02-clasificacion geomec de rocas

Diseño de Minas SubterráneasCátedra Codelco de Tecnología Minera MI 58B: Diseño de Minas Subterráneas
Instructor: Enrique Rubio
Repaso Geotécnia Minera
Cátedra Codelco de Tecnología Minera MI 58B: Diseño de Minas Subterráneas
Clasificación de macizo rocoso
Geomecánica – Clasificación de macizo rocoso
El comportamiento de probetas en laboratorio es muy distinto al comportamiento del macizo rocoso, producto de las discontinuidades y planos de debilidad
Es necesario estimar el comportamiento del macizo rocoso a partir de mediciones de laboratorio y observaciones de la roca
Sistemas de clasificación de macizos rocosos
Proceso de Escalamiento
UCS
Lab
Roca Intacta
Roca Estratificada
Contiene una estructura con baja resistencia al corte y tracción
Moderadamente fracturado
Las estructuras se encuentran cerradas y no se aprecia desprendimiento entre los bloques
Bloques
Los fragmentos se encuentran abiertos y no existe resistencia a la tracción
Totalmente fracturado
RQD: Rock Quality Designation Index (Deere et al., 1967)
RQD: % del testigo intacto de más de dos veces el diámetro del testigo.
A partir de testigos de sondajes de al menos 54.7 mm de diámetro.
RQD es un parámetro direccional.
Fracturas por manejo deben ser ignoradas.
Cuenta de fracturas volumétricas. Número de fracturas por metro sumando todos los sets estructurales.
Resistencia a la compresión simple
Laboratorio
RQD
Se utiliza el sistema más relevante
Condición de discontinuidades
Material de relleno
Flujo de agua
Presión de agua en discontinuidades
Se mide en lab también
Orientación de discontinuidades
Depende de aplicación
Mapeo de excavaciones
Mapeo de piques
Combina 6 factores asignándoles puntajes:
RMR: Rock Mass Rating (Bieniawski, 1976)
Clases de Macizo Rocoso
Muy Mala
Ejemplo
Túnel en granito levemente meteorizado con un set de discontinuidad principal con inclinación 60º contra la dirección del túnel.
Ensayo de carga puntual entrega valores de 8 MPa y un RQD promedio de 70%. Discontinuidades son levemente ásperas y levemente alteradas con una separación de menos de 1 mm. Están espaciadas cada 300 mm. Se anticipa la presencia de agua durante la construcción del túnel.
Recomienda el soporte
Marcos de acero
La dinámica de excavación se condiciona a la clasificación geomecánica de macizo rocoso
Avance
Longitud sin fortificar hacia la frente
Ajusta el RMR(1976) para considerar:
Esfuerzos in situ e inducidos
Efectos de tronadura
Modificaciones fueron hechas inicialmente para condiciones en minas de Block Caving
IRMR Laubscher Lakubec (2000)
Estimación de Caracterización de Macizo Rocoso en Perfiles Promedios
Efecto de Escala en la Medición de MRMR
Q, Barton (1974)
Tunel quality Index
Posee escala logarítmica (0.001-1)
Sets estructurales
Factor de reducción de esfuerzos
Q, Barton (1974)
Tamaño de los
Bloques de Roca
Las zonas de cizalle generan stress Losenning
Tablas
Q para Diseñar
Facilita el diseño de fortificación para diferentes calidades de macizo rocoso
Máxima tamaño de
excavación sin fortificación
Algunas Relaciones de Interés
Módulo de elasticidad del macizo rocoso en función de los índice de calidad de macizo rocoso
Algunas Relaciones de Interés
UCS 170 MPa
10m
15m
20m
Resistencia como función del Confinamiento del Pilar
Se define el confinamiento medio del pilar
Esta formula nace del análisis de múltiples geometrías modeladas numéricamente y estimación del confinamiento al interior del pilar
Lunder y Pakalnis, 1997. Resistencia de pilar en función del esfuerzo normalizado vs el confinamiento medio normalizado
Resistencia de Pilares Para Roca Competente
Pakalnis Y Lunde (1997) proponen una relación para estimar la resistencia del pilar considerando el confinamiento medio de los pilares
Factor de Seguridad
El 100% de los pilares diseñados con un FS mayor 1.6 se ha mantenido estable
Esta relación corresponde a la experiencia de 1 mina, cada operación debería tener sus propios estándares
Retro-análisis de pilares de minas de carbón Sudafricanas, Salamon y Munro (1967)
Ejemplo
Diseñar los caserones y pilares para un yacimiento mantiforme de 10m de potencia que se encuentra a una profundidad de 200m
Las características de la roca de caja y mineral se presentan a continuación:
E (GPa)
32
50
Luz Máxima y Dilución
Resistencia del Pilar Unitario
Diseño de Pilares
MI 58B: Diseño de Minas Subterráneas
Cátedra Codelco de Tecnología Minera
Página *
Campo de esfuerzos presente en el macizo rocoso
Campo de esfuerzos actuando sobre el pilar
Resistencia del pilar
Página *
Campo de esfuerzos actuando sobre el pilar
Resistencia del pilar
Factor mayor a 1
Aproximación probabilística al diseño de minas
Página *
GSI=RMR(76)
Página *
GSI >=25
GSI <25
Página *
Constante mi para Distintos Tipos de Roca Intacta
Efecto de Escalamiento de Resistencia de Macizo Rocoso
Criterio de Hoek and Brown para granito de la mina Lac du Bonnet basado en resistencia de laboratorio, post falla y iniciación de fractura basado en monitoreo sísmico
Martin, 1994 The progressive fracture of Lac DuBonnet Granite , Int. J. Rock Mech. Min. Sci. 31 643-59
Diseño de Pilares
El objetivo es maximizar la recuperación de la unidad básica de explotación a través de un diseño seguro y viable
El diseño de pilares debe obedecer a un análisis de las cargas o solicitaciones y la resistencia del macizo rocoso.
Carga Sobre el Pilar
Se produce re distribución de esfuerzos al realizar minería de la cámara de producción
Los esfuerzos tienden a ser mayores en las esquinas produciendo fallas por exceso de cizalle
Carga litoestatica
Recuperación Minera
Área Tributarea
Concentración de Esfuerzos como Función de la Recuperación
Área Tributaria para Muros y Pilares Rectangulares
Luz máxima para un estrato de roca
L
t
peso específico de la roca
El fallamiento del techo del caserón va a generalmente ser debido al esfuerzo de tracción y no de corte
S, especimen
P, Pilar
Medidos en pilares cúbicos W/H=1
Constantes Utilizadas Para El Diseño de Pilares
Escalamiento del espécimen
Simplemente utilizar el criterio de Hoek and Brown
La Importancia de W/H
La esbeltez del pilar define el grado de confinamiento de este
Para pilares con relaciones W/H menor a 4 se produce el fenómeno de relajación post falla (strain softenning).
Este ábaco es fundamental para entender el estallido de roca en minería profunda
Das, 1986. Curvas de esfuerzo deformación completas para testigo de pilares de carbón. Modelamiento de relajación post falla
Otros Ábacos Empíricos
Estos gráficos se utilizan en roca competente y se refieren a casos estudiados en Norteamérica
Considera el hecho que los pilares mineros poseen algún grado de confinamiento el cual se estima con modelos numéricos
Lunder y Pakalnis, 1997. Resistencia de pilar en función del esfuerzo normalizado vs la geometría del pilar.
v
J
RQD
3
s
T
(MPa)
5
g
(KN/m3)
22
s
3
(MPa)
0
UCS (MPa)

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