UNIVERSIDAD ANDINA

NESTOR CACERES VELASQUEZ

Escuela de Postgrado

MAESTRIA EN INGENIERIA CIVIL

Mencin Geotecnia y transportes

CARACTERIZACION DEL MACIZO

ROCOSO

MG. ALFREDO ALARCON ATAHUACHI

Modulo de Mecnica de rocas

Macizo rocoso: Caracterizacin

y anlisis.

1.- Definicin de macizo rocoso.

Matriz rocosa

Discontinuidades estructurales.

2.- Deformacin del macizo rocoso.

2.1.- Comportamiento mecnico de las rocas sometidas a esfuerzos.

2.2.- Fallas: definicin, elementos y tipos.

2.3.- Cabalgamientos: definicin y elementos.

2.4.- Pliegues: definicin, elementos y tipos.

3.- Caracterizacin del macizo rocoso.

Clasificacin de Bieniawski. ndice RMR.

Ensayos de laboratorio.

Ensayos In Situ.

1. Definicin de macizo rocoso.

Conjunto formado por la matriz rocosa (roca intacta) + discontinuidades

discontinuidades

matriz rocosa (roca intacta)

Estudio individualizado de sus propiedades y de

su efecto en obra:

Matriz rocosa:

- Caracterizacin mineralgica

- Resistencia y deformabilidad

- Grado de meteorizacin

- Porosidad y permeabilidad primaria

- Etc.

Discontinuidades:

- Resistencia a traccin

- Orientacin respecto al desarrollo de la obra

(por ejemplo excavacin de un talud)

- Densidad de fracturacin y permeabilidad

secundaria

- etc.

Discontinuidad (Ferrer y Gonzlez de Vallejo, 1999):

Cualquier plano de origen mecnico (rotura) o sedimentario en un macizo rocoso, que normalmente

muestra una resistencia a traccin reducida.

Confieren un comportamiento discontinuo y no uniforme al macizo rocoso y en cualquier caso

representan un plano de debilidad.

Los principales tipos de discontinuidades son:

1. Estratificacin: superficie de espesor superior a 1 cm que separa unidades adyacentes y

paralelas, al menos por un discreto cambio litolgico

2. Laminacin: superficie de espesor inferior a 1 cm

3. Falla: fractura a lo largo de la cual existe un desplazamiento relativo de los bloques

4. Diaclasa: fractura sin desplazamiento de los bloques

5. Fisura: fractura sin desplazamiento y de pequea extensin. Sin conexin con otras

discontinuidades.

6. Planos de esquistosidad: planos con espaciado milimtrico de origen tectnico propios del

metamorfismo y con una disposicin perpendicular a la direccin de los esfuerzos

7. Plano de deslizamiento: superficie originada por movimientos de cizalla

2. Deformacin del macizo rocoso.

2.1. Comportamiento mecnico de las rocas sometidas a esfuerzos.

Esfuerzos tectnicos => deformacin de las rocas dando lugar a distintas estructuras

a) la magnitud de los esfuerzos

b) comportamiento de mecnico de las rocas:

Frgil (mayoritario entre las rocas expuestas en superficie o a escasa profundidad):

La deformacin de la roca es proporcional al esfuerzo y cuando el esfuerzo supera su resistencia (lmite

elstico) se rompen. Si dicho lmite no es superado, al relajarse los esfuerzos se recupera la forma inicial.

Dctil (sales, yesos, arcillas o cualquier otra a cierta profundidad):

La deformacin no es proporcional al esfuerzo y superado el lmite plstico la deformacin continua sin

incremento de esfuerzo. No se recupera la forma original => deformacin permanente

FALLAS-DIACLASAS

PLEGAMIENTO

2.2. Fallas.

Definicin: fractura con desplazamiento de los bloques

Clasificacin => en funcin del desplazamiento relativo de los bloques

bloque de techo: por encima del plano de falla

bloque de muro: bajo el plano de falla

a) Falla normal:

- bloque de techo desciende a favor de la pendiente del

plano de falla.

- la formacin geolgica ms moderna se pone en

contacto con la ms antigua.

- estn asociadas a esfuerzos distensivos.

b) Falla inversa:

- el bloque de techo asciende en contra de la pendiente

del plano de falla.

- La formacin geolgica ms antigua se pone en

contacto con la ms moderna.

- Estn asociadas a esfuerzos compresivos.

c) Falla de desgarre:

- movimiento en horizontal

2.3. Cabalgamiento.

Falla inversa muy tendida con buzamiento inferior a 30, que corresponde con el desplazamiento de una

gran extensin, tanto longitudinal como en profundidad, de formaciones geolgicas antiguas (unidad

alctona o cabalgante) sobre formaciones geolgicas ms modernas (unidad autctona o

cabalgada).

Los esfuerzos tectnicos compresivos se prolongan durante un intervalo de tiempo geolgico muy

grande y las formaciones mantiene un comportamiento mecnico intermedio entre elstico y

plstico. Normalmente existe una formacin geolgica con cierta plasticidad que acta como nivel de

despegue y es posible que el cabalgamiento se divida en varias escamas. Es una estructura muy

frecuente en las cordilleras Cantbrica, Btica y Pirenaica.

Or

Unidad alctona

Unidad autctona

Nivel de

despegue

2.4. Pliegues.

Resultado de esfuerzos tectnicos compresivos que generan una deformacin dctil sobre rocas

mecnicamente plsticas (sometidas a altas P y T).

Elementos que permiten describir un pliegue:

a) Eje de pliegue: lnea que contiene los puntos de mxima curvatura del pliegue en un nico estrato.

b) Plano axial: plano que contiene todos los ejes de pliegue de los distintos planos de estratificacin.

c) Flanco de Pliegue: superficie del pliegue comprendida entre dos planos axiales.

d) Lnea de cresta: lnea que contiene los puntos topogrficamente ms elevados en un pliegue

anticlinal.

e) Lnea de seno: lnea que contiene los puntos topogrficamente ms bajos en un pliegue sinclinal.

Plano

axialEje de

pliegue

Flanco

de

pliegue

Elementos que permiten describir un pliegue:

d) Lnea de cresta: lnea que contiene los puntos topogrficamente ms elevados en un pliegue

anticlinal.

e) Lnea de seno: lnea que contiene los puntos topogrficamente ms bajos en un pliegue sinclinal.

Eje de

pliegue

Vergencia

Plano

axial

Lnea de cresta o charnela

Lnea de seno

Plano axial vertical => pliegue recto.

Plano axial no vertical => pliegue con vergencia => lnea de cresta o seno y eje de pliegue no coinciden

en el mismo punto.

Mecnica de Rocas e Ingeniera de Rocas

La primera en una ciencia de anlisis y la segunda

es la aplicacin ingenieril de la primera. En la

figura siguiente se muestra las interacciones

entre la Mecnica de Rocas y la Ingeniera de

Rocas en forma matricial. Los factores mas

importantes a tomar en cuenta son :

Estructura del Macizo Rocoso :Roca Intacta

Discontinuidades

Tensiones Agua Subterrnea Aspectos constructivos

3.- Caracterizacin del macizo rocoso.

Fase inicial de una obra => caracterizacin del macizo rocoso.

Clasificaciones geotcnicas => Bieniawski en 1979 (Rock Mass Ratio, RMR)

Anlisis, caracterizacin y aproximacin semi-cuantitativa a la calidad del macizo rocoso =>

RMR (Rock Mass Ratio) = valoracin de las que se deduce una calidad:

Muy buena Buena Aceptable Mala Muy mala.

Funciones:

- til cuando el sustrato es roca o suelos duros

- Valora las propiedades de la matriz rocosa y de las discontinuidades por separado pero

la clasificacin es conjunta.

- Permite delimitar zonas con diferentes propiedades.

- Permite delimitar zonas con diferente calidad del macizo rocoso.

- Permite identificar zonas que requieren tratamiento para mejorar sus propiedades

- Amplia aplicabilidad: taludes de carreteras, interior de tneles, excavaciones profundas,

cerradas de presas, cimentacin, etc.

- Ingeniera Civil y Minera

HISTORIA DE LAS CLASIFICACIONES (1)

-LAS CLASIFICACIONES

GEOMECANICAS SURGIERON POR LA

NECESIDAD DE PARAMETRAR LAS

OBSERVACIONES Y DATOS EMPRICOS

DE FORMA INTEGRADA, Y PARA

EVALUAR LAS MEDIDAS DE

SOSTENIMIENTO DE TNELES.

- ESTAS CLASIFICACIONES A MANERA

DE ESQUEMAS HAN SIDO

DESARROLLADAS DESDE HACE MS

DE 100 AOS, DESDE QUE RITTER

(1879) INTENTO FORMALIZAR UN

ENFOQUE EMPRICO PARA EL DISEO

DE TNELES, EN PARTICULAR PARA

DETERMINAR LOS REQUERIMIENTOS

DEL SOSTENIMIENTO.

HISTORIA DE LAS CLASIFICACIONES (3)

LAS CLASIFICACIONES GEOMECANICAS SON MTODOS DEINGENIERIA QUE PERMITEN EVALUAR EL COMPORTAMIENTO

GEOMECNICO DE LOS MACIZOS ROCOSOS, Y DE AQU ESTIMAR

LOS PARMETROS GEOTCNICOS DE DISEO Y EL TIPO DE

SOSTENIMIENTO DE UN TNEL

EJEMPLO DE APLICACIN

CLASIFICACION RQD Y RMR

CALCULO DE RQD

RQD % CALIDAD

Caractersticas de las discontinuidades

Intemperismo: Grado de alteracin de la roca. Espaciado: Distancia perpendicular entre dos

fracturas de un mismo sistema.

Persistencia: Cuan grande es la fractura. Rugosidad Ondulacin: Grado de sinuosidad de la

fractura. Aspereza: Presencia de picos

Resistencia: Resistencia al cizallamiento y la Deformabilidad.

Abertura: Distancia entre las paredes de la fractura. Relleno: Material alojado en la abertura. Flujo : Permeabilidad primaria y/o secundaria

Parmetros de clasificacin, INDICE DE CALIDAD RMR:

DESCRIPCION VALOR PUNTAJE1.Resistencia de la compresin uniaxial matriz rocosa 230 Mpa 121.Fracturacin del macizo rocoso: 80 17determinacin ndice RQD (rock quality design) BUENA1.Separacin o espaciado entre discontinuidades 0.14 m 81.Estado de las discontinuidades o Juntas

Persistencia 14 m 1Apertura Cerrada 5Rugosidad Lig. Rugosa 3

RellenoSuave

CLASE CALIDADVALORACION

RMR COHESION

ANGULO DE ROZAMIENT

O

I Muy buena 100 -- 81 > 4 Kg/cm2 > 45

II Buena 80 -- 61 3-4 Kg/cm2 35-45

III media 60 -- 41 2-3 Kg/cm2 25-35

IV mala 40 -- 21 1-2 Kg/cm2 15-25

V Muy mala < 20 < 1 Kg/cm2 < 15

CLASIFICACION DE LA CALIDAD DEL MACIZO ROCOSO

EN RELACION AL NDICE RMR

(Parmetros de resistencia y deformabilidad)

1. Resistencia de la matriz rocosa:

- Ensayos de laboratorio => ensayo de resistencia a compresin simple

- Ensayos in situ (en obra) => ensayo de carga puntual (PLT).

En ambos casos se pretende determinar cual es la resistencia mxima de la matriz rocosa

antes de que se produzca rotura, es decir, antes de superar el lmite elstico.

Ensayos de resistencia (en laboratorio):

- Ensayo uniaxial o compresin simple

- Ensayo triaxial

Clula de cargaPrensa hidrulica

1

Ensayo de Compresin Uniaxial

1

2 = 3

Ensayo de Compresin Triaxial

Ensayos de resistencia (en laboratorio):

- Ensayo uniaxial o compresin simple

- Ensayo triaxial (confinamiento lateral mediante fluido a presin)

Permiten determinar la resistencia a compresin (lmite elstico) y la deformacin de la matriz

rocosa segn se aplican los esfuerzos

Factores geolgicos que afectan a estos ensayos:

a) Litologa.

b) Tamao de grano y cementacin (rocas sedimentarias).

c) Porosidad.

d) Microfisuracin

e) Grado de meteorizacin o alteracin

Ensayos de resistencia (in situ en obra):

- Ensayo de carga puntual o PLT

- Martillo Schmidt

Sistema mucho ms sencillo, rpido y barato, pero de menor precisin.

Resistencia al corte de discontinuidades.

2. Grado de fracturacin del macizo rocoso => ndice RQD (Rock Quality Designation)

Define el grado de fracturacin del macizo rocoso a partir del anlisis de testigos recuperados

en sondeos ( 54.7 mm)

GRACIAS