CURSO: MECANICA DE ROCAS
CONCEPTOS FUNDAMENTALES EN GEOMECÁNICA Y ROCAS
Ing. Gerardo ZAPANA RONDON. MAYO 2013 Puno - Perú
PROFESOR ING. GERARDO ZAPANA RONDON Ingeniero de Minas – UNA PUNO Ingeniero Civil – UJCM. Est. de Maestría: UNA-PUNO. Esp. Geotecnia y Geotécnica Consultor de Estudios y Obras Civiles .
PRESENTACIÓN DE POST GRADUADOS Nombres. Universidad de procedencia. Profesión y Centro de trabajo. Expectativa de la Maestría y del Curso.
OBJETIVOS • Preparar y formar profesionales altamente capacitados en Geotecnia, Geomecánica, Mecánica de rocas y Mecánica de suelos para el desarrollo y la ejecución de proyectos de exploración, caracterización, planeación, construcción de labores subterráneas y superficiales así como obras civiles y mineros. • Profundizar el conocimiento en temas relacionados con el diseño, evaluación, y la construcción de proyectos en Ingeniería Civil y Minero. • Desarrollar habilidades de investigación a través de la elaboración de proyectos diversos relacionados a la geotecnia y Geomecánica. • Estimular el desarrollo y la implementación de nuevas tecnologías para la solución de problemas regionales y Nacionales
CONCEPTOS FUNDAMENTALES • Geotecnia. • Geomecánica. MECÁNICA DE SUELOS - MECÁNICA DE ROCAS - INGENIERÍA GEOLÓGICA
Estudio de Geo-materiales, obras de ingeniería
ROCAS: GEOMECÁNICA Y EL REGLAMENTO DE SEGURIDAD Y SALUD OCUPACIONAL (D.S N° 055-2010-EM) (Artículo 33º) Se deberá realizar los estudios sobre: geología, geomecánica, estabilidad de taludes, parámetros de diseño, técnicas de explosivos y voladuras, transporte, botaderos, sostenimiento, ventilación y, relleno, y elaborar e implementar sus respectivos reglamentos internos de trabajo, estándares y PETS para cada uno de los procesos de la actividad minera que desarrollan, poniendo énfasis en las labores de alto riesgo. Los estudios deberán estar en base a los principios geomecánicos debidamente sustentados: - Caracterización de la masa rocosa, a través de levantamiento litológico – estructural. - Caracterización del comportamiento mecánico de la masa rocosa y sus componentes; a través de: Ensayos de laboratorio (determinación de Propiedades Físicas y Propiedades Mecánicas de la roca y mineral. Ensayos In-situ (Índice de la calidad de la roca: RQD) - Clasificación geomecánica del masa rocosa. - Zonificación de la masa rocosa
GEOMECÁNICA Y EL REGLAMENTO DE SEGURIDAD Y SALUD OCUPACIONAL (D.S N° 055-2010-EM) (Art. 209º). Cuando en el avance de labores mineras horizontales, inclinadas o verticales y en las demás labores mineras, se encuentre rocas incompetentes, se procederá a su sostenimiento inmediato antes de continuar las perforaciones en el frente de avance, aplicando el principio de “labor avanzada, labor sostenida”. El titular minero establecerá el mínimo estándar de sostenimiento sistematizado que se adecue a las características de dichas rocas incompetentes. (Art. 226º). En las labores mineras que permanezcan abiertas tales como: crucero, galería, cortada, rampa, túnel y tajeos, se podrá utilizar como elemento de sostenimiento el lanzamiento de hormigón, manteniendo las características técnicas de resistencia a la compresión simple, a la tracción, a la flexo-tracción y a la adhesión. Dicho tipo de sostenimiento puede ser combinado con pernos de roca, mallas, fibras, barras ranuradas de fricción, entre otros, teniendo en consideración mecánica de las rocas
La incompetencia de la masa rocosa se manifiesta después de alterar las condiciones de equilibrio como consecuencia de las labores mineras, siendo necesaria su control. Para mantener las condiciones de equilibrio se utiliza diferentes tipos de sostenimiento. a.- Sistema de pernos: d.- Concreto lanzado b.- Sistema de cables e.- Cimbras metálicas c.- Malla metálica f.- Sostenimiento con madera
GEOTECNIA -GEOMECÁNICA • La Geomecánica es la disciplina que estudia las propiedades y características mecánicas de los materiales geológicos que conforman las rocas de formación. • Se basa en los conceptos y teorías de la mecánica de rocas y mecánica de los suelos, que relacionan el comportamiento o respuesta de la roca frente a disturbios o cambios de esfuerzo inducidos, los cuales para estudios de ingeniería son considerados como inducidos por el hombre
CONSIDERACIONES
• La Geomecánica es una rama interdisciplinaria, con aplicaciones en geología, geofísica, minas, petróleo e ingeniería civil. Se encuentra relacionada con el recobro y desarrollo de energía, construcción y transporte, predicción de terremotos, y muchas otras actividades de gran importancia.
CONSIDERACIONES • En la Geotecnia se integran las técnica de Ingeniería del terreno aplicadas a las cimentaciones, refuerzo, sostenimiento, mejora y excavaciones del terreno y las citadas disciplinas de mecánica de suelos, mecánica de rocas e Ingeniería Geológica.
Conceptualización de la Geomecánica y Rocas actualmente. Hoy en día la geomecánica juega un rol muy importante en la ingeniería minera e ingeniería civil; particularmente constituye la base científica de la ingeniería minera, ya que a diferencia de la ingeniería civil, tiene sus propias peculiaridades, guiados por el concepto “vida de la operación”. La caracterización geomecánica del macizo rocoso será vital para las operaciones unitarias a emplearse durante el minado. La aplicabilidad de la Geomecánica beneficia el aspecto de la seguridad minera, ya que la aplicación de esta ciencia, garantiza el análisis adecuado para el control de estabilidad de las excavaciones subterráneas y superficiales. Todo Diseño Minero y/o Civil debe tomar el factor geomecánico como herramienta clave para un diseño correcto. Las operaciones laborares subterráneas y superficiales deberán tomar el factor geomecánico como base para sus diseños respectivos.
IMPORTANCIA DE LA INGENIERÍA GEOLÓGICA
Perdidas económicas por riesgos geológicos en España
PROBLEMAS DE LA GEOMECÁNICA EN LA MINERÍA
CONSIDERACIONES
Falta o insuficiente estudios geotécnicos
Deficiente en el modelo del comportamiento geomecánico
FACTORES GEOLÓGICOS Y PROBLEMAS GEOTÉCNICOS • En las figura y cuadros siguientes se aprecian las posibles influencias de la Tiflología y la estructura geológica sobre el comportamiento Geotécnico de los materiales rocosos y suelos así como la influencia del agua
Rotura de Taludes en Minería
Asientos de cementaciones
Subsidencia de los suelos
Falla Normal
Pliegues
Erosión y escarvamiento
Alteración de Materiales
Sismicidad - terremoto
Erupción de Volcán
Aplicaciones en ingeniería geologica • La ingeniería geológica tiene sus fundamentos en la geología y el comportamiento mecánica de los suelos y rocas. Para el desarrollo completo deben definirse tres tipos de modelos. • Modelo geológico. • Modelo Geomecánico. • Modelo Geotécnico de comportamiento
Metodología para su aplicación: La metodología que intenta proveer una base para el diseño o dimensionamiento geomecánico de excavaciones o estructuras rocosas, comprenden aspectos involucrados en tres tipos de modelos; el geológico, el geomecánico y el matemático, conforme al siguiente esquema. SECUENCIAL
Modelo Geológico
Modelo Geomecánico
Modelo Matemático
La metodología se ejecutará en forma secuencial no evadiendo ningún modelo para llegar a la conclusión definitiva para el proyecto
APLICACIONES DE LA GEOMECANICA EN INGENIERÍA Metalurgia
Estructuras y Construcción
Hidráulica
Ing.Minas
Ing.Civil
Transporte
Geotécnica
Geotecnia Minera Aplicada
Ambiental e Hidrogeología
Geología
Petrología
Operaciones Mineras
Estructural y Tectónica Minería y Energía
Paleontología
MECÁNICA DE SUELOS INTRODUCCIÓN La mecánica de suelos se interesa por:
- La conducta y el comportamiento del suelo como material de construcción . -Como soporte para obras de ingeniería. El Ingeniero de Geotecnia se interesa por la obtención de: Alteradas
- Muestras representativas Inalteradas - Ensayos de laboratorio.- identificación, propiedades índice y propiedades mecánicas.
Al ingeniero le interesa la predicción de las características de carga – deformación de rellenos naturales o compactados, situados debajo de cualquier estructura. - Interesa saber también como influye los efectos del agua en la conducta del suelo y el movimiento de la misma a través de la masa de suelo.
La ciencia de la Mecánica de Suelos se interesa por: - La estabilidad del suelo. - Por su deformación. - Por el flujo del agua, hacia adentro, hacia fuera y a través de la masa del suelo y - Con el riesgo asociado de que resulte económicamente tolerable. El ingeniero Civil, de medio ambiente, de transportes, de estructuras y geotécnica está íntimamente involucrado con los conceptos de la mecánica de suelos (relacionados con la conducta del suelo)
DESARROLLO HISTÓRICO DE LA MECÁNICA DE SUELOS El comienzo de la mecánica de suelos como ciencia de la ingeniería empezó con la publicación de ERDBAUMECHANICK, AUFBODENPHYSIKALISCHER, GRUNDLAGE de KARL TERZAGHI (el primer texto de mecánica de suelos) en Alemania 1925. Debido a sus publicaciones y artículos técnicos en un número de 250, Terzaghi, con frecuencia es llamado como el “Padre de la Mecánica de los suelos”.
FUENTES DE INFORMACION PARA LOS INGENIEROS DE GEOTECNIA -
Journal of Geotechnial engineering Division Asce. Canadian Geotechnial Journal. Geotechnique (Reino Unido) Solis and Foundations Proceedinas of regional Soll Conferences. Publicaciones del transportation Research Board
MECÁNICA DE ROCAS • La temática de la ingeniería de mecánica de rocas, como una práctica aplicada a la ingeniería de minas, y obras civiles es concerniente a las aplicaciones de los principios de la ingeniería mecánica al diseño de las estructuras de roca generadas por la actividad minera.
MECANICA DE ROCAS • Una amplia definición de la mecánica de rocas es la que ofreció el US National Comite on Rock Mechanics en 1964 y subsecuentemente modificada en 1974: • La mecánica de rocas es la ciencia teórica y práctica del comportamiento mecánico de las rocas y de los macizos rocosos; es la rama de la mecánica referente a la respuesta de la roca y del macizo rocoso a los campos de fuerza de su ambiente físico.
MECANICA DE ROCAS • La mecánica de rocas forma parte de la amplia temática de la geomecánica que se enfoca a la respuesta mecánica de todos los materiales geológicos, incluyendo los suelos. • La Australian Geomechanics Society, define a la geomecánica como “la aplicación de principios geológicos y de ingeniería al comportamiento de los suelos, del agua subterránea y al uso de estos principios a la ingeniería civil, ingeniería de minas, ingeniería de costas e ingeniería ambiental en el sentido más amplio”
MECANICA DE ROCAS • Esta definición de geomecánica es casi sinónimo del termino ingeniería geotécnica, la cual es definida como “la aplicación de la ciencia de mecánica de suelos, mecánica de rocas, ingeniería geológica y de otras disciplinas relacionadas a la construcción en ingeniería civil, las industrias de extracción y a la preservación y mejora del ambiente”
APLICACIONES DE LA GEOMECANICA EN MINERIA
1. En Minería Subterránea – Diseño en el Plan de Minado – Sostenimiento de labores subterráneas;etc 2. En Minería Superficial – Diseño de los Tajos – Diseño de desmonteras; etc. 3. En Plantas de Beneficio - Relaveras - PADs de Lixiviación
APLICACIONES EN EL MINADO SUBTERRANEO Y TUNELES El principio fundamental de la mecánica de rocas, es que este pueda cuantificar el macizo rocoso. -Diseño de Aberturas Permanentes
-Ubicación de pique de servicio y ventilación. -Ubicación y dimensionamiento de los túneles principales. -Especificación del sostenimiento, etc..
Diseño del Esquema y Secuencia de Minado •Dimensionamiento de tajeos y pilares. •Establecimiento de la dirección promedio de avance. •Establecimiento de la secuencia de extracción de tajeos y recuperación de pilares.
•Especificar resistencia de cualquier tipo de relleno. Diseño de Sistema de Extracción
•Asegurar rendimiento de la masa rocosa involucrada en los puntos de carguío. •Anticipar ocurrencia de problemas de inestabilidad.
APLICACIONES EN EL MINADO DE CIELO ABIERTO
La estabilidad de taludes en minas de cielo abierto, juega un rol importante en el planeamiento y diseño de una mina, durante la operación de la misma y en los casos de fallas de los taludes siempre compatibilizando los siguientes requerimientos básicos: la economía y la seguridad.
• Estabilidad de taludes en el planeamiento y diseño de
una mina.
• Estabilidad de taludes durante la vida de operación de la mina. • Aspectos de falla de taludes en minas de cielo abierto. • Aspectos de control instrumental en la estabilidad de taludes.
TALUDES Y LADERAS ZANJA DE CORONACION CABEZA PENDIENTE m
NIVEL FREATICO 1
ALTURA DEL NIVEL FREATICO
1
ALTURA
PIE DE TALUD
TALUD ARTIFICIAL
Estabilidad de taludes en la ingeniería de minas La mecánica de rocas es más complicada que la mecánica de suelos por las siguientes razones • Los materiales rocosos son heterogéneo y normalmente anisótropos. • Los parámetros de resistencia relacionados a los macizos rocosos son infinitamente variables y difíciles, si no es que imposibles de determinar precisamente. • Los modelos y teorías generalizadas del comportamiento de las rocas son muy complejos, así como las matemáticas que lo envuelven. • Las condiciones de campo son extremadamente difíciles y a menudo imposibles de duplicar en un laboratorio. • El muestreo en campo es por lo general complicado y el consumo de tiempo y dinero son altos.
CLIMA
FACTORES CONDICIONANTES PARA LA INESTABILIDAD DE TALUDES
objetivos comunes de la mecánica de rocas para una buena ejecución de la estructura del minado • Asegurar la estabilidad total de la estructura completa de la mina, definida por los rebajes y los huecos minados, mineral por minar y la roca estéril adyacente; • Proteger las obras principales de servicio de principio a fin según la vida útil con la cual se diseño. • Proveer de accesos seguros a lugares de trabajo seguros, tanto en las zonas de producción y como en sus alrededores. • Preservar las condiciones de minado para las reservas sin minar.
Mecánica de rocas en ingeniería civil ingeniería civil utiliza muchos principios de la mecánica de suelos, sus aplicaciones son: • Cimentaciones, construcciones o desplantes de presas. • Cortes en caminos. • Corte y recubrimientos en túneles. • Canales de irrigación. • Presas de jales. • Pads de lixiviación. • Botaderos
