CONSIDERACIONES GEOMECANICAS EN DISEÑO DE CÁMARAS Y

PILARES

INTRODUCCION

El presente trabajo intenta proveer una base para el dimensionamiento

geomecanico de excavaciones en estructuras rocosas sobre consideraciones

de diseño para cámaras y pilares de sostenimiento, aplicables a escenarios de

extracción de mineral/desmonte.

La profundización en esta labor, permite interpretar varias variables, que

definitivamente presentaran solidos, regulares, o podres, relaciones aun no

reveladas por la caracterización del macizo rocoso tan cambiante según se

avance/profundice.

Justamente se apuntan la relación existente entre condiciones del terreno por

avance que se registre, el sentido común indica que a mayor profundidad el

riesgo incrementa, aquí, una variable importante que nos ayudara a despejar o

al menos acercarnos mas a esta relación en cuestión por determinar es el

factor de seguridad. Estas consideraciones geomecanicas nos permitirán

cuantificar los diversos parámetros de masa rocosa para encarar situaciones

similares algo o nada parecidos para determinar diagnósticos sobre

condiciones de terreno que necesario es conocer

FUNDAMENTOS

Los sistemas de clasificación de la masa rocosa, instrumentos en el diseño de

excavaciones subterráneas y superficiales, implican un desarrollo iniciando con

Terzaghi (1946) y sucesivas investigaciones efectuadas a partir de lo postulado

por Bieniawski (1973) y Barton (1974). Han permitido la aplicación de dichos

sistemas la estimación de

a. Sostenimiento requerido en una excavación subterránea.

b. Esfuerzos ejercidos por la masa rocosa sobre el sostenimiento.

c. Dimensiones máximos de la excavación y periodo sin sostenimiento.

d. Propiedades mecánicas y criterios de falla de masa rocosa.

CLASIFICACIONES GEOMECANICAS

Según el DRAE clasificar es ´´ordenar o disponer por clases `` y se refiere a la

segunda acepción de la palabra clase: ´´ordenar en que, con arreglo a

determinar condiciones o calidades, se consideran comprendidas deferentes

personas o cosas``. La palabra orden define en su cuarta acepción como ´´

serie o sucesión de las cosas`` y en su decima acepción define como ´´cada

uno de los grupos taxonómicos en que se dividen las clases (en botánica y

zoología)`` por lo tanto si utilizáramos correctamente el lenguaje solo nos

referíamos a dos formas de clasificar.

1. La primera, ordenar por algún carácter, como por ejemplo ordenar una

serie de individuos por su altura o una serie de minerales por su dureza

(escala de mohs)

2. La segunda, definir una serie de clases especificas (como una especie

biología o taxones) que se diferencian de los demás. No por uno sino

por una conjunto de caracteres (como la clasificaciones minerales)

Pero cuando hablemos de ´´clasificaciones geomencanicas`` nos estaremos

refiriendo a una proceso que es distinto a los dos descritos anteriormente.

Estas llamadas ´´clasificaciones geomecanicas``.son algoritmos aritméticos

que permiten asignar a cada concreto un numero que expresa lo que

podríamos llamar ´´calidad geomecanica`` en rigor no estamos clasificando;

sino valorando.

PRINCIPALES CLASIFICACIONES GEOMECANICAS

Se han propuesto diversas clasificaciones geomecanicas para la identificación

de terrenos; inicialmente para ser aplicaciones a la excavación de taludes,

aunque posteriormente se han ido modificando o reconduciendo para otros

ámbitos de aplicación: taludes, cimentaciones, excavaciones específicas para

esos fines. Se presenta a continuación una lista, no exhaustiva, de las

principales clasificaciones.

- Clasificación de Terzaghi (1946)

- Clasificación de Lauffer (1958)

- Clasificación de Deere basada en el RQD (1970)

- Clasificación basada en el índice RSR (1972)

- Clasificación de la A.F.T.E.S.(1976)

- Clasificación de N. Doro Kodan (1980)

- Clasificación RMR de Bieniawski (1973, 1979)

- Clasificación Q de Barton (1975)

- Clasificación SMR de Romana (1985, 1993)

TEORÍA DE ÁREAS ATRIBUIDAS

Esta teoría supone que cada pilar esta cargado por el peso del terreno

comprendido en un prisma ficticio (proyectado al techo) cuya sección viene

determinada por la geometría del pilar y que alcanza desde la superficie del

terreno hasta el pilar; es decir que los pilares resistirán las cargar por encima

de estos y además la carga de la mitad de las aberturas circundantes. Como

se aprecian en los siguientes gráficos.

Calculo de la tensión promedio actuando en el pilar:

Sp=Ps .H (W+B)(L+B)

(W . L)Eq .1

Donde:

Sp =tensión promedio actuando en el pilar

H = profundidad bajo la superficie (m)

B = ancho de la cámara (m)

L = longitud del pilar (m)

Pe = peso unitario roca suprayecente (MN/m3)

W = ancho por pilar

Para pilares cuadrados, la ecuación 1 se transformaría en:

Sp=Pe . H (W+BW )

2

Eq .2

En donde la resistencia de un pilar esta en función del:

a) Tamaño o volumen del pilar.

b) Geometría del pilar.

c) Propiedades de resistencia de la roca intacta y efectos de escala.

Existen varias formas de calcular la resistencia del pilar (Rp) sin embargo las

mas conocidas u de mayor aplicación son.

Rp=Ri (0,778+0,222Wh )Overt y Duvall Eq .3

Rp=Ri (0,64+0,36Wh )Bieniawski Eq .4

Donde:

Rp = resistencia del pilar (MPa)

Ri = resistencia de un pilar cubico bajo dimensiones criticas

W = ancho del pilar (m)

h = altura del pilar (m)

El factor de seguridad (FS) se define como la relación entre la resistencia del

pilar y la tensión promedio actuando sobre este. Se consideran factores de

seguridad de seguridad de 1.2 a 2 apropiados e incluso mejor si son por

superiores a 2.

FS=RpSpEq .4