7.3 APLICANDO EL MODELO GEOTECNICO Crea Crear r
un
mode modelo lo
geot geotéc écni nico co
es
una una
cosa cosa, ,
apli aplica car r
la
información que este contiene al diseño de la pendiente es
otra, tra,
y
preguntas
sie siempre mpre mas
exis existe ten n
dudas udas
frecuentes
al
resp especto ecto. .
están
Las
relacionadas
invariablemente con la escala o relación entre el tamaño de la pendiente que se esta analizando y la resistencia de
la
masa asa
de
roc roca
clasifica clasificación ción de masa masa
y
sus
defec efect tos; os;
que que
sist sistem ema a
de
rocosa rocosa se debe debe usar usar y porque; porque; y
como el criterio de resistencia hoek Brown generalizado debe ser ser usado en diseños diseños de
pendientes a cielo cielo abierto. abierto.
Estas son tres preguntas y la necesidad de diseñar buenos flujos
para
dist distri ribu buc ción ión
las de
minas
subterráneas
pres presi ión
de
y
filtr iltra ación ción
modelos (por (poros os) )
de son
mostrados abajo.
7.3.1 EFECTOS DE ESCALA El
tema tema
del del
tama tamaño ño
debe debe
ser ser
dire direcc ccio iona nado do
cuan cuando do
se
este evaluando la resistencia de las fallas que cortan a través de la masa de roca y la resistencia de la lasa de roca misma
7.3.1.1 FALLAS Los efectos sobre la resistencia de corte que cortan
através
de
la
masa
de
roca
son
resaltados en la sección 5.3.2.6 nótese también que que
la
cant cantid idad ad
de
dato datos s
conc concre reto tos s
sobr sobre e
el
tema es limitada. Sin embargo, hay algunos puntos importantes que deberían ser re-enfatizados
Primero, la experiencia ha demostrado que: En régimen de baja y escalas desde 10 m
•
a 30 m (por ejemplo, desnivel de escala) la resistencia al corte de pico de estructuras limpias con paredes de sonido de roca dura esta definida de nulo a valores muy bajos de cohesión y ángulos de fricción en el rango de 45º a 60º.
•
A régimen de baja y escalas de 25 a 50 m
(por
ejemplo
escalas
multi-desnivel),
las
estructuras selladas sin rellenos arcillosos tienen
picos
de
resistencia
“típicos”
caracterizados por cohesiones en los rangos de 50 a 150 kPA y ángulos de fricción en los rangos de 25º a 35º; y •
A régimen de baja y escalas de 50 m a
200m
(por
ejemplo
estructuras arcilloso “típicos” los
con
escala 10mm
tienen
o
mas
picos
de
caracterizados
rangos
de
0
interrumpa),
a
75
por
de
las
relleno
resistencia cohesiones
en
y
de
kPa,
ángulos
fricción en los rangos de 18º a 25º. Segundo, análisis
cuando un de
disponibles, Bardon-Bandis
laboratorio
datos la
de
caída
campo
usual
(sección
fiable y/o el
es
5.3.2.5
no
están
el
criterio
y
ecuación
5.3.7) para tomar efectos de escala en cuenta, Bardon and Bandis (1982) sugirieron relaciones empíricas reducir
(Ecuaciones los
valores
5.3.11 de
JRC
y
5.3.12) y
JCS.
para Estas
relaciones sin
y
el
embargo,
criterio ser
Barton Bandis deben
usados
con
precaución.
Especialmente, se debe recordar siempre que el criterio origen
fue
establecido
geológico,
para
significa
defectos
que
son
de
defectos
que se formaron como consecuencia de una falla delicada
(Barton,
los
defectos
1971,
1973), por lo
fueron
tanto,
modificados
subsecuentemente por procesos como:
a)
El paso de soluciones mineralizadas, las
cuales
dejan
atrás
una
gran
variedad
de
rellenos que van de suave y débil a duro y fuerte como la arcilla, talco, yeso, pirita y cuarzo en la capa defectuosa, o
b)
Eventos tectónicos, por ejemplo falla o
deformación
del
plástico
como
foliación,
hendidura de color pizarra. Se
excluyeron,
aunque
el
criterio
tiene
ventaja de incluir explícitamente los
la
efectos
de la rugosidad de la superficie, a través del parámetro JRC, y de la magnitud de la presión normal, a través del ratio (JCS/sn), el efecto neto de esas exclusiones es que es difícil de aplicar el criterio Barton- Brandis a muchos de los
entornos
geológicos
encontrados
en
ingeniería de pozos de mina . Las
limitaciones
establecen
una
del
criterio
preferencia
por
Barton-Brandis la
prueba
de
corte directo de pruebas de campo. Sin embargo, obtener
buenas
muestras
es
siempre
difícil.
Este
tema,
realizar
combinado
pruebas
con
de
la
dificultad
laboratorio
sobreestimen las fallas de
la
que
resistencia
de no de
corte, especialmente la cohesión, conduce a una línea
inferior
aplicación
de
alienta
la
el
intercambio
experiencia
ganada
y
operando
minas.
7.3.1.2 MASA DE ROCA Los términos “roca intacta”, “masa de roca” y “efectos de escala” son ampliamente usados en ingeniería de taludes en roca para describir el hecho
de
medidas
que
las
por
especimenes
propiedades
prueba de
de
roca
mecánicas
son
laboratorio
de
pequeños,
y
estas
propiedades deben ser escaladas a una escala de campo para como
incluir el efecto de
juntas
contenidas
y en
otras la
espécimen
estructuras
masa
conocimiento estándar
las “fallas”
de
de
geológicas
roca.
que el
Dado
el
diámetro
del
debe ser al menos 10 veces el tamaño
del grano mas largo, la situación se torna un poco irreal. Esto es claramente ilustrado en la figura 7.3.1, la cual muestra un estándar de 50 mm
de
diámetro
de
muestra
básica,
con
micro
fallas comparadas con un tajo unido de masa de roca y la escala del desnivel
(y aunque la
persona en la figura esta usando un casco duro, el
esta
peligrosa,
en una
una
ubicación
situación
que
permitida en las minas hoy).
potencialmente no
debería
ser
“Ajuste” en terminos de “Calidad geotécnica” de la masa de roca Propiedades de la roca (Especimenes de roca, laboratorio) Propiedades de la masa de roca (Pendientes rocosas, Campo)
Figura 7.3.1: Prueba de Laboratorio comparada con la situación del campo escalado El corazón del problema es que las estructuras geológicas tienen diferentes “tamaños”, y los únicos
a
ser
incluidos
en
la
masa
de
roca
dependerán de la altura de la pendiente y el volumen considerado. Por ejemplo,
las juntas pueden ser incluidas
como parte de la fabricación de puentes de roca cuando
se
analiza
pendiente
en
la
estabilidad
general,
explícitamente
como
de
una
pero
considerada
estructuras
discontinuas
para análisis de estabilidad de desnivel, por lo tanto, las líneas de bloque de la masa de roca dependerán de del “tamaño” relativo de sus bloques
con
pendiente figura
respecto
que
esta
7.3.2,
comportarse general,
la
como
dura
al
siendo
misma muy
para
“tamaño” analizada.
masa
dura
escala
de
de para
En
roca un
Interramp slope= pendiente interrumpas Overall slope= pendiente en general Geological fault= falla geológica
la
podría alcance
inter-rampa,
y
general casi maciza en la escala de desnivel.
Bench= desnivel
la
en
Figure 4.3.2 Esquema mostrando como el bloque de
de
la
masa
de
roca
depende
del
volumen
considerado Hasta ahora, cunado consideramos el diseño del hoyo de la pendiente la solución aceptada a la dificultad
usualmente
explícitamente para
como
desniveles
parte
de
la
e
considerar
estructuras escalas
fabrica
escala global de
es
la
de
discontinuas
interrumpa
masa
juntas
de
y
roca
como en
pendiente (sección
la
10.1)
Usualmente, la resistencia de la masa de roca esta
descrita
por
el
(sección
5.3.3),
con
dejado
decidir
sobre
a
criterio
el
Hoek=Brown
practicante
la
siendo
aplicabilidad
del
criterio de acuerdo a la escala percibida y la condición casado
en
de
anisotropía
el
criterio
de
la
masa
rocosa,
representado
en
el
diagrama mas conocido como Hoek-Brown mostrado en la figura 7.3.3.
Intact rock especimens =Especimenes intactos de roca One Joint set - do not use Hoek Brown criterion = criterio Hoek-Brown
una junta - no usar
Two join sets - do not use Hoek Brown criterion == dos juntas - no usar criterio Hoek-Brown Many Joint sets – use equation 1 with caution = muchas juntas – usar ecuación 1 con cuidado
Figura intacta
3
7.3.3:
Transición
duramente
de
juntado
masa (unido)
rocosa con
incremento del tamaño de muestra. Sin embargo el criterio Hoek-Brown no soluciona el efecto de la escala. Sjoberg
(1999) resalto
la
importancia
de
la
escala
en
el
como esta ilustrado en la figura
análisis,
7.3.4, pero
hasta ahora una función de escalado usable
ha
permanecido difícil de realizar. Sin embargo, se ha conseguido un gran avance recientemente.
Intact rock laboratorio)
(Laboratory
specimen)=
Pillar (underground mining) =
roca
intacta
(Espécimen
de
Pilar (minería subterránea)
Bench slope=Pendiente desnivel Interramp slope=pendiente interrumpa Overall pit slope = talud general
Figura 7.3.4: Efecto de escala resistencia de roca maciza (Sjoberg, 1999) Los
estudios
proyecto (LOP)
de
han
actualmente
en
investigación demostrado
curso
gran
que
el
modelo
maciza sintética (sección 5.5.6) una
capa
de
resistencia
resistencia
del
material
hoyo
con
el
abierto de
roca
puede proveer
que
honra
intacto
y
la la
fabricación de de juntas a diferentes escalas. Inicialmente,
la
prueba
biaxial
en
2D
de
realizo en un diámetro simulado de pruebas SRM de 20m 50m y 100m (figura 7.3.5), las cuales proveyeron las distintamente diferentes
curvas
de estiramiento-tensión mostradas en la figura 7.3.6.
Pruebas biaxiales PFC2D para diferentes tamaños de prueba •
constante DFN
•
relación de aspecto 2:1
figura
7.3.5:
diferentes
muestras
tamaños
2d
de
prueba
(cortesia
biaxial de
en
itasca
consulting group, inc)
Resultados biaxiales PFC2D preliminares para diferentes escalas: juntas friccionales Ingreasing Specimen Scale = aumento de escala de muestra
Figura 7.3.6 Resultados de
pruebas realizadas
en pruebas de muestra biaxial 2D mostradas en la figura 7.3.5 (Cortesía
de Itasca Consulting
Group, Inc.) Los
resultados
prometedores
de
estas
pruebas
iniciales fueron llevadas adelante en series de pruebas
3D
con diferentes
tamaños
de
muestra
usando roca intacta e información estructural de diferentes minas patrocinadoras del proyecto LOP. Las
figuras
7.3.7
es un
ejemplo
de
una
serie de esas pruebas en rocas de carbonatita de
Palabora,
la
resistencia
intacta
de
la
carbonatita se obtuvo de una prueba de rutina en el laboratorio y el tejido estructural del subsuelo y el plano superficial. Se probaron la escala simulada de laboratorio y los cubos de carbonatita de 20m, 40m y 80m. los resultados Ellos
se
muestran
muestran
en
valores
la
figura
7.3.8.
decrementales
con
tamaños de muestra incrementales, que reflejan
la
relación
conceptual
mostrada
en
la
figura
7.3.4.
MUESTRAS DE CARBONATITA SRM
Figura 7.3.7: muestras de prueba para cubos 3D de diferentes tamaños de Carbonatita (Cortesía Itasca Consulting Group. Inc.)
ESCALA DE EFECTOS DE LA CARBONATITA Strain from Peak to 50% peak = tensión de pico a pico 50% UCS, E and brittleness all decrease with increasing scale.= Tanto UCS E y la sensibilidad disminuyen con el aumento de la escala
UCS y XES apeear to level out at scale of 40 = UCS y E parecen nivelarse en la escala de 40m
Figura
7.3.8:
carbonatita,
Resultados
mostrando
resistencia
y
los
la
de
la
prueba
disminución
valores
E
con
de
de
la
tamaño
de
muestra incremental (Cortesía Istaca Consulting Group, Inc.) Los
resultados
de
la
resistencia
de
carbonatita SRM y Hoek-Brown fueron comparados y
se
curso
muestran en la figura 7.3.9. están en pruebas
y
comparaciones
similares
en
diferentes tipos de roca de diferentes minas, incluyendo direcciones
estudios de
del
carga
efecto
en
las
de
diferentes
muestras.
Los
resultados se reportaran a domino publico como parte de los estudios del proyecto LOP.
CARBONATITA SRM VS HOEK-BROWN UCS
-
SRM UCS likely to vary significantly with loading direction = los SRM UCS tienden a variar significativamente con la dirección de carga.
Figura
7.3.9:
resistencia
de
Comparación carbonatita
de SRM
valores y
Hoek
de
Brown
(Cortesía de Itasca Consulting Group) 7.3.2 SISTEMAS DE CLASIFICACION Como se anoto en la sección 5.4.1, en minería de tajo abierto los esquemas de clasificación mas usados son el modelo Bienawski RMR, los modelos IRMR y MRMR de Laubscher,
y
el
modelo
GSI
Hoek-Brown,
siendo
los
modelos Laubscher y Hoek-Brown frecuentemente usados, intercambiables
cuando
se
estima
la
masa
de
roca
usando el criterio Hoek-Brown. Para evitar el mal modelos criterio
de
uso
Laubscher Hoek-Brown,
diferencias
básicas
o
la mala aplicación de los
MRMR se
entre
y
GSI
deben los
Hoek-Brown entender
modelos,
se
en
el
algunas mencionan
dos puntos: 1. El modelo GSI Hoek-Brown es un modelo basado en RQD que se origina del esquema de clasificación de Bienawski
RMR
en 1976. Los valores GSI en la tabla
5.4.14 son mayores a 25 son exactamente los mismos a aquellos del esquema de bienawski de 1976. Cuando
se usa el modelo, se deben adoptar los siguientes procedimientos: *
Mapeo
de la superficie;
los
valores
GSI
deben
se
deben
obtenerse de la tabla 5.4.14; y *
registro
del
pozo;
los
valores
GSI
obtener vía el RMR de Bienawski 1976. Si el RMR de Bienawski 1979 es usado, como algunas veces pasa, el valor GSI es (RMR 1979 -5) 2. El modelo MRMR de Laubscher es un modelo de quiebre basado
en
frecuencia.
desarrollado
primeramente
Esto
es
para
porque
aplicaciones
fue en
subsuelo, es la razón por la que tiene un factor de ajuste,
para
contiene
minería
factores
de
de tensión ajuste
inducida. Además
para
climatología,
orientación de estructuras, voladura, agua (Figura 5.4.2) si
se esta
pensando usar
valores
MRMR
en
lugar de valores GSI en el cálculo de resistencia de roca maciza Hoek-Brown, entonces se sugiere: * Ya que los valores se usaran en tajo abierto, no en un ambiente de subsuelo, los ajustes no deben hacerse para minería de tensión. * El ajuste no debe hacerse para agua, así como con GSI, cualquier poro de presión en la roca maciza debe
ser
representado
en
los
análisis
de
estabilidad. * No se debe tratar de convertir los valores de quiebre de frecuencia a valores RQD de
MRMR
a
GSI
o
viceversa,
para migrar
Priest
&
Hudson
(1979) y Bienawski (1989) sugieren factores de conversión, pero su uso no es recomendado. Existen
dos
asociado
razones,
a
RQD
correlaciones mas
el
y
el
sugeridas,
errores
e
sesgo
direccional
empirismo pueden
de
introducir
incertidumbres
en
las aun los
procedimientos que ya son empíricos y contienen altos niveles de incertidumbre (sección 8.5.1); y si se ha hecho un ajuste para voladura, hágalo
•
un poco mas claro que el ajuste que se hizo, así no
hay
factor
doble D
conteo
de
cuando
se
perturbación
en
trate el
con
el
criterio
de
resistencia Hoek-Brown.
7.3.3 CRITERIO DE RESITENCIA DE ROCA MACIZA DE HOEK-BROWN Aunque pareciera que el modelo SRM proveerá una capa de resistencia que honre la resistencia del material intacto y la estructura de junta en una roca maciza a diferentes escalas, hasta que esta no se haya probado y verificado completamente mediante la experiencia es un
hecho
que
manteniéndose
el
como
criterio el
HOek-Brown
criterio
de
seguirá
resistencia
a
escoger. Cuando
se
usa
el
criterio
Hoek-Brown
los
usuarios
deben entender los orígenes del criterio y de que es una relación empírica, no constitutiva para una roca maciza
ostensible,
7.3.3) deben sino también
homogénea
entender no
e
isotrópica
solo que
es
lo que
(figura hacen,
los valores que están usando y de donde
provienen
estos.
Específicamente
deben
hacer
las
siguientes dos cosas:
1.
chequear la veracidad de los valores beta c,
mi
y
GSI
que
están
usando.
Las
preguntas
que
se
deben hacer son: Representan los valores beta c propiamente la
•
resistencia
compresiva
uniaxial
de
la
roca
intacta, Fueron los valores mi obtenidos de pruebas de
•
laboratorio
triaxiales
en
muestras
de
la
roca
intacta o fueron valores indicativos obtenidos de tablas suplementarias (Ejm. tabla 5.5.4); y Fueron los valores GSI derivados de mapeo de
•
campo
o
del
registro
de
los
pozos,
o
de
la
combinación de ambos? A menos que estas preguntas puedan ser absueltas en su
totalidad,
cualquiera información
es
extremadamente
evaluar
la
relacionada
a
dificultoso
confiabilidad los niveles
para
de
la
objetivo
de
información confiable que son expresados en la tabla 8.5.1.
2.
Entender
perturbación,
las D,
implicaciones en
sus
del
decisiones.
factor Se
de debe
comprobar si los valores GSI se originan de valores MRMR y si es así o no tanto como si los valores GSI han sido ajustados para voladura, además deben tener un claro entendimiento de la probable profundidad de la zona afectada por la detonación en las paredes del
hoyo.
Cono
se
nota
en
la
sección
5.5.3,
la
influencia
del
parámetro
puede
ser
grande
y
su
aplicación requiere experiencia y juicio. El valor mas alto de D (D=1) efectivamente reduce la cohesión de la roca maciza por un factor de dos, lo cual es una particular
reducción severa (o castigo) de la
resistencia de la roca maciza.
7.3.4 CONSIDERACIONES DE POROS DE PRESION Las presiones de poros controlan la tensión efectiva de la roca maciza en las paredes del(a) pozo (mina). Actuando
dentro
presione
de
de
poros
la
roca
maciza
incrementados
articulada,
reducen
la
las
tensión
efectiva la cual, a su vez conduce a una reducción en la
resistencia
al corte
de
la roca
maciza,
como
se
noto en la sección 2.5.1. Esos poros de presión son usualmente el único elemento de un diseño de pendiente que pueden ser fácilmente modificados por intervención artificial. Desafortunadamente, en un preocupante gran numero de minas el modelo de flujo subterráneo y el entendimiento de en
la
(mina)
roca
la distribución de presione de poro
maciza
detrás
de
las
paredes
del
pozo
es raro.
Las excusas usuales para la falta de un buen modelo de flujo subterráneo son el tiempo de entrega requerido y el costo de capital de obtener la data necesaria para construir el modelo. Se ha reconocido que el costo es un problema. Sin embargo, la falta de u buen modelo para soportar el diseño de la pendiente es casi seguro que ello
dará la
como
resultado
temprana
un
diseño
conservador,
caracterización
del
por
régimen
hidrológico de escala regional y minas, se considera de importancia primordial.
En
las
tablas
6.4.1
y
8.5.1
se
sugiere
que
las
encuestas subterráneas regionales deben ser realizadas durante los estudios del proyecto conceptual (nivel 1) y
que
el
pruebas
transporte de
bombeo
aéreo y
de
las
mimas
embalaje
parámetros hidrogeológicos
de
para
iniciales,
escala,
establecer
deben
al
menos
ser empezados durante la prefactibilidad (nivel 2) del proyecto.
Y
el
sensible
“respaldo
de
alcancía”
del
programa de recolección de data en explotación mineral y programas de perforación de recursos en esta etapa del programa
(seccion2.5.1.2)
camino
ala
data.
hacia Por
el
reducción
momento
los
puedan ir
del
costo
estudios
en
de
de
un
largo
obtener
inicio
de
la la
viabilidad del proyecto (nivel 3), la instalación del piezómetro, basadas estudios
en
zona de bombeo y pruebas de transporte la de
indispensable.
información
recolectada
prefactibilidad
son
un
durante
los
requisito
