Universidad Privada Del Norte
ESCUELA DE INGENIERIA DE MINAS
MODELO GEOMECANICO Ing . Perc y Tor res Garc í a.
Modelo Geológico
Características de la muestra de roca intacta.
Descripción de las discontinuidades.
Clasificaciones geomecánicas.
Caracterización del macizo rocoso.
Estado de las tensiones de los macizos rocosos.
Sondajes.
Hidrogeología.
Métodos geofísicos.
• Litología.
Modelo Matemático
Modelo Geomecánico
Características geomecánicas de las discontinuidades.
Resistencia de los macizos rocosos.
Análisis de tensiones.
Relaciones tensodeformacionales.
Diseño de excavaciones.
Diseño de los sistemas de sostenimiento.
• Calidad del macizo rocoso.
• Meteorización.
• Propiedades mecánicas de las discontinuidades.
• Equilibrio limite.
• Estructuras geológicas.
• Tensiones naturales.
• Modelos continuos.
• Propiedades mecánicas de los materiales.
• Modelos discontinuos
Modelo Geológico
Características de la muestra de roca intacta.
Descripción de las discontinuidades.
Clasificaciones geomecánicas.
Caracterización del macizo rocoso.
Estado de las tensiones de los macizos rocosos.
Sondajes.
Hidrogeología.
Métodos geofísicos.
• Litología.
Modelo Matemático
Modelo Geomecánico
Características geomecánicas de las discontinuidades.
Resistencia de los macizos rocosos.
Análisis de tensiones.
Relaciones tensodeformacionales.
Diseño de excavaciones.
Diseño de los sistemas de sostenimiento.
• Calidad del macizo rocoso.
• Meteorización.
• Propiedades mecánicas de las discontinuidades.
• Equilibrio limite.
• Estructuras geológicas.
• Tensiones naturales.
• Modelos continuos.
• Propiedades mecánicas de los materiales.
• Modelos discontinuos
MODELO GEOMECANICO
Un Modelo Geomecánico tiene como base el Modelo Geológico y deben estar incluidos las propiedades Físicas y Mecánicas de la Roca Intacta, las Discontinuidades y del Macizo Rocoso. Además se deben considerar los parámetros de deformabilidad y de Resistencia, para evaluar el comportamiento del macizo rocoso frente a los procesos de desestabilización debido a los procesos naturales y de construcción de obras. Debe utilizarse los Criterios de Rotura en Rocas.
Mecánica de Suelos Se inicia formalmente con Karl Terzaghi en 1925 y tuvo como fundamento la Física de los Suelos. Se estableció como disciplina de la Ingeniería Civil el año 1936. El fundamento es el comportamiento de los suelos con base en la formulación teórica, científica y los ensayos de campo y laboratorio. Sus aplicaciones en ingeniería son en , cimentaciones, estabilidad de taludes, sostenimiento de suelos y como materiales de construcción .
Mecánica de Rocas Como disciplina formal en ingeniería se realizo el año 1960. Es una ciencia interdisciplinaria con aplicaciones en Geología, Ingeniería de Minas, Petróleos, Civiles, Geotecnia. Sus aplicaciones en ingeniería son en, proyectos energéticos, transporte, hidráulica, cimentaciones de estructuras.
Estudia el comportamiento de las Masas Rocosas, fuerzas y esfuerzos impuestos, sus deformaciones resultantes de las cargas, resistencia del macizo rocoso y enfoca sus aplicaciones en estabilidad de taludes, minería subterránea y superficial, estructuras hidráulicas, lineales, perforación y voladura.
GEOLOGÍA ESTRUCTURAL Ciencia que estudia fundamentalmente las deformaciones de las rocas, su morfología, las estructuras geológicas, y debe tener como base el análisis de las deformaciones continuas y discontinuas, generadoras de los plegamientos, fallas y discontinuidades.
Geofísica Ciencia que analiza indirectamente el comportamiento de la corteza tanto en suelos como en rocas, sus propiedades físicas, mecánicas e hidráulicas.
Geohidrología Ciencia que estudia los procesos, factores y variables geológicas e hidráulicas, en suelos y rocas que condicionan la acumulación y transitividad de los fluidos. Debe considerar la genética de los acuíferos y todo tipo de material suelo o roca que almacene líquidos considerando sus facies y ambientes geológicos.
MECÁNICA DE ROCAS E INGENIERÍA DE ROCAS La primera en una ciencia de análisis y la segunda es la aplicación ingenieril de la primera. En la figura siguiente se muestra las interacciones entre la Mecánica de Rocas y la Ingeniería de Rocas en forma matricial. Los factores más importantes a tomar en cuenta son:
• Estructura del Macizo Rocoso : Roca Intacta Discontinuidades • Tensiones • Agua Subterránea • Aspectos constructivos
MATRIZ DE INTERACCIÓN ENTRE MECÁNICA DE ROCAS Y LA INGENIERÍA DE ROCAS
Tabla 3.2
Tabla 3.12
Historia de los Sistem as de Clasificación Geomecú nica (Bien) awski, 1989). A.
Nombre
Autor y fecha
Clasificación Geomec ónica RMR (Bieniawski, 1989).
Parámetros de c/asr£icac/on ror› sr/s va/ores
Apli cac iones
Parán›ecror
Ra ngo de Valores
lndcede
1. Rock Load
Terzaqhi, 1946
USA
Túneles con sostenimientos de acero
Lauffer, 1958
Austria
Tuneeo
3. NATM
Pacher, 1964
Austria
Tuneleo
4. ROD
Deere, 1967
USA
Sondajes, tuneleo
5. RSR
Wickham, 1972
USA
Tuneleo i
ú iC íCs, f iiiiUS, int iJ‹J«»,
recomendable ensayos
deressten«aa(a
d» la roca
1
2. Stand-up time
Sudáfrica
Ress(enGa Puntua i (\s)
Resistencia a
'"!"°°
"
!2
> 250 MPa
100 - 250 MPa
50 - 100 M Pz
90-400
75 - 90
50 - 75
200 - 600mm
ontlnui dndes
3
S• perúcíos muy
6. RMR
7. Índice O
8. Strength-size
9. Descripción Geotécnica
Básica 10. Clasificación
Unificada
Weaver, 1975
Sudáfrica
Ripabilidad
Laubscher, 1977
Sudáfrica
Minería
Olivi er, 1979
Sudófrica
We a therabilíty
Ghose y Raju, 198 1
lndia
Minería de carbón
Moreno Tallon 1982
España
TuneTeo
Kendors ki, 1983
USA
Minas en roca durn
Nakao, 1983
Japón
Tuneleo
°'°°°° tíri
4
25 - NO MPa
u'er'ici'
60- 200mm
Su pe rhc•es
Su p- orf•cie s
und a Jus (v e r E]
Je longitud oel túi1eI
Ninguno
< O
0
0,2-0,5
•0.4
Condiciones Genera le s
B.
4jus re la orientación de lar discontinuJda des
Orienta ciun‹7 s del nifnDa y
Serafim y Pereira, 1983
Portugal
Cimentaci ones
González de Vallejo, 1983
España
Tunel ea
Unal, 1983
USA
Anclaje en minas de carbón
Pomana , 4 985
España
EsIabilidaJ de taltJJes
Newman, 1985
USA
Mineria de carbón
C. Tipos ‹le meciaos rocosos delernl inados o pnriir de lo «aluacióo total su'"aie
De»crip»ón
8o‹—6 i
i
i
h4 uy buena
B uenu
so.o
i
Venl‹ateswarlu, 1986
India
Minería de carbdn
Robertson, 1988
Canadá
EstabiTidaJ de taludes
B arton, 197'4
Noruega
Túneles y cámaras
Kir3ten, 1982
Sudáfrica
Excavabilidad
Kirsten, 1983
Sudáfrica
Tuneleo
P'elIenD
Franklin, 1975
Canadá
Tunelea
Meteorizaciór›
iv
I
II
20 años, caro
1 ano, clarode
IV
\I
semana.
< 1m
1 3m
3-lo m
l0horas, carode
”
30 man, claro de
m
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Supuñcespu das
Blando < 5 mm
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Runabo pa raieio at eJe aeł iunei Buza
General, comunicaciones
Maa
6. Cu/as p‹ ra la nasi/icación sepúri las condicion es de las diocon tin nidades i.o‹›9't°d Te•'r's‹•ncia)
F. HfRRtO
USA
4o‹— z
iq Re guar
D. Sid'ni/ica do de los tipos de roca Tipo dc Roca
Pei1orabilida6
Williamson, 1984
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opos de Roca
USA
General, comunicaciones
Desfavorab)e - 10
Sandba k, 1985
Sociedad Internacional Je Mecániüa de Rncas, 1981
> 0,5
A;anoeoonho esen(dode hlza eko-Bus A5 F0’ Regular
Avance coma g1&entwogel
o45-9D°
Buzamen:o20-d5°
DMza miento O • 20” lndopendiente de I rumbo
"”
HISTORIA DE LAS CLASIFICACIONES
LAS CLASIFICACIONES GEOMECANICAS SURGIERON POR LA NECESIDAD DE PARAMETRAR LAS OBSERVACIONES Y DATOS EMPÍRICOS DE FORMA INTEGRADA, Y PARA EVALUAR LAS MEDIDAS DE SOSTENIMIENTO DE TÚNELES.
ESTAS CLASIFICACIONES A MANERA DE ESQUEMAS HAN SIDO DESARROLLADAS DESDE HACE MÁS DE 100 AÑOS, DESDE QUE RITTER (1879) INTENTO FORMALIZAR UN ENFOQUE EMPÍRICO PARA EL DISEÑO DE TÚNELES, EN PARTICULAR PARA DETERMINAR LOS REQUERIMIENTOS DEL SOSTENIMIENTO.
HISTORIA DE LAS CLASIFICACIONES
AL DEPENDER LOS TÚNELES DE MUCHAS VARIABLES GEOLÓGICAS Y GEOMECANICAS LO DIFÍCIL ERA CUANTIFICARLOS, ENTONCES SE VIO COMO ALTERNATIVA EL USO DE LOS MÉTODOS EMPÍRICOS, AL QUE PERTENECEN LAS CLASIFICACIONES GEOMECANICAS. FUE DE GRAN AYUDA DESDE LOS PRIMEROS SISTEMAS DE CLASIFICACIÓN DEL SIGLO XX PROPUESTO EN 1946 POR TERZAGHI.
HISTORIA DE LAS CLASIFICACIONES “LAS
CLASIFICACIONES
GEOMECANICAS
SON
MÉTODOS DE INGENIERIA GEOLOGICA QUE PERMITEN EVALUAR EL COMPORTAMIENTO GEOMECÁNICO DE LOS MACIZOS ROCOSOS, Y DE AQUÍ ESTIMAR LOS PARÁMETROS GEOTÉCNICOS DE DISEÑO Y EL TIPO DE SOSTENIMIENTO DE UN TÚNEL”
HISTORIA DE LAS CLASIFICACIONES
LAS CLASIFICACIONES SON RELATIVAMENTE ANTIGUAS, PERO ES A PARTIR DE LA DÉCADA DE LOS AÑOS 60 CUANDO SE EXTIENDEN A NIVEL INTERNACIONAL. SE INICIA CON TERZAGHI PERO ES SON LAS CLASIFICACIÓN DE BIENIAWSKI (1973), BARTON, LIEN Y LUNDE (1974), QUIENES CONTRIBUYERON DEFINITIVAMENTE A SU RÁPIDA ACEPTACIÓN, APLICACIÓN Y EXPANSIÓN.
INQUIETUD DE TERZAGHI
APLICACIÓN GEOMECÁNICA DE LA MATRIZ DE BIENIAWSKI 1989
Clasificación RMR de Bieniowski (1989)
DE
VALOR TOTA RMR (Suma de vabacün 1 a 5) =
REGULAR
ÍNDICE DE RESISTENCIA GEOLOGICA - GSI
D factor
= que
depende
del
grado
de
alteración a que el macizo ha sido sometido
debido
a
relajación de tensiones.
explosiones
y
INFORMACIÓN GRAFICA PARA DESARROLLAR EL MODELO GEOMECÁNICO
PLANO DE CALIDAD DE ROCA
CLASIFICACIÓN GEOMECÁNICA
