Mecanica de Rocas

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Cita: Castro C. A.., Juan M.O. & Oswaldo Bustamante R. Análisis de excavaciones en la mina subterránea el toro por medio de los elementos finitos.

Cita: Nadia Mey, Xavier Emery, Alejandro Cáceres, Diniz Ribeiro, Evandro cuhna, Geostatistica modeling of the geological uncertainty in a iron ore deposit, ore geology reviews, volumen 88, 2017.

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.

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.

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.

Análisis de las excavaciones en la mina subterránea el toro por medio de los elementos finitos

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.

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.

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.

ARTICULO

Modelado geoestadístico de la incertidumbre geológica en un depósito de mineral de hierro

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

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.

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.

MODELOS

MODELO MATEMÁTICO

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

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

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.

Integrales

*Elementos de contorno *integrales del contorno *Desplazamiento discontinuo

Diferenciales

*Elementos finitos *Diferencias finitas

Se basan en descomposición del espacio y en algunos casos tiempo

MODELO GEOMECANICO

CLASIFICACIÓN DE LOS MACIZOS ROCOSOS

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.

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

PROPIEDADES MECÁNICAS DEL MACIZO ROCOSO

AGUA

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

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.

ANISOTROPIA

En rocas de comportamiento frágil

Textual

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

VELOCIDAD DE CARGA

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

COMPORTAMIENTO DE LAS ROCAS

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

COMPRESIÓN

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

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

TENSIONES NATURALES

Métodos para medir las tensiones

Método de los medidores mecánicos de deformaciones diametrales de sondeos

Método de la célula extenso-métrica

Fracturación hidráulica

Factores que intervienen en las tensiones naturales.

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

PROPIEDADES MECÁNICAS DE LAS DISCONTINUIDADES DEL MACIZO ROCOSO

RIGIDEZ

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

Normal

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

Tangencial

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

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.

RESISTENCIA AL CORTE

Existe resistencia en:

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

Factores importantes

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

MODELO GEOLOGICO

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

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

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

ESTRUCTURA

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

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.

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.

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