Metodología empleada en la caracterización de un macizo rocoso

Alan CosilloX Congreso Geológico de América

Central

Se evaluado un macizo rocoso para determinar los posibles modos de ruptura con el propósito de:Maximizar las pendientes de taludesCaracterizar los modos de rupturaUtilizar métodos estándar utilizados a nivel internacional en la caracterización de macizos rocosos

Análisis de alineamientos a nivel regionalN40°EN20°WN40°WLa cobertura de materiales piroclásticos oculta parte de la tectónica principal del área

Estratigrafía

Intercalaciones de calizas y dolomitas de edad terciaria.

En el área del talud, las calizas en la base tienden a ser muy pobres en fósiles, sin embargo, hacia el techo la abundancia de fósiles es mayor. Por encima de la cota 1460 msnm, la meteorización y el diaclasamiento por esfuerzos ha fracturado los materiales calcáreos.

Piroclásticos de caída y relleno fluvio lacustrino de edad cuaternaria Un dique andesítico de edad terciara corta los estratos Rellenos no controlados

Figura 7.2. Mapa geológico del área analizada.

Resistencia (Carga punta)(ASTM D 5431)

Roca sana 80 a 116 Mpa, Nivel más inferior menor diaclasamiento 207 Mpa.

Roca fracturada o cizallada y sellada con vetillas de calcita 58 MPa meteorizada y ligeramente alterada hidrotermalmente.

Estimacion de la resistencia mediante carga puntual

Diametro Largo Carga Is Is (50)

Esfuerzo Comp.

Valor prom. Falla

(mm) (cm) (kg) (Mpa) (Mpa) (MPa) (Mpa)1 6.0 15.0 2721 7.41 7.982 126.12 Normal Roca sana, solor gris, con

2 7.0 12.5 2812 5.63 6.494 102.60 Normal con cicatrices de fracturas

3 6.0 13.0 2313 6.30 6.786 107.21 111.98 Grainstone

4 6.0 9.0 1882 5.13 5.521 87.23 Normal Roca sana, solor gris claro,

5 7.1 10.0 2835 5.52 6.406 101.22 Normal Mudstone

6 7.2 15.0 2472 4.68 5.468 86.39 91.61 7 6.0 10.0 1859 5.06 5.454 86.17 Normal Caliza color grís, con vetas de calcita

8 7.0 6.0 1769 3.54 4.085 64.55 Normal y cicatrices de fracturas, Mudstone.

9 6.1 11.0 2041 5.38 5.834 92.18 80.96 10 4.9 8.0 1837 7.50 7.445 117.64 Normal Caliza sana, color gris oscuro,

11 5.0 8.0 1700 6.67 6.669 105.36 Normal Grainstone

12 5.9 8.0 2630 7.41 7.922 125.17 116.06 Roca sana Promedio 100.15

Desv. Estándar 16.67

13 6.1 12.0 5450 14.36 15.579 246.15 Normal Caliza densa y sana, color gris claro,

14 5.0 8.0 3500 13.73 13.730 216.93 Normal Mudstone

15 7.0 9.0 4350 8.71 10.045 158.72 207.26 Roca muy sana 207.26

16 4.9 11.0 1360 5.55 5.512 87.09 Normal Caliza con cavidades de disolución

17 5.0 12.0 453 1.78 1.777 28.08 (*) color beige grisáceo, Waekstone.

18 5.1 13.0 1587 5.98 6.030 95.27 70.15 Normal19 Zona de 6.5 9.0 2245 5.21 5.812 91.83 Normal Caliza sana, color negro, con vetas

20 Fracturamiento 6.5 10.0 748 1.74 1.937 30.60 (*) de calcita. Mudstone.

21 7.0 8.0 2472 4.95 5.709 90.20 70.88 Normal

Roca fracturada Promedio 70.51

Desv. Estándar 0.52

22 7.1 9.2 997 1.94 2.253 47.31 Caliza sana, gris oscuro

23 6.9 10.1 1360 2.80 3.211 50.73 con vetas de calcita

24 7.1 15.2 2177 4.30 4.973 78.57 58.87 Grainstone

(*) Roca cizallada y soldada

58.87

Estación 94 Normal

Falla a lo largo de una fractura.

Estación 125

Estación 156

Perforación Descripción de la RocaNo.

Zona Adyacente a Grieta rellena con

suelo rojoZona de

Fracturamiento Vertical

Zona de Fracturamiento @

0.20 m

Estación 224

Resistencia de la rocaPor martillo esclerométricose determinóRoca sana

50 a 72 Mpa Roca fracturada

25 a 43 Mpa, y tiene un promedio de 33 Mpa. presencia de las fracturas disminuye su capacidad de carga.Algunas áreas fracturadas obedecen a zonas donde los explosivos afectaron la pared.

Áreas con baja resistencia 13.6 Mpa,. cercanas a zonas de alteración hidrotermal en las proximidades del dique o bien muy superficiales

Resutadosderesistenciamediante martillo esclerométrico

Rebote Resist. Promedio Carga puntaDescripción

Roca% MPa MPa MPa Ubicación

52 53.4 Roca sana63 72.8 Roca sana42 37.5 54.6 58.9 Roca fracturada 4to talud50 50.1 Roca sana 54 56.8 Roca sana 62 71.0 59.3 91.6 Roca sana 4to talud64 74.6 Roca sana63 72.8 Roca sana

73.7 112.0 4to talud52 53.4 Roca sana 54 56.8 Roca sana

55.1 4to talud53 55.1 Roca sana

55.1 4to talud50 50.1 Roca sana54 56.8 Roca sana

53.5 4to talud61 69.1 Roca sana63 72.8 Roca sana

71.0 4to talud

10 (3.3) Roca fract. X

explos.51 51.8 Roca sana

51.8 zona 162 71.0 Roca sana.62 71.0 Roca sana.

71.0 zona 561 69.1 Roca sana53 55.1 Roca sana

62.1 zona 763 72.8 Roca sana

Caliza negra.72.8 zona 8

62 71.0 Roca sana

71.0 zona 863 72.8 roca sana

72.8 zona 962 71.0 Roca sana 41 35.9 Roca +/- sana

53.4 zona 963 72.8 Roca sana54 56.8 Roca sana

64.8 zona 9

2 Estación 156

1 Estación 94

Estación 547

No. Sitio

3 Estación 125

5 Estación 160

4 Estación 158

13

15 Estación 636

6 Estación 309

7 Estación 322

9 Estación 794

8 Estación 924

10 Estación 935

14 Estación 706

11 Estación 738

12 Estación 734

Obtención de RQD a partir de mediciones de fracturas en caras de talud

En promedio 10 a 15 diaclasas/mEl tamaño de bloque entre bloque muy grandes (menor a 1 diaclas/m3) a bloques de tamaño mediano (3 a 10 diaclasas/m3) Hay sectores donde los explosivos han sobrefracturado la rocaSe recomendó para la cara final hacer voladuras de precorte

Metodología de caracterización

En la caracterización se utilizó el método NGI donde se determinó el índice de calidad de túnelesAlternativamente se determinó el Rock Mass Rating mediante formula (Beniawski, 1976)RMR = 9 ln(Q) + 44

Zonificación en función del tipo de falla

Z 1Z 2 Z 4Z 3

Z 5 Z 6 Z 7

Z 8

Z 9

Z 14

Z 13Z 12aZ 12Z 11

Z 15 Z 16

Z 17 Z 18

Z 19

Z 10

Clasificación del índice de caldidad de túneles Q

3.35.7

8.18.33.3 7.8 7.0

12.3

1.37.5

0.95.12.52.7

5.0

2.8 2.4 1.4

4.3

4.3

RMR

MR

RR R R R

B

MR

RMMM

R

M M M

R

B

Cuadro 5.1. Clasificación de rocas según el total de valuación RMR. Metodología del CSIR (Hoek y Brown, 1985)

Valuación 100-81 80-61 60-41 40-21 < 20 Clasificación No.

I II III IV V

Descripción Muy buena roca Buena roca Roca regular Roca mala Roca muy malaTiempo medio de sostén

10 años para claro de 5m

6 meses para claro de 4m

1 semana para claro de 3m

5 horas para claro de 15m

10 minutos para claro de 0.5m

Cohesión de la roca Ángulo de fricción de la roca

> 300 Kg. Pa > 45°

200-300Kg. Pa 40°-45°

150-200Kg. Pa 35°-40°

100-150Kg. Pa 30°-35°

< 100Kg. Pa < 30°

Valoración de las diferentes zonas con Q y RMR en total se determianron 14 zonas

Talud 1380-1405 msnm

WGS 84Jv #juntas/ distancia m Jv Jn Jr Ja Jw SRF RQD RQD´ Q RMR LATITUD LONGITUD

Zona 151557-1558 37/14 3 6 1.5 2 1 2.5 105.1 100 5.0 58.5 769680 1623308zona 161559-1560 32/16.5 2 12 1.5 2 1 2.5 108.4 100 2.5 52.2 769663 16233321556-1549 19/12.5 2 12 1.5 3 1 2.5 108.4 100 1.7 48.6 769707 16232991548-1546 42/14.6 3 12 1.5 3 1 1 105.1 100 4.2 56.8 769735 1623297

107.3 100 2.8 52.6 769702 16233091.6 0 1.0 3.4

zona 171548-1546 42/14.6 3 12 1.5 3 1 1 105.1 100 4.2 56.8 769735 16232971545-1543 38/14 3 15 1 1.5 1 7.5 105.1 100 0.6 39.3 769762 1623293

105.1 100 2.4 48.1 769749 1623295

zona 181541-1540 2 12 1.5 11 0.66 7.5 108.4 100 0.1 23.3 769786 16232961539-1538 3 12 1.5 3 0.66 1 105.1 100 2.8 53.1 769793 1623306

106.8 100 1.4 38.2 769790 1623301zona 191537-1536 15/12 1 9 1.5 2 0.66 1 111.7 100 5.5 59.3 769822 16233531535-1534 36/9.3 4 12 3 2 1 1 101.8 100 12.5 66.7 769352 16233641533 ´12/10 1 6 1.5 1 1 2.5 111.7 100 10.0 64.7 769871 16233651537 65/16 4 6 1.5 4 1 1.25 101.8 100 5.0 58.5 769850 1623224Promedio 106.8 100 8.3 62.3 769724 1623327Desviación estándar 5.0 0 3.1 3.5

Parámetros Geomecánicos

Valoración de las diferentes zons con Q y RMR en total se determianron 14 zonas ejemplo

Talud 1405-1430 msnmWGS 84

zona 10

Jv #juntas/ distancia m Jv Jn Jr Ja Jw SRF RQD RQD´ Q RMR LATITUD LONGITUD

1851 14/10 1 6 1.5 3 1 5 111.7 100 1.7 48.6 769476 16232921846-1847 55/13 4 9 1.5 1 1 7.5 101.8 100 2.2 51.2 769479 16232821843-1844 18/55.5 1 6 1.5 1 1 2.5 111.7 100 10.0 64.7 769487 16232771840-1842 22/16 1 6 1.5 1 1 2.5 111.7 100 10.0 64.7 769508 16232691267-1269 78/21 4 15 1 10 0.66 7.5 101.8 100 0.1 18.5 769628 16232461243-1244 38/14.6 3 12 1.5 3 1 2.5 105.1 100 1.7 48.6 769610 1623257Promedio 107.3 100 4.3 49.4 769531 1623271Desviación estándar 5.0 0.0 4.5 16.9zona 111215-1236 72/15 5 12 1 3 1 1 98.5 99 2.7 53.1 769691 1623266zona 121185-1190 62/10.5 6 12 1.5 3 1 1 95.2 95 4.0 56.4 769769 16232491179-1177-1178 34/11 3 12 1.5 3 0.66 2.5 105.1 100 1.1 44.9 769729 1623300Promedio 100.2 98 2.5 50.6

zona 131127-1128 19/12 5 16 1 9 0.66 7.5 98.5 98.5 0.06 18.71 769821 16232381128-1129 13/10 5 12 1.5 3 1 2.5 98.5 98.5 1.64 48.46 769802 1623236

98.5 99 0.9 33.6 769812 1623237zona 141057-1059 15/13 1 6 1.5 2 1 5 111.7 100 2.5 52.2 769876 16233741052-1055 15/13 1 4 1.5 2 1 2.5 111.7 100 7.5 62.1 770005 16234451046-1041 26/19.3 3 12 3 2 1 1 105.1 100 12.5 66.7 770010 1623185

109.5 100 7.5 60.4 769964 1623335

Parámetros Geomecánicos

Propiedades del macizo rocoso

Ángulo de fricción básica (bloque deslizante)

MuestraÁngulo de

deslizamiento

Resistencia MPa

(martillo esclerométrico)

1 51 55.12 40 50

Promedio 45.5 52.55

Meteorización de la roca (observación) : de levemente meteorizada a roca intacta utilizando metodología de Salcedo (1983)Agua en las paredes del macizo: El nivel freático actual se determinó muy por debajo del nivel de explotación. Sin embargo, hay evidencia que el pasado estuvo al nivel de explotación

A B

C

D

Fotografía 6.1. A) Fracturamiento y evidencia de roca levemente meteorizada a la estación 547. B) Contacto del dique andesítico y la caliza, observe la abundancia de oxidación en la roca. C) Paredes secas en el talud 3 (nivel 1405-1465 msnm) . D) Roca humedecidas en la zona 18, talud 1 (nivel 1480-1405 msnm).

Estimación del ángulo de fricción residual

Conociendo el ángulo de fricción básico se estima el ángulo de fricción residual mediante la relaciónφr = φb - 20° + 20 (r/R) donde:

φr = ángulo de fricción residualφb = ángulo de fricción básico R = rebote de Schmidt en las superficies secas no meteorizadas, cortadas con sierra.r = rebote de Schmidt en las mismas superficies, pero humedecidas (meteorizadas).El ángulo variará entre 37.8°

Geología estructural

FALLA

FALLA

Fotografía 7.1. Se observa la verticalidad de los taludes, la fotografía que abarca loniveles 1405-1430 msnm, 1430-1465 y el talud de cota mayor a 1460 msnm el cualserá removido. La vista es hacia el Sur. En primer plan se observa la Zona 11, ensegundo plano las zonas 1, 2 y 3.

Fallas en el macizo

No. of Data = 45 F1: 228/71 [axis: 19-048] F2: 333/61 [axis: 29-153] F3: 330/38 [axis: 52-150] F4: 287/69 [axis: 21-107] Falla inversa : 45/32 [axis: 58-254]

Figura 7.1. Análisis por medio de la falsilla de Schmitd de las fallas principales determinadas durante las mediciones de planos en la cantera La Pedrera.

Coincidencia de las dirección de rumbo de las fallas con el fallamiento regional de la zona

Figura 23. Segmento del mapa esquemático de fallas geológicas en la zona extendida de la Ciudad de Guatemala (Bohnenberger, 1996). En el mapa se diferencia entre las fallas activadas en el terremoto de 1976 (líneas gruesas) y las fallas con expresión morfológica (líneas delgadas). Según este mapa, el sitio de la Finca La Pedrera coincide con la dirección estructural dominante en el área.

Modos de falla en el macizo

a) deslizamiento planar; b) deslizamiento de cuña y c) por volcamiento; y d) en forma circular semejando a una masa de suelo.

A

B

C

D

Fotografía 8.1. Cuatro modos de falla de talud que podrían ocurrir en el macizo. A) Modo de falla por acuñamiento en la zona 8. B) Modo de falla de talud por vuelco o volteo en la zona 16. C) Modo de falla de talud tipo planar, Zona 15. D) El bloque de la milonita

Dirección y ángulos de talud actuales

Figura 6.4. Mediciones realizadas para corroborar la inclinación del corte de talud.

ESTACIÓN TIPO DE PLANO

Dirección de inclinación del plano de talud

Inclinación del corte de talud OBSERVACIONES ZONA

928 Plano de talud 32 85 1

938 Plano de talud 160 90

roca sana, talud entrecortado escalonado, fracturado y meteorizado en la superficie 1

924 Plano de talud 20 78 fracturacion por explosivos 1

823 Plano de talud 15 79bloques desestabilizados, estratigrafía paralela al talud 2

915 Plano de talud 25 85 talud negativo 2

810 Plano de talud 359 70afecta la estratificación desde est 800 2

815 Plano de talud 20 90talud casi paralelo a estratificación, tiene rocas colgantes 3

798 Plano de talud 7 74talud negativo, existen bloques colgando 4

800 Plano de talud 359 78talud negativo, existen bloques colgando 4

794 Plano de talud 354 90talud negativo, existen bloques colgando 5

779 Plano de talud 9 90talud negativo, existen bloques colgando 6

787 Plano de talud 5 90talud negativo, existen bloques colgando 6

743 Plano de talud 359 90talud negativo, existen bloques colgando 7

706 Plano de talud 340 80 8711 Plano de talud 324 90 8726 Plano de talud 307 90 roca fresca 8738 Plano de talud 335 90 parte alta del talud 8741 Plano de talud 335 70 parte baja 8636 Plano de talud 326 90 roca entera y fresca 9

1267 (60) Plano de talud 7 70talud negativo y paralelo a la estratificación 10

1274 (63) Plano de talud 7 70 talud negativo roca suelta 101215 (50) Plano de talud 3 83 11

Análisis cinemático mediante el método de Markland

A B

Figura 9.4. Prueba de Markland para los planos generales de toda la cantera. A) Talud con ángulo de inclinación de 32°. B) Talud con inclinación de 45°, se puede apreciar que a modo general este talud es seguro, sin embargo se deben ver otras condiciones de cada zona analizada.

Ángulo de talud obtenidoSe obtuvieron ángulos seguoros de 45°Puede hacerse más inclinado mediantereforzamiento y utilizando un factor de seguridad, Estas técnicas fueron empleadas permitiendoalcanzar 63°A algunos sectores requerirán de reforzamiento mediante bulones de acero, voladuras de precorte y otras técnicas no presentadas en esta discusión

DIQUEFALLA

FALLA

FALLA

Este Oeste Fotografía 7.5. Vista panorámica las principales características estructurales.

MUCHAS GRACIAS