Apuntes de Geomecanica i

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    14-Dec-2015

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Para mineria Subterranea

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<ul><li><p>1 </p><p>MANUAL </p><p>RECONOCIMIENTO Y SOSTENIMIENTO DE LA ROCA, EN LABORES MINERAS SUBTERRANEAS </p></li><li><p>2 </p><p>INDICE Pg. Introduccin 04 Objetivos generales y especficos 05 Capitulo I 05 1.0 Caractersticas de la roca 05 2.0 Discontinuidades de la Masa Rocosa 07 3.0 Otros rasgos geolgicos importantes 11 4.0 Propiedades de las Discontinuidades 12 5.0 La Meteorizacin y la Alteracin 17 5.1 Meteorizacin 17 5.2 Alteracin 18 6.0 Caracterizacin de la Masa Rocosa 18 7.0 Condiciones de la Masa Rocosa 19 7.1 Criterios segn la Resistencia de la Roca 20 7.2 Criterios segn las Caractersticas del Fracturamiento 20 7.3 Criterios segn las Condiciones de las Paredes de las Discontinuidades 23 7.4 Condiciones Geomecnicas 24 7.5 Otros Factores a tenerse en cuenta 24 8.0 Clasificacin Geomecnica de la Masa 25 8.1 El Criterio RMR de Bieniawski 25 8.2 El ndice de Resistencia Geolgica GSI de Hoek y Marinos 28 8.3 Zonificacin Geomecnica de las labores mineras 31 Capitulo II 31 1 Pernos de roca 31 1.1 Generalidades 31 1.2 Efectos a considerar 32 1.2.1. Efecto de cua 32 1.2.2. Efecto de viga 33 1.2.3. Efecto columna 33 1.2.4. Efecto arco 34 2 Tipos de pernos 35 2.1 Tcnicas de anclaje de pernos 35 2.2 Pernos de anclaje mecnico 35 2.2.1. Descripcin 35 2.2.2. Factores a considerar 37 2.2.3. Procedimientos de instalacin 37 </p></li><li><p>3 </p><p> 2.3 Pernos de varilla cementados o con resina 38 2.3.1. Descripcin 38 2.3.2. Factores a considerar 39 2.3.3. Procedimientos de instalacin 42 2.4 Pernos Split Set 44 2.4.1. Descripcin 44 2.4.2. Factores a considerar 46 2.4.3. Procedimientos de instalacin 46 2.5 Swellex 47 2.5.1. Descripcin 47 2.5.2. Factores a considerar 49 2.5.3. Procedimientos de instalacin 49 2.6 Mtodos de Control 50 2.6.1. En la Instalacin 50 2.6.2. Despus de la instalacin 52 3. Concreto Lanzado (Shotcrete) 52 3.1 Generalidades 52 3.2 Materiales y componentes del shotcrete y sus mezclas 53 3.2.1. Cemento 53 3.2.2. Aditivos usados 54 3.2.3 Elementos de refuerzo 55 3.2.4 Mezclas 55 3.3 Principios del shotcrete en el sostenimiento 56 3.3.1. Sostenimiento de excavaciones rocosas 56 3.3.2. Otras aplicaciones 56 3.3.3. Correcto e Incorrecto 60 3.3.4. Consideraciones Varias 62 3.3.4.1 Rebote 62 3.3.4.2 Espesor de la Aplicacin 62 3.3.4.3 Curado 63 3.3.4.4 Presin del Aire 63 3.3.4.5 Control de Calidad 63 Conclusiones 67 Recomendaciones 69 Bibliografa 70 </p></li><li><p>4 </p><p>INTRODUCCIN </p><p>Dependiendo de sus caractersticas y condiciones, la roca puede variar de una mina a otra, como tambin de rea en rea dentro de una misma mina. Con el paso del tiempo las labores mineras crecen tanto en longitud como en profundidad, desarrollndose as diferentes problemas de inestabilidad en la roca. </p><p>A fin de organizar y mantener una adecuada estrategia de control de la estabilidad de la roca en las labores mineras, el personal de una mina debe estar familiarizado con las caractersticas y condiciones de la roca propias de su mina. En tal sentido, este manual va a ayudar al personal a hacer del ambiente subterrneo un lugar de trabajo ms seguro. Cuando el personal de la mina sea capaz de conocer la roca, va a tener una mayor capacidad para identificar los peligros potenciales que podran causar accidentes. </p><p>Conocer la roca tambin permite tomar decisiones correctas sobre diferentes aspectos relacionados con las labores mineras, entre otras, se puede establecer la direccin en la cual se deben avanzar las excavaciones, el tamao de las mismas, el tiempo de exposicin abierta de la excavacin, el tipo de sostenimiento a utilizar y el momento en que ste debe ser instalado. </p><p>Tipos de roca alrededor de excavacin subterrnea </p><p>ROCA INTACTA </p><p> UNA DISCONTINUIDAD </p><p> DOS DISCONTINUIDADES </p><p> MUCHAS DISCONTINUIDADES </p><p> MACIZO ROCOSO </p></li><li><p>5 </p><p>OBJETIVO GENERAL </p><p>Si bien es cierto que existe personal especializado en Mecnica de Rocas, no es menos cierto que en la medida que el personal de faenas mineras subterrneas se familiarice con las condiciones y caractersticas del macizo rocoso se puede lograr un mejoramiento de los estndares de control de modo que los trabajos especficos de las operaciones de control a la cada de rocas sean ejecutados de manera segura y eficiente. </p><p>OBJETIVO ESPECIFICO </p><p>El conocimiento de las caractersticas y condiciones de la roca en faenas mineras subterrneas ayudar al personal minero a: </p><p>1. Comprender los conceptos y definiciones del macizo rocoso con el propsito que se entienda la problemtica de la cada de rocas. </p><p>2. Valorizar la planificacin de los trabajos operacionales en el desarrollo de labores subterrneas </p><p>3. Que la tcnica de observacin sea una herramienta eficaz y permanente de control de las condiciones y caractersticas de la roca. </p><p>4. Que todo el personal comprenda y aplique las tcnicas de fortificacin diseadas por ingenieros geomecnicos y entregadas en los manuales de procedimientos correspondientes. </p></li><li><p>6 </p><p>CAPITULO I </p><p>1 CARACTERSTICAS DE LA ROCA </p><p>La roca es un conjunto de sustancias minerales que conforman una masa consistente, constituyente de la corteza terrestre. </p><p>Segn su origen, las rocas pueden ser gneas, sedimentarias y metamrficas. </p><p>Rocas gneas, son aquellas que han sido formadas por la consolidacin del magma. </p><p>Rocas sedimentarias, formadas por la deposicin de sedimentos. </p><p>Rocas metamrficas, formadas por procesos de altas presiones y temperaturas. </p><p>La roca difiere de la mayora de otros materiales utilizados en la ingeniera. sta tiene discontinuidades (fracturas) de diferentes tipos, que hacen que su estructura sea discontinua. Adems, debido a los procesos geolgicos que la han afectado entre el tiempo de su formacin y la condicin en la cual la encontramos en la actualidad, presenta heterogeneidades y propiedades variables. Todas estas caractersticas requieren ser evaluadas en forma permanente durante el laboreo minero. </p><p>Primero es necesario distinguir lo que es el material rocoso o denominado tambin roca intacta y lo que es la masa rocosa o tambin denominada macizo rocoso. </p><p>Roca intacta, es el bloque ubicado entre las discontinuidades y podra ser representada por una muestra de mano o trozo de testigo que se utiliza para ensayos de laboratorio. </p><p>Roca intacta </p></li><li><p>7 </p><p>Masa rocosa, es el medio in-situ que contiene diferentes tipos de discontinuidades como diaclasas, estratos, fallas y otros rasgos estructurales. </p><p>Masa rocosa </p><p>Dependiendo de cmo se presenten estas discontinuidades o rasgos estructurales dentro de la masa rocosa, sta tendr un determinado comportamiento frente a las operaciones de minera. </p><p>2 DISCONTINUIDADES DE LA MASA ROCOSA </p><p>Los principales tipos de discontinuidades presentes en la masa rocosa son: </p><p>Planos de estratificacin, dividen en capas o estratos a las rocas sedimentarias. </p></li><li><p>8 </p><p>Roca sedimentaria </p><p>Fallas, son fracturas que han tenido desplazamiento. stas son estructuras menores que se presentan en reas locales de la mina o estructuras muy importantes que pueden atravesar toda la mina. </p><p>Zonas de corte, son bandas de material que pueden ser de varios metros de espesor, en donde ha ocurrido fallamiento de la roca. </p><p>Zona de corte </p></li><li><p>9 </p><p>Diaclasas, tambin denominadas juntas, son fracturas que no han tenido desplazamiento y las que ms comnmente se presentan en la masa rocosa. </p><p>Diaclasas o juntas </p><p>Planos de foliacin o esquistosidad, se forman entre las capas de las rocas metamrficas dando la apariencia de hojas o lminas. </p><p>Planos de foliacin </p></li><li><p>10 </p><p>Contactos litolgicos, que comnmente forman, por ejemplo, la caja techo y caja piso de una veta. </p><p>Zona de contacto </p><p>Vetillas, son rellenos de las fracturas con otros materiales. </p><p>Vetillas </p></li><li><p>11 </p><p>3 OTROS RASGOS GEOLGICOS IMPORTANTES </p><p>Existen otros rasgos geolgicos importantes que deben ser tomados en cuenta, como: </p><p>Pliegues, son estructuras en las cuales los estratos se presentan curvados. </p><p>Pliegues </p><p>Diques, son intrusiones de roca gnea de forma tabular, que se presentan generalmente empinadas o verticales. </p><p>Dique </p></li><li><p>12 </p><p>Chimeneas o cuellos volcnicos, son intrusiones que han dado origen a los conos volcnicos. </p><p>Chimenea volcnica </p><p>4 PROPIEDADES DE LAS DISCONTINUIDADES </p><p>Todas las discontinuidades presentan propiedades geomecnicas importantes que las caracterizan y que influyen en el comportamiento de la masa rocosa. Estas propiedades son principalmente: </p><p>Orientacin, es la posicin de la discontinuidad en el espacio y comnmente es descrita por su direccin de manteo (Dip-Direction) y manteo (Dip) propiamente tal. Cuando un grupo de discontinuidades se presentan con similar orientacin o en otras palabras son aproximadamente paralelas, se dice que stas forman un sistema o una familia de discontinuidades. </p><p>Orientacin de diaclasas </p></li><li><p>13 </p><p>Espaciamiento, es la distancia perpendicular entre discontinuidades adyacentes. ste determina el tamao de los bloques de roca intacta. Cuanto menos espaciamiento tengan, los bloques sern ms pequeos y cuanto ms espaciamiento tengan, los bloques sern ms grandes. </p><p>Persistencia, es la extensin en rea o tamao de una discontinuidad. Cuanto menor sea la persistencia, la masa rocosa ser ms estable y cuanto mayor sea sta, ser menos estable. </p></li><li><p>14 </p><p>Rugosidad, es la aspereza o irregularidad de la superficie de la discontinuidad. Cuanto menor rugosidad tenga una discontinuidad, la masa rocosa ser menos competente y cuanto mayor sea sta, la masa rocosa ser ms competente. </p><p>Apertura, es la separacin entre las paredes rocosas de una discontinuidad o el grado de abertura que sta presenta. A menor abertura, las condiciones de la masa rocosa sern mejores y a mayor abertura, las condiciones sern ms desfavorables. </p></li><li><p>15 </p><p>Relleno, son los materiales que se encuentran dentro de la discontinuidad. Cuando los materiales son suaves, la masa rocosa es menos competente y cuando stos son ms duros, sta es ms competente. </p></li><li><p>16 </p><p>Representacin espacial de sistemas de discontinuidades </p><p>5 METEORIZACIN Y LA ALTERACIN </p><p>Entre los procesos geolgicos que ms influyen en las condiciones de resistencia de la roca y que estn presentes en todos los yacimientos metlicos, hay dos factores importantes: la meteorizacin y alteracin. </p><p>5.1 METEORIZACION </p><p>Denominada tambin intemperizacin, est relacionada con la modificacin que sufre la superficie de la roca o en sus proximidades, debido a la accin de agentes atmosfricos. El grado de la meteorizacin depender de las condiciones climatolgicas, morfolgicas y la composicin de la masa rocosa. </p><p>La meteorizacin se divide en meteorizacin fsica, qumica y biolgica. </p><p>Meteorizacin fsica, como consecuencia de sta, la apertura de las discontinuidades aumenta o pueden formarse nuevas fracturas por el relajamiento de la roca. </p><p>Meteorizacin qumica, origina la decoloracin de la roca hasta la descomposicin de la misma. </p><p>Meteorizacin biolgica, est regida por la presencia y actividad de los seres vivos. </p></li><li><p>17 </p><p>Masa rocosa meteorizada </p><p>5.2 ALTERACION </p><p>La alteracin de la roca o alteracin hidrotermal, se produce por la ascensin de fluidos o gases magmticos a altas temperaturas a travs de fracturas o zonas de falla. stos afectan a los rellenos de las zonas de falla y sus cajas, originando rellenos, que modifican las condiciones del macizo rocoso en los cuales se emplazan. </p><p>Algunos tipos de alteracin, como la silicificacin y en menor grado la calcificacin, mejoran las caractersticas de la masa rocosa, incluyendo las zonas de falla. Otros, como la propilitizacin, disminuyen levemente las condiciones debido a la presencia de cloritas en las paredes de las fracturas. La sericitizacin y la argilitizacin (aumento de minerales arcillosos) son las alteraciones ms desfavorables para los macizos rocosos donde se emplazan. </p></li><li><p>6 CARACTERIZACIN DE LA MASA ROCOSA </p><p>Para conocer la masa rocosa, hay necesidad de observar en el techo y las paredes de las labores mineras, las diferentes propiedades de las discontinuidades. A partir de estas observaciones se podrn sacar conclusiones sobre las condiciones geomecnicas de la masa rocosa. </p><p>Debido a la variacin de las caractersticas de la masa rocosa, el supervisor deber realizar en forma permanente una evaluacin de las condiciones geomecnicas, conforme avanzan las labores, tanto en desarrollo como en explotacin, utilizando el presente manual como una herramienta de apoyo para la clasificacin de la masa rocosa. </p><p>En situaciones especiales, el supervisor deber realizar un mapeo sistemtico de las discontinuidades, denominado mapeo geomecnico, utilizando mtodos como el registro lineal, para lo cual debe extender una cinta mtrica en la pared rocosa e ir registrando todos los datos referidos a las propiedades de las discontinuidades, teniendo cuidado de no incluir en ellos las fracturas producidas por la voladura. Los datos se irn registrando en formatos elaborados para este fin, luego sern procesados y presentados en los planos de las labores mineras. </p><p>Mapeo geomecnico </p></li><li><p>7 CONDICIONES DE LA MASA ROCOSA </p><p>De acuerdo a cmo se presenten las caractersticas de la masa rocosa, sta tendr un determinado comportamiento al ser excavada. </p><p>Si la roca intacta es dura o resistente y las discontinuidades tienen propiedades favorables, la masa rocosa ser competente y presentar condiciones favorables cuando sea excavada. Si la roca intacta es dbil o de baja resistencia y las discontinuidades presentan propiedades desfavorables, la masa rocosa ser incompetente y presentar condiciones desfavorables cuando sea excavada. </p><p>Habr situaciones intermedias entre los extremos antes mencionados donde la roca tendr condiciones regulares cuando sea excavada. </p><p>Existen criterios para poder clasificar la masa rocosa, stos estn basados en la experiencia ganada en la ejecucin de excavaciones en roca. </p><p>7.1 CRITERIOS SEGN LA RESISTENCIA DE LA ROCA </p><p>Considerando la resistencia de la roca a romperse o astillarse con golpes de martillo geolgico, la gua prctica de clasificacin de la roca es la siguiente: </p></li><li><p>7.2 CRITERIOS SEGN LAS CARACTERISTICAS DEL FRACTURAMIENTO </p><p>Para clasificar la masa rocosa tomando en cuenta las caractersticas del fracturamiento (o grado de presencia de las discontinuidades), se mide a lo largo de una longitud adecuada cuantas fracturas se presentan, segn esto, la gua prctica es la siguiente: </p><p>Masiva o levemente fracturada: 2 a 6 fracturas /metro. </p><p>Moderadamente fracturada: 6 a 12 fracturas/metro. </p><p>Muy fracturada: 12 a 20 fracturas/metro. </p></li><li><p>Intensamente fracturada: Ms de 20 fracturas/metro. </p><p>Tritur...</p></li></ul>