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

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

*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.

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.

"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.

#onas de corte, son bandas de material que pueden ser de varios metros de espesor, en donde $a ocurrido fallamiento de la roca.
Diac!asas, también denominadas juntas, son fracturas que no $an tenido desplazamiento y las que más com"nmente se presentan en la masa rocosa.

!anos de fo!iación o es$%istosidad , se forman entre las capas de las rocas metamórficas dando la apariencia de $ojas o láminas.

Contactos !ito!ógicos, que com"nmente forman, por ejemplo, la caja tec$o y caja piso de una veta.
OTROS RAS'OS 'EOL('ICOS IMORTANTES
!ieg%es, son estructuras en las cuales los estratos se presentan curvados.

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.
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.

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.

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.

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.

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.
Es$%ema de !as roiedades de !as discontin%idades-
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.
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)

-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.
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$%e! &paralelas', en la esfera de proyección se diferencian dos tipos principales de redes.
2Red Sc;midt, es la proyección de la esfera en la superficie polar o llamada también proyección esférica en sección transversal, esta red esta especialmente adecuada para la representación de c#rculos mayores y la determinación de ánulos entre superficies y direcciones.
2Red N$%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.

La proyección estereográfca
O%ientación de ?#nta! mediante p%$.ección e!te%e$4%7fica

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

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$

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.

P$%ción de ma!a de %$ca "#e tiene men$! de !ei! f%act#%a! p$% met%$ lineal

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.
Las propiedades
s p a c i a
m i e n t o d e

El agua subterránea
Los esfuerzos In-situ
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.
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.
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.
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.
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.
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.
ANALISIS RETROSECTI&O
CARAC0ERIZACION DEL MACIZO ROCOSO
ALICACION EN LA6ORES

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