UNIVERSIDAD NACIONA DEL CENTRO DEL PERUFACULTAD DE INGENIERIA DE MINASUNIDAD DE POS GRADO

MECANICA DE ROCAS AVANZADA

DOCENTE:Dr. VICTOR AMES LARA

INTRODUCCIONLa Mecnica de Rocas como un arte ha sido practicado por los mineros desde hace muchos aos, pero sin importancia cientfica.

Como ciencia data desde el ao 1950. La investigacin en Mecnica de Rocas fue iniciada en 1952 en Sud frica, por South African Council for Scientific And Industrial Research (Consejo Sud Africano de Investigacin Cientfica e Industrial), para investigar problemas relativos a las presiones de las rocas en las minas de oro a gran profundidad

Cualquier excavacin practicada en un medio rocoso da lugar a una alteracin de las condiciones de equilibrio, las cuales son necesarias conocerlas a fin de asegurar la estabilidad o inducir la falla como en el caso de los mtodos de minado por hundimiento.

Sublevel cavingBlock caving

Los problemas de estabilidad asociados a la construccin de excavaciones rocosas para diversos propsitos, ha dado lugar al establecimiento de la disciplina denominada "Mecnica de Rocas.

Minera subterrnea y superficial en Sudfrica.

CONCEPTOS GENERALESEl problema de la ingeniera mecnica que existe en todos los diseos estructurales es la prediccin del performance (rendimiento) de la estructura bajo las cargas impuestas sobre ella durante su operacin funcional.

El tema de la mecnica de rocas, como es aplicada en la prctica de la ingeniera de minas, concierne a la utilizacin de los principios de la ingeniera mecnica al diseo de las estructuras de roca generados por la actividad minera.

A pesar de estar relacionada a la mecnica clsica y la mecnica continua, varios factores especficos identifican a la mecnica de rocas como un campo distinto y coherente de la ingeniera.

La Mecnica de Rocas es la ciencia terica y prctica del comportamiento mecnico de la roca y los macizos rocosos; sta es aquella rama de la mecnica que trata a la respuesta de la roca y el macizo rocoso a las fuerzas de campo de su ambiente fsico.

La mecnica de rocas es de relevancia fundamental para el ingeniero de minas porque el acto de crear excavaciones mineras cambia los campos de fuerza del medio ambiente fsico de la roca.

El estudio de la respuesta de la roca a estos cambios requiere de la aplicacin de tcnicas analticas desarrolladas especficamente para tal propsito.

La mecnica de rocas forma parte de la geomecnica el cual estudia la respuesta de todos los materiales geolgicos, incluyendo los suelos.

La aplicacin de los principios de la mecnica de rocas en la ingeniera de minas subterrnea se basa en las siguientes premisas:

Primero: Que a la masa rocosa se le puede atribuir un conjunto de propiedades mecnicas que pueden ser medidos en ensayos estndar.

Segundo: El proceso del minado subterrneo genera una estructuras de roca consistente en vacos, elementos de soporte y sostenimiento, y que el performance mecnico de las estructuras son tratables analticamente usando los principios de la mecnica clsica.

Tercero: La capacidad de predecir y controlar el performance mecnico de la masa rocosa en el cual se realiza el minado puede asegurar o aumentar el performance econmico de la mina; lo cual puede ser expresado en la prctica por la eficiencia en la recuperacin de la inversin, medido en trminos del volumen de extraccin, productividad de la mina o la rentabilidad econmica.

La mecnica de rocas, mecnica de suelos, hidrologa y geologa estructural son la base de la ingeniera de minas.

ROCA INTACTARoca intacta es aquel bloque de roca comprendida entre discontinuidades y puede ser representado por una muestra de mano o trozo de testigo y que generalmente se utiliza para ensayos o pruebas de laboratorio, tambin se considera aquella roca que tiene menos de seis fracturas por metro lineal.Roca intactaDEFINICIONES

DISCONTINUIDADESSon ocurrencias que estn contenidas en los macizos rocosos y que lo dividen en varias bloques, que tienen, generalmente, caractersticas o propiedades diferentes. Las discontinuidades constituyen factores muy importantes de resistencia para el macizo rocoso. Entre las discontinuidades ms comunes tenemos a:Planos de estratificacin.Fallas.Diaclasas.Planos de foliacin o esquistosidad.Contactos litolgicos.Zonas de corte (zona de cizallamiento).Venillas.

Plano de estratificacinFallaDiaclasaPlano de foliacin

Control litolgicoVenillasZona de corteFalla

MACIZO ROCOSOEs el medio in-situ que contiene una serie de discontinuidades, es heterogneo y anisotrpico.Macizo rocoso mostrando los diferentes tipos de discontinuidades

Figura mostrando la transicin desde roca intacta a macizo rocoso muy fracturado

CONCEPTO DE ESTRUCTURA APLICADO A EXCAVACIONES SUBTERRANEAS

La mecnica de rocas ingenieril, como aplicacin a los problemas prcticos de Ingeniera, est relacionada con la aplicacin de los principios de la mecnica ingenieril al diseo de estructuras rocosas; la estructura en este caso estar constituida por la masa rocosa.

Figura mostrando estructuras subterrneas

La experiencia ha mostrado que la estabilidad bsicamente dependen de los esfuerzos de campo preexistentes, de la forma y dimensiones de la excavacin y de la calidad del macizo rocoso.

COMPLEJIDADES INHERENTES EN LA MECNICA DE ROCAS

Cinco temas son postulados de ser componentes paradigmticos de la mecnica de rocas:Fractura de la roca.Efectos del tamao.Resistencia a la tensin.Efecto del agua subterrnea.Meteorizacin.

1. FRACTURA DE ROCALos campos de esfuerzos que operan en las estructuras de roca son predominantemente compresivos.

Una complicacin particular en la roca sujeta a compresin est asociada con la friccin entre las superficies de las microfracturas que son los lugares donde se inicia la fractura de la roca. Esto es causa para que la resistencia de la roca sea altamente sensible cuando existen esfuerzos de confinamiento.

2. EFECTOS DEL TAMAOLa respuesta de la roca a la carga impuesta muestra un efecto pronunciado del tamao del volumen de la carga. Este efecto est relacionado en parte a la naturaleza discontinua de una masa de roca.

Las juntas y otras fracturas de origen geolgico influyen en las propiedades de resistencia y deformacin de la masa son influenciados por las propiedades de las rocas intactas y de las rocas fracturadas o discontinuas.

El proceso de perforacin de la roca generalmente reflejar las propiedades de resistencia de la roca intacta. Mientras que el desarrollo del minado en roca fracturada podra reflejar las propiedades del sistema de discontinuidades. Estas consideraciones sugieren que las especificaciones de las propiedades mecnicas de la masa de roca no es una materia simple.

Efecto de la escala (tamao) en la respuesta de la roca a cargas impuestas.(A) Falla del material rocoso en la perforacin;(B) Las discontinuidades controlan la forma final de la excavacin;(C) Un pilar de mina trabajando como un medio continuo.

3. RESISTENCIA A LA TENSINLa roca es distinta de todos los otros materiales comunes de ingeniera, excepto del concreto, por su baja resistencia a la tensin.

Los especmenes del material de roca ensayados en tensin uniaxial falla en esfuerzos de magnitud menor que cuando son ensayados en compresin uniaxial.

La roca por lo tanto es descrita convencionalmente como un material no tensin, lo que significa que los esfuerzos de tensin no pueden ser generados o sostenidos en una masa rocosa.

4. EFECTO DEL AGUA SUBTERRNEAEl agua subterrnea podra afectar el performance mecnico de una masa de roca en dos formas.

El ms obvio es a travs de la operacin de la ley de esfuerzo efectivo. El agua bajo presin en las juntas definiendo bloques de roca reducen el esfuerzo normal efectivo entre las superficie de la roca, y por consiguiente reduce la resistencia al corte potencial el cual puede ser movilizado por friccin.

El efecto ms sutil del agua subterrnea en las propiedades mecnicas de la roca podra surgir de la accin de deterioro del agua en particular de rocas y minerales.

Por ejemplo, las vetas de arcillas son ms suaves en la presencia de agua subterrnea, reduciendo la resistencia e incrementando la deformabilidad de la masa de roca.

La implicancia del efecto del agua subterrnea en la resistencia de la masa rocosa son considerables para la prctica minera. Porque el comportamiento de la roca podra ser determinado mediante su ambiente geo-hidrolgico; podra ser esencial en algunos casos mantener un control cercano de las condiciones del agua subterrnea en el rea de la mina.

5. METEORIZACIONLa meteorizacin podra ser definido como la alteracin fsica y qumica de la roca en su superficie mediante su reaccin con los gases de la atmsfera y las soluciones acuosas. El proceso es anlogo a los efectos de la corrosin en materiales convencionales.

El inters ingenierl en la meteorizacin surge debido a su influencia sobre las propiedades mecnicas del material intacto, tambin como el potencial para el efecto significativo en el coeficiente de friccin de la superficie rocosa. Esto significa que mientras que la meteorizacin causa una reduccin constante en las propiedades de la roca, el coeficiente de friccin de una roca podra sufrir una reduccin elevada.