Post on 10-Oct-2015
5/20/2018 cap 1
1/45
DISEO Y CONSTRUCCION
DE TUNELES
5/20/2018 cap 1
2/45
UNIVERSIDAD ALAS
PERUANAS
DISEO Y CONSTRUCCION DE TUNELES
INTRODUCCIN A LAS ROCAS Y TUNELES
DO ENTE
ING ROBERTO GONZALES YANA
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA DE MINAS
5/20/2018 cap 1
3/45
FACTORES PRINCIPALES QUECONTROLAN LA DEFORMACION
DE LAS ROCAS
PROPIEDADES NTRINSICOSDE LAS ROCAS
PROPIEDADESAMBIENTALES
ESTADOS DEESFUERZOS
-Tipo de roca-Cohesin-Grado de alteracin-Etc.
-Esfuerzos iniciales-Esfuerzos residuales-Esfuerzos tectnicos-Etc.
-Humedad-Contenido de agua-Erosin
-Etc.
5/20/2018 cap 1
4/45
FUNDAMENTOTERICO
Por medio de la clasificacin
se llega a calcular un ndicecaracterstico de la roca,que permite describirnumricamente la calidadde la misma.
5/20/2018 cap 1
5/45
CAMPO DE
APLICACION
El diseo y construccin de tneles, como ciencia tiene
un amplio campo de aplicacin ya sea para laprevencin y el reforzamiento de estructuras rocosas
en la construccin de tneles segn sean las
caractersticas del macizo rocoso.
5/20/2018 cap 1
6/45
CLASIFICACION
RMR
taludesy
cimentaciones
La estabilidad detneles
5/20/2018 cap 1
7/45
DMR
GSI
rocasestratificadas
construccinde presas
5/20/2018 cap 1
8/45
EN LA INGENIERIA DE MINAS
La mecnica de rocas, como una prctica
aplicada a la ingeniera de minas, es
concerniente a las aplicaciones de los
principios de la ingeniera mecnica aldiseo de las estructuras de roca
generadas por la actividad minera.
5/20/2018 cap 1
9/45
Respuesta
5/20/2018 cap 1
10/45
5/20/2018 cap 1
11/45
xidos.Corindn, Hematites, Ilmenita, Limonita, Magnetita.
Silicatos.Feldespatos, Piroxenos, Olivinos , Cuarzo, Micas,
Hornablenda , Serpentina , Zeolita.
Carbonatos.Calcita, Dolomita
Sulfatos.Yeso,Anhidrita
COMPOSICIN MINERALGICA DELAS ROCAS.
Estn constituidas por la agrupacin de granos de unoo distintos minerales en proporciones variables.
5/20/2018 cap 1
12/45
LA TEXTURA DE LAS ROCAS
Es el tamao, forma y disposicin de los minerales
componentes en las rocas.
LA TEXTURA DE LAS ROCAS GNEAS.
Grado de cristalinidad
Holocristalina Holohialina Merocristalina
Tamao de los cristales
Fanertica Afantica
5/20/2018 cap 1
13/45
Distribucin de tamaos de los cristales
Equigranular Inequigranular Porfirtica
Grado de cristalinidad
Bajo Medio
TEXTURAS DE LAS ROCAS METAMRFICAS
Alto
TEXTURA DE LAS ROCAS GNEAS
5/20/2018 cap 1
14/45
Forma y distribucin de tamaos de los cristales
Lepidoblstica Nematoblstica porfidoblstica
Microestructuras
Pizarrosidad
TEXTURAS DE LAS ROCAS METAMRFICAS
Esquistosidad
Granoblstica
TEXTURA DE LAS ROCAS METAMRFICAS
5/20/2018 cap 1
15/45
Textura clstica
Textura no clstica
Amorfa Ooltica
TEXTURAS DE LAS ROCAS SEDIMENTARIAS
Pisoltica
TEXTURA DE LAS ROCAS SEDIMENTARIAS
Esferultica SacaroidePorfiroblstica
5/20/2018 cap 1
16/45
PROPIEDADES DE LAS ROCAS
Las propiedades de las rocas se clasificangeneralmente como fsicas y mecnicas.
PROPIEDADES FSICAS
Isotropa. no vara sus propiedades fsicascon el cambio direccin en la que se mida la
propiedad. En este caso, se dice que la
propiedad es escalar.Anisotropa. vara sus propiedades fsicascon el cambio direccin en la que se mida la
propiedad. En este caso, se dice que la
propiedad es vectorial.
5/20/2018 cap 1
17/45
PROPIEDADES FSICAS DE LAS ROCAS
Densidad. La densidad es la relacin entre la masay el volumen de la sustancia, midindose en
unidades de masa/unidades de volumen (kg/m3).
= M/V
Donde: : es la densidad (kg/m3), M: es la masa
(kg) de la sustancia y V: es el volumen (m3) de laparte impermeable de la sustancia.
Densidad (kg/m3) de algunas rocas (de Komar,
1987).Roca Densidad (kg/m3)
Granito 2700-2800
Arena cuarzosa 2600-2700
Caliza 2400-2600
5/20/2018 cap 1
18/45
Peso especfico. Es la relacin numrica entre el pesode un cuerpo y el peso de igual volumen de agua a 4C
= p/v
Donde: = Peso especfico, p= peso,v=volumen
Porosidad. Es el volumen de espacios abiertos quecontiene relativo a su volumen total.
PROPIEDADES FSICAS DE LAS ROCAS
P = (Vp / V0) * 100 = {[ (V0 - VRoca)] / V0}*100
Donde: P: es la porosidad total (%), Vp (m3): es el
volumen de poros, VRoca(m3): es el volumen roca y Vo
(m3): es el volumen total de la muestra.
5/20/2018 cap 1
19/45
PROPIEDADES FSICAS DE LAS ROCAS
Porosidad.Teniendo en cuenta que la relacin entre masa,volumen y densidad.
P = (10/) * 100
Donde: P: es la porosidad total (%)
o:es la densidad global del material (kg/m3) y: es la densidad real de la sustancia (kg/m3).
Porosidad (%) de rocas (de Winkler, 1973 y Komar,
1987).Roca
Porosidad (%)
Caliza 5.0-20.0
Arenisca 5.0-25.0
Basalto
0.1-1.0
5/20/2018 cap 1
20/45
PROPIEDADES FSICAS DE LAS ROCAS
Absorcin de Agua. Es la incorporacin oasimilacin de lquidos en el interior del
sistema poroso de la roca.
Ecuacin para calcular la cantidad de agua
absorbida:Wt = [(MtM0) / M0] * 100
Donde: Wt
(%): es el contenido de agua
absorbida en el tiempo t (s), Mt (kg): es el
peso medido en el tiempo t (s) y Mo (kg): es
el peso seco de la muestra.
5/20/2018 cap 1
21/45
PROPIEDADES MCANICAS DE LAS ROCAS
Es capacidad de la roca para resistir accionesexternas o internas que implican la aplicacin de
fuerzas sobre el mismo. estas fuerzas son de
compresin y tensin.
Resistencia a laCompresinEs la carga (o peso) por
unidad de rea a la que el
material falla (se rompe) por
fracturacin por cizalla oextensional debido a un
esfuerzo aplicado.
5/20/2018 cap 1
22/45
Resistencia a la Compresin
El esfuerzo es igual a la fuerza aplicada por seccin o
superficie:
= F / S
Donde: F : es la fuerza aplicada longitudinalmente, S es
la seccin y es el esfuerzo lineal expresado en Pa(N/m2).La deformacin lineal es igual al cambio de longitud
experimentado por la longitud original:
= (lfl0) / l0=l / l0
Donde: l0(m): es la longitud original
lf(m): es la longitud final
l(m): es el incremento de longitud.
5/20/2018 cap 1
23/45
Resistencia a la Compresin
La proporcionalidad entre el esfuerzo y la
deformacin en el tramo de la ley de Hooke permitedefinir el mdulo de Young o mdulo de elasticidad
(E).
E = /
Resistencia a la compresin de algunas
rocas (modificado de Winkler, 1973).Roca (Mpa)
Granito
97 - 310
Sienita 186 - 434Gabro
124 - 303
Caliza 14 - 255
Arenisca 34 - 248
Pizarra
138 - 207
5/20/2018 cap 1
24/45
PROPIEDADES MCANICAS DE LAS ROCAS
Resistencia a la Tensin
Es el esfuerzo tensional por unidad de rea a la que elmaterial falla (se rompe) por fracturacin extensional.
Resistencia a la tensin (Mpa) de algunas rocas (de
Touloukian y Ho, 1981).
rocas
resistencia a la tensin
(Mpa)
Basalto 8.6
Conglomerado 29.7
Calizas 4.2 - 5.8
Arenisca
1.1 -1.7
Arenisca calcrea 4.3
Esquistos 3.1
5/20/2018 cap 1
25/45
PROPIEDADES MCANICAS DE LAS ROCAS
FatigaCuando los materiales sufren esfuerzos de formacclica sin llegar al punto de ruptura, se observa un
debilitamiento mecnico de los mismos con el
tiempo. Esto implica una prdida de sus propiedades
mecnicas, que puede dar lugar a la fracturacin.
DurezaEs la resistencia de la roca para resistir la
penetracin de otro cuerpo, la dureza se haconsiderado clsicamente como la resistencia que
presenta un mineral a ser rayado por otro mineral o
material se utiliza la escala de F. Mohs.
5/20/2018 cap 1
26/45
CLASIFICACION DE LAS ROCAS POR SU ORIGEN O GNESIS
ROCA
Una roca es un agregado slido de
minerales de origen natural. Las
rocas pueden estar formadas por unsolo tipo o por muy diversos tipos de
minerales
GRANITO
HALITA
MECNICA DEROCAS
5/20/2018 cap 1
27/45
CLASIFICACION DE LAS ROCAS POR SU ORIGEN O GNESIS
ROCA
Una roca es un agregado slido de
minerales de origen natural. Las
rocas pueden estar formadas por unsolo tipo o por muy diversos tipos de
minerales
GRANITO
SAL
GEMA MECNICA DEROCAS
5/20/2018 cap 1
28/45
FORMACIN DE LAS ROCAS.
Las Rocas se forman
Por enfriamiento
del magma.
Por precipitacin de sales
inorgnicas contenidas en
las aguas
Por deposicin de restos
animales y vegetales
5/20/2018 cap 1
29/45
Por desintegracin
transporte y
deposicin.
Por recristalizacin parcial o
total de los minerales de
una roca debida a elevadas
temperaturas y fuertes
presiones
Por la condensacin de
gases que contienen
partculas minerales
FORMACIN DE LAS ROCAS.
Las Rocas se forman
5/20/2018 cap 1
30/45
CICLO DE LAS ROCAS.
5/20/2018 cap 1
31/45
CICLO DE LAS ROCAS.
5/20/2018 cap 1
32/45
CLASIFICACION DE LAS ROCAS POR SU ORIGEN O GNESIS.
IGNEAS ROCAS METAMRFICAS ROCAS SEDIMENTARIAS
R. Plutnicas,intrusivas o abisales.
R. Filonianas.
R. Efusivas, extrusivas,
volcnicas.
gabro traquita
arenisca
5/20/2018 cap 1
33/45
IMPORTANCIA DE LAS ROCAS, EN MECNICA DEROCAS
Es fundamental ya que es
la ciencia que estudia elcomportamiento mecnicode las rocas y de losmacizos rocosos ante los
campos de fuerza(esfuerzos).
Tnel
5/20/2018 cap 1
34/45
El conocimiento del comportamiento
de las rocas ante diferentes tipos ymagnitudes de esfuerzos, es de vitalimportancia en la reconstruccin delos fenmenos tectnicos que han
sucedido en el pasado de nuestroplaneta, pero tambin es de vitalimportancia para la determinacin dela resistencia de los terrenos anteedificaciones y otros tipos de obras
pblicas.
IMPORTANCIA DE LAS ROCAS ,EN LACONSTRUCCIN DE TUNELES
5/20/2018 cap 1
35/45
5/20/2018 cap 1
36/45
Porosidad: Indicala proporcin entre la
parte vaca de la roca
(poros) y la parte
slida. Lasporosidades
normalmente fluctan
entre 0 y 40%.
5/20/2018 cap 1
37/45
Densidad:
Corresponde al peso por unidad devolumen
Puede relacionarse con lamineraloga y constitucin de losgranos que forman la roca.
5/20/2018 cap 1
38/45
Densidad: Lasgravedadesespecficas deminerales comunesfluctan entre 2.0(halita) y 7.0(galena). Las rocascomunes tienengravedades
especficas entre 2.0y 3.0 en la mayorade los casos.
5/20/2018 cap 1
39/45
Permeabilidad: Mide de cierta forma la
conexin existente entre
poros, de modo que un
fluido pueda movilizarse
a travs de la roca.
La permeabilidad k, se
rige por la Ley de Darcy
5/20/2018 cap 1
40/45
Permeabilidad: k se mide en Darcy: 1 darcy =
9.86 x 10-9 cm2
Permeabilidad de la roca
intacta suele ser muy distintade la permeabilidad del macizo
rocoso.
Se puede relacionar con la
separacin de grietas en elmacizo rocoso, por lo que
provee un ndice cuantitativo
de calidad del macizo rocoso.
5/20/2018 cap 1
41/45
Durabilidad:
Mide la tendencia de los componentes de laroca a degradarse, al exponerse al aire, agua,
tiempo, etc.
Es un concepto ms aplicable a mecnica de
suelos que a mecnica de rocas.
Se mide mediante un test: Tambor de 140 mm de dimetro y 100 mm de largo
Paredes de un tamiz de 2 mm de apertura 500 grs de roca en 10 piezas
El tambor gira a 20 rpm durante 10 minutos en un bao de
agua
Se mide el porcentaje de roca retenida dentro del tambor
Clasificacin ingenieril de las
5/20/2018 cap 1
42/45
Clasificacin ingenieril de las
rocas
La clasificacin ingenieril derocas intacta segn Deere:
E:Resistencia muy baja
D:Resistencia baja
C:Resistencoia media
B:Resistencia alta A:Resistencia muy alta
1: Roca arcillosa
2:Areniscas
3:Esquistos de foliacin fina
4:Granitos 5:Calizas
6:Cuarcitas
7:Gneises
8:Esquistos de foliacin gruesa
5/20/2018 cap 1
43/45
Se considera que un suelo o roca es blando o duro, segn su resistencia a la
compresin est en los siguientes rangos:
Suelo blando menos de 4 Kg/cm2
Suelo duro entre 4 - 10 Kg/cm2
Roca blanda entre 10 - 200 Kg/cm2
Roca dura ms de 200 Kg/cm2
- Las rocas gneas. Son muy resistentes, isotrpicas, rgidas, frgiles, densasy de textura entrabada. Su inconveniente se da por presencia de materiales
alterables y diaclasamiento.
- Las rocas gneas plutnicas. Tienen minerales resistentes, entrabados, seda fallamiento en escalonado de minerales porque son diferentes.
- Las rocas gneas volcnicas. Muestran heterogeneidad de minerales; hay
falla en poros que afectan la roca, la porosidad le da plasticidad a la masa quesi es de rocas masivas resulta poco porosa.
5/20/2018 cap 1
44/45
- Las rocas sedimentarias. Tienen resistencia media a baja sonortotrpicas, poco rgidas, dctiles, porosas y presentan texturacementada-laminada. Su inconveniente es la ortotropa que hace difcileslos clculos de estabilidad y comportamiento del macizo.
En las rocas sedimentarias la resistencia depende del grado decementacin y de su densidad. Ella aumenta cuando los granos son finos;si hay disolucin en la masa hay porosidad. Los planos de estratificacinson zonas de debilidad.
- Las rocas metamrficas. Se caracterizan por una resistencia medioalta, su ortotropa, tenacidad, textura entrabada y baja porosidad. Hayrigidez en el sentido paralelo y plasticidad en el perpendicular, con relacina los planos de clivaje. Su ortotropa dificulta los clculos.
Las rocas metamrficas resultan elsticas por la cristalizacin de lamasa. Son densas por el empaquetamiento. Si hay minerales laminadoshay debilidad. Si hay esquistocidad hay zonas de debilidad. Los gneises soncomo los granitos aunque el bandeamiento les da debilidad.
5/20/2018 cap 1
45/45