Resumen para INFOMINA 2006 Fecha de Envio 25/04/2006 VARIACIN DE PARMETROS DE RESISTENCIA Y DEFORMACIN DE MACIZOS ROCOSOS BASANDOSE EN DOS CRITERIOS DE FALLA CONSIDERANDO LA INFLUENCIA DE LA VOLADURA: APLICACIN A LA MINERA SUPERFICIAL Y SUBTERRNEA UTILIZANDO UN SOFTWARE DE LIBRE DISTRIBUCIN RESUMEN EXTENDIDO (Tema: Investigacin y Capacitacin) Luis Martin Tejada Cervantes (*) Luis Claudio Tejada Alvarez (**) Universidade de Braslia, Dept. Engenharia Civil & Ambiental/FT, Asa Norte, Braslia DF, CEP 70.910-900, Brasil

(*) Ingeniero Geologo, M.Sc. Student in Geotechnical Engineering, Universidade de Braslia. E-mail: tejada@unb.br, luistejadace@gmail.com (**) Ingeniero Geologo, Departamento de Geotecnia, Sociedad Minera Cerro Verde S.A.A. E-mail: ctejada@phelpsd.com

1.Introduccin Conelobjetivodeentenderelcomportamientodelosmacizosrocososfracturadosquesonmotivodeexplotacin minera,esnecesarioelestudiodelarocaintactaydelasdiscontinuidades,lascualesenconjuntoformanelmacizo rocosocomountodo.SegnHoeketal.(1995),larocaintactaeselbloquederocanofracturado,formadoentrelas discontinuidades estruturales, considerando un comportamiento elstico y isotrpico. De esta forma los parmetros de resistencia y deformabilidad son necesarios para un apropiado planeamiento de minado para taludes a cielo abierto y/o tneles o galerias subterrneas, esto visando evaluar su estabilidad geoestructural afectada por diferentes solicitaciones, como es la propia excavacin, voladura y la extraccin del mineral, solo por mencionar algunas de ellas. Segn Hidalgo (2002), el entendimiento y la prediccin del probable comportamiento de una excavacin en un macizo rocoso, como respuesta al campo de esfuerzos inducidos, requiere del conocimiento de las caractersticas de resistencia y deformabilidad del macizo explotado. Han sido propuestos varios modelos empricos y semianalticos que promueven la caracterizacin de la resistencia de los macizos rocosos como un medio contnuo equivalente. La mayora de modelos constitutivos para el comportamiento de macizos considera la envoltoria lineal de ruptura del clsico criterio de Mohr-Coulomb, pero tanto en discontinuidades como en macizos rocosos, como um todo, esta no lineal.Paralaevaluacindeestructurasminerassubterrneasosuperficiales,existendiferentesmtodoscomosonlos empricos (p.e. clasificaciones geomecnicas), equilibrio lmite y via modelamiento numrico; en todos estos mtodos, losparmetrosderesistenciasonrequeridosyenlaexactituddesusdatossebasaelbuendesenpeoquetenganlos tneles o taludes excavados, estos datos tienen su origen tanto en campo como en laboratorio. Por ejemplo uno de los problemas que se tiene en el campo de la simulacin numrica en la mecnica de rocas, es el problema de la definicin de datos de los parametros de macizos rocosos. La aplicabilidad de los modelos constitutivos paralosdiferentestiposderocaylosprogramasdeanlisisnumricodeavanzadatecnologadisponiblesenla actualidad, est limitada si el usuario no utiliza para en el proceso datos confiables de las propiedades del macizo. Para la solucin de la problemtica descrita en el prrafo anterior y definir los parmetros para diferentes situaciones del macizo rocoso, ser utilizado en este trabajo el programa RocLab, este es un software de libre distribucin, pudiendo ser descargado de la website de Rocscience (www.rocscience.com), donde es utilizada la versin generalizada del criterio de falla de Hoek-Brown, este programa permite: (a) aplicar el criterio a macizos rocosos poco resistentes, y (ii) clcular los parmetros equivalentes del criterio de falla de Mohr-Coulomb, a partir de la envolvente de falla de Hoek-Brown. Por si mismo, la determinacin de parmetros del macizo rocoso no es finalmente el propsito del planeamiento en su parte geotcnica o la solucin de algn problema de estabilidad o anlisis de tensiones. Esto se realiza para proporcionar datosdeentradaalosprogramasdemodelamientonumricobasadosenelMEF,MED,MDFodeequilibiolmite. Tambinlosparmetrosdeterminadossepuedenemplearcomodatosdeentradaenprogramasdeanlisisnumrico para el anlisis y diseo de soportes para excavaciones y/o anlisis de estabilidad de taludes mediante equilibrio lmite, de esta manera se destaca el presente artculo con datos reales de macizos rocosos peruanos. Finalmenteelobjetivodeestetrabajoesbrindardeparmetrosconfiablesparaparamotrarlaaplicabilidaden situacionesprcticasutilizandoelmencionadoprogramadecomputacin,ademsdedestacarcualessonlas componentesderesistenciadeflagrantesenlarupturayatravsdeunapruebaorodadamostrarquemtodos propuestosenlaactualidadtienenunmejorajuste;enestecasoseejemplificarutilizandoresultadosdeensayos triaxialesentaludesdemineriade700m.dealtura,paraposteriormentecompararlosresultadosdelassiguientes formas:(i)silaformadeexplotacinovoladuravariase,enqueescalaestefactordeflagaralascomponentesde Tejada & Tejada (2006) 1Resumen para INFOMINA 2006 Fecha de Envio 25/04/2006 resistencia del macizo rocoso y cuanto se variase con respecto al mdulo de Young para el macizo rocoso, adems de estimar los parmetros del macizo rocoso para cuando la vida til de la mina finalize, es decir cuando se procede al plan decierre(ii)Analizarelcomportamientodelavariacindelosparmetrosderesistnciaentrminosdelcriteriode Mohr-Coulomb, como fue mostrado en un anlisis de sensibilidad hecho por Gavilanes (1999) y Nunes et al. (2000). 2.Criterios de Ruptura de Macizos RocososApesardelabuenaaplicabilidadquetienedemostradoelcritriodeHoek-Brown,sonpocoslosprogramasquelo tienenimplementado.Siendounaventajamsdeestametodologa,yaquelamayoriadeprogramasquepermite modelar problemas de mecnica e ingeniera de rocas tiene implementado el critrio de Mohr-Coulomb, y convertir los parametrosdelcriteriodefalladeHoek&BrownentrminosdelcriteriodefalladeMohr-Coulomb,esunatil herramientaaspudiendoseutilizaruncriteriodefalla,comoeldeHoek&Brown,hechopararocasencualquier programa de computacin de simulacin numrica o de equilibrio lmite que contempla Mohr-Coulomb. La resistencia a travs del criterio de Mohr-Coulomb es definida como: cntan + = Hoek, Kaiser & Bawden (1995) presentan la forma generalizada del critrio de Hoek-Brown, definida como: 1 33' ''= +|\

|.| +

((c bcam s Donde:=resistenciaalcizallamiento;c=cohesin;=esfuerzonormal;phi=ngulodefriccin;mb=valordela constante m para el macizo rocoso; s y a= constantes que estn relacionadas con las caractersticas del macizo rocoso; 1=tensin efectiva principal mayor em la ruptura; 3= tensin efectiva principal menor en la ruptura; c= resistencia a la compresin uniaxial simple de la roca intacta. Hoek et al. (2002), presenta las ecuaciones para la estimativa de la cohesin efectiva y el ngulo de friccin efectivo, utilizando los tminos del criterio de falla de Hoek-Brown: ( )( ) ( )((

+ + + + += 1313 16 2 1 2) ( 6an b ban b bm s am a am s amsen ( ) ( ) | |( )( )( )( ) ( ) ( )( ) | | a am s ama am s m a s acan b ban b n b ci+ + + ++ + + + + += 2 16 12 11 2 11313 3 LosparmetrosderesistenciageneralizadosdeHoek-Brown(mb,sya),estnenfuncinde:resistenciaala compresin no confinada de la roca intacta sigci, el parmetro de la roca intacta mi, el ndice de resistencia geolgica GSI y el factor de perturbacin D. Con la variacin interactiva de los parmetros sigci, GSI, mi, D, se puede observar el cambiodelaenvolventederoturaconcadaparmetro.Los4parmetrosanteriores(sigci,mi,GSIyD),puedenser convenientementeestimadosmediantebacosytablasdedatosintegrados(Figura1),apartirdeltipoderoca, condiciones geolgicas, etc. O se puede utilizar los resultados de ensayos triaxiales para determinar los valores de sigci ymimediantelatcnicadeajustedeMarquardt-Levenberg.Porotroladoelmdulodelmacizorocoso(Erm)puede calcularse por las propuestas de Hoek, Carranza & Corkum (2002) y Hoek & Diederichs (2005). Figura 1 bacos y tablas para la determinacin de (a) sigci (b) GSI (c) mi (d) D para tneles en roca (0D1) (e) D para taludes en roca (0D1) (modificado Rocscience, 2003) 3.AplicacinParamotrarlavariacindelosdiferentesparmetrosderesistenciaydeformabilidaddemacizosrocososobjetosde mineria superficial, se idealizar taludes altos de 700 metros de altura y un modelo simplificado encuento a la litologa, ya que este ser compuesto solamente por Andesita, con GSI=74, sigci=50 Mpa, mi=25 y D variando entre 0 (sin dao porvoladura),D=0,7conexcavacinmecnicaconsiderandounestadoderocafracturadoporlaalturayD=1con produccindegrandescantidades,convoladuraporexplosivos,condatosdeensayostriaxialesdeAndesitaperuana, sabiendosequedichosensayossonlosmsrepresentativosenlaboratorioparapruebasenrocas.Deesemodose evaluar y se pondr en evidencia que los parmetros en esas tres diferentes situaciones no pueden ser los mismos, para efectosdeplaneamientoymodelamientodeavancesdeminadoentaludes,variandoasisusdatosdeorigen. Considerando que la resistencia es directamente proporcional a la cohesin y al ngulo de friccin del material. Tejada & Tejada (2006) 2Resumen para INFOMINA 2006 Fecha de Envio 25/04/2006 Se puede notar en las Figuras 2(a) y 2(b) el buen ajuste que ocurre en los criterios de Hoek & Brown y Mohr-Coulomb, dondeseobservalagrandiferenciaquesetieneentreambascurvas,conparmetrosdisponiblesatravsdeensaios triaxiales cuando se considera o no, el factor perturbador originado por la voladura. Porotroladosepuedeobservarenlasfiguras2(c)ala2(f)lagranvariedaddepuntosdondeseconsiderala perturbacinporpartedelavoladura,eldaoalmacizorocosoporlaexcavacinmecnicayelmacizocuandoson terminadaslasoperaciones(cuandoseprocedealafasedecierredelaminaesnecesariosaberlosparmetrosde resistencia de los taludes, esto con fines de ambientales de preservacin y estabilidad). En la Tabla 1, se puede observar queelparmetromsafectadoporlavoladuraofactorperturbadoreslacohesin,conngulosdefriccin medianamente deflagrados, es decir la estabilidad del talud de Andesita se debe por su efecto friccionante, mientras su probable ruptura se debe al efecto cohesivo del talud, tambin se puede concluir que la propuesta de Hoek et al., (2002) esregularouniformeendiferentescasosdesolitacinmientraslapropuestadeHoek&Diederichsmuestraunbuen desempeo con D>0, fuera de ese valor los resultados se muestran ilgicos en comparacin con los otros casos rodados. Figura 2 Diferentes envoltorias de ruptura a partir de diferentes condiciones de explotacin y mtodos de clculo - Tensiones principales y cizallantes Tabla 1 Parmetros de Resistencia y de Deformabilidad, Criterio de Hoek & Brown, ajuste de clculo para parmetros de Mohr-Coulomb para estimar parmetros del macizo rocoso de AndesitaD=0 mb 4,1919 D=0 mb 4,1919 D=0,7 mb 1,6026 D=0,7 mb 1,6026s 0,0039 s 0,0039 s 0,0007 s 0,0007a 0,5057 a 0,5057 a 0,5057 a 0,5057c 4,04 MPa c 4,86 MPa c 2,87 MPa c 3,53 MPaphi 40,72 grados phi 38,45 grados phi 32,78 grados phi 30,20 gradossigt -0,07 MPa sigt -0,07 MPa sigt -0,03 MPa sigt -0,03 MPasigc 4,46 MPa sigc 4,46 MPa sigc 1,90 MPa sigc 1,90 MPasigcm 20,11 MPa sigcm 20,11 MPa sigcm 12,29 MPa sigcm 12,29 MPaEm 8602,33 MPa Em 8,24 MPa Em 5591,51 MPa Em 666,65 MPaD=1 mb 0,7029 D=1 mb 0,7029 D=0 mb 0,3694 D=1 mb 0,0619s 0,0002 s 0,0002 s 0,0039 s 0,0002a 0,5057 a 0,5057 a 0,5057 a 0,5057c 2,65 MPa c 2,65 MPa c 1,92 MPa c 0,80 MPaphi 23,59 grados phi 23,59 grados phi 20,64 grados phi 10,94 gradossigt -0,03 MPa sigt -0,03 MPa sigt -0,72 MPa sigt -0,27 MPasigc 1,09 MPa sigc 1,09 MPa sigc 4,14 MPa sigc 1,02 MPasigcm 8,09 MPa sigcm 8,09 MPa sigcm 6,19 MPa sigcm 2,31 MPaEm 4301,16 MPa Em 535,36 MPa Em 9340,70 MPa Em 525,19 MPaParmetros del Macizo RocosoParmetros del Macizo RocosoAjuste para la estimacin del Criterio de Mohr-Coulomb Ajuste para la estimacin del Criterio de Mohr-Coulomb Criterio de Falla de Hoek & BrownA travs de Ensayos Triaxiales H & D (2005) H, CT & D (2002)H & D (2005) H, CT & D (2002) H & D (2005) H, CT & D (2002)Criterio de Falla de Hoek & Brown 4.Comentario Final Se podra concluir que en trminos de uso entre las propuestas de estimacin de deformacin del macizo rocoso entre las metodologas de Hoek, Carranza-Torres & Corkum (2002) y la propuesta simplificada de Hoek & Diederichs (2005) no hay mejoras significaticas, recomendandose para el modelamiento y planeamiento de taludes de mineria la propuesta deHoek&Diederichs(2005),lomismoacontececonlasenvoltoriasderesistenciaquesetornaronconelmtodo recomendado siendo muy semejantes a las obtenidas por ensayos triaxiales. Tejada & Tejada (2006) 3