CURSO: MECANICA DE ROCAS

CONCEPTOS FUNDAMENTALES EN GEOMECNICA Y ROCAS

Ing. Gerardo ZAPANA RONDON.

MAYO 2013

Puno - Per

PROFESOR ING. GERARDO ZAPANA RONDON

Ingeniero de Minas UNA PUNO

Ingeniero Civil UJCM.

Est. de Maestra: UNA-PUNO.

Esp. Geotecnia y Geotcnica

Consultor de Estudios y Obras Civiles

.

PRESENTACIN DE POST GRADUADOS

Nombres.

Universidad de procedencia.

Profesin y Centro de trabajo.

Expectativa de la Maestra y del Curso.

OBJETIVOS Preparar y formar profesionales altamente capacitados en

Geotecnia, Geomecnica, Mecnica de rocas y Mecnica de suelos para el desarrollo y la ejecucin de proyectos de exploracin, caracterizacin, planeacin, construccin de labores subterrneas y superficiales as como obras civiles y mineros.

Profundizar el conocimiento en temas relacionados con el diseo, evaluacin, y la construccin de proyectos en Ingeniera Civil y Minero.

Desarrollar habilidades de investigacin a travs de la elaboracin de proyectos diversos relacionados a la geotecnia y Geomecnica.

Estimular el desarrollo y la implementacin de nuevas tecnologas para la solucin de problemas regionales y Nacionales

CONCEPTOS FUNDAMENTALES Geotecnia.

Geomecnica.

MECNICA DE SUELOS - MECNICA DE

ROCAS - INGENIERA GEOLGICA

Estudio de Geo-materiales, obras de ingeniera

ROCAS: GEOMECNICA Y EL REGLAMENTO DE SEGURIDAD Y SALUD OCUPACIONAL (D.S N 055-2010-EM)

(Artculo 33) Se deber realizar los estudios sobre: geologa, geomecnica, estabilidad de taludes, parmetros de diseo, tcnicas de explosivos y voladuras, transporte, botaderos, sostenimiento, ventilacin y, relleno, y elaborar e implementar sus respectivos reglamentos internos de trabajo, estndares y PETS para cada uno de los procesos de la actividad minera que desarrollan, poniendo nfasis en las labores de alto riesgo.

Los estudios debern estar en base a los principios geomecnicos debidamente sustentados:

- Caracterizacin de la masa rocosa, a travs de levantamiento litolgico estructural.

- Caracterizacin del comportamiento mecnico de la masa rocosa y sus

componentes; a travs de: Ensayos de laboratorio (determinacin de

Propiedades Fsicas y Propiedades Mecnicas de la roca y mineral.

Ensayos In-situ (ndice de la calidad de la roca: RQD)

- Clasificacin geomecnica del masa rocosa.

- Zonificacin de la masa rocosa

GEOMECNICA Y EL REGLAMENTO DE SEGURIDAD Y SALUD

OCUPACIONAL (D.S N 055-2010-EM)

(Art. 209). Cuando en el avance de labores mineras horizontales, inclinadas o verticales y en las dems labores mineras, se encuentre rocas incompetentes, se proceder a su sostenimiento inmediato antes de continuar las perforaciones en el frente de avance, aplicando el principio de labor avanzada, labor sostenida. El titular minero establecer el mnimo estndar de sostenimiento sistematizado que se adecue a las caractersticas de dichas rocas incompetentes.

(Art. 226). En las labores mineras que permanezcan abiertas tales como: crucero, galera, cortada, rampa, tnel y tajeos, se podr utilizar como elemento de sostenimiento el lanzamiento de hormign, manteniendo las caractersticas tcnicas de resistencia a la compresin simple, a la traccin, a la flexo-traccin y a la adhesin. Dicho tipo de sostenimiento puede ser combinado con pernos de roca, mallas, fibras, barras ranuradas de friccin, entre otros, teniendo en consideracin mecnica de las rocas

La incompetencia de la masa rocosa se manifiesta despus de alterar las condiciones de equilibrio como consecuencia de las labores mineras, siendo necesaria su control. Para mantener las condiciones de equilibrio se utiliza diferentes tipos de sostenimiento.

a.- Sistema de pernos: d.- Concreto lanzado

b.- Sistema de cables e.- Cimbras metlicas

c.- Malla metlica f.- Sostenimiento con madera

GEOTECNIA -GEOMECNICA

La Geomecnica es la disciplina que estudia las propiedades y caractersticas mecnicas de los materiales geolgicos que conforman las rocas de formacin.

Se basa en los conceptos y teoras de la mecnica de rocas y mecnica de los suelos, que relacionan el comportamiento o respuesta de la roca frente a disturbios o cambios de esfuerzo inducidos, los cuales para estudios de ingeniera son considerados como inducidos por el hombre

CONSIDERACIONES La Geomecnica es una

rama interdisciplinaria, con aplicaciones en geologa, geofsica, minas, petrleo e ingeniera civil. Se encuentra relacionada con el recobro y desarrollo de energa, construccin y transporte, prediccin de terremotos, y muchas otras actividades de gran importancia.

CONSIDERACIONES

En la Geotecnia se integran las tcnica de Ingeniera del terreno aplicadas a las cimentaciones, refuerzo, sostenimiento, mejora y excavaciones del terreno y las citadas disciplinas de mecnica de suelos, mecnica de rocas e Ingeniera Geolgica.

Conceptualizacin de la Geomecnica y Rocas actualmente.

Hoy en da la geomecnica juega un rol muy importante en la ingeniera

minera e ingeniera civil; particularmente constituye la base cientfica de

la ingeniera minera, ya que a diferencia de la ingeniera civil, tiene sus

propias peculiaridades, guiados por el concepto vida de la operacin.

La caracterizacin geomecnica del macizo rocoso ser vital para las

operaciones unitarias a emplearse durante el minado.

La aplicabilidad de la Geomecnica beneficia el aspecto de la seguridad

minera, ya que la aplicacin de esta ciencia, garantiza el anlisis

adecuado para el control de estabilidad de las excavaciones

subterrneas y superficiales.

Todo Diseo Minero y/o Civil debe tomar el factor geomecnico como

herramienta clave para un diseo correcto.

Las operaciones laborares subterrneas y superficiales debern tomar

el factor geomecnico como base para sus diseos respectivos.

IMPORTANCIA DE LA INGENIERA GEOLGICA

Perdidas econmicas por riesgos geolgicos en Espaa

PROBLEMAS DE LA GEOMECNICA EN LA MINERA

CONSIDERACIONES

Falta o insuficiente estudios

geotcnicos

Deficiente en el modelo del comportamiento geomecnico

FACTORES GEOLGICOS Y PROBLEMAS GEOTCNICOS

En las figura y cuadros siguientes se aprecian las posibles influencias de la Tiflologa y la estructura geolgica sobre el comportamiento Geotcnico de los materiales rocosos y suelos as como la influencia del agua

Rotura de Taludes en Minera

Subsidencia de los suelos Asientos de cementaciones

Falla Normal Pliegues

Erosin y escarvamiento Alteracin de Materiales

Sismicidad - terremoto Erupcin de Volcn

Aplicaciones en ingeniera geologica La ingeniera geolgica tiene

sus fundamentos en la geologa y el comportamiento mecnica de los suelos y rocas. Para el desarrollo completo deben definirse tres tipos de modelos.

Modelo geolgico.

Modelo Geomecnico.

Modelo Geotcnico de comportamiento

Metodologa para su aplicacin: La metodologa que intenta proveer una base para el diseo o dimensionamiento

geomecnico de excavaciones o estructuras rocosas, comprenden aspectos

involucrados en tres tipos de modelos; el geolgico, el geomecnico y el

matemtico, conforme al siguiente esquema.

Modelo

Geolgico

Modelo

Geomecnico

Modelo

Matemtico

La metodologa se ejecutar en forma secuencial no

evadiendo ningn modelo para llegar a la conclusin

definitiva para el proyecto

SECUENCIAL

Ing.Civil

Estructuras y Construccin Hidrulica

Transporte Geotcnica

Ing.Minas

Metalurgia

Operaciones

Mineras

Geotecnia

Minera

Geologa

Minera y Energa

Paleontologa

Petrologa

Ambiental e

Hidrogeologa

Aplicada

Estructural y Tectnica

APLICACIONES DE LA GEOMECANICA EN INGENIERA

MECNICA DE SUELOS

INTRODUCCIN

La mecnica de suelos se interesa por:

- La conducta y el comportamiento del suelo como material de

construccin .

-Como soporte para obras de ingeniera.

El Ingeniero de Geotecnia se interesa por la obtencin de:

- Muestras representativas

Alteradas

Inalteradas

- Ensayos de laboratorio.- identificacin, propiedades ndice y propiedades

mecnicas.

Al ingeniero le interesa la prediccin de las caractersticas de carga deformacin de rellenos naturales o compactados, situados debajo de cualquier estructura.

- Interesa saber tambin como influye los efectos del agua en la conducta del

suelo y el movimiento de la misma a travs de la masa de suelo.

La ciencia de la Mecnica de Suelos se interesa por:

- La estabilidad del suelo.

- Por su deformacin.

- Por el flujo del agua, hacia adentro, hacia fuera y a travs de la masa del suelo y

- Con el riesgo asociado de que resulte econmicamente tolerable.

El ingeniero Civil, de medio ambiente, de transportes, de estructuras y geotcnica

est ntimamente involucrado con los conceptos de la mecnica de suelos

(relacionados con la conducta del suelo)

DESARROLLO HISTRICO DE LA MECNICA DE SUELOS

El comienzo de la mecnica de suelos como ciencia de la ingeniera empez

con la publicacin de ERDBAUMECHANICK, AUFBODENPHYSIKALISCHER,

GRUNDLAGE de KARL TERZAGHI (el primer texto de mecnica de suelos) en

Alemania 1925.

Debido a sus publicaciones y artculos tcnicos en un nmero de 250, Terzaghi,

con frecuencia es llamado como el Padre de la Mecnica de los suelos.

FUENTES DE INFORMACION PARA LOS INGENIEROS DE GEOTECNIA

- Journal of Geotechnial engineering Division Asce.

- Canadian Geotechnial Journal.

- Geotechnique (Reino Unido)

- Solis and Foundations

- Proceedinas of regional Soll Conferences.

- Publicaciones del transportation Research Board

MECNICA DE ROCAS La temtica de la ingeniera de mecnica de

rocas, como una prctica aplicada a la ingeniera de minas, y obras civiles es concerniente a las aplicaciones de los principios de la ingeniera mecnica al diseo de las estructuras de roca generadas por la actividad minera.

MECANICA DE ROCAS

Una amplia definicin de la mecnica de rocas es la que ofreci el US National Comite on Rock Mechanics en 1964 y subsecuentemente modificada en 1974:

La mecnica de rocas es la ciencia terica y prctica del comportamiento mecnico de las rocas y de los macizos rocosos; es la rama de la mecnica referente a la respuesta de la roca y del macizo rocoso a los campos de fuerza de su ambiente fsico.

MECANICA DE ROCAS

La mecnica de rocas forma parte de la amplia temtica de la geomecnica que se enfoca a la respuesta mecnica de todos los materiales geolgicos, incluyendo los suelos.

La Australian Geomechanics Society, define a la geomecnica como la aplicacin de principios geolgicos y de ingeniera al comportamiento de los suelos, del agua subterrnea y al uso de estos principios a la ingeniera civil, ingeniera de minas, ingeniera de costas e ingeniera ambiental en el sentido ms amplio

MECANICA DE ROCAS

Esta definicin de geomecnica es casi sinnimo del termino ingeniera geotcnica, la cual es definida como la aplicacin de la ciencia de mecnica de suelos, mecnica de rocas, ingeniera geolgica y de otras disciplinas relacionadas a la construccin en ingeniera civil, las industrias de extraccin y a la preservacin y mejora del ambiente

APLICACIONES DE LA GEOMECANICA EN MINERIA

1. En Minera Subterrnea

Diseo en el Plan de Minado

Sostenimiento de labores subterrneas;etc

2. En Minera Superficial

Diseo de los Tajos

Diseo de desmonteras; etc.

3. En Plantas de Beneficio

- Relaveras

- PADs de Lixiviacin

APLICACIONES EN EL MINADO

SUBTERRANEO Y TUNELES

El principio fundamental de la mecnica de rocas,

es que este pueda cuantificar el macizo rocoso.

-Diseo de Aberturas Permanentes

-Ubicacin de pique de servicio y ventilacin.

-Ubicacin y dimensionamiento de los tneles

principales.

-Especificacin del sostenimiento, etc..

Diseo del Esquema y Secuencia de Minado

Dimensionamiento de tajeos y pilares.

Establecimiento de la direccin promedio de avance.

Establecimiento de la secuencia de extraccin de tajeos y recuperacin de pilares.

Especificar resistencia de cualquier tipo de relleno.

Diseo de Sistema de Extraccin

Asegurar rendimiento de la masa rocosa involucrada en los puntos de carguo.

Anticipar ocurrencia de problemas de inestabilidad.

APLICACIONES EN EL MINADO DE CIELO ABIERTO

La estabilidad de taludes en minas de cielo abierto, juega

un rol importante en el planeamiento y diseo de una mina,

durante la operacin de la misma y en los casos de fallas

de los taludes siempre compatibilizando los siguientes

requerimientos bsicos: la economa y la seguridad.

Estabilidad de taludes en el planeamiento y diseo de

una mina.

Estabilidad de taludes durante la vida de operacin de la mina.

Aspectos de falla de taludes en minas de cielo abierto.

Aspectos de control instrumental en la estabilidad de taludes.

TALUDES Y LADERAS

TALUD ARTIFICIAL

ZANJA DE CORONACION

PIE DE TALUD

ALTURA

PENDIENTE

1 1

m

ALTURA DEL

NIVEL FREATICO

NIVEL FREATICO

CABEZA

Estabilidad de taludes en la ingeniera

de minas La mecnica de rocas es ms complicada que la mecnica de suelos por las siguientes razones

Los materiales rocosos son heterogneo y normalmente anistropos.

Los parmetros de resistencia relacionados a los macizos rocosos son infinitamente variables y difciles, si no es que imposibles de determinar precisamente.

Los modelos y teoras generalizadas del comportamiento de las rocas son muy complejos, as como las matemticas que lo envuelven.

Las condiciones de campo son extremadamente difciles y a menudo imposibles de duplicar en un laboratorio.

El muestreo en campo es por lo general complicado y el consumo de tiempo y dinero son altos.

CLIMA

FACTORES CONDICIONANTES PARA LA

INESTABILIDAD DE TALUDES

objetivos comunes de la mecnica de rocas para una buena ejecucin de la estructura del minado

Asegurar la estabilidad total de la estructura completa de la mina, definida por los rebajes y los huecos minados, mineral por minar y la roca estril adyacente;

Proteger las obras principales de servicio de principio a fin segn la vida til con la cual se diseo.

Proveer de accesos seguros a lugares de trabajo seguros, tanto en las zonas de produccin y como en sus alrededores.

Preservar las condiciones de minado para las reservas sin minar.

Mecnica de rocas en ingeniera civil

ingeniera civil utiliza muchos principios de la mecnica de suelos, sus aplicaciones son:

Cimentaciones, construcciones o desplantes de presas.

Cortes en caminos.

Corte y recubrimientos en tneles.

Canales de irrigacin.

Presas de jales.

Pads de lixiviacin.

Botaderos