Tiempo De Autosoporte 30114h

DISEÑO Y CONSTRUCCIONES MINERAS (MI-540) “TIEMPO DE AUTOSOPORTE Y SECCION OPTIMA EN MACIZO ROCOSO TIPO I”

    

DE LA SOTA JARA, José GARCIA LOZA, Erick L. HUAMAN GUERRA, Luis A. MANTILLA ARCE, William RUIZ HINOJOZA, Nicanor I.

OBJETIVOS: 





Estimación de la calidad del macizo rocoso y de los parámetros de resistencia. Estimar el tiempo de auto sostenimiento sin ademe Evaluar la sección máxima con auto sostenimiento.



Por su simplicidad y utilidad, presentamos aquí los criterios del sistema planteado por Bieniawski y N.G.I (Sistema Geológico Noruego)), los mismos que se determinan utilizando los datos de los mapeos geomecánicos efectuados en las paredes de las labores mineras o en tuneles.

Grado

Descripción

Roca Extremadamente débil

Identificación en Campo

La roca puede ser marcada con la uña del pulgar.

R0

0.25 -1

R1

Roca muy débil

R2

Roca débil

R3

Roca moderadamente dura

R4

Roca dura

R5

Roca muy dura Roca extremadamente dura

R6

Rango Aprox. de Resistencia a la Compresión Uniaxial Mpa

Se puede dar forma al material o escarbarse con la cuchilla de bolsillo. Se desintegra al golpe firme con la punta de la picota. La cuchilla corta el material pero es muy duro como para darle forma de especimenes triaxiales o el material puede escarbarse difícilmente con una cuchilla de bolsillo. Leves indentaciones (< 5mm) se pueden realizar con golpe firme con la punta de la picota. No puede rasparse o escarbarse con una cuchilla de bolsillo. Las muestras de mano pueden fracturarse con un solo golpe firme de picota. Las muestras de mano requieren más de un golpe de picota para fracturarse. La muestra requiere muchos golpes de picota para romper los especimenes de roca intacta (o para fracturarla). Los repetidos golpes de picota solo obtienen esquirlas.

1.0 – 5.0 5.0 - 25

25 - 50 50 - 100

100 - 250 > 250

PARÁMETRO 1

Resistencia del material de roca intacta

Índice de Carga Puntual

Resistencia a la Compresión Uniaxial CATEGORIZACIÓN 2

Calidad del testigo de perforación - RQD

CATEGORIZACIÓN 3

Espaciamiento de juntas

CATEGORIZACIÓN

4

5

Condiciones de Juntas

CATEGORIZACIÓN flujo por túnel de Agua 10 m de longitud subterránea Condiciones Generales CATEGORIZACIÓN

RANGO DE VALORES >8 MPa

4-8 MPa

2-4 Mpa

1-2 MPa

>200 MPa

100-200 MPa

50-100 Mpa

25-50 MPa

15

12

90-100%

75-90%

50-75%

17

13

>3m

1-3m

0.3-1m

30

25

20

Superficies muy Superficies Superficies rugosas ligeramente ligeramente Sin continuidad rugosas rugosas Sin separación Separación Separación <1mm <1mm Paredes con juntas apretadas aredes con juntas Paredes con apretada juntas sueltas

20 Ninguno

Completamente seco 10

10-25 MPa

7

20

25

Para este rango bajo es preferible el ensayo UCS

12 <25 L/min.

Sólo húmedo (agua intersticial) 7

4

2

3-10 MPa 1

1-3 MPa

0

25-50%

<25%

8

3

50-300mm

<50mm

10 Superficies pulidas ó Relleno <5mm ó Juntas abiertas 15mm Juntas continuas

5 Relleno suave >5mm ó Juntas abiertas >5mm Juntas continuas

6 25-125 L/min.

0 >125 L/min.

Agua bajo presión moderada 4

Problemas severos de agua

0

Orientación de juntas

CATEGORIZACIÓN

Muy favorable Túneles

Cimentaciones Taludes

CATEGORIZACIÓN Número de clases Descripción

Favorable

Regular

Desfavorable

Muy desfavorable

0

-2

-5

-10

-12

0

-2

-7

-15

-25

0

-5

-25

-50

-60

80-61

60-41

40-21

<20

II

III

IV

V

100-81 I Roca muy buena

Roca buena

Roca regular

Roca pobre

Roca muy pobre

Número de clases

I

II

III

Tiempo de 10 años para tramo de 5m 6 meses para tramo de 4m autosostenimiento y claro Cohesión del macizo >300 kPa 200-300 kPa rocoso Ángulo de fricción del macizo rocoso

>45°

1 mes para tramo de 3m

40-45°

Orientación perpendicular para eje de túnel Conducción con inclinación

Inclinación 45-90°

Muy favorable

Inclinación 20-45°

Favorable

IV 5 hrs para tramo de 1.5m

150-200 kPa 35-40°

100-150 kPa 30-35°

Orientación paralela al eje del túnel

Conducción contra la inclinación

Inclinación 45-90°

Regular

Inclinación 20-45°

Desfavorable

Inclinación 45-90°

Muy desfavorable

V 10 min para tramo de 0.5m <100 kPa <30°

Inclinación 0-20° sin considerar la orientación

Inclinación 20-45°

Regular

Desfavorable

N

PARAMETROS DE CLASIFICACIO N

DESCRIPCION

VALORIZACI ON

> 200 Mpa

15

90 % - 100 %

20

1

Resistencia del material inalterado

2

RQD

3

Espaciamiento de fisuras

1–3m

25

4

Estado de fisuras

Superficie ligeramente rugosas . Separacion <1 mm a redes con juntas apretadas

20

5

Aguas subterraneas

Completamente seco

10

TOTAL

90

RESULTADO Clasificación de rocas según el total de valuación

Tipo de roca Muy Buena = Tipo I 

“Para un Macizo Rocoso Tipo I tenemos un tiempo medio de sostenimiento de 10 años para un claro de 5 m y un ángulo de fricción de roca > 45º.



Dato RMR en 90 la mínima longitud al techo es aproximadamente 3.50 m y a partir de este a un máximo de 29.00 m observando la grafica se ve la tendencia de la curva a hacerse horizontal o creciente mínima. Y el tiempo de autosoporte es de 20 años aproximadamente .



El diseño de esfuerzos de tuneles, empleando el sitema – Q o indice de calidad de la masa rocosa propuesta por el Instituto Geotecnico de Noruega, se basa en la observacion de los cientos de casos tipicos de estabilidad en exacavaciones subaterraneas. Para obtener el valor numero de este indice “Q” se plantea la siguiente ecuacion:

DESCRIPCCION

VALOR

NOTAS

1. DESIGNACION DE LA CALIDAD DE LA ROCA A. Muy pobre B. Pobre C. Regular D. Bueno E. Excelente

RQD 0 - 25 25 - 50 50 - 75 75 - 90 90 - 100

1. Cuando RQD es reportado o medido como 10 (Incluyendo 0), un valor nominal de 10 es usado para evaluar Q. 2. Los intervalos RQD de 5,95, 90 y 100 son suficientemente precisos.

2. NÚMERO DE FAMILIAS DE DISCONTINUIDADES A. Macizo intacto B. Una familia de discontinuidades C. Una familia y discontinuidades aleatorias D. Dos familias de discontinuidades E. Dos familias y discontinuidades aleatorias F. Tres familias de discontinuidades G. Tres familias y discontinuidades aleatorias H. Cuatro o más familias, macizo altamente fracturado J. Macizo fracturado o roca triturada

Jn 0.5 - 1.0 2 3 4 6 9 12 15 20

1. Para intersecciones usar (3.0 x Jn) 2. Para portales usar (2.0 x Jn)

3. INDICAR NÚMERO DE RUGOSIDAD a. o con pared de roca b. o con pared de roca antes de 10cm de corte originando desplazamientos A. Discontinuidades no persistentes B. Paredes rugosas e irregulares, onduladas C. Discontinuidades lisas y onduladas D. Discontinuidades pulidas y onduladas E. Discontinuidades rugosas pulidas y onduladas F. Discontinuidades planas G. Discontinuidades pulidas y planas c. Sin o entre paredes de discontinuidades con cizallamiento H. Relleno que contiene arcilla y minerales gruesos suficiente para prevenir el o con pared de roca J. Arenoso, gravoso o aplastado, zona gruesa suficiente para prevenir el o con pared de roca

Jr

4 3 2 1.5 1.5 1 0.5 1 (nominal) 1 (nominal)

1. Adicionar 1 si el espaciamiento promedio de la discontinuidad más representativa fuera mayor que 3m. 2. Jr =0.5 puede ser usado en el caso de que las discontinuidades pulidas y planas estén orientadas en la dirección de la resistencia mínima

4. CONDICIÓN DE ALTERACION a. o con pared de roca A. Completamente curado, duro, no-blando, cubierta impermeable B. Paredes inalteradas, superficie manchada C. Paredes ligeramente alteradas, capa de minerales blandos, partículas arenosas, roca desintegrada libre de arcillas, etc. D. Limoso, capas arenosas-arcillosa, pequeña fracción de arcilla E. Material con baja fracción de capas de arcilla y minerales, caolinita, mica. También cloruro, talco, yeso y grafito, etc, y pequeñas cantidades de arcillas. (Capas discontinuas, 1-2mm o menos) b. o con paredes de roca (10cm) de fallar por corte F. Partículas de arena, libre de arcilla, roca desintegrada, etc. G. Arcilla sobre consolidadas, cubierta de arcilla mineral no-blando (continuo < 5mm de grosor) H. Arcilla con mediana o baja consolidación, cubierta suave de arcilla mineral (continuo < 5mm de grosor) J. Cubiertas de arcilla, montmorillonita, (continuo < 5mm de grosor). Valores de Ja depende en porcentaje de partículas de arcilla, y a agua. c. No hay o con pared de roca cuando hay corte K. Zonas de desintegración o trituración L. Roca y arcilla (ver G, H y J por condiciones de arcilla) M. Zonas limosas o arcilla-arenosa, pequeñas fracciones de arcilla N. Zonas continuas gruesas o bandas de arcilla (ver G, H y J por condiciones de arcilla) O. Zonas o bandas continuas gruesas de arcilla P. & R. (ver G. H y J para las condiciones de arcilla)

5. PRESENCIA DE AGUA EN EL MACIZO A. Excavación seca o menor afluencia < 5 l/m localmente B. Mediana afluencia o presión alta, ocasionada por un depósito de arena y/o grava de relleno C. Larga afluencia o presión alta en una roca apta con rellenos D. Larga afluencia o presión alta E. Excepcionalmente una alta afluencia o presión de corriente, se debilita con el tiempo F. Excepcionalmente una alta presión de afluencia

Ja

r (º)

0.75

1 2

25 - 35

1. Los valores de r, el ángulo de fricción residual, diseñado como una guía aproximada para las propiedades mineralógicas de la alteración de productos.

25 - 30 20 - 25

3 4

8 - 16 25 - 30

4 6 8

16 - 24 12 - 16 6 - 12

8 - 12

6 8 8 -12 5

6- 24

10 - 13 6 – 24 Jw 1 0.66

Presión de agua aprox. (kPa)

0.5 0.33 0.2 – 0.1

<1

0.1- 0.05

1 - 2.5

1. Factores estimados ampliamente; aumenta Jw si se instala un drenaje.

Categoría de Excavación A

Aberturas mineras temporales.

B

Aberturas mineras temporales, túneles de agua para hidroenergía (excluyendo tuberías de carga de alta presión), túneles piloto, socavones, y frentes de avance para grandes excavaciones. Cuartos de almacenamiento, plantas de tratamiento de agua, túneles pequeños de carreteras y líneas de tren, cámaras de compensación, túneles de .

C

ESR 3-5

1.6

1.3

D

Estaciones de energía, túneles grandes de carreteras y líneas de tren, cámaras de defensa civil, intersección de portales.

1.0

E

Estaciones subterráneas de energía nuclear, estaciones ferroviarias, instalaciones deportivas y públicas, fábricas.

0.8

N

CONCEPTO

DESCRIPCION

1

Calidad de la roca (RQD)

Excelente

2

Sistema de fisuras (Jn)

Macizo intacto

3

Rugosidad de fisuras (Jr)

Discontinuidades no permanentes

4.0

4

Estado de fisuras (Ja)

Paredes inalteradas, superficie manchada

1.0

5

Estado del agua en las fisuras (Jw)

Excavacion seca o menor afluencia < 5.0 l/min localmente

1.0

6

Reduccion de Esfuerzos (SRF)

Aberturas minerales temporales, tuneles de agua para hidroenergia

2.5

Q=(90/0.75)*(4/1)*(1/2.5)=192

VALOR 90 0.75

La dimensión máxima que soporta es de 12m aprox.



La dimencion maxima que s epuede realizar es de 12 a 15 m. sin que se coloque algun elemento de sostenimiento.





Hallando dimensión equivalente: El espacio máximo sin soporte puede ser calculado por el ESR y Q de la siguiente manera (Barton et al 1980): Espacio Máximo (sin soporte) =2 ESR*Q0.4 Espacio máximo = 41.67m

1.

2.

3.

Para un Macizo Rocoso Tipo I tenemos un tiempo medio de sostenimiento de 10 años para un claro de 5 m y un ángulo de fricción de roca > 45 Según la tabla en RMR de 90 la máxima longitud del techo es aproximadamente 3.50 m hasta un máximo de 29.00 m con sostenimiento observando la grafica se ve la tendencia de la curva a hacerse horizontal o creciente mínima. Y el tiempo de autosoporte es de 20 años aproximadamente. Con el sistema NGI basado en el Índice Q de Barton nos da una dimensión máxima de 12m y espacio máximo o un claro de 30.00 a 41.67m.