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Universidad de ChileFacultad de Ciencias Físicas y Matemáticas

INFORME DE TERRENOCalificación de Macizo Rocoso

MI4060-Mecánica de Rocas

Profesor: Javier VallejosSofía Rebolledo

Auxiliares: Vicente OrtegaGonzalo Pizarro

Ayudantes Pía IglesiasRolando ArteagaSergio Yañez

Integrantes: Héctor Navarro A.

Fecha Entrega:

11 de Noviembre de 2013

RESUMEN EJECUTIVO

En el presente informe de terreno se pretende estudiar y calificar un macizo rocoso a través de diversas metodologías usadas por los profesionales en la actualidad, en base a una serie de datos recopilados en una salida a terreno. En particular la salida a terreno mencionada se llevó a cabo el día 16 de Octubre de 2013 y fue enfocada en estudiar el afloramiento rocoso presente en cerro blanco.

La recopilación de los datos de terreno se realizo en forma grupal, conformándose varias cuadrillas de modo de abarcar un espacio mayor, con el fin de obtener datos representativos del macizo rocoso.

Los objetivos del presente informe corresponden a obtener la calificación del macizo rocoso a través de distintos métodos de modo de analizar sus virtudes y deficiencias así como la dispersión que se produce entre los resultados obtenidos por un método u otro, además de significar una aproximación real a lo que podría ser el trabajo ingenieril en el futuro.

INDICE DE CONTENIDOS

RESUMEN EJECUTIVO.........................................................................................................................2

INDICE DE CONTENIDOS.....................................................................................................................3

INDICE DE TABLAS..............................................................................................................................4

INDICE DE ILUSTRACIONES.................................................................................................................5

INTRODUCCIÓN..................................................................................................................................6

ANTECEDENTES..................................................................................................................................7

MARCO TEÓRICO................................................................................................................................9

Rock Quality Designation (RQD).....................................................................................................9

Rock Mass Rating (RMR)................................................................................................................9

Rock Quality Index (Q)..................................................................................................................12

Rock Quality Index Modificado (Q´).............................................................................................13

Geological Strength Index (GSI)....................................................................................................13

DESARROLLO Y RESULTADOS...........................................................................................................16

Grupo N°1....................................................................................................................................16

Grupo N°2....................................................................................................................................19

Grupo N°3....................................................................................................................................22

Grupo N°4....................................................................................................................................25

Grupo N°5....................................................................................................................................28

COMENTARIOS Y CONCLUSIONES....................................................................................................31

INDICE DE TABLAS

Tabla 1: Clasificación RQD...............................................................................................................9Tabla 2: Parámetros para obtención de RMR...................................................................................10Tabla 3: Parámetros de calificación y puntajes.................................................................................10Tabla 4: Calificación macizo rocoso e interpretación del resultado..................................................11Tabla 5: Tabla para valoración del macizo rocoso según parámetro RMR.......................................12Tabla 6: Clasificación macizo rocoso según parámetro "Q".............................................................13Tabla 7: Estimación de GSI para macizos rocosos de bloques.........................................................14Tabla 8: Estimación GSI para macizos rocosos metamórficos.........................................................14Tabla 9: Calificación Macizo Rocoso. RMR (Grupo 1)...................................................................18Tabla 10: Calificación Macizo Rocoso. Q y Q’ (Grupo 1)...............................................................18Tabla 11: Calificación Macizo Rocoso. GSI (Grupo 1)....................................................................18Tabla 12: Calificación Macizo Rocoso. RMR (Grupo 2).................................................................21Tabla 13: Calificación Macizo Rocoso. Q y Q’ (Grupo 2)...............................................................21Tabla 14: Calificación Macizo Rocoso. GSI (Grupo 2)....................................................................21Tabla 15: Calificación Macizo Rocoso. RMR (Grupo 3).................................................................24Tabla 16: Calificación Macizo Rocoso. Q y Q’ (Grupo 3)...............................................................24Tabla 17: Calificación Macizo Rocoso. GSI (Grupo 3)....................................................................24Tabla 18: Calificación Macizo Rocoso. RMR (Grupo 4).................................................................27Tabla 19: Calificación Macizo Rocoso. Q y Q’ (Grupo 4)...............................................................27Tabla 20: Calificación Macizo Rocoso. GSI (Grupo 4)....................................................................27Tabla 21: Calificación Macizo Rocoso. Q y Q’ (Grupo 5)...............................................................30Tabla 22: Calificación Macizo Rocoso. GSI (Grupo 5)....................................................................30Tabla 23: Parámetros incluidos en diferentes sistemas de calificación que resultan en input numérico..........................................................................................................................................31Tabla 24: Scatter Plot todas las mediciones......................................................................................32Tabla 25: Unweighted contour plot, todos los puntos......................................................................33Tabla 26: Calificaciones promedio del macizo rocoso.....................................................................33

INDICE DE ILUSTRACIONES

Ilustración 1: Ubicación Cerro Blanco...............................................................................................7Ilustración 2: Zoom sobre Cerro Blanco............................................................................................8Ilustración 3: Scatter Plot G1...........................................................................................................16Ilustración 4: Major Planes Plot G1.................................................................................................16Ilustración 5: Unweighted Contour Plot G1.....................................................................................17Ilustración 6: Weighted Contour Plot G5.........................................................................................17Ilustración 7: Scatter Plot G2...........................................................................................................19Ilustración 8: Major Planes Plot G2.................................................................................................19Ilustración 9: Unweighted Contour Plot G2.....................................................................................20Ilustración 10: Weighted Contour Plot G2.......................................................................................20Ilustración 11: Scatter Plot G3.........................................................................................................22Ilustración 12: Major Planes Plot G3...............................................................................................22Ilustración 13: Unweighted Contour Plot G3...................................................................................23Ilustración 14: Weighted Contour Plot G3.......................................................................................23Ilustración 15: Scatter Plot G4.........................................................................................................25Ilustración 16: Major Planes Plot G4...............................................................................................25Ilustración 17: Unweighted Contour Plot G4...................................................................................26Ilustración 18: Weighted Contour Plot G4.......................................................................................26Ilustración 19: Scatter Plot G5.........................................................................................................28Ilustración 20: Major Planes Plot G5...............................................................................................28Ilustración 21: Unweighted Contour Plot G5...................................................................................29Ilustración 22: Weighted Contour Plot G5.......................................................................................29

INTRODUCCIÓN

En una primera etapa de un gran número de proyectos mineros, resulta de suma importancia la obtención en terreno de las características generales de un determinado macizo rocoso, para lo cual es común el trabajo conjunto de profesionales del área de la Ingeniería Civil en Minas y Geología.

En particular el principal objetivo de la presente salida a terreno corresponde a la caracterización del macizo rocoso correspondiente a los afloramientos del Cerro San Cristóbal, específicamente en Cerro Blanco y a sus sets de sus continuidades. Como ya se ha dado indicios, dicho trabajo es similar al realizado en las etapas preliminares del diseño de una mina para un nuevo yacimiento, de lo que se desprende su importancia.

Por otro lado se busca analizar las diferencias en los resultados entregados por un método u otro.

ANTECEDENTES

La recopilación de datos se llevará a cabo en Cerro Blanco, cuya ubicación se detalla en las ilustraciones 1 y 2.

Ilustración 1: Ubicación Cerro Blanco

Ilustración 2: Zoom sobre Cerro Blanco

MARCO TEÓRICO

Rock Quality Designation (RQD)

Mide largos de trozos recuperados mayores a 10 cm, dividido por largo total del testigo.

Cuyo resultado se puede interpretar acorde a la tabla siguiente.

Tabla 1: Clasificación RQD

Una forma alternativa para obtener este parámetro es mediante el conteo de discontinuidades (Jv), mediante la siguiente fórmula.

RQD=115−3,3∗J vRQD=0J v>35RQD=100 J v<4,5

Rock Mass Rating (RMR)

Corresponde a la clasificación de Beniawski 1989, en que se toman en consideración los parámetrosdetallados en la siguiente tabla, cuyos rangos de puntajes se muestran en la misma.

Tabla 2: Parámetros para obtención de RMR

La forma de asignar el puntaje de cada factor es realizada acorde a las siguientes directrices:

Tabla 3: Parámetros de calificación y puntajes

Tabla 4: Calificación macizo rocoso e interpretación del resultado

En terreno la información anterior para la clasificación del maciso rocoso RMR se puede recopilar en una tabla tal como se muestra a continuación.

Tabla 5: Tabla para valoración del macizo rocoso según parámetro RMR

Rock Quality Index (Q)

El valor del índice “Q” se obtiene a través de la siguiente fórmula:

Donde:

RQD: Rock Quality Designation (%)Jn: Número de sistemas de discontinuidadesJr: Número de rugosidad de discontinuidadesJa: Número de alteración de discontinuidadesJw: Agua en discontinuidadesSRF: Factor de reducción por esfuerzos

En este método se toman en consideración principalmente tres factores.

RQDJ n

: Tamaño de los Bloques

JrJ a

: Resistencia al corte entre bloques

JwSRF

: Esfuerzos activos

Donde el resultado se puede interpretar acorde a la siguiente tabla:

Tabla 6: Clasificación macizo rocoso según parámetro "Q"

Rock Quality Index Modificado (Q´)

El parámetro SRF es redundante cuando el sistema de calificación Q se utiliza para estimar propiedades del macizo rocoso para el análisis de estabilidad (analíticos o numéricos).

El parámetro Jw se considera igual a uno (excavaciones relativamente secas, sin considerar el flujo transiente de perforación y relleno). En ambientes con altas presiones de agua el análisis de estabilidad debería incluir los efectos de presiones de agua y flujo.

Geological Strength Index (GSI)

Dependiendo del tipo de macizo rocoso, si es de bloque o metamórfico, se puede realizar una estimación visual del GSI, por medio de las tablas 7 y 8.

Tabla 7: Estimación de GSI para macizos rocosos de bloques

Tabla 8: Estimación GSI para macizos rocosos metamórficos

El valor de GSI también puede ser obtenido a partir de los parámetros RMR y Q’, a través de las formulas señaladas a continuación.

GSI=RMR−5GSI=9∗ln (Q' )+44

DESARROLLO Y RESULTADOS

En la presente sección solo se detallaran los resultados, dejando el análisis y respectivos comentarios para la sección correspondiente.

Grupo N°1

Ilustración 3: Scatter Plot G1

Ilustración 4: Major Planes Plot G1

Ilustración 5: Unweighted Contour Plot G1

Ilustración 6: Weighted Contour Plot G5

Tabla 9: Calificación Macizo Rocoso. RMR (Grupo 1)

Parametros Rango de Valores ValoraciónResistencia a la compresión Uniaxial 100 - 250 12RQD 93 20Espaciamiento 0,6-2 15

Condición de Juntas

Persistencia 3 - 10 m 2Apertura 1 - 5 mm 1Rugosidad Lisa 1Relleno Limpio 6Alteración Ligeramente Alterado 5

Agua Subterránea Seco 15RMR TOTAL RMR 77Descripción Buena (80 - 61) Buena

Tabla 10: Calificación Macizo Rocoso. Q y Q’ (Grupo 1)

Parametros Descripcion Macizo Rocoso ValoracionRock Quality Desgnation (RQD) Excelente 93

Joint Set Number (Jn) 3 sets + 1 random 12Joint Roughness Number (Jr) Plana rugosa 1,5Joint Alteration Number (Ja) Ligeramente alterada 2

Joint Water Reduction Factor (Jw) Seco 1Stress Reduction Factor (SRF) Esfuerzos bajos por estar en superficie 2,5

Q Barton Calidad del Macizo mala 2,325Q' Calidad del Macizo regular 5,8125

Tabla 11: Calificación Macizo Rocoso. GSI (Grupo 1)

Structure BlockySurface Conditions good

GSI 60-70 (Buena)GSI (según RMR) 72 (Buena)

GSI (según Q') 54,76 (Regular)

Grupo N°2




Parametros Rango de Valores ValoraciónResistencia a la compresión Uniaxial 25 - 50 4

RQD 50 - 75 13Espaciamiento 0.2 - 0.6 10


Persistencia 7 m 2Apertura 0.1-1.0 mm 4Rugosidad Lisa 1Relleno Blando < 5 mm 2

AlteraciónModeradamente

Alterado 3

Agua Subterránea Seco 15RMR TOTAL RMR 54Descripción Regular (61-40) Regular


Parametros Descripcion Macizo Rocoso ValoracionRock Quality Desgnation (RQD) Calidad regular 54

Joint Set Number (Jn) 4 sets 15Joint Roughness Number (Jr) Rugosidad Plana y suave 1Joint Alteration Number (Ja) ligeramente alterada con patinas que no se ablandan 2

Joint Water Reduction Factor (Jw) seco (<5 L/m) 1Stress Reduction Factor (SRF) Esfuerzos bajos por estar en superficie 1

Q Barton Calidad del Macizo mala 1,8Q' Calidad del Macizo mala 1,8


Structure Very blockySurface Conditions good-fair

GSI 50 (entre 40 y 60) (Regular)

GSI (según RMR) 49 (Regular)GSI (según Q') 53,59 (Regular)

Grupo N°3





RQD 75 - 90 17Espaciamiento 0.2-0.6 10


Persistencia 1 - 3 m 4Apertura 1 - 5 mm 1Rugosidad Moderadamente Rugosa 3Relleno Blando < 5 mm 2


Alterado 3



Parametros Descripcion Macizo Rocoso ValoracionRock Quality Desgnation (RQD) Buena 85

Joint Set Number (Jn) 3 sets 12Joint Roughness Number (Jr) Rugosidad Plana y suave 1Joint Alteration Number (Ja) Arcilla sobre consolidada 8

Joint Water Reduction Factor (Jw) seco 1Stress Reduction Factor (SRF) Zona de debilidad que contiene arcilla 2,5

Q Barton Calidad del Macizo Muy mala 0,354Q' Calidad del Macizo Muy mala 0,88541667


Structure BlockySurface Conditions good

GSI 60-70 (Buena)GSI (según RMR) 62 (Buena)


Grupo N°4



RQD 75 - 90 17Espaciamiento 0.2-0.6 10


Persistencia 3 - 10 m 2

Apertura < 0.1 mm 5Rugosidad Moderadamente Rugosa 3Relleno Blando < 5 mm 2


Alterado 3



Parametros Descripcion Macizo Rocoso ValoracionRock Quality Desgnation (RQD) Buena 80

Joint Set Number (Jn) 4 sets 15Joint Roughness Number (Jr) Discontinua Suave 3Joint Alteration Number (Ja) Ligeramente alterada, patinas que no se ablandan 2

Joint Water Reduction Factor (Jw) seco 1Stress Reduction Factor (SRF) Esfuerzos bajos por estar en superficie 1

Q Barton Regular 8Q' Regular 8


Structure Blocky - Very blockySurface Conditions good

GSI 60 (Buena)GSI (según RMR) 64 (Buena)


Grupo N°5




Parametros Descripcion Macizo Rocoso ValoracionRock Quality Desgnation (RQD) Poco Resistente 1

Joint Set Number (Jn) 4 sets 15Joint Roughness Number (Jr) Discontinua Suave 3Joint Alteration Number (Ja) Ligeramente alterada, patinas que no se ablandan 2

Joint Water Reduction Factor (Jw) seco 1Stress Reduction Factor (SRF) Esfuerzos bajos por estar en superficie 1

Q Barton Calidad del Macizo Muy mala 0,1Q' Calidad del Macizo Muy mala 0,1


Structure BlockySurface Conditions fair

GSI 40-60 (Regular)GSI (según Q') 50,7 (Regular)

COMENTARIOS Y CONCLUSIONES

En primer lugar resulta claro que los parámetros Rock Mass Rating (RMR) y el Rock Quality Index (Q o Q´) no consideran de la misma forma al macizo rocoso, de ahí que se obtengan resultadas diferentes con cada metodología, en particular para el macizo rocoso analizado se pudo apreciar que mediante RMR se obtuvo en general que la roca era buena (salvo en el sector del grupo 2 donde arrojo que era regular), no obstante mediante el parámetro “Q” se obtuvo que la calidad de la roca era muy mala (salvo en el sector del grupo 4 donde se obtuvo que la roca poseía una calidad regular). Estas diferencias podrían explicarse por el hecho de que el parámetro “Q” abarco un mayor número de factores, específicamente el número de sets de discontinuidades y el estado de esfuerzos, tal como se muestra en la siguiente tabla.

Tabla 23: Parámetros incluidos en diferentes sistemas de calificación que resultan en input numérico

Respecto al parámetro GSI, se pudo observar que su calificación entrega resultados similares al RMR en términos cualitativos. Cabe mencionar que al comparar los valores de GSI obtenidos a partir de parámetro RMR y de Q’, se aprecio que la expresión dependiente del parámetro Q’ arrojaba calidades menores.

Respecto a la distribución de polos graficadas por la herramienta computacional DIPS se puede observar de las figuras 5, 9, 13, 17, 21 que en los sectores asociados a los grupos 1, 3, 4, 5, se aprecian claramente 2 discontinuidades, a diferencia del sector asociado al grupo 2 donde se aprecian más de 3 sets.

Al realizar la ponderación de Terzaghi se puede ver que las discontinuidades se resaltan con mayor fuerza.

Al considerar todas las mediciones de todos los sectores y graficarlas se observa la siguiente distribución:

Tabla 24: Scatter Plot todas las mediciones

Tabla 25: Unweighted contour plot, todos los puntos

Finalmente los valores promedio para el macizo rocoso para cada calificación fueron:

Tabla 26: Calificaciones promedio del macizo rocoso

Parámetro Valoración DescripciónRMR 66,750 Roca Buena

Q 2,516 Roca MalaQ' 3,320 Roca Mala

GSI 58,000Roca

Regular

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