1 - 00 keynote - algunos tópicos geotécnicos y su relación con la tronadura
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ALGUNOS TOPICOS
GEOTECNICOS Y SU RELACION
CON LA TRONADURA
Manuel Schellman M.
Ingeniero Geotécnico Senior
AngloAmerican
IX JORNADAS DE TRONADURA 2010
FUNDAMENTOS DEL DISEÑO…
SE CONSIDERA LA GEOMECANICA?
PARAMETROS DE ENTRADA Y SALIDA EN EL DISEÑO DE TRONADURA
Tomado de: Atlas Powder Company, 1987
Tomado de: Information Circular 8550
FORMULISMO DE RICHARD ASH 1963
FORMULISMO DE LANGEFORS AND KIHLSTROM
p = degree of packing or density of explosive (kg/dm3),
E = weight strength of explosives,S = spacing (m),B = burden (m),c = Constante de la roca. Cantidad de explosivo para fragmentar 1m3 de roca
f = degree of confinement, 1 for vertical holes and 0.95 for 3:1 inclined holes.
D = diameter of blast hole (mm),
Tomado de: Manual de perforación y Voladura de Rocas. Lopez Jimeno C. 1995
Tomado de: Manual de Tronaduras Enaex
Tomado de: Manual de Tronaduras Enaex
Tomado de: Manual de Tronaduras Enaex
Tomado de: Manual de Tronaduras Enaex
Tomado de: Manual de Tronaduras Enaex
Tomado de: Manual de Tronaduras Enaex
Crushed Zone Model
Tomado de: Optimization of fragmentation and comminution at Boliden Mineral , Aitik Operation. Peter Bergman. 2005 pp. 26
Diseño de precorte
MODELOS
CONCEPTUALES
BASICOS
Tomado de: Tronadura & Geomecánica: Hacia la optimización del negocio minero. Antonio Karzulovic 2001
Tomado de: Tronadura & Geomecánica: Hacia la optimización del negocio minero. Antonio Karzulovic 2001
CONCEPTO DE MACIZO
ROCOSO
Concepto de Macizo Rocoso
Composition
Texture
Minerals
Joint orientation
Joint properties
Joint set geometry(spacing, length
position
Intact rock
Joints
Rock mass
Roca Intacta: Bloques de material no fracturado que existen entre discontinuidades estructurales
El tamaño de los trozos de roca intacta pueden variar entre unos pocos milímetros
a unos cuantos metros
Discontinuidad Estructural: En una roca es cualquier quiebre significativo o fractura que tenga
muy baja resistencia a la tracción. Planos, fallas, diaclasas.
Macizo rocoso: Es la roca intacta junto con las discontinuidades estructurales tridimensionales
PROPIEDADES DE LA
ROCA INTACTA
• Compresion Simple σu = qu
• (Directo) Tension *T0
• (Indirecto) Brazilian Strength, T0
• Resistencia al corte, τ
– En roca intacta
– En planos o discontinuidades
• Compresion Simple σu = qu
• (Directo) Tension *T0
• (Indirecto) Brazilian Strength, T0
• Resistencia al corte, τ
– En roca intacta
– En planos o discontinuidades
ENSAYOS DESTRUCTIVOS
• Ensayos de compresión triaxiales
Tomado de: Tronadura & Geomecánica: Hacia la optimización del negocio minero. Antonio Karzulovic 2001
Cálculo de las propiedades de la roca intacta
1) Realizar ensayos de compresión uniaxial (5 a 10) para
determinar UCS y los módulos elásticos E y ν
2) Realizar ensayos triaxiales para un mínimo de 5 presiones de
Confinamiento, y de modo que se alcance del 40% al 50% de
UCS. Se recomienda repetir a lo menos una vez cada ensayo
(o sea 2 ensayos x cada presión de confinamiento).
3) Utilizar estos resultados para determinar los parámetros del
Criterio de Hoek-Brown. Se recomienda emplear el software
ROCKDATA y usar el método simplex. Deberá verificarse que
Los resultados sean razonables (e.g. mi<36)
LITOLOGIAENSAYO Magnetita Andesita Brecha Diorita Brecha Brecha
Argilizada Volcanica Tectonica Verde2.74 2.52 2.59 2.7 2.66 2.61
Densidad (gr/cc) 0.21 0.16 0.17 0.16 0.145 0.08
2.35 - 3.27 2.24 - 2.88 1.87 - 2.91 2.44 - 3.14 2.37 - 3.04 2.32 - 2.77
35 30 51 15 62 70
3113 3349 3377 3369 4855 3614
Vp (mts/seg) 546 525 318 306 887 797
1911 - 3985 2081 - 4073 2477 - 3966 2699 - 3992 2776 - 5903 2375 - 5605
34 18 23 15 28 34
1861 1944 1987 1965 2845 2119
Vs (mts/seg) 312 299 194 151 585 468
1096 - 2298 1241 - 2328 1454 - 2380 1695 - 2203 1504 - 3897 1375 - 3203
34 18 23 15 28 34
65.44 16.5 41.2 33.6 56.4 50.5
UCS (Mpa) 16.2 3.1 15 3.3 18.4 22.7
39.2 - 81.25 14.3 - 18.6 21 - 58 32.2 - 35.9 34.7 - 83.4 17.5 - 77.5
9 2 8 2 9 6
TriaxialC (Mpa) 7.37 5.1 17.1 5.72 8.25 14.2
φ φ φ φ (°) 45.4 31 39.6 48.4 47.5 48
m 20.59 9.495 8.002 24 20.4 18.7
s 1 1 1 1 1 1
36.1 34.6 36 40.9 34.8 |
Cizalle directo (º) 1.35 1.9 1.39 3.13 2.09 2.34
(Saw cut) 34.50 - 37.83 32.5 - 36.1 34.4 - 37.6 36.02 - 45.26 32.9 - 38.4 32.5 - 39.4
Angulo de friccion 6 3 4 9 5 6
21.2 10.4 25.7 24.01 29.2 27.3
Módulo 9.7 0.71 3.9 1.97 3.9 4.4
Young (Gpa) 8.8 - 35.4 9.87 - 10.87 18.6 - 31.8 22.7 - 25.5 25.3 - 38.6 21.5 - 32.2
12 2 8 2 9 6
0.25 0.25 0.24 0.28 0.25 0.26
Razón 0.03 0.02 0.02 0.013 0.028 0.03
Poisson 0.199 - 0.312 0.238 - 0.263 0.211 - 0.281 0.27 - 0.029 0.21 - 0.29 0.21 - 0.29
12 2 8 2 9 6
5.3 4.3 4.2 7.35 5.23 5.6
TENSION (Mpa) 0.56 0.71 0.58 1.23 1.2 1.69
Ensayo Brasileño 4.37 - 5.84 3.71 - 5.07 3.58 - 4.85 5.49 - 8.53 3.66 - 6.85 4.05 - 8.33
6 3 5 6 6 6
RESUMEN ENSAYOS DE LABORATORIO
NOTA:MadiaDesviacion EstándarMax – MinN°de ensayos
LITOLOGIAPARAMETRO Magnetita Andesita Brecha Diorita Brecha Brecha
Argilizada Volcanica Tectonica Verde
Cohesión (Mpa) 0.52 0.51 0.81 0.88 0.87 0.965
Angulo de Fricción (°) 49 30 38 49 47 49
Densidad (gr/cc) 2.74 2.52 2.59 2.7 2.66 2.61
Módulo Young (Gpa) 10.8 5.9 8.3 12.1 1.3 12.8
Razón Poisson 0.25 0.25 0.24 0.28 0.25 0.26
Tensión (Mpa) 5.3 4.3 4.2 7.35 5.23 5.6
RESUMEN PARAMETROS PARA ANALISIS
Tomado de: Tronadura & Geomecánica: Hacia la optimización del negocio minero. Antonio Karzulovic 2001
Tomado de: Tronadura & Geomecánica: Hacia la optimización del negocio minero. Antonio Karzulovic 2001
Tomado de: Tronadura & Geomecánica: Hacia la optimización del negocio minero. Antonio Karzulovic 2001
Tomado de: Tronadura & Geomecánica: Hacia la optimización del negocio minero. Antonio Karzulovic 2001
EFECTOS DINAMICOS
Arenisca AreniscaA B
Velocidad de Aplicación del esfuerzo
Kg/cm2/seg
Esfuerzo de rotura Kg/cm2
215 220 190 170
Deformación en la falla, d, micras 490 610 460 630
E, Kg/cm2
51 x 104
64 x 104
40 x 104
30 x 104
Arenisca AreniscaA B
Velocidad de Aplicación del esfuerzo
Kg/cm2/seg
Esfuerzo de rotura Kg/cm2
53 80 29 53
Deformación en la falla, d, micras 145 410 370 510
E, Kg/cm2
47 x 104
19 x 104
10 x 104
12 x 104
1.1 1.8 0.5 2.2
Granito
Granito
Ensayos Dinámicos
Ensayos Estáticos
Marmol
Marmol
1.7 x 106
1.4 x 106
1.5 x 106
1.5 x 106
Tomado de: La geomecánica en la perforación y voladura de rocas. Alvaro Correa A. VIII Seminario Internacional de explosivos –Indumil Bogota
COMPARACION DE ALGUNAS PROPIEDADES DINAMICAS Y ESTATICAS
MACIZO ROCOSO Y SU
CARACTERIZACION
METODOS DE CLASIFICACION DE MACIZO ROCOS
Desde comienzo de los años 70 se ha extendido el uso de sistemas de
clasificación geotécnica de macizos rocoso.
Los sistemas de clasificación geotécnica mas usados en la industria minera son:
� Sistema de Laubscher o calificación del macizo rocoso según los índices RMR
y MRMR (Laubscher 1975)
� Sistema de Barton o Indice Q (Barton et al. 1974)
� Sistema de Bieniawski o calificación según el índice RMR (Bieniawski 1973)
� Método del índice de resistencia geológica GSI (Hoek, 1984).
Estos métodos califican el macizo rocoso considerando tres parámetros:
� Parámetro A: La resistencia de los bloques que conforman el macizo rocoso
(resistencia de la roca intacta)
� Parámetro B: La blocosidad del macizo rocoso, definida en forma indirecta
mediante variables asociadas al grado de fracturamiento y/o
espaciamiento de las estructuras
� Parámetro C: La condición de las discontinuidades que definen los bloques y
al mismo tiempo la condición de contacto entre estos.
� El método GSI solo considera los parámetros B y C e ignora el parámetro Aya que la resistencia de la roca es parte de la información de entrada del
criterio Hoek & Brown
RQD METODO DE DEERE 1967
=
SRF
J
J
J
J
RQDQ w
a
r
n
METODO DE CLASIFICACION NGI SEGÚN BARTON (1974)
Rock Quality Designation, RQD
Number of Joint Sets, Jn
Roughness of Discontinuities, J
Discontinuity Condition/Filling, Ja
Groundwater Conditions, Jw
Stress Reduction Factor, SRF
PARAMETRO RMR Rating
-Resistencia de la Roca Intacta (IRS) 0 - 20
-Designación de calidad de Roca (RQD) 0 - 15
-Espaciamiento de Fracturas (JS) 0 - 25
-Frecuencia de Fracturas (FF) 0 - 40
-Condición de las Fracturas (JC) 0 - 40
TOTAL 0 - 100
% AJUSTES MRMR Rating
-Meteorización 30 - 100
-Orientación de las estructuras 63 - 100
-Tensión Inducida 60 - 120
-Tronadura 80 - 100
PARAMETRO RMR Rating
-Resistencia de la Roca Intacta (IRS) 0 - 20
-Designación de calidad de Roca (RQD) 0 - 15
-Espaciamiento de Fracturas (JS) 0 - 25
-Frecuencia de Fracturas (FF) 0 - 40
-Condición de las Fracturas (JC) 0 - 40
TOTAL 0 - 100
% AJUSTES MRMR Rating
-Meteorización 30 - 100
-Orientación de las estructuras 63 - 100
-Tensión Inducida 60 - 120
-Tronadura 80 - 100
% AJUSTES MRMR Rating
-Meteorización 30 - 100
-Orientación de las estructuras 63 - 100
-Tensión Inducida 60 - 120
-Tronadura 80 - 100
DETERMINACION INDICE RMR Y MRMR Laubscher 1974
RMR BIENIAWSKI 1973
GSI: GEOLOGICAL STRENGTH INDEX (Hoek 1994)
El GSI, fue desarrollado por Hoek (1994).
Este índice de calidad geotécnica se determina en base a dos parámetros que definen la resistencia y la deformabilidad de los macizos rocosos:
RMS Es la “estructura del macizo rocoso”, definida en términos de su blocosidad y grado
de trabazón.
JC Es la condición de las estructuras presentes en el macizo rocoso.
La evaluación del GSI se hace por comparación gráfica del caso que interesa con condiciones
Típicas, y el mismo puede variar de 0 a 100, lo que permite definir 5 clases de Macizos rocosos:
� Macizos de MUY MALA calidad (Clase V, 0 ≤ GSI ≤ 20).
� Macizos de MALA calidad (Clase IV, 20 < GSI ≤ 40).
� Macizos de REGULAR calidad (Clase III, 40 < GSI ≤ 60).
� Macizos de BUENA calidad (Clase II, 60 < GSI ≤ 80).
� Macizos de MUY BUENA calidad (Clase I, 80 < GSI ≤ 100).
GSI
GEOLOGICAL STRENGTH INDEX
SONDAJE TOTAL TOTAL RMRb GSI
TIPO LITOLOGICO S - 1 S - 2 S - 3 S - 4 S - 5 S - 6 SONDAJES
ANDESITA SUPERIOR 51,5 60,4 50,1 52,4 51,0 53,4 53,1 54,1 60,1 55,1
7,7 9,8 7,3 7,1 6,8 6,5 8,2
39.5 - 75.1 40.0 - 77.7 34.3 - 71.4 35.0 - 75.6 30.8 - 70.8 36.5 - 63.6 30.8 - 77.7
DACITA PORFIDICA 55,2 61,5 52,1 57,2 54,8 58,9 57,4 58,4 64,2 59,2
7,9 8,6 5,9 5,7 6,2 9,5 8,3
38.6 - 73.4 43.7 - 77.3 40.7 - 68.4 47.2 - 70.9 43.0 - 69.8 41.9 - 77.6 38.6 - 77.6
DACITA CUARCIFERA 58 67,1 50,0 53,8 60,8 61,1 66,8 61,8
10,2 7,2 8,5 4,8 10,4
36.2 - 75.3 50.2 - 78.0 32.8 - 60.6 45.6 - 59.4 32.8 - 78.0
DIORITA 52 52 58,1 53,1
INFORMACION DE MAPEO DE BANCOS 7,7
44 - 66
DIQUES 51,1 55,8 49,1 61,8 55,3 54,7 54,7 60,7 55,7
5,7 9,5 9,2 9,6 5,3 9,7
41.9 - 62.2 41.5 - 77.8 21.4 - 72.4 19.2 - 75.3 45.9 - 64.5 19.2 - 77.8
RESUMEN MAPEO RMR
CLAVE: PromedioDesv. Estand.Rango
ESCALAMIENTO DE
PROPIEDADES
RESISTIVAS
Tomado de: Tronadura & Geomecánica: Hacia la optimización del negocio minero. Antonio Karzulovic 2001
Tomado de: Tronadura & Geomecánica: Hacia la optimización del negocio minero. Antonio Karzulovic 2001
Tomado de: Tronadura & Geomecánica: Hacia la optimización del negocio minero. Antonio Karzulovic 2001
Para usar el criterio Hoek-Brown para la estimación de la resistencia
de un macizo rocoso fracturado, se deben estimar tres propiedades:
1) La Resistencia a la Compresión Uniaxial σci de un trozo de roca
intacta
2) El valor de la constante Hoek-Brown mi para la roca intacta
3) El valor del Indice de Resistencia Geológica GSI para el macizo rocoso
Una vez que se haya estimado el GSI, se pueden calcular los parámetros
que describen la resistencia del macizo rocoso de acuerdo al siguiente
Formulismo (Hoek et. Al 1988)
Criterio de falla Hoek –Brown (macizo rocoso Hoek et. Al 2002)
PARAMETRO D
El espesor D de la zona de daño por tronadura dependerá del diseño de la tronadura.
La siguiente aproximación puede ser usada como punto de partida:
�Grandes tronaduras de producción, confinada y poco o ningún control D = 2.0 a 2.5 H
�Tronadura de producción controlada y con cara libre D = 1.0 a 1.5H
�Tronadura de producción, confinada y con algún control una o mas fila buffer D = 1.0 a 1.2H
�Tronadura de producción, con algun control una o mas filas buffer y cara libre D = 0.5 a 1.0H
�Tronadura de producción cuidadosamente controlada con cara libre D = 0.3 a 0.5H
PARAMETROS CLASIFICACIÓN PARAMETROS ROCA INTACTA MACIZO ROCOSO MACIZO ROCOSO
UCS σc (Mpa) 200 UCS σc (Mpa) 40
GSI 65
Cohesión C (Mpa) 28 Cohesión C (Mpa) 2.303
Angulo fricción Interna φ (°) 54 Angulo fricción Interna φ (°) 62
mi 12 mb: 2.515 s: 0.0113
Tomado de: Estimating Rock Mass Strength using the Hoek-Brown Failure Criterion and Rock Mass Classification. Jonny. Sjoberg. 1997 pp. 14
Validación y bases para la aplicación del criterio H & B
� El criterio de falla H-B es el criterio mas ampliamente usado para determinar
la resistencia de macizos rocoso fracturados, independientemente de su
falta de base teórica y la limitada cantidad de datos experimentales.
� Solamente un tipo de roca (Panguna Andesite) fue ensayada sin embargo,
la comunidad geomecánica gustosamente ha adoptado estas ecuaciones
aproximadas desarrolladas por Hoek y colaboradores.
� Este es un hecho sorprendente el que fue notado por Hoek (1994b) quien
solamente intentaba generar un criterio para ser usado en forma preliminar
en la estimación del macizo rocoso
Tomado de: Estimating Rock Mass Strength using the Hoek-Brown Failure Criterion and Rock Mass Classification. Jonny. Sjoberg. 1997 pp. 14
� Probablemente la aparente falta de un criterio que permitiera determinar
los parámetros del macizo rocoso fue lo que generó la gran aceptación
del Critero H & B
� Actualmente no se dispone de muchas alternativas para el diseño práctico
en mecánica de rocas.
� El concepto de envolvente de falla parabólica similar a la que se genera en
ensayos de roca intacta, hace que la aplicación del criterio H & B se vea
como muy razonable, aun cuando no hay muchos datos prácticos que avalen
esto en un macizo rocoso.
Tomado de: Estimating Rock Mass Strength using the Hoek-Brown Failure Criterion and Rock Mass Classification. Jonny. Sjoberg. 1997 pp. 15
�El amplio uso del criterio de falla H&B no ha sido complementado con igual
cantidad de esfuerzos para verificarlo
�Se han reportado muy pocos casos en los cuales la aplicación del criterio
H&B ha sido verificado contra observaciones reales de fallamientos en
terreno
�Aparentemente la comunidad ingenieril ha estado muy ocupada aplicando
el criterio de falla H&B sin tomarse el tiempo para validarlo apropiadamente
GRACIAS