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

Jw

Ja

Jr

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RQD

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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

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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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Figure 1 – Modified Barton Chart

Energy Absorption RDP (Joules) 560 400 280 200 0 G F E D C B A

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Min RDP toughness of 400 Joules in areas of

significant deformation or seismic strain burst.

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Rock mass quality

15cm12cm 5c

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sbB9) 8) 7) 6) 5) 4) 3) 2) 1)

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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