segunda parte - diseño de excavaciones
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8/9/2019 Segunda parte - Diseo de Excavaciones
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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO
FACULTAD DE INGENIERIA DE MINAS
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA DE MINAS
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Prof. Luis M Tejada C,
PhD.
INTRODUCCIN
El diseo y la estabilidad en aberturas subterrneas es deprimordial importancia en minera. Incluyendo seguridad deempleados, proteccin de equipos, recuperacin optima deldeposito esta depende de la habilidad de los ingenieros que
disean las excavaciones subterrneas para un determinadoperiodo.
Aunque la minera subterrnea se remonta casi hasta el comienzode la historia, el diseo de las aberturas subterrneas (es decir,
especificaciones para el tamao y la forma de las aberturas, lacantidad y el tipo de soporte, y otros relacionados con estosproblemas) hasta hace poco se han basado sobre la experienciaadquirida con los mtodos de ensa
yo y error. (METODOSEMPIRICOS)
Obert Leonard, Duvall Wilbur and Merrill Robert (1960). design ofunderground Openings in competent rock
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Por lo tanto, esta fase de la minera se ha desarrollado mscomo un arte que una ciencia. La falta de un enfoquecientfico para el problema de diseo no refleja laincapacidad por parte de la profesin de la minera. El
problema se ha complicado por muchos factores, como lafalta de una adecuada teora que describe la distribucin dela tensin en torno a un complejo sistema de aberturas(60s), la falta de pruebas estandarizadas para la
determinacin de las propiedades fsicas de la roca, y la faltade procedimientos y la instrumentacin para hacer ensayosin situ para comprobar la validez del diseo.
INTRODUCCIN
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Durante las ltimas 2 o 3 dcadas se ha producido unatransicin hacia un enfoque ms cientfico en la minera. Ladistribucin de la tensin en torno a los sistemas de una yvarias aperturas de minas se ha determinado a partir de la
teora o de los estudios fotoelsticos y modelos de roca.Numerosas pruebas estndarizadas se han establecido parala medicin de la resistencia y propiedades elsticas delmacizo rocoso. Instrumentacin y procedimientos de prueba
se han desarrollado para determinar las tensiones, lasresistencias y la fuerza in-situ en la mina.
INTRODUCCIN
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El objetivo principal del diseo es calcular losdesplazamientos, y como una cuestin prctica, para ver silos desplazamientos son aceptables.
INTRODUCCIN
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Para una mina a cielo abierto, el diseo de los taludes esuno de los principales retos en cada etapa de laplanificacin y operacin. Se requiere un conocimientoespecializado de la geologa, que es a menudo complejoen las inmediaciones de yacimientos donde laestructura y / o alteracin pueden ser factores clave y
de las propiedades de los materiales, que son confrecuencia muy variables. Tambin se requiere unacomprensin de los aspectos prcticos de la aplicacinde diseo.
INTRODUCCINJohn Read and Peter Stacey (2009). Guidelines for Open Pit Slope Design
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El objetivo de cualquier diseo de la mina a cielo abiertoes proporcionar una configuracin ptima deexcavacin en el contexto de la seguridad, larecuperacin de mineral, y el retorno financiero. Los
inversores y los operadores esperan que el diseo de lapendiente para establecer paredes que sern establesdurante la vida del cielo abierto, que se puede extenderms all del cierre. Por lo menos, cualquier inestabilidaddebe ser manejable. Esto se aplica a todas las escalas delas paredes de los bancos individuales a los taludesglobales.
INTRODUCCIN
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Importancia del diseo
Dos objetivos principales del explotador de lamina son: (1) asegurar que la mina es segura y(2) para asegurarse de que se opera del modo
ms econmico posible. en todos los mtodosde explotacin.
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Importancia del diseoInestabilidad no controlada, en la insuficiencia efecto de unapendiente, puede tener muchas consecuencias incluyendo lassiguientes.seguridad / Implicancias sociales
la prdida de vidas o lesiones
prdida de ingresos de los trabajadores
prdida de la confianza del trabajador
prdida de credibilidad corporativa, tanto externa como con los accionistas
consecuencias econmicasinterrupcin de las operaciones
prdida de mineral
prdida de equipos
aumento de decapado
costo de la limpiezaprdida de los mercados
consecuencias ambientales / reguladoresimpactos ambientales
incremento de la regulacin
consideraciones de cierre
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Importancia del diseoFigura 2: En este ejemplo, aumento de lapendiente de los resultados de pared en
una mayor recuperacin de mineral y lareduccin de extraccin cuando secompara con haciendo retroceder lapendiente actual.
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The role of slope stability in the economics, design andoperation of open pit mines
Richard M. Stewart and Bruce A. Kennedy Text. Stability in open Pit Mining
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Estabilidad de Taludes Bagdad Mine, Arizona
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Grasberg Mine, Indonesia Octubre 9, 2003Lo que pasa cuando el agua se acumula y el drenaje falla
9 Personas Muertas
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Subsidencia
Newcrest, Queensland, Australia
El Teniente, Chile
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Estabilidad de Excavaciones Subterrneas
Pilar sobrecargado (overstressing)
Colapso de un tnel
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Fragmentacin
DOZ, Freeport Indonesia
Esmeralda- El Teniente, Codelco, Chile
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Palabora, South Africa
Transicin Rajo- Subterrnea
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Metodologas para el diseo
Mtodos de diseo pueden ser categorizados como analtico,
observacional o emprico y numrico. Los mtodos empricos evalan
la estabilidad de las estructuras por el uso de las prcticas del pasado
para predecir el comportamiento futuro en base a los factores ms
crticos en el diseo. Derivaciones empricas han ganado aceptacin en
los ltimos quince aos, en gran parte debido a su capacidad de
prediccin, ya que los mtodos convencionales de evaluacin tienen la
dificultad de identificar la naturaleza articulada del material de roca, la
asignacin de propiedades a la misma y el establecimiento de
parmetros de entrada para la evaluacin numrica subsiguiente.
Design for Underground Metal Mines 1 - Design Parameters
(2005). Rimas Pakalnis Ph. D.
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Mtodo emprico
Grfico estabilidad Pilar, por Lunder (1994).
Hard rock pillar design chart (Lunderand Pakalnis 1997).
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Mtodo emprico
The Extended Mathews Stability Graphdatabase plot-ted by mining method.
Grfica Mtodo de Diseo de Mathew
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Metodologas para el diseo Existen diferencias inherentes entre los enfoques de diseo analticas
y empricas en mecnica de rocas.
Mtodos de diseo analticos se basan en una estimacin de la
conducta constitutiva de una masa de roca. Conducta constitutiva
incluye una estimacin de criterios de falla del macizo rocoso, quepuede ser el m y s del criterio Hoek-Brown, criterio de Mohr-Coulomb, o
alguna medida de la interaccin de las superficies juntas y los bloques
de roca. Una vez que el comportamiento de las masas de roca
constitutiva se ha llegado a, se convierte en parte del mtodo de diseo
y no se vara. Mtodos de diseo empricos se basan ms en una
estimacin de las propiedades constitutivas de un macizo rocoso.
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Mtodo analtico
Existen muchas disertaciones en el anlisis de la insuficiencia de cua. Hoek y Brown (1980),Brady y Brown (1994), y Goodman (1989) son buenas referencias con respecto a este tema.
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Mtodo numrico
Vista del diseo de pilares de rumbo en la Unidad Minera Yauliyacu
Vista del diseo de pilares de buzamiento en la Unidad Minera Yauliyacu
http://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_2/Variante%20en%20la%20Aplicac%C3%ADon%20del%20M%C3%A9todo.pdf -
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Metodologa para el diseo: Estimar el campo de esfuerzo y su distribucin sobre el pilar a disear
Determinar propiedades de resistencia y deformacin del cuerpo
mineralizado y de la roca husped de manera reproducible y con cierto
grado de exactitud
Definir las caractersticas estructurales del macizo rocoso: localizacin,persistencia y propiedades mecnicas de discontinuidades, dentro de la
zona de influencia de la actividad minera
Establecer la distribucin y magnitud de la presin de agua subterrnea en
el dominio
Evaluar mediante tcnicas analticas los posibles modos de respuesta del
macizo rocoso, para ciertas condiciones y geometra de las excavaciones
mineras
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Modos de
fallo
Angulo interrampas
Talud
general (tajo)
Analisis de
estabilidad
Diseos
finales
Configuracion
de Banco
Dominio
Geotecnico
Modelo
Geotecnico
Diseo de
sectores
Implementacion
Cierre
Equipamiento
Capacidades
planeamiento
de mina
Taludes
parciales(banco)
Talud general
(tajo)
EstructuraFuerza
Evaluacion deriesgo
Despresurizacion
Monitoreo
voladura
Drenaje
Estructura
Fuerza
Hidrogeologia
Esfuerzo in situ
Modelo de
diseo
Movimiento
Regulaciones
Geologa Estructura Macizo rocoso Hidrogeologa
MODELOS
DOMINIOS
DISEOS
ANALISIS
IMPLEMENTACION
PROCESOS
INTERACTIVO
S
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Diseo de ingeniera exitosa implica un procesode diseo, que es una secuencia de eventos enel que el diseo se desarrolla lgicamente.Bieniawski (1993) resume una metodologa de10 pasos para los problemas de diseo deingeniera de rocas, incorporando 6 principies de
diseo:
Metodologa para el diseo:Bieniawski
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Pakalnis R, 2004.Rock MechanicsLectures Notes.
Individualmente cada uno esslo una herramienta querequiere el diseador parahacer frente a los factores
ms crticos para laestabilidad de la estructurasubterrnea global: el estrs,la estructura y del macizorocoso, como se muestra en laFigura.
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Metodologa de diseo
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Metodologa de diseo
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Metodologa de diseo
Operaciones para el modelamiento numrico de excavaciones en medios rocosos.FUENTE: ANLISIS DE EXCAVACIONES EN LA MINA SUBTERRNEA EL TORO PORMEDIO DE ELEMENTOS FINITOS, lvaro J . Castro C., J uan E. Monsalve O. & Oswaldo
Bustamente R.
Ingeniera del diseo de roca
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Ingeniera del diseo de roca necesitamos la fuerzaObjetivo Para usar mas de estos
Mtodos de diseo
Metodo A Metodo B Metodo C Metodo D
metodos ExttencionUso de
Analisis basicos De metodosmetodos Nivel 1metodos numericos, FEM, numericos,
convencionalFuerza-base BEM, DEM, completamente 1:1 mapa
existenteshybrid Asociado
A modeloslugar
Investi
gacion sistemasistemas
Analisis antes Clasificacion de experto deintegrados nivel2De las la masa rocosa Dtabase, y
aproximados 1:1 mapamodificaciones RMR, Q, GSI Otros sistemasBasados eninternetparecidos
Diseos basados hacia el analisis Diseos basados antes del analisis
Construccion
3Esfuerzos en Roca Ocurrencia y Variacin, John A Hudson, imperial College london.
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PLANEAMIENTO Y DISEOMINERO
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EJEMPLOS DE CASOS
Diseo geomecnico del metodo de Minado
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Diseo geomecnico del metodo de MinadoSublevelStoping de la mina Santa Pancha
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Modelo Geomecnico
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Modelamiento y anlisis de esfuerzos y
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Modelamiento y anlisis de esfuerzos ydeformaciones
Como un complemento a la metodologa emprica utilizada, se realizel anlisis de esfuerzos y deformaciones mediante el modelamientogeotcnico de elementos finitos con el programa Phases2
La construccin de un modelo geotcnico
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La construccin de un modelo geotcnicode West Branch a cielo abierto de Kinross
Tasiast: un estudio de caso
Structural Model
Seccin transversal quemuestra las estructurasprincipales en 71880 N.
Vista del modelo estructural que muestra lasfallas y diques, junto con el rajo diseado.
R k M M d l
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Rock Mass Model
Modelo RMR cortado y dividido por 47250 E.
Seccin transversal del modelo deRMR en 71220 N.
Application of the rock mass and structural
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Application of the rock mass and structural
models to slope design
Seccin transversal del modelo de RMR en
71220 N.
Limit Equilibrium Analysis
Numerical Analysis
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Slope design parameters by domain.
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BibliografaJohn Read and Peter Stacey (2009). Guidelines for
Open Pit Slope Design. CSIRO PUBLISHINGObert Leonard, Duvall Wilbur and Merrill Robert (1960),
design of underground Openings in competent rock,bureau of Mines, EEUU.
Design for Underground Metal Mines 1 - DesignParameters (2005). Rimas Pakalnis Ph. D.Design for Underground Metal Mines 2 Design
Guidelines (2005). Rimas Pakalnis Ph. D.Geotechnical Data Collection for Excavation in Rock
(2002). James Mathis PhD PE (US) P.Eng (Canada).Notas del curso de mecnica de rocas, Maestra en
geomecnica minera, Universidad de Curtin Australia.
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PREGUNTAS
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Quien nunca pregunta, o lo
sabe todo o no sabe nada
Sfocles
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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO
FACULTAD DE INGENIERIA DE MINAS
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA DE MINAS
METODOLOGIA DEL DISEO
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METODOLOGIA DEL DISEO
Diseo de excavaciones mineras y obras complementarias
Para el inicio del trabajo dediseo de excavacionessubterrneas tomaremos encuenta la metodologapropuesta por Bieniawski.
INSTRUMENTOS DE MAPEO GEOMECANICO
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INSTRUMENTOS DE MAPEO GEOMECANICO
Diseo de excavaciones mineras y obras complementarias
BRUJULA: Para la medicin de la orientacin de
discontinuidades Direccin de Buzamiento, Buzamiento, azimut.Direccin de excavacin de las galerias. Medicin de losestratos, fallas y otros.
FLEXOMETRO: Medicin de la persistencia, apertura,
espaciado.
CUADERNO DE APUNTES: Anotar los datos tomados de lasdiscontinuidades.
GPS: Tomar datos de ubicacin de accesos de las laboresprincipales.
MARTILLO SMITH O MARTILLO DE GELOGO: Tomar datosde resistencia de compresin simple en campo.
BRUJULA
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BRUJULA
Diseo de excavaciones mineras y obras complementarias
BRUJULA
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BRUJULA
Diseo de excavaciones mineras y obras complementarias
TOMA DE DATOS EN EL CAMPO
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TOMA DE DATOS EN EL CAMPO
Diseo de excavaciones mineras y obras complementarias
Azimut
Buzamiento
Direccin de Buzamiento
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ESTACIONES GEOMECNICAS. DESCRIPCION DE LOSMACIZOS ROCOSOS
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MACIZOS ROCOSOS
Diseo de excavaciones mineras y obras complementarias
Es necesario tomar todos los datos posibles de
campo, pues a menudo, no se puede volver al puntode medicin.
Una estacin geomecnica es un conjunto deobservaciones ordenadas en un entorno con objetode valorar un macizo rocoso. Se asumen a un nicopunto y agrupan observaciones de juntas y dematriz rocosa para dar un valor al conjunto
denominado macizo rocoso.
TRABAJO EN EQUIPO
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TRABAJO EN EQUIPO
Diseo de excavaciones mineras y obras complementarias
Ntese como una persona rellena el estadillo mientras la otra aplica elesclermetro contra la roca.
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METODOS SUGERIDOS PARA LA
DESCRIPCION CUANTITATIVA DELAS DISCONTINUIDADES DE LAMASA ROCOSA
1. Orientacin2. Espaciamiento
3. Persistencia
4. Rugosidad
5. Resistencia de las paredes
6. Apertura7. Relleno
8. Filtraciones
9. Nmero de familias (sistemas)
10. Tamao de bloques
DESCRIPCIN DE LOS MACIZOS ROCOSOS EN CAMPO
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DESCRIPCIN DE LOS MACIZOS ROCOSOS EN CAMPO
Diseo de excavaciones mineras y obras complementarias
Como regla general, el estadillo o plantilla de campo ser tal que nos permita en cada estacingeomecnica (window o scan line) tomar los datos para las clasificaciones geomecnicas y las
resistencias de las juntas
DESCRIPCIN DE LOS MACIZOS ROCOSOS EN CAMPO
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DESCRIPCIN DE LOS MACIZOS ROCOSOS EN CAMPO
Diseo de excavaciones mineras y obras complementarias
CROQUIS DEL EMPLAZAMIENTO
DESCRIPCIN DE LOS MACIZOS ROCOSOS EN CAMPO
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DESCRIPCIN DE LOS MACIZOS ROCOSOS EN CAMPO
Diseo de excavaciones mineras y obras complementarias
EN CASO DE TALUDES:
1. Direccin del talud.2. ngulo del talud.3. ngulo de coronacin.
4. Altura.5. Croquis de las juntas(grietas de traccin, etc.)
EN UNA GALERA:
1. Direccin de la galera.2. Sentido de avance.3. Anchura.
4. Altura y forma.5. Croquis de las juntas y proximidad
de otras galeras.
DESCRIPCIN DE LOS MACIZOS ROCOSOS EN CAMPO
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DESCRIPCIN DE LOS MACIZOS ROCOSOS EN CAMPO
Diseo de excavaciones mineras y obras complementarias
ESTRUCTURA DEL MACIZO ROCOSO. SUPERFICIES DE
DISCONTINUIDADLas superficies de discontinuidad aparecen durante laformacin de la roca (planos de estratificacin, laminacin,foliacin, disyuncin, etc.) o posteriormente por causas
tectnicas (esquistosidad, pizarrosidad y las fracturas: fallasy las diaclasas (estas ltimas denominadas vulgarmentejuntas).
Las fracturas son planos de discontinuidad originados cuando
la roca ha estado sometida a un esfuerzo tectnico quesobrepas su lmite de rotura. Consideramos dos tipos defracturas: fallas y juntas.
DESCRIPCIN DE LOS MACIZOS ROCOSOS EN CAMPO
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PhD.Diseo de excavaciones mineras y obras complementarias
CARACTERES GEOMECNICOS DE LAS DISCONTINUIDADES
En geotecnia la tendencia es definir las discontinuidades porla direccin de buzamiento y el buzamiento (en ingls: DIP-DIR y DIP). As 240/20 indica una direccin de buzamiento
N- 240E y un buzamiento de 20. Trabajaremos en todomomento con rumbos y direcciones (de planos y de taludesy galeras) referidos todos al Norte Magntico.
Como regla sencilla para recordar, la direccin debuzamiento es la de la lnea de mxima pendiente delplano, marcada por el recorrido que llevara una gota deagua que deslizase por la superficie
ORIENTACIN
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Esquema de la representacin geomecnica de una discontinuidad, segn HOEK, KAISER yBAWDEN (1995).
ORIENTACIN
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ORIENTACIN
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ORIENTACIN
Diseo de excavaciones mineras y obras complementarias
El vector que forma el lapicero marca la direccin de buzamiento(DIPDIR) y el buzamiento (DIP)
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EFECTO ESCALA Y DISCONTINUIDADES
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EFECTO ESCALA Y DISCONTINUIDADES
SISTEMAS O FAMILIAS DE DISCONTINUIDADES ESTRUCTURALES
VISTA PERSPETIVA Y SU RELACION A UNA ESTRUCTURA DE INGENIERIA
FAMILIA DE DISCONTINUIDADES
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FAMILIA DE DISCONTINUIDADES
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SISTEMAS O FAMILIASDE DISCONTINUIDADESESTRUCTURALES
DIAGRAMA DE BLOQUES QUEPROPORCIONA UN CUADROCUALITATIVO DEL DIACLASAMIENTO
ORIENTACIN
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ORIENTACIN
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TECNICAS DE PROYECCION ESTEREOGRFICA PARA DETERMINARLAS CARACTERISTICAS ORIENTACIONALES DE LAS DISCONTINUIDADES
ORIENTACIN
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ORIENTACIN
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TECNICAS DE PROYECCION ESTEREOGRFICA PARA DETERMINARLAS CARACTERISTICAS ORIENTACIONALES DE LAS DISCONTINUIDADES
ORIENTACIN
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ORIENTACIN
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REPRESENTACION DE DATOS ESTRUCTURALESRELACIONADOS A CUATRO POSIBLES MODOS DEFALLA DE TALUDES, PLOTEADOS SOBRE UNA REDEQUIAREAL DE SCHMIDT
ORIENTACIN
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ORIENTACIN
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FORMACION DE CUAS EN EXCAVACIONES SUBTERRANEASPOR EL ARREGLO ESTRUCTURAL DE LA MASA ROCOSA
ESPACIADO
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S C O
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DISTANCIA ENTRE LAS DISCONTINUIDADES DE UN SISTEMAMEDIDO PERPENDICULARMENTE A LAS MISMAS
ESPACIADO
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El espaciado de las discontinuidades es un factor que
influye en el tamao de los bloques de roca (cada decuas), as como en la permeabilidad del macizo rocoso(permeabilidad secundaria o por fracturacin) quecondiciona la circulacin de agua. El espaciado es la
separacin en perpendicular de dos juntas de una mismafamilia. Cuanto ms separadas estn las juntas msestable y resistente ser el macizo rocoso.
ESPACIADO
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cara
inac
cesible
S 2
2
cinta
d
S 2
ca. 90
2
set n 1
set n 2
set n 3
S 1S2
S
1SS = d sin2 2 2
20 - 60 mm
60 - 200 mm
200 - 600 mm
600 - 2000 mm
2000 - 6000 mm
> 6000 mm
Espaciamiento moderado
Espaciamiento amplio
Espaciamiento muy amplio
Espaciamiento extremadamente amplio
Terminologa
Espaciamiento extremadamente cercano < 20 mm
Espaciamiento muy cercano
Espaciamiento cercano
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ESPACIAMIENTO APARENTE Y VERDADEROEN LA CARA ACCESIBLE
CORRECCION PARA DETERMINAR ELESPACIAMIENTO VERDADERO
PERSISTECIA
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El concepto de persistencia se refiere a la extensin o tamaode una discontinuidad. Este parmetro se puede estimar (enausencia de excavacin) observando las longitudes de lassuperficies estudiadas en los afloramientos.
LONGITUD DE LA TRAZA DE LA DISCONTINUIDADO EXTENSION AREAL DE LA MISMA
TERMINOLOGIA
Persistencia muy baja 01 mPersistencia baja 13 mPersistencia media 310 mPersistencia alta 1020 m
Persistencia muy alta > 20 m
RUGOSIDAD
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Es la aspereza o irregularidad de la superficie de ladiscontinuidad. Cuanto mas rugosa sea mayor ser laresistencia de los labios de la discontinuidad. Intuitivamentetiene implicacin en la cohesin y ngulo de friccin de la
junta, es decir en la denominada resistencia al corte.La importancia de la rugosidad disminuye al aumentar la
apertura, el espesor del relleno o cualquier desplazamientosufrido con anterioridad.Empleamos los perfiles normalizados que indican ondulacinen una parte y JRC (rugosidad) en la otra. Bajo estas lneas
presentamos uno
RUGOSIDAD
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GRADO DE ASPEREZA Y/U ONDULACION DE LAS DISCONTINUIDADES
RUGOSIDAD
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RESISTENCIA DE LAS PAREDES
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____________________________________________________________________________Trmino Descripcin Grado
____________________________________________________________________________Fresca o sana No hay signos visibles de intemperizacin del material I
rocoso, quizs una ligera decoloracin en la superficiede las dicontinuidades principales
Ligeramente La decoloracin indica la intemperizacin del material IIintemperizado rocoso y de la superficie de discontinuidad. Todo el
material rocoso puede estar decolorado por intemperi-zacin y externamente puede ser ms dbil que en sucondicin sana.
Mederadamente Menos de la mitad del material rocoso est descom III
intemperizada puesto y/o desintegrado a un suelo. Roca fresca odecolorada esta presente ya sea como armaduracontinua o como ncleos.
Altamente Ms de la mitad del material rocoso esta descompuesto IVintemperizada y/o desintegrado a un suelo. Roca fresa o decolorada
esta presente ya sea como armadura continua o comoncleos.
Completamente Todo el material rocoso esta descompuesto y/o desin- Vtegrado a un suelo. La estructura del macizo rocosooriginal permanece aun intacto.
Suelo residual Todo el material rocoso se ha convertido en suelo. La VIestructura del macizo y la fbrica del material se handestruido. Hay un cambio grande en el volumen, peroel suelo no ha sido transportado significativamente.
GRADO DE INTEMPERIZACION DE LA MASA ROCOSA
RESISTENCIA DE LAS PAREDES
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TERMINO DESCRIPCION
Fresco o sano Ningn signo visible de intemperizacin del materialrocoso
Decolorado El color del material rocoso fresco original es distinto. Hayque indicar el grado de cambio del color original. Taminhay que mencionar si el cambio de color solo afecta adeterminados minerales.
Descompuesto La roca esta intemperizada a una condicin de suelo, en lacual la fbrica del material original esta aun intacta, peroalgunos o todos los granos minerales estndescompuestos.
Desintegrado La roca est intemperizada hasta alcanzar la condicin deun suelo, en el cual la fbrica original se mantiene aunintacta. La roca es friable, pero los granos minerales noestn descompuestos.
GRADO DE INTEMPERIZACION DEL MATERIAL ROCOSO
RESISTENCIA DE LAS PAREDES
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Grado Descripcin Identificacin de campo Rango aprox.Sigmac MPa
R1
R2
R3
R4
R5
R6
Roca muy dbil
Roca dbil
Roca medianamente dura
Roca dura
Roca muy dura
Roca estremadamente dura
Desmenuzable bajo golpes firmes con la puntade un martillo de gelogo, puede desconcharsecon una navaja.Puede desconcharse con dificultad con unanavaja, se puede hacer marcas poco profundasgolpeando firmemente con el martillo de
gelogo.No se puede rayar o desconchar con unanavaja, las muestras se pueden romper con ungolpe firme del martillo de gelogo.Se requiere ms de un golpe con el martillo degelogo para romper la muestra.Se requieren varios golpes con el martillo degelogo para romper la muestra.Solo se puede romper esquirlas de la muestracon el martillo de gelogo.
1.0 5.0
5.0 25
25 50
50 100
100 250
250
ESTIMACION EN CAMPO DE LA RESISTENCIA DE LA ROCA INTACTA
RESISTENCIA DE LAS PAREDES
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CARTILLA DE CORRELACION PARA EL MARTILLO SCHMIDT DE DUREZARELACION: DENSIDAD, N REBOTE Y RESISTENCIA COMPRESIVA DE LA ROCA
APERTURA
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Es la separacin entre los labios de las discontinuidades. Cuanta ms
separacin ms inestable es el conjunto, siendo adems zonas depreferencia para la circulacin de agua y la presencia de materialesarcillosos que restan resistencia al macizo
Discontinuidad cerrada
a
Discontinuidad abierta
b apertura
Discontinuidad rellenada
c ancho
DIAGRAMAS QUE MUESTRAN LA DEFINICION DE LA APERTURA DE LASDISCONTINIDADES Y EL ANCHO DE LAS DICONTINUIDADES RELLENAS
APERTURA
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GRADO DE SEPARACION DE LAS PAREDES DE LAS DISCONTINUIDADES
APERTURA
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Apertura Descripcin
__________________________________________________________________
< 0.10 mm Muy cerrado
0.10 0.250 mm Cerrado Rasgos cerrados
0.25 0.5 mm Parcialmente abierto
0.50 2.5 mm Abierto
2.50 10 mm Moderadamente amplio Rasgos semiabiertos 10 mm Amplio
1 10 cm Muy amplio
10 100 cm Extremadamente amplio Rasgos abiertos
1 m Cavernoso
__________________________________________________________________
TERMINOLOGIA DE LA APERTURA
RELLENO
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Se debe de indicar si no hay, si este es duro (filn) o de arcilla, etc.Con el espesor que deber ms o menos coincidir con la apertura de la
junta; a excepcin de que slo tengamos parte de la junta rellena (algono muy frecuente).
MATERIAL DE RELLENO DE UNADISCONTINUIDAD
RELLENO
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Minerologa del material de relleno
Gradacin del tamao de partculas Relacin de sobre-consolidacin Contenido de agua y permeabilidad Desplazamientos de corte previos
Rugosidad de las paredes Ancho Fracturamiento o trituramiento de la roca de las paredes
FACTORES IMPORTANTES DEL COMPORTAMIENTO FISICO DEL RELLENO
RELLENO
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EJEMPLOS DE ESQUEMAS DE CAMPO DE DISCONTINUIDADES CON RELLENO
METEORIZACIN
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La meteorizacin de las rocas se refiere a la modificacin en la
composicin o estructura de una roca situada en la superficie terrestre oen sus proximidades, debido a la accin de los agentes atmosfricos(Ramrez, 1991).La descripcin del estado de meteorizacin del material rocoso es departicular importancia al considerar las rocas desde el punto de vista
resistente, ya que la meteorizacin tiene efectos profundos en laspropiedades fsicas y mecnicas del material rocoso.La ISRM en su publicacin de 1978 Suggsted Methods for theQuantitative Description of Discontinuities in Rock Masses estableceunas tabla con los criterios para clasificar tanto la masa rocosa como delos labios o paredes de las discontinuidades.En primer lugar indica que debe de describirse el grado de meteorizacin(o alteracin) de la masa rocosa como un todo (tabla 17).
METEORIZACIN
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FILTRACIONES
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FILTRACIONES EN LA PARED ROCOSA DE UNA GALERIA SUBTERRANEA
FILTRACIONES
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______________________________________________________________________________________________________
Valoracin de
la filtracin Descripcin
_______________________________________________________________________________________
I La discontinuidad est muy cerrada y seca, el flujo de agua a travs de ellas noparece posible.
II La discontinuidad esta seca sin evidencia de flujo de agua.
III La discontinuidad esta seca pero muestra evidencias de flujo de agua, es decir,est teida por la corrosin.
IV La discontinuidad esta hmeda pero no esta presente el agua libre.V La discontinuidad muestra fitracin, ocacionalmente goteo de agua, pero sin
flujo continuo.
VI La discontinuidad muestra un flujo continuo de agua. (Estimar l/min ydescribir la presin como baja, media, alta).
_______________________________________________________________________________________
FILTRACIONES A TRAVES DE DISCONTINUIDADES SIN RELLENO
FILTRACIONES
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FILTRACIONES A TRAVES DE DISCONTINUIDADES CON RELLENO
______________________________________________________________________________________________________
Valoracin de
la filtracin Descripcin
_______________________________________________________________________________________
I Los materiales de relleno estn severamente consolidados y secos, flujossignificativos parecen improbables debido a la muy baja permeabilidad.
II Los materiales de relleno estn hmedos, pero no hay presencia de agua libre.
III Los materiales de relleno estn hmedos, ocasionalmente goteo de agua.
IV Los materiales de relleno muestran signos de lavado, flujo continuo de agua (estimar
en l/min.).V Los materiales de relleno estn lavados localmente, flujo de agua considerable a lo largo
de los canales de lavado (estimar l/min y describir la presin: baja, mediana, alta).
VI Los materiales de relleno estn lavados completamente, se experimentan presionesde agua muy altas, especialmente en la primera exposicin (estimar l/min y describir lapresin).
_______________________________________________________________________________________
NUMERO DE FAMILIAS O DE SISTEMAS
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COMPORTAMIENTO MECANICO Y APARIENCIA DE LA MASA ROCOSA
Terminologa
I masiva, ocacionalmente juntas aleatoriasII una familia de juntasIII una familia de juntas mas juntas aleatoriasIV dos familias de juntasV dos familias de juntas mas juntas
aleatoriasVI tres familias de juntasVII tres familias de juntas mas juntasaleatoriasVIII cuatro o mas familias de juntasIX roca triturada, como tierra
TAMAO DE BLOQUESTERMINOLOGIA
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TERMINOLOGIA_______________________________________________Descripcin Jv (juntas/m3)_______________________________________________
Bloques muy grandes 1.0Bloques grandes 1 - 3Bloques de tamao mediano 3 - 10Bloques pequeos 10 - 30Bloques muy pequeos 30_______________________________________________
Valores de Jv
60 podra representar roca triturada,
tpico de zonas trituradas libres de arcillas.
Segn Palsmtrom (1974), el RQD y el Jv estn relacionados as:
RQD = 115 3.3 JvRQD = 100 para Jv < 4.5
TAMAO Y FORMA DE BLOQUES
Masivo = pocas juntas o espaciamiento muy amplioBloqueado = aproximadamente equidimensionalTabular = una dimensin considerablemente mas pequea que las otras dosco lumnar = una dimensin considerablemente mas grande que las otras dosi r regular = amplia variacin del tamao y forma de los bloquesTri turado = severamente fracturado, tipo cubo de azcar
TAMAO DE BLOQUES
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ESQUEMAS DE FORMAS DE BLOQUES: a) bloqueado, b) irregular, c) tabular y d) columnar.
CLCULO DEL RQD
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Es un parmetro que se establece a partir de testigos, se define
como el porcentaje de fragmentos recuperados mayores de 10 cmsobre la longitud total del taladro. Sin embargo hay metodologaspara estimarlo en afloramientos.
CLCULO DEL RQD
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CLCULO DEL RQD
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Hay dos metodologas a seguir para el clculo de RQD, una la de
Priest y Hudson, que emplea las es el de las fracturas por metrolineal. Y la segunda, la de Palstrom, que emplea el ndicevolumtrico Jv.
Priest y Hudson
RQD = 100 e0,1 (0,1 + 1)=(juntas por metro lineal)
Palstrom
Jv = 1/Si Donde Si es el espaciado medio de cadafamilia de juntasRQD = 1153,3Jv
RQD = 100 si Jv< 4,5
GRADO DE FRACTURAMIENTO DE LA MASAROCOSA
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CONSIDERANDO EL NUMERO DE FAMILIAS DEDISCONTINUIDADES Y EL TAMAO DE BLOQUES
Masiva o levemente fracturada Moderadamente fracturada
2 a 6 fracturas / m 6 a 12 fracturas / m
GRADO DE FRACTURAMIENTO DE LA MASAROCOSA
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CONSIDERANDO EL NUMERO DE FAMILIAS DEDISCONTINUIDADES Y EL TAMAO DE BLOQUES
Muy fracturada Intensamente fracturada
12 a 20 fracturas / m > 20 fracturas / m
GRADO DE FRACTURAMIENTO DE LA MASAROCOSA
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CONSIDERANDO EL NUMERO DE FAMILIAS DEDISCONTINUIDADES Y EL TAMAO DE BLOQUES
Triturada o brechada
TIPOS DE DISCONTINUIDADESESTRUCTURALES DE LA MASA ROCOSA
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====================================
ESTRUCTURAS MAYORES
Plegamientos
Fallamientos
ESTRUCTURAS MENORES
Diaclasas o juntas
Estratos
Zonas de corte
Diques
Planos de foliacinContactos litolgicos
Venillas y otros
====================================
PROYECCIN ESTEREOGRFICA
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PROYECCIN ESTEREOGRFICA
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PROYECCIN ESTEREOGRFICACOORDENADAS: ESTACIN N
1 2FICHA DE ESTACIONES GEOMECNICAS
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COORDENADAS: X: Y: Z: ESTACIN N:FECHA: Calidad de afloramiento: bue no g ale ri a mina Cab eza Li ja r
X 7 X2 X1 X8 X6 X8 X8 X3 X2 X10 X3
MEDIDAS 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 18 19Tipo de Plano J J J J J J J J J J J J J J J J METEORIZACI N: Grado III RESISTENCIA:R5 = Muy dura
Azimut 90 140 110 150 0 140 60 0 0 0 50 50 90 130 0B uzam ien to 85S 80NE 85NE 40W 15E 80NE 50NW 20W 20W 15E 80E 70NW 80N 85S W 85EESPACIADO> 2000 mm X
600 - 2000 mm X X X
200 - 600 mm X X X X X X X60 - 200 mm X X X
< 60 mm XCONTINUIDAD
< 1 m1-3 m X X X X X X X X X3-10 m X X X10-20 m X>20 m X X
APERTURANada X X X X X X X X X X X X
< 0,1 mm X X0,1-1,0 mm X
1-5 mm> 5 mm
RUGOSIDADOndulacin II II II II II II II
JRC 2-4 2-4 2-4 2-4 2-4 2-4 2-4 0-2 0-2 2-4 2-4 2-4 2-4 2-4 0-2METOR. JUNTA
Grado II II II II II I III II IV II II II II IIIAGUASeco X X X X
Lig. humedo X X X X X X X X XHumedo XGoteando X minimo maximo
Fluyendo minimo max Fracturas/metro l 8RELLENO Juntas/m3 JvNaturaleza SR SR SR SR SR SR SR SR R SR SR R SR SR SR Ensayo Tilt-test
fbsico
Espesor mm 0,1 1,0 JCS 110 Mpa
FOTOGRAFIA DE LA ESTACIN GEOMECNICA(Bieniawski 1989)
OBTENCIN RMR BSICO VALORACIN MNIMA VALORACIN MXIMADATOS VAL. DATOS VAL.
RMR 1 Resistencia a compr. simple (MPa)Martillo de gelogo Grado V 12 Grado V 12
RMR 2 Fracturas/metro lineal l) 8 4RQD 81 16 94 19
RMR 3 Espaciado (mm) 200 8 600 12 Persistencia 1-3 m 4 1-3 m 4
Apertura Nada 6 Nada 6
Rugosidad Suave 1 Suave 1 Relleno Ninguno 6 Ninguno 6
Alteracin Ligeramente alterado 5 Ligeramente alterado 5
Suma 22 22 RMR 5 Presencia de agua Estado Ligeram. hmedo 10 Estado Ligeram. hmedo 10
Total 68 Total 75
RMR Bsico 68 75
81 - 94 1 - 1 0,66 - 0.66
9 - 9 4 - 2
9 - 10 0,3 - 0,5 Q Bsico 1,5 ######
1 y 2
CARACTERIZACIN DEL MACIZO ROCOSO- Q (Barton 2002)RQD
Jn
4
43
CARACTERIZACIN DEL MACIZO ROCOSO- RMR
FICHA DE ESTACIONES GEOMECNICAS
Juntas
Martillo Schmidt
RQD/Jn
Jr
Ja
Jw
Jr/Ja
mar-07
RMR 4 Estado de lasjuntas
a
a
granitoLITOLOGIA: FORMACIN: leucogranitos de
Grado V (Comp. Simple 100-250 MPa)
1-3 m
Nada
SuaveNinguno
Ligeramente alterado
Estado Ligeram. hmedo
Grado V (Comp. Simple 100-250 MPa)
1-3 m
Nada
SuaveNinguno
Ligeramente alterado
Estado Ligeram. hmedo
Grado III R5 = Muy dura
PROGRAMA DE CLASES AUXILIARES
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8/9/2019 Segunda parte - Diseo de Excavaciones
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Prof. Luis M Tejada C,
PhD.Diseo de excavaciones mineras y obras complementarias
Introduccin al diseo de excavaciones mineras y obras complementarias
(Jueves 26 de Junio).
Caracterizacin de Macizo Rocoso. (Jueves 03 de Julio).
Seleccin del Mtodo de explotacin. (Jueves 10 de Julio).
Anlisis de cuas subterrneas, (Utilizacin del software Unwedge 3.0). (Jueves
10 de Julio).
Diseo de pilares, (Jueves 17 de Julio).
Diseo de cmaras (Jueves 24 de Julio).
Diseo de sostenimiento (Jueves 31 de Julio).
Introduccin al diseo de taludes mineros (Jueves 7 de Agosto).
Anlisis de estabilidad de taludes (Jueves 14de Agosto).
BIBLIOGRAFIA
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PhD.Diseo de excavaciones mineras y obras complementarias
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PhD.
THANKS
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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO
FACULTAD DE INGENIERIA DE MINAS
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ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA DE MINAS
Introduccin
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Macizo rocoso
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Roca intacta: el volumen de roca
que se encuentra entre lasdiscontinuidades.
Discontinuidades: fallas, diaclasas,planos de fractura, de clivaje, juntas, etc.
Diseo de excavaciones mineras y obras complementarias
Macizo rocoso
V l i t t d t i t t d t t l /
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PhD.Diseo de excavaciones mineras y obras complementarias
Volumen importante de roca que se encuentra intersectado, total y/oparcialmente, por estructuras geolgicas; las cuales definen
numerosos sub-volmenes o bloques de roca que, enconjunto, conforman el macizo rocoso. Conforme con esto, puedesealarse que el macizo rocoso est conformado por un conjunto debloques (los ms pequeos correspondena roca intacta), cuyasgeometras y distribucin de tamaos queda definida por las
estructuras geolgicas. Por lo tanto parece evidente que elcomportamiento mecnico del macizo rocoso depender de lossiguientes factores:
Propiedades mecnicas de los bloques que lo constituyen (roca
intacta) Propiedades de las estructuras del macizo rocoso
Interaccin del conjunto de bloques
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Efecto de escala
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Efecto de escala
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Se debe tener en cuenta que el mecanismo de falla varia con laescala
Diferentes mecanismos "ven" al macizo rocoso de manera distintadependiendo del volumen de roca envuelto
ContinuoDiscontinuoContinuo
Disminucin delespaciamiento de
discontinuidadesIntactoEdelbro (2004)
Diseo de excavaciones mineras y obras complementarias
Efecto de escala
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Escala IntegridadProbetade rocaPerforacin
IntactoContinuo
Roca + 1 setde estructuras
Tnel
BlocosoDiscontinuo
Roca + 2 setsde estructuras
Casern
Muy BlocosoPseudo-Continuo
Macizo rocosofracturado
Macizo rocoso muyfracturado
HutchinsonandDiederichs(1996)
Hoek(1983)
Diseo de excavaciones mineras y obras complementarias
Efecto de escala
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Las discontinuidades presentan una menor resistencia y rigidez que losbloques de material intacto
Estas discontinuidades producen el efecto tamao/escala donde larigidez y resistencia de una regin disminuye a medida que aumentanel tamao de la regin hasta un punto donde se alcanza un volumenrepresentativo
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Efecto de escala
PROPIEDAD CUYA MAGNITUD
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PROPIEDAD CUYA MAGNITUDDECRECE AL AUMENTAR EL
VOLUMEN ENSAYADO(e.g. RESISTENCIA)
REV
PROPIEDAD CUYA MAGNITUD
AUMENTA AL AUMENTAR ELVOLUMEN ENSAYADO(e.g. CONDUCTIVIDAD
HIDRULICA)
VOLUMEN ENSAYADO
REV: Representative Elementary Volume Cuando el volumen involucrado es mayor al REV es justificable utilizar propiedades
promedios para el macizo rocosoContinuo homogneo equivalente Discontinuidades consideradas implcitamente
PROPIEDAD
FSICA
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Efecto de escala
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Guas para establecer el REV
REV es varias veces mayor que el espaciamiento promedio dediscontinuidades (Rocha, 1974)
Escala del problema excede el tamao de bloque por un factor de 510 (Scultz, 1996)
a
El REV es aproximadamente 20 veces las dimensiones del bloquepromedio (Cundall et al., 2008)
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Efecto de escala
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Voladura de precorteShot core drilling
Perforacin degran dimetro
Jumilkis(1983)
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Efecto de escala
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Heuze (1980)
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Efecto de escalaEnsayo de carga in situ sobre un pilar de
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Ensayo de carga in-situ sobre un pilar decarbn de seccin cuadrada (1,4 m x 1,4 m)
Bieniawski and van Heerden (1975)
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Efecto de escala
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Efecto de escala
La determinacin de propiedades mecnicas representativas de un
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La determinacin de propiedades mecnicas representativas de unmacizo rocoso es difcil y poco econmico
Mtodos empricos han sido desarrollados en los que se combinanlas mediciones de roca intacta con las caractersticas dediscontinuidades para clasificar/calificar al macizo rocoso
La calificacin se correlaciona posteriormente con parmetrosmecnicos del macizo para el diseo de excavaciones
La calificacin intenta escalar propiedades de la roca intacta almacizo rocoso
Escalamiento
en funcin de lacalidad
geotcnica del
macizo rocoso
Parmetros de la rocaLaboratorio
V 10-3 m3
Parmetros del macizo rocoso
V 103 a 1010 m3
Diseo de excavaciones mineras y obras complementarias
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Sistemas de calificacin
Diseo de excavaciones mineras y obras complementarias
Sistemas de calificacin
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Los objetivos de un sistema de calificacin de macizos rocosos son:
Identificar los parmetros ms importantes que influencian elcomportamiento del macizo rocoso
Dividir una formacin rocosa en grupos de comportamiento similar
Proveer una base para entender las caractersticas de cada clase de
macizo rocoso
Relacionar experiencia de condiciones de rocas de un sitio a otro
Derivar datos cuantitativos y guas para el diseo ingenieril
Proveer una base comn de comunicacin entre gelogos e ingenieros
Los bordes de una regin estructural usualmente coinciden con unaestructura mayor como una falla o
cambios
un cambio de roca (Litologia).
En algunos casos, significativos en el espaciamiento ocaractersticas, dentro del mismo tipo de roca, puede resultar en la divisindel macizo rocoso en un nmero de regiones estructurales de menor tamao
Diseo de excavaciones mineras y obras complementarias
Sistemas de calificacin
Los objetivos anteriores sugieren los siguientes beneficios:
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Los objetivos anteriores sugieren los siguientes beneficios:
Mejorar la calidad de la investigacin de terreno solicitando
datos de entrada mnimos para realizar la calificacinProveer informacin cuantitativa para el diseo
Permitirefectiva
unen
mejor juicio ingenieril y una comunicacin msun proyecto
Figura 3: propiedadesde las rocas se puedeesperar que variarcon la direccin decarga.
Figura 4: Importantes propiedades del macizorocoso varan con los requisitos de diseo deingeniera.
Diseo de excavaciones mineras y obras complementarias
Sistemas de calificacin
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RQD: Rock Quality Designation (Deere et al., 1967)
Mide largo de trozos recuperados mayores a 10 cm, dividido por largo total
del testigoRMR (CSIR): Rock Mass Rating (Bieniawski, 1973, 1974, 1976, 1978,1979, 1989)
Integra UCS + RQD + espaciamiento, condicin y orientacin dediscontinuidades + aguas subterrneas
Q: Rock Tunneling Quality Index (Barton et al., 1974; Grimstad and Barton,1993; Barton, 2002)RQD + nmero de sistemas, alteracin, rugosidad y presencia deagua en discontinuidades + SRF (reduccin por zona dbil, esfuerzos)
MRMR: Mining Rock Mass Rating (Laubscher, 1977, 1984, 1990, 1994;
Laubscher and Jakubec, 2000)Agrega esfuerzos in-situ e inducidos y efectos de tronadura y alteracinpor exposicin y meteorizacin
GSI: Geological Strength Index (Hoek, 1994; Hoek et al., 1995; Marinosand Hoek, 2001)
Diseo de excavaciones mineras y obras complementarias
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Rock Quality Designation
(RQD)
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RQD: Rock Quality Designation
Testigos de sondajes
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Testigos de sondajes
Dimetro 54 mm
No incluir rupturas causadaspor el proceso de perforacino el operador, que sonusualmente evidenciadas por
Fractura porperforacin
LONGITUD TOTAL DEL TRAMO (ej: 200 cm)
superficies rugosas frescas.
Testigo menor a 10 cmPerdida detestigo
Trozos de longitud 10 cm 100RQD = (%)Longitud total del tramo
Ejercicio: Determine el RQD para el ejemplo de la figura
Rock Quality Designation(Descripcin)
Valor RQD
Muy mala
Mala
Regular
Buena
Excelente
0 - 2 5
25-50
50-75
75-90
90100
Diseo de excavaciones mineras y obras complementarias
RQD: Rock Quality Designation
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Limitaciones
No aporta informacin de los trozos menores a 10 cm
No es un buen indicador de una macizo rocoso mejor
Palmstrom (2005)
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RQD: Rock Quality Designation
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Direccionalidad
Palmstrom (2005)
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RQD: Rock Quality Designation
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Largo del tramo del testigo
RecomendacinUtilizar tramos similares al largodel tubo de perforacin de terreno,con tramos no superiores a1,5 metros (Deere and Deere, 1988)
Diseo de excavaciones mineras y obras complementarias
Mtodos alternativos para estimar RQD
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Jv : Conteo de discontinuidades volumtrico
Nmero de discontinuidades interceptando un volumen de 1 m3
= 115 3,3JvRQDRQD
RQD
= 0
= 100
> 35
< 4,5
Jv
Jv
Conteo volumtrico de juntas (Jv) Palmstrom (1974)
Diseo de excavaciones mineras y obras complementarias
Mtodos alternativos para estimar RQD
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Nmero de sets Descripcin para el fracturamiento Descripcin para Jv Jv
1 Masivo Extremadamente bajo < 0,3
2 Fracturamiento muy dbil Muy bajo 0,3 1,0
3 Fracturamiento dbil Bajo 1 3
4 Fracturamiento moderado Moderado alto 3 10
5 Fuertemente fracturado Alto 10 30
6 Muy fuertemente fracturado Muy alto 30 100
7 Triturado Extr emadamente alto > 100
Cuando Las discontinuidades ocurren en sets:
Espaciamientos verdaderos de lasjuntas
1 1 1= + + +..J
vS S SA B C
Espaciamientos promedios
Palmstrom
(1982,1996)
Diseo de excavaciones mineras y obras complementarias
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Mtodos alternativos para estimar RQD
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En funcin de la frecuencia de las discontinuidades, (FF/m)
= 100e0,1
(0,1+1)RQD
PriestandHudson(1976)
Diseo de excavaciones mineras y obras complementarias
RMRB: Rock Mass Rating
+P(JO )RMR =RMR
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Rock Quality Designation RQD 3 20
Espaciamiento de discontinuidades S 5 20
Condicin de discontinuidades
Agua
Orientacin discontinuidades
JC
JW
0 30
0 15
+P(JO )RMRB =RMRBbsico
=P(UCS)+P(RQD)+P(S)+P(JC)+P(JW)RMRBbsicoFactor
UCS
Rango
0 15 Resistencia uniaxial roca intacta
(ajuste para tneles y minas) JO (-12) 0
Clase de macizorocoso
Descripcin RMR RMR
I
II
III
IV
V
Roca muy buena
Roca buena
Roca regular
Roca mala
Roca muy mala
81 100
61 80
41 60
21 40
0 21
5
5
5
6
8
Diseo de excavaciones mineras y obras complementarias
RMRB: Rock Mass Rating
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UCSResistencia a la compresin uniaxiala.b.
Directa: LaboratorioIndirecta: Ensayo de carga puntual, martillo Schmidt/geolgico
RQD: testigo de largo > 2 veces el dimetro
S Espaciamiento de discontinuidades (se mide entestigos, afloramientos, adits, etc.)a. Se asume que la roca tiene 3 conjuntos de discontinuidades
Se utiliza el sistema ms relevante o desfavorable
Diseo de excavaciones mineras y obras complementarias
RMRB: Rock Mass Rating
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J Condicin de discontinuidadesCa.b. Descripcin de rugosidad de la superficieMaterial de relleno
Usar el ms liso y desfavorable
JW Aguas subterrneas
a.b.c.
Flujo de agua en excavacin subterrneaPresin de agua en discontinuidades (si est disponible)
Se puede usar tambin el testigo
JO Orientacin de discontinuidades
aplicacina.b. Depende de laNoi.ii.
es fcil de determinarCmaras en sondajesMapeo de piques
Diseo de excavaciones mineras y obras complementarias
RMRB: Rock Mass Rating Bieniawski (1989)A. Parmetros de calificacin y puntajes
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Parmetro Rango de valores y puntajes
ndice deresistencia decarga puntual
Resistenciade la rocaintacta (MPa)
> 10 4 10 2 - 4 1 - 2 Para este rango bajo seprefiere el ensayo decompresin uniaxial
Resistencia a lacompresinuniaxial
> 250 100 - 250 50 - 100 25 - 50 5 - 25 1 - 5 < 11
Puntaje 15 12 7 4 2 1 0
Calidad del testigo, RQD (%) 90 - 100 75 - 90 50 - 75 25 - 50 < 25
2Puntaje 20 17 13 8 3
Espaciamiento dediscontinuidades (m) > 2 0,6 - 2 0,2 0,6 0,06 0,2 < 0,06
3Puntaje 20 15 10 8 5
Superficiesmuy rugosasNo continuas
Sin separacin
Roca pared nometeorizadas
Superficieligeramente rugosaSeparacin 0,5
5
Estado general Seco Ligeramentehmedo
Hmedo Goteado Flujo
Puntaje 15 10 7 4 0l
RMRB: Rock Mass RatingB. Ajuste por orientacin de las discontinuidades (Ver F)P(JO)
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Paralelo Perpendicular Cualquier rumbo
Dip(grados) Avancecon Dip Avancecontra Dip
45 - 90 Muydesfavorable
Muyfavorable
Moderado n/a
20 - 45 Moderado Favorable Desfavorable n/a
0 - 20 Moderado Moderado Moderado Moderado
F. Rumbo discontinuidad con respecto al eje de la excavacin
ModificadadeHutchinson
andDiederichs(1996)
Bienia
wski
(1989)
Aplicacin/Condicin Muy
favorable
Favorable Moderado Desfavora
ble
Muy
desfavorable
Tneles y minas 0 -2 -5 -10 -12
Fundaciones 0 -2 -7 -15 -25
Taludes 0 -5 -25 -50 -60
Diseo de excavaciones mineras y obras complementarias
RMRB: Rock Mass Rating
C. calificacin del macizo rocoso determinado desde el puntaje total
Puntaje 100 81 80 61 60 41 40 21 < 21
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PhD.Bieniawski (1989)
Puntaje 100 81 80 61 60 41 40 21 < 21calificacin I II III IV V
Descripcin Roca muy buena Roca buena Roca regular Roca mala Roca muymalaD. Significado de la clase de roca
calificacin I II III IV V
Tiempo estable promedio/anchoexcavacin
20 aos / 15m 1 ao / 10m 1 semana / 5m 10hrs / 2,5m 30 min / 1m
Cohesin del macizo rocoso (kPa) > 400 300-400 200-300 100-200 < 100
ngulo de friccin macizo rocoso () > 45 35-45 25-35 15-25 < 15E. Guas para la calificacin de discontinuidades
Persistencia (m)Puntaje
< 16
1 - 34
3 - 102
10 - 201
> 200
Apertura (mm)Puntaje
Ninguna6
0,15
0,11,04
1 - 51
> 50
Rugosidad
Puntaje
Muy rugosa
6
Rugosa
5
Mod. rugosa
3
Lisa
1
Muy lisa
0RellenoPuntaje
Ninguno6
Duro < 5 mm4
Duro > 5 mm2
Blando < 5 mm2
Blando > 5 mm0
AlteracinPuntaje
Sin alteracin6
Lev. alterado5
Mod. alterado3
Alta alteracin1
Descompuesto0
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RMRB: Rock Mass Rating
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Granito
Varias familias de discontinuidades principales,alteradasBuena calidad geotcnica Clase II61 RMR 80
Dolomitas cretcicasDos familias de discontinuidades principalesMuy buena calidad geotcnicaClase I81 RMR 100
Pizarras ordovcicasBastante fracturadas y algo meteorizadasRegular calidad geotcnica
Clase III41 RMR 60
Cuarcitas ordovcicas
Muy alteradas y brechizadasMala calidad geotcnicaClase IV21 RMR 40
Cuarcitas ordovcicas
Macizo muy alterado y brechizadoMuy mala calidad geotcnicaClase VRMR 20
Gonzlezd
eVallejoetal.
(2002)
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RMRB: Rock Mass Rating
Evolucin del RMR
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RMRB 1973 1974 1975 1976 1989P(UCS) 10 10 10 15 15
P(RQD) 16 20 20 20 20
P(S) 30 30 30 30 20
P(JC) 34 30 30 25 30P(JW) 10 10 10 10 15
P(JO) (3-15) (0-15) (0-12) (0-12) (0-12)
Evolucin del RMRB
ModificadodeMilneetal.
(1998)
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RMRB: Rock Mass Rating
Comentarios
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Comentarios
Los testigos seleccionados para evaluar UCS corresponden, engeneral, a los ms competentes, por lo que no necesariamenterepresentan la resistencia tpica de la roca intacta
Los puntajes asociados al espaciamiento entre estructuras
suponen que el macizo rocoso presenta tres sets deestructuras, por lo que si el macizo tiene menos de tres laevaluacin resulta conservadora. Si se aceptan los conceptosde Laubscher (1977), puede concluirse que al haber menos detres sets en el macizo rocoso el puntaje asociado alespaciamiento podra incrementarse en un 30%.
El ndice RMR parece funcionar bien para caracterizar macizosrocoso de las clases I a IV (RMR > 25) pero no funciona bien enmacizos rocoso de muy mala calidad geotcnica (Hoek et al.,1995)
Diseo de excavaciones mineras y obras complementarias
RMRB: Rock Mass Rating
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Clasificacin del Macizo Rocoso segn el valor obtenido del ndice RMR (Bieniawski, 1989).
Diseo de excavaciones mineras y obras complementarias
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Tunnelling Quality Index (Q)
Diseo de excavaciones mineras y obras complementarias
Q: Rock Quality Index
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8/9/2019 Segunda parte - Diseo de Excavaciones
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Roca masiva, Pan de AzcarRo de Janeiro, Brasil
Q = 1000 (o mejor)
Q = 100/0,5x4/0,75x1/1
Roca con falla causandocolapso del tnel, Brasil
Q = 0,001 (o peor)
Q = 10/20x1/8x0,5/20
El contraste entre las calidades de rocassugiere diferencias de ordenes de magnitud
Barton
Diseo de excavaciones mineras y obras complementarias
Q: Rock Quality Index
RQD Rock Quality Designation (%)
Intervalos de 5 puntos
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Descripcin del macizo Q Q
Excepcionalmente malo
Extremadamente malo
Muy malo
Malo
RegularBueno
Muy bueno
Extremadamente bueno
Excepcionalmente bueno
0,001 0,01
0,01 0,1
0,1 1
1 4
4 1010 40
40 100
100 400
400 1000
0,0005
0,005
0,01
0,3
1,5 3
8
40
100
Intervalos de 5 puntos
Si RQD10 RQD = 10 para evaluar Q
Nmero de sistemas de discontinuidadesNmero de rugosidad de discontinuidades
Nmero de alteracin de discontinuidades
Agua en discontinuidades
Factor de reduccin por esfuerzos
RQD Jr Jw Jn Jr
Ja
Jw
SRF
=QJ J SRFn a
RQD: Tamao de bloques
Jn
Jr : Resistencia al corte entre bloquesJa
Jw: Esfuerzos activos
SRF
Diseo de excavaciones mineras y obras complementarias
Q: Rock Quality Index Modificado de Hutchinsonand Diederichs (1996)
Gran escala: Planas Ondulosas Discontinuas
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Prof. Luis M Tejada C,
PhD.
Gran escala: Planas Ondulosas DiscontinuasN de sets de juntas Jn
Jr
(setcrtico)
Pequea escala:
Roca masivasin sets
Pocos sets -aleatorios
Pulida
1 set 1 set+ aleatorio
Suave2 sets+ aleatorio2 sets
Rugosa3 sets+ aleatorio
3 sets
DiscontinuidadrellenaRoca
desintegrada4 o ms sets
Notas:Las redes deben mostrar las discontinuidades
locales para la zona actual de diseoPara intersecciones use 3,0xJnPara portales use 2,0xJn
Notas:Considerar rugosidad de las estructuras mas dbiles
Aada 1,0 si el espaciamiento medio del sistema relevantees mayor a 3 mJr = 0,5puede ser utilizado para estructuras planas ypulidas con lineamientos, siempre que los lineamientosestn orientados en la direccin de resistencia mnima
Diseo de excavaciones mineras y obras complementarias
Q: Rock Quality Index
jres
()
Caso CondicinJa
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Prof. Luis M Tejada C,
PhD.Diploma GMM Diseo Minero U. de Chile / Ing. de Minas Octubr e, 2011 3
()(a) Hay contactoentre las cajas de la estructura
A Estructuras bien trabadas y selladas con rellenos duros, impermeables, y que no se ablandan (e.g.
cuarzo epidota, etc.)--- 0,75
B Estructuras con cajas no alteradas, que solo presentan patinas locales 25-35 1
C Estructuras con cajas ligeramente alteradas. Ptinas de materiales que no se ablandan y libres de finos:arenas, roca molida, etc.
25-30 2
D Estructuras con ptinas limo arenosas, con poco contenido de arcillas, que no se ablandan 20-25 3
E Estructuras con ptinas de minerales arcillosos de baja friccin y que se ablandan (e.g. caolinita, micas,etc). Estructuras con ptinas de clorita, talco, yeso, grafito, etc. Estructuras con pequeas cantidades dearcillas expansivas (ptinas discontinuas, de 1 a 2 mm de potencia)
8-16 4
(b) Desplazamiento de corte menores que 10 cm producen contacto entre las cajas de la estructura
F Estructurascon rellenos de arenas y/o roca molida, libres de arcilla 25-30 4
G Estructuras con rellenos de arcillas muy pre-consolidadas, que no se ablandan (rellenos continuos, conespesores < 5 mm)
16-24 6
H Estructuras con rellenos de arcillas algo a poco pre-consolidadas, que se ablandan (rellenos continuos,con espesores < 5 mm)
6-12 8
J Estructuras con rellenos de arcillas expansivas (e.g. montmorillonita, rellenos continuos, espesores < 5
mm). 8-12
(c) Los desplazamientos de corte no producen contacto entre las cajas de la estructura
K, L, M Estructuras con rellenos de roca desintegrada o triturada y arcillas (ver G, H, J para descripciones delmaterial arcilloso)
6-24 6, 8 o 8-12
Estructuras con rellenos potentes de arenas limosas o limo-arcillosas, con poco contenido de arcillas(que no se ablandan)
N--- 5
O, P, R Estructuras con rellenos potentes de salbanda arcillosa (ver G, H, J para descripciones del materialarcilloso)
6-24 10, 13 o 13-20
Aumentalaalteracindelaestructura
Caso Condicin pw(MPa) Jw
Q: Rock Quality Index
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Jw
Aumentanlasinfiltracion
es
A Tneles secos o con infiltraciones menores (e.g. 5 lt/min localmente oen algunos sectores)
1,0
0,1-0,2F Infiltraciones excepcionalmente altas con presiones que continan
sin decaer con el tiempo 0,05-0,1
Notas:pw es la presin del aguaLos casos C a F corresponden a estimaciones muy aproximadas. Se puede incrementar Jw si se implementanmedidas de drenaje (esto debe hacerse con criterio, considerando como estas medidas podran modificar la
condiciones de aguas)Problemas especiales asociados al congelamiento de las aguas y la formacin de hielo no se consideran
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Q: Rock Quality Index
SRF: (a) zonas dbiles
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(a) Zonas dbiles interceptan la posicin que tendr la excavacin subterrnea, lo que puede causar aflojamiento (loosening) del
terreno cuando se desarrolle la excavacin subterrnea
Caso Condicin SRF
A Mltiples zonas dbiles que contienen arcillas y/o roca qumicamente desintegrada, con rocasuelta en su periferia (a cualquier z) 10,0
B Mltiples zonas dbiles, con roca suelta en su periferia, en un macizo rocoso competente y librede arcilla (a cualquier z) 7,5
C Macizo rocoso muy fracturado, con estructuras abiertas que definen bloques en forma de cubos(a cualquier z) 5,0
D, E Una zona dbil que contienen arcillas y/o roca qumicamentedesintegrada, con roca suelta en su periferia ()
z 50 m
z > 50 m5,02,5
F, G Una zona dbil, con roca suelta en su periferia, en un macizo rocosocompetente y libre de arcilla (z 50 m)
z 50 m
z > 50 m5,02,5
( )
Notas:Los valores de SRF deben reducirse en un 25% a 50% si las zonas de cizalle relevantes solo influencian eltnel, pero no lo intersectanz: profundidad
Diseo de excavaciones mineras y obras complementarias
Q: Rock Quality Index
SRF: (b) macizo rocoso competente
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(b) Macizos rocosos competentes, problemas asociados a concentraciones de esfuerzos
Caso Condicin UCS/1 /UCS SRF
H Estado de esfuerzos de magnitud baja, estructuras superficiales abiertas > 200 < 0,01 2,5
I Estado de esfuerzos moderados, condicin de esfuerzos favorable 200 10 0,01 0,3 1,0
J Estado de esfuerzos de magnitud alta, estructuras bien trabadas (usualmentefavorable para la estabilidad, aunque puede presentar problemas en las cajas)
10 5 0,3 0,40,5 2,0
K Macizo rocoso que presenta lajamientos moderados 1 hora despus del desarrollo dela excavacin subterrnea
5 3 0,5 0,655 50
L Macizo rocoso que presenta lajamientos e incluso estallidos de roca poco despus deldesarrollo de la excavacin subterrnea
3 2 0,65 - 1,050 200
M Macizos rocosos que sufren notorios estallidos de roca y deformaciones inmediatasdespus del desarrollo de la excavacin subterrnea
< 2 > 1200 - 400
( )
Notas:Si el estado de esfuerzos in-situ es muy anistropo, entonces para evaluar SRF utilice el siguiente UCS reducido: Si 5
1/3 10: reduzca UCS a 0,75UCS ; Si 1/3 > 10: reduzca UCS a 0,5UCSLa base de datos del mtodo incluye pocos casos en que la profundidad del techo del tnel respecto a la superficie delterreno es menor que el ancho del tnel. Si este es el caso, entonces SRF debe incrementarse de 2,5 a 5 (ver H)Casos K, L, M son usualmente los ms relevantes para el diseo de soporte en excavaciones profundasUCS: resistencia a la compresin uniaxial roca intacta1, 3: esfuerzos in-situ principales mayor y menor: mximo esfuerzo tangencial en el contorno de la excavacin estimado mediante la teora de elasticidad
Diseo de excavaciones mineras y obras complementarias
Q: Rock Quality Index
SRF: (b) macizo rocoso competente
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11000 Q Barton et al. (1974)Barton (2002) SRF
100 c/1 bajo:
fracturamiento por esfuerzos altos
SRF Q10
c/1 medio:
bloques quedan ajustados
SRF Q
Zona deestallidosde roca
1Esfuerzos
altos Confinamiento c/1 alto:
bloques quedan sueltosconllevando a inestabilidadesSRF Q
bajoConfinamiento
medio
0.11 10 1002 5 20 50 200
UCS /1
SRF
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NOTAS ADICIONALES RESPECTO AL USO DE LAS ANTERIORES
C d h ti i d l lid d d l i t d l di Q l i i t t d id d
Q: Rock Quality Index
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Cuando se hagan estimaciones de la calidad del macizo rocoso a travs del ndice Q, los siguientes puntos pueden ser seguidos como gua de
manera adicional a las notas presentadas en las tablas anteriores:
Cuando los testigos de los sondajes no se encuentren disponibles, el ndice RQD puede ser estimado a partir del nmero de discontinuidades porunidad de volumen, en que el nmero de discontinuidades por metro son aadidas para cada grupo de discontinuidades. Una simple relacin puede
ser utilizada para convertir este nmero al ndice RQD para el caso de macizos rocosos libres de arcillas, sta es : RQD = 115 3.3 Jv (aprx.); donde
Jv corresponde al nmero de total de discontinuidades por m3 (0 < RQD < 100 para 35 > Jv > 4.5).
El parmetro Jn representa el nmero de sistemas de discontinuidades que a menudo se vern afectados por foliacin, esquistocidad, planos de
Clivaje o estratificaciones, etc. Si alguno de estos patrones se encuentra fuertemente desarrollado, estas discontinuidades paralelas se deberan
contar obviamente como un sistema de discontinuidades en su totalidad. Sin embargo, si hay pocas discontinuidades visibles, o si solo se encuentran
quiebres ocasionales en el testigo del sondaje debido a esas fracturas, entonces ser ms apropiado contarlas como discontinuidades aleatorias
cuando se evale el parmetro Jn.Los parmetros Jry Ja (que representan la resistencia al corte) deberan ser ms relevantes en sistemas de discontinuidades ms dbiles o con
rellenos de arcilla. Sin embargo, si la discontinuidad o el sistema de discontinuidades con el mnimo valor de Jr/Ja est favorablemente orientado en
relacin a la estabilidad, entonces una segunda discontinuidad o sistema de discontinuidades con una
orientacin menos favorable puede a veces ser ms significativo, y el mayor valor de Jr/Ja puede ser usado cuando se eva