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Post Grado
UNDAC
Cerro de Pasco ,
ABRIL 2016
MG. AGUSTIN AGUIRRE ADAUTO
Docente
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INTRODUCCION
•
La mecánica de rocas como un arte ha sido
practicado por los mineros desde hace muchos
años, pero sin importancia científica
. Lainvestigación
en
mecánica
de
rocas
fue
iniciada
en1952 en Sud Africa
; la industria minera Sud
Africana solicitó
al South African Council forScientific
Research
, que estableciera un equipopara
investigar
problemas
relativos
a
las
presionesde las rocas en las minas de
oro a granprofundidad
.
•
Cualquier excavación practicada en un medio
rocoso
produce
un
desequilibrio
en
el
mismo,
alextraer
los
materiales
se
produce
inevitablemente
la
eliminación
al
soporte
natural
de
la
masa
rocosacircundante
.
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•
La
geomecánica
es la unión de la mecánica
de los suelos más la mecánica de rocas. La
línea divisoria entre ambas está en la
Resistencia Compresiva
Uniaxial
(UCS). Pararocas con un UCS > 0.25
MPa
, se trata de
mecánica de suelos. Para rocas con un UCS
> 0.25
MPa
se trata con mecánica de rocas,
esto según las Normas ISRM 1979 (ISRM,
International
Society
for
Rock
Mechanics
,con base en Lisboa Portugal).
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CAUSAS DE SU DESARROLLO
•
El
esfuerzo
colectivo
de
la
ingeniería
de
minas,civil, petrolera y geológica,
contribuye a lacomprensión de la
geomecánica y macizosrocosos
.
•
El desarrollo de la actividad científica ha
producido
entre
otras
cosas
teorías
y
métodos,instrumentos y procedimientos de
mediciónadaptables
a
las
aplicaciones
de
la
geomecánica
.
•
La
minería
es
una
actividad
que
tiene
una
fuertemotivación
para
su
desarrollo,
entre
los
factoresde
contribución
tenemos
:
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APLICACIONES DE LA MECÁNICA DE ROCAS.
-• En la ingeniería minera y civil su aplicación es
variada
:
•
Diseño
de
túneles,
piques,
galerías,
rampas,
etc
.• Diseño
de
revestimiento
para
túneles,
sistemas
deempernado
de
rocas,
cuadros,
soporte
para
tajeosy
otros
sistemas
para
el
soporte
de
la
roca
.
• Diseño de refugios subterráneos
que resistanexplosiones
nucleares
.• Apreciación del
peligro de los reventazones derocas
.
• En
el minado subterráneo, el control del
comportamiento
de
las
masas
rocosas
circundantesa
la
excavación
minera
.• Diseño
de
taludes
para
operaciones
a
cielo
abierto
.•
Estabilidad de taludes en operaciones a
cieloabierto
.
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I ANALISIS DE LA MATRIZ ROCOSA• INTRODUCCIÓN.-
Dependiendo de sus características y condiciones,la masa rocosa puede variar de una mina a otra,
como también de área en área dentro de unamisma mina. Con el paso del tiempo crecen laslabores mineras y el minado se realiza a mayoresprofundidades, desarrollándose así diferentes
problemas de inestabilidad en la roca.
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CLASIFICACIÓN.- Geológica (origen de las rocas):Rocas Ígneas.Rocas Sedimentarias yRocas Metamorficas.
I.1. CARACTERÍSTICAS DE LA ROCA
CONCEPTO DE ROCA.-Conjunto de sustancias mineralessilicatados que presentan las mismas
características en una cierta área de lacorteza terrestre.
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DISTINCI N ENTRE: MATERIAL ROCOSO YMASA ROCOSA
• MATERIAL ROCOSO.- (Roca intacta) es elbloque ubicado entre las discontinuidades,se puede representar por una muestra otestigo.
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• MASA ROCOSA.- Es el medio insitu que
contiene diferentes tipos de discontinuidades.
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• Las propiedades del material rocoso por lo
general se estudian mediante ensayos delaboratorio, mientras que los análisis de lamasa rocosa deben hacer “insitu”
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• En las deformaciones una rocaconsolidada tenderá a romperse y comomaterial dúctil y poco competente seplegará, el Análisis de las discontinuidadesconsiste:
• PLANOS DE ESTRATIFICACIÓN.- Losestratos se forman típicamente como
capas horizontales de potencia (espesor)uniforme, limitadas por superficies deestratificación.
I.2 DISCONTINUIDADES DE LA MASAROCOSA
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• FALLAS.- Son superficies de fracturas a lo largode las cuales han ocurrido desplazamiento de las
rocas. Son estructuras que se presentan enáreas locales de las minas o estructurasimportantes que pueden atravezar la mina.
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• ZONAS DE CORTE.- son bandas dematerial que pueden ser de varios metros
de espesor, en donde ha ocurridofallamiento de la roca.
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• DIACLASAS.- Son grietas que divide alas rocas y en las cuales no ha ocurrido
movimiento a lo largo del plano defractura.
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• PLANOS DE FOLIACIÓN.- Se formanentre la capas de las rocas metamórficas
dando la la apriencia de hojas o láminas.
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• CONTACTOS LITOLOGICOS.- es la líneaque separa las rocas de naturaleza
diferente, o dos unidades litológicas.
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• PLIEGUES.- Se denomina a todaondulación o flexión visible en las rocas
originado por fuerzas tectónicas.
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I.3. PROPIEDADES DE LASDICCONTINUIDADES
• Todas las discontinuidades presentanpropiedades geomecánicas importantes
que las caracterizan y que influyen en elcomportamiento de la masa rocosa. Estaspropiedades son principalmente:
ORIENTACIÓN
E l i ió d l
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• ORIENTACIÓN.- Es la posición de ladiscontinuidad en el espacio y comúnmente esdescrito por su rumbo y buzamiento. Cuando un
grupo de discontinuidades se presentan consimilar orientación o en otras palabras sonaproximadamente paralelas, se dice que éstasforman un “sistema” o una “familia” de
discontinuidades.
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• ESPACIADO.- es la distanciaperpendicular entre discontinuidades
adyacentes. Éste determina el tamaño delos bloques de roca intacta. Cuanto menosespaciado tengan, los bloques serán máspequeños y cuanto más espaciado tengan,los bloques serán más grandes.
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• PERSISTENCIA.- Es el tamaño de unadiscontinuidad. Cuanto menor sea la
persistencia, la masa rocosa será másestable y cuanto mayor sea ésta, serámenos estable.
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• RUGOSIDAD.- Es la aspereza o irregularidadde la superficie de la discontinuidad. Cuantomenor rugosidad tenga una discontinuidad, lamasa rocosa será menos competente y cuantomayor sea ésta, la masa rocosa será máscompetente.
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• APERTURA.- Es la separación entre lasparedes rocosas de una discontinuidad o
el grado de abierto que ésta presenta. Amenor apertura, las condiciones de lamasa rocosa serán mejores y a mayorapertura, las condiciones serán másdesfavorables.
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• RELLENO.- son los materiales que seencuentran dentro de la discontinuidad.
Cuando los materiales son suaves, la masarocosa es menos competente y cuandoéstos son más duros, ésta es máscompetente.
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Ejemplos de esquemas de campo dediscontinuidades complejas con relleno.
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I.4. METEORIZACIÓN Y ALTERACIÓN
• METORIZACION.- Denominada tambiénintemperización, está relacionada con lamodificación que sufre la superficie de la
roca o en sus proximidades, debido a laacción de agentes atmosféricos. El grado dela meteorización dependerá de las
condiciones climatológicas, morfológicas yla composición de la masa rocosa.
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• La meteorización se divide en:• Meteorización física, como
consecuencia de ésta, la apertura de lasdiscontinuidades aumenta o puedenformarse nuevas fracturas por elrelajamiento de la roca.
• Meteorización química, origina ladecoloración de la roca hasta ladescomposición de la misma.
• Meteorización biológica, está regidapor la presencia y actividad de los seresvivos.
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• ALTERACIÓN.- La alteración de la roca omás propiamente dicha, alteración
hidrotermal, se produce por la ascensiónde fluídos o gases magmáticos a altastemperaturas a través de fracturas o
zonas de falla. Éstos afectan a los rellenosde las zonas de falla y sus cajas,originando reemplazamientos y rellenos,
que modifican las condiciones del macizorocoso en los cuales se emplazan.
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I.5. CARACTERIZACIÓN DE LA MASAROCOSA.-
• Para conocer la masa rocosa, haynecesidad de observar en el techo y lasparedes de las labores mineras, lasdiferentes propiedades de lasdiscontinuidades, para lo cual se debeprimero lavar el techo y las paredes. A
partir de estas observaciones se podránsacar conclusiones sobre las condicionesgeomecánicas de la masa rocosa.
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I.6. CONDICIONES DE LA MASA ROCOSA.-
• Si la roca intacta es dura o resistente y lasdiscontinuidades tienen propiedades favorables, lamasa rocosa será competente y presentarácondiciones favorables cuando sea excavada.
• Si la roca intacta es débil o de baja resistencia y lasdiscontinuidades presentan propiedadesdesfavorables, la masa rocosa será incompetente ypresentará condiciones desfavorables cuando seaexcavada.
• Habrá situaciones intermedias entre los extremosantes mencionados donde la roca tendrá condicionesregulares cuando sea excavada.
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I.6.1. CRITERIOS SEGÚN RESISTENCIA DE
LA ROCA.-
•
Resistencia muy alta : Solo se astilla con variosgolpes de picota.• Resistencia alta: Se rompe con más de 3 golpes de
picota.
• Resistencia media: Se rompe con 1 a 3 golpes depicota.
• Resistencia baja: Se indenta superficialmente con la
punta de la picota.• Resistencia muy baja: Se indenta profundamentecon la punta de la picota.
I 6 2 CRITERIOS SEGÚN GRADOS DE
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I.6.2. CRITERIOS SEGÚN GRADOS DEFRACTURAMIENTO.-
• Masiva o levemente fracturada:2 a 6 fracturas /metro.
• Moderadamente fracturada: 6 a 12 fracturas/metro.
• Muy fracturada:12 a 20 fracturas/metro.
• Intensamente fracturada:
Más de 20 fracturas/metro.• Triturada o brechada: Fragmentada, disgregada.
Roca masiva o levemente fracturada .
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Roca muy fracturada Roca intensamente fracturada
Roca triturada o brechada
Ú
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1.6.3. CRITERIOS SEGÚN CONDICIONES PAREDESDISCONTINUAS.-
• Condición Muy Buena: Si las discontinuidades están cerradas, muy rugosas y estánfrescas.
• Condición Buena: Si están ligeramente abiertas, moderadamente rugosas ytienen manchas de oxidación.
• Condición Regular: Si están moderadamente abiertas, ligeramente rugosas a lisasy presentan oxidación.
•Condición Mala: Si están abiertas, lisas y presentan relleno blando (por ejemplolimo o panizo).
• Condición Muy Mala: Si están muy abiertas, estriadas y tienen relleno de panizo.
Á
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I.6.4. CONDICIONES GEOMECÁNICAS.-
• Masa rocosa Muy Buena:
Condiciones geomecánicas muy favorables parael minado.• Masa rocosa Buena:
Condiciones geomecánicas favorables para el
minado.• Masa rocosa Regular:
Condiciones geomecánicas regulares para elminado.
• Masa rocosa Mala:
Condiciones geomecánicas desfavorables para elminado.
• Masa rocosa Muy Mala:
I
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5
OTROS
FACTORES
A
TENER
EN
CUENTA
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I.6.5. OTROS FACTORES A TENER EN CUENTA.-
Es necesario además, conocer otros aspectoso factores adicionales que podrían modificarsu comportamiento al ser excavada. Estosotros factores están referidos a lo siguiente:
• A la presencia de agua.• A la presencia de los esfuerzos o también
denominados presiones de la roca o delterreno.
• A la presencia de fallas principales.
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