Introducción a la Geomecánica aplicada

Presentación del tema: "Introducción a la Geomecánica aplicada"— Transcripción de la presentación:

1 Introducción a la Geomecánica aplicada
Prof. Raúl Castro

2 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

3 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

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

5 Resistencia macizo

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

7 Resistencia de Macizo Rocoso (Hoek and Brown, 1980)
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8 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

9 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

10 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 GEOTECNIA MINERA – UNIVERSIDAD DE CHILE

11 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

12 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

13 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

14 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

15 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

16 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

17 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

18 Esfuerzos in-situ & inducidos

19 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

20 Expresiones analíticas
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21 Solución de Kirsch en el contorno de la excavación
B A B A GEOTECNIA MINERA – UNIVERSIDAD DE CHILE

22 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

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

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

25 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