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Mecanica de Rocas
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Clasifcación
Geomecanica del MacizoRocoso
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Los diferentes tipos de caracterización y clasificación pueden ser agrupados dela siguiente manera:
•Descriptivo La entrada de datos esta basado en descripciones.
•Numérico La entrada de parámetros esta en relación a rating.
•Heurística Basado en propiedades de la roca.
•General El sistema sirve para caracterizar.
•Funcional El sistema esta estructurado para aplicaciones especiales.
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*+alemos el mismo dialecto,
-e puede usar el e.emplo de un trio de cie'osque /an encontrado un ele%ante" 0in'uno /avisto un ele%ante pero ellos tratan de descriirlosolo por el tacto" * 1n cie'o toca la pierna) otrotoca al'o imposile de decirlo , ," *02, * 0o
discutiremos esta localización, *1sted puedeima'inarse que las cosas pueden ponerse muycon%usas si no se tiene al'o en comun que secomprenda de la misma manera,
*3ara el deate del macizo del rocoso)
deemos prevenir la con%usión,
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¿Qué es un macizo rocoso?3ara entender la naturaleza del macizo del rocoso)podemos e.ercer la analo'!a de la naturaleza de la 4tela4"
5as telas di%erentes tienen te.idos diversos o te(turas" 1nte.ido t!pico puede usarse para descriir o caracterizar taltela"
En una moda similar) caracterizamos un macizo rocosopor la presencia de un te.ido t!pico"
1na tela está compuesta de un alaeo y un te.ido)mientras el carácter del macizo rocoso es determinadopor muc/os parámetros naturales que podr!an ocurrir"
1no macizo rocoso podr!a ser caracterizado porla presencia de varias %amilias de %racturas
6.untas7 o sistemas de estructuras" Cada sistemade estructuras tiene un carácter mecánico quedeterminará cómo los loques de roca contenidadentro de estas estructuras reaccionarádi%erente para cada otro en el macizo rocoso "
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-e dee usar el sentido com8n para un nivelaceptale de %uncionailidad" *5a asura adentro,es *5a asura a%uera,
5as condiciones 'eoló'icas son muy variales) por
consi'uiente se dee /acer muc/as oservacionespara otener una comprensión del macizo rocoso"63roalemente entre 9: y ;<< oservaciones paraun dominio estructural"7 =El m!nimo :<>
uelva a visitar el área más de una vez para
califcar y comproar suposiciones"Edifque un cuadro compuesto de varias imá'enes"1sted tiene que continuar investi'ando en uscade in%ormacion que dé resultado
Usando sistemas de clasificación geomecanica para el
macizo rocoso
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La resistencia de la roca
intacta
El espaciamiento de
las fracturas
El agua subterránea
La persistencia de la fractura
La orientación de la fractura
Los esfuerzos In-situ
La densidad de fractura
del testigo (RQD)
ractura! aperatura "
condición de la superficie
El contorno (la forma) de la fractura
¿Cuales son losparámetros
más importantes?
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El comportamiento del macizo rocoso
Macizo Fracturado Pesadamente fracturado
Los esfuerzos
de magnitud baja
Los esfuerzos
de magnitud alto
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En función de ambos parámetros$ clasifica las rocas en siete tipos diferentes
3ipo Longitud libre 4m5 3iempo estable Descripción
+ 6 78 años ,ana
B 6 9 meses +lgo fracturada
* semana racturada
D ." " ;oras riable
E 8.# 78 minutos <uy friable
8.6 7 minutos De empu=e inmediato
> 8." 8 segundos uerte
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*L+,--*+*-/0 DE 2+B*E?-*,
Desarrollada por el autor$ como base para el 0uevo <@todo +ustriaco de3uneleria 40.+.3.<.5 $ su empleo esta bastante difundido en +lemania$ +ustria y rancia. Esta clasificación recoge las e%periencias obtenidas en la
construcción de t(neles$ donde la masa rocosa presenta diversos gradosde oposición al avance de la e%cavación del t(nel$ y se ;ace necesarioefectuar su correspondiente sostenimiento$ en terrenos muy dif'ciles$e=ecutar m@todos de e%cavación parcial$ con el consiguiente tipo desostenimiento.
Este tipo de clasificación tiene un valor importante$ cuando se e=ecutane%cavaciones de gran sección$ mayores a los "8 metros cuadrados.
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El !ndice de desi'nación de calidad de la
roca 6RQ#7
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RQDRQD
#$u% nosotros &amos a cuantificar les parámetros obtenidos en el modelo
geológico'
RQD Llamado tambin calidad de roca (Roc Qualit" Design) se obtiene de
testigos de perforación diamantina'
*e define + RQD , *uma 'long ..mm'Long' taladro
RQD, /0.01020. 3 ..4
..
RQD , 54
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/ . 6 1 .
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Clasifcación RMR de Bieniawski de 1976
BieniaAsi ;a ;ec;o varios cambios a las valoraciones usadas en su clasificacion4!C$!C6$!C9$!C! y !#!.
1n granito ligeramente intemperizado tiene un -* de C <a$ un 2D de C8F$ =untas rugosas$ separacion menor de mm y espaciadas a 88 mm. Los valoresdel 2<2 usando tablas de los años indicados sera:
!C !C6 !C9 !C! !#!
2<2 C9 C6 C" C8 C"
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2<2 C9 G #.<enores a este valor se usara el valor del H
>,- I 2<2 C9
2<2 #!G 7. <enores a este valor se usara el valor del H
>,- I 2<2 #! )"
Q’ = (RQD/Jn) % 4Jr J Ja5
Este valor de Q’ puede ser utilizado para estimar el valor de GSI a partir de:
GSI I !Ln Q’ K 66
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DI7E8*I98 EQUI:#LE8;E
Es la relación e3istente entre anc<o o altura de la e3ca&ación entre el E*R
D'E',#nc<o o altura
E*R
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alores emp!ricosde al'unas clasifcaciones 'eomecanicas
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*ostenimiento permanente en la pared
Un mtodo emp%rico de modificar los estimados del sostenimiento de tec<os! es
multiplicar la calidad de la masa rocosa Q por un factor $ue &ari de a /! para
determinar el sostenimiento de paredes mineras! el resultante factor de pared Q= esutilizado en lugar de Q
Rango de Q actor de pared Q=
Q>. /'. Q
.'<Q <. 2'/ Q
Q<.' '. Q
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Abiertos máximos de las excavaciones
7á3ima abertura sin sostenimiento,2>E*R>Q.'1
R7R(sin sostenimiento),22>Ln(DE)02/
#nc<o má3imo sin sostenimiento,E*R>e3p((R7R-2/)?22)
E@emplo+ Utilizando el sistema Q " E*R,A(abiertos temporales) " Q,'B
#bierto má3imo,2>A>!B.'1,6'5 m'
Utilizando el RMR ! anc<o de e3ca&ación,5 m! E*R,A(abierto temporal) DE,5?A,2
R7R(sin sostenimiento),22>Ln(2)02/,1.'
Cara R7R,1/ " considerando lo anterior #nc<o ma3imo,A>e3p((1/-2/)?22),6'1 m
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Cara el caso de sostenimiento de las paredes! el uso adecuado de la Dimensión
e$ui&alente (DE) es e&aluado en trminos de altura total de la e3ca&ación' (altura?E*R es
diferente a altura de la pared?E*R)
E@emplo de sostenimiento permanente en tec<os " paredes' Rampa seccion 1>A'/
7asa rocosa con dos sistemas de @untas mas aleatorios! RQD,1/! Q,.'B'
Q=,2'/>Q . 2'/>.'B,2'. E*R,'5'DE,1?'5,!"(tec<o)! A'/?'5,!#$(pared)
Del grafico de sostenimiento Q,.'B " DE,2'/! sostenimiento es el numero 2/' la
recomendacion seria sostenimiento para el tec<o! empernado sistemático de 6 pies de
longitud!espaciados m mas s<otcrete con malla de refuerzo de 2 pulgadas'
Q=,2 " DE,2'' 8o re$uiere sostenimiento! solo esporádico
*ostenimiento temporal' ;a@eo de 1>5 " masa rocosa con dos sistemas de @untas mas
aleatorias! RQD,1.'
Q,.'2 R7R e$ui&,A. (R7R,LnQ011)
Q=,2'/>Q,2'/>.'2,.'/2/! E*R,A (e3ca&ación temporal)
DE,1?A,'AA(tec<o) DE,5?A,2(pared)
Del grafico de sostenimiento para Q,.'2 " DE,'AA el numero de sostenimiento es 2
para el tec<o! siendo RQD?Fn,1.?5,5'56
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Luego el sostenimiento para el tec<o será empernado sistemático con pernos de 6 pies
espaciados cada m mas s<otcrete de G a 2G de espesor'
Cara Q=,.'/2/ " DE,2 del grafico de sostenimiento el numero elegido será el 2/ " la
recomendación seria empernado sistemático de 6 pies! espaciados '/ m mas s<otcrete de
G a 2G'
%tro m&todo de estimar el sostenimiento tem'oral( es seleccionar una categor)a de
sostenimiento*# a +,- mas 'r.xima a la diagonal de ning/n sostenimiento!
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2/* ,321*312E 2+3-0> 42,25
?ic;an 4!C75$ describio un metodo cuantitativo para describir la calidadde una masa rocosa y para seleccionar el sostenimiento apropiado enbase a la clasificacion Maloracion Estructura 2ocosa.
<uc;os de los casos ;istoricos utilizados en el desarrollo de este sistema
furon tuneles relativamente pe&ueños sostenidos por medio de arcosmetalicos.
La importancia del sistema 2,2$ en el conte%to de esta discusion$ es &ueintroduce el concepto de valoracion de cada uno de los componenteslistados aba=o para llegar a ser un valor numerico de 2,2I+KBK*
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. El Indice de Resistencia Geológica GSI de Hoek !arinos "#$$$%
En el criterio original se consideran 9 categor'as de masas rocosas$ peropara el presente se ;an considerado " categor'as$ para compatibilizar este
criterio con el criterio 2<2.
El Nndice de 2esistencia >eológica >,- considera dos parámetros: lacondición de la estructura de la masa rocosa y la condición de la masarocosa.
. La estructura de la masa rocosa considera el grado de fracturamiento o lacantidad de fracturas 4discontinuidades5 por metro lineal$ seg(n esto$ las "categor'as consideradas se definen as':
<asiva o Levemente racturada 4L5<oderadamente racturada 45<uy racturada 4<5
-ntensamente racturada 4-53riturada o brec;ada 435
7. La condición de la masa rocosai l l i t i d l i t t
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involucra a la resistencia de la roca intactay a las propiedades de las fracturas:resistencia$ apertura$ rugosidad$ relleno yla meteorización o alteración. ,eg(n esto$
las " categor'as consideradas se definenas':<asa rocosa <uy Buena 4<B5<asa rocosa Buena 4B5<asa rocosa 2egular 425<asa rocosa <ala 4<5
<asa rocosa <uy <ala 4<<5*omo e=emplo de aplicación de estecriterio$ consideramos una roca en dondela punta de la picota puede indentarseprofundamente al golpear con @sta$correspondi@ndole una resistencia muy
ba=aO si sus fracturas están muy abiertascon relleno de arcillas blandas$ sucondición será la de <uy <ala. ,i estaroca tuviera 8 fraturasJmetro$ suclasificación seg(n el >,- será:<oderadamente racturada y <uy <ala
4J<<5.
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a5 La estructura de la masa rocosa considera el grado de fracturamiento o la cantidad
de fracturas 4discontinuidades5 por metro lineal$ seg(n @sto$ las " categor'asconsideradas se definen as':
<asiva o levemente fracturada 4L5<oderadamente fracturada 45
<uy fracturada 4<5-ntensamente fracturada 4-5
3riturada o brec;ada 435
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b5 La condición de la masa rocosa involucra a la resistencia La condición de la masarocosa involucra a la resistencia de la roca intacta y a las propiedades de las fracturas:resistencia$ apertura$ rugosidad$ relleno y la meteorización o alteración. ,eg(n esto$ las" categor'as consideradas se definen as':
<asa rocosa <uy Buena 4<B5<asa rocosa Buena 4B5<asa rocosa 2egular 425
<asa rocosa <ala 4<5<asa rocosa <uy <ala 4<<5
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&enta'as limitaciones del R!i
)<e=ora significativamente el uso de datos geológicos
),e puede usar fácilmente para establecer estimaciones groseras$disponiendo solo de una información básica.
)Es un m@todo bastante cómodo a la ;ora de establecer comparaciones eintercambio de información de diferentes puntos o zonas.
)/frece un sistema de caracterización del macizo rocoso bastante (til eningenieria.
)*ubre un espectro muy amplio en cuanto a macizos rocosos.)El rango y tipos de macizos rocosos se pueden clasificar mediante el 2<i.
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METODO GRAFICO DE ESTABILIDAD
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N ’ = Q ’ x A x B x C
ME D G F DE E L D D
Donde : Q ’ Es el Indice de Calidad Tunelera Q modific A Es el factor de esfuerzo en la roca B Es el factor de ajuste por orientación d C Es el factor de ajuste gravitacional
FACTORES :N ’ = Número de esta!"!dad mod!#!$ado
S = Fa$tor de #orma o rad!o %!draú"!$o
DETERMINACION DE Q’
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Q ’ = RQD &' n x ' r&' a
DATOS DE CAM(O:RQD= )*+ , -.+
' n = ./ 0* s!stemas de 12ntas m3s 12ntas a"eator!as4
' r = .5) 0'2ntas "!6eramente r26osas7
' a = 8,- 0'2ntas "!6era a moderadamente !ntem9er!
C2adro .
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Ubicaci.n Q'
0aja tec1o *Aren)scas Fm!Farrat- #!#
Mineral *23arn- #!#
0aja 'iso *0alizas Fm! Paria1uanca- #!4
;a"ores de Q’
DETERMINACION DEL FACTOR ESF<ERO
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EN LA ROCA >A?
(ara $& . @ / : A = 5.
(ara / @ $& . @ . : A = 5../) 0 $& 5./)
(ara $& . . : A = .5 $ = Res!sten$!a $om9res!a no $on#!nada de "a ro$a!nta$ta
. = Es#2ero !nd2$!do 9ara"e"a a "a $ara ex92esta de"
ta1eo
> ?
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.
.
.'2
.'1
/
.'B
.'5
'.
. /
c
a c t o r d e e s f u e r z o e
n l a r o c a #
Relación resistrencia unia3ial a esfuerzo inducido
FACTOR DE ESF<ERO >A?
C2adro /
(ar3metros de res!sten$!a de "a ro$a !nta$ta
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Ubicaci.n 2igma c 5 MPa mi
0aja tec1o *Aren)scas Fm!Farrat- $6 #
Mineral *23arn- #66 #+
0aja 'iso *0alizas Fm! Paria1uanca ##6 #7
(ar3metros de res!sten$!a de "a ro$a !nta$ta
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Roca RMR Densidad mu 2u md 2d Mod! Def! R! Poisson
M89m+ x #65+ x #657 : 5MPa v
0aja tec1o 7+ 6!6; #!";4 #!";4 6!6" 6!4" ;(466 6!"
Mineral 77 6!6+" #!4"$ #!4"$ 6!+, 6!,, 4(666 6!"
0aja 'iso 7; 6!6; !6+" !6+" 6!$" #!+ 4($66 6!"
C2adro *
(ro9!edades de "a masa ro$osa
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:sfuerzo in5situ MPa
2igma v "!66
2igma 1 +!66
0onstante 3 6!;
C2adro 8
Es#2eros !n,s!t2
CONTORNOS DE ESF<EROS (RINCI(ALES MAIM
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C2adro -
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Re"a$!ones $& .
Longitud de <ajeo <ec1o del <ajeo 0aja <ec1o del <ajeo
*metros-
#6 #;!;4 !"6
6 6!66 #,!66
" "!66 !"6
Como $& . es . enton$es A=.
DETERMINACION DEL FACTOR A'<STE(OR ORIENTACION DE LAS '<NTAS >B?
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Cuente rocoso
;a@eo
abierto
(OR ORIENTACION DE LAS '<NTAS B
nta$!n de "a d!s$ont!n2!dad $rt!$a $on res9e$to a "a s29er#!$!e de ex$a
Fa$tor de a12ste >B?
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Diferencia en rumbo.H
5.H
1/H
A.H
1.. 2.. A. /. 5. 6. B. ..
.'
.'2
.'1
.'A
.'5
.'/
.'B
.'6
'.
.'
a c t o r d e a @ u s t e p o r o
r i e n t a c i ó n I
la @unta critica " la superficie del ta@eo
Diferencia relati&a de buzamiento entre
C2adro H
!s$ont!n2!dades $rt!$as a"ores de >B
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!s$ont!n2!dades $rt!$as a"ores de B
Ubicaci.n 2istemas de Diferencia en Diferencia en Factor B
Discontinuidad= el Rumbo >uzamiento
0aja tec1o del tajeo # 6 6 6!+
<ec1o del tajeo 4 6 +$ 6!+
Paredes del tajeo #, 6!
Nota( ")% &er estereograma.
DETERMINACION DEL FACTOR A'<STE(OR EFECTOS DE LA GRA;EDAD >C?
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(OR EFECTOS DE LA GRA;EDAD C
MODOS DE FALLAS :
.5, Cadas 9or 6raedad "a1am!entos
C = J , - Cos 0 A"#a 7 F!65 .
/5, Des"!am!entos
F!65 /
F!65 .
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6.-..
A
2
.
-
6
5
/
1
B
1.2. A. 5./. E.B.
Inclinación de la superficie del ta@eo
( J a i d a s p o r g r a &
e d a d " l a @ a m i e n t o )
a c t o r d e a @ u s t e p o r g r a & e d a d J
Ja%das
*uperficie
del ta@eo
La@amiento
Fa$tor de a12ste >C?K 9ara $adas de 6raedad "a1am!entos
F!65 /
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5.-.
.
-
2
.
A
1
/
5
6
B
2. A. /.1. E.6. B.
Deslizam'
a c t o r d e a @ u s t e p o r g r a & e d a d J
( D e s l i
z a m i e n t o )
Inclinación de la @unta cr%tica
Fa$tor de a12ste >C?K 9ara #a""a 9or des"!am!ento
;a"ores de" #a$tor de a12ste >C?
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;a"ores de" #a$tor de a12ste C
TECO DEL TA'EO :
Cadas 9or 6raedad C=/
CA'A TECO DEL TA'EO :
La1am!entos o 9andeam!entos C=)58-
(AREDES DEL TA'EO :
Fa""as 9or des"!am!entos C=85
A(LICACION DEL METODO
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Ubicaci.n Q' A > 0 N'
<ec1o del tajeo #!# #!6 6!+ !6 6!4
0aja tec1o del tajeo #!#6 #!6 6!+ "!7; #!,6
C2adro J
Número de esta!"!dad N’
GRAFICO DE ESTABILIDAD
...
Gr3#!$o de esta!"!dad
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.'.
.'/
.'2
/
2
/ .
.
2.
..
/.
/..
2..
2./ 2/
Radio <idráulico * - mt
8 K m e r o
d e e s t a b i l i d a d 8 L
M98# DE NU8DI7IE8;9
M98# E*;#LE
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C2adro
Rad!o %!dr32"!$o >S?
Ubicaci.n :stable sin sost! <ransici.n sin sost! :stable con sost!
<ec1o del tajeo !,6 !, 5 7!# 7!# 5 4!#
0aja tec1o del tajeo +!76 +!7 5 "! "! 5 ,!"
Area de "a s29er#!$!e ana"!ada
(ermetro de "a s29er#!$!e ana"!adaRad!o !draú"!$o =
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C2adro .
Caso rad!o %!dr32"!$ote$%o de ta1eo
Potencia del cuer'o mineralizado Dimensi.n en el rumbo del cuer'o *metros=-
*metros- <ajeo :stable <ransici.n sin sost! <ajeo con 2ost!
#6 #+ #+ 5 7" ?7"
#" $ $ 5 #, ?#,
6 , , 5 #7 #7 5 7$
" 4 4 5 # #+ 5 ++Nota ( ")% *as ci+ras est,n redondeadas
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C2adro ..
Caso rad!o %!dr32"!$o$a1a te$%o de ta1eo
Altura del tajeo Dimensi.n en el rumbo del cuer'o *metros=-
*metros- <ajeo :stable <ransici.n sin sost! <ajeo con 2ost!
++ ,!" ,!" 5 #"!6 #"!6 5 +7!6
Nota ( ")% Se toma como -uamiento del cuerpo /0o
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Potencia del cuer'o mineralizado Altura Dimensi.n en el rumbo del cuer'o*metros- *metros- *metros-
#6 ++ #"
#" ++ #"
6 ++ #7
" ++ #
C2adro ./
D!mens!ones m3x!mas de "os ta1eoss!n sosten!m!ento s!stem3t!$o
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Ubicaci.n S RQD/Jn/S Densidad de cables
*metros- *cables9m-
<ec1o #6= +!,; #!" 6!#4 5 6!+6
<ec1o #" "! 6!$+ 6!6 5 6!+
<ec1o 6 ;!$ 6!44 6!# 5 6!+7
<ec1o " 4! 6!;4 6!+ 5 6!+;0aja tec1o ,!+4 6!"+ 6!7 5 6!+4
8ota@ *=- <ec1o #6( 6( etc! significa tec1o de tajeo en cuer'o de #6( 6( etc! metros de 'otencia8ota@ *==- <odos estos cálculos corres'onden a una dimensi.n de +7 m! en el rumbo del cuer'o!
C2adro .*
D!seo de" sosten!m!ento