UNIVERSIDAD NACIONAL DE HUANCAVELICA (Creado por Ley Nº 25265)
FACULTAD DE INGENIERIA MINAS, CIVIL Y AMBIENTAL ESCUELA PROFESIONAL PROFESIONAL DE INGENIERIA DE MINAS
TEMA: “
CLASIFICACIÓN GEOMECÁNICA DE STINI Y LAUFFER” DOCENTE:
M.Sc.Ing. GUZMÁN IBAÑEZ, Cesar
PRESENTADO POR:
DE LA CRUZ ESCOBAR, Emiliano
HUACHO OCHOA, Walter
HUINCHO APARCO, Richard
MALLQUI CHUMBES, Miguel
HUANCAVELICA – PERÚ 2017
ÍNDICE Pag. I.
INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................... 3
II.
CLASIFICACIÓN GEOMECÁNICA DE STINI Y LAUFFER ...................................................................... 4 2.1.
Clasificación geomecánica de Stini y Lauffer........................................................................... 4
2.2.
Factores q pueden afectar en el tiempo de autosoporte ....................................................... 7
2.3.
Modificación de la clasificación geomecánica de Lauffer por Pacher en el año 1974 ............ 7
2.4.
Modelos matemáticos para calcular la longitud del claro activo ............................................ 8
2.5.
Ejercicios de aplicación ............................................................................................................ 8
III.
CONCLUSIONES ........................................................................................................................... 9
IV.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................................. 10
V.
ANEXOS.......................................................................................................................................... 11 5.1.
Tabla de Q de Barton............................................................................................................. 11
5.2.
Tabla de relación soporte excavación (ESR) .......................................................................... 11
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I.
INTRODUCCIÓN
La geomecánica es una ciencia muy útil para la ingeniería de minas. La ciencia de la geomecánica es una ciencia muy joven siendo de esta manera que aún no tiene un modelo de clasificación definida. Pues una de las clasificaciones utilizadas en los actuales mapeos geomecánicos es la clasificación geomecánica de Stini y Lauffer por ello en este presente trabajo describimos las características principales de la clasificación geomecánica de los macizos rocosos por Stini y Lauffer.
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II. 2.1.
CLASIFICACIÓN GEOMECÁNICA DE STINI Y LAUFFER
Clasificación geomecánica de Stini y Lauffer La clasificación geomecánica de Lauffer parte de las ideas de Stini de 1950 sobre la importancia de los defectos del macizo rocoso en su comportamiento mecánico. La hipótesis principal de la clasificación es que el sostenimiento depende, en gran medida, de la calidad de la roca, lo cual suena muy bien, si, pero ¿cuánto depende, exactamente? Para cuantificarlo, Lauffer estudió diferentes tipos de excavación (incluso minas abandonadas) en diferentes tipos de roca, midiendo el tiempo que eran capaces de mantenerse estables antes de desmoronarse. A partir de los datos obtenidos, clasificó los terrenos en siete categorías, indicando el tipo de sostenimiento más apropiado para cada terreno en función de dos parámetros:
La longitud libre o vano crítico : Menor de las dos dimensiones -diámetro o longitud de galería- que se puede mantener estable sin revestimiento.
Tiempo de estabilidad o mantenimiento ( Stand Up Time): Tiempo que puede mantenerse, sin desmoronarse, dicha longitud libre.
Stini en su manual de geología de túneles propuso una clasificación para los macizos rocosos y comentó muchas de las condiciones adversas que pueden encontrarse en la construcción de túneles. Insistió sobre la importancia de los defectos estructurales de la roca y recomendó que la orientación de excavación no fuera paralela al rumbo de discontinuidad, o fuera muy inclinada. Lauffer hizo énfasis sobre la importancia del tiempo de sostén del claro activo en un túnel, que se denomina tiempo de auto soporte o de sostén y es el lapso durante el cual una excavación ser á capaz de mantenerse abierta, sin desprendimientos y ningún tipo de soporte, mientras que el claro activo es el espacio o longitud de la excavación sin soporte, y corresponde al espacio del túnel que puede corresponder a la distancia entre el frente de la excavación y la instalación del soporte o en casos críticos, de roca muy fracturada o de baja resistencia, al ancho o a una parte del ancho de la excavación. En la figura 1 se muestra la posible ubicación del claro activo.
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Figura 1 Definición del claro activo según Lauffer.
Fuente: Clasificación geomecánica de macizos rocosos. (Urrea Campos, 2010) De acuerdo a condiciones geológicas y observaciones de comportamientos de excavaciones en diferentes materiales, se establecen rocas tipo A, B, C, D, E, F y G; las cuales corresponden a una descripción detallada del tipo de material y las características geotécnicas. Una vez identificado el tipo de material se puede determinar el espacio y el tiempo de auto soporte según la Tabla 1. Donde, A corresponde una roca muy buena, poco fracturada y de gran resistencia es decir a la roca inalterada y dura de la clasificación propuesta por Terzaghi y G la roca muy fracturada y de baja resistencia o la roca comprimida o expansiva de Terzaghi, la franja achurada en la Figura 2 es el rango recomendado, por los autores de la teoría.
Figura 2 Tiempo de autosostenimiento.
Fuente: Clasificación geomecánica de macizos rocosos. (Urrea Campos, 2010)
Tabla 1 clasificación de Lauffer CATEGORIA
ESTADO DE LA ROCA
DESCRIPCION
SOSTENIMIENTO
LONGITUD
TIEMPO DE
LIBRE L
ESTABILIDAD
4
20 AÑOS
TERRENO MUY BUENO. UNA EXCAVACION NO REVESTIDA , CON LUZ LIBRE DE 12 M PERMANECE ESTABLE DURANTE 20 AÑOS
4 3
6 MESES 1 SEMANA
TERRENO BUENO. TERRENO MEDIO.
1.5
5 HORAS
TERRENOS MEDIOCRES. ROCAS BLANDAS. TERRENO MALO. ROCA BLANDA DE DEBIL COHESION. TERRENO ARCILLOSO CON FUERTES EMPUJES.
A
SOLIDA
MUY BUENA
B C
ASIVA FISSURADA
BUENA ACEPTABLE
D
DIACLASADA
REGULAR
E
AGRIETADA
MALA
CERCHAS PESADAS
0.8
20 MINUTOS
F
FRACTURADA
MUY MALA
PESADO Y DE FRENTE
0.4
2 MINUTOS
G
TRITURADA
DESCOMPUESTA
PESADO Y DE FRENTE
0.15
10 SEGUNDOS
DE TECHO DE TECHO CERCHAS LIGERAS
OBSERVACIONES
SE CONSIDERA MUY DIFICEL Y NESECITA METODOS ESPECIALES PARA SER ATRAVEZADOS POR UN TUNEL COMO INYECCIONES, CONGELACION, USO DE ESCUDOS, ETC.
Fuente: Elaboración propia.
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El trabajo de Lauffer no fue especialmente reconocido, sin embargo, resultó básico para que Rabcewicz, Pacher y Müller llegaran a desarrollar el llamado “ Nuevo Método Austriaco“, unos años más tarde.
2.2.
Factores q pueden afectar en el tiempo de autosoporte Orientación del túnel Forma de la sección Método de excavación Método de sostenimiento
2.3.
Modificación de la clasificación geomecánica de Lauffer por Pacher en el
año 1974 La clasificación original de Lauffer no fue muy usada, pero fue modificada por Pacher (1974), introduciendo el concepto de que al aumentar el ancho de un túnel se reduce su stand up-time. Esto significa que, un túnel piloto que tiene un ancho pequeño, puede ser construido sin mayor dificultad a sección completa en una roca de regular calidad,
El trabajo de Lauffer no fue especialmente reconocido, sin embargo, resultó básico para que Rabcewicz, Pacher y Müller llegaran a desarrollar el llamado “ Nuevo Método Austriaco“, unos años más tarde.
2.2.
Factores q pueden afectar en el tiempo de autosoporte Orientación del túnel Forma de la sección Método de excavación Método de sostenimiento
2.3.
Modificación de la clasificación geomecánica de Lauffer por Pacher en el
año 1974 La clasificación original de Lauffer no fue muy usada, pero fue modificada por Pacher (1974), introduciendo el concepto de que al aumentar el ancho de un túnel se reduce su stand up-time. Esto significa que, un túnel piloto que tiene un ancho pequeño, puede ser construido sin mayor dificultad a sección completa en una roca de regular calidad, mientras que, la construcción de una excavación de grandes dimensiones en la misma roca probablemente sea imposible realizarla a sección completa bajo el concepto del stand-up time, no quedando otra solución que realizarla por partes.
Figura 3 Tiempo de autosostenimiento.
Fuente: Clasificación geomecánica de macizos rocosos. (Urrea Campos, 2010) Aunque parezca lógico y evidente que al aumentar las dimensiones de la excavación se produce una disminución de la estabilidad, muchos seguidores de la teoría de la
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elasticidad sostenían que la estabilidad de una excavación era independiente de sus dimensiones y que, por ejemplo: al doblar el ancho de un túnel no cambiaría para nada su estabilidad. Lo que sí es cierto, es que el valor de los esfuerzos, en los límites de la excavación es independiente de las dimensiones, por ejemplo: en las paredes de un túnel circular de 1,0 m de radio se inducen los mismos esfuerzos que en las paredes de un túnel circular de 10,0 m de radio. La explicación a esto, es que no se tomó en cuenta la importancia de los fenómenos geológicos y estructurales tales como: fallas y sistemas de diaclasas con sus orientaciones, abertura y rellenos.
2.4.
Modelos matemáticos para calcular la longitud del claro activo se puede determinar de la siguiente manera: = 2 × × .
Donde: : Relación soporte excavación. : Valor del sistema Q de Barton
2.5.
Ejercicios de aplicación 1. Calcular la longitud del claro realizando un mapeo geomecánico Q=4 ESR=1 = 2 × × . = 2 × 1 × 4. = 3.48
2. Calcular la longitud del claro realizando contando con los siguientes datos: Q=1 ESR=0.80 = 2 × × . = 2 × 0.80 × 1. = 1.6
III.
CONCLUSIONES
1. Se toma como base la importancia del tiempo de sostenimiento de un claro activo en un túnel. 2. El tiempo de autosostenimiento está relacionado con las características de fracturamiento de las rocas. 3. La calidad de autosostenimiento de la roca está vinculada a la propia calidad de la roca 4. El tiempo de autosostenimiento de la roca también está determinada por la orientación del túnel, la forma de sección del túnel, el método de excavación del túnel y el método de sostenimiento.
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IV.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Gavilanes J., H., & Andrade Haro, B. (2004). Introdución a la ingeniería de túneles. Quito: A.I.M.E. Urrea Campos, H. F. (2010). Clasificacion geomecánica de las rocas. Medellin .
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V.
ANEXOS
5.1.
Tabla de Q de Barton
5.2.
Tabla de relación soporte excavación (ESR)
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