UNIVERSIDAD PRIVADA DEL NORTE FACULTAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA DE MINAS
CURSO
:
GEOLOGÍA
DOCENTE
:
Ing. JOSE LUIS BALLON BALLON
ALUMNOS
:
KEVIN LEON PORTILLA SAMUEL TERAN ESPINOZA RAMÓN V. SALAZAR ANTAURCO
CICLO
:
III
TEMA
:
MECANICA DE ROCAS
Cajamarca, 19 Noviembre de 2012
Mecánica de Rocas
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MECANICA DE ROCAS 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. 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 e llos. El conocimiento de las tensiones y deformaciones que puede llegar a soportar el material rocoso ante unas determinadas condiciones permite evaluar su comportamiento mecánico y abordar el diseño de estructuras y obras de ingeniería. La relación entre ambos parámetros describe el comportamiento de los diferentes tipos de rocas y macizos rocosos, que dependen de las propiedades físicas y mecánicas de los materiales y de las condiciones a que están sometidos en la naturaleza.
MACIZO ROCOSO Es el conjunto de los bloque de matriz rocosa y de las discontinuidades de diverso tipo que afectan al medio rocoso. Mecánicamente los macizos rocosos son medios discontinuos, anisótropos y heterogéneos. Prácticamente pueden considerarse que presentan una resistencia a la tracción nula .
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.
DISCONTINUIDADES Son cualquiera de los planos de origen mecánico o sedimentario que independiza o separa los bloques de matriz rocosa de un macizo rocoso. Generalmente la resistencia a la tracción de los planos de discontinuidad es muy baja o nula. Su comportamiento mecánico queda caracterizado por su resistencia al corte o, en su caso, por la del material de relleno.
DISCONTINUIDADES DE LA MASA ROCOSA discontinuidades presentes en la masa rocosa son:
Los
principales
tipos
de
PLANOS DE ESTRATIFICACIÓN Dividen en capas o estratos a las rocas sedimentarias. FALLAS Son fracturas que han tenido desplazamiento. Éstas son estructuras menores que se presentan en áreas locales de la mina o estructuras muy importantes que pueden atravesar toda la mina. ZONAS DE CORTE Son bandas de material que puede ser de varios metros de espesor, en donde ha ocurrido fallamiento de la roca. 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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PLANOS DE EXFOLIACION O ESQUISTOCIDAD Se forman entre las capas de las rocas metamórficas dando la apariencia de hojas o láminas. CONTACTOS LITOLOGICOS Cuando comúnmente forman, por ejemplo, la caja techo y caja piso de una veta. VENILLAS Son rellenos de las fracturas con otros materiales PLIEGUES Son estructuras en las cuales los estratos se presentan curvados DIQUES Son intrusiones de roca ígnea de forma tabular, que se presentan generalmente empinadas o verticales. PROPIEDADES DE LAS DISCONTINUIDADES 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.
ESPACIADO Es la distancia perpendicular entre discontinuidades adyacentes. Éste determina el tamaño de los bloques d e roca intacta. Cuanto menos espaciado tengan, los bloques serán más pequeños y cuanto más espaciado tengan, los bloques serán más grandes. 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. 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 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 m ás desfavorables. 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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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.
Índice de calidad de las rocas, RQD
El RQD (Rock quality designation index) fue desarrollado por Deere et al. (1967), para estimar cuantitativamente la cualidad del macizo rocoso basándose en la recuperación de un testigo. Depende indirectamente del número de fracturas y del grado de alteración del macizo. El diámetro del testigo tiene que ser igual o superior a 57.4 mm, y tiene que ser perforado con un doble tubo de extracción de testigo. El RQD es el porcentaje de fragmentos de longitud superior a 10 cm, sobre la longitud tota l del testig o. Su expresión es:
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Rock Mass Rating (RMR)
El RMR, introducido por Bieniawski 1976, es posiblemente la clasificación geomecánica más usada, inicialmente pensado para valorar la estabilidad y los soportes requeridos en túneles, ha resultado ser apto también para la valoración de la estabilidad en taludes. El RMR es una clasificación geomecánica, en la que se tienen en cuenta los siguientes parámetros del macizo rocoso: (1) Resistencia del material intacto que se obtiene mediante ensayo de carga puntual o compresión simple. Valor Máximo= 15 (2) RQD (detallado más adelante en este mismo apartado). Valor Máximo= 20 (3) Espaciado de la discontinuidades, hace referencia a la longitud entre discontinuidades dentro de la zona a estudio. Valor Máximo= 20 (4) Condición de las discontinuidades, que incluye: Valor Máximo= 30 i. Longitud de la discontinuidad. ii. Abertura iii. Rugosidad iv. Relleno v. Alteración (5) Presencia de agua subterránea. Valor Máximo= 15 (6) Orientación de las discontinuidades. Mecánica de Rocas
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A cada uno de los parámetros anteriores se le asigna un valor, el RMR se obtiene como la suma de todos ellos. RMR = (1) + (2) + (3) + (4) + (5)
Hay que tener en cuenta que existen dos versiones para la obtención del RMR, el RMR76, del año 1976,y el RMR89, del año 1989. La diferencia reside en los valores que se le asignan a los parámetros de: presencia de agua subterránea, condición de las discontinuidades, y RQD conjuntamente con el espaciado de las discontinuidades.
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Índice Q de Barton (rock mass quality) Basándose en una gran cantidad de casos tipo de estabilidad en excavaciones subterráneas, el Norgerian Geotechnical Institute (N.G.I.), propuso un índice para determinar la calidad del macizo rocoso en túneles y taludes.
Esta clasificación utiliza seis parámetros para definir la clase de macizo: 1. RQD, índice de calidad de la roca. 2. - Jn, índice del número de familias de fracturas. 3. - Jr, índice de rugosidades en las fracturas. 4. - Ja, índice de alteración de las paredes de las fracturas. 5. - Jw, índice del caudal afluente. 6. - SRF, índice del estado de tensión del macizo.
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Parámetros usados en el Q
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BIBLIOGRAFÍA
Bieniawski, Z.T. (1989): "Engineering Rock Mass Classifications -A Complete Manual fo Engineers and Geologists in Mining, Civil and Petroleum Engineering" Goodman, R.E. (1989): "Inroduction to Rock Mechanics" D.F. Coates (1997), FUNDAMENTOS DE MECÁNICA DE ROCAS, Dirección de Minas Ministerio de Energía de Minas y Recursos Naturales, Canadá.
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