Brown (Hoek 1998) se utiliza para estimar las propiedades de resistencia in-situ. En casos en los que se requiere la resistencia de juntas o fallas individuales, se utiliza el trabajo de Barton (1976) sobre la resistencia al corte de discontinuidades como guía. 58.2.3 Propiedades de Resistencia del Macizo Rocoso In Situ La primera tarea al aplicar estos modelos es hacer una estimación inicial del rango de posibles propiedades de resistencia y rigidez para las diferentes unidades rocosas principales presentes. Esto se logra asumiendo un criterio de falla para la roca y estimando las propiedades de resistencia utilizando la caracterización geotécnica y los datos disponibles de pruebas de laboratorio. Criterio de Falla. El criterio de falla de Hoek-Brown es un método comúnmente aceptado para estimar la relación entre las tensiones principales en el momento de la falla para un macizo rocoso. Como se discute a continuación, el desarrollo de las propiedades de entrada para este criterio requiere un enfoque disciplinado de caracterización geotécnica de campo, así como conocimiento de las propiedades de la roca intacta. Hemos encontrado que este método proporciona un buen punto de partida para estimar las propiedades in-situ y, como beneficio adicional, ofrece un enfoque conocido y común para determinar propiedades que pueden ser comprendidas por todos los ingenieros geotécnicos. Como con cualquier método, la modelización posterior debe compararse con observaciones de campo e instrumentación para verificar las propiedades del macizo rocoso. El criterio de falla relaciona la tensión principal mayor (σ1) con la tensión principal menor (σ3) en el momento de la falla. La ecuación que describe este criterio es la siguiente: [Incluir la ecuación aquí] Donde "mb" es la constante de Hoek-Brown para el tipo de roca específica y "s" depende de las características del macizo rocoso. El valor "σci" es la resistencia a la compresión uniaxial de la roca intacta. El cálculo de los parámetros "mb" y "s" se basa en el grado de fracturación y la alteración de las superficies de las fracturas, lo que se refleja en el valor del RMR (Rock Mass Rating): y "mi" se basa en el tipo de roca específica y se presenta en tablas en Hoek (1998). La Figura 58.3 muestra el rango de clasificación general para riolitas y andesitas en una mina subterránea en Canadá. Como se puede observar en este gráfico, existe una amplia variedad en la calidad de la roca, con unidades de roca que van desde muy compactas hasta compactas pero alteradas. Las condiciones varían desde rocas locales excelentes y no alteradas hasta rocas localmente muy alteradas, con cloritización y talcosidad. Las envolventes de falla de Hoek-Brown resultantes para el rango de condiciones del macizo rocoso se pueden representar en términos de las tensiones principales en el momento de la falla (Figura 58.4). Los criterios de falla de Hoek-Brown se pueden usar directamente en muchos modelos numéricos o se pueden expresar en términos de los parámetros de resistencia promedio de Mohr-Coulomb: la resistencia cohesiva, "c", y el ángulo interno de fricción, "$". Las estimaciones de estos parámetros de resistencia, presentadas en forma gráfica, se muestran en la Figura 58.5. Aquí, se derivan conjuntos promedio de propiedades a partir de la caracterización en campo previa tanto para riolitas como para andesitas alteradas, con valores de RMR (GSI) que promedian alrededor de 35 a 45. 58.3 DESARROLLO DE UNA BASE DE DATOS DE EVALUACIÓN DE DAÑOS EN MINAS El output de un modelo numérico se presenta en términos de esfuerzo y deformación, y, si se utiliza un modelo de material de falla, una estimación del tipo y alcance de la falla. Este tipo de información suele tener poco valor práctico por sí sola y debe calibrarse con una base de datos de información obtenida a partir de la experiencia en la mina. A partir de los códigos de letras que describen la estructura y las condiciones superficiales del macizo rocoso (de la Tabla 4), seleccione la casilla apropiada en este gráfico. Estime el valor promedio del Índice de Resistencia Geológica (GSI) a partir de las curvas de nivel. No intente ser demasiado preciso. Es más realista citar un rango de GSI de 36 a 42 que afirmar que GSI = 38. ESTRUCTURA BLOCKY: Macizo rocoso muy bien interconectado y no perturbado que consiste en bloques cúbicos formados por tres conjuntos de discontinuidades ortogonales. VERY BLOCKY: Macizo rocoso parcialmente perturbado, interconectado y muy bien interconectado con bloques angulares formados por cuatro o más conjuntos de discontinuidades. BLOCKY/DISTURBED: Plegado y/o fallado con bloques angulares formados por muchos conjuntos de discontinuidades que se intersectan. DISINTEGRATED: Macizo rocoso pobremente interconectado y muy quebrado con una mezcla de fragmentos de roca angulares y redondeados. CONDICIONES DE LA SUPERFICIE ÍNDICE DE RESISTENCIA GEOLÓGICA FIGURA 58.3 Relación de la clasificación de Hoek con RMR (GSI) en una gran mina canadiense. (Los valores promedio de GSI para andesitas y riolitas alteradas están en el rango de aproximadamente 30 a 40, y pueden ser tan bajos como 25 localmente, donde existen fallas llenas de gusaño, o pueden ser localmente de buena calidad [según Hoek 1998].) Con este fin, se recomienda desarrollar una base de datos que incluya información sobre la respuesta geomecánica histórica de cámaras, pilares y túneles de acceso. Esta base de datos puede incluir: o - Caracterización del macizo rocoso para todos los tipos de roca principales y su variación en toda la mina. o - Mediciones de esfuerzos in-situ y observaciones de roturas en perforaciones en pozos, pases de mineral y perforaciones. o - Mapeo y descripción de fallas en el macizo rocoso y en túneles, incluyendo el mecanismo e intensidad de la falla. o - Prácticas de soporte del terreno (inicial y rehabilitación) en el acceso y su relación con el nivel de daño. o - Profundidad de la cámara y relación de extracción en el momento de la extracción. o - Mecanismo de falla de la cámara y el pilar, así como la extensión de la falla determinada a partir de encuestas de cavidades, geometría de excavación planificada, estimaciones de volumen fallido, radios hidráulicos de respaldos y paredes de cámaras en el momento de la falla. o - Datos de instrumentación rocosa, incluyendo sismicidad, cambios de esfuerzo y mediciones de deformación. o - Retrasos en la producción e impactos en costos relacionados con problemas de control del terreno, incluyendo perforación y retratamiento, extracción de sobrecarga, fragmentación y rotura secundaria, y soporte del terreno (inicial y rehabilitación). FIGURA 58.4 Criterios estimados de falla de Hoek-Brown para andesitas y riolitas de diferentes grados de alteración. (El más fuerte es para material de mayor calidad (RMR 250) con poca alteración, el más bajo es para material muy pobre (RMR-PO), bloqueado y con fuerte alteración. Los valores "promedio" elegidos son para roca bloqueada y alterada de mala calidad y RMR -40.) Esta base de datos se compila en una serie de historias de casos para cámaras individuales que documenta la historia progresiva de la minería que conduce a la extracción de esa cámara y las condiciones resultantes de falla del macizo rocoso que acompañan a la minería. Estas historias de casos establecerán un vínculo entre la realidad del comportamiento del macizo rocoso en la mina y los resultados generados por el modelo numérico. En última instancia, si se tienen en cuenta las cifras de costos y producción por lugares de trabajo individuales, es posible estimar directamente el impacto en costos, producción y grado de daño geomecánico para cámaras individuales. Cuando esta base de datos se desarrolla para varios años de minería, es posible crear un historial del impacto geomecánico real en la mina y cómo este impacto ha variado a medida que aumenta el porcentaje de extracción. La Tabla 58.1 muestra un método general de descripción de daños en cámaras desarrollado para este proyecto. El desarrollo de la base de datos general de geomecánica, producción y costos se llevó a cabo a través de un proyecto de investigación realizado en 1996-1997 por la División de Minería de Kidd. Este proyecto implicó recopilar datos geológicos, de daños, costos y producción de toda la mina, seguido de la calibración de la modelización numérica con esta base de datos. Aquí, se proporciona un gráfico simple que relaciona el nivel de daño (sísmico, moderado a alto, moderado, bajo a moderado, falla de trituración no violenta con deformación excesiva) para cámaras y pilares. Para las cabeceras de desarrollo, se utiliza un índice de condición de túneles como base para describir los daños y los requisitos de soporte del terreno en términos del estrés máximo aplicado y la resistencia a la compresión del macizo rocoso. Daño Mínimo. Se observa una rotura general a lo largo de los túneles, pero no muy profunda. Afecta al 20% al 30% del ancho o altura del túnel. El soporte estándar es adecuado con solo una rehabilitación menor requerida. Este daño corresponde a una relación de: (σ1 - σ3) / resistencia a la compresión no confinada (UCS) de aproximadamente 0.2 o menos. Daño Moderado. Mayor rotura a lo largo de los túneles con paredes fracturadas en bloques que afectan al 30% al 50% del ancho o altura del túnel. Por lo general, requerirá alguna rehabilitación, especialmente en intersecciones o luces anchas. La rehabilitación puede consistir en escalar, agregar pernos y una fina capa de shotcrete. Este daño corresponde a una relación de: (σ1 - σ3) / UCS de aproximadamente 0.2 a 0.4. GSI ANGULO DE FRICCION - GRADOS GSI FIGURA 58.5 Relación del ángulo de fricción interno y la resistencia cohesiva con el GSI (RMR) y los parámetros de Hoek-Brown. (El área resaltada muestra los valores promedio utilizados para representar riolitas y andesitas alteradas de mala calidad.) Potencial de Daño Alto. En esta situación, el valor de la tensión principal mayor se acerca a la resistencia a la compresión uniaxial del macizo rocoso. En riolitas, esto resulta en un deterioro significativo.
