMICOS

Los dos métodos empleados han sido el " Cross-hole" y el

método sísmico de sondeos (" Borehole Seismic Method "), así co

mo el método ultrasónico usado en laboratorio.

6.4.1.- Método Cross-hole

Este método consiste básicamente en la generación de on

das sísmicas , de compresión y de corte , a una determinada cota

en uno o más sondeos verticales . Cuando la distancia recorrida

por las ondas sísmicas es conocida , las velocidades de ondas se

calculan dividiendo esta distancia por el tiempo de tránsito de

las ondas.

Este método se usó en los ensayos realizados en el piso

325 del Pozo S. José, utilizando tres sondeos verticales de diá

metro NX como representa la figura 1. Estos sondeos intersec-

tan la capa de carbón a diferentes profundidades.

6.4.2.- Método de sísmica de pozo (Borehole Seismic Method )

Este método se caracteriza por el hecho de que la genera

ción de ondas así como las medidas se realizan en cada sondeo -

bien downhole o uphole.

Este método se intentó solo en dos de los sondeos,ya queen el otro la fuerte emanación de gas proveniente de este son-deo, provocaba un intenso ruido de fondo que interfería las captaciones de lecturas.

6.4.3.- Método Ultrasónico

En el laboratorio, se midieron velocidades ultrasónicas

- 7 -

longitudinales y transversales sobre carbón y sobre pizarras demuro, usando un equipo manufacturado por Terrametrics , U.S.A.

6.5.- EQUIPO

El equipo es básicamente el mismo para los dos métodos -utilizados in-situ; estando compuesto por:

6.5.1.- Fuente de Energía

La fuente de energía mecánica o martillo sísmico es ca-paz de generar ondas S polarizadas verticalmente (Fig. 4).

Esta fuente se compone básicamente de un sistema fijo yun sistema de percusión . El sistema fijo tiene una bomba hidráulica, que hace expandir o contraer dos placas metálicas con elfin de anclar la fuente de impulso a las paredes del sondeo y -de retirarlo cuando el ensayo ha finalizado.

El sistema de percusión se compone de un peso suspendidopor un cable en el interior de un cilindro. La caida de este -peso origina por impacto una energía que es transmitida al terreno a través de las placas de anclaje . El peso está diseña-do de forma que sean posibles también impactos en dirección vertical ascendente.

6.5.2.- Receptores

Las ondas producidas en la fuente son recibidas por un -geófono triaxial , especialmente diseñado para este tipo de ensayos. (Fig. S).

El geófono lleva incorporado transductores que registran

- 8 -

las tres componentes de la vibración y queda anclado a las pare

des del sondeo por un diseño mecánico operado desde superficie.

6.5.3.- Amplificación y sistema de grabación

Se compone de un sistema de amplificadores ABEM y de un

osciloscopio Phillips, todos alimentados por baterías. Una cá

mara Tektronix como película polaroid quedó adaptada al oscilos

copio.

6.5.4.- Sistema de disparo

El osciloscopio se dispara por una señal transmitida por

un transductor de velocidad localizado en el interior de la fuen

te de energía mecánica , próximo a la aplicación del impacto.

6.6.- PROCESO DE CAMPO

Debido a que el trabajo se realizaba en el interior de -

una mina de carbón con un potencial de grisú; se tomaron espe

ciales medidas de precaución con el equipo, ya que é ste operaba

en el interior del osciloscopio con varios miles de voltios cuan

do estaba en funcionamiento . Se realizó un sistema de disparo

automático del sistema de medidas , resultando muy satisfactorio

debido a las muy buenas condiciones de ventilación existentes -

en el lugar de los ensayos.

Para los ensayos de "Cross-hole", los sondeos estaban en

tubados solo hasta 1 metro de profundidad . Con el fin de cono

cer las distancias exactas entre sondeos a las cotas de los en

sayos, la verticalidad de cada sondeo fue sistemáticamente de-

terminada mediante una exploración con inclinómetro. En las fi

guras 6 a 10, puede observarse la configuración de los sondeos,

9 -

indicada por los valores medios medidos en dos direcciones ortogonales. En la Tabla I se indica la distancia real entre lospuntos de ensayo.

Con el fin de llevar a cabo los ensayos el siguiente proceso fué adoptado:

Después de que la fuente de impulso y los geófonos hansido anclados a las paredes de los sondeos, se realiza un impacto hacia abajo por la caida del peso y simultaneamente el osc iloscopio se dispara.

Las señales sísmicas se reciben en los dos geófonos próximos, siendo amplificadas y luego sacadas por la pantalla delosciloscopio y fotografiadas.

Para el ensayo de "crosshole" se detectó para cada fotola llegada de la señal sísmica en ambos geófonos tal como seilustra en la figura 11. En las dos fotos superiores se usarondiferentes factores de amplificación, el cual es tres veces mayor para G2 que para Gl. Para la foto inferior se usaron los -mismos factores de amplificación para ambos geófonos.

En el registro de las señales sísmicas transmitidas enla capa de carbón (foto intermedia) se aprecia pérdida en el e spectro de frecuencias.

En el método de sísmica de pozos ("Borehole Seismic Method"), se utilizaron bloques de hormigón construidos cerca delos sondeos 1 y 5 como bases para los impactos horizontales conel martillo sísmico. Para las medidas se utilizó un equipo basado en el equipo de refracción ABEM TRIO y para dispararlo seutilizó un proceso particular y el mismo geófono que se usó enel "Cross-hole".

- 11 -

LNEC - DG - NEGEr a,

A b� 'I '

ib�

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1 1 1

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I tt t

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1 1 11 11 11 I1 1 1

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1 1 1,1 1 I�1 1 t

1 1 11 1 ! .

' �� •i.Y �w.i •9.49 • 9.40

caWenuA co nw £m 11/07/1992

Fig.6 - Medidas de inclinómetro en S.1

TUBO DE WSERVAUO Mfi£RO S1 A2 _

- 12 -LN EC - Cbro 54/53/724

LNEC - DG - NEGEr1a'

a

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M eco~

I 1

tfs ES'f(CM)

í-0mCl IA 00 TLW 1m 11 /x7/1962

Fig. 7 - Medidas de inclinómetro en S.1

TUBO DE 080ERVACAO NUMERO SlA213 -

LNEC - Obra 54/53/724

LNEC - DG - NEGEM

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GF?Orr=lRlA DO T180 t?! 11/87119928 - MecUdas de inclinómetro en- S.6

- TU60 DE OesERVACAO NUMERO s3A1- 14 -

!_N EC - 0 c>ro 54/53/724

LNEC - DG - NEGEX

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LEC ES'iG70[�ElUOAC (Qt!

aExrclRIA 00 TUBO ET 11/87/1982

F19- 9- Medidas de inclinómetro en S. E

- DE C~VACAC NU IERO S3A2

-ls-LNEC - Cbra 5á/53/72,4

Test at 1.6/2.3 m

Base time : 2msec/div.

Travel time : 5.3 msec

G2

Test at 4.1/4.9 m

Base time : 2m sec/div.

Trovel time. 2.7 msec

G2

G,

Test at 8 . 4/9.2 m

Base time : 2m sec/div

Trovel time : 1.7 msecG2

Fig.11 - Registros microsísmicos

17 LNEC - Obra 54/53/124

6.7.- RESULTADOS DE LOS ENSAYOS

Los resultados de los ensayos in-situ y en el laboratorio (sin confinamiento ) se presentan en las Tablas I, II y IIIEn esta ultima tabla también se ha calculado la relación entreel Módulo de Deformación Dinámico ( E din.) y el indice del dilatómetro ( E dil.).

Para calcular los valores de Gd ( y consecuentemente losvalores de Ed) se han usado los valores de 2.4 t/m3 y 1 t/m3 como pesos específicos de las pizarras y del carbón respectivamente.

Los valores del ratio de Poisson dinámico usados e indicados en la Tabla III, se calcularon a partir de las velocida-des de las ondas de corte (S) y longitudinales ( P) medidas in-situ.

En la figura 12 se representa la variación de las velocidades de la onda de corte (S) con la profundidad.

Cuando se comparan los valores de las velocidades de corte obtenidas en el terreno y en el laboratorio se alcanzan ratios de 1.57 ( 1'213 ) para el carbón y 0.93(2. 430) Para las areniscas . Nuestra interpretación de estos resultados es que, probablemente , el carbón cuando está in-situ está bajo un fuerteestado tensional , mientras que las muestras ensayadas en laboratorio están muy distensionadas.

Finalmente tomando los resultados obtenidos de ensayosde deformabilidad estáticos para el carbón y para las pizarras,se obtuvieron los valores para los ratios entre los índices dinámicos y dilatométricos ( Tabla III). Estos resultados indi-

18 _

3.03 r» 2. Os

£6 S.7 5.5(M)

x f

I vs = ó4o h7 wec ( PIZARRA

CARBON I

PIZARRA I

I l

l

II

. I .i � 1I c al <> SOO

F19 . 1 2- Ondas de corte V.S. P rofundidad

- 19 _LNEC - Obro 54/53/724

f'

TABLA I

DETERMINACION DE VELOCIDADES DE ONDAS DE CORTE

TEST.SONDEO 6 SONDEO 1 DISTANCIA TIEMPO DEr

ROF.Inclinometrla

PROF. Inclinometrta ENTRE TRANSITO VsN (m) (cm) (m) (cm) ENSAYOS

N+ S- Z+ W- N+ S- z+ W- (m) (m/se .) (m/se .)

1 1.5 -1.4 -1.5 2.1 +3.1 +0.9 3.137 4.9 640

2 1.6 -1.6 -1.6 2.3 -4.0 +1.0 3.198 5.3 603

3 2.9 -3.0 -2.8 3.9 -8.0 +1.2 3.254 3.9 834

4 3.5 -3.8 -3.4 4.3 -10.0 +1.0 3.266 2.9 1.210

5 4.0 -4.6 -3.9 4.5 -10.7 +0.9 3.181 3.0 1.060

6 4.1 -4.8 -4.0 4.9 -12.0 +0.6 3.295 2.9 1.213N0 7 4.7 -5.6 -4.5 5.5 -14.0 +0.3 3.287 2.9 1.2171

8 5.4 -6.8 -5.2 6.2 -16.5 -0.4 3.299 3.2 1.055

9 6.4 -8.5 -6.5 7.2 -19.7 -1.5 3.313 3.0 1.104

10 7.4 -10.3 -7.9 8.2 -22.0 -2.8 3.318 2.0 1.659

11 8.4 -12.0 -9.5 9.2 -26.4 -4.0 3.344 1.7 1.969

12 9.9 -14.6 -11.5 10.7 -31.2 -6.2 3.364 1.65 2.039

13 11.6 -19.3 -13.5 12.2 -36.0 -8.4 3.384 1.5 2.256

14 13.4 -20.6 -15.8 14.3 -42.5 -11.6 3.415 1.68 2.033

15 16.4 -24.6 -19.9 17.2 -50.5 -18.2 3.453 1.85 1.866

TABLA II

a) Velocidades ondas ultrasónicas y ratio de Poisson de las mue stras de carbón.

II I

Velocidad Esquistos Esquistos( m/seg)

Vp 1.450 1.730Vs 770 860

Ratio de Poisson 0,3 0,33

b) Velocidades ondas ultrasónicas y ratio de Poisson de las puestras de pizarras

Muestra y Velocidad Ratio deProfundidad ( m/seg. ) Poisson

V = 3420S.6/9

Vs = 2250 0,12

V = 3970S.6/9.8 V

p= 2620 0,11

S

Vp= 3920S.6113.2 V= 2430 0,19

s

V = 39405.6118.9

Vp 2600 0,11s =

- 21 -

I

TABLA III

CARACTERISTICAS DINAMICAS IN-SITO Y EN LABORATORIO

PROFUNDIDAD/m IN-SITU LABORATORIOEdin

G2 G1 M s(m/s) x103 kg/cm2 xl03kg/cm2

ud dId

Edil

1.5 2.0 2.5 640 11.1 26.54 0,2

1.6 2.3 2.3 603 9.8 23.56 0.2

2.9 3.7 4.3 834 6.9 17.94 0.3

3.5 4.3 4.9 1210 14.6 39.96 0.3rn

4.0 4.5 5.1 1060 11.2 29.12 0.3

4.1 4.9 5.5 1213 14.7 38.22 0.3NN

4.7 5.5 6.1 1219 14.8 38.48 0.3 11.7

5.4 6.2 6.7 1055 30.0 72.12 0.2

6.4 7.2 7.9 1114 32.9 78.97 0.2

7.4 8.2 8.7 1659 74.3 171.9 0.15

8.4 9.2 9.7 1969 104.5 240.3 0.15

9.9 10.7 11.2 2039 112.3 258.2 0.15 185.3 426

11.4 12.2 12.7 2256 137.4 316.1 0.15 159 380 1.5

13.4 14.3 14.9 2033 111.6 256.6 0.15

[16-4 17.2 17.7 1866 24.1 216.2 0.15

can que la capa de carbón tiene un mayor nivel de intensidad -de fracturaci6n que las formaciones pizarrosas.

6.8.- CONCLUSIONES

De los resultados obtenidos en estos ensayos dinámicos ,se sacan las siguientes conclusiones:

a) Las características dinámicas de deformabilidad se incremen

tan con la profundidad, con excepción de la zona superior de

la capa de pizarra inmediatamente debajo del carbón, y en -

las pizarras situadas cerca de la base del sondeo.

b) Dado que los materiales por encima de la capa de carbón pre

sentan unas muy pobres características deformables, con velo

cidades de ondas de corte de alrededor de 600 m/seg. mucho -

más bajas que el valor 1.200 m/seg. típico de formaciones ro

cosas de poca consistencia) quiere decir que estos materia-

les están fuertemente fracturados y alterados por su proxi

midad al suelo de la galería y a la capa de carbón.

c) La capa de carbón, excepto en la parte más superior, presen

ta constantes dinamicas de deformabilidad del orden de 30 x

103 kg/cm2.

d) Los ratios entre los indices dinámico y dilatométrico, elcual es aproximadamente 11.7 para la capa de carbón y de 1.5para las pizarras indican una gran intensidad de fractura-ci6n para el carbón comparado con las formaciones pizarrosas.

e) Los ratios obtenidos entre la velocidad de propagación in-si

tu y en laboratorio (sin confinamiento) los cuales son 1.57

para la capa de carbón y 0.93 para las pizarras nos indican

que el carbón in-situ está bajo un fuerte estado tensional.

- 23 -

f) De los resultados obtenidos observando la transmisión de on

das de corte longitudinales y de corte (Tabla II)., se ha podi

do determinar un grado de anisotropía entre la dirección ho

rizontal (1) y vertical (2) en cuanto a Módulos de Elastici-

dad del orden de 0.80 (El/E2) por lo que esta anisotropía ver

tical es poco significativa a efectos de cálculo e inciden-

cia en los resultados.

g) En conjunto podemos establecer como resultado conjunto de es

te análisis microsísmico que: (Fig. 13)

1.- Las pizarras de techo están fuertemente fracturadas y al

teradas

2.- El carbón se encuentra ante un fuerte estado tensional -

(probablemente residual)

3.- Las pizarras arenosas están poco comprimidas y ligeramen

te fracturadas.

4.- Las pizarras masivas están algo más comprimidas y muy po

co fracturadas.

5.- Las pizarras arenosas plásticas, presentan una mayor dis

crepancia entre sus módulos de deformación dinámicos y -

dilatométricos, lo cual corrobora y está de acuerdo con

su comportamiento plástico, presentando fuertes caídas

en su deformabilidad ante cargas estáticas (dilatometro)

en comparación con cargas dinámicas (microsísmica).

6.- El perfil de características deformantes de los materia

les ensayados, tanto el obtenido por dilatometria como -

el obtenido por microsísmica (Fig 13), presentan una mis

ma configuración, confirmando los datos dilatométricos ,

salvo las desviaciones normales comentadas debido al gra

- 24 -

1 2 3 4 5 (x 106 psi)

0.37 Ei

Pizarras Techo v = 0.2

I0.5 1 Edin.

- - --t

Edil.I - -1

EI Carbón ( 1 ) = 1.45, v = 0.3I

5 I El

II 1 1.1

E.Pizarras Arenosas (--!--)d = 0.79, v = 0.2

El2.5 3.6

1

10I Pizarras Masivas

E(-1--) d

0.6, v=0.15i El

t

15 t

I Pizarras arenosas( (plásticas ) ' V = 0..15

iI

II

I PROF. (m)

Fig. 13. Comparación perfil microsísmico y dilatométrico

25 -

do de fracturación y estado tensional que detecta obviamente el ensayo dinámico y que hemos comentado.

- 26 -

ANEXO 7

ENSAYOS TRIAXIALES DE FLUENCIA

(ANALISIS VISCO-ELASTICOS)

7.1.- INTRODUCCION

La presencia de Kaolinita e Illita entre los minerales -arcillosos de las pizarras del muro de la capa Cervantes, minerales estos de características elasto-plásticas y visco elásticas, nos decidieron a establecer un programa de ensayos de fluencia con el fin de definir y detectar el potencial tiempo - dependiente de las pizarras, que si bien no presentarán hinchamientodebido a la presencia de montmorilonita , si podrán dar deformaciones de componente viscosas-elásticas.

Así mismo también se tomaron muestras de 115 mm 0 de lossondeos 1, y 2, para completar un conjunto de 28 testigos de -pizarras del muro, que fueron enviadas al LNEC, para su testificacibn en cámaras triaxiales de fluencia con control de temperatura ( 182 C) y humedad , durante un periodo de dos meses. Las -muestras de 115 mm 0 fueron corregidas en el LNEC a 50 mm 0,conel fin de poder adaptarlas a su cámara triaxial de fluencia.

7.2.- PROGRAMACION DE LOS ENSAYOS DE FLUENCIA

En la Fig. 1 , vemos claramente el estado tridimensionalde las pizarras del muro, señalándose con (*), aquellas tensiones que han quedado influidas por un campo de fallas.

Como vimos al analizar el estado tensional del terreno,vimos que las tensiones horizontales (0h = ax = ay) presentan -

- 1 -

un Factor de Concentración que variaba entre 2 y 4, existiendo

fuertes componentes horizontales de tensiones de tipo tectónico

residual.

Por otro lado las tensiones verticales , ( az) presentan -unos Factores de Concentración de 1.0 y 1.2 para las dos condiciones de influencia de falla o no.

Considerando que las pizarras de las galerías de muro por

su posición se corresponderían mejor con el estado tensional -más profundo medido en el sondeo 2 y 4, fuera del influjo defallas, hemos tomado este estado como el más significativo paralas galerías de muro sin olvidar que la presencia de una fuertezona de discontinuidades puede alterar el campo tensional tridimensional de la forma que vimos.

Con estas premisas, y considerando la posición geométri

ca de la galería de muro, con respecto a los ejes de referenciaXYZ, (Fig. 1 ), vemos como podemos tomar los siguientes valorespara las tensiones horizontales y verticales que actúan en la -vecindad de esas galerías:

ah = ax = ay = 60 kg/cm2 av1.77

av = 106 kg/cm2 ah

Con estas condiciones las Tensiones Tangenciales (at) y

Radiales ( ar) en los hastiales de la galería (0 = 0 2 y r = a) ,dentro de la pared ( 0.= 0°- y r = r ) así como en el techo y muro

de la misma ( 0 = 90 9 y r = a. r = r) quedan definidas de la siguiente forma:

2 -

t' J• s4,1 Ko/�

�Z 1 104,1 Ko/ cut

J

VHCW

D1REtx10N $A^ DEL MURO a

• 44,2 K{/CID=s

41,2 Ko/e*s

Ao%%

J�PG

es,j�

O�

X QS s L i9W �¡M,t

a

ESTADO TENSIONAL TRIDIMENSIONAL DE LAS LUTITAS DEL MURO

iIrv' I-z

tf r

i a

X // A 1 rT

�rr

I

ESTADO TENSIONAL DE LA GALERIA DE MURO

3 -

flquro ns 1

( at) r = a = ah + av - 2ah + 2av = 3av - ah = 258 kg/cm2

( at) r r = av = 106 kg/cm2

( a e o0r) r = a =

( ar) r = r = ah = 60 kg/cm2

(at) r _ a0 = ah + av + 2ah - 2av = 3ah - av = 74 kg/cm2

(at) e90 = ah = 60 kg/cm2

(a ) e _902_

0

r r = a

0( ar) e

=90 = av = 106 kg/cm2

El estar la roca circundante a la galería de muro , somet ida a este campo tensional variable inducido por la excavación -según su posición radial alrededor de la galería y su distanciaal centro de la misma , establecimos las siguientes nueve condiciones de ensayo, con el fin de que podamos analizar el comportamiento tiempo-dependiente de las pizarras alrededor de la excavación ante los distintos estados tensionales que les crea lapresencia de la galería.

Estas condiciones son las siguientes, redondeando ligeramente algunas de las cifras elaboradas analíticamente más arr iba:

a = 300 kg/cm2Condición 1.-

vsi = 300 kg/cm2

ah = 0 kg/cm2

4

cv = 300 kg/cm2

Condición 2.- Qh

= 35 kg/cm2 S2 = 265 Kg/cm2

cv = 200 kg/cm2

Condición 3.- Qh

= 0 kg/cm2 S3 = 200 kg/cm2

ev = 200 kg/cm2

Condición 4.- Qh

= 35 Kg/cm2 S4 = 165 Kg/cm2

ev = 200 kg/cm2

Condición 5.- Qh -

_ 70 kg/cm2 S5 = 130 kg/cm2

cv = 150 kg/cm2Condición 6.- Q

h= 35 kg/cm2 S6 = 115 kg/cm2

cv = 100 kg/cm2Condición 7.- Q

h= 35 kg/cm2 S7 = 65 kg/cm2

(av = 100 kg/cm2

Condición 8.- ah

_ 70 kg/cm2 S8 = 30 kg/cm2

av = 35 kg/cm2

Condición 9 Qh

_ 70 kg/cm2 S9 = -35 kg/cm2

En las que cada condición o estado de confinamiento relativo del ensayo tiene definido las Tensiones Diferenciales, todas distintas.

De esta forma podemos barrer todos los posibles campostensionales inducidos en la roca por la excavación, bajo el campo inicial tridimensional de tensiones establecidos, y analizar

- 5 -

todas las posibilidades de comportamiento tiempo-dependiente y

visco-elástico de las pizarras del muro de la capa Cervantes,ba

jo la influencia de la galería.

7.3.- EQUIPOS DEL ENSAYO

El equipo usado para los ensayos de fluencia con compre

sión triaxial y control de humedad y temperatura, fueron una cá

mara triaxial con capacidad de compresión lateral hasta de -

1.000 kg/cm2, una prensa hidráulica para la aplicación de la car

ga axial, una bomba hidráulica y un amplificador de presión.

Para este trabajo se utilizaron las instalaciones del La

boratorio Nacional de Enghenería Civil (LNW) del Ministerio de

Obras Publicas de Portugal ( Lisboa).

Las deformaciones fueron medidas con deflectómetros con

una sensibilidad de 10-3 mm. y bandas extensométricas eléctri

cas, tomándose las lecturas en un indicador de deformaciones -

unitarias.

7.4.- PROCESO DE LOS ENSAYOS

Los ensayos se realizaron se acuerdo a las especificacio

nes del ISRM ( International Society for Rock Mechanics) (Sugges

tes Methods for Determining the Strength of Rock Materials in

Triaxial Compressión ) .

Para la determinación de la deformabilidad, se usaron

bandas extensométricas eléctricas de 8 mm de sensibilidad. Para

cada muestra ensayada se aplicaron dos bandas longitudinales y

dos transversales . Para las mediciones longitudinales también

se utilizaron extensómetros con dial.

6 -

Las muestras ensayadas tenían 5 cm de diámetro y 12-13 cm

de altura. Las muestras ensayadas correspondían al muro de la

capa de carbón y fueron tomadas de los sondeos 1 y 2 a profundi

dades entre 10 y 13 metros , correspondientes a pizarras masivas

y pizarras arenosas plásticas ; los dos tipos de formaciones que

constituyen el 75% de los materiales geológicos existentes en-

tre la capa y la posición de la galería de arrastre.

Cada ensayo se desarrolló por un espacio de tiempo superior a 2 meses ( 66 días).

7.5.- RESULTADOS DE LOS ENSAYOS

Las curvas deformación-tiempo obtenidas en los ensayos

realizados se presentan en las figuras 2 a 4.

La Tabla I presenta para cada una de las nueve muestras

ensayadas, las deformaciones medidas en las direcciones axial y

longitudinal en el momento inicial ( t = 0) e infinito (t = -) -

así como los correspondientes módulos elásticos y ratios de Poi

sson.

Las figuras 2 a 4, muestran en escala normal las curvas

deformación-tiempo para las distintas muestras y condiciones de

carga, mientras que las figuras 5 a 10 , representan los diagra

mas de variación de las deformaciones con el tiempo, en los que

las deformaciones unitarias están dadas en escala logarítmica

y el tiempo en una escala 1/ ht, ya que las deformaciones de -

fluencia, pueden especificarse como una función del tiempo de

la siguiente forma aproximada:a

E = c e r

en donde,

7 -

1

i

xr TABLE I

CREEP TESTSo(Triaxial compression )i

iN

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(m) Axial Lateral Eo EoVo Veo• Eo Eoo Eo Eoo

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1 0.2 ISI 10 . 70 300 -2240 -2685 + 545 +680 134 112 0.24 0.25

1 3 12.30 100 -500 - 600 -93 +62 181 98 0.13 •0.30

4 52 11.50 150 -460 -785 -44 +11 308 173 0.12 0.20

355 11.30 200 -615 - 995 - 57 +28 317 189 0.07 0.17

6 10.50 300 -1915 - 2665 + 170 +260 150 108 0.18 0.19S1

7 11.20 35 -93 -70 - 240 -270 257 201 0.08 0.15

8 13.00 100 70 -430 -•500 -170 -115 146 64 0 . 27 0.3652 �

9 FIO60 200 -�:i5 -1065 -315 - 296 - 0.02 -

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CREED TESTS SAMpLE AXIAL STRESS SYMBOLÉ Triazial compression 3 100 ° Ó

PROCESSO -45. LL 6936 LOCAL -PEURRnYA 4 150 _ O N5 200 - --+---- ^' Ó'

c°ri (Lateral compression, 17=35Kg/cm2) Transversal strains versus time 6 300 -•-•-n-•--- p �`

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e - Deformación de fluencia e = Et = Eo

Et - Deformación total

Eo - Deformación medida a t = 0 (elástica)

c - Deformación para t =

a - un constante dependiente del estado tensional actuante

Los resultados de estos ensayos revelaron los siguientespuntos:

a) Ninguna muestra alcanzó el colapso para los niveles de ten-sión estudiados quedando las deformaciones practicamente e stacionadas a partir de los 7-10 días.

b) El módulo de elasticidad evoluciona con el tiempo con valo-res comprendidos entre el 55% y el 85% de los valores instantáneos, no detectándose variaciones con el incremento de lacompresión lateral. Es destacable el hecho de que las mue stras sometidas a ensayos de fluencia uniaxiales presentaronmenos reducción en el módulo de elasticidad.

c) El módulo de Poisson, aumenta con el tiempo , siendo este aumento menos marcado en compresión uniaxial. Los incrementosfueron del 18% en compresión uniaxial y 138% en compresión -triaxial.

d) En forma reducida podemos establecer los siguientes valoresporcentuales de la reducción del módulo de elasticidad con -el tiempo en función del Desviador de Tensiones (s = al-Q3)

18

S(kg/cm2 ) AE = Eo - Ew / Eo(%)

300 -20

265 -27

200 -16

165 -39

130 -42

115 -44

65 -46

30 -43

-35 -19

experimentándose aproximadamente por encima de Desviaciones

de Tensión ( S) superiores a 180 kg/cm2 disminuciones en el -

Módulo de Elasticidad de menos del 25% y por debajo de S =

180 kg / cm2 de más del 40%.

c) En estos ensayos también se pudieron obtener las variaciones

de los Módulos de Elasticidad a t = 0 (Eo) y su variaci8n conel confinamiento lateral:

S (kg/cm2 ) Q3 (kg/cm2 ) Eo(106 psi) Eo(media)

300 0 1.9 1.9

200 0 1.9

265 35 2.2.

165 35 4.6

115 35 4.5

65 35 2.6 3.5

130 70 4.3

30 70 2.1 3.2

Con lo que vemos que el Módulo de Elasticidad practicamen

te se estaciona por encima de niveles de confinamiento relativa

- 19

mente reducidos , pudiendo estimarse como valor practicamen-te constante del Módulo de Elasticidad inicial ( E0)ante cualquier estado tensional el de

Eo = 2.8 x 106 psi = 200.000 kg/cm2

- 20 -

ANEXO 8

DEFINICION DE CONDICIONES DE CONTORNO

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LOS toa ts4 !!a 21s

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NUDOS.

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GCONDICISPESEDERCgÑTORNOSRBESPIMPI(6200) SH=0.7SV SV( COL.) PPROP. sumo

ANEXO 9

ANALISIS DE SENSIBILIDAD

DEL MODELO ESTRUCTURAL

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i

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i

i

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N LOS ELEMENTOS.

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N LOS ELEMENTOS.

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NUDOS.

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I

I

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N lOS ELEhIENTOS . ',

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I

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N LOS ELEMENTOS.t

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NUDOS.

i

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I

i

i

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N LOS ELEMENTOS.

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I

13 L 14 L+¡H EN LOS ELEMENTOS.

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NUDOS.

i

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ii

Goffil8.01 G NARRgiP. COLADSIGti -B1HO�SjGVjS01Pi45Ó0. oeoo

ANEXO 10

ESTADO TENSO-DEFORMACIONAL ELASTO-PLASTICO DELAS POSIBLES SITUACIONES DE LA GALERIA

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ANEXO 11

ANALISIS ESTRUCTURAL DE LA ENTIBACION

(CUADROS, PERFILES, ESPACIAMIENTO)

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