Criterios RMR y GSI

Universidad Nacional de Piura Grupo 01

[CRITERIOS RMR Y GSI] Geomecánica aplicada al laboreo de minas Loaiza

Ing. Raúl Badajos

CONTENIDO INTRODUCCION.............................................................................................. 3 OBJETIVOS...................................................................................................... 3 OBJETIVO GENERAL..................................................................................... 3 OBJETIVOS ESPECÍFICO............................................................................... 3 Definición de un criterio de rotura general.....................................................4 SISTEMA GSI (GEOLOGICAL STRENGTH INDEX)..............................................5 Cartillas geomecánicas de la unidad minera Orcapampa.............................10 Rock Mas Rating (RMR)................................................................................ 15 Aplicación del criterio RMR a la unidad Minera Orcopampa.........................17 Conclusiones................................................................................................ 18

INTRODUCCION Se acepta que fue Terzaghi (1946) quien propuso la primera clasificación del terreno orientada a la construcción de túneles. Sus datos provenían de túneles sostenidos fundamentalmente por cerchas metálicas. A partir de los años 50 fue generalizándose la utilización del bulonado y el hormigón proyectado en la construcción de túneles para usos civiles. La clasificación de Lauffer de 1958 refleja perfectamente el uso combinado de cerchas, bulonado y hormigón proyectado en la construcción de túneles en roca. Esta clasificación está, por otra parte, muy vinculada al surgimiento del Nuevo Método Austriaco (NATM) en centroeuropa. Su utilización requiere, sin embargo, la experiencia directa en obra y es poco práctica en las fases de proyecto y anteproyecto. Las que podemos denominar clasificaciones modernas (Sistema RMR (Bieniawski) y Q (Barton)) intentan un mayor grado de objetividad. Se trata en los dos casos de combinar atributos del macizo rocoso (de tipo geológico, geométrico y tensional) en un número único relacionado con la calidad global de la roca. A su vez, este número permite, a través de la experiencia recogida en su utilización en casos reales, la definición de un sostenimiento del túnel y la estimación de otros parámetros o datos de interés (resistencia del macizo rocoso, tiempo de estabilidad de una excavación no sostenida, etc.).

OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL  Describir y detallar los conceptos y parámetros necesarios para el entendimiento de los criterios de clasificación del macizo rocoso tanto RMR como el GSI.

OBJETIVOS ESPECÍFICO  Detallar de una manera práctica la aplicación de los distintos criterios de clasificación del macizo rocoso tanto RMR como el GSI.  Definir los parámetros necesarios para la aplicación de cada método tanto RMR como el GSI.

DEFINICIÓN DE UN CRITERIO DE ROTURA GENERAL Existen dos formas para definir el comportamiento de una roca en rotura: mediante el estado de tensiones o mediante el de deformaciones. Normalmente se utiliza la primera (González Vallejo, 2002). De esta forma, se toma como resistencia de la roca la máxima tensión que ésta puede soportar. Para cualquier punto del macizo el tensor de tensiones viene definido por seis componentes, tres componentes normales, y tres componentes tangenciales, σxi, σyi, σzi, τxyi, τyzi y τxzi, en un sistema de coordenadas (x, y, z). Dependiendo de la magnitud y dirección de las seis componentes del tensor, se obtienen las tres tensiones principales, σ1i, σ2i, σ3i, donde σ1i es la tensión mayor, σ2i la tensión intermedia y σ3i la tensión menor. En el caso de un material isótropo (material que presenta las mismas característica físicas en cualquier dirección), cualquier dirección es dirección principal, con lo que las tres tensiones principales se representan σ1, σ2, σ3. En este caso se define como criterio de rotura a la superficie f, que delimita en el espacio de tensiones principales (σ1, σ2, σ3) un cierto dominio que llamamos dominio elástico viene expresado por la siguiente ecuación:

f (σ1,σ2,σ3) = 0 En general, los equipos utilizados para la obtención de resultados experimentales nos dan datos sobre las tensiones principales, si a esto le añadimos que la tensión intermedia (σ2) se suele ignorar, el criterio de rotura se define bidimensionalmente en función de la tensión mayor (σ1), y la tensión menor (σ3), como:

f (σ1,σ2)= 0 f es la superficie que limita el dominio elástico del material, en el espacio bidimensional de tensiones principales, y la ecuación que describe esta superficie de fluencia es el criterio de rotura.

Los puntos representados encima del dominio elástico ( ( , ) 0 1 3 f σ σ = ) están en situación de rotura, por el contrario, los puntos del macizo con estado tensional en el interior del dominio elástico no están en rotura, sino que están en estado elástico. Los puntos del exterior del dominio elástico son puntos tensionales inaccesibles, es decir no se pueden obtener dichas tensiones para el macizo en cuestión. Dependiendo de cómo se defina la ecuación de la superficie de fluencia (f) se obtienen distintos criterios de rotura. A continuación se hace una descripción del criterio de rotura lineal de Mohr-Coulomb, y del criterio de rotura no lineal de Hoek&Brown.

SISTEMA GSI (GEOLOGICAL STRENGTH INDEX) Hoek (2006) Hoek et al., (1995) presentó el índice de resistencia geológica, como complemento a su criterio generalizado de falla en roca, y como una forma de estimar los parámetros s, y mb en el criterio, El GSI estima la reducción de la resistencia del macizo para diferentes condiciones geológicas. El GSI se ha actualizado para macizos débiles en varias ocasiones (1998, 2000 y 2001 (Hoek et al., 2002)). La caracterización del macizo rocoso es simple y está basada en la impresión visual de la estructura rocosa, en términos de bloques y de la condición superficial de las discontinuidades indicadas por la rugosidad y alteración de las juntas. La combinación de estos dos parámetros proporciona una base práctica para describir un rango amplio de tipos de macizos rocosos. La determinación de los parámetros del GSI se basa en las descripciones de la calidad del macizo rocoso en lugar de formular datos de entrada

cuantitativos como en los sistemas RMR, Q y RMi. El GSI es principalmente útil para macizos rocoso mas blandos con RMR menor a 20. El GSI es utilizado para la estimación de los parámetros de entrada para el calculo de la resistencia, solo es una relación empírica y los procesos asociados a las clasificaciones de la ingeniería de rocas. La determinación del GSI se hace a partir de la Tabla 1 y la Tabla 2 a las que se ingresa desde 2 puntos diferentes, uno horizontal: referente al tamaño y entrabamiento de bloques, composición y estructura; el ingreso vertical es referente a las condiciones de las discontinuidades, se converge posteriormente en el valor del GSI dispuesto en las líneas diagonales. La tabla 3C presenta la relación del parámetro D con el macizo rocoso y el tipo de excavación, este parámetro es empleado por Hoek con el objetivo de considerar los daños ocasionados al macizo por voladura influencia de las voladuras.

Tabla 1. Caracterización del macizo rocoso en función de los bloques basado en el entrabamiento y las condiciones de las juntas. Adaptada de Hoek (2006)

Tabla 2. Estimación del GSI para macizos heterogéneos como flysch, Adaptada de Hoek (2006).

Tabla 3. Guía para estimar el factor de alteración D, Adaptada de Hoek (2006).

CARTILLAS GEOMECÁNICAS DE LA UNIDAD MINERA ORCAPAMPA La unidad minera Orcapampa de la Compañía Minera Buenaventura S.A.A. Abarca una extensión aproximadamente de 30 km2 y está ubicada en:  Distrito Orcapampa  Provincia de Castilla  Departamento de Arequipa Coordenadas:  Longitud: 72º 20´40” W  Latitud: 15º 15´30” S  Altitud: 3.800 m.s.n.m.

ROCK MAS RATING (RMR)

El RMR, introducido por Bieniawski 1976, es posiblemente la clasificación geomecánica más usada, inicialmente pensado para valorar la estabilidad y los soportes requeridos en túneles, ha resultado ser apto también para la valoración de la estabilidad en taludes. El RMR es una clasificación geomecánica, en la que se tienen en cuenta los siguientes parámetros del macizo rocoso. (1)Resistencia del material intacto que se obtiene mediante ensayo de carga puntual o compresión simple. (2)RQD (detallado más adelante en este mismo apartado) (3)Espaciado de las discontinuidades, hace referencia a la longitud entre discontinuidades dentro de la zona a estudio. (4)Condición de las discontinuidades, que incluye:     

Longitud de la discontinuidad Abertura Rugosidad Relleno Alteración

(5) Presencia de agua subterránea A cada uno de los parámetros anteriores se le asigna un valor, el RMR se obtiene como la suma de todos ellos.  RMR = (1) + (2) + (3) + (4) + (5) (3.18) Hay que tener en cuenta que existen dos versiones para la obtención del RMR, el RMR76, del año 1976, y el RMR89, del año 1989. La diferencia reside en los valores que se le asignan a los parámetros de: presencia de agua subterránea, condición de las discontinuidades, y RQD conjuntamente con el espaciado de las discontinuidades. En la siguiente tabla se muestra la diferencia entre valores que se le dan a los parámetros según el criterio. Diferencias de valores entre RMR76 y RMR89

Parámetros y rango de valores para la clasificación geomecánica RMR 89

ÍNDICE DE CALIDAD DE LAS ROCAS, RQD El RQD (Rock quality designation index) fue desarrollado por Deere et al. (1967), para estimar cuantitativamente la cualidad del macizo rocoso basándose en la recuperación de un testigo. Depende indirectamente del número de fracturas y del grado de alteración del macizo. El diámetro del testigo tiene que ser igual o superior a 57.4 mm, y tiene que ser perforado con un doble tubo de extracción de testigo. El RQD es el porcentaje de fragmentos de longitud superior a 10 cm, sobre la longitud total del testigo. Su expresión es:

Si no se disponen de sondeos, una alternativa para el cálculo del RQD es a partir de las ecuaciones:

Donde JV es el número de juntas identificadas en el macizo rocoso por m3.

UNA VEZ OBTENIDO EL VALOR DE RQD, LA CALIDAD DE LA ROCA VIENE DADA SEGÚN LA TABLA APLICACIÓN DEL

CRITERIO RMR A LA UNIDAD MINERA ORCOPAMPA

El Departamento de Geomecánica de Mina Orcopampa, entre otras actividades realiza mapeos geomecanicos diarios en todas las labores mineras, en base al cual determina la calidad de la masa rocosa. Según el criterio de Bieniawski (1989), utilizado en Orcopampa para clasificar la masa rocosa del yacimiento, la calidad de la misma varía mayormente entre Regular B (III-B – RMR de 41 a 50) y Mala A (IV-A – RMR de 31 a 40), en pocos caso la roca llega a tener calidad superior, pero si puede llegar a tener Calidad inferior como Mala B (IV-B – RMR 21 a 30) y Muy Mala (V – RMR < 21).

CONCLUSIONES  La estructura del macizo puede variar no solo de una zona a otra si no también dentro de la misma zona  Existen más criterios para clasificar la estructura de un macizo rocoso  Es importante tener en cuenta las diferentes clasificaciones para determinar un sostenimiento adecuado  Es de mucha relevancia que los trabajadores sean consientes del lugar donde están trabajando y los riesgos que ello implica