MODELOS

Se representan esquemáticamente en los caracteres: litológicos, estructurales e hidrológicos del macizo rocoso.

LITOLOGÍA

Estudio de las rocas

La roca es el elemento constructivo
fundamental de la litosfera

ciclo geoquímico de las rocas

Se formo la corteza rocosa
(fases liquidas, gaseosas)
se denominan magma

La consolidación en superficie por
su manera brusca no se forman
cristales granulares. (rocas vulcanicas)

La consolidación en profundidad,los cristales
se desarrollan por el enfriamiento lento.
(rocas intrusivas)

Las rocas vulcanicas e intrusivas
construyen las rocas ígneas

METEORIZACIÓN

Modificación sufrida en la composición
de una roca situada en la superficie
por los agentes atmosféricos.

LA METEORIZACIÓN FÍSICA: Comprende
arranque directo por erosión,congelación
del agua en grietas y fracturas, cambios de
volumen en la roca y acción de las plantas.

LA METEORIZACIÓN QUÍMICA:
Comprende una serie de reacciones
de oxidación,hidratación,hidrólisis,
carbonatación y disolución.

el clima es el factor que condiciona
el tipo de meteorización.

La roca sana pasa a suelo, por
una serie de estados intermedios.

ESTRUCTURA

ESTRUCTURA O DOMINO ESTRUCTURAL

Es la masa de la roca delimitada por
discontinuidades geológicas donde la
estructura es homogénea

Las propiedades de una interestratificación
en un macizo rocoso dependerán de los
tipos de rocas presentes.

SUPERFICIES DE DISCONTINUIDAD

Aparecen durante la formación
de la roca o por causas tectónicas

La orientación de una discontinuidad
determina la forma de los bloques.

El espaciado es un factor que influye
en el tamaño de los bloques, de roca

Dimensiones

Rugosidad

Resistencia

DISCONTINUIDADES

Definir las discontinuidades por
la dirección de buzamiento y el
buzamiento

Apertura

Relleno

Circulación de agua

Número de familias de discontinuidades

Tamaño de los bloques

HODROLOGÍA

Aguas Subterráneas

Infiltración de las aguas meteóricas

Nivel freático

Métodos geofísicos

Sondeos

Pozos de mayor diámetro

Galeria de investigación

Medidas de las presiones
(piezometro)

Medida de las permeabilidades

PROPIEDADES MECÁNICAS
DE LAS DISCONTINUIDADES
DEL MACIZO ROCOSO

RESISTENCIA AL CORTE

Factores importantes

*Tensiones normales
al plano de corte.
*Rugosidad de las superficie
de contacto.
*Espesor y tipo de relleno.
*Velocidad del movimiento
de corte.

Existe resistencia en:

*Discontinuidades planas
*Planos inclinados
*la influencia del agua sobre
discontinuidades planas
*Discontinuidades rugosas sin relleno
*Discontinuidades rugosas con relleno

DILATANCIA

Se origina en la rugosidad de las juntas

Consiste en una separación de las
paredes de la junta al entrar en
contacto las principales asperezas
de los labios de la discontinuidad

La distancia explica que haya cavidades
muy grandes que no necesitan entibación.

RIGIDEZ

Es una medida de la deformación
que sufre esta al estar sometida a
una tensión de corte.

Tangencial

Desplazamiento cortante
necesario hasta alcanzar la
resistencia de pico al corte.

Normal

La deformación que se produce
en dirección perpendicular a la
junta cuando esta sometida a una
tensión de corte.

TENSIONES NATURALES

Factores que intervienen
en las tensiones naturales.

*Topografía del terreno
*Erosión e isostasia
*Tensiones residuales
*Intrusiones en los macizos
*Tensiones tectonicas

Métodos para medir
las tensiones

Método de los medidores
mecánicos de deformaciones
diametrales de sondeos

Método de la célula
extenso-métrica

Fracturación hidráulica

PROPIEDADES MECÁNICAS
DE LAS ROCAS

Se implementan diferentes
tipos de ensayos:

*Compresión simple
*Determinación del modulo de elasticidad
*Determinación del coeficiente de poisson.
Ensayo de compresión triaxias
*Ensayo de corte directo
*Ensayo de carga puntual
*Ensayo de la porosidad y densidad
*Ensayo de la durabilidad de las rocas

PROPIEDADES MECÁNICAS
DEL MACIZO ROCOSO

COMPORTAMIENTO
DE LAS ROCAS

COMPRESIÓN

Según exista confinamiento lateral
o no, las rocas pueden ensayarse a
compresión triaxial o simple

FRÁGIL Y DÚCTIL

Presenta comportamiento frágil cuando su
capacidad para resistir cargas disminuye
al aumentar la deformación.

Dúctil cuando la roca conserva su
resistencia a pesar de estar sujeta
a deformaciones permanentes

VELOCIDAD
DE CARGA

Depende del tiempo considerando
la capacidad de la roca para soportar
una tensión mayor pero durante corto
tiempo.

ANISOTROPIA

Textual

Se originan en el proceso de
sedimentación,la mas importante
es la producida por la fisura

Resistencia

En rocas de
comportamiento
frágil

TENSIÓN
EFECTIVA

La resistencia de los suelos
saturados y su cambio de
volumen no dependen de la
tensión total aplicada si no
de la efectiva.

AGUA

En los poros de las
rocas se da una presión
de flujo interno

CLASIFICACIÓN DE LOS
MACIZOS ROCOSOS

Calidad de la roca

Se define a partir de un indice
numérico,este depende del tipo
de macizo que tengamos,existiendo
diferentes tipos de clasificación para
la identificación de su estado.

*Litología
*Puntos angulares
*Procesos constructivos

Calidad de la excavación

Depende de la calidad de la roca, tipos d tensión,y resistencia que tengo y define el tipo de sostenimiento a implementar.

CONTINUOS

Resuelven un tipo de problema en
los que el comportamiento del macizo
rocoso puede ser modelado. Aquí se
engloban la mayoría de los modelos
numéricos, geomecanicos. Se analizan
discontinuidades como fallas ente otras.

Diferenciales

*Elementos finitos
*Diferencias finitas

Se basan en descomposición
del espacio y en algunos
casos tiempo

Integrales

*Elementos de contorno
*integrales del contorno
*Desplazamiento discontinuo

DISCONTINUOS

Se representa explícitamente la
geometría de las discontinuidades
que dividen la roca, los contactos
entre bloques se caracterizan por
ecuaciones que relacionan fuerzas
de interacción con desplazamieto
relativo lo que permite modelizar
deslizamientos, la dilatancia, apertura
de juntas, compresibilidad, entre otras.

Tratamiento matemático = modelos continuos

APLICACIÓN DE
MODELOS NUMÉRICOS

Método de elementos finitos

Método de diferencias finitas

Método de elementos de contorno

Método de integrales de contorno

Método de bloques rígidos

Método de los elementos
de contorno.

*Problema físico
*Problema numérico

Problemática

Uno de los principales problemas es
cuantificar la incertidumbre conjunta
en los grados de elementos de interés
en este caso de hierro, sílice, manganeso,
fósforo y alumina. La información se
obtiene por un conjunto de perforaciones
en el periodo pertinente de exploración del
terreno.

Metodología

Considera la construcción de resultados
múltiples de rocas mediante la plurigaussiana,
luego de los resultados de las variables
cuantitativas (calificaciones, perdidas por
ignición y granulometría). Todas estas se
construyen por medio de la simulación.

Solución

Por medio de los modelos plurigaussian y
multigaussian que ofrecen mucha flexibilidad
al practicante para hacer frente a la complejidad
de variables que son modeladas; como lo son:
Las regiones de contactos entre tipos de rocas.
Controles geológicos ejercidos por los tipos de la
roca sobre las variables cuantitativas

Problemática

Analizar desde la geomecánica las posibilidades de explotación de los bloques inferiores bajo la interacción de los bloques existentes superiores, pues resulta de gran importancia realizar este análisis ya que el suelo fue intervenido y aún más porque los niveles de tierras movidos son muy grandes.

Metodología

Las técnicas más especializadas para el estudio óptimo de estos aspectos geomecánicos son los monitoreos constantes sobre los factores afectantes, puesto a que estos arrojan resultados directos y en tiempo real. Otra de las técnicas utilizadas es el método de los elementos finos, que es fundamental para la mecánica de rocas.

Solución

Se realizaron monitoreos en campo, pruebas de laboratorio, dichas pruebas proporcionaron resultados importantes con respecto al comportamiento esfuerzo-deformación de las probetas, típicamente mostrando como característica principal roca frágil, evidenciada por la disminución inicial de la deformación volumétrica y por su posterior aumento después de un nivel de esfuerzos dados.

Problemática

En el medio nacional son pocas las aplicaciones de las técnicas numéricas en el modelamiento minero, el método de los elementos finitos utilizado es fundamentado en la mecánica de los medios continuos y ofrece posibilidades complementarias con relación a aquellas de los registros directos puntuales, además considera las propiedades mecánicas del macizo rocoso.

Metodología

Inicia con un diseño existente, se sigue con la exploración del terreno, posteriormente con un modelo numérico de las excavaciones, luego del muestreo de rocas se hace una prueba de laboratorio, a través de un modelo constitutivo de macizos rocosos. El mismo modelo numérico proporciona condiciones iniciales con simulaciones geométricas. Cuando se tiene el análisis de esfuerzos y deformaciones se puede conocer si el diseño satisface los requerimientos.

Solución

Los más comunes en mecánica de rocas en el caso del medio continuo son las de diferencias fintas, elementos finitos y de contorno, y el medio discontinuo son los llamados de elementos discretos y de red de fracturas discretas. En cuanto al tipo de material se utilizó el tipo Drucker- Prager, donde los parámetros de cohesión y de fricción definen su comportamiento. El proceso de modelamiento sigue una serie de etapas. Según Moavenni (1999) son las siguientes:

- Crear y discreta el dominio de la solución en un número finito de los elementos.
- Desarrollar las ecuaciones para el elemento.
- Ensamblar elementos para representar problema completo.
- Aplicar condiciones de borde, las condiciones iniciales y las cargas.
- Etapa de solución. Resolver el sistema de ecuaciones simultáneas lineales o no lineales para obtener soluciones reales.
- Etapa de postproceso. Analizar los resultados y obtener la información importante para el problema.