3 informe barton

FORTIFICACION DE MINAS

UNIVERSIDAD DE ATACAMA INGENIERIA EN MINAS DEPTO MINAS

PREPARADO POR:

ALEXIS SALINAS FREDES PROFESOR: RAFAEL FONSECA

NIVEL: 402

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INTRODUCCION

Para determinar la calidad del macizo rocoso existen varias

Clasificaciones Geomecánicas creadas por autores como: Protodyakonov,

Bieniawski, Laubscher and Taylor, Barton, etc., cuya finalidad es dividir al

macizo rocoso en dominios estructurales.

Todos estos autores tienen características muy similares, tales como:

Litología, espaciado de juntas, entre otros. En relación a los límites de un

dominio estructural pueden coincidir con rasgos geológicos, tales como fallas o

diques.

En este trabajo me enfocare a las formulas y tablas propuestas por el

autor Barton para hacer un análisis de la calidad de la roca para así poder

elegir un tipo de sostenimiento.

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CLASIFICACION GEOMECANICA DE LAS ROCAS SEGÚN BARTON

PARAMETRO Q (Calidad tunelera)

Para tener una estimación de la calidad del macizo rocoso Barton utiliza

como parámetro el índice de calidad “Q” (llamado también Calidad tunelera),

teniendo en cuenta los siguientes factores:

RQD : (Rock Quality Designation), designación de la calidad de la roca.Jn : (Joint Set Number), Índice de diaclasado que tiene en cuenta el número de juntas.Jr : (Joint roughness number) índice de rugosidad de las juntas.Ja : (Joint alteration number) índice de alteración de las juntas.Jw : (Joint water ), factor de reducción por presencia de agua en las juntas.SRF : (Stress reduction factor) factor de reducción por esfuerzos.

A continuación se dará a conocer cada uno de los parámetros que se utiliza en la ecuación de Q. RQD, designación de la calidad de la roca.

Tabla 1

Para obtener el RQD, debemos analizar los testigos de los sondajes de la siguiente manera:

De las bandejas donde viene el testigo de terreno, se miden los trozos mayores de 10 cm, los cuales, se contabilizan y se ingresan en una formula que detalla las cantidad de trozos dividido por el largo del testigo y se multiplica por 100, según el resultado que resulta de la fórmula se compara a la tabla y se obtiene la calidad de la roca.

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PARAMETRO JN (Número de juntas en la roca)

Este parámetro que representa en número de familia de juntas, puede estar afectado por foliación, esquistosidad, clivaje y laminaciones. Si las juntas paralelas tienen suficiente desarrollo, deben contabilizarse como una familia completa. Si hay pocas juntas visibles, roturas ocasionales en los testigos debido a estos planos, se contabilizan como juntas ocasionales al considerar el Jn en la tabla.

Tabla 2

PARAMETRO JR (Numero de rugosidad de las juntas de la roca)

Los parámetros Jr y Ja, cuyo cociente representa la resistencia al esfuerzo cortante, serán los de la familia de juntas o discontinuidad rellena de arcilla, más débil que exista en la roca, además es necesario tener en cuenta la orientación de las familias o discontinuidades, de tal forma que deban ser representativas

Tabla 3

PARAMETRO JA (Numero de alteraciones de las juntas.)

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Tabla 4

Jw, factor de reducción por presencia de agua en las juntas.

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PARAMETRO JW (factor de reducción por presencia de agua en las juntas)

Tabla 5

SFR (Factor de reducción de esfuerzos en la roca.)

El valor SRF, en el caso de que el macizo rocoso contenga arcilla, en este caso la resistencia de la roca es factor determinante de la estabilidad de la excavación subterránea. Cuando el macizo rocoso no contenga arcilla y el número de Juntas sea pequeño la resistencia de la roca puede convertirse en factor, tal que el cociente de dt/dc, defina la estabilidad de la roca.

Tabla 6

- 6 -


Tabla 7

- 7 -


Cuando existen rocas muy anisotropicas, la resistencia compresiva de la

roca dc y el esfuerzo a la tracción dt, se evaluarán en la dirección más

favorable para la estabilidad.

Los parámetros que definen “Q”, representan el siguiente aspecto:

RQD/Jn: Tamaño de bloques, representa la estructura global del macizo rocoso. Jr/Ja: Resistencia al corte entre bloques. Jw/SRF: Estado tensional en el macizo rocoso.

Para relacionar Q índice de calidad tunelera, con el comportamiento de una

excavación subterránea y con las necesidades de sostenimiento de la misma.

Barton Lien y Lunde desarrollaron la relación denominada Dimensión

Equivalente “De” de la excavación, esta relación se obtiene de dividir el ancho,

diámetro o altura de la excavación por un factor denominado Relación de

soporte de la excavación ESR (Excavation Support Ratio).

La relación de soporte de la excavación ESR tiene que ver con el uso que se pretende dar a la excavación y hasta donde se le puede permitir cierto grado de inestabilidad Barton da los siguientes valores supuestos para ESR:

Tipo de excavación.

Tabla 8

- 8 -


La relación entre el Índice de calidad tunelera “Q” y la dimensión equivalente

“De” de una excavación, Barton Lien y Lunde, elaboraron una tabla a partir de

las cual se puede diagnosticar las necesidades de sostenimiento.

RELACION DE INDICE Q Y De

Tabla 9

- 9 -


TABLAS DE FORTIFICACIÓN.

En el estudio de las minas que necesitan fortificación Barton estableció 38 categorías de refuerzos y la relación con los indicadores señalados se presenta en las siguientes tablas.

A.- Roca excepcionalmente buena (400 =< Q =< 1000).

CASOS RQD / Jn Jr / Ja De P (Kg / cm^2)

Sostenimiento Recomendado

1 20 - 100 <0,01 SB (UTG)

2 20 - 100 <0,01 SB (UTG)3 20 - 100 <0,01 SB (UTG)

4 20 - 100 <0,01 SB (UTG)

B.- Roca excepcionalmente buena (100 =< Q =< 400).



5 12 – 88 0,05 SB (UTG)

6 12 – 88 0,05 SB (UTG)7 12 – 88 0,05 SB (UTG)8 12 – 88 0,05 SB (UTG)

C.- Roca muy buena (40 =< Q =< 100).



9>= 20 < 20

8,5 - 19 8,5 - 19

0,25 0,25

SB (UTG) B (UTG ) 2,5 - 3 m

10>= 30 < 30

14 - 30 14 - 30

0,25 0,25

B (UTG) 2 - 3 m B (UTG ) 1,5 - 2 m+ CLM

11>= 30 < 30

23 - 50 23 - 50

0,25 0,25

B 2 - 3 m B (TG ) 1,5 - 2 m+ CLM

12>= 30 < 30

40 - 72 40 - 72

0,25 0,25

B (TG) 2 - 3 m B (TG ) 1,5 - 2 m+ CLM

D.- Roca de buena calidad (10 =< Q =< 40).

- 10 -




13

>= 10 >= 10 < 10 < 10

>= 1,5 < 1,5 >= 1,5

1,5

5 – 14 5 - 14 5 - 14 5 – 14

0,5 0,5 0,5

SB (UTG)B (UTG ) 1,5 - 2 m B (UTG ) 1,5 - 2 m B (UTG ) 1,5 - 2 m + S 2 - 3 cm

14

>= 10 < 10

15 - 23 15 - 23 9 - 15

0,5 0,5 0,5

B (TG ) 1,5 - 2 m + CLM B (TG ) 1,5 - 2 m + S (MR) 5 - 10 cm B (UTG ) 1,5 - 2 m +CLM

15> 10 <= 10

15 - 40 15 – 40

0,5 0,5

B (TG ) 1,5 - 2 m + CLM B (TG ) 1,5 - 2 m + S (MR) 5 – 10 cm

16> 15 <= 15

30 - 65 30 – 65

0,5 0,5

B (TG ) 1,5 - 2 m + CLM B (TG ) 1,5 - 2 m + S (MR) 10 - 15 cm

E.- Roca de calidad media (4 =< Q =< 10).



17

> 30 10 - 30 < 10 < 10

8,5 – 9 8,5 - 9 6 - 9

6

1 1 1

SB (UTG)B (UTG ) 1 - 1,5 m B (UTG ) 1 - 1,5 m + S 2 - 3 cm S 2 - 3 cm

18

> 5 > 5 =< 5 =< 5

10 - 15 7 - 10

10 - 15 7 – 10

1 1

1

B (TG ) 1 - 1,5 m + CLM B (UTG ) 1 - 1,5 m +CLM B (TG ) 1 - 1,5 m + S 2 - 3 cm B (UTG ) 1 - 1,5 m + S 2 - 3 cm

19

20 - 29 12 – 20

1 1

B (TG ) 1 - 2 m + S (MR) 10 - 15 cm B (TG ) 1 - 1,5 m + S (MR) 5 – 10 cm

20

35 - 52 24 – 35

1 1

B (TG ) 1 - 2 m + S (MR) 20 - 25 cm B (TG ) 1 - 2 m + S (MR) 10 – 20 cm

F.- Roca de calidad mediocre (1 =< Q =< 4).

- 11 -




21=< 12,5 < 12,5

=< 0,75 =< 0,75 > 0,75

2,1 – 6,5 2,1 - 6,5 2,1 – 6,5

1,5 1,5 1,5

B (UTG ) 1 m + S 2 - 3 cm S 2 - 3 cm B (UTG ) 1 m

22

> 10 ; < 30 =< 10 < 30 >= 30

1 1

4,5 – 11,5 4,5 - 11,5 4,5 - 11,5 4,5 – 11,5

1,5 1,5 1,5 1,5

B (UTG ) 1 m + CLM S 2,5 - 7,5 cm B (UTG ) 1 m + S (MR) 2,5 - 5 cm B (UTG ) 1 m

23

15 – 24 8 – 15

1,5 1,5

B (TG ) 1 - 1,5 m + S (MR) 10 - 15 cm B (UTG) 1 m + S (MR) 5 - 10 cm

24

30 – 46 18 – 30

1,5 1,5

B (TG) 1 - 1,5 m + S (MR) 10 - 15 cm B (TG) 1 - 1,5 m + S (MR) 10 - 15 cm

G.- Roca de calidad muy mediocre 1 (0.4 =< Q =< 1).



25

> 10 =< 10

> 0,5 > 0,5 =< 0,5

1,5 - 4,2 1,5 - 4,2 1,5 - 4,2

2,25 2,25 2,25

B (UTG ) 1 m + (MR) o CLM B (UTG ) 1 m + S (MR) 5 cm B (TG ) 1 m + S (MR) 5 cm

26

3,2 - 7,5 3,2 - 7,5

2,25 2,25

B (TG ) 1 m + S (MR) 5 - 7,5 cm B (UTG ) 1 m + S 2,5 - 5 cm

27

12 - 18 6 - 12 12 - 18 6 – 12

2,25 2,25 2,25 2,25

B (TG ) 1 m + S (MR) 7,5 - 10 cm B (UTG ) 1 m + S (MR) 5 - 7,5 cm CCA 20 - 40 cm + B (TG) 1 m B (TG ) 1 m + S (MR) 10 - 20 cm

28

30 - 38 20 - 30 15 - 20 15 – 38

2,25 2,25 2,25 2,25

B (TG ) 1 m + S (MR) 30 - 40 cm B (TG ) 1 m + S (MR) 20 - 30 cm B (TG ) 1 m + S (MR) 15 - 20 cm CCA 20 - 100 cm + B (TG) 1 m

- 12 -


H.- Roca de calidad muy mediocre 2 (0.1 =< Q =< 0.4).



29

> 5 =< 5

> 0,25 > 0,25 =< 0,25

1 - 3,1 1 - 3,1 1 - 3,1

3 3 3

B (UTG ) 1 m + S 2 - 3 cm B (UTG ) 1 m + S (MR) 5 cm B (TG ) 1 m + S (MR) 5 cm

30

>= 5 < 5

2,2 - 6 2,2 - 6 2,2 - 6

3 3 3

B (TG ) 1 m + S 2,5 - 5 cm S (MR) 5 - 7,5 cm B (UTG ) 1 m + S (MR) 5 - 7,5 cm

31

> 4 =< 4 ; > 1

< 1,5

4 - 14,5 4 - 14,5 4 - 14,5

3 3 3

B (TG ) 1 m + S (MR) 5 - 12,5 cm S (MR) 7,5 - 25 cm CCA (SR) 30 - 50 cm + B (TG) 1 m

32

20 - 34 11 - 20 11 – 34

3 3 3

B (TG ) 1 m + S (MR) 50 - 60 cm B (TG ) 1 m + S (MR) 20 - 40 cm CCA (SR) 30 - 120 cm + B (TG) 1 m

I.- Roca de calidad extremadamente pobre (0.01 =< Q =< 0.1).



33

>= 2 < 2

1 - 3,9 1 - 3,9 1 - 3,9

6 6 6

B (TG ) 1 m + S (MR) 2,5 - 5 cm S (MR) 5 - 10 cm S (MR) 7,5 - 15 cm

34

>= 2 < 2

>= 0,25 >= 0,25 < 0,25

2 - 11 2 - 11 2 - 11 2 - 11

6 6 6 6

B (TG ) 1 m + S (MR) 5 - 7,5 cm S (MR) 7,5 - 15 cm S (MR) 15 - 25 cm CCA (SR) 20 - 60 cm + B (TG) 1 m

35

15 - 28 15 - 28 6,5 - 15 6,5 - 15

6 6 6 6

B (TG ) 1 m + S (MR) 0,8 - 1 cm CCA (SR) 0,6 - 2 m + B (TG) 1 m B (TG ) 1 m + S (MR) 2 - 75 cm CCA (SR) 40 - 150 cm + B (TG) 1 m

- 13 -


H.- Roca de calidad excepcionalmente pobre (0.001 =< Q =< 0.01).



36 1 - 2

1 - 212 12

S (MR) 10 - 20 cm S (MR) 10 - 20 cm + B (TG) 0,5 - 1 m

37 1 - 6,5

1 - 6,5 12 12

S (MR) 20 - 60 cm S (MR) 20 - 60 cm + B (TG) 0,5 - 1 m

38

10 - 20 10 - 20 10 - 20 10 - 20

12 12 12 12

CCA (SR) 1 - 3 m CCA (SR) 1 - 3 m + B (TG) 1 m S (MR) 0,7 - 2 m S (MR) 0,7 - 2 m + B (TG) 1 m

La nomenclatura de la tabla de Barton es la siguiente:

P = Presión del elemento de fortificación (Kg. /cm^2).SB = Apernado puntual. Pernos de 20 mm de diámetro. Espaciamiento en metro.B = Apernado sistemático. Pernos de 20 mm de diámetro. Espaciamiento en mt.UTG = Perno no tensado. Lechado.TG = Perno tensado. Lechado.S = Shotcrete. Espesor en cm.MR = Malla soldada.CLM = Malla de cadena.CCA = Revestimiento con arcos de concreto. Espesor en cm.SR = Marcos de acero.

Barton, cuando crea este sistema, no estaba disponible en el mercado los

pernos de fricción o Split Set ni cables de acero, pero son equivalentes a los

pernos estándares lechados de la propuesta de Barton.

- 14 -


LUZ DE AUTO SOPORTE DE BARTON.

Barton relacionó su índice de calidad de roca Q, con la razón de soporte de

la excavación (ESR) y la luz de auto soporte o luz activa, reconocida esta

última como la distancia máxima entre dos puntos de apoyo de la excavación

sin necesidad de fortificación:

LUZ (m) = 2 * ESR * Q ^0.4 , de donde:

Q = Índice de calidad de Barton.ESR = Razón de Soporte de la Excavación.

tabla 10

Tipo de roca Valor de QExcepcionalmente mala 10^-3 - 10^-2Extremadamente mala 10^-2 - 10^-1Muy mala 10^-1 - 1Mala 1 – 4Media 4 – 10Buena 10 - 40Muy buena 40 - 100Extremadamente buena 100 - 400Excepcionalmente buena 400 - 1000

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EJEMPLO DE APLICACIÓN

Se desea saber que tipo de fortificación es necesario en una excavación

subterránea permanente.

Se solicita estimar una luz máxima que podría permanecer sin fortificación.

El desarrollo es el siguiente:

Resistencia a compresión simple de la roca (dc= 60 MPa)Profundidad de la estructura subterránea: (H = 170 m)Peso específico de la roca: (27kN/m²)Anchura de la cavidad: (16m)Altura: (10m)

Ítem Descripción Valores según tablas1. Calidad de la roca Buena RQD = 85%2. Nº familia de juntas 2 Jn = 43. Rugosidad de las juntas Irregular ondulada Jr = 34.Meteorización de las juntas con arcilla Ja = 45. Presencia de agua gran flujo y altas presiones Jw = 0.33

Calculo de Q

Unico dato faltante es S.R.F.

Con dc/d1 se obtiene un valor que lo ingresaremos a la tabla 7 y obtener SRF

d1 = H x P.específico x 10^3d1 = 170 * 27 * 10^3d1 = 4,59 MPa

luego : dc = 60 MPa

Entonces: dc/d1 = 60/4,59 = 13,07

Con este valor ingresamos a la tabla 7 y obtenemos el SRF = 1

Ahora calculamos el Q

Si llevamos todos los datos valores obtenidos anteriormente a esta formula despejamos el Q, que en este caso nos da Q = 5,26

Calidad del macizo rocoso

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Con Q ingresamos a la tabla 10 y nos entrega una calidad del macizo media.

Tipo de sostenimiento a utilizar

ESR =1,6 (tabla 8; para excavación subterránea permanente)Tenemos: ancho de la cavidad =16m

Luego:

De = 16/1,6 = 10 (este es el máximo valor que toma De, en este caso)

De la tabla 9 (RELACION DE INDICE Q Y De), quedando la fortificación dentro de la categoría 19.

Luz de auto soporte de barton

La máxima luz sin fortificación que puede ser considerada para esta excavación es de:

LUZ (m) = 2 x ESR x Q ^0.4LUZ (m) = 2 x 1,6 x 5,26 ^0.4LUZ (m) = 6,22 m.

Presión sobre los hastiales

Ahora tenemos:

Como Q esta comprendido entre 0,1 y 10; la calidad Q’ de los hastíales es la siguiente:Q’ = 2,5 x 5,26 = 13,15

Y a los hastíales les corresponde el sostenimiento de la categoría 13 o sea: Bulonado local o bulones de anclaje repartido sin tensión.

Mediante las tablas de fortificación se obtendrá el sostenimiento adecuado para techo y hastíales de la cámara.

En la tabla con categoría 13 se debe analizar los otros datos como son;

RQD = 21,25 % JnDe = Ancho labor = 10 ESREn la tabla donde D.- Roca de buena calidad (10 =< Q =< 40).

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13

>= 10 >= 10 < 10 < 10

>= 1,5 < 1,5 >= 1,5

1,5

5 – 14 5 - 14 5 - 14 5 – 14

0,5 0,5 0,5

SB (UTG)B (UTG ) 1,5 - 2 m B (UTG ) 1,5 - 2 m B (UTG ) 1,5 - 2 m + S 2 - 3 cm

Techo bulones o tornillos o pernos de anclaje repartido sin tensión 1 a 1,5 m.Hastíales bulones de anclaje repartido sin tensión 1 a 1,5 m.

Separación entre bulones en áreas con hormigón proyectado.

Do como resultado 4 cm aprox. de shocrete, com pernos de 1,5 mt.

CONCLUSIONES

- 18 -

5,17

5,26


En toda faena minera es necesario hacer un análisis de mecánica de

rocas del macizo rocoso para ver la calidad de roca a la cual nos

enfrentaremos y así poder decidir de la forma más adecuada en el tipo de

fortificación a aplicar. En este trabajo se analizo todos los parámetros utilizados

por el autor Barton, aplicando todo esta teoría en un ejemplo muy practico para

poder dar un buen entendimiento y así poder actuar de una mejor forma a la

hora de enfrentar estos problemas en la vida cotidiana.

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3 informe barton

Documents

familia de juntas

juntas ocasionales

juntas visibles

juntas paralelas

espaciado de juntas

parametro jn nmero de

sfr factor de reduccin

macizo rocoso barton