Resistencia de macizos rocosos (84.07) Mecánica de Suelos y Geología William Gibson: wgibson@srk.com.ar Alejo O. Sfriso: asfriso@fi.uba.ar
Índice Roca intacta y macizo rocoso El criterio de Hoek-Brown Resistencia de las discontinuidades 2
Materiales ingenieriles Materiales hechos por el hombre Materiales aeroespaciales Hormigón Acero Rellenos de suelo Control en la fabricación Materiales naturales Suelos No control Macizos rocosos 3
Macizo rocoso vs roca intacta Las propiedades mecánicas del macizo rocoso están controladas por Roca intacta: el agregado mineral sin discontinuidades Discontinuidades 4
Problemas de escala Las estructuras (o fracturas) introducen anisotropía y problemas de escala para determinar resistencia de macizos 5
Macizo rocoso vs roca intacta: un problema de escala Las muestras y testigos que se pueden ensayar no representan el problema a escala real La escala real no se puede ensayar en un laboratorio 6
Falla en gran escala En los problemas de falla de gran escala se puede asumir un comportamiento homogéneo 7
Falla en pequeña escala En los problems de falla en escalas menores el material predomina el comportamiento de bloques: no es un medio continuo 8
Resistencia de macizo rocoso 9 Tenemos mínimo (o nulo) control de las propiedades del macizo Lo que podemos ensayar (muestras) no representa el macizo rocoso El macizo, por su tamaño, no lo podemos ensayar Qué podemos hacer? Medir la resistencia de la roca intacta Estimar la resistencia a escala de macizo considerando la presencia de fracturas
Roca intacta: resistencia a la compresión simple La resistencia a la compresión simple (uniaxial) es el valor más característico de la roca intacta Se mide con la misma técnica que las probetas de hormigón Resistencia típica del hormigón 10 (Bieniawski 1973)
Roca intacta: ensayo de carga puntual En el ensayo de carga puntual de toma un fragmento irregular de roca y se lo somete a compresión con dos puntas = El resultado correlaciona con la resistencia a compresión simple 24 11 Permite una estimación expeditiva de resistencia sobre testigos de sondeos
Roca intacta: ensayos de resistencia a la tracción Resistencia a la tracción directa Resistencia a la tracción por flexión Ensayo brasileño = 12 (Singh 1989)
Comportamiento de roca intacta en TX En rocas duras, la rigidez no depende de la presión La descarga (antes del pico) es elástica Una vez alcanzado el pico, la roca se rompe Bajas tensiones: la muestra se desarma Altas tensiones: se comporta como un suelo 13
Comportamiento de roca intacta en TX Arenisca 14 (Bienawski, 1972)
Resistencia roca intacta Ensayos tradicionales en testigos (compresión simple, triaxiales, brasileño) Envolvente no lineal 15
Índice Roca intacta y macizo rocoso El criterio de Hoek-Brown para roca intacta Resistencia de las discontinuidades 16
El criterio de Hoek-Brown Criterio empírico de falla definido por dos parámetros y se mide en ensayo de compresión simple se mide en ensayos triaxiales s 1 = + + 1. s c 17 s 3
Estimación de tiene rangos carácterísticos en función del tipo de roca 18
El criterio de Hoek-Brown para macizos rocosos Envolvente definida por cuatro parámetros,, y Incorpora la cantidad de fracturas en el macizo rocoso y la condición de esas fracturas = + + 19
El criterio de Hoek-Brown para macizo rocoso en función de GSI y D = + + 100 = exp 28 14 100 = exp 9 3 = 1 2 + 1 6 / / 20
El criterio de Hoek-Brown para macizo rocoso en función de GSI y D = + + 100 = exp 28 14 100 = exp 9 3 = 1 2 + 1 6 / / 21
El criterio de Hoek-Brown (evolución histórica) Caracterización de macizos rocosos Origen en falla frágil de vidrios Asume comportamiento isotrópico No tiene un fundamento físico s 1 Hoek (1968) 3 + 3 = 1 8 Hoek-Brown (1980) = + + =. s c Hoek-Brown (2002) = + + 22 s 3
Resistencia macizo vs roca intacta (Hoek 2004) Estos índices caracterizan al macizo 23
Rigidez macizo vs roca intacta Estos índices caracterizan al macizo 24
RocLab: use con precaución 25
Caracterización de macizos rocosos 26 (AFTES 2003)
Discusión La estimación de la resistencia de macizos rocosos se hace combinando ensayos de laboratorio y métodos de Clasificación de Macizo Rocosos (principalmente GSI) Macizos rocosos distintos pueden tener el mismo GSI => la misma resistencia!!!! El sistema funciona pero claramente puede ser mejorado 27
Discusión Caracterización de macizos rocosos 28 Los parámetros de resistencia y rigidez se estiman empleando un índice (p.ej. GSI) Es verdad que doble alteración es igual a doble fracturamiento? Cuanta información se pierde en el proceso? Podemos hacer las cosas mejor? Meteorización Discontinuidades Rugosidad micro Rellenos QSI RQD RMR 90 RMR 89 GSI Rugosidad macro Alteración Tipo de matriz # familias Rigidez Resistencia Dilatancia 30% RQD, 30% meteor, 40% relleno 80% alteración, 20% QSI 50% relleno, 50% rugosidad
Índice Roca intacta y macizo rocoso El criterio de Hoek-Brown Resistencia de las discontinuidades 29
Caracterización de discontinuidades 30
Caracterización de discontinuidades 31 (Hoek 2006)
Resistencia de discontinuidades Caracterización de macizos rocosos 32
Modelo de Barton-Bandis = tan log + = =.. = 10 33
Modelo de Barton-Bandis = tan log + = =.. 34
Criterios de Jennings y Cording-Jamil Jennings: interpolación lineal L j = + = + 1 2 (1 ) + 1 + cot tan( ) + 1 tan sin (2 ) = 1 tan tan + (1 ) tan Cording-Jamil: falla escalonada = + tan + L r tan i=d/lj Lj L j 35 = 2 sin 2( + ) 1 + tan + cot( ) 1 tan + tan d Lj
Criterios de Jennings y Cording-Jamil: validación experimental 36 (Prudencio y Hormazábal 2012)
Los parámetros deben escalarse para el tamaño del problema Caracterización de macizos rocosos 37 (Alejano 2005)
Resumen El cálculo de la resistencia de macizos rocosos introduce un problema de escala Los ensayos de laboratorio dan parte de la respuesta Hay que complementarla con información de Clasificación de Macizos Rocosos Experimentos de gran escala proporcionan información invaluable para el retro-análisis 38
Resumen Normalmente la minería se puede dar el lujo de los experimentos debido a las condiciones de acceso restringido y al alto nivel de monitoreo El carácter temporal de las excavaciones permite un diseño mas agresivo F-439-33 Failure 18th June.avi Wall failure.mpg 39
Bibliografía Básica Goodman, R (1989) Introduction to Rock Mechanics. 2 da Ed. Wiley Goodman, R (1993) Engineering Geology. Wiley Complementaria Hoek, E (2002) Practical Rock Engineering. www.rocscience.com Brady, B y Brown, E. Rock mechanics for underground mining. Kluwer Ac. Publ 40