UNIVERSIDAD NACIONAL DE HVCA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA INGENIERI A DE MINAS
CONCEPTUALIZACIÓN GEOMECÁNICA CURSO
: GEOMECANICA
DOCENTE
: ING. GUZMAN IBAÑEZ, CESAR S.
INTEGRANTES
: ALVAREZ MEZA, Jhober.
HUALY TOPALAYA, Josmell. HUAMANI MEZA, Mónica. LLACCTAHUAMAN TORRES, Lucinda.
CICLO
: VII
LIRCAY – HVCA 2015
DEDICATORIA
A nuestros padres, porque nos
apoyan
día
incondicionalmente
a
día para
lograr todas nuestras metas trazadas.
DEDICATORIA............................................................................................................................2 INTRODUCCION ........................................................................................................................4 TITULO I: ...................................................................................................................................5 1.1
CONCEPTUALIZACIÓN GEOMECÁNICA ......................................................................5
1.1.1
LA GEOMECANICA ACTUALMENTE .....................................................................5
1.1.2
¿QUÉ ES LA GEOMECÁNICA? ES MECANICA DE ROCAS ....................................... 5
1.1.3
CAUSAS DEL DESARROLLO DE LA GEOMECÁNICA: .............................................. 6
1.1.4
BENEFICIOS DE LA GEOMECÁNICA: ....................................................................9
1.1.5
MODELOS GEOMECANICOS PARA EL DISEÑO DE EXCAVACIONES ....................... 6
1.1.6
Beneficios de geomecánica ...................................¡Error! Marcador no definido.
1.1.7
PARAMETROS Y COMPORTAMIENTO DEL MACIZO ROCOSO ............................. 12
TITULO II: ................................................................................................................................14 MACROVARIABLES DE EVALUACION .................................................................................. 14 2.1.1
IMPORTANCIA DEL ESTUDIO DE MACROVARIABLES ......................................... 14
2.1.2
CLASIFICACION DE MACROVARIABLES ..............................................................14
2.1.3
PARAMETROS Y COMPORTAMIENTO DEL MACIZO ROCOSO ............................. 15
2.1.4
Principales estructuras ..................................................................................... 17
TITULO II .............................................................................................................................. 19
PROPIEDADES FISICO MECANICAS DE LA ROCA ..................................................................19 3.1.1
ÍNDICES: ........................................................................................................... 19
3.1.2
PROPIEDADES MECANICAS DE LA ROCA ...........................................................20
INTRODUCCION
El
presente
trabajo,
Conceptualización Geomecánica,
Parámetros
y
Comportamiento del Macizo Rocoso (en el curso de Geomecánica) es el resultado del arduo trabajo de los estudiantes que han puesto su mejor disposición basado en una investigación exhaustiva de información. La Geomecánica o Mecánica de Rocas se ocupa del estudio teórico y práctico de las propiedades y comportamiento mecánico de los materiales rocosos, y de su respuesta ante la acción de fuerzas aplicadas en su entorno físico. El desarrollo de la Geomecánica se inició como consecuencia de la utilización del medio geológico para obras superficiales y subterráneas y explotación de recursos mineros. Guarda una estrecha relación con otras disciplinas como la geología estructural, para el estudio de los procesos y estructuras tectónicas que afectan a las rocas, y la mecánica de suelos, para abordar el estudio de rocas alteradas y meteorizadas en superficie. Las masas rocosas aparecen en la mayoría de los casos afectadas por discontinuidades o superficies de debilidad que separan bloques de matriz rocosa o “roca intacta” constituyendo en conjunto los macizos rocosos. Ambos
ámbitos son objeto de estudio de la Geomecánica o mecánica de rocas, pero son principalmente los planos de discontinuidad los que determinan el carácter diferencial de esta disciplina con respecto al estudio de suelos, y los que hacen que la mecánica del medio rocoso presente un carácter discontinuo y anisótropo. Finalmente se espera que éste trabajo sea de gran ayuda a todos los estudiantes que adquieran dicho trabajo.
Los integrantes del grupo.
TITULO I:
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 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.
La mecánica de rocas es la ciencia teórica-práctica aplicada al comportamiento mecánico de la roca y de los macizos rocosos y su respuesta a los esfuerzos aplicados en su entorno físico. La finalidad de la mecánica de rocas es conocer y predecir el comportamiento de los materiales rocosos ante la actuación de las fuerzas internas y externas que se ejercen sobre ellos. Su aplicación práctica efectiva demanda su integración con otras áreas con la respuesta mecánica de todos los materiales geológicos, todo ello en conjunto es lo que se denomina Geomecánica.
Incremento de la actividad científica a través de teorías, métodos, instrumentación, procedimientos de medición y software geomecánico. Incremento del tamaño y volúmenes de producción de las operación mineras, subterráneas y superficiales. Control de la estabilidad Global del yacimiento. Necesidad de explotación de recursos minerales en ambientes desfavorables de minado. Condiciones desfavorables ambientes de alta ley. La conservación del recurso humano y la seguridad industrial. (Normas MEM). Desarrollo de nuevas técnicas de Sostenimiento Mecanizados. Implementación de la Estabilidad Global del yacimiento. Estándares Seguridad. Aplicación de nuevas tecnologías de excavación de roca: Voladuras .
La aplicación de ésta secuencia de análisis e interpretación determinará en forma básica el diseño de las alternativas ingenieriles que controlen la estabilidad del macizo rocoso. La metodología tiene que seguir una secuencia ordenada y progresiva de análisis de resultados; de esta forma se podrá determinar el comportamiento Geomecánico de un Proyecto Minero.
1.1.4.1 Modelo Geológico Trata de caracterizar o definir la estructura de la masa rocosa; nos brinda información geológica del medio en la cual realizaremos la excavación. Se conceptualiza al Modelo Geológico el pilar clave para toda evaluación Geomecánica de proyectos, ya que éste aportará información clave para el dimensionamiento de las excavaciones a diseñar (Litología, Estructuras, Propiedades geomecánicas básicas, hidrología, sismología, tectónica, etc.). En la actualidad el Modelo Geológico se muestra más accesible para el operador minero a través de herramientas de cómputo: Manejo de Software (visualización de la zona mineralizada espacialmente).
1.1.4.2 Modelo Geomecánico Permite cuantificar los parámetros estructurales y mecánicos del Macizo Rocoso. El modelo estará apoyado con la aplicación de técnicas de valoración de calidad de roca, así como instrumentación adecuada para la determinación de las propiedades mecánicas del macizo. (Pruebas en campo y laboratorio). La toma de información de campo es crucial para lograr un entendimiento del comportamiento geomecánico de la masa rocosa. Técnicas de levantamiento de información. En la actualidad el modelo se complementa con la interpretación [simulaciones] mediante la utilización de software geomecánicos de muy buena confiabilidad. La Información que brindemos al Software arrojará
el resultado procesado, por ello es básico brindar información certera para tener conclusiones adecuadas.
1.1.4.3 Modelo Matemático Integra los dos modelos anteriores, es secuencial; considera los aspectos geométricos de las excavaciones (condiciones de borde) e interactúa con la matemática de elementos finitos manejo de software geotécnicos. Simulaciones tenso - deformacionales; las cuales se llevan a cabo a través de interpretación de software geotécnicas.
Garantizar la seguridad durante la excavación de las labores mineras, a través del análisis de deformaciones, niveles de esfuerzos, tensiones, etc.
Definición de las aberturas máximas y tiempos de auto soporte de las excavaciones mineras: ejecutadas y futuras a ejecutarse.
Determinación de la estabilidad estructuralmente controlada de las labores de preparación y explotación (EEC), verificando en cada una de ellas la formación de bloques y cuñas inestables.
Permitirá definir las orientaciones más favorables para el minado de las labores de preparación y desarrollo a ejecutarse.
Permitirá definir las secuencias de explotación, tanto a nivel particular y global en el yacimiento.
Permitirá
definir
las
categorías
y
tipos
de
sostenimiento
a
aplicarse, determinando estándares de sostenimiento en función a los tiempos
de exposición de las labores mineras: preparaciones y
explotación.
Permitirá la estandarización del tipo y cantidades de sostenimiento a aplicarse en cada una de las labores mineras, así como el tipo de relleno a aplicarse.
Permitirá seleccionar y diseñar alternativas de nuevos métodos de explotación en las futuras zonas de explotación. Así como establecer algunas variantes en el método de explotación aplicado actualmente.
Permitirá mediante el monitoreo geomecánico verificar y validar suposiciones adoptadas durante las fases de diseño inicial del laboreo minero.
Es de vital importancia el análisis de la situación y el diagnostico correspondiente del área en donde se realizaran los trabajos de excavaciones.
Propósitos básicos de formulación de objetivos Para los propósitos básicos de la formulación de los objetivos vemos por conveniente la formulación de algunas preguntas que generalmente engloban al campo de la geomecánica y los accidentes que se vienen suscitando en el trascurso de labores en diferentes mineras.
¿Por qué?, ¿Qué?, ¿Cómo?
¿Por qué? La ocurrencia de los accidentes fatales en las labores mineras teniendo altos índices que son promovidos en la mayoría de los casos por lo desprendimientos de roca. En la gráfica se muestran el reporte de INGEMET caracterizado en los años 2008 al 2014.
Reporte de accidentes fatales según ocurrencia
Por tipo de accidente, se expende la ocupación de acuerdo a una determinada área en donde se están realizando los trabajos de operación.
Por ocupación: las características del personal ya sean profesionales u obreros, permite diferentes actividades en las cuales están expuestas a muchos actos desfavorables que pueden promover accidentes fatales, en la tabla presentamos los reportes dados en el transcurso mencionado.
¿Qué? la naturaleza del material en donde estas operando las concesiones mineras ya sea en el Perú y el mundo presentan muchas condiciones tanto favorables como desfavorables, ya que se presentan muchos factores para poder caracterizarlo.
Espaciamiento de las fracturas
Persistencia de las fracturas
Orientación de las fracturas
Presencia de las aguas subterráneas
Apertura y condiciones de las superficie de las fracturas
Contorno de la fractura
Densidad de la fractura del testigo
Esfuerzos in-situ
Roca intacta.
¿CÓMO? No hay nada como la roca sólida, para poder tener un trabajo más seguro y con un porcentaje mínimo de peligro. El colapso (desprendimiento de rocas) es normal en un labor minera por ello se debe de tener en cuenta mantener la productividad de trabajo “cash money”, igualmente se debe de mantener seguro el lugar de trabajo “nadie que llega es erido” La comprensión de la naturaleza de los materiales de la roca para el control estructural y el diseño de la mina. Las masas discontinuas de la roca o del macizo rocoso. La aplicación de los principios geomecanicos hacia el diseño del soporte de la mina Es importante conocer la diferencia entre la roca intacta y macizo rocoso. La presencia de diversas fracturas naturales y provocadas por el hombre aminora la fuerza de un macizo rocoso considerablemente, probablemente entre un 0.5 a 0.25 de sus valores intactos originales de fuerza de la roca. Como puedo controlar los siguientes factores o que influencia tengo con la mina abriéndose
La forma
El tamaño
La dirección
La localización
DEFINICIONES: Roca: agregado natural de partículas de uno o más minerales, con fuerte unión cohesiva permanente, que constituyen masas geológicamente independientes y cartografiables. Suelo: agregado natural de partículas minerales granulares y cohesivas, separables por medios mecánicos de baja energía o por agitación en agua. Macizo rocoso: conjunto de matriz rocosa y discontinuidades. Presenta carácter heterogéneo, comportamiento discontinuo y normalmente anisótropo, consecuencia de la naturaleza, frecuencia y orientación de los
planos de discontinuidad, geomecánico e hidráulico.
que
condicionan
su
comportamiento
1.1.6.1 Estabilidad de taludes: La geomecánica en la estabilidad de taludes tiene las siguientes aplicaciones:
Control de estabilidad de taludes en el planeamiento y diseño de una mina. Control de estabilidad de taludes durante la vida de la operación. Controles de falla de taludes en minas a cielo abierto. Ø Control instrumental en la estabilidad de taludes.
Siempre se debe compatibilizar los dos siguientes requerimientos básicos que son: la economía y la seguridad de los trabajadores
Derrumbe del talud por falta de control geomecánico
Mina Bingham Canyon de Kennecott Utah Copper -segundo mayor productor de cobre de Estados Unidos- sufrió un derrumbe en la pared noreste de su rajo, a lo largo de una falla geotécnica
TITULO II:
La importancia de la interacción entre las macrovariables geomecánicas y las operativas,
es
el
pilar
clave
para
una
adecuada
recomendación de sostenimiento. La iteración conjunta, es vital para seleccionar
en
forma óptima
la
alternativa
de
sostenimiento,
salvaguardando los intereses de seguridad, productividad y de costos para la compañía minera. Existe una relación directa entre la macrovariable Geomecánica y la macrovariable Operativa, la cual radica en una dependencia estrecha entre ellas, esto durante el proceso de selección del tipo(s) de sostenimiento(s) a ser aplicado(s). El no realizar la interacción de dichas macrovariables, podrá originar situaciones nocivas para la seguridad de la operación minera, reflejadas en:
Una inadecuada selección del tipo de sostenimiento.
La generación de condiciones sub-estándares.
El sobre dimensionamiento o sub dimensionamiento del soporte.
2.1.2.1 Macrovariable Geomecánica La evaluación geomecánica exhaustiva de las labores inestables, corresponde al principio fundamental en la elección correcta de la técnica de sostenimiento. La importancia del estudio de la macrovariable geomecánica, deberá considerar los siguientes parámetros geomecánicos básicos de estudio:
Calidad geomecánica de la zona inestable.
Análisis de la estabilidad estructuralmente controlada.
Niveles de esfuerzos presentes en la zona de trabajo.
Parámetros mecánicos de la masa rocosa (módulos)
Análisis de factores de seguridad, simulaciones.
2.1.2.2 Macrovariable operativa La importancia del estudio de la macrovariable operativa y su relación directa con la macrovariable geomecánica, es un criterio específico de análisis para la selección óptima de la alternativa de sostenimiento. Es importante indicar que se debe tener un buen conocimiento de las condiciones operativas de la labor minera inestable antes de recomendar una alternativa de sostenimiento. Si la interacción de estas macrovariables no es evaluada en forma analítica y detallada, podrá conducir a la no efectividad de la alternativa de sostenimiento seleccionada. Generando situaciones nocivas para la seguridad y la operación minera (ocurrencia de condiciones sub estándares). Dentro de los parámetros operativos de estudio, se tienen: Tiempo de exposición de la labor minera. Dimensionamiento de la labor minera. Accesibilidad a la zona inestable. Disponibilidad de servicios. Costos de las alternativas de sostenimiento a ser aplicadas. Cabe indicar que estos parámetros operativos básicos expuestos, no tienen un carácter absoluto, pudiendo adicionar más factores conforme a las características del yacimiento minero.
Los estudios de Mecánica de rocas tienen fundamentalmente como base la colección de datos geológicos que definen:
Tipo de roca Las discontinuidades estructurales Propiedades de los materiales
Los métodos de acopio de datos geológicos no han cambiado mucho en los últimos 25 años y no hay sustituto aceptable para mapeo de campo y logeo. Cuando hablamos de roca, nos referimos a un material diferente a otros usados en ingeniería, principalmente por la presencia de fracturas de un tipo u otro que originan discontinuidad dentro de la masa rocosa.
Roca intacta: podría ser caracterizado como el material que se encuentra sin discontinuidades o fisuras que generen la próxima fracturación ya sea por medio geológicos, mecánicos, hidrológicos, ambientales. Los materiales que podemos encontrar en este tipo de roca se encuentra el Testigo diamantino Roca in situ o masa rocosa: es el material en donde se encuentran fallas, fracturas, junturas, diaclasas, plegamientos y cualquier otro tipo de elementos estructurales cuyas fracturas salen ser producto de agentes meteorológicos e interpericos. Esta masa rocosa es discontinua, a menudo heterogéneo y anisotrópica.
La naturaleza de la distribución de las estructuras en la masa rocosa se conoce como estructura rocosa. Esta estructura rocosa tendrá un efecto
dominante en la respuesta de la masa rocosa a las operaciones que van influir en:
La definición del método de minado Las dimensiones de las excavaciones El adecuado sostenimiento La fragmentación optimizando la voladura
Ej. De macizo rocoso P
Planos de estratificación: Dividen a las rocas sedimentarias en capas o estratos, representan interrupciones durante la sedimentación, son persistentes
Plegamientos:
Son estructuras que cambian la posición de los estratos por flexión que resulta de la aplicación de fuerzas tectónicas postdeposicionales. Fallas:
Son fracturas donde se identifican desplazamientos de la roca en ambos lados de dicha fractura. Pueden tener grandes dimensiones o pueden restringirse a nivel local.
Zonas de cizallamiento: Son bombas de material de potencia variable donde anteriormente se produjo una falla de cizalla, representan zonas de alivio del stress.
Fracturas – junturas:
Son las estructuras más comunes en las rocas y las de mayor significado estructural. Las junturas son rupturas de la roca donde no se observa desplazamiento. Las junturas pueden estar abiertas, rellenas o pegadas. En la mecánica de rocas es muy común usar el término discontinuidad como un término colectivo para todas las estructuras que tienen cero o muy baja resistencia a la tracción.
TITULO II
3.1.1.1
PROPIEDADES FISICAS DEL MACIZO ROCOSO
La determinación de las Propiedades Físicas se basa, establecimiento de los Pesos
Natural,
Seco
y
Saturado,
en el y
el
volumen de probetas rocosas y/o minerales. El For
Peso
Natural
de
acuerdo
al
ISRM
(Society
International
Rock Mechanic´s), de la muestra debe tener como mínimo 50
grs., El Peso Seco se determina, mediante el secado de las probetas dentro de un horno ventilado a una temperatura promedio entre 105º - 110ºC, El Peso Saturado, se obtiene sumergiendo a la probeta en agua destilada. Para determinar dichos pesos se lleva un registro periódico de los pesos, el lapso muestras
de
rocosas
secado se
y
saturado de las
obtiene aproximadamente
en
48
horas, determinado cuando la diferencia entre dos pesadas sucesivas no exceda de 0.01 grs. El Volumen de la probeta rocosa y/o mineral a ser ensayada se determina mediante probetas simétricas y/o probetas irregulares, mediante el principio de Arquímedes, en el caso particular de probetas irregulares. Las relaciones matemáticas que definen las propiedades físicas son:
Porosidad: es una medida de la capacidad de almacenamiento de fluidos que posee una roca. Formula:
Densidad: la densidad o masa específica (símbolo ρ) es una magnitud escalar referida a la cantidad de masa contenida en un determinado volumen de una sustancia. Formula:
Peso específico: es el cociente entre el peso del cuerpo y su volumen, el cual se calcula dividiendo el peso de un cuerpo porción de material entre el volumen que este ocupa.
resistencia a la comprensión uniaxial. El ensayo determina la resistencia a la comprensión de un testigo cilíndrico de roca en estado no drenado bajo una presión de confinamiento. Formula:
DESCRIPCION DE LA MUESTRA:
testigos deben ser circulares con una relación de esbeltez de 2 a 2.5.
la superficie del testigo debe irregularidades abruptas.
las bases deben ser paralelas entre si.
no se permiten testigo que estén cubiertos de otro material.
ser liza y
libre de
EQUIPO: Consiste en tres partes, una celda ttriaxial, un equipo de carga y un equipo para generar presión de confinamiento., La velocidad de carga que se aplicara es de 5 a 10 kg/cm2/seg. Un manómetro que permite observar y registrar que la registrar que la presión de confinamiento se mantenga constante
.
Manómetro ENSAYO DE CARGA PUNTUAL DE FRANKLIN:
Denominado también ensayo de carga puntual “DIAMETRAL”, se ejecuta
sobre muestras de roca y/o mineral por lo general testigos de perforaciones raise boring, teniendo las consideraciones de los estándares del ISRM.
Equipo usado para el ensayo
Se somete a una probeta cilíndrica a cargas concentradas y compresivas sucesivamente mayores hasta producir su rotura. La relación de esbeltez es de 1.4
Relación entre franklin y resistencia a la comprensión uniaxial Además cuando se expresa el diámetro en mm. Se tiene una relación aproximada entre el índice de carga puntual y la resistencia a la comprensión uniaxial siendo
ENSAYO DE CARGA PUNTUAL DE “LOUIS” También denominado axial se ejecuta sobre muestras de roca, trabaja con una relación de esbeltez de 1 Formula: IL=P/A
P:
carga ultima de la rotura (kg)
A:
área de rotura (cms2)
RESISTENCIA DE TRACCION: También conocido como ensayo brasilero, su relación de esbeltez es de 0,5 a 1. Formula:
Constante de elasticidad Se les conoce a las constantes elásticas como el módulo de YOUNG y a la relación de POISSON:
EN RESUMEN: ENSAYO
RELACION ESBELTEZ
“resistencia” a Compresión simple o uniaxial
= 2 a 2,5
Tracción Indirecta
= 0,5 a 1
Carga puntual de franklin Constantes de elasticidad
= 1,4 =2
DE LLAMADO TAMBIEN
Método brasilero Carga puntual diametral Módulo de Young “E” y a la relación de poisson “ ”
Carga puntual LOUIS
=1
Axial o longitudinal
CONCLUSIONES
1. Un planeamiento es que puede servirnos para identificar los peligros del entorno en el que se trabaja, perseguir y alcanzar objetivos con cero accidentes y con la satisfacción de las dos partes empresa y trabajadores. 2. La geomecánica supone una profunda investigación sobre todos los aspectos de derrumbes con el control de la estabilidad de la roca Si somos capaces de crear un buen plan, y trazarnos unas metas objetivas, posiblemente el ambiente de trabajo será confortable y seguro.
