S02.s2 TEMA II

CURSO
METODO DE MINADO
SUBTERRANEO
Universidad Tecnológica del Perú

Carrera Profesional: Ingeniería de Minas
Ing. Javier Martin Montesinos Chávez

PROPIEDADES FISICO MECANICAS
EN MACIZOS ROCOSOS
Propiedades de la roca matriz

GEOMECANICA PRÁCTICA APLICADA EN
SELECCIÓN DE SOSTENIMIENTO
GEOLOGIA
GEOMECANICA MECANICA DE ROCAS
EXCAVACIONES
MINERAS
APLICACION EN LA
MINERIA
SEGURIDAD
OPERACIONES MINERAS COSTOS

SOSTENIMIENTO
* VOLADURA
* METODOS DE MINADO
* OTROS
PLANEAMIENTO Y
PROYECTOS
OPTIMIZACION DE LA
PRODUCCION
GEOMECANICA
APLICADA EN MINERIA
SUBTERRANEA
INTRODUCCIÓN
Los usos de espacios subterráneos son pocos, varios de

simples aberturas en seco, a largos complejos de aberturas
en tres dimensiones, rellenando con fluidos calientes y
fluidos fríos de diversa viscosidad y presión.
El espacio de la ingeniería subterránea tiene muchas facetas

de las cuales no son relatadas para la condición de la roca.
Sin embargo, la mecánica de rocas tiene relación directa en
mucho de los aspectos críticos del trabajo en ingeniería, por
ejemplo, ubicación de planeamiento, dimensiones, formas, y
cambio de orientación, selección de soportes, arreglos para
acceso de construcción, ingeniería de voladura, y diseño
instrumental.
ABERTURAS EN ROCAS COMPETENTES.
Esta es la tensión en plano equivalente de un pozo en un

plano, y nosotros podemos usar la solución de los
problemas de un pozo circular cargado biaxialmente en una
placa homogénea, isotrópica, continúa y material elástico
circular – la solución Kirsch.
Roca Estratificada Horizontalmente
Cuando se encuentra roca horizontal el techo los estratos

más delgados cerca de la apertura tiende a desprenderse de
la masa rocosa principal y forma vigas separadas.
La estabilidad de dichas vigas es muy bueno si hay un

esfuerzo horizontal y la relación del alcance-grosor es
bastante pequeña.
Capas delgadas justo por encima de la apertura tiende a

caer a menos que haya ayuda inmediata en forma de pernos
de anclaje
Roca con capas inclinadas
La roca con la acodadura horizontal, como hemos visto,

tiende a abrirse en el techo de una apertura subterránea, aún
permanece fuerte comprimida en las paredes.
Como extensivamente estos mecanismos de falla de roca
pueden progresar depende, entre otras cosas, de la fricción
entre las capas donde ni el doblamiento ni el desliz es posible
sin el deslizamiento intercapas
El uso de la densificación geo mecánica
No requiere de un análisis para parecer que un túnel

suficientemente soportado pueda generar una cueva
fortificada.
Saber cuanto tiempo los trabajadores pueden estar en la

región de la cara sin soporte de un túnel permite el avance
del ingeniero y el contratista para seleccionar el estilo
apropiado de los apoyos y las longitudes optimas de
información, aunque no hay hasta el momento un método
satisfactorio para evaluar el tiempo hasta al colapso, pero
un método racional para evaluar el periodo de colapso es el
“stand-optime” de un lapso de portabilidad de esfuerzos;
un grupo de ingenieros han ayudado ajuicio de la
ingeniería a través de las correlaciones y las clasificaciones
de la roca.
Dependencia con respecto al tiempo de permanencia del
túnel.
Las rocas pueden “hinchar”, se oxidan o se desintegran en

el tiempo de otro modo las respuestas están en los cambios
de humedad y temperatura como secuencia de la
excavación y la roca se vuelve realmente viscoso o
viscoelástico, arcillosos y depósitos salinos pueden
deslizarse con una tensión muy baja.
Las cargas pueden cambiar debido a la excavación

adicional.
Hace hincapié al drenaje de aguas del túnel o por el

contrario pueden disminuir con un aumento del nivel
freático después de una reducción inicial en túneles.
USO DE PROYECCIÓN ESTEREOGRÁFICA PARA
ESTABLECER REMOVILIDAD DE BLOQUES
La proyección estereográfica simplifica la discusión de

teoría de bloques en tres dimensiones.
Lo reduce por una de las dimensiones de las

características geométrica para estar proyectado; en línea
pasando a través del centro de referencia de proyecto
circular como un gran círculo.
Supongamos un plano de buzamientos interesantes α

sobre la horizontal en la dirección β medidas en el
sentido de reloj desde el norte.
Proyecciones
Estereográficas
✓ Menores Leyes.
✓Minería en Roca Primaria.
✓Minería a Mayor Profundidad.
Optimizar el Negocio Minero
Aprovechar la Geomecànica como

Herramienta de Optimización.
RESULTADOS EN MINERIA SUBTERRANEA.
✓ Respuesta a las grandes preguntas.
✓Evaluación de variantes y/o nuevos métodos de explotación.
✓Interacción entre sectores productivos.
✓Secuencia de minado.
✓Tasas de excavación y extracción.
✓Subsidencia.
✓Fortificación.
CRITERIOS DE ACEPTABILIDAD.
Desde el punto de vista del negocio minero, resulta

necesario definir criterios de aceptabilidad para el
diseño geotécnico del Layout de una mina
subterránea.
En otras palabras es necesario especificar que resulta

aceptable en lo que se refiere a la eventual ocurrencia
de inestabilidades y por otra parte es inaceptable,
comúnmente estos criterios de aceptabilidad se
definen en términos de valores mínimos o máximos
permisibles para uno o mas de los siguientes
parámetros.
✓ Factor de seguridad (Fs).
✓ Probabilidad de Falla (Pf).
✓ Ocurrencia temprana de Dilución (D).
✓ Consecuencias de una eventual inestabilidad,

expresadas en el grado de cumplimiento del plan de
producción.
Campos de aplicación de la mecánica de rocas.
Para proveer las perspectivas de las aplicaciones de la

mecánica de rocas, se describen las principales aplicaciones
que, a la fecha se están usando a nivel mundial.
✓ Diseño de túneles, piques, frontones, cruceros, casas de
fuerza para operaciones subterráneas.
✓ Diseño de taludes para minería a tajo abierto y construcción
de algunas canteras, presas, etc.
✓ Estudio de los procesos de conminución.
✓ Diseño para trabajos mineros subterráneos, tales como:
Tajeos, métodos de explotación cámaras y pilares, etc.
✓ Diseño para túneles y casas de fuerza, sistemas de
pernos de anclaje, series de frontones y cruceros.
✓ Sostenimiento para los tajeos y otros sistemas de
sostenimiento.
✓ Diseño para operaciones por hundimiento, por ejemplo
para conseguir el hundimiento inicial, un eficiente acarreo
y evitar los efectos perjudiciales de la subsidencia.
✓ Diseño para instalaciones de defensa subterráneas, para
soportar las ondas de choque producidas por los disparos
primarios. así por ejemplo, los efectos de los esfuerzos y el
movimiento de la deformación dinámica.
✓Diseño de cimentaciones para diques.
✓Diseño de cimentaciones estructurales.
✓Evaluación de los daños producidos por estallamiento de
rocas.
✓Diseño optimo de las mallas de perforación y voladura y
el tipo y la cantidad de las mezclas explosivas comerciales
a ser usadas.
Características importantes y determinables de
las rocas para operaciones mineras y obras
subterráneas.
De la revisión de las aplicaciones para efectuar trabajos de
ingeniería haciendo uso de la ciencia de la mecánica de
rocas, se mencionan las siguientes propiedades, que son las
mas importantes :
Resistencia compresiva uniaxial de la roca.

Esta propiedad indica, si la roca es suficientemente débil con
respecto a la aplicación de una carga.
También, por experiencia se sabe que hay una pequeña
correlación entre el modulo de deformación de la roca así
como su esquistocidad con la resistencia compresiva.
Finalmente esta propiedad puede ser fácilmente
determinada.
Las características de deformación antes del
fallamiento de la roca.
Esta propiedad indicará si el deslizamiento natural del
material podría estar en el rango esperado y a los niveles de
esfuerzos menores que los que son requeridos para causar la
falla.
En casos extremos estos podrían también, indicar la
posibilidad del esponjamiento del macizo rocoso.
SISTEMAS DE ESTRUCTURAS
Las características del fallamiento de la roca.
La naturaleza del fallamiento del material mismo por
ejemplo, ya sea por ruptura o por deslizamiento tiene una
influencia determinante en el factor de seguridad que es
usado o calculado para ser apropiado en trabajos de diseño,
así como las precauciones que deben ser tomadas en cuenta
durante las operaciones.
La densa homogeneidad e isotropía de la formación.

El origen de la formación de las rocas gobierna con mayor
magnitud, si el macizo rocoso en la naturaleza es
generalmente isotrópico o anisotropico.
Desde el punto de vista de mecánica es necesario conocer que
tipo de macizo rocoso en general existe en la zona de trabajo.
La continuidad de la roca en la formación
Como opuesto a las propiedades de la roca, la cual puede
o no puede causar problemas. Las propiedades del
macizo rocoso son de gran importancia. Ya sea que la
roca sea dividida en bloques de gran tamaño o en
fragmentos pequeños o no sea dividida, la cual será de
mayor importancia que las propiedades mismas de la
roca.
Metodología moderna para las diversas
aplicaciones de la mecánica de rocas.
En este tercer milenio las aplicaciones de la ciencia de la
mecánica de rocas se ha dividido en los siguientes modelos:
Modelo Modelo Modelo
Geológico Geomecánico Matemático
▪Características de la ▪Clasificaciones ▪Análisis de tensiones.

muestra de roca intacta. geomecánicas.
▪Relaciones tenso-
▪Descripción de las ▪Estado de la tensión de los deformacionales.
discontinuidades. macizos rocosos.
▪Diseño de
▪Caracterización del macizo ▪Resistencia de los macizos excavaciones.
rocoso. rocosos.
▪Diseño de los
▪Sondajes. sistemas de
▪Hidrogeología. sostenimiento.
▪Métodos
•Litología.geofísicos. •Calidad del macizo rocoso. •Equilibrio limite.
•Meteorización. •Tensiones naturales. •Modelos continuos.
•Estructuras geológicas. •Propiedades mecánicas de •Modelos
las discontinuidades. discontinuos
•Características
geomecánicas de las •Propiedades mecánicas de
discontinuidades, etc., etc. los materiales, etc., etc.
Tipos de discontinuidades
apertura
Discontinuidad Discontinuidad
cerrada espesor abierta
Discontinuidad rellena
Influencia de las discontinuidades
en el plano de corte
Dientes de sierra
Sobreexcavación
Estructura del Macizo Rocoso
Dominio Estructural.
Es la porción del macizo rocoso que esta limitada por
discontinuidades, por tanto, todo lo que se encuentra
dentro de este es casi homogéneo.
Macizo Rocoso.
Es el conjunto de fracturas, fallas, contactos,
discontinuidades, etc., que se encuentran en dicho macizo
rocoso.
Perfil escalonado debido a la esquistosidad.
Características de las discontinuidades.
Espaciado:
Distancia perpendicular entre dos fracturas de un mismo sistema.
Abertura:
Distancia entre las paredes de la fractura.
Relleno:
Material alojado en la abertura.
Ondulación:
Grado de sinuosidad de la fractura.
Intemperismo:
Grado de alteración de la roca.
Rugosidad:
Grado de aspereza de la superficie de la fractura.
Dominio Estructural
Esfuerzos
In situ:
Son aquellos esfuerzos pre-existentes en el macizo rocoso
(antes del minado).
Inducidos:
Son aquellos que resultan de la redistribución de esfuerzos,
alterados por la voladura (después del minado).
Efectos de la estabilidad en la estructura.
Planos mayores de debilidad.
✓ Zona de debilidad
✓ Numero de fallas existentes
✓ Esfuerzos actuantes dentro del macizo rocoso
✓ Efectos de la voladura
Estructura natural de la roca.

✓El tamaño y la forma de los bloques
✓El modelo y los sistemas de esfuerzos en la estructura
rocosa
✓Con esta información se podrá deducir, la probable zona
de falla del macizo rocoso.
Fuerzas principales que actúan en el macizo
rocoso.
Punto P se encuentra bajo un estado de esfuerzos y
deformaciones naturales, que son el resultado de la
historia geológica, actividad tectónica y de la gravedad.
Punto de la
excavación en el
campo de P
tensiones
Efecto de la excavación en el campo de tensiones
Mientras no se altere la continuidad del macizo

rocoso, este se mantendrá en equilibrio estático,
debido al estado de confinamiento natural en que se
encuentra
Efecto de la excavación en el campo de tensiones
Al practicarse una excavación, se altera el equilibrio
pre-existente y las tensiones de campo son obligadas a
redistribuirse alrededor de la excavación, tal como se
observa en la figura.
G X
A
E D B
C
F Y
En la mayoría de casos de inestabilidad de la roca estos
resultan de las condiciones estructurales del macizo
rocoso, sin embargo, la roca misma puede representar un
problema potencial si su resistencia con respecto a los
esfuerzos aplicados son suficientemente de baja magnitud.
Adicionalmente la resistencia compresiva uniaxial de la

roca, provee alguna indicación del modulo de
deformación y la fragilidad del macizo rocoso.

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Propiedades de la roca matriz

GEOMECANICA MECANICA DE ROCAS

OPERACIONES MINERAS COSTOS

Los usos de espacios subterráneos son pocos, varios de

El espacio de la ingeniería subterránea tiene muchas facetas

Esta es la tensión en plano equivalente de un pozo en un

Cuando se encuentra roca horizontal el techo los estratos

La estabilidad de dichas vigas es muy bueno si hay un

Capas delgadas justo por encima de la apertura tiende a

La roca con la acodadura horizontal, como hemos visto,

No requiere de un análisis para parecer que un túnel

Saber cuanto tiempo los trabajadores pueden estar en la

Las rocas pueden “hinchar”, se oxidan o se desintegran en

Las cargas pueden cambiar debido a la excavación

Hace hincapié al drenaje de aguas del túnel o por el

La proyección estereográfica simplifica la discusión de

Lo reduce por una de las dimensiones de las

Supongamos un plano de buzamientos interesantes α

✓Minería en Roca Primaria.

✓Minería a Mayor Profundidad.

Optimizar el Negocio Minero

Aprovechar la Geomecànica como

✓Evaluación de variantes y/o nuevos métodos de explotación.

✓Interacción entre sectores productivos.

✓Tasas de excavación y extracción.

Desde el punto de vista del negocio minero, resulta

En otras palabras es necesario especificar que resulta

✓ Probabilidad de Falla (Pf).

✓ Ocurrencia temprana de Dilución (D).

✓ Consecuencias de una eventual inestabilidad,

Para proveer las perspectivas de las aplicaciones de la

Resistencia compresiva uniaxial de la roca.

La densa homogeneidad e isotropía de la formación.

▪Características de la ▪Clasificaciones ▪Análisis de tensiones.

Estructura natural de la roca.

Mientras no se altere la continuidad del macizo

Adicionalmente la resistencia compresiva uniaxial de la

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