SOSTENIMIENTO DE MINAS
MSc. ING. NANCY MORENO CHACON I SEMESTRE 2014
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 2
DESARROLLO HISTÓRICO DE LA CARACTERIZACIÓN DEL MACIZO ROCOSO
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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.
Austria
Modificación del criterio de Lauffer y que actualmente forma parte de la propuesta general de tunelería.
USA
Para proveer un estimado cuantitativo de la calidad de la masa rocosa, a partir de los testigos de la perforación diamantina.
3. NATM
4. RQD
Pacher, 1964
Deere, 1967
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
CLASIFICACIONES QUE INVOLUCRAN EL TIEMPO DE AUTO-SOSTENIMIENTO 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 autosostenimiento es limitado antes de que ocurra la falla.
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.
VALORACIÓN DE LA ESTRUCTURA ROCOSA (RSR) 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.
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INDICE DE CALIDAD TUNELERA DE LA ROCA, Q 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: RQD Jr Jw Q x x Jn Ja SRF 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
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: Ancho , diámetro o altura de la excavación m De
Relación de sostenimiento de la excavación ESR
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:
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.
EL INDICE DE RESISTENCIA GEOLÓGICA GSI HOEK Y MARINOS (2000) En este criterio, para definir la estructura de la masa rocosa, considera por un lado el grado de fracturamiento o la cantidad fracturas (discontinuidades) por metro lineal, según esto, toman en cuenta las siguientes cinco categorías fracturamiento: 1. 2. 3. 4. 5.
Masiva o Levemente Fracturada (LF) Moderadamente Fracturada (F) Muy Fracturada (MF) Intensamente Fracturada (IF) Triturada o brechada (T)
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