UNIVERSIDAD NACIONALSANTIAGO ANTNEZ DE MAYOLOFACULTAD DE INGENIERIA DE MINAS GEOLOGIA Y METALURGIA

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA MINASHISTORIA DE LA MECANICA DE ROCAS DESDE EL AO 1950-ACTUALPRESENTADO EN LA ASIGNATURA DE MECANICA DE ROCAS

EDUARDO B. PRUDENCIO ZAMBRANO

HUARAZ ,MAYO DEL 2012

HISTORIA DE LA MECNICA DE ROCAS LA MECANICA DE ROCAS .-Es una herramienta muy til en el diseo y construccin de obras subterrneas, pero debe ser usada con cuidado para su correcta aplicacin, pues exige conocimientos y experiencia por parte de quien la utiliza. Las clasificaciones pueden ser usadas en la etapa de Proyecto y tambin durante la Obra. En la etapa de Proyecto, permiten estimar el sostenimiento necesario en base a las propuestas del autor de cada sistema de clasificacin, mientras que durante la Obra, permiten evaluar la calidad del terreno que se va atravesando conforme avanza la excavacin del tnel y aplicar el sostenimiento correcto en cada caso.El comportamiento de un macizo rocoso es muy distinto del comportamiento de un suelo. En un macizo rocoso los esfuerzos actuantes se rigen por fenmenos muy complejos y de muy difcil modelizacin, hay tensiones litoestticas, tensiones de membrana, tensiones tectnicas, microtectnicas, de fracturacin local, ssmicas, de decompresin, paleoesfuerzos, efectos trmicos, etc.-Al final del ao 1950, En un macizo rocoso puesto que el terreno se va a excavar de todos modos, se nuevos metodos de excavacion: gato plano, doostopper, clula CSIR y se proceda directamente a la excavacin a ver qu sale y qu pinta tiene.Pongamos como ejemplo la distribucin terica de tensiones en un macizo rocoso debido a la excavacin de un tnel. Es un problema conocido y estudiado en profundidad y en teora, porque las ecuaciones estn muy bien, pero en el mundo real el terreno nunca es homogneo, la fracturacin siempre es errtica y en tneles someros, en los que predominan los efectos de la fracturacin sobre las tensiones, el sostenimiento tiene ms problemas por cadas de cuas y filtraciones que por las propias tensiones naturales.En 1952, la Mecnica de Rocas, bajo la insistencia de la Escuela Austriaca, con Stini y Mller al frente, se desvincula de la Sociedad Internacional de Mecnica del Suelo, con la pblica oposicin del fundador de la ciencia geotcnica, Karl Terzaghi.- Diciembre de 1959, falla la cimentacin de la presa bveda de Malpasset, en Francia, provocando 450 muertos.El ingeniero proyectista A. Coyne, presidente de la International ComissiononLargeDams y profesor de la coleNationale des Ponts et Chausses de Pars explicaba en sus clases slo unos meses antes:Es raro y probablemente un caso nico en ingeniera [encontrar] un tipo de estructura que no haya colapsado nunca. Pero, a pesar de las apariencias, a pesar de su forma esbelta y lneas elegantes y fuertes tensiones, es un hecho que la presa bveda es la ms segura de las estructuras. Esto es simplemente una confirmacin adicional de lo que se ha conocido durante miles de aos sobre la estabilidad de los arcos. [...] nada serio le puede pasar a una presa bveda [...] con tal de que sus estribos resistan.Y fall el estribo el reconocimiento de campo posterior mostr que la presa haba fallado por el deslizamiento de una cua sobre una falla (no detectada antes) en la cimentacin del estribo izquierdo, en un terreno formado por gneises foliados muy fracturados pero impermeables bajo el efecto de las subpresiones.Para terminar de arreglarlo, los ensayos in situ mostraron una elevada disparidad entre los datos reales y los considerados para el dimensionamiento de la cimentacin, para la que apenas se realizaron ensayos de campo.- En octubre de 1963, un deslizamiento en la presa de Vajont (Italia) provoca la total destruccin, aguas abajo, de la poblacin de Longarone.Tras unos das de fuertes lluvias la auscultacin indicaba la posibilidad de movimientos en la ladera izquierda, por lo que se decidi rebajar la cota de embalse. Problemas en las compuertas retrasaron la operacin, momento en el que se produjo el movimiento ssmico que desencaden la cada de una masa aproximada de 300 millones de m de tierras a un embalse que acumulaba en aquellos momentos 150 millones de m de agua.

Los estudios realizados desde entonces sugieren que la cada vino gobernada por parmetros residuales bajo cargas dinmicas (algo que no se tena en cuenta en aquellas fechas) y fenmenos de tipo termodinmico (el rozamiento en la cada provoc temperaturas de hasta 120 C) que ni siquiera hoy se tienen en cuenta. Pasados los aos el mecanismo del deslizamiento an no ha sido explicado satisfactoriamente.Tras estudiar el desastre de Vajont, Terzaghi escribe:[...] las curvas de frecuencia de diaclasas no pueden construirse con ningn grado de seguridad si no se realizan cientos de mediciones, [...] si los expertos en Mecnica de Rocas no resisten la tentacin de hacer pocos ensayos por razones econmicas, los riesgos envueltos en la construccin de presas de fabrica cimentadas en roca aumentarn fuertemente.

Visto lo visto. el problema de la mecnica de rocas es evidente, el suelo es un medio ms o menos continuo y, hasta cierto punto, sus propiedades pueden ser extrapolables, pero hacen falta muchos, muchsimos ensayos de campo para caracterizar de un modo fiable las propiedades geomecnicas de un macizo rocoso y, francamente, que el Nuevo Mtodo Austriaco se defina ms como una filosofa que como un mtodo constructivo no ayuda (por si acaso, el autor lo patent).Siguiendo con la historia, hay que decir que la actitud de los expertos en mecnica de rocas de aquella primera poca segua siendo dogmtica incluso despus de los accidentes, con mtodos basados en principios de la mecnica de medios continuos bajo consideraciones estticas, opiniones personales y subjetivos coeficientes correctores.Despus de 25 aos viendo tneles, puedo sentir el comportamiento de las rocas, puedo hablar con las rocas y entender su geologa. Yo no necesito ensayos!Mller en 1970, citado por Bieniawski.- Entre 1973 y 1989, Bieniawskiutiliza cinco parmetros bsicos (resistencia a compresin simple, RQD, estado de las juntas, frecuencia de las juntas y presencia de agua) para desarrollar el RMR (Rock Mass Rating) como sistema de caracterizacin del terreno, presentando las primeras correlaciones entre el RMR y el mdulo de deformacin, permitiendo as hacer clculos basados en teoras elsticas.Fundamento Teorico:ndice De Calidad De Las Rocas, RQD1. Se basa en la recuperacin modificada de un testigo (El porcentaje de la recuperacin del testigo de un sondeo) 1. Depende indirectamente del nmero de fracturas y del grado de la alteracin del macizo rocoso. 1. Se cuenta solamente fragmentos iguales o superiores a 100 mm de longitud. 1. El dimetro del testigo tiene que ser igual o superior a 57.4 mm y tiene que ser perforado con un doble tubo de extraccin de testigo.

Clasificacion De Bieniawski (R.M.R)El sistema de clasificacin Rock Mass Rating o sistema RMR fue desarrollado por Z.T. Bieniawski durante los aos 1972- 73, y ha sido modificado en 1976 y 1979, en base a ms de 300 casos reales de tneles, cavernas, taludes y cimentaciones. Actualmente se usa la edicin de 1989, que coincide sustancialmente la con de 1979. Para determinar el ndice RMR de calidad de la roca se hace uso de los seis parmetros del terreno siguientes: 1. La resistencia a compresin simple del material. 1. El RQD (Rock Quality Designation). 1. El espaciamiento de las discontinuidades. 1. El estado de las discontinuidades. 1. La presencia de agua. 1. La orientacin de las discontinuidades.

Resistencia De La Roca.- Tiene una valoracin mxima de 15 puntos, y puede utilizarse como criterio el resultado del ensayo de resistencia a compresin simple o bien el ensayo de carga puntual (Point Load). RQD.- Tiene una valoracin mxima de 20 puntos. Se denomina RQD de un cierto tramo de un sondeo a la relacin en tanto por ciento entre la suma de las longitudes de los trozos de testigo mayores de 10 cm y la longitud total del sondeo.

Separacion Entre Discontinuidades.- Tiene una valoracin mxima de 20 puntos. El parmetro considerado es la separacin en metros entre juntas de la familia principal de diaclasas la de roca. Estado De Las Discontinuidades.- Es el parmetro que ms influye, con una valoracin mxima de 30 puntos. Pueden aplicarse los criterios generales, en la que el estado de las diaclasas se descompone en otros cinco parmetros: persistencia, apertura, rugosidad, relleno y alteracin de la junta. Presencia De Agua.- La valoracin mxima es de 15 puntos. La ofrece tres posibles criterios de valoracin: estado general, caudal cada 10 metros de tnel y relacin entre la presin del agua y la tensin principal mayor en la roca. Orientacion De Las Discontinuidades.- Este parmetro tiene una valoracin negativa, y oscila para tneles entre O y -12 puntos. En funcin del buzamiento de la familia de diaclasas y de su rumbo, en relacin con el eje del tnel (paralelo o perpendicular), se establece una clasificacin de la discontinuidad en cinco tipos: desde muy favorable hasta muy desfavorableEl RMR se obtiene como suma de unas puntuaciones que corresponden a los valores de cada uno de los seis parmetros enumerados. El valor del RMR oscila entre O y 100, y es mayor cuanto mejor es la calidad de la roca.- En 1980, Hoek y Brown enuncian un criterio de rotura a partir de ensayos de laboratorio sobre muestras de la matriz rocosa y correcciones en funcin del RMR obtenidas mediante estadsticas (a partir de seis tipos de calidad del macizo -desde roca intacta a roca de mala calidad- y cinco tipos de composicin de la roca -desde metamrficas hasta carbonatadas).Tambin estudian la variacin de las propiedades del macizo con la orientacin de las juntas y el nmero de familias, lo que permite introducir en el criterio macizos rocosos estratificados.Se trata de un criterio cuadrtico, pero para un cierto rango de tensiones puede asimilarse a la formulacin lineal de Mohr-Coulomb, lo que populariza su uso al permitir aplicar las frmulas clsicas de la mecnica de suelos.- Entre 1994 y 1997, Hoek introduce un nuevo parmetro, el GSI (Geological StrengthIndex), para poder tener en cuenta otros factores, como la foliacin, los rellenos, la forma de los bloques y el contenido en finos, entre otros, lo que permite incluir en el criterio macizos rocosos? de mala calidad, con un comportamiento intermedio entre suelo duro y roca blanda, no contempladosen el criterio inicial de Hoek y Brown.Hoy en da, no hay ningn mtodo analtico en mecnica de rocas que no incluya el RMR, el GSI o el criterio de Hoek y Brown. Conviene tenerlo en cuenta porque, dado su origen, son mtodos que se hallan en constante revisin (Hoek modifica su criterio periodicamente) que no deben ser utilizados fuera del rango de valores en el que fueron obtenidos. pero claro, ya se sabe, el ordenador es tan cmodoTras las dos entregas anteriores, ha cambiado algo, en todos estos aos?Pues no mucho, la verdad.El planteamiento que se sigue habitualmente a la hora de predimensionar un macizo rocoso parte de un reconocimiento de campo, una recopilacin de datos geomecnicos y la realizacin de clasificaciones geomecnicas, dejando formulaciones ms exactas, mediante elementos finitos (PLAXIS) o diferencias finitas (FLAC), para proyectos grandes o instrumentacin.

En los tneles, el procedimiento de campo tampoco ha variado mucho, lo habitual sigue siendo tomar varios puntos de observacin (sondeos) a lo largo de la traza, cada 75/100 metros, e interpolar el terreno entre ellos para establecer un perfil tipo del macizo, perfil que nicamente ser vlido (y tampoco mucho) en caso de que no vare la traza a ltima hora por caprichos polticosY en cualquier caso, los sobrecostes que generan las diferencias entre lo real y lo interpolado son tan elevados que, ya en 1974, Juan Benet lleg a sugerir:puesto que la experiencia demuestra que en todos los casos la construccin de tneles depara innumerables sorpresas y tremendos reformados, quiz sea ms sensato suprimir todo proyecto, sustituyndolo por una orden como Hgase un agujero desde tal punto a tal otro de la forma que parezca ms conveniente.

Los Principales Problemas Actuales Que Confronta La Aplicacin De Las Ciencias Geomecnicas En La Actividad Minera Son:

Falta o insuficientes estudios geomecnicos Deficiente eleccin en el modelo de comportamiento del macizo Estudio del campo deformacional del macizo Afectaciones estructurales Estabilidad de obras subterrneas Afectaciones dinmicas en minas subterrneas Afectacin de los terrenos y obras de superficie por los trabajos subterrneos Diseo, construccin y control de taludes en canteras y minas a cielo abiertoSi ms de 30 aos despus no ha cambiado nada, slo queda pensar que los proyectos reformados y modificados son rentables.

BIBLIOGRAFIA Planificacin de reconocimiento para excavaciones de tneles de roca (Romana, 2009). Formatos normalizados para la toma de datos de campo a usar en las clasificaciones geomecnicas RMR, Q y SMR (Romana & Sern, 2010). Brady, B.H.G. & Brown, E.T. (1985). Rock Mechanics For Underground Mining. G. Allen & Unwin.

Goodman, R. E. (1980). Introduction To Rock Mechanics. John Wiley & Sons.

Gonzlez De Vallejo, L. (2002). Ingeniera Geolgica. Prentice Hall. Madrid. 715 P.

Hudson, J.A. And Harrison, F.P. (1997). Engineering Rock Mechanics.