COLEGIO DE INGENIEROS DEL PERU – CONSEJO DEPARTAMENTAL DE LIMA CAPITULO DE INGENIERIA DE MINAS

GEOMECANICA APLICADA ALCURSO

GEOMECANICA APLICADA ALMINADO SUBTERRANEO

CARACTERIZACION DE LA MASA ROCOSA

Ingenieros S.R.Ltda.DCRGeomecánica en Minería y Obras Civiles

Lima, Octubre 23,24 y 25 del 2009Ing. David Córdova Rojas

COLEGIO DE INGENIEROS DEL PERU – CONSEJO DEPARTAMENTAL DE LIMA CAPITULO DE INGENIERIA DE MINAS

GEOMECANICA APLICADA ALCURSO

GEOMECANICA APLICADA ALMINADO SUBTERRANEO

CARACTERIZACION DE LA MASA ROCOSA

Ingenieros S.R.Ltda.DCRGeomecánica en Minería y Obras Civiles

Lima, Octubre 23, 24 y 25 del 2009Ing. David Córdova Rojas

ROCA INTACTA, DISCONTINUIDADES Y MASA ROCOSA,

MODELAMIENTOS PARA EL DISEÑO DE EXCAVACIONES ROCOSAS

MODELO GEOLOGICO

MODELO GEOMECANICOG O C CO

MODELO MATEMATICOMATEMATICO

ESTRUCTURAS PRINCIPALES

INTEMPERIZACIONALTERACION

CARACTERISTICASGEOMECANICAS DISCONTINUIDADES

MODELO GEOLOGICO

ALTERACIONDISCONTINUIDADES

GEOLOGICO

LITOLOGIAHIDROGEOLOGIA SISMOLOGIASISMOLOGIA

CALIDAD DELRESISTENCIA DEL CALIDAD DEL MACIZO ROCOSO

RESISTENCIA DEL MACIZO ROCOSO

MODELO GEOMECANICO

RESISTENCIA DE LAS DISCONTINUIDADES

ESFUERZOS IN-SITU

GEOMECANICO

RESISTENCIA DE LA ROCA INTACTA

CALIDAD DE LA EXCAVACION

MODELOS CONTINUOS EQUILIBRIO LIMITE

MODELO MATEMATICO

MODELOS DISCONTINUOS

METODOS SUGERIDOS PARA LA DESCRIPCIONMETODOS SUGERIDOS PARA LA DESCRIPCION CUANTITATIVA DE LAS DISCONTINUIDADES DE

LA MASA ROCOSA

1. Orientación2. Espaciamientop3. Persistencia4. Rugosidad5. Resistencia de las paredes6. Apertura 7. Relleno8. Filtraciones9 Nú d f ili ( i t )9. Número de familias (sistemas)

10. Tamaño de bloques

1. ORIENTACION

N

a

rumbo = a°

B i t °Buzamiento = °

RUMBO Y BUZAMIENTORUMBO Y BUZAMIENTO

1. ORIENTACION

a

dirección debuzamiento = a°+90°

= °

buzamiento

N = buzamientodirección de

Ó

vectorbuzamiento

DIRECCIÓN DE BUZAMIENTO Y BUZAMIENTO

1. ORIENTACION

1

2 N

20°

1. 200° / 10°3

4(a)095° / 90°3.

4. 180° / 86°

2. 230° / 85°

2

1

SISTEMAS O FAMILIAS DE DISCONTINUIDADES ESTRUCTURALES

VISTA PERSPETIVA Y SU RELACION A UNA ESTRUCTURA DE INGENIERIA

1. ORIENTACION

1

23

(b)

3. 030° / 32°2.1.

285° / 70°055° / 85°

90°150°

90°N

SISTEMAS O FAMILIAS DE DISCONTINUIDADES ESTRUCTURALES

VISTA PERSPETIVA Y SU RELACION A UNA ESTRUCTURA DE INGENIERIA

1. ORIENTACION

35°

N1

1. 200° / 88°

2

2. 130° / 15°3. 285° / 85°

R

3

2

R

SISTEMAS O FAMILIAS DE DISCONTINUIDADES ESTRUCTURALESDIAGRAMA DE BLOQUES QUE PROPORCIONA UN CUADRO CUALITATIVO DEL DIACLASAMIENTO

1. ORIENTACION

SISTEMAS O FAMILIAS DE DISCONTINUIDADES ESTRUCTURALESCASO REAL DE UN MACIZO ROCOSO CON 3 SISTEMAS TIPICOS DE DISCONTINUIDADES

1. ORIENTACION

TECNICAS DE PROYECCION ESTEREOGRAFICA PARA DETERMINAR LAS CARACTERISTICAS ORIENTACIONALES DE LAS DISCONTINUIDADES

1. ORIENTACION

TECNICAS DE PROYECCION ESTEREOGRAFICA PARA DETERMINAR LAS CARACTERISTICAS ORIENTACIONALES DE LAS DISCONTINUIDADES

1. ORIENTACION

N

CONTOUR LEGEND

EQUAL AREALOWER HEMISPHERE Condestable 2 Zona Prioridad 1

1m

2m

SCHMIDT POLECONCENTRATIONS% of total per

1.0 % areaMinimum Contour = 1Contour Interval = 1Max.Concentration = 6.89

MAJOR PLANES

1m

3m

3

EW

ORIENTATIONS# DIP/DIR.

1 m 77/132 2 m 64/053 3 m 36/240

2m

3m

S

784 Poles Plotted747 Data Entries Composito General de Estructuras

ARREGLO ESTRUCTURAL GENERAL DE LA MASA ROCOSA DE UN YACIMIENTO DEL PERU

1. ORIENTACION

REPRESENTACION DE DATOS ESTRUCTURALES RELACIONADOS A CUATRO POSIBLES MODOS DE FALLA DE TALUDES, PLOTEADOS SOBRE UNA RED EQUIAREALSOBRE UNA RED EQUIAREAL DE SCHMIDT

1. ORIENTACION

FORMACION DE CUÑAS EN EXCAVACIONES SUBTERRANEAS POR EL ARREGLO ESTRUCTURAL DE LA MASA ROCOSA

2. ESPACIAMIENTO

DISTANCIA ENTRE LAS DISCONTINUIDADES DE UN SISTEMA MEDIDO PERPENDICULARMENTE A LAS MISMAS

2. ESPACIAMIENTO

S 22

a inaccesi

ble2

i

d

ca. 90° S 1S2

S

cara

S 2

cinta

set n° 1

set n° 2

set n° 31SS = d sin2 2 2

20 - 60 mm

Terminología

Espaciamiento extremadamente cercano < 20 mmEspaciamiento muy cercano

60 - 200 mm200 - 600 mm600 - 2000 mm2000 - 6000 mm> 6000 mm

Espaciamiento moderadoEspaciamiento amplioEspaciamiento muy amplioEspaciamiento extremadamente amplio

p yEspaciamiento cercano

ESPACIAMIENTO APARENTE Y VERDADERO EN LA CARA ACCESIBLECORRECCION PARA DETERMINAR EL ESPACIAMIENTO VERDADERO

3. PERSISTENCIA

LONGITUD DE LA TRAZA DE LA DISCONTINUIDAD O EXTENSION AREAL DE LA MISMA

3. PERSISTENCIA

(a) (b)

(c) (d)

ESQUEMAS SIMPLES QUE INDICAN LA PERSISTENCIA RELATIVA DE VARIOS SISTEMAS DE DISCONTINUIDADES

3. PERSISTENCIA

TERMINOLOGIA

(e) (f)Persistencia muy baja 0 – 1 mPersistencia baja 1 – 3 mPersistencia media 3 – 10 mPersistencia alta 10 – 20 m

tente

Persistencia muy alta > 20 m

No-persistente Persistent

DIAGRAMAS DE BLOQUE QUE INDICAN LA PERSISTENCIA RELATIVA DE VARIOS SISTEMAS DE DISCONTINUIDADES

3. PERSISTENCIA

puente intacto

2 1puente intacto

sistema sub-persistente3

falla escalonada ´3D´

falla escalonada ´2D´

plano de falla

2

3

1

sistema persistente

sistema no-persistente

EJEMPLOS IDEALIZADOS DE PLANOS POTENCIALES DE FALLA QUE MUESTRAN LA IMPORTANCIA DE LOS “PUENTES INTACTOS” Y DEL

“ESCALONAMIENTO HACIA ABAJO”

4. RUGOSIDAD

GRADO DE ASPEREZA Y/U ONDULACION DE LAS DISCONTINUIDADES

4. RUGOSIDAD

1 Ensayo de corte

de laboratorioEnsayo de corte

2

1

1

2

in-situ

o

i

ondulación

LAS DIFERENTES ESCALAS DE RUGOSIDAD DE LAS DISCONTINUIDADES SON MUESTREADAS PARA DIFERENTES ESCALAS DE ENSAYOS

LA ONDULACION ES CARACTERIZADA POR EL ANGULO (i)

4. RUGOSIDAD Perfil derugosidad

azimut =

30°

Escala

y

'puntopiedra

pequeñay

y

alto

buzamientoaparente

la mitad no utilizadade una regla plegable

UN METODO PARA REGISTRAR LA RUGOSIDAD DE LAS DISCONTINUIDADES

g p gde 2 m

EN DOS DIMENSIONES, A LO LARGO DE LA DIRECCION ESTIMADA DE DESLIZAMIENTO POTENCIAL

4. RUGOSIDAD

D is co m e ta lico

B u rb u ja L e c tu ra de b u z a m ien to

2d e n ive l

B ru ju la

i

1 a

40 cm diam. 20 cm diam.

-40

-20

10 cm diam 5 cm diam

-20

010 20 30 40 50Decimetro de la placa cm.

Direccion del20 cm10 cm.5 cm.

UN METODO PARA REGISTRAR LA RUGOSIDAD DE LAS DISCONTINUIDADES

10 cm diam. 5 cm diam.

b-40

Direccion del Deslizamiento potencial40 cm.

20 cm.

c

EN TRES DIMENSIONES, PARA CASOS DONDE LA DIRECCION DEL DESLIZAMIENTO NO ES AUN CONOCIDA

4. RUGOSIDAD

rugoso

liso

espejo de falla

I

II

escalonado

rugosoIV

III

liso

espejo de falla

ondulado

V

VI

rugoso

liso

espejo de falla

VIII

VII

PERFILES TIPICOS DE RUGOSIDAD Y NOMENCLATURA SUGERIDA

espejo de falla

planar

IX

PERFILES TIPICOS DE RUGOSIDAD Y NOMENCLATURA SUGERIDA LONGITUD DE CADA PERFIL EN EL RANGO DE 1 A 10 MLAS ESCALAS VERTICAL Y HORIZONTAL SON IGUALES

4. RUGOSIDAD

2

1

2 - 4

0 - 2

4

3

6 - 8

4 - 6

6

7

5

10 - 12

12 - 14

8 - 10

8

9

7

14 - 16

16 - 18

10

ESCALE

18 - 20

0 5 10cm

PERFILES DE RUGOSIDAD Y RANGOS CORRESPONDIENTES DE VALORES “JRC” ASOCIADOS CON CADA UNO DE ELLOS

5. RESISTENCIA DE LAS PAREDES____________________________________________________________________________

Término Descripción Grado____________________________________________________________________________Fresca o sana No hay signos visibles de intemperización del material I

rocoso, quizás una ligera decoloración en la superficie de las discontinuidades principales

Ligeramente La decoloración indica la intemperización del material II intemperizado rocoso y de la superficie de discontinuidad. Todo el

material rocoso puede estar decolorado por intemperi-zación y externamente puede ser más débil que en su condición sana.

Mederadamente Menos de la mitad del material rocoso está descom – IIIintemperizada puesto y/o desintegrado a un suelo. Roca fresca o

decolorada esta presente ya sea como armaduracontinua o como núcleos.

Alt t Má d l it d d l t i l t d t IVAltamente Más de la mitad del material rocoso esta descompuesto IVintemperizada y/o desintegrado a un suelo. Roca fresa o decolorada

esta presente ya sea como armadura continua o como núcleos.

Completamente Todo el material rocoso esta descompuesto y/o desin- V intemperizada tegrado a un suelo La estructura del macizo rocosointemperizada tegrado a un suelo. La estructura del macizo rocoso

original permanece aun intacto.Suelo residual Todo el material rocoso se ha convertido en suelo. La VI

estructura del macizo y la fábrica del material se handestruido. Hay un cambio grande en el volumen, peroel suelo no ha sido transportado significativamente

GRADO DE INTEMPERIZACION DE LA MASA ROCOSA

el suelo no ha sido transportado significativamente.

5. RESISTENCIA DE LAS PAREDES

TERMINO DESCRIPCION

Fresco o sano Ningún signo visible de intemperización del material rocoso

D l d El l d l t i l f i i l di ti t HDecolorado El color del material rocoso fresco original es distinto. Hay que indicar el grado de cambio del color original. También hay que mencionar si el cambio de color solo afecta a determinados minerales.

Descompuesto La roca esta intemperizada a una condición de suelo, en la cual la fábrica del material original esta aun intacta, pero algunos o todos los granos minerales están descompuestos.

Desintegrado La roca está intemperizada hasta alcanzar la condición de un suelo, en el cual la fábrica original se mantiene aun intacta. La roca es friable, pero los granos minerales no están descompuestos.

GRADO DE INTEMPERIZACION DEL MATERIAL ROCOSO

5. RESISTENCIA DE LAS PAREDES

Grado Descripción Identificación de campo Rango aprox.c – MPa

R1 Roca muy débil Desmenuzable bajo golpes firmes con la punta de un martillo de geólogo, puede desconcharse

1.0– 5.0

R2

R3

Roca débil

R di

g g , pcon una navaja.Puede desconcharse con dificultad con una navaja, se puede hacer marcas poco profundas golpeando firmemente con el martillo de geólogo.N d d h

5.0 – 25

25 50R3

R4

R5

Roca mediana –mente dura

Roca dura

Roca muy dura

No se puede rayar o desconchar con una navaja, las muestras se pueden romper con un golpe firme del martillo de geólogo.Se requiere más de un golpe con el martillo de geólogo para romper la muestra.Se requieren varios golpes con el martillo de

25 – 50

50 – 100

100 – 250R5

R6

Roca muy dura

Roca extrema –damente dura

Se requieren varios golpes con el martillo de geólogo para romper la muestra.Solo se puede romper esquirlas de la muestra con el martillo de geólogo.

100 – 250

250

ESTIMACION EN CAMPO DE LA RESISTENCIA DE LA ROCA INTACTA

5. RESISTENCIA DE LAS PAREDES

CARTILLA DE CORRELACION PARA EL MARTILLO SCHMIDT DE DUREZARELACION: DENSIDAD, N° REBOTE Y RESISTENCIA COMPRESIVA DE LA ROCA

6. APERTURA

GRADO DE SEPARACION DE LAS PAREDES DE LAS DISCONTINUIDADES

6. APERTURA

a

b apertura

Discontinuidad cerrada

c ancho

Discontinuidad abierta

Discontinuidad rellenada

DIAGRAMAS QUE MUESTRAN LA DEFINICION DE LA APERTURA DE LAS DISCONTINIDADES Y EL ANCHO DE LAS DICONTINUIDADES RELLENAS

6. APERTURA

__________________________________________________________________Apertura DescripciónApertura Descripción

__________________________________________________________________

< 0.10 mm Muy cerradoy0.10 – 0.25 mm Cerrado Rasgos “cerrados”0.25 – 0.5 mm Parcialmente abierto 0.50 – 2.5 mm Abierto2.50 – 10 mm Moderadamente amplio Rasgos “semiabiertos”

10 mm Amplio1 – 10 cm Muy amplio

10 100 cm Extremadamente amplio Rasgos “abiertos”10 – 100 cm Extremadamente amplio Rasgos “abiertos” 1 m Cavernoso

__________________________________________________________________

TERMINOLOGIA DE LA APERTURA

7. RELLENO

MATERIAL DE RELLENO DE UNA DISCONTINUIDAD

7. RELLENO

• Mineralogía del material de relleno• Gradación del tamaño de partículas• Relación de sobre consolidación• Relación de sobre-consolidación• Contenido de agua y permeabilidad• Desplazamientos de corte previos• Rugosidad de las paredes• Rugosidad de las paredes• Ancho• Fracturamiento o trituramiento de la roca de las paredes

FACTORES IMPORTANTES DEL COMPORTAMIENTO FISICO DEL RELLENO

7. RELLENO

EJEMPLOS DE ESQUEMAS DE CAMPO DE DISCONTINUIDADES CON RELLENO

8. FILTRACIONES

FILTRACIONES EN LA PARED ROCOSA DE UNA GALERIA SUBTERRANEA

8. FILTRACIONES

_________________________________________________________________Valoración de la filtración Descripciónla filtración Descripción_________________________________________________________________

I La discontinuidad está muy cerrada y seca, el flujo de agua a través de ellas no parece posible.

II La discontinuidad esta seca sin evidencia de flujo de agua.III La discontinuidad esta seca pero muestra evidencias de flujo

de agua, es decir, está teñida por la corrosión. IV La discontinuidad esta húmeda pero no esta presente el aguaIV La discontinuidad esta húmeda pero no esta presente el agua

libre.V La discontinuidad muestra filtración, ocasionalmente goteo de

agua, pero sin flujo continuo.VI La discontinuidad muestra un flujo continuo de agua. (Estimar

l/min y describir la presión como baja, media, alta). _________________________________________________________________

FILTRACIONES A TRAVES DE DISCONTINUIDADES SIN RELLENO

8. FILTRACIONES____________________________________________________________________V l ió dValoración de la filtración Descripción____________________________________________________________________

I Los materiales de relleno están severamente consolidados yI Los materiales de relleno están severamente consolidados y secos, flujos significativos parecen improbables debido a la muy baja permeabilidad.

II Los materiales de relleno están húmedos, pero no hay presencia de agua librede agua libre.

III Los materiales de relleno están húmedos, ocasionalmente goteode agua.

IV Los materiales de relleno muestran signos de lavado, flujoIV Los materiales de relleno muestran signos de lavado, flujo continuo de agua (estimar en l/min.).

V Los materiales de relleno están lavados localmente, flujo de agua considerable a lo largo de los canales de lavado (estimar l/min y describir la presión: baja, mediana, alta).describir la presión: baja, mediana, alta).

VI Los materiales de relleno están lavados completamente, se experimentan presiones de agua muy altas, especialmente en la primera exposición (estimar l/min y describir la presión).

FILTRACIONES A TRAVES DE DISCONTINUIDADES CON RELLENO____________________________________________________________________

8. FILTRACIONES

____________________________________________________________________Valoración de la filtración Descripción____________________________________________________________________

I Paredes y techo secos filtraciones no detectablesI Paredes y techo secos, filtraciones no detectables.II Filtraciones menores, especificar goteos en las discontinuidades.III Afluencias medianas, especificar las discontinuidades con flujo

continuo (estimar l/min/10 m de longitud de excavación).IV Afluencias mayores, especificar las discontinuidades con fuertes

flujo (estimar l/min/10 m de longitud de excavación).V Flujo excepcionalmente alto, especificar las fuentes de flujos

excepcionales (estimar l/min/10 m de longitud de excavación)excepcionales (estimar l/min/10 m de longitud de excavación).____________________________________________________________________

FILTRACIONES EN MASA ROCOSA: EJEMPLO, EN LA PARED DE UN TUNEL

9. NUMERO DE FAMILIAS O DE SISTEMAS

TerminologíaI masiva, ocasionalmente juntas aleatoriasII una familia de juntasIII una familia de juntas mas juntas aleatoriasIV dos familias de juntasjV dos familias de juntas mas juntas aleatoriasVI tres familias de juntasVII tres familias de juntas mas juntas aleatoriasVIII cuatro o mas familias de juntasIX roca triturada, como tierra

COMPORTAMIENTO MECANICO Y APARIENCIA DE LA MASA ROCOSA

10. TAMAÑO DE BLOQUES

TERMINOLOGIA_______________________________________________Descripción Jv (juntas/m3)_______________________________________________Bloq es m grandes 1 0Bloques muy grandes 1.0 Bloques grandes 1 - 3Bloques de tamaño mediano 3 - 10Bloques pequeños 10 - 30Bloques muy pequeños 30_______________________________________________Valores de Jv 60 podría representar roca triturada, típico de zonas trituradas libres de arcillas.

Según Palsmtrom (1974), el RQD y el Jv están relacionados así:

RQD = 115 – 3.3 JvRQD = 100 para Jv < 4.5

TAMAÑO Y FORMA DE BLOQUES

Masivo = pocas juntas o espaciamiento muy amplioBloqueado = aproximadamente equidimensionalTabular = una dimensión considerablemente mas pequeña que las otras dosColumnar = una dimensión considerablemente mas grande que las otras dosIrregular = amplia variación del tamaño y forma de los bloquesIrregular amplia variación del tamaño y forma de los bloquesTriturado = severamente fracturado, tipo “cubo de azúcar”

10. TAMAÑO DE BLOQUES

ESQUEMAS DE FORMAS DE BLOQUES: a) bloqueado, b) irregular, c) tabular yd) columnar.

GRADO DE FRACTURAMIENTO DE LA MASA ROCOSA

Masiva o levemente fracturada Moderadamente fracturada2 a 6 fracturas / m 6 a 12 fracturas / m

CONSIDERANDO EL NUMERO DE FAMILIAS DE DISCONTINUIDADES Y EL TAMAÑO DE BLOQUES

GRADO DE FRACTURAMIENTO DE LA MASA ROCOSA

Muy fracturada Intensamente fracturada

12 a 20 fracturas / m > 20 fracturas / m

CONSIDERANDO EL NUMERO DE FAMILIAS DE DISCONTINUIDADES Y EL TAMAÑO DE BLOQUES

GRADO DE FRACTURAMIENTO DE LA MASA ROCOSA

Triturada o brechada

CONSIDERANDO EL NUMERO DE FAMILIAS DE DISCONTINUIDADES Y EL TAMAÑO DE BLOQUES

TIPOS DE DISCONTINUIDADES ESTRUCTURALES DE LA MASA ROCOSALA MASA ROCOSA

====================================ESTRUCTURAS MAYORES

PlegamientosFallamientos

ESTRUCTURAS MENORES

Diaclasas o juntasEstratos

Zonas de corteDiques

Planos de foliaciónC t t lit ló iContactos litológicos

Venillas y otros====================================

TIPOS DE DISCONTINUIDADES ESTRUCTURALES DE LA MASA ROCOSALA MASA ROCOSA

PLIEGUES

TIPOS DE DISCONTINUIDADES ESTRUCTURALES DE LA MASA ROCOSALA MASA ROCOSA

FALLAS

TIPOS DE DISCONTINUIDADES ESTRUCTURALES DE LA MASA ROCOSALA MASA ROCOSA

DIACLASAS O JUNTAS

TIPOS DE DISCONTINUIDADES ESTRUCTURALES DE LA MASA ROCOSALA MASA ROCOSA

ESTRATOS

TIPOS DE DISCONTINUIDADES ESTRUCTURALES DE LA MASA ROCOSALA MASA ROCOSA

ZONAS DE CORTE

TIPOS DE DISCONTINUIDADES ESTRUCTURALES DE LA MASA ROCOSALA MASA ROCOSA

DIQUES

TIPOS DE DISCONTINUIDADES ESTRUCTURALES DE LA MASA ROCOSALA MASA ROCOSA

PLANOS DE FOLIACION

TIPOS DE DISCONTINUIDADES ESTRUCTURALES DE LA MASA ROCOSALA MASA ROCOSA

CONTACTO LITOLOGICO

TIPOS DE DISCONTINUIDADES ESTRUCTURALES DE LA MASA ROCOSALA MASA ROCOSA

VENILLAS

RECOLECCION DE INFORMACION GEOMECANICA

===========================================En afloramientos rocosos: métodos convencionales “líneas en detalle” y “celdas en detalle”.

En testigos (núcleos) rocosos de perforación.

En taladros de perforación (métodos endoscópicos).

Fotogrametría terrestre. ===========================================

METODOS DE MAPEO GEOTECNICO

RECOLECCION DE INFORMACION GEOMECANICA

MAPEO GEOTECNICO POR LINEAS EN DETALLE

RECOLECCION DE INFORMACION GEOMECANICA

MAPEO GEOTECNICO EN TESTIGOS ROCOSOS

RECOLECCION DE INFORMACION GEOMECANICA

EJEMPLO DE FORMATO DE MAPEO GEOTECNICO

RECOLECCION DE INFORMACION GEOMECANICA

EJEMPLO DE FORMATO DE MAPEO GEOTECNICO

EJEMPLO DE MASA ROCOSA CARACTERIZADA