Transcript of Mecanica de Rocas Capa.ppt(1)
INGENIERA
Una definición ampliamente aceptada de la MR e! a"#ella $f%ecida
p$% el c$mit& de 'ROC( MECHANIC) en *+,- . m$dificada en
*+/-
' ES LA CIENCIA 0EORICA APLICADA DEL COMPOR0AMIEN0O MECANICO DE LA
ROCA Y DE LOS MACIZOS ROCOSOS)
' ES A1UELLA RAMA DE LA MECANICA 1UE 0RA0A LA RESPUES0A DE LA ROCA
Y DE LOS MACISOS ROCOSOS AL CAMPO DE 2UERZAS DE SU EN0ORNO
2ISICO)
CONCEP0O 3ASICO DE LA MECANICA DE ROCAS
Ingeniería de Minas - Unsa
MODELAMIEN0O DE MINA
Di!c$ntin#idade!
Maci6$ R$c$!$ Di!c$ntin#idade!
Calidad de la E8ca9ación
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MODELO GEOLOGICO Conocer la roca permite tomar decisiones correctas
sobre diferentes aspectos relacionados con las labores mineras,
entre otras, se podrá establecer la dirección en la cual se deben
avanzar las excavaciones, el tamaño de las mismas, el
tiempo de exposición abierta de la excavación, el tipo de
sostenimiento a utilizar y el momento en que éste debe ser
instalado.
In
La roca es un conjunto de sustancias minerales que formando masas,
constituye ran parte de la corteza terrestre.
!e"n su orien, las rocas pueden ser #neas, sedimentarias y
metamórficas.
Rocas ígneas, son aquellas que $an sido formadas por la
consolidación del mama. Rocas sedimentarias, formadas por la
deposición de sedimentos.
Rocas metamórficas, formadas por procesos de altas presiones y
temperaturas. .
La roca difiere de la mayor#a de otros materiales utilizados en la
inenier#a. %sta tiene discontinuidades &fracturas' de
diferentes tipos, que $acen que su estructura sea
discontinua. (demás, debido a los procesos eolóicos que la $an
afectado entre el tiempo de su formación y la condición en la cual
la encontramos en la actualidad, presenta $eteroeneidades y
propiedades variables. )odas estas caracter#sticas requieren ser
evaluadas en forma permanente durante el laboreo minero.
CARACTERÍSTICAS DE LA ROCA
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*rimero es necesario distinuir lo que es el 'mate%ial
%$c$!$) o denominado también '%$ca intacta) y lo que es
la 'ma!a %$c$!a) o también denominada 'maci6$ %$c$!$)
Roca intacta, es el bloque ubicado entre las discontinuidades y
podr#a ser representada por una muestra de mano o trozo de
testio que se utiliza para ensayos de laboratorio.
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Masa rocosa, es el medio in+situ que contiene diferentes tipos de
discontinuidades como diaclasas, estratos, fallas y otros rasos
estructurales.
ependiendo de cómo se presenten estas discontinuidades o rasos
estructurales dentro de la masa rocosa, ésta tendrá un determinado
comportamiento frente a las operaciones de minado.
In
DISCONTINUIDADES DE LA MASA ROCOSA
!anos de estratificación, dividen en capas o estratos a las rocas
sedimentarias.
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"a!!as, son fracturas que $an tenido desplazamiento. %stas son
estructuras menores que se presentan en áreas locales de la mina o
estructuras muy importantes que pueden atravesar toda la
mina.
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#onas de corte, son bandas de material que pueden ser de varios
metros de espesor, en donde $a ocurrido fallamiento de la
roca.
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Diac!asas, también denominadas juntas, son fracturas que no
$an tenido desplazamiento y las que más com"nmente se presentan en
la masa rocosa.
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!anos de fo!iación o es$%istosidad , se forman entre las
capas de las rocas metamórficas dando la apariencia de $ojas o
láminas.
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Contactos !ito!ógicos, que com"nmente forman, por ejemplo, la caja
tec$o y caja piso de una veta.
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OTROS RAS'OS 'EOL('ICOS IMORTANTES
!ieg%es, son estructuras en las cuales los estratos se
presentan curvados.
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Di$%es, son intrusiones de roca #nea de forma tabular, que se
presentan eneralmente empinadas o verticales.
In
C)imeneas o c%e!!os *o!c+nicos, son intrusiones que $an dado
orien a los conos volcánicos.
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ROIEDADES DE LAS DISCONTINUIDADES
)odas las discontinuidades presentan propiedades eomecánicas
importantes que las caracterizan y que influyen en el
comportamiento de la masa rocosa. -stas propiedades son
principalmente
Orientación, es la posición de la discontinuidad en el espacio
y com"nmente es descrito por su rumbo y buzamiento. Cuando un rupo
de discontinuidades se presentan con similar orientación o en otras
palabras son aproximadamente paralelas, se dice que éstas forman un
/sistema0 o una /familia0 de de discontinuidades.
In
Esaciado, es la distancia perpendicular entre discontinuidades
adyacentes. %ste determina el tamaño de los bloques de roca
intacta. Cuanto menos espaciado tenan, los bloques serán más
pequeños y cuanto más espaciado tenan, los bloques serán más
randes.
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ersistencia, es la extensión en área o tamaño de una
discontinuidad. Cuanto menor sea la persistencia, la masa rocosa
será más estable y cuanto mayor sea ésta, será menos estable.
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R%gosidad , es la aspereza o irreularidad de la
superficie de la discontinuidad. Cuanto menor ruosidad tena una
discontinuidad, la masa rocosa será menos competente y cuanto mayor
sea ésta, la masa rocosa será más competente.
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Aert%ra, es la separación entre las paredes rocosas de
una discontinuidad o el rado de abierto que ésta presenta. ( menor
apertura, las condiciones de la masa rocosa serán mejores y a mayor
apertura, las condiciones serán más desfavorables.
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Re!!eno, son los materiales que se encuentran dentro de la
discontinuidad. Cuando los materiales son suaves, la masa rocosa es
menos competente y cuando éstos son más duros, ésta es más
competente.
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Es$%ema de !as roiedades de !as discontin%idades-
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LA METEORI#ACI(N . LA ALTERACI(N
Meteori/ación, enominada también intemperización, está relacionada
con la modificación que sufre la superficie de la roca o en sus
proximidades, debido a la acción de aentes atmosféricos. -l rado de
la meteorización dependerá de las condiciones climatolóicas,
morfolóicas y la composición de la masa rocosa.
La meteorización se divide en meteorización f#sica, qu#mica
y biolóica.
Meteori/ación física, como consecuencia de ésta, la apertura de las
discontinuidades aumenta o pueden formarse nuevas fracturas por el
relajamiento de la roca.
Meteori/ación $%ímica
, oriina la decoloración de la roca $asta la descomposición de la
misma.
Meteori/ación 0io!ógica
, está reida por la presencia y actividad de los seres vivos.
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MODELO GEOLOGICO *royecciones -stereoráficas.
Las propiedades tecnolóicas del material de construcción, terreno o
roca fracturada, resultan influenciadas notablemente por la
existencia de fisuras y otras superficies de separación de #ndole
eolóico.
-n el tratamiento de problemas de estabilidad en masas rocosas,
deberá por una parte determinarse y representarse la situación en
el espacio de las estructuras y los planos, por otra parte debe ser
tenida en cuenta la influencia de las estructuras de una manera
cuantitativa en relación con posibilidades de movimiento y
equilibrio limite.
La representación de superficies o direcciones eolóicas y la
consideración de sus intersecciones es posible mediante la 'E!fe%a
de P%$.ección)
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-ste procedimiento fue introducido inicialmente en eolo#a por
Sc;midt< S#nde%< M#lle%< 2%iedman . P;ilip! -l estado mas
avanzado de este desarrollo esta contenido en uno de los trabajos
de H$e= y H$e=>3%a.
1rafico de orientaciones.
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Rede! Sc;midt . n$%mal
La representación rafica real de los datos eolóicos eométricos,
tiene luar sobre sobre las llamadas redes, las l#neas que forman
estas redes se oriinan mediante la proyección fiel al área de los
c5%c#l$! m78im$! &meridianos' y de los c5%c#l$!
men$%e! ¶lelas', en la esfera de proyección se
diferencian dos tipos principales de redes.
2Red Sc;midt, es la proyección de la esfera en la superficie polar
o llamada también proyección esférica en sección transversal, esta
red esta especialmente adecuada para la representación de c#rculos
mayores y la determinación de ánulos entre superficies y
direcciones.
2Red N$%mal &Lambert', es la proyección de la esfera en su
superficie plana ecuatorial, llamada también red polar, es
especialmente apropiada para una rápida representación de
polos.
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La proyección estereográfca
O%ientación de ?#nta! mediante p%$.ección e!te%e$4%7fica
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MODELO GEOMECANICO -ste trabajo viene a ser la recolección de data
de campo, consistente en evaluar las caracter#sticas eomecánicas de
las discontinuidades, para llevar esta información a una
interpretación mas clara y sencilla y que nos de una idea del
control de la estabilidad del macizo rocoso.
-l mapeo es el trabajo mas delicado en eomecánica y tiene que ser
realizado por personal debidamente capacitado.
!e conocen diferente tipos de mapeos eomecánicos, entre los cuales
tenemos
+Lineal $ l5nea! al detalle
Bentana!
Cada una de ellas tiene un fin especifico, dependiendo del uso que
se le quiere dar.
3ay que tener en cuenta que el mapeo eomecánico se deben realizar
"nicamente en dominios estructurales previamente definidos.
La norma utilizada es el 4nternational !ociete 5oc6 7ec$anic
@ISRM
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E!te m&t$d$ c$n!i!te en t%a6a% #na l5nea en #n d$mini$
e!t%#ct#%al< la idea e! "#e e!ta l5nea inte%cepte la ma.$%
cantidad de f%act#%a! a l$ la%4$ de la mi!ma
El &8it$ de e!te t%a:a?$ depende%7 de la ma.$% t$ma de
f%act#%a! .$ di!c$ntin#idade! a l$ la%4$ de e!ta l5nea
Se de:e t$ma% t$da! la! f%act#%a!< !in tene% en c#enta !#
$%ientación< p#e!t$ "#e al final !e ;a%7 #n c$mp!it$ de la!
mi!ma! . !e defini%7 la! familia! $ !et! de f%act#%amient$
Pa%a ell$ !e de:en de t$ma% la! !i4#iente! ca%acte%5!tica! de la!
di!c$ntin#idade!
+O%ientación @%#m:$ . :#6amient$
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E!te m&t$d$ c$n!i!te en #na e9al#ación de la e!ta:ilidad de #na
mane%a ma! %7pida< pe%$ de:e !e% %eali6ada p$% pe%!$nal c$n
m#c;a e8pe%iencia
P%ime%$ !e define #n d$mini$ e!t%#ct#%al< l#e4$ c#ant$! !i!tema!
de f%act#%amient$ e!t7n p%e!ente!< n$ta% c#idad$!amente c#al de
l$! !i!tema! e! ma! pe%!i!tente de ell$ depende el &8it$ del
t%a:a?$< #na 9e6 ;ec;$ e!t$< e!te !i!tema !e%7 c$n$cid$ c$m$
el !i!tema $ familia de f%act#%amient$ ma! d$minante
L#e4$ !e t$ma%a la! ca%acte%5!tica! ma! p%ed$minante! de e!te
!i!tema d$minante p$% "#e !e%7n &!t$! "#iene! l$
%ep%e!enta%an
Se de:e t$ma% ent%e d$! $ t%e! f%act#%a! de l$! !i!tema! ma!
d$minante!< pa%a p$de% $:tene% el 9al$% de la ca%acte%i6ación
del maci6$ %$c$!$
L$! 9al$%e! t$mad$! de la! ca%acte%5!tica! 4e$mec7nica!<
c$%%e!p$nde%7n a la media e!tad5!tica de cada !i!tema
N$te "#e !i c$metem$! #n e%%$% al ele4i% al !i!tema d$minante<
e!ta%em$! !$:%eB 9al$%and$ $ !#:B9al#and$ la calidad del maci6$
%$c$!$
E!tación $ pa%c;e
-!)58C)85( -L 7(C49: 5:C:!:-!)58C)85( -L 7(C49: 5:C:!:
C#and$ ;a:lam$! de %$ca< n$! %efe%im$! a #n mate%ial dife%ente a
$t%$! #!ad$! en in4enie%5a< p%incipalmente p$% la p%e!encia de
f%act#%a! de #n tip$ # $t%$ "#e $%i4inan di!c$ntin#idad dent%$ de
la ma!a de %$ca
L$! !i4#iente! t&%min$! n$! da%7n #na me?$% idea
R$ca intacta, material que se encuentra sin discontinuidad es.
-jemplo testio diamantino.
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P$%ción de ma!a de %$ca "#e tiene men$! de !ei! f%act#%a! p$% met%$
lineal
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Mate%ial d$nde !e enc#ent%an falla!< f%act#%a!<
?#nt#%a!< diacla!a!< ple4amient$! . c#al"#ie% $t%$ tip$
de element$! e!t%#ct#%ale!
E!ta ma!a %$c$!a e! di!c$ntin#a< a men#d$ ;ete%$4&nea .
ani!$t%ópica
Ma!a %$c$!a Ingeniería de Minas - Unsa
CARACTERI#ACI(N DE LA MASA ROCOSA
*ara conocer la masa rocosa, $ay necesidad de observar en el tec$o
y las paredes de las labores mineras, las diferentes propiedades de
las discontinuidades, para lo cual se debe primero lavar el tec$o y
las paredes. ( partir de estas observaciones se podrán sacar
conclusiones sobre las condiciones eomecánicas de la masa
rocosa.
ebido a la variación de las caracter#sticas de la masa rocosa, el
supervisor deberá realizar en forma permanente una evaluación de
las condiciones eomecánicas, conforme avanzan las labores, tanto en
desarrollo como en explotación,
-n situaciones especiales, el supervisor deberá realizar un mapeo
sistemático de las discontinuidades, denominado mapeo eomecánico,
utilizando métodos como el /reistro lineal0, Los datos se irán
reistrando en formatos elaborados para este fin, lueo serán
procesados y presentados en los planos de las labores
mineras.
In
Cla!ificación del Maci6$ R$c$!$ 1#& e! #n !i!tema de
cla!ificación del maci6$
%$c$!$
-s un acercamiento sistemático para evaluar y comunicar la
naturaleza de lo quebrado de una masa t#pica de la roca. iseñando
sistemas de clasificación de el macizo rocoso para la comunicación
de ideas
1#i&n nece!ita !a:e% e!ta inf$%mación
)oda esa ente que esta involucrada en el diseño de la excavación y
el uso en minas en operacion, o sea el ineniero de planeamiento,
eóloo, supervisores de la mina y mineros.
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Las propiedades
s p a c i a
m i e n
t o d e
El agua subterránea
Los esfuerzos In-situ
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CONDICIONES DE LA MASA ROCOSA
e acuerdo a cómo se presenten las caracter#sticas de la masa
rocosa, ésta tendrá un determinado comportamiento al ser
excavada.
!i la roca intacta es dura o resistente y las discontinuidades
tienen propiedades favorables, la masa rocosa será
competente y presentará
condiciones favorables cuando sea excavada.
!i la roca intacta es débil o de baja resistencia y las
discontinuidades presentan propiedades desfavorables, la masa
rocosa será
incompetente y presentará condiciones desfavorables cuando sea
excavada.
3abrá situaciones intermedias entre los extremos antes mencionados
donde la roca tendrá condiciones reulares cuando sea
excavada.
-xisten criterios para poder clasificar la masa rocosa, éstos están
basados en la experiencia anada en la ejecución de excavaciones en
roca.
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CRITERIOS SE'2N LA RESISTENCIA DE LA ROCA
Considerando la resistencia de la roca a romperse o indentarse con
olpes de picota, la u#a práctica de clasificación de la roca es la
siuiente
Resistencia m%3 a!ta4 !olo se astilla con varios olpes de
picota.
Resistencia a!ta4 !e rompe con más de ; olpes de picota.
Resistencia media4 !e rompe con < a ; olpes de picota.
Resistencia 0a5a4 !e indenta superficialmente con la punta de la
picota.
Resistencia m%3 0a5a4 !e indenta profundamente con la punta de la
picota.
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DEL "RACTURAMIENTO
*ara clasificar la masa rocosa tomando en cuenta las
caracter#sticas del fracturamiento &o rado de presencia de las
discontinuidades', se mide a lo laro de un metro lineal cuantas
fracturas se presentan, se"n esto, la u#a práctica es la
siuiente
Masi*a o !e*emente fract%rada4 = a > fracturas ?metro.
Moderadamente fract%rada4 > a <= fracturas?metro.
M%3 fract%rada4 <= a =@ fracturas?metro.
Intensamente fract%rada4 7ás de =@ fracturas?metro.
Trit%rada o 0rec)ada4 Aramentada, disreada, zona de falla.
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CRITERIOS SE'2N LAS CONDICIONES DE LAS AREDES DE LAS
DISCONTINUIDADES
!i tomamos en cuenta alunas propiedades de las paredes de las
discontinuidades como la apertura, ruosidad, relleno y
meteorización o alteración, la u#a de clasificación de la masa
rocosa es la siuiente
Condición M%3 6%ena4 !i las discontinuidades están cerradas, muy
ruosas y están frescas.
Condición 6%ena4 !i están lieramente abiertas, moderadamente ruosas
y tienen manc$as de oxidación.
Condición Reg%!ar4 !i están moderadamente abiertas, lieramente
ruosas a lisas y presentan oxidación.
Condición Ma!a4 !i están abiertas, lisas y presentan relleno blando
&por ejemplo limo o panizo'.
Condición M%3 Ma!a4 !i están muy abiertas, estriadas y tienen
relleno de panizo.
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CONDICIONES 'EOMEC1NICAS
Cuando se quiere conocer cómo se comportará la masa rocosa, ésta
debe ser clasificada en forma conjunta tomando en cuenta
todas sus caracter#sticas. (s#, si juntamos las u#as de
clasificación antes indicadas, considerando la resistencia de la
roca, las caracter#sticas del fracturamiento y las condiciones de
las paredes de las discontinuidades, la masa rocosa puede
clasificarse en cinco cateor#as .
Masa rocosa M%3 6%ena4 Condiciones eomecánicas muy favorables para
el minado.
Masa rocosa 6%ena4 Condiciones eomecánicas favorables para el
minado.
Masa rocosa Reg%!ar4 Condiciones eomecánicas reulares para el
minado.
Masa rocosa Ma!a4 Condiciones eomecánicas desfavorables para el
minado.
Masa rocosa M%3 Ma!a4 Condiciones eomecánicas muy desfavorables
para el minado.
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OTROS "ACTORES A TENERSE EN CUENTA
!i se tiene definida la condición de la masa rocosa para cada zona
de la mina, se conocerá como se comportará ésta durante el minado,
pero es necesario además, conocer otros aspectos o factores
adicionales que podr#an modificar su comportamiento al ser
excavada. -stos otros factores están referidos a lo siuiente
( la presencia de aua.
a' 5educe el esfuerzo normal efectivo entre la superficie dela
roca.
b' 5educe la resistencia potencial al corte de la roca
θ σ δ tg c n
+=
porosidad de Esfuerzou =!(
( la presencia de los esfuerzos o también denominados
presiones de la roca o del terreno.
( la presencia de fallas principales .
La presencia de estos factores en la masa rocosa, por lo eneral
tienen un efecto adverso sobre su comportamiento.
-stos factores son tratados en el Cap#tulo 4dentificación de los
*roblemas del )erreno.
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ANALISIS RETROSECTI&O
CARAC0ERIZACION DEL MACIZO ROCOSO
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ALICACION EN LA6ORES