INFORME DE TERRENO Calificación de Macizo Rocoso

Transcripción

1 Universidad de Chile Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas INFORME DE TERRENO Calificación de Macizo Rocoso MI4060-Mecánica de Rocas Profesor: Auxiliares: Ayudantes Javier Vallejos Sofía Rebolledo Vicente Ortega Gonzalo Pizarro Pía Iglesias Rolando Arteaga Sergio Yañez Integrantes: Héctor Navarro A. Fecha Entrega: 11 de Noviembre de 2013

2 RESUMEN EJECUTIVO En el presente informe de terreno se pretende estudiar y calificar un macizo rocoso a través de diversas metodologías usadas por los profesionales en la actualidad, en base a una serie de datos recopilados en una salida a terreno. En particular la salida a terreno mencionada se llevó a cabo el día 16 de Octubre de 2013 y fue enfocada en estudiar el afloramiento rocoso presente en cerro blanco. La recopilación de los datos de terreno se realizo en forma grupal, conformándose varias cuadrillas de modo de abarcar un espacio mayor, con el fin de obtener datos representativos del macizo rocoso. Los objetivos del presente informe corresponden a obtener la calificación del macizo rocoso a través de distintos métodos de modo de analizar sus virtudes y deficiencias así como la dispersión que se produce entre los resultados obtenidos por un método u otro, además de significar una aproximación real a lo que podría ser el trabajo ingenieril en el futuro.

3 INDICE DE CONTENIDOS RESUMEN EJECUTIVO... 2 INDICE DE CONTENIDOS... 3 INDICE DE TABLAS... 4 INDICE DE ILUSTRACIONES... 5 INTRODUCCIÓN... 6 ANTECEDENTES... 7 MARCO TEÓRICO... 9 Rock Quality Designation (RQD)... 9 Rock Mass Rating (RMR)... 9 Rock Quality Index (Q) Rock Quality Index Modificado (Q ) Geological Strength Index (GSI) DESARROLLO Y RESULTADOS Grupo N Grupo N Grupo N Grupo N Grupo N COMENTARIOS Y CONCLUSIONES... 30

4 INDICE DE TABLAS Tabla 1: Clasificación RQD... 9 Tabla 2: Parámetros para obtención de RMR Tabla 3: Parámetros de calificación y puntajes Tabla 4: Calificación macizo rocoso e interpretación del resultado Tabla 5: Tabla para valoración del macizo rocoso según parámetro RMR Tabla 6: Clasificación macizo rocoso según parámetro "Q" Tabla 7: Estimación de GSI para macizos rocosos de bloques Tabla 8: Estimación GSI para macizos rocosos metamórficos Tabla 9: Calificación Macizo Rocoso. RMR (Grupo 1) Tabla 10: Calificación Macizo Rocoso. Q y Q (Grupo 1) Tabla 11: Calificación Macizo Rocoso. GSI (Grupo 1) Tabla 12: Calificación Macizo Rocoso. RMR (Grupo 2) Tabla 13: Calificación Macizo Rocoso. Q y Q (Grupo 2) Tabla 14: Calificación Macizo Rocoso. GSI (Grupo 2) Tabla 15: Calificación Macizo Rocoso. RMR (Grupo 3) Tabla 16: Calificación Macizo Rocoso. Q y Q (Grupo 3) Tabla 17: Calificación Macizo Rocoso. GSI (Grupo 3) Tabla 18: Calificación Macizo Rocoso. RMR (Grupo 4) Tabla 19: Calificación Macizo Rocoso. Q y Q (Grupo 4) Tabla 20: Calificación Macizo Rocoso. GSI (Grupo 4) Tabla 21: Calificación Macizo Rocoso. Q y Q (Grupo 5) Tabla 22: Calificación Macizo Rocoso. GSI (Grupo 5) Tabla 23: Parámetros incluidos en diferentes sistemas de calificación que resultan en input numérico Tabla 24: Scatter Plot todas las mediciones Tabla 25: Unweighted contour plot, todos los puntos Tabla 26: Calificaciones promedio del macizo rocoso... 32

5 INDICE DE ILUSTRACIONES Ilustración 1: Ubicación Cerro Blanco... 7 Ilustración 2: Zoom sobre Cerro Blanco... 8 Ilustración 3: Scatter Plot G Ilustración 4: Major Planes Plot G Ilustración 5: Unweighted Contour Plot G Ilustración 6: Weighted Contour Plot G Ilustración 7: Scatter Plot G Ilustración 8: Major Planes Plot G Ilustración 9: Unweighted Contour Plot G Ilustración 10: Weighted Contour Plot G Ilustración 11: Scatter Plot G Ilustración 12: Major Planes Plot G Ilustración 13: Unweighted Contour Plot G Ilustración 14: Weighted Contour Plot G Ilustración 15: Scatter Plot G Ilustración 16: Major Planes Plot G Ilustración 17: Unweighted Contour Plot G Ilustración 18: Weighted Contour Plot G Ilustración 19: Scatter Plot G Ilustración 20: Major Planes Plot G Ilustración 21: Unweighted Contour Plot G Ilustración 22: Weighted Contour Plot G

6 INTRODUCCIÓN En una primera etapa de un gran número de proyectos mineros, resulta de suma importancia la obtención en terreno de las características generales de un determinado macizo rocoso, para lo cual es común el trabajo conjunto de profesionales del área de la Ingeniería Civil en Minas y Geología. En particular el principal objetivo de la presente salida a terreno corresponde a la caracterización del macizo rocoso correspondiente a los afloramientos del Cerro San Cristóbal, específicamente en Cerro Blanco y a sus sets de sus continuidades. Como ya se ha dado indicios, dicho trabajo es similar al realizado en las etapas preliminares del diseño de una mina para un nuevo yacimiento, de lo que se desprende su importancia. Por otro lado se busca analizar las diferencias en los resultados entregados por un método u otro.

7 ANTECEDENTES La recopilación de datos se llevará a cabo en Cerro Blanco, cuya ubicación se detalla en las ilustraciones 1 y 2. Ilustración 1: Ubicación Cerro Blanco

8 Ilustración 2: Zoom sobre Cerro Blanco

9 MARCO TEÓRICO Rock Quality Designation (RQD) Mide largos de trozos recuperados mayores a 10 cm, dividido por largo total del testigo. Cuyo resultado se puede interpretar acorde a la tabla siguiente. Tabla 1: Clasificación RQD Una forma alternativa para obtener este parámetro es mediante el conteo de discontinuidades (Jv), mediante la siguiente fórmula. Rock Mass Rating (RMR) Corresponde a la clasificación de Beniawski 1989, en que se toman en consideración los parámetrosdetallados en la siguiente tabla, cuyos rangos de puntajes se muestran en la misma.

10 Tabla 2: Parámetros para obtención de RMR La forma de asignar el puntaje de cada factor es realizada acorde a las siguientes directrices: Tabla 3: Parámetros de calificación y puntajes

11 Tabla 4: Calificación macizo rocoso e interpretación del resultado En terreno la información anterior para la clasificación del maciso rocoso RMR se puede recopilar en una tabla tal como se muestra a continuación. Tabla 5: Tabla para valoración del macizo rocoso según parámetro RMR

12 Rock Quality Index (Q) El valor del índice Q se obtiene a través de la siguiente fórmula: Donde: RQD: Rock Quality Designation (%) Jn: Número de sistemas de discontinuidades Jr: Número de rugosidad de discontinuidades Ja: Número de alteración de discontinuidades Jw: Agua en discontinuidades SRF: Factor de reducción por esfuerzos En este método se toman en consideración principalmente tres factores. : Tamaño de los Bloques : Resistencia al corte entre bloques : Esfuerzos activos Donde el resultado se puede interpretar acorde a la siguiente tabla: Tabla 6: Clasificación macizo rocoso según parámetro "Q"

13 Rock Quality Index Modificado (Q ) El parámetro SRF es redundante cuando el sistema de calificación Q se utiliza para estimar propiedades del macizo rocoso para el análisis de estabilidad (analíticos o numéricos). El parámetro Jw se considera igual a uno (excavaciones relativamente secas, sin considerar el flujo transiente de perforación y relleno). En ambientes con altas presiones de agua el análisis de estabilidad debería incluir los efectos de presiones de agua y flujo. Geological Strength Index (GSI) Dependiendo del tipo de macizo rocoso, si es de bloque o metamórfico, se puede realizar una estimación visual del GSI, por medio de las tablas 7 y 8. Tabla 7: Estimación de GSI para macizos rocosos de bloques

14 Tabla 8: Estimación GSI para macizos rocosos metamórficos El valor de GSI también puede ser obtenido a partir de los parámetros RMR y Q, a través de las formulas señaladas a continuación.

15 DESARROLLO Y RESULTADOS En la presente sección solo se detallaran los resultados, dejando el análisis y respectivos comentarios para la sección correspondiente. Grupo N 1 Ilustración 3: Scatter Plot G1 Ilustración 4: Major Planes Plot G1

16 Ilustración 5: Unweighted Contour Plot G1 Ilustración 6: Weighted Contour Plot G5

17 Tabla 9: Calificación Macizo Rocoso. RMR (Grupo 1) Parametros Rango de Valores Valoración Resistencia a la compresión Uniaxial RQD Espaciamiento 0, Persistencia 3-10 m 2 Apertura 1-5 mm 1 Condición de Juntas Rugosidad Lisa 1 Relleno Limpio 6 Alteración Ligeramente Alterado 5 Agua Subterránea Seco 15 RMR TOTAL RMR 77 Descripción Buena (80-61) Buena Tabla 10: Calificación Macizo Rocoso. Q y Q (Grupo 1) Parametros Descripcion Macizo Rocoso Valoracion Rock Quality Desgnation (RQD) Excelente 93 Joint Set Number (Jn) 3 sets + 1 random 12 Joint Roughness Number (Jr) Plana rugosa 1,5 Joint Alteration Number (Ja) Ligeramente alterada 2 Joint Water Reduction Factor (Jw) Seco 1 Stress Reduction Factor (SRF) Esfuerzos bajos por estar en superficie 2,5 Q Barton Calidad del Macizo mala 2,325 Q' Calidad del Macizo regular 5,8125 Tabla 11: Calificación Macizo Rocoso. GSI (Grupo 1) Structure Surface Conditions GSI GSI (según RMR) GSI (según Q') Blocky good (Buena) 72 (Buena) 54,76 (Regular)

18 Grupo N 2 Ilustración 7: Scatter Plot G2 Ilustración 8: Major Planes Plot G2

19 Ilustración 9: Unweighted Contour Plot G2 Ilustración 10: Weighted Contour Plot G2

20 Tabla 12: Calificación Macizo Rocoso. RMR (Grupo 2) Parametros Rango de Valores Valoración Resistencia a la compresión Uniaxial RQD Espaciamiento Persistencia 7 m 2 Apertura mm 4 Condición de Juntas Rugosidad Lisa 1 Relleno Blando < 5 mm 2 Moderadamente Alteración Alterado 3 Agua Subterránea Seco 15 RMR TOTAL RMR 54 Descripción Regular (61-40) Regular Tabla 13: Calificación Macizo Rocoso. Q y Q (Grupo 2) Parametros Descripcion Macizo Rocoso Valoracion Rock Quality Desgnation (RQD) Calidad regular 54 Joint Set Number (Jn) 4 sets 15 Joint Roughness Number (Jr) Rugosidad Plana y suave 1 Joint Alteration Number (Ja) ligeramente alterada con patinas que no se ablandan 2 Joint Water Reduction Factor (Jw) seco (<5 L/m) 1 Stress Reduction Factor (SRF) Esfuerzos bajos por estar en superficie 1 Q Barton Calidad del Macizo mala 1,8 Q' Calidad del Macizo mala 1,8 Tabla 14: Calificación Macizo Rocoso. GSI (Grupo 2) Structure Surface Conditions GSI GSI (según RMR) GSI (según Q') Very blocky good-fair 50 (entre 40 y 60) (Regular) 49 (Regular) 53,59 (Regular)

21 Grupo N 3 Ilustración 11: Scatter Plot G3 Ilustración 12: Major Planes Plot G3

22 Ilustración 13: Unweighted Contour Plot G3 Ilustración 14: Weighted Contour Plot G3

23 Tabla 15: Calificación Macizo Rocoso. RMR (Grupo 3) Parametros Rango de Valores Valoración Resistencia a la compresión Uniaxial RQD Espaciamiento Persistencia 1-3 m 4 Apertura 1-5 mm 1 Condición de Juntas Rugosidad Moderadamente Rugosa 3 Relleno Blando < 5 mm 2 Moderadamente Alteración Alterado 3 Agua Subterránea Seco 15 RMR TOTAL RMR 67 Descripción Buena (80-61) Buena Tabla 16: Calificación Macizo Rocoso. Q y Q (Grupo 3) Parametros Descripcion Macizo Rocoso Valoracion Rock Quality Desgnation (RQD) Buena 85 Joint Set Number (Jn) 3 sets 12 Joint Roughness Number (Jr) Rugosidad Plana y suave 1 Joint Alteration Number (Ja) Arcilla sobre consolidada 8 Joint Water Reduction Factor (Jw) seco 1 Stress Reduction Factor (SRF) Zona de debilidad que contiene arcilla 2,5 Q Barton Calidad del Macizo Muy mala 0,354 Q' Calidad del Macizo Muy mala 0, Tabla 17: Calificación Macizo Rocoso. GSI (Grupo 3) Structure Surface Conditions GSI GSI (según RMR) GSI (según Q') Blocky good (Buena) 62 (Buena) 52,88 (Regular)

24 Grupo N 4 Ilustración 15: Scatter Plot G4 Ilustración 16: Major Planes Plot G4

25 Ilustración 17: Unweighted Contour Plot G4 Ilustración 18: Weighted Contour Plot G4

26 Tabla 18: Calificación Macizo Rocoso. RMR (Grupo 4) Parametros Rango de Valores Valoración Resistencia a la compresión Uniaxial RQD Espaciamiento Persistencia 3-10 m 2 Apertura < 0.1 mm 5 Condición de Juntas Rugosidad Moderadamente Rugosa 3 Relleno Blando < 5 mm 2 Moderadamente Alteración Alterado 3 Agua Subterránea Seco 15 RMR TOTAL RMR 69 Descripción Buena (80-61) Buena Tabla 19: Calificación Macizo Rocoso. Q y Q (Grupo 4) Parametros Descripcion Macizo Rocoso Valoracion Rock Quality Desgnation (RQD) Buena 80 Joint Set Number (Jn) 4 sets 15 Joint Roughness Number (Jr) Discontinua Suave 3 Joint Alteration Number (Ja) Ligeramente alterada, patinas que no se ablandan 2 Joint Water Reduction Factor (Jw) seco 1 Stress Reduction Factor (SRF) Esfuerzos bajos por estar en superficie 1 Q Barton Regular 8 Q' Regular 8 Tabla 20: Calificación Macizo Rocoso. GSI (Grupo 4) Structure Surface Conditions GSI GSI (según RMR) GSI (según Q') Blocky - Very blocky good 60 (Buena) 64 (Buena) 55,08 (Regular)

27 Grupo N 5 Ilustración 19: Scatter Plot G5 Ilustración 20: Major Planes Plot G5

28 Ilustración 21: Unweighted Contour Plot G5 Ilustración 22: Weighted Contour Plot G5

29 Tabla 21: Calificación Macizo Rocoso. Q y Q (Grupo 5) Parametros Descripcion Macizo Rocoso Valoracion Rock Quality Desgnation (RQD) Poco Resistente 1 Joint Set Number (Jn) 4 sets 15 Joint Roughness Number (Jr) Discontinua Suave 3 Joint Alteration Number (Ja) Ligeramente alterada, patinas que no se ablandan 2 Joint Water Reduction Factor (Jw) seco 1 Stress Reduction Factor (SRF) Esfuerzos bajos por estar en superficie 1 Q Barton Calidad del Macizo Muy mala 0,1 Q' Calidad del Macizo Muy mala 0,1 Tabla 22: Calificación Macizo Rocoso. GSI (Grupo 5) Structure Surface Conditions GSI GSI (según Q') Blocky fair (Regular) 50,7 (Regular)

30 COMENTARIOS Y CONCLUSIONES En primer lugar resulta claro que los parámetros Rock Mass Rating (RMR) y el Rock Quality Index (Q o Q ) no consideran de la misma forma al macizo rocoso, de ahí que se obtengan resultadas diferentes con cada metodología, en particular para el macizo rocoso analizado se pudo apreciar que mediante RMR se obtuvo en general que la roca era buena (salvo en el sector del grupo 2 donde arrojo que era regular), no obstante mediante el parámetro Q se obtuvo que la calidad de la roca era muy mala (salvo en el sector del grupo 4 donde se obtuvo que la roca poseía una calidad regular). Estas diferencias podrían explicarse por el hecho de que el parámetro Q abarco un mayor número de factores, específicamente el número de sets de discontinuidades y el estado de esfuerzos, tal como se muestra en la siguiente tabla. Tabla 23: Parámetros incluidos en diferentes sistemas de calificación que resultan en input numérico Respecto al parámetro GSI, se pudo observar que su calificación entrega resultados similares al RMR en términos cualitativos. Cabe mencionar que al comparar los valores de

31 GSI obtenidos a partir de parámetro RMR y de Q, se aprecio que la expresión dependiente del parámetro Q arrojaba calidades menores. Respecto a la distribución de polos graficadas por la herramienta computacional DIPS se puede observar de las figuras 5, 9, 13, 17, 21 que en los sectores asociados a los grupos 1, 3, 4, 5, se aprecian claramente 2 discontinuidades, a diferencia del sector asociado al grupo 2 donde se aprecian más de 3 sets. Al realizar la ponderación de Terzaghi se puede ver que las discontinuidades se resaltan con mayor fuerza. Al considerar todas las mediciones de todos los sectores y graficarlas se observa la siguiente distribución: Tabla 24: Scatter Plot todas las mediciones

32 Tabla 25: Unweighted contour plot, todos los puntos Finalmente los valores promedio para el macizo rocoso para cada calificación fueron: Tabla 26: Calificaciones promedio del macizo rocoso Parámetro Valoración Descripción RMR 66,750 Roca Buena Q 2,516 Roca Mala Q' 3,320 Roca Mala Roca GSI 58,000 Regular