RQD

CLASIFICACIÓN GEOMECÁNICA DE ROCA EN MINERÍA SUBTERRÁNEA

Mediante la clasificación geomecánica de roca en áreas subterráneas, se pueden establecer los planes a seguir para garantizar la instalación adecuada de las fortificaciones.

Existen diferentes tipos de roca, cada una de las cuales tienen sus propias características y propiedades físicas. Existen también, diferentes situaciones que requieren el uso de fortificación adicional para consolidar los estratos de la roca, afirmar los bloques y prevenir la caída de roca.

Si bien es cierto, previo a la construcción de una labor subterránea, se realiza un estudio preliminar de la geología del terreno mediante sondajes (muestras de perforación diamantina), mapeos geológicos y otros, es físicamente imposible detectar completamente las condiciones en que se encuentran los diversos elementos de un cuerpo tan complicado como es el macizo rocoso.

En la mayoría de los casos, el macizo rocoso aparece como un conjunto ensamblado de bloques irregulares, separados por discontinuidades geológicas como fracturas o fallas y, por ello la Caracterización Geomecánica de los macizos rocosos es compleja; pues debe incluir tanto las propiedades de la matriz rocosa así como de las discontinuidades.

En resumen, el diseño de una excavación subterránea, que es una estructura de gran complejidad, es en gran medida el diseño de los sistemas de fortificación. Por lo tanto, el objetivo principal del diseño de los sistemas de refuerzo para las excavaciones subterráneas, es de ayudar al macizo rocoso a soportarse; es decir, básicamente están orientados a controlar la “caída de rocas” que es el tipo de inestabilidad que se manifiesta de varias maneras.

Controlar los riesgos de accidentes a personas, equipos y pérdidas de materiales (producto de la inestabilidad que presenta una labor durante su abertura), constituye una preocupación primordial que debe ser considerada en la planificación de las labores mineras.

El diseño de sostenimiento de terrenos es un campo especializado, y es fundamentalmente diferente del diseño de otras estructuras civiles. El procedimiento de diseño para el sostenimiento de terrenos por lo tanto tiene que ser adaptado a cada situación. Las razones son los hechos siguientes:

·         Los “materiales utilizados” es altamente variable.

·         Hay limitaciones severas en lo que se puede proporcionar la información por medio de Investigaciones Geológicas.

·         Existen limitaciones en exactitud y la importancia de parámetros probados del material de la roca.

·         Existen limitaciones severas en el cálculo y los métodos para modelar el sistema de sostenimiento.

·         El comportamiento de aberturas es dependiente del tiempo, y también influenciado por los cambios en filtraciones de agua.

·         Incompatibilidad entre el tiempo necesario para las pruebas de los parámetros, para los cálculos y modelos, comparados al tiempo disponible.

Los tres sistemas más conocidos para La Clasificación Geomecánica de la Roca son los siguientes:

·         RQD (Rock Quality Designation) Designación de la calidad de roca, Deere et al, 1967).

·         RMR (Rock Mass Rating) Clasificación de la masa rocosa, Bieniawski (1973, 1989).

·         Q (Tunnel Quality Index) Índice de la calidad del túnel, Barton et al (1974).

RQD (Rock Quality Designation) – Designación de la calidad de roca

Proceso que utiliza la calidad de las muestras de perforación (sondajes) diamantina (Deere et al, 1967) para determinar la calidad de la roca masiva in situ.

Normalmente muestras de 54,7 mm x 1,5 m, resultando en un porcentaje como el siguiente:

·         0 – 25 % Muy Malo

·         25 – 50 % Malo

·         50 – 75 % Regular

·         75 – 90 % Bueno

·         90 – 100 % Muy Bueno

VALORACION DE LA ESTRUCTURA ROCOSA R.S.R. POR WICKHAM (1972)

PARA UN DETERMINADO DIAMETRO DE TUNEL Y FIJADAS LAS CARACTERISTICAS DE LA SECCION TRANSVERSAL DE LA CIMBRA DE ACERO POR UNA SIMPLE RELACION DE CALCULO SE PUEDE DETERMNAR EL ESPACIAMIENTO ENTRE CIMBRAS NECESARIAS PARA SOPORTAR LA CARGA REFERENCIAL NORMALIZADA.

Ø A ESTA RELACIONE SE DENOMINA RIB RATIO (RR) Y PUEDE SER USADA PARA COMPARAR EL ACTUAL ESPACIAMIENTO FIJADO, CON EL ESPACIAMIENTO FIJADO POR LA NORMA DE CARGUIO REFERENCIAL.

                            RR = SDS x 100/Espaciemiento real fijado

Ø EN EL GRAFICO SIGUIENTE, CONOCIDO EL VALOR RSR, SE PUEDE DETERMINAR EL VALOR RR Y CON ESTE SE DETERMINA LA CIMBRA DE ACERO REQUERIDA PARA UN DIAMETRO O ANCHO DE TUNEL DADO.

Ø ESTA RELACION LA DETERMINO WICKHAM, DISEÑANDO DIAGRAMAS PARA PREDECIR EL SOPORTE EN LOS TUNELES.

Ø LA RELACION DEL GRAFICO NOS PERMITE DESARROLLAR  LA SIGUIENTE ECUACION EMPIRICA, DONDE PUEDE PREDECIRSE EL EMPUJE DE ROCA (WR), POR CONOCIMIENTO DEL RSR Y LAS MEDIDAS DEL TUNEL ECAVADO EN METROS:

                            WR = 26 (B + H)[(8800/RSR+30) - 80] en Kg/cm²

 CLASIFICACIÓN GEOMECÁNICA DE BIENIAWSKI (RMR)

La clasificación geomecánica RMR, también conocida como clasificación geomecánica de Bieniawski, fue presentada por Bieniawski en 1973 y modificada sucesivamente en 1976, 1979, 1984 y 1989. Permite hacer una clasificación de las rocas 'in situ' y estimar el tiempo de mantenimiento y longitud de un vano.  Se utiliza usualmente en la construcción de túneles, de taludes y de cimentaciones. Consta de un índice de calidad RMR (Rock Mass Ratting), independiente de la estructura, y de un factor de corrección.

 Clasificación de bieniawski (R.M.R.)

 Se valora una serie de parámetros:

 CLASIFICACIÓN SEGÚN BARTON

Basándose en una gran cantidad de casos tipo de estabilidad en excavaciones subterráneas, el Norgerian Geotechnical Institute (N.G.I.), propuso un índice para determinar la calidad del macizo rocoso en túneles y taludes.

 Esta clasificación utiliza seis parámetros para definir la clase de macizo:

 1.  RQD, índice de calidad de la roca.

 2.  Jn, índice del número de familias de fracturas

3.  Jr, índice de rugosidades en las fracturas

4.  Ja, índice de alteración de las paredes de las fracturas

5.  Jw, índice del caudal afluente

6.  SRF, índice del estado de tensión del macizo

 Para explicar cómo llegaron a la ecuación para determinar el índice Q, los autores ofrecen los siguientes comentarios: El primer cociente (RQD/Jn), que representa la estructura del macizo es una medida rudimentaria del tamaño de los bloques o de las partículas con dos valores extremos (100/0.5 y 10/20) con un factor de diferencia de 400. Si se interpreta el cociente en unidades de centímetros, los tamaños de “partículas” de 200 a 0.5 cm. se puede apreciar como aproximaciones gruesas pero bastante realistas. Probablemente los bloques más grandes tendrían varias veces este tamaño y los fragmentos chicos menos de la mitad. El segundo cociente (Jr / Ja), representa la rugosidad y las características de la fricción de las paredes de las fisuras o de los materiales de relleno. Este cociente se inclina a favor de juntas rugosas e inalteradas que se encuentran en contacto directo se puede pensar que estas superficies están cerca de la resistencia optima, que tenderán a dilatarse fuertemente cuando estén sometidas a esfuerzos cortantes y por lo tanto serán muy favorables a la estabilidad de un túnel. Cuando las fisuras tienen recubrimientos y rellenos arcillosos delgados se reduce notablemente su resistencia, sin embargo, el contacto de las paredes después de un ligero desplazamiento por el esfuerzo cortante puede ser muy importante y salvar la excavación deun colapso. Donde no haya contacto de paredes, la situación para la estabilidad de un túnel se representa de manera muy desfavorable.

El tercer cociente (Jw / SRF), consiste en dos parámetros de fuerzas, SRF es un valor de: 1) la carga que se disipa en el caso de una excavación dentro de una zona de fallas. Y de roca empacada en arcillas; 2) los esfuerzos en una roca competente, y 3) las cargas compresivas en rocas plásticas incompetentes. Se puede considerar como un parámetro total de esfuerzos. En cuanto al parámetro Jw se trata de una medición de la presión del agua que tiene un efecto negativo en la resistencia al esfuerzo cortante de las fisuras debido a la reducción en el esfuerzo efectivo normal. El agua puede causar además, un ablandamiento de las arcillas e incluso posiblemente su lavado.