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UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA EN MINAS LABORATORIO MECÁNICA DE ROCAS 2
“PROYECTO LABORATORIO
GEOMECÁNICA APLICADA” Laboratorio Nº1 Mecánica de Rocas 2
Profesor: Pablo Vásquez.
Ayudantes: Leonardo Ormazábal
Camila Ojeda
Guillermo Ramírez
Autores: José Aravena
Camilo Fritis
Esteban Quiñileo
Fecha de Entrega: 21/05/2015
Laboratorio Nº1 Geomecánica Aplicada: “Proyecto Laboratorio Mecánica de Rocas 2”
Resumen Ejecutivo_______________________________________________ El siguiente informe trata de los procedimientos realizados para validar el diseño propuesto por el
área de planificación, para una nueva fase de explotación en la mina “La Fifi”, propiedad de la
empresa minera “CGEMUSACH”.
Con los datos proporcionados se procedio a realizar el estudio de las propiedades de roca intacta
con el fin de obtener los parámetros para las envolventes de falla de cada una de las unidades
geotécnicas, asi como también encontrar el UCS característico de cada unidad.
De la base de datos de ensayos se eliminaron los datos en donde el tipo de ruptura fuera distinto a
“Matriz”, ya que los valores asociados a este tipo de ruptura se alejan demasiado de la media, lo
que finalmente alteraría los resultados del estudio.
Luego, con los UCS característicos obtenidos en el análisis de roca intacta, se procede a clasificar el
macizo rocoso con cada una de las unidades geotécnicas, todo esto mediante los criterios
solicitados.
A través del RMR podemos obtener el GSI de cada unidad y con el obtener los parámetros del Macizo
Rocoso para las envolventes de falla
Con esto se llega a la conclusión que el macizo rocoso es mayoritariamente de calidad regular.
A raíz de la base de datos de las estructuras, se pudo obtener la caracterización de los tres sistemas
estructurales presentes en el talud a raíz del ploteo de los polos en el programa Dips, los cuales
pueden generar un deslizamiento plano y dos tipos de cuñas distintas, de las cuales la más
preocupante corresponde a la cuña generada por los sistemas S1-S3.
En relación al diseño de banco-berma propuesto y en virtud de la configuración de los set
estructurales, es posible establecer que la configuración no es válida ya que no es aceptable
geométrica ni geotécnicamente debido a que el ancho de las bermas no pueden contener el 80%
del material que cae del mecanismo de falla más desastroso, que corresponde a la cuña producida
por los sets estructurales S1-S3. Por tanto se recomienda reconfigurar el diseño de banco-berma,
siendo un buen valor de ancho de berma de 10,5 m si se desease seguir con la altura y ángulo de
cara de banco entregado. Por otro lado el talud, con las condiciones geológicas y geotécnicas de las
distintas litologías encontradas a través del análisis de los ensayos, es estable debido a que posee
un factor de seguridad de 1,652. Pudiendo soportar un 65,2% más de la demanda de la falla más
posible. Sin embargo, como el diseño de banco- berma esta erróneo, la configuración del talud
también debe ser cambiada.
Laboratorio Nº1 Geomecánica Aplicada: “Proyecto Laboratorio Mecánica de Rocas 2”
Índice__________________________________________________________
Resumen Ejecutivo________________________________________________________________2
Índice__________________________________________________________________________3
Introducción_____________________________________________________________________4
Objetivos _______________________________________________________________________5
Procedimiento___________________________________________________________________6
Análisis de Resultados____________________________________________________________12
Conclusión_____________________________________________________________________14
Anexos________________________________________________________________________16
Bibliografía_____________________________________________________________________25
Laboratorio Nº1 Geomecánica Aplicada: “Proyecto Laboratorio Mecánica de Rocas 2”
Introducción____________________________________________________ La geomecánico de rocas es la ciencia teórica y práctica del comportamiento mecánico de las rocas
y de los macizos rocosos; es la rama de la mecánica referente a la respuesta de la roca y del macizo
rocoso a los campos de fuerza de su ambiente físico.
Es por esto que la geomecanica de rocas juega un papel preponderante en cuanto a seguridad en
minería, tanto subterránea como superficial.
Dentro de los principales objetivos de la mecánica de rocas están el determinar los parámetros
geomecánicos del macizo rocoso, mediante los distintos métodos posibles.
Determinar los parámetros de estabilidad, establecer los distintos tipos de soportes y controles de
calidad, etc.
A través de este informe se describirá y detallara los distintos procedimientos realizados para validar
el diseño propuesto por el área de planificación de la minera “La Fifi”.
Es por esto, que se efectuara un análisis exhaustivo de las propiedades de la roca intacta y de macizo
rocoso, además de su clasificación por los criterios de Hoek 1994 (GSI), Bienaswki 1989 (RMR),
Laubscher 1990 (IRMR), Laubscher & Jakubec 2001 (MRMR) y Grimstad & Barton 1993 (Q de
Barton).
Para posteriormente realizar el análisis de estabilidad de talud y de diseño de Banco-berma del perfil
estudiado.
Las propiedades de roca intacta o de macizo rocoso, son obtenidas principalmente por los criterios
de Hoek & Brown y Mohr-Coulomb, siendo el primero el más utilizado.
El criterio de Mohr- Coulomb inicialmente fue pensado para el estudio en suelos, es un criterio de
rotura lineal. Aunque el comportamiento de la roca en ensayos triaxiales no concuerda con un
modelo lineal, Mohr-Coulomb se sigue utilizando mucho por su sencillez y comodidad.
Mientras que el Criterio de Hoek & Brown se trata de un criterio no lineal, puramente empírico, que
permite valorar, de manera sencilla, la rotura de un medio rocoso mediante la introducción de las
principales características geológicas y geotécnicas.
Dentro de las características del sector donde se realiza el estudio, se sabe que existen tres sistemas
estructurales. Además el estado tensional está definido por un esfuerzo principal mayor de una
magnitud de 30 MPa en la horizontal, con dirección E-W, un esfuerzo principal intermedio de 25
MPa, en la horizontal con dirección N-S, y un esfuerzo principal menor de 20 MPa, vertical.
En este lugar se extrajeron muestras de roca, del tipo probetas, a las cuales se le efectuaron distintos
ensayos de compresión.
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Laboratorio Nº1 Geomecánica Aplicada: “Proyecto Laboratorio Mecánica de Rocas 2”
Objetivos ______________________________________________________ Objetivos Generales:
Validar el diseño propuesto por el área de planificación para la nueva fase de explotación
de la mina “La Fifi”, propiedad de la empresa minera “CGEMUSACH”.
Objetivos Específicos:
Determinar propiedades de roca intacta y macizo rocoso de cada una de las unidades
geotécnicas, por metodología de Hoek & Brown y Mohr-Coulomb.
Caracterizar el macizo rocoso tanto geológica como geotécnica, por criterio de Hoek 1994
(GSI), Bienaswki 1989 (RMR), Laubscher 1990 (IRMR), Laubscher & Jakubec 2001 (MRMR) y
Grimstad & Barton 1993 (Q de Barton).
Realizar análisis de estabilidad de talud.
Validar diseño Banco-Berma del perfil entregado.
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Laboratorio Nº1 Geomecánica Aplicada: “Proyecto Laboratorio Mecánica de Rocas 2”
Procedimiento___________________________________________________ Para realizar ésta experiencia es necesario contar con un computador que posea los siguientes
Software:
- Dips – Rocscience
- RocData
- Slide 5.0
- Swedge
1. Macizo Rocoso
El siguiente proceso corresponde al realizado para obtener la caracterización de macizo rocoso
según los métodos solicitados.
- Bienaswki 1989 (RMR)
Se obtendrán 5 valores de RMR, uno para cada unidad geotécnica. Lo único que variara en la
obtención de cada RMR será la resistencia a la compresión uniáxica de la roca intacta (UCS), la cual
corresponderá al UCS característico obtenido en el análisis de roca intacta de cada unidad
geotécnica.
El índice de calidad RQD corresponderá al entregado para roca secundaria, ya que solamente esta
se encuentra sobre el nivel freático presentado.
Como cada sistema estructural presenta distintos espaciamientos medios de las discontinuidades,
se trabajara con el menor y mayor de estos. Estos corresponderán a 55 y 105 cm.
En cuanto a la Persistencia, cada uno de los sistemas estructurales presenta un valor distinto. Es por
esto que se trabajara con el menor y mayor promedio de las persistencias, quedando con una
persistencia de 3 a 7 metros. Esto se realizara de este modo para trabajar con cada una de las
distintas persistencias, pero sin abarcar una gran cantidad de rangos de puntaje.
Dentro de los datos no se entregada explícitamente la abertura de las estructuras, por lo que esta
será deducida de acuerdo a si se encuentran o no rellenas. De este modo tendremos estructuras sin
ninguna abertura, a estructuras con una abertura mayor a los 5mm.
La Rugosidad en los tres sistemas estructurales es ligeramente rugosa.
En cuanto al Relleno, este se considerara en un caso como inexistente ya que el set S1 se
presenta sin relleno. Y en otro caso como duro mayor a 5mm, puesto que el set S2 y S3
presentan relleno de arcilla, yeso y calcita con espesores mayores a 5mm.
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Laboratorio Nº1 Geomecánica Aplicada: “Proyecto Laboratorio Mecánica de Rocas 2”
La Alteración para cada sistema estructural va de ligeramente alterada a sin alteración,
puesto que presentan poca o ninguna alteración de la roca de caja
Finalmente en cuanto a la presencia de Aguas Subterráneas, se sabe que los afloramientos
se presentan húmedos, y localmente las estructuras canalizan filtraciones de agua de 10-20
l/min. Es por esto que se consideran como Húmedas y Mojadas.
Con la suma de los puntajes de todos los parámetros señalados se obtiene, un valor mínimo
y máximo de RMR.
- Laubscher 1990 (IRMR)
Se obtendrán 5 valores de IRMR, uno para cada unidad geotécnica. Lo único que variara en la
obtención de cada IRMR será la resistencia a la compresión uniáxica de la roca intacta (UCS), la cual
corresponderá al UCS característico obtenido en el análisis de roca intacta de cada unidad
geotécnica.
La frecuencia de fracturas (FF) corresponderá al entregado para roca secundaria. Para obtener el
puntaje asociado, se debe saber la FF y la cantidad de sistemas estructurales existentes.
En cuanto a la Sinuosidad, esta se considera como ligeramente onduladas, porque son planas a algo
sinuosas, y sinuosas en varias direcciones. La condición a trabajar en cada uno de estos parámetros
será el de carácter húmedo.
La Rugosidad a una escala de 20 cm aproximadamente, será ondulosa y rugosa. Esto porque los tres
sistemas estructurales presentan poca rugosidad y son algo sinuosas.
La Alteración para cada sistema estructural va de no alterado a alterada más resistente que el
material de relleno, puesto que presentan poca o ninguna alteración de la roca de caja.
En cuanto al Relleno de las discontinuidades, este se considerara en un caso como relleno
cementado de yeso y calcita, y de salbanda arcillosa con espesor de relleno menor a las
irregularidades. Esto porque existente rellenos de arcilla, yeso y calcita con espesores mayores a
5mm y de salbanda arcillosa para el caso de las fallas.
El cálculo del IRMR se realiza mediante el producto entre los puntajes de sinuosidad, rugosidad,
alteración y relleno, además de multiplicar este resultado por 40.
𝑃(𝐶𝐷) = 𝑆𝑖𝑛𝑢𝑜𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 ∙ 𝑅𝑢𝑔𝑜𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 ∙ 𝐴𝑙𝑡𝑒𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 ∙ 𝑅𝑒𝑙𝑙𝑒𝑛𝑜 ∙ 40
Finalmente se suma el valor anteriormente obtenido con los puntajes asociados a UCS y FF, con lo
que se obtendrá un valor mínimo y máximo de IRMR.
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Laboratorio Nº1 Geomecánica Aplicada: “Proyecto Laboratorio Mecánica de Rocas 2”
- Laubscher y Jakubec 2001 (MRMR)
Se obtendrán 5 valores de MRMR, uno para cada unidad geotécnica.
Estos serán obtenidos a partir de un ajuste realizado al índice IRMR.
Solo se realizara el ajuste por Aguas, donde este corresponderá a la condición de Macizo Rocoso
Húmedo.
La forma de obtener el índice IRMR es mediante la siguiente forma:
𝑀𝑅𝑀𝑅 = 𝐼𝑅𝑀𝑅 ∙ 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝐴𝑗𝑢𝑠𝑡𝑒
- Grimstad y Barton 1993 (Q de Barton)
En este caso solo se obtendrá un índice de Q de Barton, puesto que este no utiliza la resistencia a la
compresión uniáxica en sus cálculos.
El índice de calidad RQD corresponderá al entregado para roca secundaria, ya que solamente esta
se encuentra sobre el nivel freático presentado.
El número de sets de estructuras (Jn) corresponderá a 3.
Luego el índice de rugosidad de las discontinuidades (Jr) será considerado como suaves onduladas
y rugosas o irregulares onduladas, esto porque los sistemas estructurales son poco rugosas, además
de presentar algún tipo de sinuosidad.
En cuanto a la alteración de las discontinuidades (Ja) será considerado como paredes levemente
alteradas, con revestimiento de arcillas. Esto porque las estructuras presentan poca o ninguna
alteración presentando rellenos de arcilla, yeso y calcita.
Luego el factor reductor de esfuerzos (SRF) será considerado como zonas de cizalle aisladas, con
contenido de arcillas a profundidades menores a 50 metros. Esto porque los sets S2 y S3 presentan
arcilla como relleno y el análisis se está desarrollando cercano a la superficie.
En tanto el Flujo de Agua (Jw) será considerado como excavaciones secas, con infiltraciones menores
a 5 lt/min, y como flujo de presión moderada. Esto porque los afloramientos de rocas se observan
húmedos y, localmente, algunas estructuras presentan filtraciones de 10 a 20 lt/min.
Finalmente el índice Q de calidad geotécnica se obtiene de la siguiente manera:
𝑄 = (𝑅𝑄𝐷
𝐽𝑛) ∙ (
𝐽𝑟
𝐽𝑎) ∙ (
𝐽𝑤
𝑆𝑅𝐹)
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Laboratorio Nº1 Geomecánica Aplicada: “Proyecto Laboratorio Mecánica de Rocas 2”
- Hoek 1994 (GSI)
El índice GSI se puede obtener tanto de forma gráfica como a partir de la relación con el índice
RMR89, como se necesita obtener un índice GSI para cada unidad geotécnica, utilizaremos la relación
existente con el método de Bienaswki 1989.
La relación es la siguiente:
Si RMR89≥23 entonces GSI=RMR89 – 5
Si RMR89<23 entonces no puede estimarse GSI, ya que sería poco confiable
2. Propiedades de Macizo Rocoso y Roca Intacta
El siguiente procesos corresponde al realizado para obtener las propiedades de macizo rocoso y de
roca intacta de cada una de las unidades geotécnicas por el método de Hoek & Brown y Mohr-
Coulomb.
Esto se realiza con el fin de encontrar las envolventes de falla de Hoek & Brown y Mohr-Coulomb
para cada unidad geotécnica.
Hoek & Brown: 𝜎1 = 𝜎3 + 𝜎𝑐𝑖 (𝑚𝑏𝜎3
𝜎𝑐𝑖 + 𝑠)
𝑎
Mohr-Coulomb: 𝜏𝑚𝑎𝑥 = 𝑐 + 𝜎𝑁 ∗ 𝑡𝑔Ф
Primero, se desbebió filtran los datos recibidos, correspondientes a los ensayos triaxiales, uniaxiales
y de tracción indirecta. Como primera instancia para la filtración se procedió a eliminar las probetas
que fallaron por alguna estructura, luego se ordenaron y se filtraron aquellas muy alejadas a las
otras. En el caso de los datos de tracción indirectas, los 𝜎1 recibidos deben ser multiplicados por –
1 y luego designados como 𝜎3 y a los 𝜎1 se designan como 0.En caso de faltar algún 𝜎3 , para los
ensayos TX y ucs, estos deben ser completados por 0, por el motivo de que fueron realizo sin
confinamiento.
Luego de tener filtrado y ordenados los datos de los ensayos, se procedió a ingresarlos al Software
RocData donde se ingresan los datos de 𝜎1 𝑦 𝜎3 , así como el factor de perturbación (D), donde se
utilizara el valor D=1, correspondiente a voladuras de producción de las aplicaciones de pendiente,
esto porque la mina corresponde a un Rajo abierto donde se desea realizar una nueva fase de
expansión, por lo que será necesario la realización de voladuras de producción.
Para el caso de roca intacta se utilizara un GSI igual 100, del cual se obtendrá un UCS específico para
cada unidad geotécnica, Este UCS se utilizara en la clasificación de macizo rocoso anterior, con esto
se obtendrá un nuevo GSI, mediante la relación con el método RMR, que se ingresara en el RocData
para obtener la propiedades de macizo rocoso.
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Laboratorio Nº1 Geomecánica Aplicada: “Proyecto Laboratorio Mecánica de Rocas 2”
El Software RocData entrega las siguientes propiedades para roca intacta y macizo rocoso:
Hoek & Brown: 𝑚𝑏, 𝑠, 𝜎𝑐𝑖 y a
Mohr-Coulomb: cohesión y fricción
3. Análisis de Estabilidad y Validación del Diseño Banco-Berma del Perfil Entregado.
Para realizar la validación del diseño banco-berma del perfil entregado por la empresa CGEMUSACH,
es necesario medir los parámetros que definen este diseño, los cuales son, la altura de banco, ancho
de berma y ángulo de cara de banco, para ello se acude al perfil realizado en AutoCAD entregado
por la empresa mandante. De forma análoga se visualizan, a raíz de las mediciones de las distintas
estructuras en base de su ángulo de manteo y dirección de manteo, a través el programa
computacional Dips; en donde se busca encontrar los parámetros que definen los distintos set
estructurales, para eso se busca en los sectores en donde la densidad de polos supere el 10% del
total de los datos. Con esto se puede encontrar los parámetros que definen la configuración espacial
que define los distintos set estructurales presentes en el dominio del talud. Con esto es posible
determinar los distintos tipos de mecanismos de fallas generados por los sets con completo control
estructural, en el diseño de banco-berma entregado. Para ello se plotea el banco junto con los sets
estructurales definidos con anterioridad para poder analizar cuales cumplen las condiciones para
que falle el banco por los sets.
Para ver si existen formaciones de cuñas se tiene que cumplir que la dirección del eje de la cuña esté
dentro del rango de perpendicularidad que corresponde a +-20° en relación a la dirección de manteo
del talud. Además el buzamiento del eje debe ser menor que la inclinación del talud y por último se
debe cumplir que el buzamiento del eje de la cuña sea mayor que ángulo de fricción del set
estructural, para ser conservador en el análisis siempre se elige el ángulo de fricción menor entre
las estructuras que conforman la cuña. Para obtener el valor de los ángulos de fricción de los
distintos sistemas estructurales se debe realizar una correlación de las propiedades de las
estructuras que definen la zona del talud, las que fueron entregadas por el mandante, con la tabla
de parámetros de resistencia al corte de estructuras en función de las distintas propiedades de las
éstas, obteniendo un rango de ángulo de fricción y coeficiente de cohesión
Para determinar si existen deslizamientos planos se debe cumplir la condición de perpendicularidad
de +-20° de la dirección de la estructura con la dirección de manteo del banco. Además la inclinación
de la estructura debe ser menor que la del talud y conjuntamente el ángulo de fricción de la
estructura debe ser menor que la inclinación del set estructural.
Para la determinación si existen mecanismos de falla del tipo de volcamiento, se debe cumplir que
el ángulo del talud y el ángulo del set estructural deben ser mayor a 65°, por otro lado deben tener
opuestas direcciones de manteo con una tolerancia de +-30° en relación a las direcciones de
manteo.
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Laboratorio Nº1 Geomecánica Aplicada: “Proyecto Laboratorio Mecánica de Rocas 2”
Para determinar el largo mínimo de la berma, se realiza en función del mecanismo de falla más
desastroso y que genere un mayor volumen de derrame, debe realizarse el cálculo de tal forma que
la berma pueda contener como mínimo el 80% del material derramado (el volumen de material
derramado se asume que aumenta en un 30% debido a la falta de datos). La determinación del
mecanismo de falla que se utiliza en el análisis, siempre se privilegia en función de la formación de
las cuñas, debido a que estas presentan todos los planos libres para que se movilice el material, en
cambio para los deslizamientos planos y para los volcamientos, el deslizamiento del material se
genera rompiendo los puentes de roca que estén en dirección del rumbo de las estructuras.
Si el largo de berma mínimo determinado, es menor que el entregado por los mandantes, es
necesario rediseñar el modelo de banco-berma para que el diseño sea geotécnicamente estable.
Para el análisis de estabilidad del talud propuesto, es necesario realizarlo en función del mínimo
factor de seguridad que entregue el programa Slide en relación a una serie de posibles
deslizamientos. Para ello se debe acceder el perfil entregado en el AutoCAD, con sus límites
geológicos y el nivel freático pudiendo visualizarlos en el programa. Luego se debe caracterizar cada
unidad geológica, en la cual se deben acceder los datos de coeficiente de cohesión y ángulo de
fricción obtenidos con anterioridad para el macizo rocoso. Además se debe entregar el valor de
densidad para cada unidad geológica, el cual fue determinado gracias a los datos obtenidos de la
base de datos de ensayos, en donde se privilegió el uso del método de la densidad saturada, debido
que presenta una mayor exactitud y precisión. Con esto realizado se sitúa la grilla de los centros de
los posibles deslizamientos circulares que puedan afectar el talud. Con esto realizado se obtiene el
factor de seguridad mínimo que se genera con las condiciones geológicas y geotécnicas del macizo
rocoso y la configuración del talud a través de los distintos métodos de obtención de factor de
seguridad para talud, que en este caso son Bishop simplificado, Jambu simplificado y Fellenius.
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Laboratorio Nº1 Geomecánica Aplicada: “Proyecto Laboratorio Mecánica de Rocas 2”
Análisis de Resultados____________________________________________ Para el criterio de Hoek & Brown al ingresar los datos se obtiene un mi, el cual es característico para
cada roca, en RocData existe una tabla con algunas rocas con sus respectivos mi, por lo que al
compararlos con el obtenido, para roca intacta, se ve una clara diferencia entre ellos. Esto se ve en
la siguiente clase:
Unidad geotécnica Mi obtenidos a través de los datos Mi de tabla del RocData
Toba 29,876 13±5
Andesita 10,262 25±5 Tabla Nº 1: Comparación mi obtenidos con utilizados en Software RocData.
En ambos casos el error es de más del 50%, para las demás unidades geotécnicas, no se encuentra
un mí en la tabla del RocData por lo que no se puede inferir en error de estos.
En el caso del criterio de Mohr Coulomb al deberse a un criterio lineal se puede inferir que se
obtendrán altos errores, el principal caso, es el de la toba que muestra una cohesión de entre 0,2 a
10 Mpa y un ángulo de fricción de 18 a 36° por lo general, mientras que el obtenido por el RocData
es de 35 Mpa y un ángulo de fricción de 62 °, obteniéndose una gran diferencia esto se puede deber
a que solo existía un ensayo triaxial.
En cuanto a la clasificación de macizo rocoso se puede observar que la calidad de este tiene una
gran variedad, de acuerdo al criterio de clasificación utilizado.
Para el caso de RMR el macizo rocoso se presenta siempre como de calidad regular a buena, esto
para cada unidad geotécnica porque se trabajó con un rango de valores, con lo que finalmente se
obtuvo un valor mínimo y máximo.
Para IRMR se obtuvieron resultados que muestran que el macizo rocoso con cada unidad geotécnica
presenta una calidad de mala a regular.
Como el índice MRMR es un ajuste del método de Laubscher 1990, y solo se ha realizado un ajuste
por aguas, los resultados de este índice son iguales al anterior, obteniendo macizo rocoso de mala
a regular calidad.
En cuanto al índice GSI los resultados de macizo rocoso para unidad geotécnica mostraron un
resultado dominante dentro de las alternativas, el cual corresponde a calidad regular de macizo
rocoso, sin embargo en algunos casos se presentaron resultados para macizo rocoso de calidad mala
y buena.
Finalmente el método de Grimstad y Barton 1993 es el que tiene mayor diferencia en cuanto a
resultados con los restantes métodos, esto porque con los criterios asumidos se obtuvo un resultado
que muestra un macizo rocos de pobre a muy pobre calidad.
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Laboratorio Nº1 Geomecánica Aplicada: “Proyecto Laboratorio Mecánica de Rocas 2”
Para la validación del diseño de banco-berma entregado, y en relación a la disposición de los
distintos set estructurales presentes en el talud, es posible establecer la generación de tres distintos
tipos de mecanismos de fallas, los cuales corresponden a un deslizamiento plano resultante por el
sistema estructural S2 y dos cuñas formadas por el sistemas estructurales S1-S2 y S1-S3. En donde
el mecanismo de falla que genera un resultado más desastroso corresponde a la cuña formada por
los sistemas S1-S3 con un volumen insitu de 780.706 m3 (siendo el peor caso, en el cual toma desde
la pata del banco hasta la cúspide del banco), sin embargo al producirse la falla este material
aumenta su volumen (se asume que aumenta en un 30%) generando un total de 1014,918 m3 con
un largo de derrame de 13.064 m, por tanto como se busca que contenga el solamente el 80% de
volumen ya que existen más bermas que puedan contener el material proveniente del mecanismo
de falla, se obtiene un ancho de berma de 10,451 m como mínimo para que el diseño de banco-
berma sea geotécnicamente y geométricamente aceptable.
En relación al perfil entregado es posible visualizar que existe solamente un banco doble, en el cual
se puede generar los mecanismos de falla anteriormente descritos, sin embargo este banco no
podrá generar la falla desde la pata hasta la cúspide, debido a que por arriba está acotado por un
largo de berma de 5,46 m, por tanto las estructuras más desfavorables que se podrán generar,
corresponderán a la que abarquen por completa la longitud de berma, en donde el mayor volumen
derrame es de 76.753 m3 generando un largo de derrame de 5.524 m
Por otro lado en relación al análisis de estabilidad por los métodos de Bishop simplificado, Jambu
simplificado y Fellenius se genera un factor de seguridad de 1,652. Lo que significa que el talud
aguanta un 65,2% más que la demanda generada por la inestabilidad más desfavorable, por tanto
es posible establecer que el talud entregado es geotécnicamente y geométricamente estable.
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Conclusión______________________________________________________ Los errores producidos en los criterios de Mohr coulomb y Hoek & Brown se pueden deber
principalmente a los datos de los ensayos, ya sea por una baja cantidad de estos, como también
existe una gran pérdida de estos, ya sea por la falta de alguno de los 𝜎 o falta de explicación de
designación de su modo de ruptura. También los errores se pudieron deber al mal manejo en el
filtrado de datos ya sea porque no se filtraron algunos, o todo lo contrario, se dejaron datos que no
corresponden.
A pesar de esto se encontraron de buena forma los parámetros de Hoek & Brown como también los
de Mohr -Coulomb para lograr formar los envolventes de falla de cada una de las unidades
geotécnicas las cuales se encuentra en el anexo.
En cuanto a la clasificación de macizo rocoso se puede observar que la calidad de este tiene una
gran variedad, de acuerdo al criterio de clasificación utilizado.
Pero puede se puede observar que los resultados que predominan en cada uno de estos métodos
utilizados son macizo rocoso de calidad regular.
Para el caso de RMR el macizo rocoso se presenta siempre como de calidad regular a buena, esto
para cada unidad geotécnica porque se trabajó con un rango de valores, con lo que finalmente se
obtuvo un valor mínimo y máximo.
Para IRMR se obtuvieron resultados que muestran que el macizo rocoso con cada unidad geotécnica
presenta una calidad de mala a regular.
Como el índice MRMR es un ajuste del método de Laubscher 1990, y solo se ha realizado un ajuste
por aguas, los resultados de este índice son iguales al anterior, obteniendo macizo rocoso de mala
a regular calidad.
En cuanto al índice GSI los resultados de macizo rocoso para unidad geotécnica mostraron un
resultado dominante dentro de las alternativas, el cual corresponde a calidad regular de macizo
rocoso, sin embargo en algunos casos se presentaron resultados para macizo rocoso de calidad mala
y buena.
Finalmente el método de Grimstad y Barton 1993 es el que tiene mayor diferencia en cuanto a
resultados con los restantes métodos, esto porque con los criterios asumidos se obtuvo un resultado
que muestra un macizo rocos de pobre a muy pobre calidad.
Con esto puede se puede observar que si bien existen distintos resultados para macizo rocoso, los
cuales se dan debido a los distintos criterios utilizados a la hora de asignar puntaje a cada uno de
los parámetros, además de los distintos métodos utilizados para clasificar, la clasificación de calidad
regular es predominante respecto a las otras. Esto porque se repite en cada uno de los métodos.
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Laboratorio Nº1 Geomecánica Aplicada: “Proyecto Laboratorio Mecánica de Rocas 2”
En relación a la configuración de diseño de banco-berma entregado es posible establecer que no es
válido ya que para los sistemas estructuras presentes en el talud, además de la altura de banco y
ángulo de cara de banco dispuesta, se necesita un ancho de berma mínimo de 10,611 m el cual
pueda contener el 80% del volumen de derrame máximo que se pueda generar y en relación al
ancho de berma propuesto que corresponde a 5,44 m no es geométrica ni geotécnicamente
aceptable, por ende es necesario reconfigurar el diseño de banco-berma de tal forma que cumpla
con los criterios anteriormente señalados, si se decidiera continuar con la misma altura de banco y
el mismo ángulo de cara de banco, se recomienda utilizar un ancho de berma superior a 10,451m.
Para el análisis de estabilidad del talud y en función del factor de seguridad obtenido,
correspondiente a 1,652, se estable que el talud está estable ya que tiene la capacidad de soportar
un 65,2% más la mayor demanda posible generada. Además está sobre los rangos de los criterios
de aceptabilidad para los taludes que van de 1,2 a 1,5. Sin embargo, como el diseño de banco berma
da origen al diseño interrampa y este a su vez da origen al diseño del talud en conjunto del ancho
de berma de transporte, el diseño total debe ser reconfigurado ya que la unidad mínima (diseño
banco-berma) no es aceptablemente en términos geotécnicos ni geométricos.
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Anexos_________________________________________________________
Tablas
A continuación se procede a detallar todas las tablas desarrolladas en la elaboración del informe.
Bienaswki 1989 (RMR)
Resultados RMR89 Andesita Lo Prado
Parámetros Intervalo Unidad Min Max
UCS 100 Mpa 7 12
RQD Secundaria: 25-50 % 8
Espaciamientos Discontinuidades
55-105
cm
10
15
Condición de las Discontinuidades 12 23
Persistencia 3-7 m 2
Abertura Ninguna >5mm 0 6
Rugosidad Ligeramente Rugosas 3 3
Relleno Ninguno Arcilla >5mm 2 6
Alteración Ligeramente Alteradas
Sin Alteración
5 6
Agua Subterránea Húmedos 10-20 l/min 7 10
RMR89
44 68
Rx Regular Rx Buena Tabla Nº 2: Resultados RMR89 Andesita Lo Prado.
Resultados RMR89 Andesita Veta Negra
Parámetros Intervalo Unidad Min Max
UCS 94 Mpa 7
RQD Secundaria: 25-50 % 8
Espaciamientos Discontinuidades
55-105
cm
10
15
Condición de las Discontinuidades 12 23
Persistencia 3-7 m 2
Abertura Ninguna >5mm 0 6
Rugosidad Ligeramente Rugosas 3 3
Relleno Ninguno Arcilla >5mm 2 6
Alteración Ligeramente Alteradas
Sin Alteración
5 6
Agua Subterránea Húmedos 10-20 l/min 7 10
RMR89
44 63
Rx Regular Rx Buena
Tabla Nº 3: Resultados RMR89 Andesita Veta Negra.
16
Laboratorio Nº1 Geomecánica Aplicada: “Proyecto Laboratorio Mecánica de Rocas 2”
Resultados RMR89 Ocoita
Parámetro Clasificación RMR89 Puntaje
Parámetros Intervalo Unidad Min Max
UCS 114 Mpa 12
RQD Secundaria: 25-50 % 8
Espaciamientos Discontinuidades
55-105
cm
10
15
Condición de las Discontinuidades 12 23
Persistencia 3-7 m 2
Abertura Ninguna >5mm 0 6
Rugosidad Ligeramente Rugosas 3 3
Relleno Ninguno Arcilla >5mm 2 6
Alteración Ligeramente Alteradas
Sin Alteración
5 6
Agua Subterránea Húmedos 10-20 l/min 7 10
RMR89
53 68
Rx Regular Rx Buena Tabla Nº 4: Resultados RMR89 Ocoita.
Resultados RMR89 Toba
Parámetro Clasificación RMR89 Puntaje
Parámetros Intervalo Unidad Min Max
UCS 304 Mpa 15
RQD Secundaria: 25-50 % 8
Espaciamientos Discontinuidades
55-105
cm
10
15
Condición de las Discontinuidades 12 23
Persistencia 3-7 m 2
Abertura Ninguna >5mm 0 6
Rugosidad Ligeramente Rugosas 3 3
Relleno Ninguno Arcilla >5mm 2 6
Alteración Ligeramente Alteradas
Sin Alteración
5 6
Agua Subterránea Húmedos 10-20 l/min 7 10
RMR89
52 71
Rx Regular Rx Buena Tabla Nº 5: Resultados RMR89 Toba.
17
Laboratorio Nº1 Geomecánica Aplicada: “Proyecto Laboratorio Mecánica de Rocas 2”
Resultados RMR89 Traquita
Parámetro Clasificación RMR89 Puntaje
Parámetros Intervalo Unidad Min Max
UCS 127 Mpa 12
RQD Secundaria: 25-50 % 8
Espaciamientos Discontinuidades
55-105
cm
10
15
Condición de las Discontinuidades 12 23
Persistencia 3-7 m 2
Abertura Ninguna >5mm 0 6
Rugosidad Ligeramente Rugosas 3 3
Relleno Ninguno Arcilla >5mm 2 6
Alteración Ligeramente Alteradas
Sin Alteración
5 6
Agua Subterránea Húmedos 10-20 l/min 7 10
RMR89
49 56
Rx Regular Rx Buena Tabla Nº 6: Resultados RMR89 Traquita.
Grimstad y Barton 1993 (Q de Barton)
Parámetros Clasificación Q Puntaje
Parámetros Intervalo Unidad Min Max
RQD Secundaria: 25-50 % 25 50
Jn 3 sistemas estructurales 9
Jr Suaves, onduladas Rugosas o irregulares, onduladas
2 3
Ja Ligeramente alterada 2
Jw Húmedo 10-20 l/min 0,66 1
SRF Zonas Únicas de debilidad con arcilla 5
Q de Barton
0,37 1,67
Muy Pobre calidad
Pobre calidad
Tabla Nº 7: Resultados Q de Barton.
18
Laboratorio Nº1 Geomecánica Aplicada: “Proyecto Laboratorio Mecánica de Rocas 2”
Laubscher 1990 (IRMR)
Resultados IRMRL90 Andesita Lo Prado
Parámetros Clasificación RMRL90 Puntaje
Parámetros Intervalo Unidad Parámetro Min Max
IRS 100 Mpa P(IRS) 10
FF Secundaria: 11-15 f/m P(FF,N) 7 10
Condición de las Discontinuidades P(CD) 9,84 26,1
Sinuosidad Ligeramente ondulada Varias Direcciones A 0,82 1
Rugosidad Poco Rugosas (ONDULOSA RUGOSA) B 0,75
Alteración No alterado Alterada más duro C 1
Material de Relleno DC
Tipo arcilloso Salbanda arcillosa D 0,4 0,87
IRMRL90
26,84 46,1
Mala 4B
Regular 3B
Tabla Nº 8: Resultados IRMRL90 Andesita Lo Prado.
Resultados IRMRL90 Andesita Veta Negra
Parámetros Clasificación RMRL90 Puntaje
Parámetros Intervalo Unidad Parámetro Min Max
IRS 94 Mpa P(IRS) 10
FF Secundaria: 11-15 f/m P(FF,N) 7 10
Condición de las Discontinuidades P(CD) 9,84 26,1
Sinuosidad Ligeramente ondulada Varias Direcciones A 0,82 1
Rugosidad Poco Rugosas (ONDULOSA RUGOSA) B 0,75
Alteración No alterado Alterada más duro C 1
Material de Relleno DC
Tipo arcilloso Salbanda arcillosa D 0,4 0,87
IRMRL90
26,84 46,1
Mala 4B
Regular 3B
Tabla Nº 9: Resultados IRMRL90 Andesita Veta Negra.
19
Laboratorio Nº1 Geomecánica Aplicada: “Proyecto Laboratorio Mecánica de Rocas 2”
Resultados IRMRL90 Ocoita
Parámetros Clasificación RMRL90 Puntaje
Parámetros Intervalo Unidad Parámetro Min Max
IRS 120 Mpa P(IRS) 12
FF Secundaria: 11-15 f/m P(FF,N) 7 10
Condición de las Discontinuidades P(CD) 9,84 26,1
Sinuosidad Ligeramente ondulada Varias Direcciones A 0,82 1
Rugosidad Poco Rugosas (ONDULOSA RUGOSA) B 0,75
Alteración No alterado Alterada más duro C 1
Material de Relleno DC
Tipo arcilloso Salbanda arcillosa D 0,4 0,87
IRMRL90
28,84 48,1
Mala 4B
Regular 3B
Tabla Nº 10: Resultados IRMRL90 Ocoita.
Resultados IRMRL90 Toba
Parámetros Clasificación RMRL90 Puntaje
Parámetros Intervalo Unidad Parámetro Min Max
IRS 304 Mpa P(IRS) 20
FF Secundaria: 11-15 f/m P(FF,N) 7 10
Condición de las Discontinuidades P(CD) 9,84 26,1
Sinuosidad Ligeramente ondulada Varias Direcciones A 0,82 1
Rugosidad Poco Rugosas (ONDULOSA RUGOSA) B 0,75
Alteración No alterado Alterada más duro C 1
Material de Relleno DC
Tipo arcilloso Salbanda arcillosa D 0,4 0,87
IRMRL90
36,84 56,1
Mala 4A
Regular 3A
Tabla Nº 11: Resultados IRMRL90 Toba.
20
Laboratorio Nº1 Geomecánica Aplicada: “Proyecto Laboratorio Mecánica de Rocas 2”
Resultados IRMRL90 Traquita
Parámetros Intervalo Unidad Parámetro Min Max
IRS 127 Mpa P(IRS) 14
FF Secundaria: 11-15 f/m P(FF,N) 7 10
Condición de las Discontinuidades P(CD) 9,84 26,1
Sinuosidad Ligeramente ondulada Varias Direcciones A 0,82 1
Rugosidad Poco Rugosas (ONDULOSA RUGOSA) B 0,75
Alteración No alterado Alterada más duro C 1
Material de Relleno DC
Tipo arcilloso Salbanda arcillosa D 0,4 0,87
IRMRL90
30,84 50,1
Mala 4A
Regular 3B
Tabla Nº 12: Resultados IRMRL90 Traquita.
Hoek 1994 (GSI)
Unidad Geotécnica GSI Min GSI Máx.
GSI Promedio
Andesita Lo Prado 39 63 51
Andesita Veta Negra 39 58 48,5
Ocoita 47 63 55
Toba 47 66 56,5
Traquita 44 51 47,5 Tabla Nº 13: Resultados GSI Unidades Geotécnicas.
21
Laboratorio Nº1 Geomecánica Aplicada: “Proyecto Laboratorio Mecánica de Rocas 2”
Propiedades de Roca intacta y Macizo rocoso
Unidad geotécnica
Hoek & Brown
Roca intacta (GSI=100) Macizo Rocoso
Ocoíta 𝜎1 = 𝜎3 + 113,055 (6,263
𝜎3
113,055+ 1)
0,5
𝜎1 = 𝜎3 + 113,055 (0,252𝜎3
113,055
+ 0,0006)0,504
Toba 𝜎1 = 𝜎3 + 303,609 (29,876
𝜎3
303,609+ 1)
0,5
𝜎1 = 𝜎3 + 303,609 (1,385𝜎3
303,609
+ 0,001)0,504
Andesita 𝜎1 = 𝜎3 + 99,046 (10,262
𝜎3
99,046+ 1)
0,5
𝜎1 = 𝜎3 + 99,046 (0,310𝜎3
99,046
+ 0,0003)0,505
Traquita 𝜎1 = 𝜎3 + 126,666 (7,675
𝜎3
126,666+ 1)
0,5
𝜎1 = 𝜎3 + 126,666 (0,180𝜎3
126,666
+ 0,0002)0,507
Andesita veta negra
𝜎1 = 𝜎3 + 93,009 (10,637𝜎3
93,009+ 1)
0,5
𝜎1 = 𝜎3 + 93,009 (1,691𝜎3
93,009
+ 0,0033)0,506
Tabla Nº 14: Propiedades de Roca Intacta y Macizo Rocoso de Hoek & Brown
Unidad geotécnica
Mohr-Coulomb
Roca intacta (GSI=100) Macizo Rocoso
Ocoíta 𝜏𝑚𝑎𝑥 = 25,137 + 𝜎𝑁 ∗ 𝑡𝑔39,28°
𝜏𝑚𝑎𝑥 = 2,325 + 𝜎𝑁 ∗ 𝑡𝑔18,65°
Toba 𝜏𝑚𝑎𝑥 = 35,013 + 𝜎𝑁 ∗ 𝑡𝑔62,09°
𝜏𝑚𝑎𝑥 = 4,676 + 𝜎𝑁 ∗ 𝑡𝑔42,28°
Andesita 𝜏𝑚𝑎𝑥 = 18,527 + 𝜎𝑁 ∗ 𝑡𝑔46,04°
𝜏𝑚𝑎𝑥 = 1,939 + 𝜎𝑁 ∗ 𝑡𝑔21,14°
Traquita 𝜏𝑚𝑎𝑥 = 26,135 + 𝜎𝑁 ∗ 𝑡𝑔42,35°
𝜏𝑚𝑎𝑥 = 2,050 + 𝜎𝑁 ∗ 𝑡𝑔17,17°
Andesita veta negra
𝜏𝑚𝑎𝑥 = 18,637 + 𝜎𝑁 ∗ 𝑡𝑔44,52°
𝜏𝑚𝑎𝑥 = 4,183 + 𝜎𝑁 ∗ 𝑡𝑔31,83°
Tabla Nº 15: Propiedades de Roca Intacta y Macizo Rocoso de Mohr-Coulomb
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Laboratorio Nº1 Geomecánica Aplicada: “Proyecto Laboratorio Mecánica de Rocas 2”
Validación Diseño Banco-Berma
Mecanismo de falla Volumen Ínsitu
Largo de derrame (m)
Ancho berma mínimo (m)
Cuña (S1 y S3) 780.706 m3 13.064 10.450
Cuña (S1 y S2) 691.281 m3 12.545 10.036
Deslizamiento plano (S2) 29.276 m3/m 12.875 10.300 Tabla Nº 16: Parámetro Validación Diseño Banco-Berma
Imagen Nº 1: Concentración de Polos Sistemas Estructurales. Fuente: Software Dips.
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Laboratorio Nº1 Geomecánica Aplicada: “Proyecto Laboratorio Mecánica de Rocas 2”
Imagen Nº 2: Análisis de Talud Perfil, corte N-S Manteando al E. Fuente: Software Slide.
24
Laboratorio Nº1 Geomecánica Aplicada: “Proyecto Laboratorio Mecánica de Rocas 2”
Bibliografía_____________________________________________________
[1] Karzulovic, A. Método del Índice GSI. (s.f.). Sistemas de Calificación y Clasificación Geotécnica De Macizos Rocosos (paper).
[2] Karzulovic, A. Método del Índice IRMR. (s.f.). Sistemas de Calificación y Clasificación Geotécnica De Macizos Rocosos (paper).
[3] Karzulovic, A. Método del Índice Q. (s.f.). Sistemas de Calificación y Clasificación
Geotécnica De Macizos Rocosos (paper).
[4] Cartaya, M. Blanco, R. Caracterización geomecánico de los macizos rocosos en minas
subterráneas de la región oriental del país. (2000). Revista Minera y Geología.
25