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Curso: Geologí Geología a
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CAPITULO VI: INTRODUCCIÓN A LA GEOMECÁNICA Curso Geología, Docente
Wilver Morales Céspedes
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Capítulo I: • • • • • •
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6
Introducción Geomecánica de Rocas
Introducción, conceptos generales. Introducción a la mecánica de Rocas
Deformación de las Rocas. Cargas y esfuerzos que están sometidas las rocas.
Clasificacion Gemecanica. aplicación de la clasificacion geomecanica.
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Capítulo I: • • • • • •
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6
Introducción Geomecánica de Rocas
Introducción, conceptos generales. Introducción a la mecánica de Rocas
Deformación de las Rocas. Cargas y esfuerzos que están sometidas las rocas.
Clasificacion Gemecanica. aplicación de la clasificacion geomecanica.
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Introducción a la mecánica de rocas.
¿ MACIZOS ROCOSOS? Matriz Rocosa: Material rocoso exento de discontinuidades discontinuidades o los bloques de “roca intacta” que quedan entre ellas.
MATRIZ ROCOSA Curso Geología, Docente
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Discontinuidades: Es cualquier plano de origen mecánico o sedimentário que independiza o separa los bloques de matriz rocosa en un macizo rocoso.
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La Mecánica de Rocas se encarga 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.
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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.
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FACTORES GEOLOGICOS QUE DOMINAN EL COMPORTAMIENTO Y LAS PROPIEDADES MECANICAS DE LOS MACIZOS ROCOSOS
1. 2. 3. 4. 5.
La Litología y propiedades de la matriz rocosa. La estructura geológica y las discontinuidades. El estado de esfuerzos a que está sometido el material. El grado de alteración o meteorización. Las condiciones Hidrogeológicas.
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EFECTOS DEL AGUA SUBTERRANEA SOBRE LAS PROPIEDADES DE LOS MACIZOS ROCOSOS
El agua como material geológico coexistente con las rocas influye en su comportamiento mecánico y en su respuesta ante las fuerzas aplicadas
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Los efectos más importantes son: 1) Juega un papel importante en la resistencia de las rocas blandas y de los materiales meteorizados. 2) Reduce la resistencia de la matriz rocosa en rocas porosas. 3) Rellena las discontinuidades de los macizos rocosos e influye en su resistencia. 4) Las zonas alteradas y meteorizadas superficiales, las discontinuidades importantes y las fallas son camino preferente para el flujo del agua. 5) Produce meteorización química y física en la matriz rocosa y en los macizos rocosos 6) Es un agente erosivo 7) Produce reacciones químicas que pueden dar lugar a cambio en la composición del agua Curso Geología, Docente
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El agua puede lubricar las familias de discontinuidades y permitir que las piezas de rocas se muevan.
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En rocas intensamente fracturadas, la presencia del agua acelera el proceso de aflojamiento, especialmente en ambientes de altos esfuerzos donde el aflojamiento de la roca será muy rápido. La presencia de agua en las fallas geológicas y zonas de corte, influye significativamente en la estabilidad de la masa rocosa de una excavación.
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CLASIFICACIÓN DE LOS MACIZOS ROCOSOS Los macizos rocosos se clasifican basados en factores que determinen su comportamiento mecánico.
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CLASIFICACIÓN DE LOS MACIZOS ROCOSOS 1)
Propiedades de la matriz rocosa.
2)
Frecuencia y tipo de las discontinuidades que definen: - El grado de fracturación (índice RQD) - El tamaño y la forma del macizo. - Sus propiedades hidrogeológicas.
3)
Grado de Meteorización o Alteración.
4)
Estado de Tensiones In Situ
5)
Presencia de agua
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MATRIZ ROCOSA Es el material rocoso exento de discontinuidades, o bloques de roca intacta que quedan entre ellas. La matriz rocosa, a pesar de considerarse continua, presenta un comportamiento heterogéneo y anisótropo ligado a su fábrica y a su microestructura mineral. Mecánicamente queda caracterizada por su peso específico, resistencia y deformabilidad.
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DIAGRAMA QUE MUESTRA LA TRANSICIÓN DESDE LA ROCA INTACTA HASTA EL MACIZO ROCOSO MUY FRACTURADO.
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DISCONTINUIDADES Su reconocimiento, descripción y caracterización es fundamental para el estudio del comportamiento mecánico e hidrogeológico del macizo rocoso.
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Discontinuidades La mayoría de los problemas de estabilidad se deben a la intersección de la sección del túnel con planos de discontinuidad Se distinguen las discontinuidades de tipo singular. Las diaclasas, planos de estratificación y de esquistosidad pertenecen al primer grupo, y están presentes prácticamente en todas las rocas, con mayor incidencia en zonas poco profundas, donde los procesos de meteorización y circulación de agua y los rellenos arcillosos son mas frecuentes. A grandes profundidades la presión confinante hace que la apertura de las discontinuidades sea menor pudiendo llegar a estar muy cerradas.
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DIACLASAS También denominadas juntas, son fracturas que no han tenido desplazamiento y las que más comúnmente se presentan en la masa rocosa
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DIQUES
Son intrusiones de roca ígnea de forma tabular, que se presentan generalmente empinadas o verticales o subverticales.
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PROPIEDADES DE LAS DISCONTINUIDADES
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ORIENTACIÓN Es la posición de la discontinuidad en el espacio y comúnmente es descrito por su rumbo y buzamiento.
Cuando un grupo de discontinuidades se presentan con similar orientación o en otras palabras son aproximadamente paralelas, se dice que éstas forman un “sistema” o una “familia” de
discontinuidades.
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ESPACIADO Es la distancia perpendicular entre discontinuidades adyacentes. Éste determina el tamaño de los bloques de roca intacta. Cuanto menos espaciado tengan, los bloques serán más pequeños y cuanto más espaciado tengan, los bloques serán más grandes.
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PERSISTENCIA
Es la extensión en área o tamaño de una discontinuidad. Cuanto menor sea la persistencia, la masa rocosa será más estable y cuanto mayor sea ésta, será menos estable.
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RUGOSIDAD
Es la aspereza o irregularidad de la superficie de la discontinuidad. Cuanto menor rugosidad tenga una discontinuidad, la masa rocosa será menos competente y cuanto mayor sea ésta, la masa rocosa será más competente
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APERTURA
Es la separación entre las paredes rocosas de una discontinuidad o el grado de abierto que ésta presenta. A menor apertura, las condiciones de la masa rocosa serán mejores y a mayor apertura, las condiciones serán más desfavorables.
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RELLENO Son los materiales que se encuentran dentro de la discontinuidad. Cuando los materiales son suaves, la masa rocosa es menos competente y cuando éstos son más duros, ésta es más competente.
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PROPIEDADES DE LAS DISCONTINUIDADES
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REPRESENTACIÓN ESPACIAL DE LOS SISTEMAS DE DISCONTINUIDADES
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CLASIFICACION GEOMECANICA DEL MACIZO ROCOSO Para definir las condiciones del macizo rocoso existen criterios de clasificación geomecánica ampliamente difundidos en todo el mundo, como los desarrollados por Barton y colaboradores (1974), Laubscher (1977), Bieniawski (1989), Hoek y Marinos (2000) y otros.
Por su simplicidad y utilidad, están los criterios RMR (Valoración de la Masa Rocosa) de Bieniawski (1989) y GSI (Índice de Resistencia Geológica) de Hoek y Marinos (2000), los mismos que se determinan utilizando los datos de los mapeos geomecánicos efectuados en las paredes de las labores mineras o en Curso Geología, Docente
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Clasificación de Beniawski (1989) Parámetros a calificar: 1. Resistencia de la Roca Intacta: A partir de valores de resistencia a la compresión simple (UCS) o de ensayos de carga puntual. Ptje máximo: 15. 2. RQD. Ptje Máximo: 20. 3. Espaciamiento de discontinuidades. Ptje. Máximo: 20. 4. Condiciones de las discontinuidades. Ptje Máximo: 30. 5. Condiciones de Agua Subterránea. Ptje Máximo: 15. 6. Correccion por orientacion de las discontinuidades, aplicadas a distintas aplicaciones RMR= (1)+(2)+(3)+(4)+(5)+(-6). Curso Geología, Docente
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PARAMETROS DEL RMR Beniawski (1989)
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PARAMETROS DEL RMR Beniawski (1989)
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EL CRITERIO RMR DE BIENIAWSKI 1. La resistencia compresiva (Rc) De la roca intacta, que puede ser determinada con golpes de picota o con otros procedimientos como los ensayos de laboratorio.
2. El RQD (Rock Quality Designation) Puede ser determinado utilizando los testigos de las perforaciones diamantinas. El RQD es el porcentaje de trozos de testigos recuperados mayores a 10 cm, de la longitud total del taladro. Curso Geología, Docente
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PARAMETROS DEL RMR Beniawski (1989) 1.- RESISTENCIA COMPRESIVA DE LA ROCA. PRIMER PROCEDIMIENTO: Estimación de la Resistencia Compresiva mediante el martillo Schmidt de Dureza. SEGUNDO PROCEDIMIENTO Determinación de la Resistencia Compresiva mediante el Ensayo de Carga Puntual “Franklin”. TERCER PROCEDIMIENTO Determinación de la Resistencia Compresiva mediante el Ensayo de Compresión Simple y/o Uniaxial Curso Geología, Docente
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1.- CALCULO DE LA RESISTENCIA COMPRESIVA EN CAMPO
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2.- RQD: Rock Quality Designation Index (Deere et al., RQD: % del testigo intacto de1967)
más de dos veces el diámetro del testigo.
A partir de testigos de sondajes de al menos 54.7 mm de diámetro. RQD es un parámetro direccional. Fracturas por manejo deben ser ignoradas.
EN CASO DE NO EXISTIR PERFORACIONES
RQD J v
115
3.3 J v
Cuenta de fracturas volumétricas. Número de fracturas por metro sumando todos los sets estructurales.
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TESTIGOS DE PERFORACIÓN DIAMANTINA
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2.- RQD
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1M
F o t o 1 . La
fotografía muestra el macizo rocoso en estudio, resaltando las discontinuidades dentro del 1 metro cuadrado, paraCéspedes el calculo del RQD (Bieniawsky ). @upnorte.edu.com Curso Geología, Docente Wilver Morales
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En condiciones que no haya una perforación El RQD se ha estimado midiendo la cantidad de discontinuidades en 1 m2 del talud. Su valor fue determinado usando la fórmula empírica propuesta por Bieniawsky (1989): RQD = 115 – 3,3(Jv) En donde: Jv = número de discontinuidades en 1 m2 tomado en campo. Sustituyendo los datos en la fórmula tenemos: RQD = 115 – 3,3 (28) RQD = 22,6 % De acuerdo con la clasificación de Deere (1964), la calidad de la roca se considera muy mala (<25%) y su valoración es de 3. Curso Geología, Docente
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RQD EN UN METRO LINEAL La fórmula matemática: - 0.1 λ
RQD = 100 λ
Siendo: λ =
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( 0.1λ + 1)
Nº deFisuras SPAN
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EL CRITERIO RMR DE BIENIAWSKI 3.El espaciamiento de las discontinuidades. 4.La condición de las discontinuidades, referidas en este caso a la persistencia, apertura, rugosidad, relleno y meteorización. 5.La presencia de agua.
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ORIENTACIÓN DE LAS EXCAVACIONES Minar en la dirección preferencial de avance, significará tener condiciones más ventajosas para la estabilidad de la excavación. Contrariamente, minar en la dirección de avance menos favorable, puede alterar o debilitar la estabilidad de la masa rocosa durante la vida de la mina, representando peligro de caída de rocas. Curso Geología, Docente
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Condiciones de avance muy desfavorables para la estabilidad. La estructura rocosa funciona a manera de varillas apiladas en forma paralela a la excavación, las mismas que presentan inestabilidad.
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Condiciones de avance muy favorables para la estabilidad. La estructura rocosa funciona a manera de varillas apiladas en forma perpendicular a la excavación, las mismas que presentan buena estabilidad.
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(a) Condiciones regulares; (b) Condiciones desfavorables; (c) Condiciones muy desfavorables. A) Tramo de galería de condiciones favorables; B) Tramo de condiciones desfavorables.
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