13-Esfuerzos in Situ

5/13/2018 13-Esfuerzos in Situ - slidepdf.com

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Esfuerzos in situ



GEOTECNIA MINERA UNIVERSIDAD DE CHILE

Metodología para la estimación de

esfuerzos

Mediciones sobre área pequeña comparada con gradientes deesfuerzos herramientas estadísticas convencionales puedenser utilizadas

Sino, proponer reglas para interpolar (deben ser validadas)

para luego utilizarlas para extrapolar ± requiere definición de un dominio de validez

Utilización de información existente: ± interpretación geológica del medio

± datos de mediciones anteriores

(World Stress Map http://www-wsm.physik.uni-karlsruhe.de)

± reportes y artículos de mediciones de esfuerzos realizadospreviamente en la región




Esfuerzos Tectónicos

World Stress Map Project:

http://www-wsm.physik.uni-karlsruhe.de




Estimación de esfuerzo in-situ

Ante la ausencia de otra

información, estimar el

esfuerzo vertical como

litoestático

± Requiere conocer profundidadde la excavación y densidad

del material sobrepuesto.

Relación esfuerzo vertical vs.

Profundidad (Wv= K z) actúa

bien en promedio, pero hay fuertes diferencias en

especial a bajas

profundidades.




Modelamiento típico

Estimar esfuerzos horizontales conlas curvas empíricas ± KH = H / v

± Kh = h / v

Inferir las direcciones principales apartir de otras informaciones

regionales Medir esfuerzos para confirmar

estimaciones preliminares.

Relación de esfuerzos horizontalvs. vertical dada por la teoríaelástica solo tiende a cumplirse a

altas profundidades.

vvH k WWR

RW !

!

0.2 < k < 1 aprox.





esfuerzos

Geología ± Comportamiento de la roca: frágil elástica, deformaciones

plásticas o roca con efectos viscoelásticos significativos ± campo de esfuerzos (dirección principal mayor)

Modelo preliminar debe incluir incertidumbre en losparámetros

Mediciones del tensor de esfuerzos en varios puntos:direcciones principales pueden diferir la determinación del tensor promedio implica

promediar cada componente del tensor paradeterminar el tensor promedioluego, determinar las direcciones principalesasociadas a dicho tensor





esfuerzos

Se propone estimar el tensor de esfuerzos de manera progresiva:

± Utilizar información preexistente del estado tensional de la roca en el sitio

± Considerar si la dirección vertical es una dirección principal de esfuerzo (apartir de la topografía, evidencia geológica y otra información disponible)

± Estimar la magnitud de la componente vertical del esfuerzo (a partir de la

densidad de la roca y profundidad de la sobrecarga) ± Considerar indicaciones para las direcciones principales de esfuerzos y la

razón de las diferencias de esfuerzos

± Establecer orientación del esfuerzo principal menor a partir de fracturashidráulicas o de perforación y de las orientaciones de quiebre de lasperforaciones

± Encontrar componentes del tensor de esfuerzos utilizando métodosindirectos en testigos de sondajes

± Establecer el estado tensional completo en una o más localizaciones

± Establecer la variación del estado tensional a través del dominio debido acambios en el estrato geológico y a fracturas




Métodos de Overcoring

Objetivo: ± Determinar el esfuerzo in situ de la roca a partir de un

sondaje.

Determinación del tensor tridimensional deesfuerzos se basa en mediciones dedesplazamientos cuando una muestra de roca esliberada del macizo rocoso y los esfuerzos queactúan sobre ella

Esfuerzos in situ se calculan a partir dedesplazamientos medidos y de propiedadeselásticas de la roca





Errores esperados en mediciones: ± 2 a 4 MPa en magnitudes ± ±15° en orientaciones de direcciones principales

Equipamiento de terreno: ±

Equipo para perforar el agujero piloto ± Herramienta de inspección ± Probeta Borre ± Set de medidores de deformaciones ± Goma o resina ± Herramienta de instalación de la probeta ± Varillas de fibra de vidrio para instalación en perforaciones sub-horizontales

± Equipo para test biaxial ± Computador portátil





Celda con medidores de deformaciones

dispone de tres rosetas con medidores:

± Axial

± Perpendicular (tangencial)

± En un ángulo de 45°





Procedimiento: ± Se perfora el tiro ± Se realiza la perforación del

piloto ± Se prepara la celda y aplica

pegamento a los medidores de

desplazamiento ± Se instala la celda Borre,

registrando la orientación exacta ± Se extrae la herramienta de

instalación ± Tras dejar los medidores de

desplazamiento pegar biendurante una noche, se sobre-

perfora, registrando losdesplazamientosy latemperatura. Luego se arranca eltestigo sobre-perforado parainspeccionarlo





Análisis de datos de overcoring

± Desplazamientos estables antes y después

±

Máximo y mínimo local durante





Análisis de datos de ensayo biaxial

± Obtener las constantes elásticas de la roca

±

Verificar el comportamiento de los medidores dedesplazamiento de la probeta





Análisis de datos de ensayo biaxial

± Verificación de isotropía

±

Esfuerzo tangencial ± Módulo de Young

± Razón de Poisson





Cálculo de esfuerzos

± Hipótesis de que la roca es continua, homogénea,

isótropa y lineal-elástica

± Expresar los esfuerzos in situ a partir de las

deformaciones, considerando la redistribución de

esfuerzos alrededor de la perforación

±Esfuerzos secundarios se relacionan con lasdeformaciones medidos según la ley de Hooke





Cálculo de esfuerzos

± Relación esfuerzo local in situ

±

Relación deformación esfuerzo local ± Magnitud y orientación de esfuerzos principales




Métodos de fracturamiento hidráulico (HF

/ HTPF)

HF: Hydraulic fracturing

HTPF: Hydraulic testing of pre-existing fractures

HF permite obtener el estado tensional en el plano

perpendicular a la fractura se asume que la

perforación se realiza en una dirección principal

HTPF permite obtener el estado tensional completo





/ HTPF)

Principio:

± Sellar una porción de una perforación mediante tacos de hule

± Bombear agua a una tasa constante en la perforación

± Se genera aumento de presión en las paredes

± Se produce una fractura o se abre una fractura pre-existente ± Se detiene el bombeo de agua y se mide el decaimiento de la presión

± El ciclo se repite varias veces

± Esfuerzos se determinan a partir del levantamiento de las fracturas enla perforación, conjuntamente con los registros de cambios en la

presión de la perforación





/ HTPF)





/ HTPF)

HF:

± Los resultados se interpretan bajo la hipótesis de que la perforación serealizó a lo largo de una de las direcciones principales. Fracturas enechelon pueden indicar que esto no se cumple.

±

Las direcciones principales de esfuerzo se definen en base a ladelineación de la fractura en el tiro, asumiendo que la fracturamantiene este carácter lejos de la perforación.

± La evaluación del esfuerzo asume que el macizo rocoso se comportade manera lineal elástica, homogénea e isótropa. Requiere considerarla presión de poro y requiere conocer la resistencia a la tensión de la

roca.





/ HTPF)

HTPF: ± Se asume que existen fracturas pre-existentes o planos de debilidad, y

que éstos no están alineados en una dirección preferencial. Asimismo, esnecesario verificar que sólo una fractura se ha abierto con el test, dadoque esto cambia localmente el estado tensional.

± Las fracturas usadas para el cálculo de los esfuerzos son delineadasasumiendo que mantienen su orientación lejos de la perforación.

± Se requieren seis tests para determinar el tensor completo de esfuerzos,pero se recomiendan más para reducir la incertidumbre.

± El método es válido para cualquier orientación de la perforación. Es

independiente de la presión de poros y no requiere conocer ningunapropiedad del material.

± La evaluación del esfuerzo asume que el macizo rocoso se comporta demanera homogénea.





/ HTPF) Parámetros:

± Pb: presión dequiebre

± Pr: presión dereapertura

± Ps: presión decierre de lasfracturasinducidas





/ HTPF) Cálculo de los esfuerzos:

± Se asume que la fractura es casi vertical

± Esfuerzo horizontal principal menor: Magnitud: se calcula en base al equilibrio de esfuerzo in situ con la

presión de cierre de las fracturas Ps.

Dirección: normal al plano fracturado.

± Esfuerzo horizontal principal mayor: Magnitud: se calcula bajo la hipótesis de elasticidad lineal y efecto

nulo de la infiltración de fluido en la roca.

Dirección: perpendicular a la dirección del esfuerzo principal

horizontal menor (rumbo (strike) de la fractura). ± La influencia de la presión de poros puede requerir

modificaciones en la expresión anterior.

± Se requiere la resistencia a la tracción de la roca (laboratorio ensayo Brasileño)





/ HTPF)

Cálculo de los esfuerzos:

± Ensayo de tracción poco confiable recurrir aexpresión alternativa

± Esfuerzo vertical: sólo puede medirse si la fracturaes casi horizontal. Se asume esfuerzo litoestático

± HTPF: se ajusta el tensor a las mediciones de modode minimizar un error.

± Bastan seis direcciones diferentes

± Estos resultados pueden también combinarse conlos de un test de HF.

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