GUÍA BÁSICA PARA LA IDENTIFICACIÓN DE LOS PRINCIPALES TIPOS DE ROCAS DE APLICACIÓN EN LA INGENIERÍA C OMPOSICIÓN QUÍMICA U ltrabásicas < 45% SiO2
Básicas 45% 74≅m
ARENISCAS predominan granos de cuarzo redond os
Pelitas Clasto s < 74≅m
LIMOL IT AS 74≅m > Clastos > 4≅m
ARCILIT AS Clastos < 4≅m
LUT IT AS son LIMOL ITAS con planos de fisilidad
Formad as po r precipitación química de minerales disueltos por el agua
CALIZ AS O CALCÁR EAS Carbon ato de Calcio (D OL OMITA Y TRAVERTINO)
SILÍCEAS Sílice (PEDERNAL)
EVAPOR IT AS (YESO, HALITASY ANHIDRITAS)
CALCÁREAS (CONGLOMERADOS Y BR ECHAS FOSILÍFERAS Y CRETA - Protozau rios)
SILICEAS (RADIOALARITASProtozoos Y DIATOMEAS - Algas)
GRAUWACAS ARCOSA partes iguales de p redominan granos de cuarzo y feldespato y feldespatos granos angulosos
C ARBONOSAS FERRUGINOSAS (LIGNITA, HULLA Y (LIMOS Y ARCILLAS ANTR ACIT A) Se F ERR UGINOSAS) enriq uecen en F OSFÁTICAS (GUAN O) Carbo no sin O2
Tipos de metamorfismoRocas y M inerales (M ) metamórficos (M ) (M )
(M )
(M )
(M )
Agosto 2011 Área Geotecnia Ing. Ricardo H. Barletta
ÍNDICE 1.
INTRODUCCION ................................................................................................................................1
2.
DEFINICIONES ...................................................................................................................................1 2.1
DEFINICIONES GEOLOGICAS .................................................................................................1
2.1.1
MACIZO ROCOSO ...................................................................................................................1
2.1.2
ROCA INTACTA........................................................................................................................1
3.
ROCAS ÍGNEAS ..................................................................................................................................2
4.
ROCAS SEDIMENTARIAS ...............................................................................................................4
5.
ROCAS METAMÓRFICAS ...............................................................................................................7
6.
BIBLIOGRAFÍA ..................................................................................................................................9
7.
AGRADECIMIENTOS........................................................................................................................9
GUÍA BÁSICA PARA LA IDENTIFICACIÓN DE LOS PRINCIPALES TIPOS DE ROCAS DE APLICACIÓN EN LA INGENIERÍA 1. INTRODUCCION
Con la finalidad de identificar algunas de los principales tipos de rocas de aplicación a las obras de ingeniería civil se presenta una guía básica, con definiciones, cuadros sintéticos, aplicaciones y fotos. Es de suma importancia para un ingeniero contar con la participación interdisciplinaria en la elaboración de proyectos y obras de ingeniería, en este caso especialmente la de geólogo. 2. DEFINICIONES
Como para poder interiorizarnos en el tema se definirán previamente algunos conceptos que se utilizarán posteriormente: 2.1
DEFINICIONES GEOLOGICAS 2.1.1
MACIZO ROCOSO
Es el conjunto de elementos resistentes (roca intacta) separado por discontinuidades. 2.1.2
ROCA INTACTA
Son cuerpos continuos formados por asociaciones de una o varias especies minerales. Por sus propiedades pueden ser: Homogéneos o Heterogéneos e Isótropos o Anisotrópicos. Ejemplos: ÍGNEAS: Se forman a partir de la solidificación del magma. SEDIMENTARIAS: Su aparición se debe a la deposición y litificación de sedimentos. METAMÓRFICAS: Su origen es debido a la transformación de las rocas existentes las cuales fueron sometidas a grandes presiones y/o temperaturas.
1
3. ROCAS ÍGNEAS A continuación se presenta a modo de resumen un cuadro con las principales rocas ígneas considerando el tipo de rocas según su formación, los tamaños de los cristales y la composición química:
TAMAÑO DE CRISTALES
COMPOSICIÓN QUÍMICA Intermedias (i) y Básicas Alcalinas (a) 45% Clastos > 4 ≅ m
ARCILITAS Clastos < 4≅ m
LUTITAS son LIMOLITAS con planos de fisilidad
Formadas por precipitación química de minerales disueltos por el agua
CALIZAS O CALCÁREAS Carbonato de Calcio (DOLOMITA Y TRAVERTINO)
SILÍCEAS Sílice (PEDERNAL)
EVAPORITAS (YESO, HALITASY ANHIDRITAS)
CALCÁREAS (CONGLOMERADOS Y BRECHAS FOSILÍFERAS Y CRETA - Protozaurios)
SILICEAS (RADIOALARITASProtozoos Y DIATOMEAS - Algas)
ORGÁNICAS QUÍMICAS
CLÁSTICAS
Psefitas Clastos > 2mm
BRECHAS clastos angulosos GRAUWACAS ARCOSA partes iguales de predominan granos de cuarzo y feldespato y feldespatos granos angulosos
CARBONOSAS FERRUGINOSAS (LIGNITA, HULLA Y (LIMOS Y ARCILLAS ANTRACITA) Se FERRUGINOSAS) enriquecen en FOSFÁTICAS (GUANO) Carbono sin O2
Rocas sedimentarias clásticas o detríticas: A
la
izquierda
Brecha,
constituida esencialmente por fragmentos
angulares
de
rocas. A la derecha Conglomerado, constituido esencialmente por cantos rodados. A
la
izquierda
consolidada granito.
Arcosa,
procedente
Tiene
arena de
granos
un mal
redondeados, con un mínimo de 25% de feldespato, llamada por ello arenisca feldespática. A la derecha, Arenisca de granos más finos.
4
En la foto de la derecha se aprecia una
Arcilita,
roca
sedimentaria
detrítica arcillosa (sedimentos muy finos
depositados
en
aguas
tranquilas).
Grauvaca, roca sedimentaria detrítica. De textura arenosa y color grisáceo.
Rocas sedimentarias químicas: Arriba se aprecia una Caliza brechada (capas carbonáticas
superpuestas
producto
de
precipitaciones provocadas por organismos).
Abajo, Caliza Coquinoide (restos cementados de
conchillas
carbonáticas).
También
es
considerada una roca orgánica.
Evaporita (Yeso), son rocas que se forman por la cristalización de sales disueltas.
5
Piedra de Yeso o Aljez, es un mineral compuesto de sulfato de calcio hidratado. El yeso mineral cristaliza en el sistema monoclínico, en cristales de hábito prismático; de forma rómbica con aristas biseladas en las caras. Se cristales,
a
presenta en
veces
grandes,
maclados en cola de golondrina, incoloro.
Rocas sedimentarias orgánicas: Hulla, roca combustible densa de color negro o marrón oscuro, con una cantidad de carbono que oscila entre el 45 y el 86%.
Diatomita,
roca
sedimentaria
orgánica
silícea formada por la acumulación de fósiles de diatomeas (algas).
Travertino, roca carbonatada formada por la precipitación de carbonato cálcico de aguas
subterráneas,
y
que
suelen
conservar fósiles de moluscos y de restos de vegetales.
6
5. ROCAS METAMÓRFICAS Las rocas metamórficas se forman a partir de rocas ígneas, sedimentarias o incluso otras rocas metamórficas. Por lo tanto, todas las rocas metamórficas tienen una roca madre: la roca a partir de la cual se formaron. El metamorfismo es un proceso que provoca cambios en la mineralogía, la textura y, a menudo, la composición química de las rocas, y tiene lugar cuando las rocas se someten a un ambiente físico o químico significativamente diferente al de su formación inicial. Los factores que provocan el metamorfismo son el calor, la presión y la presencia de fluidos químicamente activos. El metamorfismo suele progresar de manera incremental, desde cambios ligeros (metamorfismo de bajo grado, como por ejemplo con baja temperatura) a cambios notables (metamorfismo de alto grado, con alta temperatura). TIPOS DE METAMORFISMO Existen distintos tipos de metamorfismo; algunos de Alto grado
ellos son: Metamorfismo de contacto: tiene lugar cuando una masa magmática intruye en las rocas.
El
predominante
factor es,
por
lo
tanto, el calor.
Bajo grado
Metamorfismo regional: es el más importante, ya que produce el mayor volumen de rocas metamórficas. Ocurre durante los procesos formadores de montañas (generalmente allí donde las placas tectónicas interactúan). En este tipo de metamorfismo tienen similar importancia los tres factores (calor, presión y fluidos químicamente activos). Metamorfismo dinámico: este tipo de metamorfismo es más localizado, se puede producir en las zonas de las fallas geológicas, donde las presiones actuantes -el principal factor actuante- pueden ser tan intensas que modifican las rocas, produciendo otras nuevas.
7
A
continuación
se
presentan
algunos
rasgos
distintivos de las rocas metamórficas y a partir
de
rocas
que se
originaron:
Cuarcita
En 1989, Blyth y Freitas, presentan ejemplos de rocas, minerales y los tipos de metamorfismos que la originaron:
Tipos de metamorfismo
Rocas y Minerales (M) metamórficos (M) (M)
(M)
(M)
(M)
Mármol, de múlltiples usos en la industria de la construcción.
8
Arriba Esquisto granatífero, abajo a la derecha otros tipos de esquistos como moteado. Abajo a la izquierda Pizarra con planos de debilidad, usada para los techos.
A
la
izquierda
Migmatita
a
la
derecha Filita.
6. BIBLIOGRAFÍA •
Apuntes del ing. Roberto Flores
•
Lecciones de Mecánica de Rocas – Ing J. Suarez
•
http://es.wikipedia.org/wiki/Anexo:Tipos_de_rocas
•
Visita a Museo de Ciencias Naturales de la ciudad de La Plata.
7. AGRADECIMIENTOS Ing. Augusto Leoni Ing. Roberto Flores Dr. Armando Massabie
9
REPRESENTACION GRAFICA Y EVALUACION DE PROBLEMAS ESTRUCTURALES EN MACIZOS ROCOSOS
Marzo 2008 Área Geotecnia Ing. Ricardo H. Barletta
ÍNDICE 1.
INTRODUCCION ................................................................................................................................1
2.
DEFINICIONES ...................................................................................................................................1 2.1
DEFINICIONES GEOLOGICAS .................................................................................................1
2.1.1
MACIZO ROCOSO ...................................................................................................................1
2.1.2
ROCA INTACTA........................................................................................................................1
2.1.3
DISCONTINUIDADES .............................................................................................................2
2.1.4
LOS SUELOS Y LAS ROCAS....................................................................................................2
2.2
3.
DEFINICIONES GEOMETRICAS: .............................................................................................4
2.2.1
RUMBO (STRIKE) ....................................................................................................................4
2.2.2
BUZAMIENTO (DIP)................................................................................................................4
2.2.3
DIRECCION (TREND) .............................................................................................................5
2.2.4
INCLINACION (PLUNGE).......................................................................................................5
TECNICAS GRAFICAS PARA REPRESENTACION DE DATOS.............................................6 3.1
PROYECCION EQUIANGULAR................................................................................................9
3.2
PROYECCION EQUIAREAL:...................................................................................................12
3.2.1
CONSTRUCCION DE UN SEMICIRCULO (DISCONTINUIDAD) Y UN POLO
REPRESENTANDO UN PLANO .........................................................................................................15 3.2.2
DETERMINACION DE LA LINEA DE INTERSECCION DE DOS PLANOS......................16
3.2.3
DETERMINAR EL ANGULO ENTRE DOS RECTAS: ..........................................................17
3.2.4
METODO ALTERNATIVO PARA ENCONTRAR LA RECTA DE INTERSECCION DE DOS
PLANOS ................................................................................................................................................18 3.2.5
REPRESENTACION GRAFICA Y ANALISIS DE LAS MEDICIONES DE CAMPO ...........18
3.2.5.1
METODO DE CONTEO DE CELDAS CURVILINEAS DE DENNESS ................................. 20
3.2.5.2
METODO DE CONTEO POR CÍRCULO FLOTANTE............................................................. 22
3.2.5.3
PROCEDIMIENTO RECOMENDADO PARA TRAZAR CURVAS DE NIVEL.................... 23
4.
EVALUACIÓN DE PROBLEMAS ESTRUCTURALES EN MACIZO ROCOSO..................25
5.
BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................................26
6.
AGRADECIMIENTOS......................................................................................................................26
REPRESENTACION GRAFICA Y EVALUACION DE PROBLEMAS ESTRUCTURALES EN MACIZOS ROCOSOS 1. INTRODUCCION
Se detallarán las técnicas de representación gráfica para visualización de los problemas estructurales y posteriormente se evaluarán desde el punto de vista ingenieril. 2. DEFINICIONES
Como para poder interiorizarnos en el tema se definirán previamente algunos conceptos que se utilizarán posteriormente: 2.1
DEFINICIONES GEOLOGICAS
2.1.1 MACIZO ROCOSO
Es el conjunto de elementos resistentes (roca intacta) separado por discontinuidades. 2.1.2 ROCA INTACTA
Son cuerpos continuos formados por asociaciones de una o varias especies minerales. Por sus propiedades pueden ser: Homogéneos o Heterogéneos e Isótropos o Anisotrópicos. Ejemplos: ÍGNEAS: Se forman a partir de la solidificación del magma. SEDIMENTARIAS: Su aparición se debe a la deposición y litificación de rocas existentes.
1
METAMÓRFICAS: Su origen es debido a la transformación de las rocas existentes las cuales fueron sometidas a grandes presiones y/o temperaturas. 2.1.3 DISCONTINUIDADES
Son de diferente origen y por lo tanto de diferentes características: DIACLASAS: Son discontinuidades en la roca que no tienen movimiento relativo entre caras. Se producen por liberación de tensiones de tracción, enfriamiento de masa ígnea con disminución de volumen, movimientos de capas ascendentes, etc. FALLAS: Aquí hay movimientos relativos entre las caras producido a causa de movimientos regionales. Los movimientos regionales son originados por fuerzas internas. ESTRATIFICACIÓN: En algunos casos de rocas sedimentarias los planos de estratificación formados pueden ser planos de debilidad. ESQUISTOCIDAD: Es una debilidad que se presenta habitualmente en rocas metamórficas a nivel de estructura molecular. Las grandes presiones a las que fueron sometidas originaron el reordenamiento de su estructura molecular. 2.1.4 LOS SUELOS Y LAS ROCAS
Nos interesa aclarar cuales son los métodos de cálculo a aplicar en SUELOS o en ROCAS. La clasificación de uno u otro método surge de la comparación de las dimensiones de las discontinuidades, en relación, con la magnitud de la obra.
2
SUELO
ROCA
Cuando tenemos un problema estructural de un macizo rocoso lo resolveremos sin olvidar que métodos como la MECÁNICA DE SUELOS o TEORÍA DE MEDIO CONTINUO ELÁSTICO pueden ser aplicados. Algunos ejemplos de problemas estructurales de un macizo rocoso serían definir la resistencia y deformabilidad en los estribos de un puente, selección de la traza de un camino en un valle para evitar problemas de estabilidad, etc. También debemos aclarar que si un macizo rocoso está formado por rocas competentes, esto no definirá la situación con respecto a la estabilidad, ya que será de fundamental importancia la existencia o no de discontinuidades. Las discontinuidades tendrán que ser clasificadas y ubicadas en el espacio para posteriormente evaluar su efecto en la obra a realizar y se la representa a través de un plano. Puede darse el caso que se tenga que representar una recta (falla en cuña) y por lo tanto se verá como se representan a ambos.
3
2.2
DEFINICIONES GEOMETRICAS:
(Ver fig. 1) 2.2.1 RUMBO (STRIKE)
Es el ángulo que forma la recta intersección (entre el plano que representa la discontinuidad y un plano horizontal) con la dirección Norte – Sur. 2.2.2 BUZAMIENTO (DIP)
Es el ángulo formado entre el plano horizontal y la recta de máxima pendiente contenida en el plano de la discontinuidad. Las convenciones usadas se indican a continuación:
N RUMBO:
α 0° 20°, al ser cortado por otro, tiene la posibilidad cinemática de deslizar. En la figura 7, α es la línea de máxima pendiente de los planos (tenemos α1 y α2) y será falla plana pues solo habrá deslizamiento en el plano con pendiente α1.
Planta
α1
Figura 7
αΙI
αT < α1 < αΙ => caso particular
6
"Se puede producir falla plana cuando la dirección de la línea de máxima pendiente de cualquiera de los planos de discontinuidad se ubica entre la dirección de la línea de máxima pendiente del talud y la dirección de la recta intersección". Siempre debemos verificar que no se trate de falla plana cuando se nos presenta la posibilidad de tener una falla en cuña, ya que en este caso el factor de seguridad será menor. Queda a cargo del alumno verificar que el ejemplo N°2 se trata de falla en cuña (no es caso particular, por lo tanto, es falla en cuña).
2.3
EJEMPLO N° 3:
Determinar si es posible la falla en cuña entre los sistemas de discontinuidades planas: S1: 256°, 76°; S2: 264°, 38° con el plano del talud 230°, 60°; siendo φd= 30°. Con el mismo procedimiento explicado en el ejemplo N°2, determinamos que es posible una falla en cuña. Nos resta saber si es el caso particular, en que es posible la falla plana, para lo cual procedemos de la siguiente manera: Marcamos
las
líneas
de
máxima
pendiente
de
los planos
de
las
discontinuidades y del talud; si alguna de las líneas de máxima pendiente de las discontinuidades se ubica entre la del talud y la dirección de la recta intersección, será posible la falla plana. En nuestro caso, figura 8, se trata de falla plana por el sistema 2.
7
Figura 8
El factor de seguridad de ésta posible falla plana es:
Fs =
tgφ d tg 30° = ⇒ Fs = 0,74 < 1∴ inestable tgψ i tg 38°
8
2.4
CALCULO DEL FACTOR DE SEGURIDAD PARA LA FALLA EN CUÑA:
Se puede demostrar que:
Fs = Fs = K * Fs plana
senδ tgφ * senε / 2 tgψ i
K≥1
El valor φd, ángulo de fricción interna de la discontinuidad, es dato y ψi se obtiene inmediatamente de la falsilla (es la inclinación de la recta intersección). Nos falta determinar ε/2 y δ, los que están definidos en un plano perpendicular a la recta intersección; o sea que ésta es el polo del plano buscado, siendo ε el ángulo entre las intersecciones de éste plano con el de las discontinuidades y δ el formado entre la bisectriz de ε y el plano horizontal. Ver figura 5. Por comodidad se puede elegir δ ≤ 90°.
2.5
EJEMPLO N°4:
Calcular el factor de seguridad de la falla en cuña del ejemplo N°2. Una vez determinado que es posible la falla en cuña podemos calcular su factor de seguridad, como se indica a continuación:
9
Figura 9
Medimos la inclinación de la recta intersección, siendo ψi = 42°. Tenemos como dato φd=30°. El rumbo del plano cuyo polo es la recta intersección será perpendicular a la dirección de ésta y tendrá buzamiento (90 - ψi). Una vez trazado este plano hallamos las intersecciones con los planos de las discontinuidades; siendo las rectas A y B de la Fig. 9. El ángulo entre estas rectas es el ε buscado, en este ejemplo ε = 65°.
10
Nos resta hallar δ, para lo cual trazamos la bisectriz del ángulo ε; quedando determinado entre ésta y el rumbo del plano perpendicular a la recta intersección; resultando en este caso δ = 83°. Reemplazando en la fórmula:
Fs =
3.
senδ * tgφ sen83° * tg 30° = ⇒ Fs = 1,27〉1∴ estable senε / 2 * tgψ i sen32,5° * tg 42°
PREDICION DE FALLA POR VUELCO
En este caso la falla se produce por la rotación de columnas o bloques de roca alrededor de alguna base fija. Figuras 10 y 11.
Figura 10
Figura 11
En la estabilidad interviene la relación base/altura que no la podemos evaluar en la falsilla; pero podemos considerar como condiciones para que sea posible la falla por vuelco las siguientes: a. Tener solo un sistema de discontinuidad (por simplicidad). b. I Rd - Rp I ≤ 20° c. Ψf ≤ Ψi No interviene el ángulo de fricción interna de la discontinuidad en la condición por vuelco. Ver Hoek y Bray con algún ejemplo con formas geométricas (base/altura).
11
3.1
EJEMPLO N°5:
Dado el talud 040°, 50° y el sistema de discontinuidades 328°, 71°; determinar si es posible la falla por vuelco. Trazamos los rumbos que difieran ± 20° del rumbo del talud y un arco de circunferencia de radio ψf; quedando definida la zona A en la cual es posible la falla por vuelco, si el polo del sistema de discontinuidades se encuentra en ella, correspondiente al caso de la figura 10. La falla por vuelco correspondiente a la figura 11 será posible si el polo del sistema de discontinuidades se encuentra en la zona definida como B en la figura 12, es decir, son planos verticales o subverticales. El límite 1-1 es arbitrario; considerándose para el desarrollo del trabajo práctico un buzamiento máximo de 70° como límite. En nuestro caso el polo del sistema de discontinuidades planas, no se encuentra en ninguna de las zonas mencionadas por lo que la falla por vuelco no es posible.
A
B
Figura 12
12
4.
TRABAJO PRÁCTICO - ESTABILIDAD DE TALUDES EN ROCAS 4.1
EJERCICIO N°1
Dado un macizo rocoso con cuatro sistemas principales de discontinuidades, analizar cuales son los tipos de inestabilidades que pueden presentarse cuando se corta al macizo con un talud cuyo plano es 140°, 60°. La mayor concentración de planos en cada sistema está dada por: Sistema 1: 114°, 50°
Sistema 2: 128°, 40°
Sistema 3: 061°, 61°
Sistema 4: 164°, 64° Se considera en todos los sistemas que la cohesión es nula, el ángulo de fricción interna φ = 32° y no hay influencia de agua.
PT
13
Ejercicio N°3 – 1: Falla Plana ⇒ Fs =
F2 =
tgφD tgψi
tgφD tg 32° = ⇒ F 2 = 0,62 / 0,84 = 0,74 < 1∴ es inestable tgψi tg 40°
F1 − 3 =
tgφD tg 32° = ⇒ F1 − 3 = 0,62 / 1,19 = 0,52 < 1∴ es inestable, caso particular tgψi tg 50°
F1 − 4 =
tgφD tg 32° = ⇒ F1 − 4 = 0,52 < 1∴ inestable tgψi tg 50°
Falla en Cuña ⇒ Fs =
senδ tgφ * senε / 2 tgψi
ε = 88° ⇒ ε / 2 = 44° δ = 87° ⇒ ψi = 50° F3 − 4 =
sen87° tg 32° * = sen 44° tg 50°
0,75
Ejercicio N°3 – 2: Falla Plana ⇒ Fs =
F2 =
tgφD tgψi
tgφD tg 35° = ⇒ F 2 = 0,7 / 1,8 = 0,39 < 1∴ es inestable tgψi tg 61°
17
Margen más adecuada 50°, 65
19
5. BIBLIOGRAFÍA •
Rock Slope Engineering – E. Hock & J. W. Bray
•
Lecciones de Mecánica de Rocas – Ing J. Suarez
6. AGRADECIMIENTOS Ing. Guillermo Galazzi Ing. Roberto Flores Ing. Augusto Leoni
20
ENSAYO DE CARGA PUNTUAL Ing. Ricardo H. Barletta E-mail:
[email protected] 11/2008
Aplicación en Obras: Presas, Túneles, Fundaciones de Puentes y Estabilidad de Taludes, etc.
Estudios Básicos del Proyecto: 1) Topografía 2) Geotecnia: a) Estudios de Campo (perforaciones en suelo y roca, geosísmica y geoeléctrica, ensayos de carga puntual) b) Laboratorio (ensayos triaxiales, de compresión simple, carga puntual, etc.)
Estudios de Campo (perforaciones en roca)
Ensayo de carga puntual:
P carga (kg)
Broch y Franklin (1972) probeta cilíndrica se comprime entre dos puntos situados en generatrices opuestas. IRAM
10608
Is = P / D2 = Índice de carga q u= A * Is A = constante qu = Resistencia a la compresión ISRM Revisión del método (1985): a) De = diámetro equivalente De2 (cm) = 4 * A (cm2) / π A =Área de rotura b) Is50 = f * Is f = (De cm / 5) 0,45 factor de corrección
D diámetro del testigo (cm)
Esquema del equipo
Fotos del ECP
Diametral – Tipo 1
Axial – Tipo 2
Aplicaciones del ECP: A- Para clasificación de rocas por método: 1) Hoek y Bray (1977)
Aplicaciones del ECP: A- Para clasificación de rocas por método de: 2) Broch y Franklin 1972
Aplicaciones del ECP: A- Para clasificación de rocas: 3)
Aplicaciones del ECP: A- Para clasificación de rocas: 4)
Tabla 9.1- Clasificación Bienawsky o Council for Scientific and Industrial Research (CSIR) (1979) A - Parámetros de Clasificación
Aplicaciones del ECP:
1
2 3
4
B- Para clasificación de macizos rocosos: Bieniawski CSIR
5
Resistencia roca sana
Ensayo carga puntual Is50 (kg/cm2)
Compresión simple (kg/cm2)
>100
80-40
40-20
20-10
>2500 15 100-90 20 >2 20
2500-1000 12 90-75 17 2-0,6 15
1000-500 7 75-50 13 0,6-0,2 10
500-250 4 50-25 8 0,2-0,06 8
250-50 2 25-0 3 0,06-0 5
Estado de las diaclasas
Muy rugosas. Discontinuas, sin separaciones. Bordes sanos (sin descomposicón) y duros
Ligeramente rugosas. Aberturas 0,5
Estado general
Seco
Ligeramente Húmedo
Húmedo
Goteando
Fluyendo
15
10
7
4
0
Muy favorables
Favorables
Medianamente Favorables
Desfavorables
Muy Desfavorables
0 0 0
-2 -2 -5
-5 -7 -25
-10 -15 -50
-12 -25 -60
I Muy Buena 100-81
II Buena 80-61
III Aceptable 60-41
IV Mediocre 40-21
V Muy Mala 20-0
III
IV
V
Valoración
B - Corrección por la orientación de las diaclasas Rumbo y buzamiento Valoración para
Túneles Fundaciones Taludes
C - Clasificación Clase Calidad Valoración D - Características Clase Tiempo de Mantenimiento 2 Cohesión (kg/cm ) Angulo de Fricción
I
II
10 años con 5m de vano
6 meses con 8m de vano
>4 >45
4-3 45-35
1 semana con 5m de 10 horas con 2,5m de 30 minutos con 1m vano vano de vano
3-2 35-25
2-1 25-15
2500 15 100-90 20 >2 20
2500-1000 12 90-75 17 2-0,6 15
1000-500 7 75-50 13 0,6-0,2 10
500-250 4 50-25 8 0,2-0,06 8
Estado de las diaclasas
Muy rugosas. Discontinuas, sin separaciones. Bordes sanos (sin descomposicón) y duros
Ligeramente rugosas. Aberturas 0,5
Estado general
Seco
Ligeramente Húmedo
Húmedo
Goteando
Fluyendo
15
10
7
4
0
Muy favorables
Favorables
Medianamente Favorables
Desfavorables
Muy Desfavorables
0 0 0
-2 -2 -5
-5 -7 -25
-10 -15 -50
-12 -25 -60
I Muy Buena 100-81
II Buena 80-61
III Aceptable 60-41
IV Mediocre 40-21
V Muy Mala 20-0
IV
V
Valoración
B - Corrección por la orientación de las diaclasas Rumbo y buzamiento Valoración para
Túneles Fundaciones Taludes
C - Clasificación Clase Calidad Valoración D - Características Clase Tiempo de Mantenimiento Cohesión (kg/cm2) Angulo de Fricción
I
II
III
10 años con 5m de vano
6 meses con 8m de vano
1 semana con 5m de vano
>4 >45
4-3 45-35
3-2 35-25
10 horas con 2,5m de 30 minutos con 1m de vano vano
2-1 25-15
2
si
r/a>2
(r =15m)
Fsa > 1,7
si
r / a > 2,5
(r =18,75m)
Se adopta r = 19m con lo que la distancia entre centro de túneles resulta 19 + 7,5 = 26,5m y entre hastiales 19 – 7,5 = 11,5m Para k = 1,25 Fsp > 2
si
r/a>2
(r =15m)
Fsa > 1,7
si
r/a>1
(r =7,5m)
Se adopta r = 15m con lo que la distancia entre centro de túneles resulta 15 + 7,5 = 22,5m y entre hastiales 15 – 7,5 = 7,5m
MECÁNICA DE ROCAS
MÉTODOS DE PROSPECCIÓN GEOFÍSICA
SÍSMICA DE REFRACCIÓN
1.
Se ha realizado un perfil de sísmica de refracción, en un terreno horizontal, mediante la ejecución de un dispositivo con 12 geófonos separados cada 10 metros. Se ubicaron dos explosiones distantes 30 y 40 metros en cada uno de los extremos, coplanares con la línea de geófonos. De los registros se obtuvieron los siguientes tiempos para las primeras llegadas.
GEOFONO
E1 tiempo (mls)
E2 tiempo (mls)
G1
15
60
G2
21
58
G3
25
54
G4
29
52
G5
35
48
G6
39
45
G7
45
43
G8
50
39
G9
55
35
G10
57
30
G11
59
24
G12
61
20
Se requiere la velocidad de propagación de ondas longitudinales de los distintos materiales y la ubicación del límite entre ellos. Resolución:
V1 =
mls m 40 m * 1000 = 2000 s s 20 mls
V 2arr =
30 m mls m * 1000 = 5000 6 mls s s
V 2ab =
50 m mls m * 1000 = 3300 15 mls s s
sen(i + α ) = V
1 2000 = 0.606 2ab = V 3300
sen(i - α ) = V
1 2000 = 0.400 2arr = V 5000
i + α = arcsen 0.606 = 37.30° i - α = arcsen 0.400 = 23.58°
2i = 37.3° + 23.58° = 60.88° _ i = 30.44°
2α = 37.3° - 23.58° = 13.72° _ α = 6.86°
2 * h1*
cos i 1 1s 1 = 35mls _ h1 = 35mls * 2000mOVERs * * = 40.6m V 2 * cos 30.44 1000mls
2 * h2 *
cos i 1 1s 1 = 15mls _ h2 = 15mls * 2000mOVERs * * = 17.4m V 2 * cos 30.44 1000mls
seni = V
1 1 2000 m m m 2 _ V2 = V _ v2 = * = 3950 _ v2 = 3950 V seni sen30.44 s s s
Se trata de dos medios de velocidades V1=2000 m/s y V2=3950 m/s con buzamiento aparente de derecha a izquierda de valor:
δ aparente = arc tg
2.
(40.6 - 17.4) = 7.3° 180
Dada la configuración de la siguiente figura:
Cuál sería el menor espesor del manto 2 ( H2 = ? ) para poder ser detectado por el método de sísmica de refracción con dos explosiones extremas ? Resolución: Si el espesor del manto 2 fuera suficientemente pequeño (respecto a las otras variables: H1, V1, V2, y V3),puede ocurrir que llegue antes el rayo que proviene del contacto 2-2 que el 1-1 por lo
sen i1 = V
1 500 2 _ sen i1 = _ i1 = 30° V 1000
que en las dromocronas no se observará la presencia del manto 2 al menos con éste dispositivo.
sen i2 = V sen α 1 = sen i2 * V
2 1000 3 _ sen i2 = _ i2 = 11.54° V 5000
1 500 2 _ sen α 1 = sen 11.54 * = 0.1 _ α 1 = 5.74° V 1000
t1 =
2 * H1 a + 2 cosi1* V1 V
a = e - 2 * H1* tg i1 _ a = e - 2 * 10 * tg 30 _ a = e - 11.55 Si t1 es el tiempo del rayo que llega a través de 1-1:
t1 =
2 * 10 e - 11.55 e + _ t1 = 0.03464 + (1) 1000 1000 cos 30 * 500
donde:
Si t2 es el tiempo del rayo que llega a través de 2-2:
t2 =
2 * H1 2 * H2 b + + 3 cos α 1* V1 cos i2 * V2 V
donde
b = e - 2 * H2 * tgi2 - 2 * H1* tgα 1_b = e - 2 * H2 * tg11.54 - 2 * 10 * tg5.74° b = e - 0.40836 * H2 - 2.01037
t2 =
2 * H2 e - 0.40836 * H2 - 2.01037 2 * 10 + + cos 5.74 * 500 cos 11.54 * 1000 5000
t2 = 0.039799 + 0.0019596 * H2 +
siendo:
e = 2 * H1*
V2 +V1 V2 - V1
e 5000
e = 2 * 10 *
1000 + 500 = 34.6m 1000 - 500
t2 = 0.046727 + 0.0019596 * H2 (2) t1 = 0.06924s y de (1): Igualando los tiempos de llegada t1 y t2 se obtendrá el mínimo espesor H2 que puede ser
0.06924 = 0.046727 + 0.0019596 * H2 H2 = 11.5m
observado: 3.
Graficar las dromocronas correspondientes a un dispositivo con dos explosiones exteriores a los geófonos en un medio con dos materiales cuyo contacto tiene un buzamiento aparente (en la dirección del dispositivo), de izquierda a derecha:
Resolución:
