Sostenimiento de Minas
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SOSTENIMIENTO DE MINAS MSc. ING. NANCY MORENO CHACON I SEMESTRE 2014
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SOSTENIMIENTO DE MINAS
MSc. ING. NANCY MORENO CHACON
I SEMESTRE 2014
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Diagrama conceptual mostrando las principales
disciplinas que deben ser tomadas en cuenta para el
diseño de cualquier obra subterránea y tunelería.
(Geología estructural, Mecánica
de rocas, Geomecánica)
Utilización de explosivos
Diseño de:
a) Labores Subterráneas
b) Sistemas de sostenimiento
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DESARROLLO HISTÓRICO DE LA
CARACTERIZACIÓN DEL MACIZO
ROCOSO
NOMBRE AUTOR Y FECHA PAIS APLICACIONES
1. Rock Load Terzaghi,1946 USA
Para el diseño del
sostenimiento de túneles con
arcos de acero.
2. Stand – up – time Lauffer, 1958 Austria Involucra el tiempo de auto
sostenimiento para túneles.
3. NATM Pacher, 1964 Austria
Modificación del criterio de
Lauffer y que actualmente
forma parte de la propuesta
general de tunelería.
4. RQD Deere, 1967 USA
Para proveer un estimado
cuantitativo de la calidad de la
masa rocosa, a partir de los
testigos de la perforación
diamantina.
Wickham et al.(1972): Método cuantitativo para describir la
calidad de una masa rocosa y para seleccionar el sostenimiento,
en base a la Valoración de la Estructura Rocosa (RSR - Rock
Structure Rating). Primer sistema que hace referencia al shotcrete.
Bieniawski (1973): Clasificación Geomecánica o Valoración de la
Masa Rocosa RMR (Rock Mass Rating), refinado
sucesivamente en varias oportunidades, última versión 1989.
Aplicable a la estimación del sostenimiento, al tiempo de
austosostenimiento y los parámetros de resistencia de la masa
rocosa.
Barton et.al. (1974): Índice de Calidad Tunelera (Q) para la
determinación de las características de la masa rocosa y de los
requerimientos de sostenimiento de túneles.
Laubscher et.al. (1977): RMR de Bieniawski modificada para la minería
MRMR (Mining Rock Mass Rating), última versión 1990. Aplicable a la
estimación del sostenimiento y los parámetros de los métodos de minado
por hundimiento, principalmente.
Hoek et.al. (1994): Indice de Resistencia Geológica GSI (Geological
Strength Index), para clasificar a la masa rocosa, estimar la resistencia de
la masa rocosa y el sostenimiento. Ultima versión 1998.
Palmstron (1995): Indice del Macizo Rocoso RMi (Rock Mass Index).
Sistema para caracterizar la masa rocosa y para aplicaciones en el
sostenimiento, excavación TBM, voladura y fragmentación de rocas.
OBJETIVOS DE LAS CLASIFICACIONES DE LA MASA
ROCOSA
• Identificar los parámetros más significativos que influyen en el
comportamiento de la masa rocosa.
• Dividir una formación rocosa en grupos de similar comportamiento, es
decir, clases de masas rocosas de diferentes calidades.
• Proporcionar una base para el entendimiento de las características de
cada clase de masa rocosa.
• Relacionar la experiencia de las condiciones de la roca de un lugar a
las condiciones y experiencia encontradas en otros lugares.
• Obtener datos cuantitativos y guías para el diseño de ingeniería.
PRESIÓN MINERA
COMO SE MANIFIESTA?. La presión se manifiesta como un
fenómeno visible al minero a través de fracturas, desprendimiento de
bloques, etc., genera los esfuerzos.
PORQUE MODELAR?. Transformar el fenómeno natural en un
modelo grafico, determina la forma y posición del área posible a
desprenderse, permite visualizar la bóveda de carga.
PARA QUE DETERMINAR?. Diseñar y calcular el sostenimiento,
determinar el esfuerzo generado por el túnel, relacionar la magnitud del
esfuerzo con el efecto e incidencia en la desestabilización de la labor
minera.
METODOLOGIA. Proceso de recopilación de información de campo,
seguimiento de la evolución de la estabilidad de túneles en minas.
CLASIFICACION DE TERZAGHI
Lauffer (1958) propuso que el tiempo de auto-sostenimiento para una
abertura sin sostenimiento está relacionado a la calidad de la masa
rocosa en la cual la abertura es excavada.
La importancia del concepto del tiempo de auto-sostenimiento radica en
que un incremento en la abertura de la excavación conduce a una
reducción importante del tiempo disponible para la instalación del
sostenimiento.
El Nuevo Método Austriaco de Tunelería incluye un número de técnicas
para una tunelería segura en condiciones de rocas blandas o
excesivamente fracturadas, en las cuales el tiempo de auto-
sostenimiento es limitado antes de que ocurra la falla.
CLASIFICACIONES QUE INVOLUCRAN EL
TIEMPO DE AUTO-SOSTENIMIENTO
CLASIFICACIÓN GEOMECÁNICA DE
PROTODYAKONOV
Permite calcular la carga que ejerce el terreno sobre
el sostenimiento del túnel en función de dos factores,
únicamente:
El ancho del túnel (B)
El coeficiente de resistencia (f)
INDICE DE CALIDAD DE LA ROCA
(RQD)
1. EJEMPLO DE CALCULO
COMPARACION DEL RQD Y EL SOSTENIMIENTO
PARA TUNELES CON UN ANCHO DE 6 m.
Muchos de los casos históricos, utilizados en el desarrollo de
este sistema, fueron túneles relativamente pequeños sostenidos
por medio de cimbras metálicas y a pesar de ésta limitación,
merece ser examinado en cierto detalle, ya que demuestra la
lógica involucrada en el desarrollo de un sistema de clasificación
del macizo rocoso cuasi-cuantitativo y la utilización del índice
resultante para estimar el sostenimiento.
VALORACIÓN DE LA ESTRUCTURA ROCOSA
(RSR)
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Sobre la base de una evaluación de un gran número de casos históricos de
excavaciones subterráneas, Barton et.al., del Instituto Geotécnico de
Noruega, propusieron un Indice de Calidad Tunelera (Q) para la
determinación de las características de la masa rocosa y de los
requerimientos de sostenimiento de los túneles. El valor numérico de este
índice Q varia sobre una escala logarítmica desde 0.001 hasta un máximo de
1,000 y está definido por:
Donde:
RQD es la Designación de la Calidad de la Roca
Jn es el número de sistemas de juntas
Jr es el número de rugosidad de las juntas
Ja es el número de alteración de las juntas
Jw es el factor de reducción de agua en las juntas
SRF es el factor de reducción de los esfuerzos
INDICE DE CALIDAD TUNELERA DE LA ROCA, Q
SRF
Jwx
Ja
Jrx
Jn
RQDQ
Relacionando el valor del índice Q a la estabilidad y a los requerimientos de
sostenimiento de excavaciones subterráneas, Barton et.al. definieron un
parámetro adicional al que lo denominaron Dimensión Equivalente De de la
excavación:
El valor de ESR está relacionado al uso que se le dará a la excavación y al grado
de seguridad que esta demande del sistema de sostenimiento instalado para
mantener la estabilidad de la excavación. Barton et.al. Y Grimstad (1994) han
actualizado los siguientes valores:
ESRexcavaciónladentosostenimiedeRelación
mexcavaciónladealturaodiámetroAnchoDe
,
La longitud L de los pernos de roca puede ser estimada a partir del ancho
de la excavación B y la Relación de Sostenimiento de la Excavación ESR:
Basado en el análisis de casos registrados, Grimstad y Barton (1993)
sugirieron que la relación entre el valor de Q y la presión del
sostenimiento permanente Ptecho es estimada a partir de:
LAUBSCHER ET.AL. (1977): RMR DE
BIENIAWSKI MODIFICADA PARA LA MINERÍA,
MRMR (MINING ROCK MASS RATING).
La clasificación geomecánica de Laubscher es una modificación de la de Bieniawski (1976) y está basada en experiencias en explotaciones mineras, generalmente en roca dura y a profundidades elevadas, donde las tensiones naturales e inducidas por la explotación juegan un importante papel.
MRMR (LAUBSCHER – 1990)
AJUSTES DEL RMRLB PARA CALCULAR EL MRMR
RESISTENCIA DEL MACIZO ROCOSO (RMS)
BAJO COMPRESION UNIAXIAL
RESISTENCIA DE DISEÑO DEL MACIZO ROCOSO
(DRMS)
Es la resistencia del MR no confinado en un
ambiente minero especifico.
Para los ajustes relacionados con el ambiente
minero, se aplica la RMS a fin de obtener DRMS.
REQUERIMIENTO DE
SOSTENIMIENTO a) PARA
TENSIONES MAXIMAS
REQUERIMIENTO DE
SOSTENIMIENTO b)
DIFERENCIA DE TENSIONES
GUIA DE
SOSTENIMIENTO
DISEÑO DEL SOSTENIMIENTO
Según Laubscher:
Donde:
L: longitud del perno;
B: ancho libre de la labor
minera;
F: factor empírico, que
depende de la calidad
geomecánica de la roca.
USO DEL ROCK MASS INDEX (RMI) EN LA
EVALUACION DEL DIMENSIONAMIENTO
DEL SOSTENIMIENTO
La inestabilidad del macizo rocoso que rodea una excavación
puede agruparse en tres grupos (Palmstrom, 1995):
1. Roturas en bloques,
2. Roturas inducidas por sobretensiones,
3. Inestabilidad en fallas y zonas de debilidades.
En este criterio, para definir la estructura de la masa rocosa, se
considera por un lado el grado de fracturamiento o la cantidad de
fracturas (discontinuidades) por metro lineal, según esto, se
toman en cuenta las siguientes cinco categorías de
fracturamiento:
1. Masiva o Levemente Fracturada (LF)
2. Moderadamente Fracturada (F)
3. Muy Fracturada (MF)
4. Intensamente Fracturada (IF)
5. Triturada o brechada (T)
EL INDICE DE RESISTENCIA GEOLÓGICA GSI
HOEK Y MARINOS (2000)
