Segunda parte - Diseño de Excavaciones

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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PhD.

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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PhD.

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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PhD.

El objetivo principal del diseo es calcular losdesplazamientos, y como una cuestin prctica, para ver silos desplazamientos son aceptables.

INTRODUCCIN


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PhD.

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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PhD.

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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PhD.

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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PhD.

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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PhD.

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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PhD.

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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PhD.

Estabilidad de Taludes Bagdad Mine, Arizona


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PhD.

Grasberg Mine, Indonesia Octubre 9, 2003Lo que pasa cuando el agua se acumula y el drenaje falla

9 Personas Muertas


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PhD.

Subsidencia

Newcrest, Queensland, Australia

El Teniente, Chile


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PhD.

Estabilidad de Excavaciones Subterrneas

Pilar sobrecargado (overstressing)

Colapso de un tnel


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PhD.

Fragmentacin

DOZ, Freeport Indonesia

Esmeralda- El Teniente, Codelco, Chile


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PhD.

Palabora, South Africa

Transicin Rajo- Subterrnea


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PhD.

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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PhD.

Mtodo emprico

Grfico estabilidad Pilar, por Lunder (1994).

Hard rock pillar design chart (Lunderand Pakalnis 1997).


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PhD.

Mtodo emprico

The Extended Mathews Stability Graphdatabase plot-ted by mining method.

Grfica Mtodo de Diseo de Mathew


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PhD.

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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PhD.

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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PhD.

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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PhD.

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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PhD.

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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PhD.

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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PhD.

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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PhD.

Metodologa de diseo


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PhD.

Metodologa de diseo


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PhD.

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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PhD.

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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PhD.

PLANEAMIENTO Y DISEOMINERO


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PhD.

EJEMPLOS DE CASOS

Diseo geomecnico del metodo de Minado


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PhD.

Diseo geomecnico del metodo de MinadoSublevelStoping de la mina Santa Pancha


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PhD.

Modelo Geomecnico


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Modelamiento y anlisis de esfuerzos y


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PhD.

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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PhD.

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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PhD.

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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PhD.

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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PhD.

Slope design parameters by domain.


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PhD.

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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PhD.

PREGUNTAS


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PhD.

Quien nunca pregunta, o lo

sabe todo o no sabe nada

Sfocles


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PhD.




METODOLOGIA DEL DISEO


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PhD.

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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PhD.

INSTRUMENTOS DE MAPEO GEOMECANICO


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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PhD.

BRUJULA


BRUJULA


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PhD.

BRUJULA


TOMA DE DATOS EN EL CAMPO


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PhD.

TOMA DE DATOS EN EL CAMPO


Azimut

Buzamiento

Direccin de Buzamiento


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ESTACIONES GEOMECNICAS. DESCRIPCION DE LOSMACIZOS ROCOSOS


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PhD.

MACIZOS ROCOSOS


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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PhD.

TRABAJO EN EQUIPO


Ntese como una persona rellena el estadillo mientras la otra aplica elesclermetro contra la roca.


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PhD.

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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PhD.



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



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PhD.



CROQUIS DEL EMPLAZAMIENTO



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PhD.



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.



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PhD.



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.



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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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PhD.

ORIENTACIN


Esquema de la representacin geomecnica de una discontinuidad, segn HOEK, KAISER yBAWDEN (1995).

ORIENTACIN


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PhD.

ORIENTACIN


ORIENTACIN


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ORIENTACIN


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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PhD.

FAMILIA DE DISCONTINUIDADES


SISTEMAS O FAMILIASDE DISCONTINUIDADESESTRUCTURALES

DIAGRAMA DE BLOQUES QUEPROPORCIONA UN CUADROCUALITATIVO DEL DIACLASAMIENTO

ORIENTACIN


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ORIENTACIN


TECNICAS DE PROYECCION ESTEREOGRFICA PARA DETERMINARLAS CARACTERISTICAS ORIENTACIONALES DE LAS DISCONTINUIDADES

ORIENTACIN


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PhD.

ORIENTACIN


TECNICAS DE PROYECCION ESTEREOGRFICA PARA DETERMINARLAS CARACTERISTICAS ORIENTACIONALES DE LAS DISCONTINUIDADES

ORIENTACIN


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PhD.

ORIENTACIN


REPRESENTACION DE DATOS ESTRUCTURALESRELACIONADOS A CUATRO POSIBLES MODOS DEFALLA DE TALUDES, PLOTEADOS SOBRE UNA REDEQUIAREAL DE SCHMIDT

ORIENTACIN


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ORIENTACIN


FORMACION DE CUAS EN EXCAVACIONES SUBTERRANEASPOR EL ARREGLO ESTRUCTURAL DE LA MASA ROCOSA

ESPACIADO


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PhD.

S C O


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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PhD.

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


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



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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



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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



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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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100



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



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113




Muy fracturada Intensamente fracturada

12 a 20 fracturas / m > 20 fracturas / m



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114




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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116



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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119



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.

THANKS


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PhD.




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PhD.


Introduccin


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Macizo rocoso


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PhD.

Roca intacta: el volumen de roca

que se encuentra entre lasdiscontinuidades.

Discontinuidades: fallas, diaclasas,planos de fractura, de clivaje, juntas, etc.


Macizo rocoso

V l i t t d t i t t d t t l /


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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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127


PhD.

Efecto de escala


Efecto de escala


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PhD.

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)


Efecto de escala


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PhD.

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)


Efecto de escala


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PhD.

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


Efecto de escala

PROPIEDAD CUYA MAGNITUD


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PhD.

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


Efecto de escala


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PhD.

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)


Efecto de escala


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PhD.

Voladura de precorteShot core drilling

Perforacin degran dimetro

Jumilkis(1983)


Efecto de escala


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PhD.

Heuze (1980)


Efecto de escalaEnsayo de carga in situ sobre un pilar de


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PhD.

Ensayo de carga in-situ sobre un pilar decarbn de seccin cuadrada (1,4 m x 1,4 m)

Bieniawski and van Heerden (1975)


Efecto de escala


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Efecto de escala

La determinacin de propiedades mecnicas representativas de un


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PhD.

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



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PhD.

Sistemas de calificacin




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PhD.

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



Los objetivos anteriores sugieren los siguientes beneficios:


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PhD.

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.




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PhD.

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)



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PhD

Rock Quality Designation

(RQD)


RQD: Rock Quality Designation

Testigos de sondajes


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PhD

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




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PhD.

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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PhD.

Direccionalidad

Palmstrom (2005)




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PhD.

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)


Mtodos alternativos para estimar RQD


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PhD.

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)




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PhD.

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)



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PhD.

En funcin de la frecuencia de las discontinuidades, (FF/m)

= 100e0,1

(0,1+1)RQD

PriestandHudson(1976)


RMRB: Rock Mass Rating

+P(JO )RMR =RMR


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PhD.

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




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PhD.

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




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PhD.

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


RMRB: Rock Mass Rating Bieniawski (1989)A. Parmetros de calificacin y puntajes


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PhD.

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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PhD.

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



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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157


PhD.

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)



Evolucin del RMR


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PhD.

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)



Comentarios


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PhD.

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)




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PhD.

Clasificacin del Macizo Rocoso segn el valor obtenido del ndice RMR (Bieniawski, 1989).



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PhD.

Tunnelling Quality Index (Q)


Q: Rock Quality Index


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PhD.

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



RQD Rock Quality Designation (%)

Intervalos de 5 puntos


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PhD.

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


Q: Rock Quality Index Modificado de Hutchinsonand Diederichs (1996)

Gran escala: Planas Ondulosas Discontinuas


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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



jres

()

Caso CondicinJa


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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



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166


PhD.

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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SRF: (a) zonas dbiles


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168


PhD.

(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



SRF: (b) macizo rocoso competente


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PhD.

(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



SRF: (b) macizo rocoso competente


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PhD.

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



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PhD.

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

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Segunda parte - Diseño de Excavaciones