Introducción a la Geomecánica aplicada Prof. Raúl Castro Semestre Primavera 2007

1. Excavaciones subterráneas: métodos de diseño Geomecánico Contenidos: Introducción a criterios geomecánicos en el diseño de excavaciones Resistencia macizo rocoso (repaso) Esfuerzos in-situ Esfuerzos inducidos por excavaciones Soluciones analíticas

Etapas diseño geomecánico Caracterización geomecánica Modelo mina Diseño Proceso de análisis en ingeniería de rocas Implementación Comportamiento macizo Monitoreo Back análisis GEOTECNIA MINERA – UNIVERSIDAD DE CHILE

Criterios de diseño subterráneos Esfuerzos Estructural Cuantificar el daño y diseñar soporte GEOTECNIA MINERA – UNIVERSIDAD DE CHILE

Resistencia macizo

Proceso de Escalamiento Resistencia del Macizo Rocoso? UCS Lab Caracterización del Macizo Rocoso GEOTECNIA MINERA – UNIVERSIDAD DE CHILE

Resistencia de Macizo Rocoso (Hoek and Brown, 1980) GEOTECNIA MINERA – UNIVERSIDAD DE CHILE

Modelos Constitutivos Macizo Rocoso A mayor confinamiento: La resistencia máxima aumenta De frágil a dúctil, comportamiento plástico La resistencia residual aumenta considerablemente Ensayos triaxiales en Marble Tenessee, Wawersik and Fairhurst, 1970 GEOTECNIA MINERA – UNIVERSIDAD DE CHILE

Resistencia de Macizo Rocoso Criterio de Hoek and Brown (1980, 1995) Resistencia a la compresión no confinada roca intacta GSI >=25 GSI <25 GEOTECNIA MINERA – UNIVERSIDAD DE CHILE

Efecto de Escalamiento de Resistencia de Macizo Rocoso Criterio de Hoek and Brown para granito de la mina Lac du Bonnet basado en resistencia de laboratorio, post falla y iniciación de fractura basado en monitoreo sísmico Martin, 1994 The progressive fracture of Lac DuBonnet Granite , Int. J. Rock Mech. Min. Sci. 31 643-59 GEOTECNIA MINERA – UNIVERSIDAD DE CHILE

Determinación de constantes de Mohr Coulomb Balmer (1952) Esfuerzo normal Esfuerzo de corte GSI > 25, a=0.5 Derivando H-B GSI < 25, s=0 GEOTECNIA MINERA – UNIVERSIDAD DE CHILE

Determinación de constantes de Mohr Coulomb Resistencia compresión uniaxial del macizo Valores de c, f son sensible a elección de s3 GEOTECNIA MINERA – UNIVERSIDAD DE CHILE

GEOTECNIA MINERA – UNIVERSIDAD DE CHILE Ejemplo Resistencia a la compresión no confinada roca intacta GSI >=25 GSI <25 GSI= 62 mi= 24 sci= 100 GEOTECNIA MINERA – UNIVERSIDAD DE CHILE

GEOTECNIA MINERA – UNIVERSIDAD DE CHILE Ejemplo de calculo Ejercicio: calcule las ctes de M-C con parámetros GSI 50, mi=19, sci= 60 MPa GEOTECNIA MINERA – UNIVERSIDAD DE CHILE

Algunas Relaciones de Interés Módulo de elasticidad del macizo rocoso en función de los índice de calidad de macizo rocoso GEOTECNIA MINERA – UNIVERSIDAD DE CHILE

Ángulo de Fracturamiento y Esfuerzo Principal Relación entre la magnitud del esfuerzo principal y el ángulo de fracturamiento Esta relación permite entender el modo de falla Macizo rocoso Estructura El Angulo de mayor debilidad se produce en: Falla en macizo rocoso GEOTECNIA MINERA – UNIVERSIDAD DE CHILE

Planos de fracturamiento vs Esfuerzo Deviatorico El esfuerzo deviatorico como factor causal de la falla para diferentes niveles de confinamiento Donath, 1972 McLamore and Gray, 1967 GEOTECNIA MINERA – UNIVERSIDAD DE CHILE

Esfuerzos in-situ & inducidos

GEOTECNIA MINERA – UNIVERSIDAD DE CHILE Definiciones Esfuerzos in situ existen antes de las excavaciones. Esfuerzos inducidos son los que resultan por la existencia de la excavación (es). GEOTECNIA MINERA – UNIVERSIDAD DE CHILE

Expresiones analíticas GEOTECNIA MINERA – UNIVERSIDAD DE CHILE

Solución de Kirsch en el contorno de la excavación B A Compresion en las paredes B Tensión en el techo GEOTECNIA MINERA – UNIVERSIDAD DE CHILE

GEOTECNIA MINERA – UNIVERSIDAD DE CHILE Ejemplo de Kirsch Se impone la condición de resistencia 16 MPa a la compresión sci =s1-s3 q=-26, 26 Se impone condición de resistencia a la tracción to=0 q=79, 101 2,5 Mpa 2,5 GEOTECNIA MINERA – UNIVERSIDAD DE CHILE

GEOTECNIA MINERA – UNIVERSIDAD DE CHILE Zonas de falla y daño Ref: Martin (1997) GEOTECNIA MINERA – UNIVERSIDAD DE CHILE

Efecto de varias excavaciones Se suman los esfuerzos inducidos de cada excavación GEOTECNIA MINERA – UNIVERSIDAD DE CHILE

GEOTECNIA MINERA – UNIVERSIDAD DE CHILE Daño y sismicidad Se utiliza un modelo numérico para estimar contornos de esfuerzo Se grafica el esfuerzo deviatorico Se compara con una envolvente de falla del sistema minero sci Lo último se obtiene con microsismica GEOTECNIA MINERA – UNIVERSIDAD DE CHILE