UNIVERSIDAD NACIONAL DE ANCASH

SANTIAGO ANTUNEZ DE MAYOLO

GEOTECNIA, PREVENCIN DE CADAS DE ROCAS EN MINERA SUBTERRNEA

PRESENTADOS POR:

M. Sc. Ing. PORFIRIO B. POMA RIQUE

Ing. LUIS A. TORRES YUPANQUI

LIMA 27 - 28 de Noviembre del 2004

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CONTENIDO

RESUMEN

OBJETIVOS

I: GENERALIDADES

1.1.- Metodologa de investigacin geotcnica.

1.1.1.- Estudios previos del proyecto

1.1.2.- Estudios geotcnicos bsicos

1.1.3.- Tipos de inestabilidad en excavaciones subterrneas

1.3.- Planos geotcnicos

II: GEOMECNICA DE DISCONTINUIDADES GEOLGICAS

2.1.- Caracterizacin de las discontinuidades geolgicas

2.2.- Interacciones de las caractersticas geomtricas de discontinuidades y superficies de

las excavaciones

2.3.- Clasificacin de bloques rocosos

2.3.1.- Divisin de bloques claves (key block)

2.4.- Identificacin bloques movibles

2.5.- Mecanismos de falla y metodologa de anlisis de bloques claves

III: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

IV: BIBLIOGRAFA

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RESUMEN

Las caractersticas geomecnicas de las discontinuidades geolgicas, juegan un rol

muy importante en el comportamiento mecnico de las masas rocosas, y consecuentemente

definen el grado de estabilidad de las excavaciones subterrneas.

En el presente trabajo se describen y analizan la formacin de los diferentes tipos

de bloques rocosos que se originan por las intersecciones de los planos de las

discontinuidades geolgicas, que interactuando con las orientaciones de las superficies de

las excavaciones subterrneas, dan lugar a la inestabilidad de las mismas, por cadas de

rocas.

Estas deducciones, deben ser consideradas en la planificacin geotcnica de los

proyectos de minado, para obtener un diseo ptimo de estabilidad de las excavaciones

subterrneas.

OBJETIVOS:

Los objetivos que persigue el presente trabajo son: conocer, describir e

identificar los bloques rocosos potencialmente crticos o claves, que pueden generar

inestabilidad en una abertura subterrnea. Estn ntimamente relacionadas con la

formacin, y comportamiento mecnico de los bloques rocosos que se genera alrededor de

las excavaciones subterrneas.

Para lograr tales objetivos, y sobre las bases de las informaciones de las

caractersticas geomtricas y fsicas de las discontinuidades geolgicas, se analizan sus

interacciones, e identifica oportunamente las fallas por cada de rocas en el minado

subterrneo.

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I: GENERALIDADES 1.1.- METODOLOGA DE INVESTIGACIN GEOTCNICA:

Todo proyecto de minado, exige investigaciones de campo, formaliza as, una de

las etapas ms importantes de la geotecnia minera, por constituir fuente de informaciones

y registros de datos de los distintos parmetros de la masa rocosa, que condicionan el

comportamiento mecnico de la misma frente a los diversos tipos excavaciones

subterrneas.

Los diseos de excavaciones subterrneas deben ajustarse a las condiciones

geotcnicas, econmicas y seguridad. Estas investigaciones nos permite identificar y

tipificar las inestabilidades de las estructuras mineras y los procedimientos tcnicos de

evaluacin y control, y evitar riesgos desprevenidos.

Las etapas de investigacin para determinar los diferentes tipos de inestabilidad de

las excavaciones subterrneas son:

1.1.1.- Estudios previos del Proyecto: Revisin y recopilacin de datos: histricos, fotografas areas, topogrficos,

hidrogeolgicos, etc.

Reconocimiento de campo: Litologa, discontinuidades geolgicas, meteorizacin, hidrogeologa, ambientales. Recursos, accesos, etc.

1.1.2.- Estudios geotcnicos bsicos:

Muestreo de datos: De sondeos, superficie. Ensayos de laboratorio y de campo. Clasificacin tentativa de las caractersticas de la masa rocosa.

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Compatibilizar las caractersticas de la masa rocosa y de las excavaciones mineras del proyecto: tamao, geometra, ubicacin, metodologa de avance,

ubicacin, usos, etc.

1.1.3.- Tipos de inestabilidad de excavaciones subterrneas:

INESTABILIDAD DEBIDO A CADAS DE BLOQUES ROCOSOS: Ocurren en masas rocosas con matriz resistente, donde no es necesario realizar

una severa clasificacin de la misma. El comportamiento mecnico de la masa

rocosa estar controlado por las caractersticas de las discontinuidades geolgicas,

siendo necesario: describir, clasificar las caractersticas geomtricas y de resistencia

de los planos de discontinuidades. (Parte del presente trabajo)

INESTABILIDAD DEBIDO: ALTOS ESFUERZOS *, METEORIZACIN1 Y FLUJOS DE AGUA: Generalmente se presentan en masas rocosas

meteorizadas con flujos de agua subterrnea, hacen que la masa rocosa tenga un

comportamiento mecnico relativamente incompetente, con predominio de

fenmenos de convergencia. Aqu amerita una rigurosa clasificacin geomecnica

de la masa rocosa, y compatibilizadas con el tipo de excavacin, define el diseo y

grado de estabilidad.

Raramente estos cuatro tipos de discontinuidades ocurren aisladamente, generalmente

se presentan en forma combinada, es ms, son afectados por otros factores como sismos y

operaciones de voladuras.

1.2.- PLANOS GEOTCNICOS:

Es una herramienta de control de estabilidad y de diseo geotcnico, cada mina

debe confeccionar este tipo de planos por secciones o niveles. De manera que, rpidamente

se puede identificar las zonas peligrosas, predisponiendo a la toma de decisiones ms

racional y oportuna, que optimizar integralmente las operaciones mineras.

1 * Altos esfuerzos es funcin de la ubicacin de la excavacin

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II.- GEOMECNICA DE DISCONTINUIDADES

Cuando las discontinuidades geolgicas son las que determinan el comportamiento

mecnico de la masa rocosa (resistencias, deformabilidad, hidrulico, etc.), y ocasionan

inestabilidad por Cadas de bloques rocosos, los parmetros a medirse sern los que

originan los diferentes tipos de bloques, y los que definen su resistencia al corte de los

planos de discontinuidades.

2.1.- CARACTERIZACIN DE LAS DISCONTINUIDADES GEOLGICAS.-

Generalmente, las discontinuidades geolgicas se presentan en la naturaleza en

forma sistemticas, es decir, formando familias con orientaciones mas o menos

homogneas. Los resultados de sus caracterizaciones se determinan y analizan mediante

mtodos estadsticos. Se menciona las siguientes caractersticas:

Caractersticas Geomtricas.- Orientacin, espaciado, persistencia, nmero de familias

Caractersticas Fsicas.- Rugosidad, resistencia al corte, abertura, relleno, flujo de agua.

2.2.- INTERACCIONES DE LAS CARACTERSTICAS GEOMTRICAS DE

DISCONTINUIDADES Y SUPERFICIES DE LAS EXCAVACIONES:

Nos permite diagnosticar la formacin de bloques en el semi espacio rocoso.

Tamao y nivel de fracturacin (RQD).- Lo determinan la interaccin del nmero de familias de discontinuidades con la persistencia y el espaciamiento

promedio. Relacionado con (Jv)2

Forma de bloques rocosos.- Es el resultado de la interaccin del espaciamiento promedio con la orientacin media de cada familia de discontinuidad.

2 Jv, nmero de fracturas por m3 de masa rocosa

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Estabilidad de las excavaciones.- Lo definen la orientacin media de las discontinuidades con respecto a la orientacin y tamao de las superficies de las

excavaciones.

Las caractersticas fsicas controlan la resistencia al corte y deformabilidad de los

planos de discontinuidades.

2.3.- CLASIFICACIN DE BLOQUES ROCOSOS:

Los bloques rocosos se originan por las intersecciones de los planos de diferentes

familias de discontinuidades y el plano de superficie de la excavacin, se clasifican en:

Bloques de Discontinuidades (Joint block).- Se forman en su totalidad por la interseccin de los planos de discontinuidades de cada familia. No se exponen ni

son visibles en la superficie de la excavacin, se ubican detrs de ellas o en el semi

espacio rocoso.

Bloques claves (Key block).- Se forman por las intersecciones de los planos de las

discontinuidades de cada familia, y el plano de la superficie de la excavacin, estn

alrededor de la abertura, limitan los semi espacios rocoso y vaco.

2.3.1.- Divisin de bloques claves (Key block): Bloques No movibles.- Imposibles de moverse hacia el semi espacio vaco, no

originan ningn tipo de inestabilidad (cnicos). Pueden ser, finitos e infinitos.

Bloques movibles.- Adems de ser finitos, tienen la tendencia de moverse hacia el semi espacio vaco: estables sin friccin, estables con friccin (potencialmente

inestables), estables con soporte o crtico (realmente inestables).

2.4.- IDENTIFICACIN DE BLOQUES MOVIBLES:

nicamente los bloques movibles son los que ameritan un anlisis de estabilidad.

La identificacin de los bloques movibles para definir su posibilidad de movimiento hacia

el semi espacio vaco, se efecta de la siguiente manera:

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Sobre la base de libertad de movimiento y direccin de la fuerza resultante, sin considerar los parmetros de resistencia al corte de los planos de discontinuidades,

se identifica los bloques estables (tipo 3) y los bloques potencialmente inestables

(tipo 4) o cinemticamente posible.

Considerando, los parmetros de resistencia al corte () de los planos de discontinuidades, y evaluando las fuerzas que tienden a desestabilizar por el

mtodo de Equilibrio lmite, identificamos los bloques potencialmente inestables

(tipo 4), y los bloques claves (tipo 5) o cinticamente posible.

2.5.- MECANISMOS DE FALLA Y METODOS DE ANLISIS DE BLOQUES

CLAVES:

Los mecanismos de falla de bloques claves o crticos ocurren de dos formas:

Cada libre o desprendimiento de bloques (techo de la excavacin), y por deslizamiento de

bloques (paredes de la excavacin).

Entre los diversos mtodos de anlisis destacan: mtodos estereogrficos (Priest y

Markland ), mtodo vectorial (Goodman y Genhua Shi), y mtodos combinados.

III: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

1.- El estudio y control de Cadas de rocas en las operaciones de minado subterrneo, se

inicia con una rigurosa investigacin geotcnica.

2.- Masas rocosas con matriz relativamente competente, el comportamiento mecnico

estar controlado por las caractersticas de sus discontinuidades.

3.- Las caractersticas geomtricas de las discontinuidades determinan los tipos de

bloques, y sus caractersticas fsicas determinan su resistencia.

4.- Solamente los bloques crticos o claves alrededor de una abertura subterrnea ameritan

anlisis de estabilidad.

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5.- El control geotcnico de estabilidad de bloques rocosos, tiene por objeto mejorar la

planificacin, y el diseo de un sistema de refuerzos de las excavaciones subterrneas

en forma segura y econmica.

6.- Es recomendable que las minas dispongan de planos geotcnicos.

IV: BIBLIOGRAFA

1.- Gonzles de Vallejo L. et. al. 2002 Ingeniera geolgica Prentice Hall. Madrid

Espaa.

2.- Goodman E.R, Genhua Shi. 1985 Block theory and its aplication to rock engineering

Prentice Hall Inc. New Jersey.

3.- Hoek E, Brown E.T. 1985 Excavaciones subterrneas en rocas Mc. Graw Hill.

Mxico

4.- Priest S.D. 1985 Hemispherical projection methods in rock mechanics First

published. London.