Formulario Mecanica de Suelos Aplicado

UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGIA CARRERA DE INGENIERIA CIVIL

FORMULARIO PRIMER EXAMEN PARCIAL

“MECANICA DE SUELOS APLICADA” CIV-315 I/2016

Univ. Ariel Valda Ayala

MECANICA DE SUELOS APLICADA (CIV-315)

VALORES TIPICOS DE PESO ESPECIFICO DE ROCAS TIPO DE ROCA

Peso Especifico [KN/m³]

Ígneas Intrusivas Granito Diorita Gabro

26 – 27 27 – 28.5 30 – 31

Ígneas Extrusivas Riolita Andesita Basalto Toba

24 – 26 22 – 23.5 27 – 29 19 – 23

Metamórficas Gneís Mármol Esquisto Cuarcita Pizarra

27 – 30 26 – 28 25 – 28 26 – 27 25 – 27

Sedimentarias Lutita Arenisca Dolomitas Caliza Yeso

22 – 26 23 – 26 25 – 26 23 – 26 23



PROSPECCION GEOFISICA SONDEO ELECTRICO VERTICAL (SEV)

*

TERRENO Arcillas saturadas con agua salada Arcillas saturadas con agua dulce Arcillas no saturadas Limos saturados con agua salada Limos saturados con agua dulce Limos no saturados Arenas saturadas Arenas no saturadas Gravas saturadas Gravas no saturadas Saprolito saturado Saprolito no saturado Roca sana con diaclasas espaciadas Roca fracturada Roca fracturada saturada con agua dulce Roca fracturada saturada con agua salada

+

)

RESISTIVIDAD (Ohm-m) 1 a 10 5 a 20 20 a 40 20 a 40 20 a 100 100 a 200 100 a 200 400 a 700 300 a 500 500 a 2.000 40 a 100 200 a 500 > 10.000 1.500 a 5.000 100 a 2.000 1 a 100

SISMICA DE REFRACCION Caso: 3 estratos



Las Velocidades son las inversas de las pendientes y los tiempos T1 y T2 son las intersecciones con las ordenadas. t  A  BX Regresión Lineal: Donde: A = Tiempo (t) B = Pendiente (1/V)

tT

Sen i1.2 

e1 

V1 V2

T1 V1 2  Cosi 1,2

1 X V

1 1 X  #X  V  V # V Sen i2,3  2 V3

e2 

Z 

Sen i1,3 

V1 V3

e V  Cosi 1,3 T2 V2  1 2 2  C os i 2,3 V1 Cos i 2,3

T  V1V2 V22  V12

Relación velocidad de propagación según tipo de terreno

Terreno

Velocidad [ Km/s ]



Aire Agua dulce Limos Capa superficial no consolidada Aluviones secos Aluviones húmedos Arcillas Tobas volcánicas Margas, Creta Arenisca Lavas Calizas y Dolomias Esquistos, Micaesquistos Gneis, cuarcita Granitos

0.33 1.45 0.2 – 0.6 0.2 – 0.6 0.6 – 1.2 1.6 – 2.4 1.8 – 2.2 1.8 – 2.5 2–3 2 – 3.5 2.5 – 4 3–5 3 – 4.5 3.5 – 5 4–6

CLASIFICACION GEOTECNICA DEL MACIZO ROCOSO

Clasificación de D. DEERE: Índice de Calidad de la Roca: RQD

RQD 

 Longituddetrozos 10cm x100 LongitudTotal

RQD %

Calidad

<25

Muy mala

25 – 50

Mala

50 – 75

Media

75 – 90

Buena

90 - 100

Muy buena


MECANICA DE SUELOS APLICADA (CIV-315) Clasificación de BIENIASWKI: Índice del macizo rocoso: RMR

A1 = Valoración de la resistencia a la compresión simple (RCS) A2 = Valoración del RQD A3 = Valoración del espaciamiento entre discontinuidades de un sistema A4 = Valoración de las condiciones de las discontinuidades A5 = Valoración de la presencia de agua subterránea Aplicar tablas A y E de valoración de Bieniawski Clasificación de BARTON: Índice de calidad de macizo rocoso: Q

Q

J RQD Jr   w Jn Ja SRF

Aplicar las tablas adjuntas para la determinación de los números Jx

SRF 

c ;1    H 1

Clasificación de HOEK Índice de resistencia geológica: GSI a) Usar cartillas de Hoek (General, flysch y mollase) b) 1994 GSI = RMR89 – 5 c) 2013 GSI = RQD/2 + 1,5. Jc 89 Jc 89 = puntaje según la tabla E de Bieniawski Correlaciones Bieniawski (1989)

RMR  9 ln  Q   44 Barton (1995)

)



VALORACION EN LA CLASIFICACION DEL MACIZO ROCOSO

según Bieniawski, 1989

A. Valoración de los atributos PARAMETRO

1

2

3

4

5

ESCALA DE VALORES III IV

I

II

Índice de la Carga de Punta

>8 Mpa

4 - 8 MPa

2 - 4 MPa

1 - 2 MPa

Resistencia a Compresión Uniaxial

> 200 MPa

100 - 200 MPa

50 - 100 MPa

25 - 50 Mpa

10 - 25 Mpa

3 - 10 Mpa

1-3 MPa

15

12

7

4

2

1

0

90% - 100%

75% - 90%

50% - 75%

25% - 50%

< 25%

20

17

8

3

> 2m

0,6 - 2m

13 200 - 600 mm

60 - 200 mm

< 60 mm

Valuación

20

15

8

5

Superficies Pulidas ó relleno < 5mm Esp o Fisuras abiertas 1 - 5mm fisuras continuas

Relleno Blando < 5 mm

Condiciones de Discontinuidades (Ver Cuadro E)

Superficies muy Rugosas, sin continuidad sin separación, paredes de roca dura

Fisuras abiertas < 5 mm

Valuación

30

25

20

10

0

Caudal de Infiltración en 10 m de túnel

Nada

< 10 litros/min

10 - 25 litros/min

25 - 125 litros/min

> 125 litros/min

Relación presión de agua/esfuerzo principal

0

< 0,1

0,1 - 0,2

0,2 -0,5

> 0,5

Condiciones Generales

Completamente Seco

Humedad en Ambiente

Húmedo (Agua de Intersticios)

Goteo de Agua

Serios Problemas de Agua

15

10

7

4

0

Resistencia de la Roca Inalterada

Valuación Designación de la Calidad de la Roca, RQD Valuación Espaciamiento de Discontinuidades

Agua Subterránea

Valuación

10

Superficies Superficies algo algo rugosas Rugosas, separación < separación < 1mm paredes 1mm paredes de roca dura de roca suave

V Para esta escala tan baja se prefiere la prueba de resistencia a compresión uniaxial

ó Fisuras Continuas


MECANICA DE SUELOS APLICADA (CIV-315) B. Ajuste de la valoración general por Orientación de discontinuidades Orientación de Rumbo y buzamiento de las discontinuidades Valuación

Muy Favorable

Favorable

Regular

Túneles Cimentaciones

0

-2

-5

-10

-12

0

-2

-7

-15

-25

Taludes

0

-5

-25

-50

-60

C. Clasificación del Macizo Rocoso Según el Total de Valuación Valuación 100 - 81 80 - 61 Clasificación Nº I II MR MR Descripción Muy Bueno Bueno D. Significado de la Clasificación del Macizo Rocoso Clasificación Nº I II Tiempo Medio de Auto- sostenimiento Cohesión Angulo de Fricción

20 Años para luz de 15 m

> 400 KPa > 45°

1 año para luz de 10 m

Desfavorable Muy Desfavorable

60 - 41 III MR

40 -21 IV MR

< 20 V MR

Regular

Malo

Muy Malo

III

IV

V

10 horas 1 semana para luz 30 min. Para luz para luz de de 5 m de 1m 2.5 m

300 - 400 KPa

200 - 300 KPa

35° - 45°

25° - 35°

E. Guía Para valoración de las condiciones de las Discontinuidades Longitud de la <1m 1-3m 3 - 10 m Discontinuidad Valuación 6 4 2 Apertura Ninguna < 0,1 mm 0,1 - 1 mm Valuación 6 5 4 Rugosidad

Muy Rugoso

Valuación

6

Rugoso

Ligeramente Rugoso

100 - 200 KPa 15° - 25°

< 100 KPa < 15°

10 - 20 m

> 20 m

1 1 - 5 mm 1

0 > 5 mm 0

Liso

Huellas de movimiento

5

3

1

0

Duro

Duro

Blando

Blando

Relleno (gouge)

Ninguno

Valuación Intemperísmo Valuación

6

< 5 mm 4

> 5 mm 2

< 5 mm 2

> 5 mm 0

Fresco

Ligeramente

Moderadamente

Altamente

Descompuesto

6

5

3

1

0

F. Efecto de la dirección y el Buzamiento de las discontinuidades para Túneles Dirección o Rumbo Perpendicular aleje del Túnel Dirección o Rumbo Paralelo al Eje del Tunel


MECANICA DE SUELOS APLICADA (CIV-315) Excavación Coincide con Buzamiento 45° 90° Muy Favorable Excavación contra el Buzamiento 45° 90° Regular

Excavación Coincide con

Buzamiento

Buzamiento

Buzamiento 20° - 45° Favorable Excavación contra el

45° - 90° Muy Favorable

20° - 45° Regular

Buzamiento de 0° - 20° Independiente del Rumbo

Buzamiento 20° - 45° Desfavorable

Regular

VALORACION DE LOS INDICES SEGÚN BARTON (SISTEMA Q) DESCRIPCION

Indice de calidad de la 1 Roca

VALOR

NOTAS

RQD

i.

A Muy Mala B Mala

0 - 25 25 - 50

ii.

C Regular D Buena E Excelente

50 - 75 75 - 90 90 - 100

2 Numero de Sistemas de Discontinuidad Masivo, sin o con poca discontinuidades Un Sistema de B discontinuidades C Un sistema de discontinuidad más uno aleatorio D Dos sistemas de discontinuidades E Dos sistemas de discontinuidad más uno aleatorio F Tres Sistemas de Discontinuidades G Tres Sistemas de Discontinuidades más uno aleatorio Cuatro o más sistemas de H discontinuidades

A

iii.

Cuando RQD es menor a 10, adoptar un valor nominal de 10 para evaluar Q Estimar RQD usando un intervalo de 5 es suficientemente preciso Cuando no se tiene testigos usar: RQD=115-3,3Jv. Donde Jv es el número de discontinuidades por metro cubico

Jn 0.5 - 1.0 2 3 4 6 9 12

i. ii.

Para cruces entre túneles, usar (3xJn) Para portales usar (2xJn)

15



I

Roca Triturada

3 Numero de Rugosidades de las Discontinuidades a b

20

Jr

Contacto directo entre paredes

i.

Contacto directo entre paredes antes de 10cm de desplazamiento

A Intermitente Rugosas o Irregulares, onduladas B Suavemente Ondulada C

4 3 2

Espejo de falla o superficie de fricción, ondulada D E

Rugosas o Irregulares, pero planas Lisas y F Planas Espejo de falla Plana G c Sin contacto entre paredes después de un cizallamiento de 10 cm. Zona que contiene materiales arcillosos de espesor H suficiente para impedir el contacto entre las paredes I

Zona arenosa de grava o roca triturada de espesor suficiente para impedir el contacto entre las paredes

4 Numero de Alteración de las discontinuidades Contacto directo entre las paredes Relleno consolidado, duro, A impermeable B Paredes inalteradas, solo con manchas de superficie C paredes ligeramente alteradas con recubrimientos de minerales resistentes, partículas arenosas, roca triturada sin arcilla Recubrimientos limosos o areno-arcillosos, pequeñas D partículas de arcilla resistentes Recubrimientos débiles o arcillas de baja fricción como E kaolinita o mica. También clorita, talco, yeso y grafito, etc. Y pequeñas cantidades de arcillas expansivas (recubrimientos sin discontinuidad de 1 - 2mm de espesor o menos) b Contacto directo entre las paredes antes de 10cm de desplazamiento

1,5 1,5

ii.

Añadir 1 si el espacieamiento promedio del sistema principal es mayor que 3 m

Usar J r= 0.5 para discontinuidades planas y espejos de falla con alineamientos paralelos a la direccion de resistencia minima

1 0,5

1 1

Ja

Фr (aproximado)

0,75 1

25° - 35°

2

25° - 30°

3

20° - 25°

a

F

Partículas arenosas, roca desintegrada sin arcilla, etc

4

4

8° -16°

25° - 30°


MECANICA DE SUELOS APLICADA (CIV-315) G

Rellenos de minerales arcillosos muy consolidados y débiles (continuos < 5mm de espesor)

H

Rellenos de minerales arcillosos de consolidación media o baja (continuos < 5mm de espesor) Rellenos de arcillas expansivas, Montmorillonita (< 5mm de espesor). El valor de Jr depende del porcentaje de partículas expansivas y presencia de agua. Sin contacto entre las paredes después del corte Zonas o capas de Roca y arcilla desintegrada o triturada (véase G para condiciones de arcilla) Zonas o capas de arcilla arenosa, fracción de arcilla (no blanda, ver H para arcilla)

J

c K L M

Zonas o capas continuas de arcilla gruesa (ver J para condiciones de arcilla)

N

Zonas o capas de arcilla limosa o arenosa, pequeñas fracciones de arcilla resistente Zonas potentes continuas o capas O de arcilla P

&R (ver G,H y J Para condiciones de arcilla)

Factores de reducción por agua en 5 discontinuidades A

Excavación seca o poca infiltración, menos de 5 lts/min localmente

6

16° - 24°

8

12° - 16°

8 - 12

6° - 12°

0,6 8 8 - 12 5 10.0 - 13 6.0 - 24

Jw 1

B

Infiltración o presión mediana, con lavado ocasional de los rellenos

C

0,5 Infiltración o presión alta en roca competente con juntas sin relleno Infiltración a presión alta, lavado importante 0,33 de los rellenos Infiltración o presión excepcionalmente altas durante la 0.2 - 0.1 voladura, disminuyendo con el tiempo Infiltración o presión excepcionalmente altas 0.1 - 0.05 en todo momento

D E F

6

Factor de Reducción de esfuerzos

a

Zonas de debilidad que corta la excavación y que pueden ser la causa de que el macizo se desestabilice

6° - 24°

0,66

Presion aprox. Del agua (Kgf/cm³) < 1.0 1.5 - 2.5 2.5 - 10.0 2.5 - 10.0 > 10.0 > 10.0

SRF Reduzcanse estos valores SRF de 25 a 50 % ,


MECANICA DE SUELOS APLICADA (CIV-315) cuando se construye el túnel A

Múltiples zonas de debilidad que contengan arcilla o roca químicamente desintegrada, roca circundante muy suelta (cualquier profundidad)

B

Zonas d debilidad aislada que contengan arcilla o roca químicamente desintegrada (profundidad de excavación > 50 m) Zonas de debilidad aislada que contengan arcilla o roca químicamente desintegrada (profundidad de excavación > 50m)

C

D

Múltiples zonas de fracturas en roca competente (sin arcilla), roca circundante suelta (cualquier profundidad)

E

Zonas de fracturas aisladas en roca competente (sin arcilla), (Profundidad de excavación < 50m) Zonas de fracturas aisladas en roca competente (sin arcilla), (Profundidad de excavación > 50m)

F G

6. b

Fisuras abiertas sueltas, fisuracion intensa (cualquier profundidad)

Cerca de la superficie

J

Esfuerzo mediano

L M c

10

5

2,5

7,5 5 2,5 5

Roca competente Problemas d esfuerzos

H

K

si las zonas de fractura solo intersectan pero no cruzan la excavación

σc/σ1

σt/σ1

> 200

> 13

2,5

200 -10

13 - 0.6

1

0.66 - 0.33

0.5 - 2

0.33 - 0.16

5.0 - 10 10.0 - 20

Esfuerzo grande, estructura muy cerrada 10 - 5.0 generalmente favorable Estallido moderado 5 - 2.5 Estallido intenso < 2.5

< 1.6

Roca descompuesta con comportamiento plástico bajo de influencia de presiones altas de la roca

ii.

para un campo virgen de esfuerzos plenamente anisotrópico (si se mide): Cuando 5≤σ1/σ3≤10

σc a o.8σc y σt a 0.8σt. Cuando σ1/σ3 > 10 redúzcase σc y σt a 0.6σc y 0.6σt donde σc=resistencia a la redúzcase

compresión simple, σt=resistencia a la tracción

σ1 y σ3 son los esfuerzos Univ. Ariel Valda Ayala

MECANICA DE SUELOS APLICADA (CIV-315) principales, mayor y menor N

Presiones Moderadas Presiones O Altas d

Roca expansiva, acción química expansiva dependiendo de la presencia de agua

P

Presiones expansivas moderadas Presiones expansivas altas

R

5.0 - 10 10.0 - 20

5.0 - 10 10.0 - 20

Fuente: E. Hoek. Rock Engineering, Course Notes, 1999









RESISTENCIA A LA COMPRESION SIMPLE a) Ensayo en laboratorio (norma ASTM D 2938), diámetro normado D=50 mm, altura L=2.D Corrección por diámetro diferente a 50 mm: (

)

Corrección por esbeltez: (

)

D = diámetro de la probeta (mm) L = longitud de la probeta (mm) b) Ensayo de carga de punta (norma ASTM D 5731)

Índice de Carga de punta Si: D≠50→

Is50  K M·Is

Diámetro equivalente:

De 

Is 

P D2

D KM     50 

0.45

Lmin=1,5·D

4 D  W 

c  K Is50 Valores típicos Para K Tipo de Roca Resistencia Ígnea, compacta Metamórfica Foliada Metamórfica Foliada Calcárea bien Cementada Sedimentaria bien Cementada Sedimentaria mal Cementada

Media - Alta Media - Alta Baja Media - Alta Baja Baja

K 20 - 25 16 - 22 12 – 16 18 – 24 10 – 15 6 - 10



Ensayo Triaxial. Determinación de parámetros geotécnicos para Hoek &Brown

2ci

Compresión simple:

 X * Y    XY     X n   2  n   X   n 2  X     n

Y

 X * Y    XY    1   n mi    2 X ci  X 2        n 

Constante petrográfica:

2

Coeficiente de correlación: r2

  X * Y    XY   n    2 2    X Y    X 2        Y2      n   n     

CRITERIO DE ROTURA GENERALIZADO DE HOEK &BROWN

  '  1 '  3 ' ci  mb 3  s  ci  

a

Parámetro petrográfico del macizo rocoso mb

 GSI  100  mb  mi exp    28  14·D  Parámetro del grado de fracturamiento del macizo rocoso s

 GSI  100  s  exp    9  3D  GSI 20   1 1   15 a   e e 3   2 6   Factor de Perturbación por voladura D:

D = 0 no hay perturbación D = 1 muy perturbado



MODULO DE DEFORMACION (Macizo rocoso) Nº

ECUACIÓN

1

AUTOR

para RMR> 50

2

)

Bieniawski

para RMR < 50

)

Serafim y Pereira

3

Barton )

(

)√

(

)

4

Hoek et al. )

(

5

)

(

)

)√

(

6

) )

)

)

) Ei = modulo roca intacta

, Ei = modulo roca intacta

7

Diederichs and Kaiser Hoek y Diederichs Galera et al, 2005

COEFICIENTE DE POISSON (Macizo rocoso) según Bieniaswki

LINEARIZACION DEL CRITERIO DE ROTURA DE HOEK & BROWN MOHR – COULOMB

 '1  cm  k  '3 Angulo de Fricción Sen 

k 1 k 1

Cohesión C

cm 1 Sen 2  Cos



Valores para la Constante de Hoek - Brown mi Tipo Roca

Clase

Grupo

Gruesa Conglomerado 22

SEDIMENTARIA

Clástica

Caliza

20

Espartica 10 Yeso

micritica 8 Anhidrita

16

13

Marmol

Homfeisa

Cuarcita

9

19

24

Migmatita

Amfibolita

Milonita

30

25 a 31

6

Gneis

Esquisto

Filita

Pizarra

33

4a8

10

9

Granito 33 Granodiorita

Riolita 16 Dacita

Obsidiano 19

30 Diorita

17 Andesita

28 Gabro

Dolerita

19 Basalto

19

17

22 Aglomerado

Breccia

Tufa

20

18

15

METAMORFICA

No Foliada

IGNEA

Claros

Oscuros

Lutita 4

Caliza

Quimica

Foliada

Arenisca Limolita 19 9 Grauwaca

Muy Fina

Breccia Carbonatos

Ligeramente Foliada

Fina

18 Yeso (Chalk) 7 Carbón 8 -21

Organicas No Clástica

Textura Mediana

27 Norita

Testigo Ensayados normal a la estratificacion


MECANICA DE SUELOS APLICADA (CIV-315) RESISTENCIA A CORTE DE LAS DISCONTINUIDADES CRITERIO DE BARTON & CHOUBEY Ecuación Básica











 n 



p  n tan JRC  log  JCS   r 

r ( b  20)  20 

logJCS  0.00088  roca ·r  1.01

r R

Factores de escala

L  JRCn  JRCo  n   Lo 

0.02JRC

o

L  JCSn  JCS o  n   Lo  

0.03JRC

o

  JCSn     i   r    n 

p  n tan JRCn  log 

Resistencia a escala real



i = ángulo promedio de ondulaciones ANGULO DE FRICCION BASICO TIPO DE ROCA

ESTADO SECO

HUMEDO

Arenisca

26 - 35

25 – 34

Limolita

31 - 33

27 – 31

Caliza

31 - 37

27 – 35

Basalto

35 - 38

31 – 36

Granito de grano fino

31 - 35

29 – 31

Granito de grano grueso

31 - 35

31 – 33

Gneiss

26 - 29

23 – 26

Pizarra

30 – 33

Lutita

25 – 30



Perfiles de Rugosidad y Valores para JRC (según Barton & Choubey 1997)



Estimación de JRC en función de la medición de la amplitud de la rugosidad



Estimación de σci en función de la dureza según el martillo de Schmidt


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