GEOMECANICA 1

download GEOMECANICA 1

of 19

Transcript of GEOMECANICA 1

  • 8/10/2019 GEOMECANICA 1

    1/19

    MECNICA DE ROCAS

  • 8/10/2019 GEOMECANICA 1

    2/19

    Introduccin

    En cualquier diseo estructural se quiere predecir su desempeo

    al ser sometido a cargas durante su vida til. En mecnica derocas, interesa el desempeo de las excavaciones en rocageneradas por la actividad minera. La mecnica de rocas estasociada a la mecnica clsica y mecnica de continuo, pero hayfactores especficos que la distinguen

    Una definicin formal de la Mecnica de rocas (US NationalCommittee on Rock Mechanics, 1964, 1974) es:La mecnica de rocas es la ciencia terica y aplicada delcomportamiento mecnico de la roca y de los macizos rocosos.Corresponde a la rama de la mecnica que estudia la respuestade la roca y del macizo rocoso a los campos de fuerza de suentorno fsico.Excavaciones mineras cambian los campos de fuerza de su

    entorno

  • 8/10/2019 GEOMECANICA 1

    3/19

    Por ejemplo: Qu carga puede soportar un pilar en un mtodo de caseronesy pilares?

  • 8/10/2019 GEOMECANICA 1

    4/19

  • 8/10/2019 GEOMECANICA 1

    5/19

    El factor de seguridad depende de la cantidad y calidad de la informacinutilizada para estimar las cargas y la resistencia de la roca Si la informacin es gruesa utilizar un factor de seguridad entre 2-3 Si existen ensayos de laboratorio del macizo rocoso utilizar un factor deseguridad en el rango 1.5-2.0.Las cargas en el pilar estn dadas por el campo de esfuerzos en el macizorocoso, la constitucin del macizo rocoso, su densidad, la profundidad a la

    que se encuentra el pilar, la tectnica en la regin y los esfuerzos inducidosproducidos por las excavaciones mineras.La resistencia del pilar depender de sus parmetros mecnicos (Mdulode elasticidad de la roca, Mdulo de Poisson), parmetros constitutivos(Cohesin, ngulo de friccin interna) y de la condicin estructural del

    macizo rocoso.Sin embargo cuando la informacin es pobre no existe factor de seguridadque garantice el Diseo.

  • 8/10/2019 GEOMECANICA 1

    6/19

    Definiciones

    Mecnica: rea de la fsica que estudia el efecto de las fuerzas sobre los

    cuerpos. Mecnica de rocas: rama de la ingeniera que estudia el efecto de lasfuerzas sobre las rocas. Roca: parte slida de la corteza terrestre formada por bloques slidos yduros de gran tamao, encajados y ligados entre s. Agregado de

    minerales. Suelo: acumulacin de partculas de pequeo tamao (hasta 3 o 4) y sinuna ligazn fuerte entre s. Discontinuidades (joints): cualquier tipo de fractura en la roca. Son planosde fragilidad.

  • 8/10/2019 GEOMECANICA 1

    7/19

    Macizo rocoso (rock mass): gran masa de roca componente de la cortezaterrestre.Est compuesto por:

    Roca intacta: el volumen de roca que se encuentra entre las discontinuidades.Tambin se llama matriz rocosa o sustancia rocosa.

    Discontinuidades: fallas, diaclasas, planos de fractura, de clivaje, etc.

  • 8/10/2019 GEOMECANICA 1

    8/19

    La mecnica de rocas trata con un material previamentecargado. Al alterar la geometra del macizo rocoso (medianteuna excavacin en la roca), se redistribuyen los esfuerzosexistentes. El macizo estaba en equilibrio y lo desestabilizamos.El principal problema de la mecnica de rocas es que sedesconocen estas cargas.Es necesario, entonces, medir estos esfuerzos antes de iniciar

    la obra. Hay que medir: Grado de fracturamiento. Estado tensional.Las propiedades de las rocas son desconocidas. Hay que

    medirlas mediante ensayos de laboratorio o de terreno.

  • 8/10/2019 GEOMECANICA 1

    9/19

    Clasificacin Geolgica de las rocas

    Desde un punto de vista gentico: gneas

    Sedimentarias MetamrficasDesde un punto de vista del comportamiento: Textura cristalina Textura clstica Rocas de granos muy finos

    Rocas orgnicasEl comportamiento puede ser elstico y frgil, o plstico (deformacin irreversible),viscoso( orgnicos) , anisotrpico o istropo (micas).

    Es necesario hacer una descripcin acabada de las rocas especificando: Textura Composicin Tipo de cementacin en las discontinuidades Diaclasamiento Contenido de humedad Poros Etc.

  • 8/10/2019 GEOMECANICA 1

    10/19

    Propiedades Porosidad: proporcin entre vacos y slido, normalmente flucta entre0 y 40%. Densidad: informacin mineralgica y de constitucin de los granos Velocidad snica: grado de fracturamiento. Se mide la velocidad delsonido a travs del espcimen. Depende slo de propiedades elsticas ydensidad (en teora), pero en la prctica tambin importan las fisuras de laroca.

    Permeabilidad: conexin entre poros Permeabilidad de la roca intactasuele ser muy distinta de la permeabilidad del macizo rocoso. Se puederelacionar con la separacin de grietas en el macizo rocoso, por lo queprovee un ndice cuantitativo de calidad del macizo rocoso. Durabilidad: tendencia de componentes a degradarse, Rocas pueden

    alterarse rpidamente al exponerse al aire, agua, tiempo, etc.Resistencia: competencia de la roca

    Estas propiedades bsicas no miden el comportamiento ante cambios en lascondiciones de esfuerzos en la roca.Estos ndices son de la roca intacta. El macizo rocoso debe ser evaluado

    adicionalmente para la aplicacin de inters

  • 8/10/2019 GEOMECANICA 1

    11/19

    Clasificacinde MacizoEl comportamiento de probetas en laboratorio es muy distinto alcomportamiento del macizo rocoso, producto de las discontinuidades y planosde debilidad. Es necesario medir el comportamiento del macizo rocoso, para locual se han definido sistemas de clasificacin de macizos rocosos

    RQD: Rock Quality Designation Index (Deere et al., 1967) RQD: % del testigo intacto de ms de dos veces el dimetro del testigo A partir de testigos de sondajes de al menos 54.7 mm de dimetro. RQD es un parmetro direccional. Fracturas por manejo deben ser ignoradas.

  • 8/10/2019 GEOMECANICA 1

    12/19

  • 8/10/2019 GEOMECANICA 1

    13/19

    RSR: Rock Structure Rating (Wickham et al., 1972)Mtodo cuantitativo para seleccionar el soporte apropiado y describir calidaddel macizo rocoso

    RSR mximo =100RSR = A + B + C

    A: Geologao Origen del tipo de roca (gneo, sedimentario o metamrfico)o Dureza de la roca (dura, media, blanda, descompuesta)

    o Estructura geolgica (masiva, levemente, moderadamente, intensamenteplegada o fallada) B: Geometra Patrones de discontinuidad con respecto a la direccin del tnelo Espaciamiento de fracturaso Orientacin de fracturas (manteo e inclinacin)o Direccin del tnel C: Aguas subterrneas y condicin de fisuraso Calidad del macizo rocoso basado en A y Bo Condicin de fisura (buena, mediana, mala)o Cantidad de flujo de agua

  • 8/10/2019 GEOMECANICA 1

    14/19

    RMR: Rock Mass Rating (Bieniawski, 19761989)

    Combina 6 factores asignndoles puntajes:

    Resistencia a la compresin uniaxialo Laboratorioo Ensayo de carga puntual en terreno

    RQD:o % de recuperacin de testigo de largo > 2 veces el dimetro

    Espaciamiento de discontinuidades (se mide en testigos)o Se asume que la roca tiene 3 conjuntos de fracturaso Se utiliza el sistema ms relevante

    Condicin de discontinuidadeso Descripcin de aspereza de la superficieo Material de rellenoo Usar el ms liso y desfavorable

  • 8/10/2019 GEOMECANICA 1

    15/19

    Aguas subterrneaso Flujo de agua en excavacin subterrnea (si est disponible)o Presin de agua en discontinuidadeso Se puede usar tambin el testigo

    Orientacin de discontinuidadeso Depende de aplicacino No es fcil de determinaro Cmaras en sondajeso Mapeo de piques

    La clasificacin se utiliza para definir soporte (fortificacin) y como gua en laeleccin de mtodos de explotacin subterrneos.

    MRMR: Modified Rock Mass Rating (Laubsher, 1977, 1984)

    Ajusta el RMR para considerar: Esfuerzos in situ e inducidos Efectos de tronadura y alteracin por exposicin de la roca fresca alambienteModificaciones fueron hechas inicialmente para condiciones en minas deblock caving

  • 8/10/2019 GEOMECANICA 1

    16/19

    Q: Rock Tunneling Quality Index (Barton et al., 1974)Q vara en escala logartmica de 0.001-1000

    Q = (RQD / Jn) x (Jr / Ja) x (Jw / SRF)

    RQD : Rock Quality Designation Jn: Nmero de sistemas de discontinuidad Jr : Nmero de rugosidad de discontinuidades Ja : Nmero de alteracin de discontinuidades Jw : Factor de reduccin por agua en discontinuidades

    SRF : Stress reduction factorSe puede asociar un significado a los tres cuocientes de la frmula: (RQD / Jn) mide tamao de bloques (Jr / Ja) rugosidad y friccin de discontinuidades (resistencia al cizalleentre bloques)

    (Jw / SRF): parmetros de esfuerzosCorrelacin propuesta por Bieniawski: RMR = 9 log Q + 44

    Todos estos mtodos pueden usarse para determinar la estabilidad de lasexcavaciones y definir la fortificacin necesaria

  • 8/10/2019 GEOMECANICA 1

    17/19

    Modos de Falla de Rocas

    Flexin:

    Falla por propagacin de grietas detensin Techo de labor en roca estratificada Fallamiento por peso propio

  • 8/10/2019 GEOMECANICA 1

    18/19

    Cizalle: Generacin de superficie de ruptura donde los esfuerzos de corte seconcentran

    Roca se relaja fracturndose y linera el esfuerzo Tambin generado de manera indirecta con herramientas de perforacin

  • 8/10/2019 GEOMECANICA 1

    19/19

    Traccin directa: Puede producirse al superarse la friccin por gravedad Fractura en planos no conectados, de poca potencia