barton marcelo rojas

Universidad de AtacamaFacultad de IngenieríaDepartamento de Minas

CLASIFICACION GEOMECANICA DE LAS ROCASSegún BARTON

PROFESOR:Rafael Fonseca

ALUMNO:MARCELO ROJAS BARRAZA

Asignatura de fortificación de minas

2

INDICE

INTRODUCCION……………………………………………………………………3

OBJETIVOS………………………………………………………………………….4

Alcances de las clasificaciones geomecanicas….…………………………………………………………………...5

CLASIFICACIONES antiguas…..………………………………………………………………………….6

Clasificaciones modernas…………..………………………………………………………………..7

Marco teorico según barton….…………………………………………………………………………….11

Ejercicio n° 1 de fortificación según barton….……………………………………………………………………………..27

Ejercicio n° 2 de fortificación según barton….……………………………………………………………………………..31

CONCLUSIONES………………………………………………………………….35

INTRODUCCION

MARCELO ROJAS BARRAZA Fortificación

3

La Fortificación de minas es un tema complejo y crítico dentro de la minería subterránea, tanto por su condición de elemento de protección para trabajadores y equipos, como su importancia económica en los costos de operación. Desde las artesanales y primitivas faenas extractivas –hace miles de años atrás- hasta nuestros días, se han desarrollado de modelos matemáticos y de software, la creación de moderno instrumental para la toma de datos, etc. han contribuido notablemente a mejorar la calidad de los diseños y, en consecuencia, la seguridad de faenas.

El comportamiento del macizo rocoso resulta difícil de predecir, pues junto a la dinámica propia de operaciones debe adicionarse una infinidad de variables que condicionan su actuación como la tectónica local y regional, accidentes geológicos, presencia de aguas, vibraciones por tronadura, influencia de faenas vecinas o anteriores, etc., y los errores de apreciación o diseños ya señalados de los propios mineros.

En el presente trabajo, se pretende dar a conocer una técnica del Instituto Noruego de Geotécnica propuesta por Barton, Lien y Lunde basadas en una gran cantidad de casos de estabilidad en excavaciones subterráneas.

OBJETIVOS

Los servicios que prestará el Diseño de Fortificación al proyecto global,

deben satisfacer los siguientes objetivos:


4

Proporcionar un lugar de trabajo seguro para el personal que

labora al interior del túnel en este proyecto.

Garantizar esta seguridad ante cualquier tipo de roca que se

encuentre en el desarrollo de la labor.

Las fortificaciones se deberán diseñar e instalar de forma tal,

que la sección terminada libre sea la definida para cada

labor.

Diseñar la fortificación – según el tipo de roca -:

Con pernos.

Con pernos y malla.

Con pernos, malla y shotcrete.

Con marcos de acero.

ALCANCES DE LAS CLASIFICACIONES GEOMECÁNICAS

Existen varias Clasificaciones Geomecánicas creadas por autores como: Protodyakonov, Bieniawski, Laubscher and Taylor, Barton, etc., que determinarán la calidad del macizo rocoso, cuya finalidad es dividir al macizo rocoso en dominios estructurales.

Cada uno de ellos tendrán características similares, como: Litología, espaciado de juntas, entre otros. Los límites de un dominio estructural pueden coincidir con rasgos geológicos, tales como fallas o diques.

En el presente informe se hará un análisis de la calidad de la roca para elegir un tipo de sostenimiento, basado en las fórmulas y tablas propuestas por el autor Barton.

EL SOSTENIMIENTO DE TÚNELES BASADO EN LAS CLASIFICACIONES GEOMECÁNICAS

CLASIFICACIONES ANTIGUAS

Terzaghi (1946)


5

clasifica el terreno en diez categorías y proporciona la carga de la roca o tensión vertical que soportarían las cerchas de un túnel construido por procedimientos tradicionales.

Lauffer

Baso su clasificación en los trabajos de la escuela austraca que condujeron a la a la introducción del NATM . Introdujo el concepto de de tiempo de estabilidad de la escavacion de una luz o dimensión libre sin sostener . Es la relación entre ambas variables (luz libre y tiempo de estabilidad) la que permite establecer 7 categorias .

Deere Et Al (1967)

A partir de la definición del índice de la calidad roca RQD propuesto por Deere en 1964 , se propone una simple clasificación de la calidad de la roca en cinco categorías . la definición de RQD , la clasificación de la roca ,la relación entre el factor de carga de terzaghi y el RQDy la propuesta de Merrit (1972) para decidir el tipo de sostenimiento dependiendo del RQD .

RSR (Rock Structure Ratio) (Wickham,Tiedemann and Skinner,1972)

La propuesta del indice RSR en 1972 fue un avance importante en la clasificacion del macizo rocoso . Por primera vez se construia un índice a partir de datos cuantitativos de la roca . Era pues , un sistema completo con menos influencia de aspectos subjetivos . Se calculaba sumando tres contribuciones (A , B y C) relacionados con aspectos geológicos generales (A), fracturación y dirección del avance (B) y condiciones de agua y de las juntas (C)

CLASIFICACIONES MODERNAS

Sistema RMR (Bieniawski 1973, 1989)

En este sistema el índice RMR se obtiene como suma de cinco

números que son a su vez función de:

• la resistencia a compresión simple de la roca matriz

• RQD


6

• espaciamiento de las discontinuidades

• condición de las discontinuidades

• condición del agua

• orientación de las discontinuidades

El sistema RMR está sintetizado en la y en el conjunto de gráficos

de apoyo a la clasificación original que permiten hacer continuas

algunas de las "ventanas". Una vez que se obtiene el RMR básico (un

número entre 0 y 100), Bieniawski propone ajustarlo en función de la

relación entre la orientación del túnel y de las discontinuidades.

La definición de las condiciones "muy favorables" a "muy

desfavorables" unas recomendaciones inicialmente propuestas en el

sistema RSR. La clasificación RMR proporciona también la calidad global

de la roca, que se agrupa en cinco categorías y una indicación del

tiempo de estabilidad de una excavación libre (concepto original de

Lauffer) de la cohesión de la roca y de su ángulo de fricción

Sistema Q (Barton, Lien y Lunde, 1974)

El índice Q se obtiene mediante la siguiente expresión:

donde, además del RQD, se introducen los parámetros siguientes:

• Jn parámetro para describir el número de familias de

discontinuidad

• Jr parámetro para describir la rugosidad de las juntas

• Ja parámetro para describir la alteración de las juntas

• Jw factor asociado al agua en juntas

• SRF factor asociado al estado tensional (zonas de corte, fluencia,

expansividad, tensiones “in situ”)

La asociación de factores permite dar un sentido físico a cada uno de

ellos:


7

• Jn/RQD representa el tamaño del bloque medio.

• Ja/Jr reúne términos de rugosidad, fricción y relleno de las juntas

y representa la resistencia al corte entre bloques.

• Jw/SRF combina condiciones de agua y tensión y, por tanto,

puede representar una tensión activa o eficaz.

COMPARACION ENTRE LOS METODOS DE CALIFICACION Y CLASIFICACION GEOTECNICA

Parámetro geotécnicoSistema de Clasificación Geotécnica

Bieniawski(1976)RMR

Barton et al.(1974)

Q

Laubscher(1994)

Q

Hoek et al.(1995)

GSI

Resistencia de la roca

intacta

σciSi

(0-15)Si (SFR) (+)

(1 a 10)

Si ( IRS)(1 a 20)

σti

Características del macizo

rocoso

RQDSi

(3 a 20)Si

(0 a 100)

FFSi (*)

(0 a 40 )

Grado de biocosidad

Si (según una

descripción cualitativa)

Sistemas estructurales presentes en

el macizo rocoso

Numero de sistemas

Si (Jn)(0.5 a 20)

Si (*)(0 a 40 )

s Si(5 a 30)

Orientación de las

estructuras

Si (como factor de ajuste o corrección)

Si(escoge el

sistema más desfavorable)

Si(como factor de ajuste o corrección)

Condición de las estructuras

Sinuosidad (escala mayor)

Si

0 a

25

Si

4 a

20

Si (según una

descripción cualitativa)

Rugosidad (escala menor)

Si Si ( Jr)(0.5 a 5 )

Si

Alteración de la roca de

cajaSi

Si ( Ja)(0.75 a 20)

Si

Tipo de relleno Si S

iApertura (espesor) Si

Persistencia Si


8

continuidad

Condiciones de esfuerzos Si (SRF) (+)(1 a 10 )


Condición de aguas Si(0 – 10 )

Si ( Jw)(0.05 a 10)

Si (al calificar la cond. De las estructuras)

Daño por tronadura

Si(como factor de ajuste o corrección

propuesto por Romana)


Presenta sugerencias al

respecto

ESCALAS DE CALIFICACION DE LOS METODOS DE CLASIFICACION GEOTECNICAÍndice Rango Clase Calidad geotécnica Método

RMR

0 a 20 V Muy mala Bienawski (1973, 76, 79

desarrollado en África del sur para tuneles

(Romana (1980) lo adapta al caso

de taludes

21 a 40 IV Mala

41 a 60 III Regular

61 a 80 II Buena

81 a 100 I Muy buena

RMR

0 a 105

BMuy mala

Laubscher (196, 90,94),

desarrollado en África del Sur

como una modificación del

método de Bienawski para ser aplicado a la

minería subterránea

(Haines (1980) lo adapta a rajos).

11 a 20 A21 a 30

4B

Mala31 a 40 A41 a 50

3B

Regular51 a 60 A61 a 70

2B

Buena71 a 80 A81 a 90

1B

Muy buena91 a 100 A

GSI

0 a 20 V Muy mala Hoek et al. (1995),

desarrollado para evaluar la

resistencia del macizo rocoso

21 a 40 IV Mala41 a 60 III Regular61 a 80 II Buena

81 a 100 I Muy buena

Q

< 0.01 Excepcionalmente mala Barton et al. (1974),

desarrollado en los países

escandinavos para túneles y cavernas en

rocas competentes

0.01 a 0.1

Extremadamente mala

0.1 a 1 Muy mala1 a 4 Mala

4 a 10 Regular 10 a 40 Buena

40 a 100 Muy buena 100 a 400

Extremadamente buena

400 a Excepcionalmente buena


9

1000

CLASIFICACION GEOMECANICA DE LAS ROCAS SEGÚN BARTON

Barton utiliza como parámetro el índice de calidad “Q” (llamado también Calidad tunelera), que da una estimación de la calidad del macizo rocoso, 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. Detalle de cada uno de los parámetros que se utilizará en la ecuación de Q

RQD, designación de la calidad de la roca. Tabla 1

El RQD, se obtiene de los testigos de los sondajes, los cuales son

analizaos de la siguiente manera:

De las bandejas donde viene el testigo de terreno, se miden los trozos

mayores de 10 cm, los cuales, de contabilizan y se ingresan en una


10

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.

Jn, número de juntas en la roca

El parámetro Jn, 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

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


11

Ja, numero de alteraciones de las juntas.

Tabla 4


12

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


13

roca puede convertirse en factor, tal que el cociente de dt/dc, defina la

estabilidad de la roca.

Tabla 6


14

Tabla 7


15

INFORMACION PREVIA

En el caso de 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. Como se ha dicho anteriormente

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


16

permitir cierto grado de inestabilidad Barton da los siguientes valores supuestos para ESR:

Tipo de excavación.

Tabla 8

RELACION DE INDICE Q Y DeLa 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.


17

Tabla 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)


18

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).



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


19

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).



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


20

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

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


21

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

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.


22

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.

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

EJERCICIO N° 1 DE FORTIFICACION SEGÚN BARTON


23

Se desea saber que tipo de fortificación es necesario en una

excavación subterránea provicional.

Se solicita estimar una luz máxima que podría permanecer sin

fortificación.

El desarrollo es el siguiente:

Resistencia a compresión simple de la roca (dc= 50 MPa)Profundidad de la estructura subterránea: (H = 195 m)Peso específico de la roca: (30kN/m²)Anchura de la cavidad: (14m)Altura: (9m)Tipo de excavación: provicional

Ítem Descripción Valores según tablas1. Calidad de la roca mala RQD = 40%

2. Nº familia de juntas 3 Jn = 93. Rugosidad de las juntas discontinuas Jr = 44.Meteorización de las juntas

con limos Ja = 3

5. Presencia de agua Fluencias y presiones excesivamente altas y continuas

Jw = 0.08

El RQD se calculo de la tabla 1El Jn se busco en la tabla 2El Jr sacado de la tabla 3El Ja hallado en la tabla 4El Jw con la descripción se encontró el valor en la tabla 5

Calculo de Q

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 = 195 * 30 * 10^-3d1 = 5,85 MPa

luego : dc = 50 MPa

Entonces: dc/d1 = 50/ 5,85= 8,56


24

Con este valor ingresamos a la tabla 7 y obtenemos el SRF esta entre 0,5 – 2 asi que tomamos un valor medio de 1,25

Ahora calculamos el Q

Q = (40*4*0,08)/(9*3*1,25)

Si vemos todos los datos valores obtenidos anteriormente a esta formula despejamos el Q, como lo obtenido en este caso nos da Q = 0,38

Calidad del macizo rocoso

Con Q ingresamos a la tabla 10 y nos entrega una calidad del macizo rocoso muy mala.

Tipo de sostenimiento a utilizar

ESR esta entre el 3 – 5 asi que tomamo un valor promedio que es 4 (tabla 8; para excavaciones mineras provisionales)Tenemos: ancho de la cavidad =14m

Luego:

De = 14/4 = 3,5 (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 30.

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 4 x 0,38 ^0.4LUZ (m) = 5,43 m.

RQD/Jn = 40/9 = 4,44 Jr/Ja = 4/3 = 1,33


25

Por medio del valor de Q se puede utilizar la sgte tabla para encontrar la fortificación mas adecuada 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


30

>= 5 < 5

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

3 3 3


31

> 4 =< 4 ; > 1

< 1,5

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

3 3 3


32

20 - 34 11 - 20 11 – 34

3 3 3


Con esta table podremos encontrar el tipo de sostenimiento mas adecuado para la fortificación hay que seguir los sgtes pasos :

- Ingresar primero con la categoria ( casos ) que nos dio 30

- Analizar la relacion de RQD / Jn el cual nos dio menor a 5

- Analizar la relación de Jr / Ja pero en este caso da lo mismo

- Analizar con el De el cual es 3,5 mts el cual esta en el rango de 2,2 – 6 .

- y por ultimo esta el peso especifico que es 3 kg/mts^2

al final obtenemos los tipos de fortificación los cuales son


26

- shocrete con un espesor que puede ser de 5 – 7,5 centimetros con malla soldada .

- Apernado sistemático. Pernos de 20 mm de diâmetro com pernos no tensados con lechada , el espaciamiento de los pernos es de 1 metro mas shocrete con un espesor que puede estar entre 5 – 7,5 centimetros puestos com malla soldada .

EJERCICIO N° 2 DE FORTIFICACION SEGÚN BARTON

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= 50 MPa)Profundidad de la estructura subterránea: (H = 195 m)Peso específico de la roca: (30kN/m²)Anchura de la cavidad: (14m)Altura: (9m)Tipo de excavación: permanente

Ítem Descripción Valores según tablas1. Calidad de la roca mala RQD = 40%

2. Nº familia de juntas 3 Jn = 93. Rugosidad de las juntas discontinuas Jr = 44.Meteorización de las juntas

con limos Ja = 3

5. Presencia de agua Fluencias y presiones excesivamente altas y continuas

Jw = 0.08

El RQD se calculo de la tabla 1El Jn se busco en la tabla 2El Jr sacado de la tabla 3El Ja hallado en la tabla 4El Jw con la descripción se encontró el valor en la tabla 5

Calculo de Q

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 = 195 * 30 * 10^-3


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d1 = 5,85 MPa

luego : dc = 50 MPa

Entonces: dc/d1 = 50/ 5,85= 8,56

Con este valor ingresamos a la tabla 7 y obtenemos el SRF esta entre 0,5 – 2 asi que tomamos un valor medio de 1,25

Ahora calculamos el Q

Q = (40*4*0,08)/(9*3*1,25)

Si vemos todos los datos valores obtenidos anteriormente a esta formula despejamos el Q, como lo obtenido en este caso nos da Q = 0,38

Calidad del macizo rocoso

Con Q ingresamos a la tabla 10 y nos entrega una calidad del macizo rocoso muy mala.

Tipo de sostenimiento a utilizar

ESR es 1,6 (tabla 8; para excavaciones mineras permanentes)Tenemos: ancho de la cavidad =14m

Luego:

De = 14/1,6 = 8,75 (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 30.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 0,38 ^0.4LUZ (m) = 0,49 m.


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RQD/Jn = 40/9 = 4,44 Jr/Ja = 4/3 = 1,33

Por medio del valor de Q se puede utilizar la sgte tabla para encontrar la fortificación mas adecuada

H.- Roca de calidad muy mediocre 2 (0.1 =< Q =< 0.4). CASOS RQD / Jn Jr / Ja De P

(Kg / cm^2)Sostenimiento Recomendado

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> 5 =< 5

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

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

3 3 3


30

>= 5 < 5

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

3 3 3


31

> 4 =< 4 ; > 1

< 1,5

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

3 3 3


32

20 - 34 11 - 20 11 – 34

3 3 3



29

Con esta table podremos encontrar el tipo de sostenimiento mas adecuado para la fortificación hay que seguir los sgtes pasos :

- Ingresar primero con la categoria ( casos ) que nos dio 31

- Analizar la relacion de RQD / Jn el cual nos dio mayor a 4 .

- Analizar la relación de Jr / Ja pero en este caso da lo mismo

- Analizar con el De el cual es 3,5 mts el cual esta en el rango de 4 a 14,5 .

- y por ultimo esta el peso especifico que es 3 kg/mts^2

al final obtenemos los tipos de fortificación los cuales son

- Apernado sistemático. Pernos de 20 mm de diâmetro com pernos tensados con lechada , el espaciamiento de los pernos es de 1 metro mas shocrete con un espesor que puede estar entre 5 – 12,5 centimetros puestos com malla soldada .

CONCLUSIONES

El método de barton es muy eficaz y usado actualmente para seleccionar una fortificación también lunde , este método cumple con las exigencias de hoy en dia aunque estén mas altas en cuanto a seguridad se habla , con este método podemos seleccionar el tipo de sostenimiento mas adecuado y da mas seguridad que los métodos de clasificación antiguas .

En este informe se selecciono un tipo de sostenimiento de fortificación utilizando barton y se analizaron dos casos en el mismo túnel para un sostenimiento provisional y otro permanente el cual la categoría vario en la tabla 8 ya que en excavación provisional quedo en la 30 y en excavación permanente quedo en la 31, obviamente dio tipos de sostenimientos distintos , también la distancia de luz que podían tener en el sostenimiento provisional fue mucho mayor que el del permanente .

También se puede concluir que en un sostenimiento provisional que tenga el RQD bueno o excelente no es necesario sostenimiento, a menos que la fluencia y las presiones sean excesivamente altas , lo que influye al tener que colocar un tipo de sostenimiento .


30

Y en el tipo de sostenimiento permanente si el RQD es muy malo la excavación puede llegar a denominarse túnel inestable a menos que la fluencia y las presiones sean bajas o el RQD no sea tan bajo .

También el numero de familias de juntas o su tipo tiene gran importancia en la selección del tipo de sostenimiento ya que si el numero de juntas es elevado en una excavación minera permanente puede denominarse túnel inestable y si son pocas en una excavación minera provisional puede que no necesite un sostenimiento.


barton marcelo rojas

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