Mineria Subterranea

Nombre: Dante Christiam Arroyo Vega

Id: UB14014

ENSAYO SOBRE MECANICA DE ROCAS

INDICE

MECANICA DE ROCAS

1 La mecánica de rocas en la ingeniería de minas.

1.1 Conceptos generales

1.2 Complejidades inherentes en la mecánica de rocas

1.2.1 Fracturas en la roca

1.2.2 Efectos de la escala

1.2.3 Resistencia a la tensión

1.2.4 Efectos del agua subterránea

1.2.5 Intemperismo

1.3 Minería subterránea

1.4 Estabilidad de taludes como una rama de la ingeniería

1.4.1 Estabilidad de taludes en ingeniería civil

1.4.2 Estabilidad de taludes en la ingeniería de minas

2. Bibliografía

1 La mecánica de rocas en la ingeniería de minas.

1.1 Conceptos generales

La problemática de la ingeniería mecánica en todos los diseños estructurales es la predicción del comportamiento de la estructura bajo las cargas actuantes o durante su vida útil. La temática de la ingeniería de mecánica de rocas, como una práctica aplicada a la ingeniería de minas, es concerniente a las aplicaciones de los principios de la ingeniería mecánica al diseño de las estructuras de roca generadas por la actividad minera. Esta disciplina esta estrechamente relacionada con las corrientes principales de la mecánica clásica y de la mecánica de materiales, pero hay varios factores específicos que la identifican como un campo distinto y coherente de la ingeniería.

Una amplia definición de la mecánica de rocas es la que ofreció el US National Comité on Rock Mechanics en 1964 y subsecuentemente modificada en 1974:

La mecánica de rocas es la ciencia teórica y práctica del comportamiento mecánico de las rocas y de los macizos rocosos; es la rama de la mecánica referente a la respuesta de la roca y del macizo rocoso a los campos de fuerza de su ambiente físico.

Como se define la temática, es de fundamental importancia para la ingeniería de minas por que el acto de crear excavaciones para minar cambia los campos de fuerza del ambiente físico de la roca. El estudio de la respuesta de la roca a estos cambios requiere de la aplicación de técnicas analíticas específicamente desarrolladas para dicho propósito, los cuales ahora forman parte de la temática. La mecánica de rocas forma parte de la amplia temática de la geomecánica que se enfoca a la respuesta mecánica de todos los materiales geológicos, incluyendo los suelos. La erudita sociedad de geomecánica en Australia, La Australian Geomechanics Society, define a la geomecánica como “la aplicación de principios geológicos y de ingeniería al comportamiento de los suelos, del agua subterránea y al uso de estos principios a la ingeniería civil, ingeniería de minas, ingeniería de costas e ingeniería ambiental en el sentido más amplio”.

Esta definición de geomecánica es casi sinónimo del termino ingeniería geotécnica, la cual es definida como “la aplicación de la ciencia de mecánica de suelos, mecánica de rocas, ingeniería geológica y de otras disciplinas relacionadas a la construcción en ingeniería civil, las industrias de extracción y a la preservación y mejora del ambiente”

(Anon, 1999). El termino ingeniería geotécnica y el adjetivo geotecnia será usado de igual manera es este texto.

Los principios de aplicación de la mecánica de rocas en la minería subterránea esta basada en premisas simples y quizás evidentes en si. Primero, se postula que a un macizo rocoso se le puede atribuir un sistema de propiedades mecánicas que pueden ser medidas en una prueba estándar o se que pueden ser estimados utilizando técnicas establecidas. En segundo lugar, se afirma que el proceso de la explotación minera subterránea genera una estructura rocosa con huecos, elementos de soporte, estribos y que el funcionamiento mecánico de la estructura es favorable al análisis utilizando los principios de la mecánica clásica. La tercera posición es la capacidad de predecir y controlar el comportamiento mecánico de la roca encajonante en donde el proceso de minado puede garantizar o incrementar la seguridad y el comportamiento económico de la mina. Estas ideas pueden ser algo elementales. Sin embargo, incluso la aplicación limitada de los conceptos de mecánica en la excavación y en los diseños estructurales en minas es una innovación comparativamente reciente (Hood y Brown, 1999).

1.2 Complejidades inherentes en la mecánica de rocas

Se ha observado que la mecánica de rocas representa un juego de principios, un cuerpo de conocimiento y varios procedimientos analíticos relacionados al campo general de la mecánica aplicada. La pregunta que surge es – que problemas mecánicos se presentan en los medios geológicos, suficientes para justificar la formulación o el reconocimiento de una disciplina coherente, dedicada de la ingeniería? Los cinco temas que se discutirán a continuación determinan la naturaleza y el contenido de la disciplina e ilustra la necesidad de esforzarse en investigar y para desarrollar funciones y metodologías especificas en la ingeniería de minas.

1.2.1 Fracturas en la roca

La fractura en los materiales convencionales de ingeniería ocurren en un campo de tensión, algunas teorías sofisticadas han postulado la explicación del comportamiento antes de la falla y después de la falla del material. Los campos de esfuerzos que se encuentran en estructuras rocosas son de compresión, así que las teorías establecidas no son inmediatamente aplicables a la fractura en la roca. Existe una complicación peculiar en la roca referente a la compresión que esta asociada con la fricción del movimiento que se genera entre las superficies de las microfracturas, las cuales son los lugares donde se originan las fracturas. Esto causa que la resistencia de la roca sea altamente sensible a esfuerzos de confinamiento, y genera dudas concernientes a la relevancia de los principios de normalidad, flujos asociados y la teoría plástica en general dentro de los análisis de esfuerzos y deformaciones antes de la falla en las propiedades de la roca.

Un problema relacionado es el fenómeno de la localización, en el cual la ruptura en un medio rocoso se expresa como la generación de uniones debidas a la intensa deformación de cortante, separando los ámbitos del material rocoso aparentemente sin alterar.

1.2.2 Efectos de la escala

La respuesta de la roca a cargas impuestas muestra un efecto pronunciado en el tamaño o escala de la carga. Este efecto es relacionado en parte a la naturaleza discontinua de los macizos rocosos. Las uniones y otras fracturas de origen geológico están presentes en los cuerpos rocosos, y de esta manera la resistencia y las propiedades de deformación de los macizos rocosos están influenciadas tanto por las propiedades del material rocoso (por ejemplo, la continuidad del macizo rocoso) y la variación en las características estructurales. Estos efectos se pueden apreciar considerando varias escalas de carga como a los que los macizos rocosos se encuentran sometidos en la práctica de la minería. El proceso de la barrenación generalmente refleja las propiedades de la resistencia de la roca intacta, puesto que el proceso funciona induciendo fracturas al material rocoso debajo de la herramienta de perforación. Minando un cuele en roca con uniones puede reflejar las propiedades del sistema de uniones. En este caso, la sección final de la abertura estará definida por el comportamiento de las uniones. El comportamiento de la roca en la periferia de la obra puede reflejar la presencia de pequeños bloques de roca, en los cuales la estabilidad esta definida por la fricción y por otras fuerzas actuando sobre su superficie. En una escala mas grade, por ejemplo un pilar, las uniones del macizo pueden demostrar las propiedades de pseudo continuidad.

Los efectos de escala se pueden ver de una manera esquemática en la figura 1.1.

Estas consideraciones sugieren que las especificaciones de las propiedades mecánicas de un macizo rocoso no tienen simple importancia. En particular, la inverosímil posibilidad de hacer pruebas en especimenes de rocas con uniones, a una escala suficiente para representar la continuidad equivalente satisfactoriamente, indica la necesidad de postular y verificar métodos de sintetizar las propiedades del macizo rocoso para sus elementos constitutivos.

1.2.3 Resistencia a la tensión

Las rocas se distinguen de todos los demás materiales comunes de ingeniería, a excepción del concreto, por su baja resistencia a la tensión. Los especimenes de roca probados en pruebas de tensión uniaxial han fallado a esfuerzos muy bajos en comparación a los valores obtenidos en las pruebas a la compresión simple (UCS).

Debido a que las uniones y otras fracturas ofrecen poca o nula resistencia a la tensión, la resistencia a la tensión en un macizo rocoso puede asumirse como nula. La implicación de esta propiedad en diseños de excavaciones en roca

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