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GSI NDICE GEOLGICO DE RESISTENCIA) Los sistemas RMR de Bieniaswski 1,973) y Q de Barton

1,974); fueron originalmente desarrolladospara proveer unagua en el soporte de tneles en masas rocosas con bloquesregulares. Estos sistemas dieron origen a:

1. Diverso su uso, no slo para tneles;2. Diseo de grandes aberturas, mtodos de extraccin,hundimientos y subsidenciasen minera subterrnea.3. En minera superficial, estos sistemas alcanzan muchaefectividad en el diseo de taludes.

Una clasificacin netamente geolgicay con parmetros especficos,que tiene una aplicacin numrica, descriptiva y funcional y suaplicacin en muchas minas crece polinmicamente, es el Sistemade ndice de Geolgico de Resistencia GSI)

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ANTECEDENTESEl GSI, desarro l lado por Hoek (1,994) y extend ido po r Hoeket al. (1,998), Marios y Hoek (2001) y Hoek et al. (2,005),en el que, inco rpora masas rocosas dbiles y

heterogneas y masas rocosas con l ito logas variab les;

se torna como un sistema simp le y de apl icacin muy

prctica.

Esta clasi f icacin es apl icado en congruencia con el

cr i ter io de fal la de Hoek and Brown, para estimar los

parmetros geotcnicos de la masa rocosa.

Las ventajas de GSI, es el razonamiento geolgicoincorporado, que permite ajustes de los rangos de masasrocosas y condiciones de las mismas.

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FUNDAMENTO TERICO

El GSI, contempla una reduccin de la resistenciade la masa rocosa por diferentes condicionesgeolgicas, determinadas fundamentalmente porla presencia discontinuidades.

Los parmetros principales para estimar el GSI, esel grado de fracturamiento y la condic in delmacizo rocoso en el frente de la excavacin

El GSI, fue introducido por Hoek en 1,994; quinestim una reduccin de resistencia de la masarocosa por diferentes condiciones geolgicas ypropuso la TABLA 1.

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TABLA 1. Caracterizacin de macizos rocosos en base a su grado de facturaciny estado de las juntas (Hoek and Brown, 1,997

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GSI CON VALORES ESTIMADOS La caracterizacin del macizo rocoso para estimar su

resistencia se basa en el aspecto inherente a la roca, eselegir la categora, que mejor la describa, enfatizando en suscondiciones previas a excavacin.

Las voladuras, tienen un impacto negativo en la resistenciaoriginal de la masa rocosa, por lo que debe AJUSTAR enfuncin a la cuantificacin de los daos.

Los parmetros principales para estimar el GSI, es el gradode fracturam iento y la condic in del macizo roc osoen elfrente de la excavacin

El sistema da un GSI con valores estimados de la estructurade la masa rocosa y de las condiciones de lasdiscontinuidades en la superficie de la roca, se puedeapreciar en laTABLA 2.

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TABLA 2. Descripcin cuantitativa del GSI en base a descripciones geolgicas (Hoek and Brown, 1,997)

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CHART DEL GSI PARA RESOLVER PROBLEMAS DECALIDADES POBRES DE MASA ROCOSA22/06/2013

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CHART DEL GSI PARA RESOLVER PROBLEMAS DEMASAS ROCOSAS HETEROGENEAS22/06/2013

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VALIDACIN DEL GSI CON OTROS SISTEMAS YESTNDARESEl pr incipal equivalente, respecto a descr ipc iones

estructurales de la masa roco sa de su fragmentacin enbloqu es y las descr ipc ion es d e las dim ension es del b lock,comparados con:

Desig nacin de los Es tndares Internac ionales de Mecnicade Rocas (ISRM),

Discon t inuidades por metro Lineal (Jv)y

Calidad de Roc a Designada (RQD),sug ieren en el TAB LA 3.

TABLA 3. Descripcin de la estructura y valoracin entre el GSI,

Estndares Internacionales de Mecnica de Rocas y el RQD

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APLICACIONES DEL RMR Y Q

Asimismo, las aplicaciones nos han permitido conocer que el

sistema RMR, tiene muy serias dificultades, para aplicar suscriterios a masas rocosas que son de pobre calidad.

La relacin entre el RMR y las constante m y s del criterio defalla de Hoek-Brown en un principio se rompe para el caso demasas rocosas severamente fracturas y dbiles. Ambas clasificaciones RMR y Q incluyen y permiten gran

ascendencia, a la clasificacin RQDintroducida por Deere1,964). Desde RQDen la mayora de las masas rocosas dbiles esesencialmente cero y sera insensato, considerar al RQD, comoun sistema de clasificacin alternativo

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GEOLOGICAL STRENGTH INDEX, GSI

Developed by Hoek, Kaiser, & Bawden (1995),Hoek & Brown (1997).

GSI from Q-system:

GSI from Geomechanics system where RMR > 25:

Chart approach based on structure & surface

quality

44log9

a

r

n J

J

J

RQDGSI

4

1

10

i

iRGSI

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GSI Y OTROS SISTEMAS22/06/2013

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CORRELACIONES ENTRE RQD,RMR, Q Y GSI La correlacinentre la Calidad de Roca, por Deere(1,967) y GSI, se expone en laTABLA 6.

TABLA 6. Correlacin entre la calidad de roca y los valores del GSI

La correlacin entre Q y RMR est dado por:

RMR = 9 lnQ + A

Los valores de A varan entre 26 y 62 y tiene unpromedio de A es 44.

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CORRELACIONES ENTRE RMR Y Q

TABLA 8. Correlacin entre RMR y Q, despus de Choquet and Hadjigeorgiou (1,993)

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CORRELACION ENTRE RMR Y GSI Para masas roco sas generalmente competentes con GSI > 25

puede ser relacion ado a RMR con un valor de:

GSI = RMR - 5

El RMR es el valor bsico RMR por el grado de Rango de

Agua Subterrnea circundante, de 15 (seco) y sin el ajuste dela orientacin de las junturas.

Para masas roco sas de muy po bre cal idad, el valor del RMRes muy di fcil de estim ar y la co rrelacin entre el RMR y el

GSI no es ms con fiab le.

Con secuentemente, la clas if ic acin del RMR no p odra serusado para est imar los valores del GSI para masas roco sasde pobre cal idad.

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OBJETIVOS

OBJETIVOS ESPECIFICOS Aplicar el Sistema del ndice Geolgico de

Resistencia (GSI) para clasificar y caracterizar las

masas rocosas en toda su amplitud.

Estimar las propiedades mecnicas de las masasrocosas: Resistencia, Angulo de Friccin, Cohesiny Mdulo de Deformacin.

Determinar el espesor de los daos causados porvoladuras, correlacionando con las principalescaractersticas mecnicas de la masa rocosa

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CAJAS DE TESTIGOS DE GRANITO22/06/2013

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SOLUCIN RMR

-El RMR bsico calculado es 76.-Hay fallas en la roca Clase B, lo cual

indica, que la masa rocosa es de buena

calidad y mximo abierto de 3.3 mpuede estar abierto hasta 7 meses

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SOLUCIN Q

-La condicin de la Superficie de las

Juntas es muy buena-El valor del Q calculado es de 29

-La masa rocosa es clasificadacomo de una calidad buena a muy

buena

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g


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SOLUCIN GSI-La condicin de la

Superficie de las Juntas esmuy buena-Entonces, el valor delGSI es 755

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g


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CARACTERISTICAS DE LA RESISTENCIA DE LAMASA ROCOSA

En elCriterio generalizado de Hoek-Brown,

1esla resistencia de la masa rocosa a una presinconfinada 3.

cies la resistencia uniaxial de la roca intacta enuna masa rocosa. El parmetro a esgeneralmente igual a 0.5.

Las constantes mb y s son parmetros que

cambian con el tipo de roca y calidad de la masarocosa; como se aprecia en las TABLA 9 y 10.

Los valores de las TABLAS son sugestivas. Como se puede apreciar en la TABLA, lavariacin de mi por cada roca son amplias. Si las pruebas triaxiales han sidodebidamente conducidas, el valor de mipodra ser calculado de los resultados de las

pruebas. 37

g


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TABLA 10. Valores de mi para rocas intactas para el criterio de Hoek-Brown 38

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FORMULAS PARA EL CALCULO DE LA RESISTENCIA A LACOMPRESIN UNIAXIAL DEL MR MEDIANTE EL GSI Una vez que el GSI ha sido estimado, los parmetros el cual describe las caractersticas de

la resistencia de la masa rocosa, son calculados a continuacin:

mb= miexp (GSI100)/28

Para GSI > 25 y una m asa roco sa razonablemente de bu ena cal idad, el original cr i ter io deHoek-Brow n, es apl icable con :

s = exp (GSI100)/9 y a = 0.5

Para un GSI < 25, donde la cal idad de masa roc osa es de po bre cal idad, s = 0, y a en elCrit erio de Ho ek-B rown, no es el ms i dnt ico, s iend o: a = 0.5. El valor de a puede serest imado po r GSI, uti l izando la sigu iente ecuacin.

a = 0.65 - (GSI/200)

La resistencia uniaxial de la masa rocosa es el valor de 1cuando 3es cero. Para elcr i ter io de Hoek-Brown, cuando 3= 0, este da un a resistencia a la com presin uniaxialcomo :

3= saci

Claramente, para masas rocosas de una calidad muy pobre, la resistencia a la compresinuniaxial tiende a valores cercanos a cero

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MR: GRANITO, CI = 150 MPA Y GSI = 75De la TABLA 10, el valor de mipara el granito es aproxim adamente 32

mb= miexp[(GSI-100)/28] = 13.1

s = exp[(GSI-100)/9] = 0.062

GSI > 25, a = 0.5

La ecuacin de Hoek-Brown para la masa rocosa de granito es:

1= 3+ (mbci3+ s ci2)a

1=

3+ (1956

3+ 1395)

0.5

La resistencia uniaxial a la compresin de la masa rocosa es, cuando 3 = 0

cm= 13950.5

cm= 37.3 MPa42


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RANGOS DE GSI PARA DIFERENTES CALIDADESDE MASA ROCOSA1Peridotita masiva resistente con ampliosespacios de discontinuidades. Lascondiciones de las discontinuidades sonpobres solamente afectadas por laserpentinizacin.2 Buena a regular calidad de peridotita oserpentina compacta condiscontinuidades, en la cual, es

severamente afectada por alteracin.3Serpentina esquistosa. La esquistosidadpuede ser ms o menos pronunciado y susplanos alterados.4 Pobre a muy pobre calidad de serpentinacizallada. Los fragmentos consiste demateriales dbiles. Incremento de lapresencia de serpentinas u otro materialdbil, ejemplo talco, en juntas o esquistos.

Advertencia:Las reas sombreadas indic an

rango s de GSI ms fr ecuentes de ocu rrir en estos

tipos d e rocas. Ello pod r no s er aprop iada para

un part icu lar sitio o caso especfico

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BUENA CALIDAD DE PERIDOTITA22/06/2013Oliver Gago Porras UNT

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BUENA CALIDAD DE PERIDOTITA

1 En la FIGURA 4, se puede apreciar una peridotita de buena calidad.2 Las condiciones de un amplio espacio de discontinuidades son solamente

medianamente afectada por la serpentinizacin.3 En el caso de excavar un tnel, la estabilidad ser controlado por ocasionales

fallas estructurales.

4 La profundidad de los testigos en la fotografa es cerca de 380 m y se estima

un GSI = 805 44


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BUENA CALIDAD DE AFLORAMIENTO DE UNAPERIDOTITA1 Buena calidad de un afloramiento

de una estructura bloqueada enperidotita

2 Con regulares condiciones de

discontinuidades en la superficie

(suave, moderadamente

intemperizada y alterada)

3 En ancho de la fotografa es cerca

de 1.5 m y GSI estimado de 55

Buena calidad de una estructuracon bloques regulares expuesto

en un afloramiento en superficie.

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PERIDOTITA DE REGULAR CALIDAD

1 En la FIGURA 7, se expone la peridotita de calidad regular, condiscontinuidades de propiedades de baja friccin debido a la presencia depelculas de material serpentinizado

2 Las junturas bloqueadas con cortas longitudes de desintegracin o secciones

serpentinizadas.3 La estabilidad del tnel, ser controlado por una estructural estabilizacin de

pequeos o medianos sobre estresados.

4 La profundidad de los testigos es aproximadamente 200 m y tiene un

GSI de 35

5 46


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POBRE CALIDAD DE UNA PERIDOTITA

1 En la FIGURA 9, se aprecia una pobre calidad de una serpentinita cizallada2 Una peridotita completamente desintegrada con prdida de bloqueamiento ypresencia de secciones arcillosas

3 La estabilidad del tnel ser controlado por un stress dependiente de la falla de

la masa rocosa con un hinchamiento en profundidad.

4 La profundidad de los testigos en la FOTOGRAFIA es cerca de 175 m y con un

GSI entre 15 y 20 47


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SERPENTINITA COMPACTA

Para muchos casos, 40 MPa, puede ser una valor real de la

resistencia la compresin uniaxial (ci) de la serpentinita, talcomo se aprecia en la FIGURA 8.

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CALCULO DEL NGULO DE FRICCIN A PARTIRDEL GSI

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CALCULO DEL MODULO DE DEFORMACIN APARTIR DEL GSI

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DAOS POR VOLADURAS EN UN PIT Los daos de las voladuras reducen la resistencia de la masa

rocosa debido a la creacin de nuevas fracturas y lasaperturas de cuas por la existencia de fracturas por lapenetracin de los gases de los explosivos

En el caso d el pi ts este dao alcanza una extens in m ayo r de100 mdesde la lt ima f i la de los taladros de vo ladura.

Para contrarrestar esta prdida de la resistencia debido a larelajacin del stress o dilatacin, debido a daos porvoladuras es posible arribar a una cuantificacin aproximadade la prdida de resistencia

Esto es porque la voladura es diseada para alcanzar unobjetivo especfico, el cual es, fragmentar la roca ydesplazarla formando pilas adecuadas para el carguo con elequipo apropiado.

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MTODOS DE EXCAVACIN VERSUSRESISTENCIA DE LA MASA ROCOSAFIGURA 16. Ploteo dela resistencia de lamasa rocosa versusdiferentes mtodos deexcavacin, despusde Abdullatif andCruden (1,983).

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MTODOS DE EXCAVACIN EN FUNCIN A LA22/06/2013Oliver Gago Porras UNT

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UCS DE LA MASA ROCOSATABLA 9. Sumariza los

mtodos usados paraexcavar las masas rocosascon el rango de valores dela resistencia uniaxialcompresiva, basado enuna data publicada por

Abdullatif and Cruden(1,983)

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PARMETROS DE EXCAVACIN Y VALORES22/06/2013Oliver Gago Porras UNT

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GEOTCNICOS DEL CAMPO Las vo ladu ras fueron usadas para valoresdel GSI mayo res que 60 y resistenc ias demasas rocosas mayo res que 15 MPa.

Para nuestro caso, en consideracin setrata de un tajo abierto, en el que,excavamos una masa roco sa compuesta degranodior i ta. La resistencia uniaxial

compresiva de la roca intacta es c i= 60MPa y el GSI = 55.

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ZONA FRAGMENTADA Y APILADA Y ESPESOR D ZONA22/06/2013Oliver Gago Porras UNT

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DAADA) PARA UN TALUD DE ALTURA H

FIGURA 17. Representacin diagramtica de la transicin entre la masa rocosa

in situ y la roca volada que es adaptable para la excavacin 60 ESPESOR D DE LA ZONA DAADA POR LA22/06/2013Oliver Gago Porras UNT

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VOLADURAEl espesor Dde la zona daada por la vo ladura depender del d is eo de

la vo ladura.

Basada en la experiencia vivida en pits, se sugiere las principales

relaciones de aproximacin pueden ser usado como un punto de

part ida para evaluar y juzgar la zona de ex tens in de los daos de la

vo ladu ra en vo laduras de prod ucc in del tajo.

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LA REALIDAD22/06/2013Oliver Gago Porras UNT

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LA PESADILLA22/06/2013Oliver Gago Porras UNT

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EL FUTURO22/06/2013Oliver Gago Porras UNT

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