geomecanica, mineria
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ESCUELA DE FORMACIÓN PROFESIONAL DE INGENIERÍA DE MINAS
FACULTAD DE INGENIERÍA DE MINAS, GEOLOGÍA Y CIVIL
ALUMNO: PILLACA CHILLCCE, E. DANTE
CURSO : GEOTÉCNIA
DOCENTE: ING. MIGUEL PRADO ARONES
‘‘ GEOMECANICA’ ’GE - 450
Conocer los conceptos generales de Geomecánica.
Poder reunir los datos mínimos requeridos para determinar la calidad del macizo rocoso.
Determinar la calidad del macizo rocoso con la ayuda de las tablas geomecánicas.
Definir el tipo de sostenimiento a instalar según la calidad del macizo rocoso y de la abertura de la excavación.
Determinar las aberturas máximas y el tiempo de auto soporte de las mismas.
Al culminar el presente curso el supervisor debe de estar en condiciones de:
“CIENCIA TEORICA Y APLICADA QUE ESTUDIA EL COMPORTAMIENTO MECANICO DE LOS MATERIALES ROCOSOS, Y SU RESPUESTA ANTE LA ACCION DE FUERZAS APLICADAS EN SU ENTORNO FISICO”
DEFINICION
Ref.: U.S. National Comitte on Rock Mechanics - 1974
QUE CONCLUSIONES HEMOS SACADO?
DUREZA DEL MACIZO ROCOSO
• NIVEL DE FRACTURAMIENTO
• FACTORES INFLUYENTES O AGENTES
EVALUACIÓN GEOMECANICA
Cual clasificación usar?
CLASIFICACIONES GEOMECÁNICAS
Protodyakonov (f)Hoek & Marinos (GSI)Bieniawski Z. T.(RMR89)Bartron N. (Q)Romana (SMR85-95) .......
ANTECEDENTES SOBRE CLASIFICACIONES DE LA MASA ROCOSA EN INGENIERÍA
Ritter (1879): Primer intento de formalizar un enfoque empírico para el diseño de túneles, en particular para determinar los requerimientos de sostenimiento. Terzaghi (1956): Primera referencia sobre el uso de una clasificación de la masa rocosa para el diseño del sostenimiento de túneles, con cimbras. Lauffer (1958): Clasificación que involucra el tiempo de autosostenimiento para túneles. Deere et al. (1964): Indice RQD (Designación de la Calidad de la Roca), para proveer un estimado cuantitativo de la calidad de la masa rocosa, a partir de los testigos de la perforación diamantina.
Wickham et al.(1972): Método cuantitativo para describir la calidad de una masa rocosa y para seleccionar el sostenimiento, en base a la Valoración de la Estructura Rocosa (RSR - Rock Structure Rating). Primer sistema que hace referencia al shotcrete.
Pacher et.al. (1974): Modificación del criterio de Lauffer y que actualmente forma parte de la propuesta general de tunelería conocida como NATM. Barton et.al. (1974): Índice de Calidad Tunelera (Q) para la determinación de las características de la masa rocosa y de los requerimientos de sostenimiento de túneles. Bieniawski (1973): Clasificación Geomecánica o Valoración de la Masa Rocosa RMR (Rock Mass Rating), refinado sucesivamente en varias oportunidades, última versión 1989. Aplicable a la estimación del sostenimiento, al tiempo de austosostenimiento y los parámetros de resistencia de la masa rocosa.
Laubscher et.al. (1977): RMR de Bieniawski modificada para la minería MRMR (Mining Rock Mass Rating), última versión 1990. Aplicable a la estimación del sostenimiento y los parámetros de los métodos de minado por hundimiento, principalmente.
Hoek et.al. (1994): Índice de Resistencia Geológica GSI (Geological Strength Index), para clasificar a la masa rocosa, estimar la resistencia de la masa rocosa y el sostenimiento. Ultima versión 1998. Palmstron (1995): Índice del Macizo Rocoso RMi (Rock Mass Index). Sistema para caracterizar la masa rocosa y para aplicaciones en el sostenimiento, excavación TBM, voladura y fragmentación de rocas.
Se basa en el GSI de E. Hoek & P. Marinos (2000). Consiste en determinar la resistencia con una picota y el numero de fracturas por metro lineal de una determinada roca. Se deben de realizar varios exámenes para definir bien las condiciones del macizo rocoso.
CLASIFICACIÓN “GSI”
CLASIFICACIÓN “RMR”
Creado por Barton, Lien y Lunde. Sirve para determinar la calidad del macizo en túneles. Esta basado en la siguiente expresión:
Donde:RQD= Indice según la valuación de Deere. Jn = Indice según el número de sistemas de fracturas. Jr = Indice según la rugosidad de la superficie de las fracturas. Ja = Indice según la alteración en la superficie de las fracturas o su relleno. Jw = Coeficiente reductor por presencia de agua.SRF = (Stress reduction factor) coeficiente dependiente del estado tensional del
macizo rocoso.
SRF
Jw
Ja
Jr
Jn
RQDQ
Representa el tamaño del bloque.
Representa la resistencia al corte entre bloques
Representa la influencia del estado tensional
SRF
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Jr
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RQD
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Exceptionally Extremely Very Poor Fair Good Very Ext. Exc.poor poor poor good good good
1.5m1.7m
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1.5
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m for E
SR
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2.5m
25cm
Figure 1 – Modified Barton Chart
Energy Absorption RDP (Joules) 560 400 280 200 0 G F E D C B A
1.2m1.3mBolt spacing in shotcrete area
1.3m
1.6m
2m
3m
0.001 0.004 0.01 0. 04
Min RDP toughness of 400 Joules in areas of
significant deformation or seismic strain burst.
1m
0.1
1m
0. 4 1 10 100 10004 40 400
2.3m2.1m
1
2
5
10
20
50
100
CCA RRS+B Sfr+B Sfr+B Sfr+B B(+S)
Rock mass quality
15cm12cm 5c
m
sbB9) 8) 7) 6) 5) 4) 3) 2) 1)
4cm
Steel or synthetic fibre reinforced shotcrete for
scat control where reasonable bond to rock
can be achieved & no deformation likely
Steel or synthetic fibre in unsupported area for scat control &/or
where seismic or mining induced
stresses are likely to result in minor deformations
Bolt spacing areas with no shotcreteunsupported
9cm
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significant deformation or seismic strain burst.
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CCA RRS+B Sfr+B Sfr+B Sfr+B B(+S)
Rock mass quality
15cm12cm 5c
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sbB9) 8) 7) 6) 5) 4) 3) 2) 1)
4cm
Steel or synthetic fibre reinforced shotcrete for
scat control where reasonable bond to rock
can be achieved & no deformation likely
Steel or synthetic fibre in unsupported area for scat control &/or
where seismic or mining induced
stresses are likely to result in minor deformations
Bolt spacing areas with no shotcreteunsupported
9cm
TIPO DE SOPORTE
RECOLECCIÓN DE INFORMACIÓN GEOMECANICA
GRADO DE FRACTURAMIENTO DE LA MASA ROCOSA
Masiva o levemente fracturada Moderadamente fracturada
2 a 6 fracturas / m 6 a 12 fracturas / m
Muy fracturada Intensamente fracturada
12 a 20 fracturas / m > 20 fracturas / m
GRADO DE FRACTURAMIENTO DE LA MASA ROCOSA
CALCULAR CONDICION ESTRUCTURAL:
CALCULAR CONDICION ESTRUCTURAL:
CALCULAR CONDICION ESTRUCTURAL:
CALCULAR CONDICION ESTRUCTURAL:
CALCULAR CONDICION ESTRUCTURAL:
• SE ROMPE A VARIOS GOLPES DE PICOTA
• SE ROMPE CON UNO O DOS GOLPES DE PICOTA
• SE INDENTA SUPERFICIALMENTE
• SE INDENTA MAS DE 5mm
CALCULAR CONDICION SUPERFICIAL:
• SE ROMPE A VARIOS GOLPES DE PICOTA
• SE ROMPE CON UNO O DOS GOLPES DE PICOTA
• SE INDENTA SUPERFICIALMENTE
• SE INDENTA MAS DE 5mm
!SON AQUELLOS AGENTES EXTERNOS QUE !SON AQUELLOS AGENTES EXTERNOS QUE ACTUAN SOBRE LA ROCA DEGRADANDO SU ACTUAN SOBRE LA ROCA DEGRADANDO SU
CONDICION!CONDICION!
FACTORES INFLUYENTESFACTORES INFLUYENTES
FACTORES INFLUYENTESFACTORES INFLUYENTES
• DETEMINAR MI MAXIMA EXCAVACION PERMISIBLE
• DETERMINAR EL TIPO DE SOPORTE (SI LO REQUIERE)
• DETERMINAR MI TIEMPO DE AUTOSOPORTE
• DETEMINAR MI MAXIMA EXCAVACION PERMISIBLE
• DETERMINAR EL TIPO DE SOPORTE (SI LO REQUIERE)
• DETERMINAR MI TIEMPO DE AUTOSOPORTE
• DETEMINAR MI MAXIMA EXCAVACION PERMISIBLE
• DETERMINAR EL TIPO DE SOPORTE (SI LO REQUIERE)
QUE SE DEBIA RECORDAR??
DUREZA DEL MACIZO ROCOSODUREZA DEL MACIZO ROCOSO
NIVEL DE FRACTURAMIENTONIVEL DE FRACTURAMIENTO
FACTORES INFLUYENTES O AGENTES FACTORES INFLUYENTES O AGENTES EXTERNOSEXTERNOS
A medida que la profundidad del minado aumenta, en general los esfuerzos en la masa rocosa van aumentando debido principalmente al peso de la roca sobreyacente denominado carga litostatica
Cuando se apertura una excavacion los esfuerzos generados tienden a concentrarse en ciertos lugares y en otros, a disiparse.
Drift Closure
Overburden Weight Diverts Around the Drift
Narrow Drift Wide Drift
Concentrated Rib Stress Increased ClosureHigher Rib Stress
Drift Stress and Closure
Narrow Drift Wide Drift
HigherRock Arch
Increased Rock Load on the Bolted Beam
Drift Width - Rock Arch
s Increased Span
Wh
W Height of Rock Arch isProportional to the Span
The Weight of the Rock Insidethe Arch Loads the Bolted Beam
W Stable Rock Arch FormsZone of Unstable GroundDevelops Within the Arch
Arched Cavity
ApproximateDrift Profile
Drift Rock Arch
Typical Cave
Labor angosto Labor ancha
Joint - Bedding Frequency
Uniform Bedding
Two Bedding Planes Intersect the BackGround Separates AlongBedding Inside the Arch Shear/Bending StressesOccur at Arch BoundaryPotentially Unstable Wedge Can DevelopGround Support Ideally ShouldAnchor in the Stable Rock Arch
3 Bedding PlanesIntersect the Back
Larger Zone ofBed Separation
Higher Shear/Bending Stresses Develop
Larger UnstableWedge Can Form
Requires Longer and Stronger Rock Bolts
Excav. angosta Excavacón ancha
Intersección de juntas y estratos
Estratos uniformesJuntas perpendiculares unoforme
Desarrollo de combatura y esfuerzos en el estrato
Movimiento adicional y esfuerzo inducido a lo largo de la juntaDesarrollo de roca potencialmente inestable
Diseño de pernos sistematicos
Additional Joint ExposureSag and StressFrom Bedding
Movimiento adicional y Efuerzos en las juntas
Larger Unstable Mass Can DevelopLonger Carefully
Designed BoltingSystem Required
EFECTO “BULBO”
EFECTO “BULBO”
3. DETERMINAR MI TIEMPO DE AUTOSOPORTE
1. DETEMINAR MI MAXIMA EXCAVACION PERMISIBLE
2. DETERMINAR EL TIPO DE SOPORTE (SI LO REQUIERE)
1. DETEMINAR MI MAXIMA EXCAVACION PERMISIBLE
1. DETEMINAR MI MAXIMA EXCAVACION PERMISIBLE
1. DETEMINAR MI MAXIMA EXCAVACION PERMISIBLE
2. DETERMINAR EL TIPO DE SOPORTE (SI LO REQUIERE)
70
DECRECE CONDICION SUPERFICIAL
LEVEMENTE FRACTURADATRES A MENOS SI STEMAS DEDISCONTINUIDADES MUY ESPACIADASENTRE SI.(RQD 75 - 90)
(2 A 6 FRACT. POR METRO)
FRACTURADAMUY BIEN TRABADA, NO DI STURBADA,BLOQUES CUBICOS FORMADOS POR TRESSISTEMAS DE DISCONTINUIDADES
(RQD 50 - 75)
(6 A 12 FRACT. POR METRO )
MUY FRACTURADAMODERADAMENTE TRABADA, PARCIALMENTEDISTURBADA, BLOQUES ANGULOSOS FORMADOPOR CUATRO O MAS SI STEMAS DEDISCONTINUI DADES. (RQD 25 - 50)
(12 A 20 FRACT. POR METRO)
INTENSAMENTE FRACTURADAPLEGAMI ENTO Y FALLAMI ENTO, CON MUCHASDISCONTINUI DADES INTERCEPTADAS
FORMANDO BLOQUES ANGULOSOS OI RREGULARES. (RQD 0 - 25)
(MAS DE 20 FRACT. POR METRO)
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LF/B LF/R LF/P
F/B
MF/B
F/R F/P F/MP
MF/R MF/P MF/MP
IF/R IF/P IF/MP
3035
40
Sin soporte o perno ocasional
Pernos sistematico 1.5 x 1.5 con mallaelectrosoldada ocasional
VOLCA COMPAÑIA MINERA S.A.A. Cia. Minera VichaycochaPara labores de desarrolllo y avance de 3 - 5 mts de abertura
Shotcrete 2 pulg. con pernos sistematicos1.2 x 1.2 m en malla cuadrada / / Cuadrosde madera espaciado max. 1.80m
A
B
C
D
E
Shotcrete 2 pulg. con pernos sistematicos1.2 x 1.2 m con malla electrosoldada //Cuadros de madera 1.50m
Cimbras metalicas con un espaciado
maximo de 1.50 m
MAPEO GEOMECANICOMAPEO GEOMECANICO
EJEMPLO: PARA 6 M DE ABERTURA, EN ROCA DE RMR = 60 TIEMPO DE AUTOSOST. = 2000 HRS (2.7 MESES)
DETERMINAR MI TIEMPO DE AUTOSOPORTE
MAPEO GEOMECANICOMAPEO GEOMECANICO
yo no creo
en adoptar
algún
cambio
Quién necesitapernos de roca?
Este tipo de sostenimiento tiene las siguientes características:1. Ejerce esfuerzos predeterminados a la superficie del
macizo rocoso, asimilando presiones ocasionadas por el terreno.
2. Su instalación es rápida, aumentando la productividad y haciendo la operación mas segura.
3. Se instala en todo tipo de excavación subterránea.4. Necesita poco mantenimiento a lo largo del tiempo.5. Es muy versátil.6. Menores costos de instalación y mantenimiento.7. Existen sistemas de mecanización muy avanzados en lo
que respecta a este tipo de sostenimiento.
Consiste en anclar en el interior de un taladro una barra de material resistente que aporta una resistencia a la tracción, compresion y, confinando al macizo rocoso permite aprovechar las características resistentes propias de las rocas facilitando así su sostenimiento.
ADHERENCIAADHERENCIA FRICCIÓN
RESINA
BARRAS
CEMENTO
BARRASCABLES
ALTA CARGADE CONTACTO
ANCLAJEMECÁNICO
BAJA CARGA DE CONTACTO
COMPRESIÓN DEL PERNO
SPLIT SET
COMPRESIONDEL PERNO
HYDRABOLT
RESINA O CEMENTO
PERNO
TALADRO
TALADRO
PERNO
TRABAJABILIDAD DE LOS ANCLAJES DE EXPANSIÓN
a) Confinamiento de discontinuidades en rocas.b) Confinamiento de partículas en suelos.
Indicador de Carga Del HydraboltEl indicador de la carga de El indicador de la carga de Hydrabolt indica no solamente Hydrabolt indica no solamente que el Hydrabolt ha sido que el Hydrabolt ha sido presurizado correctamente (los presurizado correctamente (los estallidos hacia fuera) pero estallidos hacia fuera) pero también la longitud del perno también la longitud del perno por su color .por su color .
Accesorios del HydraboltLos accesorios de Hydrabolt incluyen una bomba de aire de alta presión azul, la pistola de alta presión de seguridad y manómetro de alta presión. IMPORTANTE: Utilizar el correcto accesorios con el Hydrabolt.
Manómetro de Alto Bomba De aire de alta presión Pistola De De Presión Seguridad
Manómetro de Alto Bomba De aire de alta presión Pistola De De Presión Seguridad
Manómetro de Alto Bomba De aire de alta presión Pistola De De Presión Seguridad
Manómetro de Alto Bomba De aire de alta presión Pistola De De Presión Seguridad
Manómetro de Alto Bomba De aire de alta presión Pistola De De Presión Seguridad
Colocación : excelente. Capacidad : 10 tn. Diámetro Original: 41mm. Diámetro Perforación: 32 - 38mm. Diámetro Plegado: 29mm Presión inflado: 25 Mpa. Garantía anclaje: muy buena. Eficacia: inmediata. Aplicaciones: roca y suelos.
Ancho de excavacion 3.5ESR 3Rpta 0.841666667
Calculo de espaciado de pernosCalculo de espaciado de pernos
Pernos de compresión y fricción axial (Hydrabolt)
Diseño de mezcla originalPLANTA CMH (I) Cantera Pias fibra metalica
CODIGO a/c= 0,42 - 0,48
f´c = 400 kg/cm2
HUMEDAD 7.78
ABSORCIÓN 2.23
ARENA 1675.0
DISEÑOS PESO SECO VOLUMENES PESOS CORREGIDOS400.00 400.00 0.1270 400.001675.00 1675.00 0.6652 1805.32
2.50 2.50 0.0021 2.7040.00 40.00 0.0440 40.0013.45 20.18 0.0140 13.45
205.50 205.50 0.2055 112.541.00% 0.0100 0.00
1.0677
SLUMP 5" - 7" En la labor
a/c 0.51
* El uso de aditivo acelerante esta en funcion del peso del cemento, la dosificacion variara de acuerdo a las condiciones de la labor.
lts/m3 aditivo9
1114Labor inestable filtracion de agua (4,5% -5 %) - del peso del cemento
SIGUNIT L - 30*AGUA (LT.)AIRE %
Condicion
CEMENTO (KG.)ARENA (KG.)
Labor estable y seca - MALLA (2,5% - 3%) - del peso del cementoLabor regular y humedo (3,0% - 4.5%) - del peso del cemento
PLASTIFICANTE SH-5FIBRA METALICA DRAMIX 65/35
INSUMO
Roca muy alterada
Shotcrete vía seca
Falta de adherencia del shotcrete
Lanzado de Shotcrete vía húmeda
Colocación Vertical
Colocación sobre cabeza
Movimiento Circular
Vía Seca 90 a 120 m/s (300 a 400 fps)Vía húmeda +/- 45 m/s (+/- 150 fps)
Velocidad = Compactación