5. Auxiliares

Diploma en Geomecánica Aplicada al Diseño Minero Módulo 1: Fundamentos de Mecánica de Rocas 12 al 16 Septiembre 2016

Kimie Suzuki Morales

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Día 2

LABORATORIO

1.

2. 3. 4.

Introducción Metodología de trabajo Procesamiento de datos Determinación de los parámetros de roca intacta y discontinuidades

Laboratorio Introducción



Objetivos: 1. 2.



Realizar ensayos de laboratorio que permitan determinar propiedades físicas y mecánicas de testigos de roca Estimar propiedades de roca intacta y de discontinuidades mediante la interpretación de resultados que describan al macizo rocoso del cual provienen las muestras

Elementos de protección personal (uso obligatorio): •

• •

Zapatos de seguridad Antiparras o lentes de seguridad Guantes de seguridad

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3

Laboratorio Laboratorio de Geomecánica Universidad de Chile



Equipos disponibles: 1.

2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11.

Prensa completa para ensayo uniaxial (con medición de módulo). Prensa completa para ensayo triaxial. Equipo para ensayo de corte directo con sensores. Equipo para ensayo de carga puntual. Equipo para ensayo brasileño. Horno para secado de las muestras. Carro de bandejas para testigos. Mesa y equipo para medir paralelismo de caras de probetas. Sierra para corte de testigos. Taladro para sacar testigos y compresor de aire. Rectificadora.

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4

Laboratorio Metodología de trabajo

Preparación de muestras: 1. 2. 3.

Extracción de testigo a partir de una colpa Corte con sierra de diamante Rectificado y verificación de paralelismo de las caras

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5

Laboratorio Metodología de trabajo

• • • • • • •



Determinación de la densidad geométrica de la muestra Ensayo de corte directo Medición del numero de rebotes utilizando el martillo de Schmidt Ensayo de carga puntual Ensayo de compresión uniaxial Ensayo de compresión triaxial Ensayo de tracción indirecta

Etapa 1*

Ensayos:

Etapa 2*



Procedimiento: definidos a partir de los estándares ISRM y ASTM.

*Todos deben completar ambas etapas

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6

Procesamiento de datos Introducción – RocLab Herramienta sencilla e intuitiva, que permite al usuario: 

 







www.rocscience.com

Determinar parámetros de resistencia del macizo rocoso Generar envolventes de falla Estimación de parámetros de entrada Resultado de ensayos triaxiales Parámetros equivalentes de Mohr- Coulomb Exportar datos e imágenes

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7

RocLab Ingreso de datos – Ejemplo Resultados de datos triaxiales en roca intacta

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8

RocLab Ingreso de datos Seleccionar numero de ensayos

Parámetros de resistencia

Ingresar resultados Universidad de Chile

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9

RocLab Resultados – Análisis de datos de laboratorio GSI

D

mi

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10

RocLab Resultados – Análisis de datos de laboratorio

Aplicaciones

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•

General

•

Túneles

•

Taludes

•

Personalizado

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11

RocLab Resultados – Análisis de datos de laboratorio

Parámetros del criterio de Mohr- Coulomb: • Cohesión • Angulo de fricción Parámetros del macizo rocoso: • Sigt: resistencia a la tracción • Sigc: resistencia a la compresión uniaxial • Sigcm: resistencia compresiva global • Em: módulo de deformación

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12

RocData Otros ejemplos

¿Cómo se comparan resultados de laboratorio con los valores de mi?

(Hoek et al. 1997)

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Laboratorio Procesamiento de datos



Resultados relevantes: • •

Densidad de las muestras Para ensayos en roca intacta: o o o o

o o

•

Resistencia a la tracción Resistencia a la compresión uniaxial Resistencia a la compresión triaxial Envolvente de falla Módulos de deformación Umbrales de cierre, iniciación y de daño

Para ensayo en discontinuidades: o

Resistencia al corte

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14

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Día 4

TERRENO

1.

Procesamiento de datos

Procesamiento de Datos Introducción – Dips www.rocscience.com

Representación de planos

Representación de polos de planos

Densidad de polos en la red estereográfica

Toma de datos en terreno

 

Es una herramienta que permite analizar y visualizar datos estructurales, usando la tecnica de redes estereográficas. Incluye opciones que permiten identificar patrones estructurales, calcular orientaciones medias y realizar análisis estadísticos cualitativos y cuantitativos de estructuras.

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16

Dips Ingreso de datos – Crear un archivo nuevo

Si se desean agregar otras características de las discontinuidades es posible agregar más columnas (como por ejemplo, el espaciamiento).

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17

Dips Ingreso de datos – Definir ajustes

Orientación

LINEAR: Línea de detalle, Azimut/Buzamiento PLANAR: Celda de mapeo, dos valores en la orientación queda definido por el formato global de orientación. BOREHOLE: Sondaje, tres valores en la orientación.

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18

Dips Ingreso de datos – Ejemplo: EXAMPIT.dip

Información disponible por cada dato medido:

1. 2. 3. 4. 5. 6.

Orientación Espaciamiento Persistencia Forma Tipo Superficie

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19

Dips Ingreso de datos – Opciones de redes estereográficas

Áreas iguales: Red de Schmidt

Ángulos iguales: Red de Wulff

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20

Dips Visualización de resultados – Trazado de polos Vector plot: Cada polo representa un plano de la base de datos.

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21

Dips Visualización de resultados – Trazado de polos Symbolic pole plot: Esta característica desagrega el conjunto de polos por tipo seleccionado.

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22

Dips Visualización de resultados – Trazado de polos Scatter plot: Permite tener una mejor visualización de la distribución numérica de las mediciones, ya que los polos duplicados o las mediciones que están muy cercanas entre sí se agrupan.

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Dips Visualización de resultados – Diagrama de contorno Diagrama de contorno : Herramienta principal para analizar la concentración de polos. Son útiles para identificar poblaciones cuando hay muchos datos.

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Dips Visualización de resultados – Diagrama de contorno Debido a que existe preferencia en el mapeo de discontinuidades perpendiculares a la cara que se está midiendo por sobre las paralelas se aplica un factor de corrección. Ponderación de Terzaghi: Corrección que pondera en favor de datos sub-paralelos a la ventana de medición (Representada por el Traverse), siendo estos datos sobrerepresentados por el levantamiento realizado en terreno.

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Dips Visualización de resultados – Diagrama de contorno Ponderación de Terzaghi Contorno no ponderado

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Contorno ponderado

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26

Dips Visualización de resultados – Calculo de la densidad de polos

Click derecho sobre red

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27

Dips Visualización de resultados – Distribuciones Distribución de Fisher: Asume que la proyección de un polo sobre la red estereográfica es un cono. Por esta razón en bases de datos menores (<100 datos) entrega contornos suaves ya que tiende a suprimir influencias indebidas.

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28

Dips Visualización de resultados – Distribuciones Distribución de Schmidt: Asume que la proyección de un polo sobre la red estereográfica es un cilindro. Este método presenta resultados similares en tiempos de cálculo menores para grandes poblaciones de datos (>150 por set).

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29

Dips Visualización de resultados – Identificar un set de discontinuidades Para identificar el número de sets de discontinuidades basta con identificar donde se ubica la mayor concentración de polos. Como referencia se puede considerar el siguiente criterio para determinar si la densidad de un grupo de polos forma o no una familia:

• >6% Muy significativo • 4-6% Marginalmente significativo • <4% Tratar con cuidado

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30

Dips Visualización de resultados – Planos principales Cada set indicará la orientación media de los polos que estén incluidos en el.

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31

Dips Visualización de resultados – Planos principales

Al hacer el agrupado se crea una nueva columna en la hoja de cálculo, indicando a los sets que pertenecen los polos

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32

Dips Visualización de resultados – Espaciamiento promedio

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33

Próxima clase Medición de esfuerzos

Medición de esfuerzos

Patricio Cavieres Hoy de 3 pm a 7 pm

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Día 5

TERRENO

1.

2.

Procesamiento de datos Clasificación del macizo rocoso

Terreno Etapa 3

Procesamiento de datos estructurales: 1. 2. 3.

4. 5. 6.

Ingresar datos de terreno a Dips Obtener diagramas de polos Obtener diagramas de contornos Comparar diagramas con y sin ponderación Identificar el número de set de discontinuidades Determinar la orientación media y el espaciamiento medio de cada set

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36

Terreno Etapa 4

Clasificación del macizo 1. 2. 3. 4.

5. 6.

Comparar los resultados de sets de discontinuidades obtenidos por cada grupo Comparar los rating asignados en terreno con los obtenidos utilizando la información de Dips Evaluar si existen distintos dominios geotécnicos Usando las fórmulas vistas en clases, pasar los ratings obtenidos a un sistema común Comparar los resultados y comentar las diferencias Comentar sobre la facilidad y rapidez de uso de los tres sistemas de clasificación

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Día 5

ESFUERZOS ALREDEDOR DE EXCAVACIONES

1.

2.

Examine 2D Ejercicios en clase

Examine 2D Introducción www.rocscience.com



Modelamiento mediante elementos de borde.



Se restringe a modelos homogeneos y elásticos.



Computacionalmente eficiente.

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39

Examine 2D Ingreso de datos

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40

Examine 2D Ingreso de datos – Geometría

Add Excavation

t= table i= circle

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41

Examine 2D Ingreso de datos – Condición de esfuerzos

Constante

Gravitacional

• Indicar esfuerzos principales (σ1 y σ3) y esfuerzo en el plano (σ2).

• Superficie

• Orientación de σ1 respecto a la horizontal.

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• Peso especifico de la roca • Razón de esfuerzos dentro y fuera del plano.

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42

Examine 2D Ingreso de datos – Condición de esfuerzos Constante Diferencia entre un túnel y pique en un mismo ambiente de esfuerzos

v=3

h=2 N-S

Sección x de un túnel en la dirección E-W Sigma 1 es H=1 Sigma 3 es v=3 Sigma z es h=2 Angulo: 0 °

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H=1 E-W

Pique vista en planta Sigma 1 es H=1 Sigma 3 es h=2 Sigma z es v=3 Angulo: 0 °

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43

Examine 2D Ingreso de datos – Propiedades del macizo rocoso

Isotrópico

Transversalmente Isotrópico

• Las propiedades no varían con la dirección. • Las propiedades elásticas se definen por un valor de Modulo de Young y la Razón de Poisson.

• Las propiedades varían con la dirección. • Las propiedades elásticas se definen por dos direcciones ortogonales.

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44

Examine 2D Ingreso de datos – Criterios de falla

Mohr- Coulomb

Hoek- Brown (mb, s, a)

Hoek- Brown (GSI, mi, D)

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45

Examine 2D Visualización de resultados

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46

Examine 2D Visualización de resultados

Add Query Material A traves de un punto, linea o polinea se pueden obtener datos dentro del macizo rocoso.

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47

Examine 2D Visualización de resultados

Query Boundary Permite seleccionar una excavacion y automaticamente define los valores en el borde exacto de la geometria.

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Examine 2D Ejercicio

Asumiendo los siguientes datos: •

Propiedades de la roca: granodiorita 80 GSI

•

Tipo de excavación a estudiar: dos piques circulares de 10 m de diámetro separados por 50 m en la dirección E-O.

•

Esfuerzos: equivalentes a 1 km de profundidad y asumiendo que el esfuerzo horizontal máximo es en la dirección E-O y es dos veces la carga litostática y el esfuerzo horizontal mínimo igual al vertical.

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Examine 2D 1.

Comente al mirar el factor de seguridad en que afectan los siguientes factores a la estabilidad de las excavaciones, ¿la zona de falla real será más pequeña o más grande de lo que se indica?

2.

Determine la distancia a la cual comienzan a interactuar ambos piques grafique 1 y 3 en el centro del pilar como funciones de la distancia entre los piques. Comente en que afectan los siguientes parámetros a la distancia de interacción: • Forma de las excavaciones: ¿Qué ocurre si los piques tienen sección cuadrada (10 m) en vez de circular? • Tamaño de las excavaciones: ¿Cual es el efecto de disminuir el tamaño de ambos piques a 5 m? • Magnitud de los esfuerzos in-situ: ¿Qué ocurre si los esfuerzos son iguales en todas las direcciones? • Orientación del esfuerzo máximo horizontal in‐situ: ¿Qué ocurre si los esfuerzos inducidos en el plano horizontal rotan en 30, 45 y 60°? • Calidad del macizo rocoso, ¿Qué ocurre si la calidad del macizo rocoso no fue estimada correctamente y en realidad el GSI es igual a 60?

3.

Comente sobre las limitaciones encontradas

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