Mapeo Mapeo Galería Galería Sub Subterr terránea ánea
Geomecánica Aplicada a Block Caving [IMM3391]
Au to r es: es : José Ignacio Escalante Rodrigo Monroy Profesor: Fernando Villegas Ay u dan te: Yiuyion Chan Li Fecha: 13-10-2017
1 Introducción En este informe se presenta el método de mapeo de una galería subterránea, ubicada a 44 Km al NW de Santiago, Región de Valparaíso, comuna de T il-Til, Provincia de Chacabuco. Los métodos de explotación subterránea se dividen según su condición de estabilidad en tres tipos: Auto-soportados, Artificialmente soportados y sin soporte o de hundimiento. En este informe se presenta el método para realizar la caracterización del macizo, mapeo, para obtener los parámetros de estabilidad conocidos. En base a las condiciones de la roca in situ es posible determina el RMR de Bienawski y RMR de Laubscher, con ello es posible estimar las dimensiones de las infraestructuras para determinar su estabilidad o hundimiento. Además, se realiza una estimación visual en base al parámetro Geological Strength Index (GSI), permitiendo escalar los datos para la condición del m acizo rocoso. Con esto se realiza una comparación de los tres métodos para obtener estos parámetros y describir la experiencia de realizar es ta medición junto al Dr. Andrea Russo.
2 Objetivos
Mapear un tramo de la galería, para aplicar y comprender de mejor manera lo aprendido en clases.
Determinar el RMR de Laubscher.
Determinar el RMR de Bieniawski.
Estimar el Geological Strength Index.
3 Desarrollo y Resultados Es necesario comentar que antes de ingresar a la galería se realiza una pequeña charla de seguridad, donde se dan indicaciones de caminar lento, ir mirando de forma detenida la galería y no apoyarse en las paredes de la galería para no causar desprendimientos que podrían provocar accidentes. En primer lugar, para realizar un mapeo geotécnico se debe elegir un lugar representativo dentro de la galería con un largo de 10 [m], sin embargo, en este caso se considerará una distancia de 5 [m] (razones de espacio) para así identificar las familias de discontinuidades y estimar la frecuencia de fractura por metro. Se recorre la galería y se llega a punto en el cual había señales de desprendimientos, por lo que no era seguro realizar un mapeo en ese lugar, ubicado a una distancia de 100 a 150 metros de la entrada de la galería. Es por ello, que se retrocede a una zona más segura y se encuentra un lugar de interés a 25 metros de la entrada, aproximadamente. Se extiende la huincha y se comienzan a reconocer los Sets de Joints, midiendo rumbo y manteo y la frecuencia de fractura por metro.
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3.1 Laubscher Luego se procede a realizar la medición de la condición del macizo rocoso según Laubscher 1990, para aplicar los factores de ajuste según lo siguiente: 1) 2) 3) 4)
Rugosidad Gran Escala Rugosidad Pequeña Escala Alteración de las Paredes Tipo de Relleno
Hacer hincapié que el tercer punto sólo se aplica cuando el halo de alteración es más blando que el relleno y roca de caja, por tanto, se ocupa factor 1. Según explicación del Dr. Andrea Russo, los estudios de Laubscher fueron realizados en minas en Sudáfrica, en depósitos de Kimberlitas, donde se pudo dar esta condición en la alteración. Los datos obtenidos se pueden ver en la Tabla 1. Tabla 1. Datos de la condición del Macizo Rocoso, para Laubscher 1990.
Joint Set 1
Joint Set 2
Joint Set 3
# Joints 15 JCA 0,75 # Joints 27 JCA 0,75 # Joints 7 JCA 0,8
Length 2,2 JCB 0,8 Length 5 JCB 0,8 Length 3 JCB 0,8
Strike 60 JCC 1 Strike 330 JCC 1 Strike 300 JCC 1
Dip 75 JCD 0,8 Dip 75 JCD 0,85 Dip 50 JCD 0,8
FF/m (J1) 6,8 Agua FF/m (J2) 5,4 Agua FF/m (J3) 2,3 Agua -
Spacing 0,15 JC 19,2 Spacing 0,19 JC 20,4 Spacing 0,43 JC 20,48
Posterior a esto, se procede al cálculo del Joint Volumétrico y así poder obtener el Joint Condiction de los 3 Sets. Dado que se tienen 2 Sets en la misma línea de muestreo y otro Set en una línea distinta corresponde a un muestreo tipo 3 el cual permite obtener la frecuencia de fractura por metro de los tres Sets. También se puede calcular el RQD en base al Joint Volumétrico y a la frecuencia de fractura por metro (Ver Tabla 2). Tabla 2. Cálculos de los Joints de los tres Sets y el RQD.
FF/m3 (3 Set) 14,5 14,5
FF/m (3 Set) 6,1 -
Tipo muestreo 3 -
Spacing 0,2 -
RQD 881 742
Por otra parte, se realizaron varios golpes con el martillo geológico para obtener el IRS, el cual arroja que la roca es de clase R5 (entre 100-250 [Mpa]), por lo que se elige una resistencia de 180 [Mpa] aproximadamente (visión del geólogo experto). Con todos estos datos es posible tener los Ratings para así obtener el RMR de Laubscher.
100 ∗ −,∗ ∗ (0,1 ∗ +1) Calculado con la relación = 110 2,5 ∗ é
1
Calculado con la relación
2
2
ℎ = + +
Ecuación 1
Tabla 3. Cálculo de RMR de Laubscher, correspondiente a la suma de los parámetros que se muestran, según la Ecuación 1.
Puntaje IRS (BS) 18
Puntaje FF (JS) 13
JC 20
RMR 51
3.2 Geological Strength Index (GSI) De una forma más simple, se puede realizar una comparación visual de la sección de galería que se está analizando, según el criterio de GSI, donde se puede obtener rápidamente una aproximación de la condición que se tiene. Para ello, se utiliza la tabla comparativa para Macizo Rocoso con Bloques. Por tanto, de forma sencilla se tiene un valor entre 60 y 70 (Promedio 65), ya que, corresponde a la categoría BLOCKY con una condición de superficie BUENA; masa de roca no interrumpida y bloqueada en bloques cúbicos formados por la intersección de tres discontinuidades (Ver Figura 1).
Figura 1. Extracto de tabla GSI, para macizo rocoso con bloques.
3.3 Bieniawski Finalmente se realiza la medición correspondiente al método de Bieniawski, donde se debe observar Persistencia, Apertura, Rugosidad, Relleno y Meteorización para cada uno de los Sets. Cabe destacar que Bieniawski se basa en medición a pequeña escala “lo que se siente el dedo a no más de 3 [cm]”. Los datos obtenidos se muestran en la Tabla 4. Tabla 4. Condición de las discontinuidades según el critero de Bieniawski.
Set1
Parámetro Persistencia Apertura Rugosidad Relleno Meteorización
Valor 1-3 [m] 0,1mm Rugoso No hay y Hay Blando Leve JC
3
Rating 4 5 5 4 5 23
Debido al poco tiempo que se tiene, se considera que los otros dos Sets poseen la misma condición, por lo tanto, se tiene el m ismo JC. Anteriormente, se calculó el RQD y se estimó el UCS en base al criterio de golpes de martillo geológico, esos valores que fueron usados para Laubscher también son válidos para el RMR de Bieniawski y así obtener los Ratings de cada parámetro como se muestra en la Figura 2.
Figura 2. Estimación de los Ratings para el cálculo del RMR de Bieniawski.
La sección encerrada en color rojo corresponde al JC que se obtiene al analizar los 3 Sets, el cual se utiliza el más bajo entre ellos. Sin embargo, como se explicó anteriormente, en este caso son iguales. Los valores encerrados en color verde corresponden a los Ratings otorgados por el UCS (12), RQD (13), Espaciamiento Discontinuidades (8) y Agua (10), obteniendo un valor de 43. Finalmente, se puede decir que el RMR de Bieniawski corresponde a 66, un valor mayor que el de Lubscher (51) y similar al de GSI si consideramos el promedio de este (6 5).
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Conclusiones y Comentarios
Como fue descrito anteriormente, las principales variables a analizar dentro de las galerías son las estructuras presentes y cómo éstas se encuentran situadas dentro del macizo. Juegan un rol fundamental las direcciones que éstas poseen, como también las condiciones de relleno y humedad al momento de caracterizar el macizo. Estar o no con relleno y que tipo de relleno contenga (blando o duro) permitirá el movimiento de los bloques formadas por ellas o dejara la estructura inmóvil. Los valores de los parámetros de Laubscher y Bieniawski son distintos, pues, el primero se fija en las características que presenta la roca a una escala mayor, 20-30 cm, mientras que Biewnaski considera una escala más pequeña, 2-3cm. También es posible atribuir la diferencia de valores a que, en el caso del RMR de Bieniawski, la clasificación proporciona una estimación inicial de los parámetros del macizo rocoso a bajo coste y de manera sencilla, no obstante, debe ser considerada como una simplificación, puesto que no tiene en cuenta otros aspectos como la deformabilidad del macizo y debe ser aplicada con criterio y conocimiento en base a la experiencia. En el caso de la clasificación geomecánica de Laubscher es una modificación de la de Bieniawski y se basa en explotaciones mineras de block caving, generalmente en roca dura y profundidades elevadas, donde las tensiones naturales e inducidas juegan un rol importante, este factor es la gran diferencia entre
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ambos valores, donde Bienawski parece sobreestimar la condición del macizo rocoso cuyo parámetro es coincidente con el valor obtenido por GSI. Por otro lado, cabe mencionar que los métodos descritos anteriormente consideran hasta un máximo de tres familias de estructuras, lo cual queda a decisión del geólogo a cargo del mapeo, cuáles serán las familias que se deben considerar para la determinación de los parámetros. La caracterización del macizo rocoso se realiza varias veces tomando distancias de 10 metros dentro de las galerías o excavaciones realizadas hasta completar toda la longitud de ésta. Con esto es posible estimar, de forma aproximada, las características y comportamiento del macizo completo. Encontramos que este procedimiento es lento y tedioso, considerando que só lo realizamos el mapeo por celdas, ya que si se hubiese realizado un mapeo en detalle es aún más tedioso y lento. Esto implica que se debe tener un equipo de geólogos responsables, profesionales de vasta experiencia, serios y de confianza; estos procedimientos son fundamentales para determinar la condición de estabilidad o hundibilidad del macizo. También consideramos que es un proceso muy subjetivo, que requiere de mucha experiencia en terreno y en ocasiones de mucho criterio humano, lo cual está sujetos a los errores de apreciación, dominio en el área y experiencia que puedan existir entre diferentes profesionales del rubro. Aprendimos de forma práctica cómo se realiza la determinación de los valores que tanto usamos en la teoría para realizar diferentes diseños, aplicando los conocimientos aprendidos y aclarando dudas que pudieron quedar en algún momento. No hay mejor forma de aprender que en base a la experiencia práctica, sobre todo cuando se realiza acompañado de profesionales expertos en el área geotécnica como lo es el Dr. Andrea Russo, quien explicó detenidamente y con mucha claridad los temas que se han tratado en el informe. Mencionar que en una primera impresión consideramos que la calidad de roca era mala, debido a que la galería se encontraba con muchos bloques, sin embargo, al estimar el RMR se puede considerar una roca de calidad regular a buena y considerando que existían caserones abiertos y estables con pilares muy pequeños, demuestra que la impresión que tuvimos en un comienzo fue errónea y que quizás fue una tronadura mal realizada.
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