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GEOMECANICA MECANICA DE ROCASGEOTECNIA

RECONOCIMIENTO COMO CIENCIA: DECADA DE LOS 50 DEFINICIN: CIENCIA TEORICA Y APLICADA QUE TRATA SOBRE EL COMPORTAMIENTO MECNICO DE LA ROCA Y SU RESPUESTA A LOS ESFUERZOS APLICADOS EN SU ENTORNO FISICO.(Comit de Mecnica de Rocas de la Acadmia de Ciencias de los Estados Unidos, 1964)

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1er CONCEPTO DE FONDO

TODA ESTRUCTURA DE INGENIERA DESARROLLADA EN ROCAS, REQUIERE PARA SU ADECUADO DISEO Y EJECUCIN DE LA UTILIZACIN Y APLICACIN DIRECTA DE LOS PRINCIPIOS, METODOLOGAS Y APLICACIONES DIVERSAS DE LA MECNICA DE ROCAS , DESDE LA FASE DE INVESTIGACIN PRELIMINAR, ANLISIS, DISEO, EJECUCIN Y OPERACIN DE LA OBRA.*

2do CONCEPTO DE FONDO

CUALQUIER EXCAVACIN PRACTICADA EN UN MEDIO ROCOSO, PRODUCE UN DESEQUILIBRIO EN EL MISMO; AL EXTRAER LOS MATERIALES, SE PRODUCE INEVITABLEMENTE LA ELIMINACIN DEL SOPORTE NATURAL DE LA MASA ROCOSA CIRCUNDANTE, DANDO LUGAR A LA ALTERACIN DE LAS CONDICIONES DE EQUILIBRIO, LOS EFECTOS PRODUCIDOS SE DEBEN CONOCER CON EL FIN DE RESTITUIR EL EQUILIBRIO Y ASEGURAR LA ESTABILIDAD.*

ROCA :MATERIAL ROCOSO DE VOLUMEN MENORSIN FRACTURAS

MACIZO ROCOSO:MATERIAL ROCOSO DE MAYOR VOLUMEN CON FRACTURAS, FALLAS, PLIEGUES, AGUA*

Rock mass*

PROPIEDADES FSICO-MECANICASRESISTENCIA A LA COMPRESIN ( Rc ) Rc = P / A , A = pD/4UNIDADES DE MEDIDA ( Kg/cm ) ( Ton/m ) ( PSI ) ( lb/pulg) ( bar ) ( Atm ) ( Mpa )

A*

PROPIEDADES FSICO-MECANICASRESISTENCIA A LA TRACCIN ( Rt ) Rc = P / A , A = pD/4UNIDADES DE MEDIDA ( Kg/cm ) ( Ton/m ) ( PSI ) ( lb/pulg) ( bar ) ( Atm ) ( Mpa)

A*

PROPIEDADES FSICO-MECANICASMODULO DE YOUNG (E) : Tendencia de deformacin en direccin axial del esfuerzo solicitante.

UNIDAD DE MEDIDA : ( Kg/cm )(Mpa)

MODULO DE POISSON (n) :Razn de deformacin ; deformacin radial entre la deformacin axial

UNIDAD DE MEDIDA : adimensional

Ev*

PROPIEDADES FSICO-MECANICASCOHESIN ( C ) : Resistencia cohesiva o resistencia a la cizallaUNIDAD DE MEDIDA ( Kg/cm )(Mpa)ANGULO DE FRICCIN INTERNA ( f ) : Angulo de rozamiento internoUNIDAD DE MEDIDA( )

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LAS PROBETAS (NUCLEOS O TESTIGOS) DESTINADAS A ENSAYOS GEOMECNICOS DEBEN TENER UNA RAZN LARGO A DIMETRO IGUAL A 2, CON SUS DOS CARAS BASALES PARALELAS Y PULIDAS, PARA PERMITIR UNA DISTRIBUCIN UNIFORME DE LA CARGA APLICADA.

(L / D) 2

ENSAYOS DE LABORATORIO*

TESTIGOS O NUCLEOS DE ROCA ENSAYOS DE LABORATORIO*

ENSAYOS DE LABORATORIOPROBETAS DE ROCA LISTAS PARA ENSAYO *

ENSAYOS DE LABORATORIO ENSAYO DE COMPRESIN SIMPLEEL ENSAYO CONSISTE EN APLICAR UNA CARGA COMPRESIVA CONTINUA Y PAULATINAMENTE EN AUMENTO SOBRE LA PROBETA, HASTA PRODUCIR SU RUPTURA. Rc = P / A , A = pD/4SI LA RAZON L / D ES INFERIOR A 2 SE APLICA LA SIGUIENTE ECUACIN DE AJUSTE :Rc = Rc / [0.88 + (0.24 * D/L)]*

ENSAYOS DE LABORATORIO*

ENSAYOS DE LABORATORIO ENSAYO DE TRACCION INDIRECTA (ENSAYO BRASILERO)CONSISTE EN APLICAR UNA CARGA DE COMPRESIN A UNA MUESTRA CON FORMA DE DISCO, DE DIMETRO MAYOR O IGUAL A 54 mm. Y ESPESOR IGUAL A UN RADIO, HASTA PRODUCIR SU RUPTURA POR ESFUERZOS DE TRACCIN PERPENDICULARES A LA DIRECCIN DE LA CARGA VERTICAL APLICADA.Rt = 0.636 P / (D*T)DONDE:Rt: RESISTENCIA A LA TRACCIN INDIRECTA (Kg/cm2) P: CARGA DE RUPTURA (Kg) D: DIMETRO DEL DISCO DE ROCA (cm.) T: ESPESOR DEL DISCO DE ROCA (cm.)*

PROBETA DE ROCA SOMETIDA A ENSAYO TRACCIN (BRASILEO) ENSAYOS DE LABORATORIO*

ENSAYO DE PROPIEDADES ELSTICAS(MDULO DE YOUNG Y MDULO DE POISSON)

SE UTILIZAN ESTAMPILLAS ELCTRICAS STRAIN GAGE COMO SENSORES DE LA DEFORMACIN AXIAL Y DIAMETRAL EXPERIMENTADA POR LA PROBETA BAJO COMPRESIN.DURANTE EL ENSAYO SE REGISTRA LA CARGA DE COMPRESIN, LA DEFORMACIN AXIAL Y DIAMETRAL EXPERIMENTADA POR LA PROBETA AL SER COMPRIMIDA, MEDIANTE INCREMENTOS DE CARGA PREDETERMINADOS.ENSAYOS DE LABORATORIO*

PROBETA DE ROCA SOMETIDA A ENSAYO PARA DETERMINACIN DE MDULOS DE DEFORMACIN YOUNG Y POISSON,UTILIZANDO STRAIN-GAGEENSAYOS DE LABORATORIO*

CURVAS TIPICAS ESFUERZO vs DEFORMACIONPARA ENSAYOS DE MODULO ELASTICO*

CURVA ESFUERZO - DEFORMACINENSAYOS DE LABORATORIO*

CURVADEFORMACIN HORIZONTALVSDEFORMACIN VERTICALENSAYOS DE LABORATORIO*

ENSAYOS DE LABORATORIOTESTIGOS DE GRAN DIMENSION PARA ENSAYOS A GRAN ESCALA*

TIPOS DE ENSAYO:DIAMETRALAXIAL Irregular (Cbica)Irregular (Bloque)Irregular (Esferoidal)DETERMINA LA RESISTENCIA A LA COMPRESIN IN-SITU EN TESTIGOS Y/O MUESTRAS IRREGULARESEnsayo de CARGA PUNTUAL (POINT LOAD)*

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PRINCIPIO DE CAUSA Y EFECTOACCION Y REACCIONMEDIO : MACIZO ROCOSO

CAUSA :ESFUERZO (NORMAL, CORTE)(s , t )EFECTO:DEFORMACION (AXIAL, DE CORTE)(e , g )*

RELACIONES ESFUERZO - DEFORMACIONSI SUPONEMOS UN PARALELEPIPEDO RECTANGULAR CON SUS LADOS ORIENTADOS SEGN LOS EJES COORDENADOS, SOBRE EL CUAL ACTUA UN ESFUERZO NORMALEL EFECTO OBSERVADO ES UN ACORTAMIENTO EN LA DIRECCION DE LA APLICACIN DE LA CARGA (Z) Y A LA VEZ UNA EXPANSION EN LAS DIRECCIONES PERPENDICULARES A ELLA (X e Y)*

EN MATERIALES ELASTICOS ESTAS RELACIONES ESTAN DETERMINADAS A TRAVES DE DOS COEFICIENTES YOUNG (E) y POISSON ( v )eZ = sZ / EeY = - v sZ / EeX = - v sZ / E*

SI EL PARALELEPIPEDO ESTUVIERA SOMETIDO A ESFUERZOS NORMALES EN LAS TRES DIRECCIONES sx , sy ,sz LAS DEFORMACIONES RESULTANTES PUEDEN OBTENERSE APLICANDO EL PRINCIPIO DE SUPERPOSICION: e X = 1 / E ( s X - v (s Y + s Z ) ) e Y = 1 / E ( s Y - v (s X + s Z ) ) e Z = 1 / E ( s Z - v (s X + s Y ) )*

PARA EL CASO DE LAS DEFORMACIONES DE CORTE SE ACOSTUMBRA A RELACIONARLAS CON LOS ESFUERZOS DE CORTE RESPECTIVOS MEDIANTE UNA SOLA CONSTANTE DENOMINADA MODULO DE RIGIDEZ (G)G = E / ( 2 ( 1 + v ) ) DE ESTA FORMA LAS DEFORMACIONES DE CORTE QUEDAN DEFINIDAS DE LA SIGUIENTE FORMA: g xy = t xy / G g yz = t yz / G g zx = t zx / G*

ESFUERZO VERTICAL vs PROFUNDIDAD *

RAZON DE ESFUERZOS HORIZONTAL / VERTICAL SEGN LA PROFUNDIDAD*

CURVA DE ESFUERZOS TECTONICOS EN LOS ANDES*

CONDICION ESTRUCTURAL

CONTACTOS FRACTURAS FALLAS*

1 SISTEMA DE ESTRUCTURAS*

2 SISTEMAS DE ESTRUCTURAS*

3 SISTEMAS DE ESTRUCTURAS*

BLOQUE TIPICO EN INFRAESTRUCTURA MINERA*

MAPEO ESTRUCTURAL DE CAMPODETERMINACION DE RUMBO E INCLINACION DE FRACTURAS*

ANALISIS DE ESTRUCTURAS EN BASE A PROYECCIONES ESTEREOGRAFICASPLANO ECUATORIAL VISTO DESDE ABAJO*

PROYECCION DE UNA ESTRUCTURA ORIENTACION: N 30 E / 40 SE*

REPRESENTACION DE POLOS SOFTWARE DIPS*

DISTRIBUCION DE LAS TENDENCIAS PRINCIPALES *

DIRECCION Y BUZAMIENTO DE LAS FAMILIAS PRINCIPALES*

DIRECCION DE LAS FAMILIAS PRINCIPALES MEDIANTE UNA ROSETA ESTRUCTURAL*

CLASIFICACIONES GEOMECANICAS*

SISTEMAS DE CLASIFICACIN DE CALIDAD DE ROCA*

CLASIFICACIN R.Q.D.EL GELOGO NORTEAMERICANO D. DEERE,QUE DESARROLLABA SU TRABAJO PROFESIONAL EN EL MBITO DE LA MECNICA DE ROCAS, POSTULA QUE LA CALIDAD ESTRUCTURAL DE UN MACIZO ROCOSO PUEDE SER ESTIMADA A PARTIR DE LA INFORMACIN DADA POR LA RECUPERACIN DE TROZOS INTACTOS DE SONDAJES DIAMANTINOS. SOBRE ESTA BASE PROPONE EL NDICE CUANTITATIVO RQD (ROCK QUALITY DESIGNATION) EL CUAL DEFINE COMO EL PORCENTAJE DE TESTIGO RECUPERADO EN PIEZAS SANAS Y CON UNA LONGITUD MAYOR O IGUAL A 100 mm, EN RELACIN A UNA LONGITUD BASE DE 3 METROS.*

S Longitud total en trozos > 100 mmR.Q.D.(%) = ----------------------------------------------------- x 100Longitud (3m)BASANDOSE EN RANGOS DE VALORES DE RQD, EL MEDIO ROCOSO ES CARACTERIZADO SEGN SU CALIDAD DE ACUERDO AL SIGUIENTE CUADRO:RQD (%) CALIDAD DE ROCA100 - 90MUY BUENA90 - 75BUENA75 - 50MEDIANA50 - 25MALA25 - 0MUY MALA*

LA APLICACIN DE ESTE CONCEPTO DE DESIGNACIN DE CALIDAD DE ROCA, DADA SU SIMPLEZA, FUE AMPLIAMENTE ACEPTADA Y DE GRAN DIVULGACIN HASTA HOY.EVIDENTEMENTE LA SIMPLICIDAD DEL MTODO INVOLUCRA UNA SERIE DE LIMITACIONES PUESTO QUE NO CONSIDERA FACTORES IMPORTANTES COMO LA ORIENTACIN DEL SONDAJE EN RELACIN A LOS PLANOS DE DEBILIDAD, PRESENCIA DE AGUA, RELLENO DE FRACTURAS, ETC., LOS CUALES TIENEN INFLUENCIA EN LA CORRECTA CLASIFICACIN DEL TERRENO.SE DEBE HACER PRESENTE QUE ES RECOMENDABLE DETERMINAR EL RQD EN BASE A TESTIGOS DE DIAMETRO IGUAL O MAYOR A 50 mm.*

AL NO DISPONER DE SONDAJES DIAMANTINOS, EL RQD PUEDE CALCULARSE, DEFINIENDO UN RQD SUPERFICIAL SEGN LA SIGUIENTE EXPRESIN:RQD (%) = 115 - 3.3 x JvDONDE:Jv = N DE JUNTAS POR METRO CUBICOJv = Jx + Jy + JzPARA Jv < 5 ==> RQD = 100*

CLASIFICACIN DE BIENIAWSKY (RMR)LAS PARMETROS CONSIDERADOE POR ESTA CLASIFICACIN SON:RESISTENCIA A LA COMPRESIN : RESISTENCIA DE UN TESTIGO DE ROCA SANA (SIN PLANOS DE DEBILIDAD) EN UN ENSAYO DE COMPRESIN UNIAXIAL.JUNTAS por METRO (J/m) : INCORPORA EL CONCEPTO DESARROLLADO POR DEERE (RQD) Y SEPARACIN ENTRE FRACTURAS, EN ESTE CONTEXTO SE DEFINE COMO FRACTURA A TODO TIPO DE DISCONTINUIDAD.PERSISTENCIA DE FRACTURA : PERMANENCIA DE LA CONTINUIDAD A TRAVES DEL MEDIO ROCOSO.ABERTURA DE FRACTURA : DISTANCIA ENTRE LAS PAREDES DE UNA FRACTURA (ESPESOR DE LA DISCONTINUIDAD).RUGOSIDAD : DEFINIDO COMO LA TEXTURA DE LOS PLANOS DE LAS DISCONTINUIDADESRELLENO DE FRACTURAS : CONSIDERA EL ESPESOR Y DUREZA DEL MATERIAL DE SALVANDA.METEORIZACIN : CAMBIOS EN LA CALIDAD DE LA ROCA POR PROCESOS NATURALES, QUMICOS Y/O MECNICOS, LOS CUALES DETERMINAN EL COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL DEL MACIZO ROCOSO.EFECTO DEL AGUA : FLUJO DE AGUA MEDIDO CUALITATIVAMENTE SOBRE UN TRAMO DE TUNELORIENTACIN DE FRACTURAS : POSICIN GEOMTRICA DE LAS DISCONTINUIDADES EN RELACIN AL AVANCE DEL TUNEL.LA METODOLOGA DE CLASIFICACIN CONSISTE EN:1 - SELECCIONAR PARA CADA PARAMETRO EL VALOR (RATING) 2 - LA SUMA DE TOTAL DE ESTOS VALORES (RATING) CLASIFICAR A LA ROCA EN EL CORRESPONDIENTE RANGO DE CALIDAD*

PLANTILLA DE CLASIFICACIN RMR*

CLASES DE MACIZOS ROCOSOS EN FUNCIN DEL RATING TOTAL INDICE RMR*

Hoja1

RATING100 - 8180 - 6160 - 4140 - 21< 20

CLASEIIIIIIIVV

TIPO DE ROCAMUY BUENABUENAREGULARMALAMUY MALA

COHESION (Kpa)> 300200 - 300150 - 200100 - 150< 100

ANGULO DE

FRICCIN> 4540 - 4535 - 4030 - 35< 30

INTERNA ()

Hoja2

Hoja3

CLASIFICACIN DEL NGI (Q)UN SISTEMA ESTRUCTURAL DE MACIZOS ROCOSOS ORIENTADO TAMBIEN A SERVIR EN LA CONSTRUCCIN DE TUNELES, FUE DESARROLLADO POR BARTON, LIEN Y LUNDEN, INVESTIGADORES DEL NGI (NORWEGIAN GEOTECHNICAL INSTITUTE), BASANDOSE EN EXTENSIVOS ESTUDIOS EN TERRENO Y UN GRAN NMERO DE CASOS DE ESTABILIDAD DE EXCAVACIONES SUBTERRANEAS*

EL SISTEMA PROPUESTO, CONSIDERA SEIS PARMETROS PARA DEFINIR LA CALIDAD DE UN MEDIO ROCOSO, TALES COMO: RQD: PARMETRO DEFINIDO POR DEERE Jn: INDICE DE NMERO DE FAMILIAS DE FRACTURAS Jr: INDICE DE RUGOSIDAD Ja: INDICE DE ALTERACIN DE LAS PAREDES DE LAS FRACURAS Jw: INDICE DE FLUJO DE AGUASRF: INDICE DEL ESTADO DE TENSIN DEL MACIZO ROCOSO (STRESS REDUCTION FACTOR)*

PLANTILLA PARA CLASIFICACIN DELNGI ( Q )*

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*

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EL PARMETRO Jn REPRESENTA EL NUMERO DE CONJUNTOS DE FRACTURAS, A MENUDO ESTE INDICE SE VE AFECTADO POR FOLIACIN, ESQUISTOCIDADES, ESTRATIFICACINES, ETC. ANTE ESTOS FENMENOS DEBE EFECTUARSE UN ANLISIS ORIENTADO A DEFINIR SI ES LCITO CONSIDERARLOS COMO UN CONJUNTO O BIEN COMO FRACTURAS ERRTICAS, DEPENDIENDO DE LA CANTIDAD QUE SE DETECTENLOS PARMETROS J r Y Ja QUE REPRESENTAN LA RESISTENCIA AL CIZALLE , DEBERN SER RELEVANTES PARA EL CONJUNTO DE FRACTURAS MS DBILES O PARA DISCONTINUIDADES RELLENAS CON ARCILLAS.*

LA CALIDAD DEL MACIZO ROCOSO QUE SE DESIGN POR LA LETRA Q, SE OBTIENE A PARTIR DEL PRODUCTO DE LOS TRES CUOCIENTES SIGUIENTES:

RQD / Jn : REPRESENTA LA ESTRUCTURA DEL MACIZO ROCOSO; ES UNA MEDIDA APROXIMADA DEL TAMAO DE LOS BLOQUES.

Jr / Ja : REPRESENTA LAS CARCTERSTICAS DE FRICCIN DE LAS PAREDES DE UNA FRACTURA O DEL MATERIAL DE RELLENO DONDE MS PROBABLEMENTE SE PUEDE INICIAR EL FALLAMIENTO.*

Jw / SRF: ES UN FACTOR EMPRICO QUE RELACIONA LOS ESFUERZOS ACTIVOS DEL MEDIO ROCOSO.

EL INDICE SRF ES UNA MEDIDA DE: 1 EL PESO MUERTO CUANDO LA LABOR PASA A TRAVES DE ZONAS DE FALLA Y ESTRUCTURAS CON ARCILLA, 2 ESFUERZOS EN ROCAS COMPETENTES Y 3 CARGAS CONVERGENTES EN ROCAS CON COMPORTAMIENTO PLSTICO.EL INDICE Jw ES UNA MEDIDA DE LA PRESIN DE AGUAQ = (RQD / Jn) x (Jr / Ja) x (Jw/ SRF)*

EL VALOR DE Q PUEDE VARIAR APROXIMADAMENTE ENTRE 0,0001 Y 1000, DENTRO DE ESTE RANGO SE DEFINEN NUEVE CALIDADES DE ROCA, TAL COMO SE MUESTRA EN LA TABLA SIGUIENTE:CALIDAD DE ROCAVALOR DEL INDICE QEXCEPCIONALMENTE MALA0.0001 - 0.01EXTREMADAMENTE MALA0.01 - 0.1MUY MALA0.1 - 1.0MALA1.0 - 4.0REGULAR4.0 - 10.0BUENA10.0 - 40.0MUY BUENA40.0 - 100.0EXTREMADAMENTE BUENA100.0 - 400.0EXCEPCIONALMENTE BUENA400.0 - 1000.0*

RESISTENCIA CANTIDAD DE ESTRUCTURAS CONDICION DE ESTRUCTURAS ALTERACION NIVEL DE AGUAS ESFUERZOSPRIORIDADES PARA UNA ZONIFICACION GEOMECANICA*

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