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FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERA

ESTUDIOS GEOMECANICOS EN LA ELECCION DE METODOS DE EXPLOTACION SUBTERRANEA

INTRODUCCINEl crecimiento y el desarrollo se originan en los conocimientos. Dejamos de crecer en el momento que pensamos que somos realmente importantes, cuando pensamos que ya sabemos algo. Con ello se acaba el desarrollo, al igual que el crecimiento. El crecimiento y el desarrollo son la consecuencia de comportarse con humildad y de esforzarse al mximo.

Los factores que tienen un mayor peso en la primera etapa de seleccin son la geometra, la distribucin de leyes de depsito, las propiedades y caractersticas geomecanicas del mineral y estril adyacente. Mediante el anlisis de esos factores se obtendr una primera clasificacin y ordenacin de los mtodos de explotacin para su aplicacin ms adecuada desde una perspectiva netamente tcnica.En el presente trabajo analizamos los estudios geomecanicos, la clasificacion geomecanica para la eleccion de metodos de explotacion subterranea

NDICE CARATULADEDICATORIAINTRODUCCIN NDICE

CLASIFICACIN GEOMECNICA DE ROCAS

Propiedades geomecnicas del mineral y de la roca encajonante5

Seleccin del mtodo.

5

Estudios de mecnica de rocas.6

Mtodos de clasificacin geo mecnica7

RQD - DEERE (1967)8

RMR - BIENIAWSKI (1989)

8

MRMR - LAUBSCHER (2000)

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Q - BARTON (1974)

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GSI - HOEK (1994)

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Consideraciones finales

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Caractersticas Geomecnicas del Yacimiento

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Fuentes de informacin 23

CLASIFICACIN GEOMECNICA DE ROCAS

1.1 PROPIEDADES GEOMECNICAS DEL MINERAL Y DE LA ROCA ENCAJONANTE

Cuando se abre un hueco en la corteza terrestre se produce un desequilibrio en la misma. Al extraer una parte del macizo rocoso, caracterstica de toda labor minera, se produce inevitablemente la eliminacin del soporte de la masa rocosa restante, lo que da lugar a una alteracin en las condiciones de equilibrio. En el sentido ms amplio, se puede considerar que: al aumentar el tamao del hueco se produce inevitablemente el derrumbe por hundimiento de la masa rocosa que lo rodea. Este fenmeno puede ser una propiedad deseable para la aplicacin de ciertos mtodos. En otros casos hay que tomar las medidas necesarias para proporcionar un soporte adecuado al macizo rocoso para su estabilidad.

1.1.1 Seleccin del mtodo.Se indican en este apartado los datos necesarios para seleccionar un mtodo apropiado de explotacin subterrnea y las fases que conviene seguir en esa seleccin. En realidad es un proceso iterativo que sigue durante toda la vida del yacimiento..Se parte del hecho de que el criadero est bien definido, con reservas suficientes para empezar su laboreo, pero que an no se ha realizado ninguna labor minera. Los parmetros que deben considerarse en primer lugar son : Geometra del yacimiento.. Distribucin de la ley. Resistencia de la masa mineral y de los macizos rocosos del techo y muro. Costos de laboreo e inversiones de capital precisos. Productividad ptima. Tipo y posibilidades de mano de obra. Consideraciones ambintales. Otras consideraciones locales.

Para seleccionar un mtodo y comenzar su anteproyecto es preciso disponer de planos y cortes geolgicos, de un modelo de distribucin de leyes del yacimiento, y conocer las caractersticas mecnicas de las rocas del mismo, muro y techo. Muchos de estos datos se obtienen de testigos de sondeos.La interpretacin geolgica bsica es importantsima en cualquier evaluacin minera. En los mapas y secciones geolgicas se indicarn los principales tipos de rocas, zonas alteradas, estructuras principales, tales como fallas, estratos, ejes de pliegues, etc. Pueden tambin indicarse las zonas de trastornos en mapas transparentes, que puedan superponerse sobre los geolgicos

1.1.2 Estudios de mecnica de rocas.

Los estudios de mecnica de rocas necesarios para elegir el mtodo de explotacin ms adecuado para un yacimiento mineral, son prcticamente iguales a los que deben realizarse para proyectar la mina. Estos estudios sern descritos con toda la extensin necesaria en sucesivos captulo de este trabajo, por lo que no se estima necesario detallarlos aqu. No obstante, parece convenient mencionar que, como se expondr ms adelante , los estudios geotcnicos deben realizarse en varias fases. La primera fase corresponde precisamente al estudio de viabilidad, que es cuando se decide el mtodo de explotacin ms adecuado para la mina , si bien, en algunos casos, no es posible llegar a seleccionar un nico mtodo de explotacin y son dos los que pasan a- ser estudiados en la fase de proyecto.En la primera fase del estudio geotcnico, el nmero de datos de que se dispone no es, normalmente, muy grande, por lo que puede ser necesario suplir la falta de informacin con la experiencia. De ah el criterio de que en esta fase intervengan ingenieros con mucha prctica en el tema.1.2 METODOS DE CLASIFICACION GEOMECANICALa geomecnica es una disciplina que estudia la respuesta del macizo rocoso a situaciones externas teniendo como base la geologa de dicho macizo Debido a la complejidad que presentan los macizos rocosos, diversos autores han intentado establecer sistemas de clasificacin del mismo. Muchos de estos mtodos han sido mejorados subsecuentemente, sin embargo la mayora de estos se basa en observaciones cualitativas y por ello se hace muy importante una interpretacin correcta, y experta, de las observaciones en terreno. Se presenta a continuacin una revisin de los ms importantes para minera a cielo abierto: RQD, RMR, MRMR, GSI y SMR.

1.2.1 RQD - Deere (1967)El ndice RQD (Rock Quality Designation) se define como el porcentaje de recuperacin de testigos de ms de 10 cm de longitud en su eje, sin tener en cuenta las roturas frescas del proceso de perforacin respecto de la longitud total del sondeo. Para determinar el RQD en el campo o zona de estudio de una operacin minera, existen tres procedimientos de clculo. A partir de sondajes: se calcula midiendo y sumando el largo de todos los trozos del testigo mayor que 10 cm en el intervalo de testigo de 1.5 m. a partir de los testigos obtenidos en la exploracin. Se recomienda utilizar un dimetro de perforacin de al menos 54,7 mm. A partir del mapeo de celdas geotcnicas: comprende el calculo del RQD en funcin del nmero de fisuras por metro, determinadas al realizar el levantamiento litolgico-estructural (detail line) en el rea o zona predeterminada de la operacin minera. Tercer procedimiento: se hace el clculo del RQD en funcin del nmero de fisuras por metro cubico (Jv), determinadas al realizar el levantamiento litolgico-estructural en el rea o zona predeterminada de la operacin minera. Esto se usa para voladura y queda establecido de acuerdo a la relacin entre RQD y Jv.

TABLA N CLASIFICACION RQD

1.2.2 RMR - Bieniawski (1989)Bieniawski (1976) publico una clasificacin del macizo rocoso denominada Clasificacin Geomecanica o Sistema Rock Mass Rating (RMR). Posteriormente este sistema ha sido mejorado hasta llegar a la versin de clasificacin de Bieniawski (1989).Los siguientes 6 parmetros son utilizados para clasificar un macizo rocoso usando el sistema RMR de Bieniawski (1989):

1. Resistencia a la compresin uniaxial. Determinada en laboratorio y ensayos de carga puntual en terreno.2. Valor del RQD. Se asigna desde puntaje de 20 si este indice es mayor a 90% hasta 3 si es menor a 25%.3. Espaciamiento de discontinuidades. Se asume que la roca tiene 3 conjuntos de fracturas y se utiliza el sistema ms relevante.4. Condicin de discontinuidades. Descripcin de aspereza de la superficie y del material de relleno. Se usa el ms liso y desfavorable.5. Aguas subterrneas. De acuerdo al flujo de agua en excavacin subterrnea (si est disponible) o la presin de agua en discontinuidades. Se puede usar tambin el testigo.6. Orientacin de discontinuidades. Determinada mediante cmaras en sondajes y/o mapeo de piques. La clasificacin final por este metodo se realiza en intervalos de 20 puntos comenzado por 100 y hasta llegar a 0. Es decir son generalmente usados 5 intervalos, los que tambin pueden ser denominados con nmeros romanos del I al V en calidad ascendente, para clasificar el macizo rocoso. TABLA 1:CLASIFICACION SEGN RMR

1.2.3 MRMR - Laubscher (2000) Laubscher desarrollo un sistema de clasificacin basado en el RMR de Bieniwaski (de ah el nombre de MRMR, Modified Rock Mass Rating) que categorizaba desde 0 (muy mala) a 100 (muy buena),

El mtodo cambia la valoracin de algunos parametros y altera la determinacin del espaciamiento de las discontinuidades con respecto a su predecesor. Adems considera los esfuerzos in situ e inducidos y los efectos en el macizo producto de la tronadura y su alteracin por exposicin de la roca fresca al ambiente. Cabe destacar que las modificaciones fueron hechas inicialmente para condiciones en minas de Block Caving. 1.2.4 Q - Barton (1974)

Barton (1974) del Norwegian Geotechnical Institute, defini el ndice de Calidad de Tneles (Q) para la caracterizacin geotcnica del macizo rocoso y para la determinacin del sostenimiento requerido para tneles. Los valores numricos del ndice Q varan en escala logartmica desde 0,001 hasta 1.000, y se obtienen a travs de parmetros que se relacionan a travs de la siguiente ecuacin:

Donde,

RQD : Indice de calidad de roca.Jn: Numero de sistemas de discontinuidades (Joint Set Number).Jr: Numero de rugosidad de discontinuidades (Joint Roughness Number).Ja: Numero de alteracion de las discontinuidades (Joint Alteration Number).Jw: Factor de reduccion por agua (Joint Water Reduction Factor).SRF: Factor de reduccin por esfuerzos (Stress Reduction Factor).

Para explicar el significado de los parmetros usados para determinar el valor de Q, Barton propone que el primer cociente (RQD/Jn), representa la estructura del macizo rocoso, como una medida rudimentaria del tamao de los bloques o de las partculas. El segundo cociente (Jr/Ja), representa la rugosidad y las caractersticas de friccin de las paredes de las discontinuidades o de los materiales de relleno. El tercer cociente (Jw/SRF) consiste de 2 parmetros de esfuerzos. El SRF es una medida de: 1) la prdida de carga en el caso en una excavacin a travs de una zona de falla y de roca con altos contenidos de arcillas;2) los esfuerzos en roca competente.3) las cargas compresivas en rocas plsticas no competentes. El SRF puede ser considerado como un parmetro que considera una correccin por esfuerzos efectivos. El parmetro Jw es una medida de la presin del agua, la que tiene un efecto adverso sobre la resistencia al corte de las discontinuidades debido a la reduccin del esfuerzo normal.De esta forma, el ndice de Calidad de roca en tneles (Q), puede ser considerado en funcin de 3 parmetros, los que son una medidas aproximadas de: Tamao del bloque (RQD/Jn) Resistencia al esfuerzo al corte entre bloques (Jr/Ja) Esfuerzos activos (Jw/SRF)Tabla ndice Q de barton

1.2.5 GSI - Hoek (1994)

El sistema Indice Geologico de Resistencia (GSI, Geological Strength Index) y su uso en el criterio de falla de Hoek-Brown ha sido presentado en diversos artculos por Hoek (1994), Hoek et al. (1995) y Hoek-Brown (1997), asociado a macizos de roca dura y equivalente al sistema RMR. A partir de 1998 a la fecha se ha desarrollado el sistema GSI con el objetivo de incluir macizos rocosos de mala calidad (Hoek et al., 1998; Marinos y Hoek, 2000 y 2001).El GSI proporciona un sistema para estimar la disminucin de la resistencia que presentara un macizo rocoso con diferentes condiciones geolgicas y se obtiene de la combinacin de 2 parmetros geolgicos fundamentales, la estructura del macizo rocoso y la condicin de las discontinuidades. En la prctica, es usual definir el GSI en rangos de +/- 15 puntos. La clasificacin se hace segn el siguiente criterio:

TABLA CLASIFICACIO SEGN GSI

Adems es posible establecer una relacin del GSI con el caso del RMR de 1989, la que ha sido establecida de manera emprica. Si el rating de la condicin de aguas es de 15 y el de la orientacin de discontinuidades es de 0, se puede observar, siempre de forma aproximada, que se cumple la siguiente igualdad:

TABLA Determinacin del GSI de Hoek (Hoek y Marinos,2000). TABLA Determinacin del GSI de Hoek (Hoek y Marinos,2000)

1.3 CONSIDERACIONES FINALESDe acuerdo a la revisin de los diferentes mtodos de clasificacin del macizo rocoso, podemos extraer las siguientes consideraciones: El RQD es un parmetro direccional del grado de fractura miento de un testigo de roca, por lo tanto no debe ser considerado como una clasificacin del macizo, sino como un valor necesario para determinar la clasificacin en cualquiera de los cinco mtodos siguientes propuestos. Dado que la presente clasificacin se realizara de acuerdo a los testigos de roca recuperados por una campana de sondajes.

El MRMR fue especficamente diseado para establecer las condiciones de soporte en excavaciones subterrneas, por lo que entra en cierta ambigedad cuando se trata de bancos superficiales. Adems para macizos de calidad pobre (MRMR