Rock mass mechanical behavior assessment at the Porce III underground hydropower central, Colombia-South America

Abstract

Abstract: Experimental and analytic methods, as also the observational method, have been used to accomplish the assessment of the good quality gneissic rock mass behavior at the underground central of the Porce III hydroelectric project, in Colombia, South America. This study encompassed complementary specialized testing in the rock material and it required that the field work be extended, in order to obtain the rock mass description. The following outstanding results are emphasized: the finding of stress-strain properties for a linear elastic transversal isotropic rock material and the peak/residual Drucker-Prager failure envelopes for different foliation joints inclinations; as well as the description, classification and possible origin of the actual rock mass discontinuities. The in-situ observational process was followed, up to a relevant excavations stage of the central, and it consisted of the exposed surfaces; and in processing the data readings of the multiple position extensometers and of the superficial convergence displacement points. The data obtained in this work were useful for the calibration of the wedge and of the two dimensional stress-strain models, which were subsequently used for the assessment of the rock mass mechanical behavior at the final excavation stages, and for the verification of the stability of the observational method is an adequate procedure to monitor large opening excavations during construction, as it provides more valid facts to understand the rock mass mechanical behavior.

Resumen: La estimación del comportamiento mecánico del macizo rocoso, néisico de Buena calidad, en la central subterránea del proyecto hidroeléctrico Porce III, localizada en Colombia, Sudamérica, se logro a través de la aplicación de métodos experimentales y analíticos así como el método observacional. En este estudio se ejecutaron ensayos especializados que permitieron complementar la información sobre el material rocoso y se hicieron trabajos de campo que ampliaron la descripción del macizo rocoso del sitio. Se desataca la obtención de las propiedades de esfuerzo-deformación para el material lineal, elástico e isotrópico transversal, y la obtención de las envolventes de falla Drucker-Prager, pico y residual, para diferentes inclinaciones de la foliación del material rocoso. También se desataca la descripción, clasificación y posible origen de las discontinuidades presentes en el macizo rocoso. El proceso de observación en campo se hizo hasta una determinada etapa de las excavaciones subterráneas de la central, y consistió básicamente en reconocer, clasificar y dimensionar los bloques y cuñas falladas en la superficie expuesta, y en procesar las lecturas de datos de extensómetros de posición múltiple y de puntos de desplazamiento de convergencia superficial. Los datos obtenidos durante el desarrollo de este trabajo sirvieron para la calibración de modelos de cuñas y de esfuerzo-deformación en dos dimensiones, los cuales se emplearon posteriormente para estimar el comportamiento mecánico del macizo rocoso en las secciones excavadas terminadas y para verificar la estabilidad de los pilares que se forman en las excavaciones de la central. Los resultados obtenidos mostraron que el método observacional es un procedimiento adecuado para hacer el seguimiento a las excavaciones de grandes aberturas, ya que provee mayores argumentos para la comprensión del comportamiento mecánico del macizo rocoso.