MAPEO-GEOMECANICO

MAPEO GEOMECANICO MSC INGº FELIPE MAMANI OVIEDO

• MAPEO GEOMECANICO

• INTRODUCCION • Es la representación de las características de la estructura del macizo rocoso en un plano topográfico y geológico,local y regional

GEOMECANICA La geomecánica como ciencia aparece a fines de los años 50, que hizo su entrada en el hasta entonces, mundo crítico de las obras subterráneas. Históricamente se conoce que el Primer Congreso de Mecánica de Rocas se celebró en Portugal en 1966. (López Jimeno, 1998).

La Geomecánica está dando a la construcción de obras subterráneas un creciente soporte científico y técnico que ha encontrando su máximo exponente en la última década, hasta el punto de que hoy en día, la mayoría de los túneles se hacen bajo supervisión de un experto en geotecnia.

Siendo uno de los objetivos, caracterizar geomecánicamente los macizos, constituyendo esto el estudio integral del macizo en cuestión, que incluye tanto el modelo geológico, como el geomecánico, abarcando aspectos tales como, estructura del macizo, litología, contactos y distribución de litologías, geomorfología, cartografía geológica, estudio hidrogeológico, levantamiento de discontinuidades, técnicas geofísicas, sondeos, ensayos in situ, de laboratorio, clasificaciones geomecánicas, entre otros. Convirtiéndose la caracterización geomecánica de los macizos rocosos en una herramienta indispensable para pronosticarsu comportamiento.

Una parte importante de la caracterización geo mecánica de los macizos rocosos, lo constituyen sin dudas, las clasificaciones geo mecánicas, que surgieron de la necesidad de parametrizar observaciones y datos empíricos, de forma integrada, para evaluar las medidas de sostenimiento en túneles. Las mismas son un método de ingeniería geológica que permite evaluar el comportamiento geomecánico de los macizos rocosos, y a partir de estas estimar los parámetros geotécnicos de diseño y el tipo de sostenimiento de un túnel (Palmstrom, 1998).

CLASIFICACIONES GEOMECANICAS

Las clasificaciones geomecánicas se han convertido en una herramienta habitual para el reconocimiento de los macizos rocosos en los que van a construirse obras de ingeniería, tales como túneles, obras subterráneas en minería y en obras civiles, esta clasificación sirve fundamentalmente para valorar y seleccionar los sostenimientos más adecuados, para el plan de minado, para determinar el tipo de explosivo, la velocidad sónica de roca, su resistencia mecánica.

Se utilizan algoritmos aritméticos que permiten asignar a cada tipo de terreno un número que expresa su calidad geotécnica. Utilizando criterios de Bieniawski (CSIR), Laubscher and Taylor, Barton (NGI), Marinos and Hoek (GSI), en algunos casos Protodyakonov. Con el objetivo de determinar la calidad del macizo rocoso. Aplicaciones de la caracterización del Macizo Rocoso La caracterización del macizo rocoso es la información básica que se requiere para el diseño de labores mineras esto implica que en todo proyecto de excavaciones subterráneas se t endrá que invertir recurso económico como trabajo y tiempo suficiente para la recolección de datos, toma de muestras e investigación de campo.

A fin de preparar información básica para establecer una clasificación geomecánica del macizo rocoso en torno a la explotación de un yacimiento mineralizado, El sistema de clasificación servirá al proyectista, en este caso al ingeniero de minas o a la persona especializada de la operación minera, para adquirir experiencia en el manejo de la información geomecánica del macizo rocoso, para el diseño y dominio de las operaciones mineras.

APLICACIONES DE LA GEOMECANICA EN LA MINERIA SUBTERRANEO Y SUPERFICIAL A continuación mencionamos algunas de las aplicaciones del sistema de información geomecánica, especificamos en los siguientes aspectos:

DISEÑO DE LABORES MINERAS Estimación de la resistencia de la roca. Determinar el modulo de deformación In-situ. Estimar los esfuerzos máximos en las superficies (perfiles) de las excavaciones. Estimar dimensiones de excavaciones autosoportadas. Evaluar efectos de la construcción de excavaciones subterráneas (Perforación y Voladura). Evaluar la inestabilidad por efectos de las características estructurales subterráneas y superficiales. Diseño de galería, túneles, piques, chimeneas y excavaciones subterráneas en general. Diseño de rampas, bermas, bancos y labores mineras superficiales en general.

b) METODO DE EXPLOTACIÓN • Selección y diseño del método de explotación. • Dimensión de los bloques de explotación. • Dimensión de los polígonos de explotación. • Selección del tamaño del equipo minero. • Dimensiones de las operaciones unitarias mineras. • Planeamiento de la producción: esquemas y secuencias de explotación. • Estabilidad de taludes.

c) PERFORACION Y VOLADURA • Velocidad de penetración de perforación. • Selección de explosivos. • Selección del equipo de perforación. • Optimizar la fragmentación de roca y mineral. • Determinar las velocidades de las ondas sísmicas, entre diferentes tipos de roca. • Determinar el consumo de barrenos, broca, etc. • Diseño de voladura en masa. • Diseño de voladura controlada (Smooth Blasting).

d) SOSTENIMIENTO • Diseño de refuerzos a partir de la calidad del macizo rocoso. • Requerimiento de sostenimiento. • Selección de elementos de refuerzo y soporte en excavaciones subterráneas. • Evaluación y análisis de estabilidad en labores mineras.

e) RELLENO Y DRENAJE • Selección del tipo de sistema de relleno para el restablecimiento del equilibrio del macizo rocoso. • Requerimiento de la resistencia de relleno. • Establecer las secuencia y ritmo del rellenaje. • Evaluación hidrológica y diseño del drenaje en una operación minera.

• f) CONSERVACIÓN DEL MEDIO AMBIENTE • Conservación de la ecología en torno a las áreas de explotación. • Selección y ubicación de las canchas de relave y/ú otros sistemas de disposición de residuos mineros. • Planificación minera. • Construcción de carreteras, instalaciones, campamentos, cimentaciones, etc. • Producción y aprovechamiento de agua de mina. • Predicción e inestabilidad de taludes y/o riesgos naturales. • Remediación de zonas reclamadas.

g) PRODUCTIVIDAD Y LOSS CONTROL • Protección del trabajador y/o equipo minero. • Prevenir riesgos físicos y /o accidentes de trabajo.

• Asegurar y mejorar condiciones de trabajo para el trabajador minero. • Asegurar operaciones con mayor productividad.

GEOMECANICA Y LA ESTRUCTURA GEOLOGICA ESTRUCTURAS GEOLÓGICAS. • Todas las masas de roca tienen algunas características o aspectos que constituyen su estructura. El estudio de las disposiciones y significación de éstas, constituye el campo de la geología, llamado geología estructural.

GEOLOGIA ESTRUCTURAL Geología estructural es la parte de la ciencia geológica que se encarga de estudiar la arquitectura de la tierra y particularidades de la estructura de la corteza terrestre,Cambios en la corteza por los procesos mecánicos, movimientos y deformaciones que se producen.

• Las estructuras geológicas están relacionadas con todos los accidentes tectónicos de la masa rocosa, estas son formadas por movimientos epirogénicos y movimientos orogénicos. • Estructura es la forma en la que han sido depositadas las rocas, es decir, como están colocadas. Nos ayudan a determinar el método y costo de excavación como material de préstamo ya sea para una carretera o vía férrea, la excavación de un túnel y la ubicación de posos de agua subterránea.

ESTRUCTURA PRIMARIA

• Por ejemplo la estratificación de las rocas sedimentarias, son aquellas que se forman al mismo tiempo que la masa de la roca misma o durante su consolidación. Tanto las rocas sedimentarias como las ígneas tienen estructura primaria y muchos de sus derivados metamórficos presentan estructuras primarias que no fueron modificadas durante la alteración de la roca. A través de esta estructura, la roca es depositada horizontalmente y no son afectadas por los movimientos epirogénicos y orogénicos. Las estructuras primarias de mayor importancia son

ESTRATIFICACION • La naturaleza estructural más común y prominente de los sedimentos, es la disposición en capas llamada estratificación o colocación en lechos. Los lechos, capas o estratos, pueden diferir en el tamaño de los granos, en la disposición o arreglo de éstos en el color, en la constitución mineralógica, o en la combinación de estos elementos. Los depósitos más uniformes y más extensos, son los de los mares; los depósitos procedentes de lagos, corrientes y viento, son menos uniformes y en general menos extensos. Es frecuente que haya una gradación, desde sedimento de partículas gruesas, cerca de la orilla (aguas poco profundas) a depósitos de sedimentos de partículas finas, lejos de la orilla (aguas profundas).

LAMINACION Y LAMINACION TRANSVERSAL • Dentro de los lechos o capas, puede haber unidades de menos de un cuarto de pulgada de espesor que se llaman láminas; un deposito que presente láminas se dice que es laminado. Las láminas pueden ser paralelas a los planos de las capas de sedimentación, o formar un cierto ángulo con dichos planos. En este último caso, se dice que el sedimento presenta laminación transversal.

ONDULACION La ondulación es familiar par quien haya visto alguna vez un área cubierta de arena. Esta ondulación puede deberse al viento, a las corrientes de agua, o las olas. GRIETAS PRIMARIAS Las contracciones debidas a pérdidas de agua, compactación y asentamientos, aterronado y otras causas menos comunes, dan lugar a grietas en los sedimentos no consolidados y parcialmente consolidados. Es característico que estas grietas sean cortas, irregulares y discontinuas.

ESTRUCTURAS SECUNDARIAS • Las Estructura secundaria se han formado después de la consolidación de la masa rocosa por las fuerzas de los movimientos epirogénicos y orogénicos a través de los cuales la roca se ha ondulado y deformado. Son de este tipo de estructura los pliegues, fracturas o fallas, fisuras, etc

DIASTROFISMO • Son los movimientos internos de la corteza terrestre que causan deformación de la roca.

MOVIMIENTOS EPIROGENICOS • Que son todas las fuerzas verticales las cuales producen fracturamientos de las rocas y afectan a una extensión considerable, pero no causan mucha deformación.Se producen las siguientes deformaciones: FRACTURAS • Cualquier grieta en una roca sólida es una fractura. FISURAS • Una fractura extensa se llama fisura que puede llegar a ser un conducto que sirva para el paso de la lava, que formará un basalto de meseta o de soluciones que originarán vetas mineralizadas

JUNTAS • Las fracturas a lo largo de los cuales no han habido movimientos perceptibles y que ocurren en grupos paralelos se llaman juntas, en cualquier tipo de roca la junta se producen como estructuras secundarias por la fuerza de compresión, torsión y esfuerzo cortante. FALLAS • Cuando en las fracturas, fisuras o juntas se ha efectuado un desplazamiento apreciable, se llaman fallas. DIACLASAS • las diaclasas se pueden definir como planos divisorios o superficies que dividen las rocas y a lo largo de las cuales no hubo movimiento visible paralelo al plano o superficie.

MOVIMIENTOS OROGENICOS • Son causados por la actividad volcánica y movimientos sísmicos (terremotos), el tipo de esfuerzo es compresión horizontal de desplazamiento considerable, se caracteriza por deformación en la roca. Se producen las siguientes deformaciones:

ONDULAMIENTO • Es un ligero combatimiento a gran escala, en su significado más amplio, los ondulamientos han sido referidos a amplios levantamientos verticales de proporciones continentales, tales movimientos pueden levantar extensas mesetas y restaurar por compensación isostática (sí la roca pesada hunde un lugar entonces la roca desplazada se eleva empujando a la roca ligera).

PLEGAMIENTO • El plegamiento es semejante al ondulamiento, excepto que denota un mayor grado de deformación, dándose en pequeñas proporciones. • Partes principales de los plegamientos. En el estudio de los pliegues es conveniente considerar un cierto número de elementos o partes principales. Son éstas, los flancos, el plano axial y el eje.

• Los costados o lados de los pliegues se llaman flancos. • La superficie axial, llamada comúnmente plano axial, es la superficie que divide mas aproximadamente al pliegue en forma simétrica a lo largo del mismo. Puede ser una superficie plana u ondulada y puede estar vertical o inclinada. Si el plano axial está inclinado, el pliegue es recostado y asimétrico. • La intersección del plano axial con la cresta o arista del pliegue, se llama eje. El eje puede ser horizontal o inclinado. • El ángulo de inclinación del eje de un pliegue con respecto a un plano horizontal se llama declive del pliegue.

TIPOS DE PLEGAMIENTOS. ANTICLINALES Son las elevaciones. Es un pliegue convexo hacia arriba. SINCLINALES Son las depresiones. Es un pliegue cóncavo hacia arriba. MONOCLINALES Es un anticlinal o un sinclinal unido a una parte plana.

TIPOS DE PLIEGUES PLIEGUE SIMÉTRICO • Tiene el plano axial esencialmente vertical y los flancos poseen el mismo ángulo de inclinación pero en direcciones opuestas. PLIEGUE ASIMÉTRICO • El plano axial es inclinado y ambos flancos se inclinan en direcciones opuestas pero con ángulos diferentes.

PLIEGUE VOLCADO O SOBRE PLIEGUE. • El plano axial es inclinado y ambos flancos inclinan en la misma dirección, generalmente con ángulos diferentes. PLIEGUE RECUMBENTE. • Es aquel cuyo plano axial es esencialmente horizontal. ANTICLINORIO.• Es un gran anticlinal compuesto por muchos pliegues menores.

SINCLINORIO.• Es un gran sinclinal compuesto por muchos pliegues menores.

TEORIA DE DEFORMACION • La deformación de un cuerpo es el cambio de su forma o volumen bajo la influencia de fuerzas externas; en la corteza terrestre pueden ser ante todo elásticas y residuales.

• ELASTICIDAD. Es una propiedad de los cuerpos sólidos, los que pueden modificar forma y volumen bajo la influencia de efectos físicos, y recobrar completamente su estado geométrico al eliminarlos. • DEFORMACIÓN ELÁSTICA. Es la que adquiere un cuerpo sólido que al dejar de obrar los efectos físicos recupera su forma original. Durante todas las deformaciones existe un límite de elasticidad que si se supera, surge una deformación residual que no desaparece completa o parcialmente al eliminar las fuerzas que la han causado. Las fuerzasinteriores que surgen en el cuerpo y tienden a equilibrar la acción de las fuerzas exteriores se llaman fuerzas de elasticidad.

• - DEFORMACIONES RESIDUALES. LAS deformaciones residuales comunes en la corteza terrestre pueden ser plásticas o frágiles. Será plástica cuando esta deformación se revele sin interrupción de la continuidad del material y se forme como el resultado de la acción de fuerzas externas, o será frágil si las deformaciones conducen a la destrucción del cuerpo sin una deformación plástica notable

• La fluencia del material es una deformación plástica que transcurre prolongadamente a tensiones constantes que no superan el límite de plasticidad. La esencia de éste fenómeno es la reagrupación de las partículas del cuerpo bajo la influencia de una carga constante, transformándose de manera ininterrumpida la deformación elástica en plástica. Pero como la carga se mantiene la deformación elástica se repone hasta el estado anterior

COMPORTAMIENTO DE MATERIALES SOMETIDOS A ESFUERZOS • Las formas típicas de aplicar esfuerzos a un material, son dos: cargando el material a corto plazo hasta obtener su ruptura, en éste caso se incrementa el nivel de esfuerzos gradualmente hasta obtener la falla; o dejando sometido el material por un tiempo considerable a un esfuerzo que no le cause la ruptura, aquí no se modifica el nivel de esfuerzos en el largo plazo.

• FUERZAS Y MECANISMOS DE DEFORMACIÓN DE LAS ROCAS. • Puede hablarse de fuerzas dirigidas y no dirigidas; las dirigidas o de superficie, son más importantes en ingeniería que en geología; estas pueden ser de tensión, compresión y cizalladura.La torsión es un caso particular de la cizalladura en tres dimensiones.

• Las no dirigidas son las fuerzas de gravedad o de volumen más importantes en geología que en ingeniería. • Puede tratarse de la presión confinante, sea ella litostática o hidrostática y en general de fuerzas asociadas a la gravedad, que actúan sobre cada partícula elemental de la masa.

DEFORMACIÓN DE LAS ROCAS. • Las deformaciones delas rocas pueden denominarse según el origen de los esfuerzos o forma de aplicación de las cargas: • - POR SU ORIGEN. • Pueden ser tectónicas o no tectónicas. Las deformaciones tectónicas están asociadas al movimiento de las placas de la corteza terrestre, mientras las no tectónicas están asociadas a los efectos gravitacionales de las masas de tierra y a las cargas que soportan las rocas por esfuerzos dinámicos externos diferentes a los movimientos tectónicos.

• POR EL TIEMPO DE APLICACIÓN DE LAS CARGAS. Las deformaciones pueden ser permanentes o temporales. • Las deformaciones permanentes pueden ser, según el Comportamiento del material,viscosa,plástica, viscoelástica y viscoplástica, mientras la deformación temporal, asociada a esfuerzos que no son permanentes, puede ser de tipo elástica o inelástica.

• FACTORES DE PLASTICIDAD Y RIGIDEZ DE LAS ROCAS. Son los factores que influencian el comportamiento mecánico de la roca, a saber:  Temperatura  Presión confinante  Contenido en fluido de la roca  Tiempo de actuación de la fuerza  Composición y estructura de la roca

LA TEMPERATURA. • El aumento de temperatura le da plasticidad a la roca mientras que su disminución la hace rígida. La temperatura aumenta con la profundidad. LA PRESIÓN CONFINANTE. • Con la profundidad aumenta la presión confinante y las rocas, que en la superficie son rígidas, en la profundidad pueden comportarse plásticamente. • Así aumenta el esfuerzo de ruptura y se facilita la deformación dúctil.

• CONTENIDO EN FLUIDO DE LA ROCA. • La arcilla seca es rígida pero mojada es plástica. Por analogía la humedad disminuye la rigidez de las rocas y aumenta su plasticidad. La presencia de fluidos como el incremento de la temperatura, aumenta el campo de deformación reduciendo la respuesta elástica y desplazando el límite de rotura a esfuerzos cada vez mayores.

• EL TIEMPO DE ACTUACIÓN DE LA FUERZA. • Se asocia a éste factor la velocidad de deformación de las rocas; si la velocidad de deformación es alta y por lo tanto el tiempo breve, el material responde con rigidez, en el caso contrario responderá plásticamente. Debe tenerse en cuenta que la unidad de tiempo geológico es el millón de años.

• COMPOSICIÓN Y ESTRUCTURA DE LA ROCA. • Este factor alude a la isotropía o anisotropía del material. Por la isotropía la roca puede ser competente y tener la capacidad de absorber esfuerzos sin deformarse, por consiguiente es rígida; por la anisotropía es lo contrario pues se deforma expresando su plasticidad.

• MECANISMOS DE DEFORMACIÓN DE LAS ROCAS - MOVIMIENTOS INTERGRANULARES. • Los desplazamientos entre granos minerales son función del tamaño de los granos, de su forma cristalina, y de su grado de consolidación y cementación. - MOVIMIENTOS INTRAGRANULARES. • Se asocian a la deformación interna de la red cristalina, con las que se provocan microfracturas a favor de las cuales se produce el desplazamiento de las caras contiguas de los minerales.

- DISOLUCIÓN Y RECRISTALIZACIÓN. • Fenómeno debido a la presión y temperatura elevadas a las cuales se someten los minerales componentes; el mecanismo es equivalente al proceso de fusión-solidificación del agua en hielo, por variaciones de la temperatura arriba y abajo del punto de congelación. - DEFORMACIÓN ELÁSTICA. • Es la que se da en la profundidad al paso de ondas sísmicas y de marea, en la cual el suelo recupera la forma después del efecto.

• - DEFORMACIÓN PLÁSTICA. • Son los pliegues producidos en las rocas que han sido sometidas a esfuerzos más allá de la zona elástica y antes del límite plástico. • - RUPTURA. • Generación de fallas y diaclasas, cuando los esfuerzos en el material superan el límite plástico.

• DEFORMACIONES DE LA CORTESA TERRESTRE - MOVIMIENTOS ABRUPTOS. • Son los que se acompañan de terremotos y de desplazamientos en la corteza de hasta 6metros; crean hundimientos, levantamientos o desplazamientos transversales de bloques, o como mínimo, el arqueamiento de la corteza en un área de influencia de varios km. a la redonda.

• - MOVIMIENTOS LENTOS. • Son los que de modo continuo se suceden en un período largo de años y con pequeñas velocidades, de tal manera que en el largo plazo se pueda advertir la deriva de un bloque o una zona, o la aparición de un arqueamiento de la corteza. A veces los movimientos se notan en construcciones emplazadas sobre fallas pero, por regla general, suponen levantamientos geodésicos. Por ejemplo, el Chocó deriva hacia el Pacífico a razón de 5 cm • por año.

• EVIDENCIAS GEOLÓGICAS. • Las litófagas (animales que comen roca) son animales marinos que perforan agujeros de 5 cm de profundidad en las rocas del litoral, útiles para que la marea les provea allí sus alimentos. Hileras de estos agujeros se encuentran elevadas 15 metros sobre el nivel de costa a causa de terremotos ocurridos en los últimos 2000 años. Teóricamente, al extrapolar las magnitudes, en sólo 2 millones de años esa región se habría levantado 15 km., aunque es evidente que una altura mayor que el Everest no es posible en el planeta por los efectos de la gravedad.

• MACIZO ROCOSO • Las rocas pueden ser duras o blandas y las fallas de los macizos se pueden presentar por zonas de debilidad o de discontinuidad estructural. • Las rocas blandas fallan a través del cuerpo de la masa rocosa y también a través de sus defectos estructurales.

• CALIDAD DEL MACIZO ROCOSO • Se considera que un suelo o roca es blando o duro, según su resistencia a la compresión esté en los siguientes rangos: • • • • • •

Suelo blando menos de 4 Kg/cm2 Suelo duro entre 4 - 10 Kg/cm2 Roca blanda de 10 a 375 Kg/cm2 Roca intermedia de 375 a 700 Kg/cm2 Roca dura mas de 700 Kg/cm2 El concreto corriente es de sólo 210 Kg/cm2,

• Las rocas blandas son aquellas que pueden fallar a través de material intacto a los niveles de esfuerzos existentes que se pueden dar en el área de influencia de una excavación, sin que tenga sentido un valor numérico para definir la resistencia de dichas rocas, máximo aún si se tiene en cuenta que los macizos de roca más dura pueden fallar y fallan en las excavaciones más profundas. • El comportamiento de una galería puede ser dúctil, adecuado o frágil, como se muestra en la fig. , cuando se consideran profundidades del orden de 100, 200 y 300 metros respectivamente.

• CARACTERIZACIÓN DEL MACIZO ROCOSO. • Esta es una tarea de observación, mediciones y ensayos para obtener parámetros cuantitativos útiles al diseño ingenieril. • Este proceso además se desarrolla a lo largo de todas las etapas del desarrollo del proyecto, desde el diseño hasta su construcción y operación. • Según la fase de diseño se requiere establecer un nivel mínimo de caracterización. El primero es con base en observaciones geológicas, el segundo nivel exige prospeccionesgeofísicas y el nivel final perforaciones exploratorias, medidas y ensayos geotécnicos.

IDENTIFICACION DE ESTRUCTURAS GEOLOGICAS • Orientar planos y líneas inclinados. • Solucionar problemas con buzamientos aparentes. • Orientar planos y las líneas que representan la orientación de los planos de estratificación y los ejes de las estructuras geológicas.

ORIENTACION DE LINEAS EN UN PLANO HORIZONTAL RUMBO: • Angulo medido en un plano horizontal, entre una línea y la dirección norte-sur de un sistema de coordenadas planas; este ángulo adquiere valores entre 0º y 90º. AZIMUT: • Angulo medido en un plano horizontal, barrido en el sentido de las manecillas del reloj, entre una línea y la dirección norte-sur: este ángulo adquiere valores entre 0° y 360°.

MEDICION DEL RUMBO

MEDICION DEL AZIMUT

CONVERSION RUMBO-AZIMUT

CONVERSION AZIMUT-RUMBO

ORIENTACION DE PLANOS ORIENTACIÓN DE UN PLANO: • Término general que describe la posición de un plano en el espacio; un plano queda definido mediante dos ángulos: el rumbo y la inclinación del plano.

INCLINACIÓN O BUZAMIENTO: • Angulo vertical medido entre la horizontal y un plano inclinado; este ángulo se mide hacia abajo y varia entre 0º y 90º.

• Dirección de capa: dirección de una línea horizontal cualquiera contenida en un plano inclinado; la dirección de esta línea generalmente se expresa mediante su

rumbo.

Buzamiento real: ángulo de inclinación de la línea de máxima pendiente de un plano inclinado; se mide en dirección perpendicularmente a la dirección de capa

Dirección de buzamiento: dirección de la línea de máxima pendiente de un plano inclinado; se expresa mediante el ángulo horizontal barrido entre la dirección norte-sur de un sistema de coordenadas y la proyección, al plano horizontal, de la línea de máxima pendiente

• Buzamiento Aparente: ángulo de inclinación de un plano, medido en una dirección no perpendicular a la dirección de capa; el buzamiento aparente siempre es menor que el real.

STRIKE Y DIP DE CAPA INCLINADA Intersección de capa inclinada con un plano horizontal

Strikes and Dips

• Dirección de línea: es la dirección en que profundiza una línea inclinada; se expresa mediante el ángulo horizontal barrido entre la dirección nortesur de un sistema de coordenadas y la proyección horizontal de la línea inclinada.

Cabeceo: ángulo barrido a lo largo de un plano inclinado entre una línea cualquiera contenida en el plano inclinado y una línea horizontal del mismo plano; varía de 0º a 90º.

BRÚJULA TIPO BRUNTON

LOCALIZACION DE ESTACIONES EN TRABAJOS DE CAMPO

DISEÑO DE LA BRÚJULA TIPO BRUNTON

MEDICIÓN DE LA DIRECCION DE CAPA

SISTEMAS DE GRADUACION

SISTEMA AZIMUTAL

SISTEMA DE RUMBO

FORMAS DE EXPRESAR LA ORIENTACION DE UN PLANO • La orientación de un plano puede ser expresada de tres formas diferentes pero equivalentes. Por ejemplo, una capa que buza hacia el suroeste con 40º se puede expresar así: • 1. Midiendo el azimut de la dirección del buzamiento: 225º/40º. • 2. Midiendo el rumbo de la dirección de capa: N45º W/40º SW ó S45º E/40º SW. • 3. Midiendo el azimut del rumbo de la capa: 315º/40º SW ó 135º/40º SW

FORMAS DE EXPRESAR LA ORIENTACION DE UN PLANO • Midiendo el azimut de la dirección del buzamiento: 225º/40º.

FORMAS DE EXPRESAR LA ORIENTACION DE UN PLANO • Midiendo el rumbo de la dirección de capa: N45º W/40º SW ó S45º E/40º SW.

FORMAS DE EXPRESAR LA ORIENTACION DE UN PLANO • Midiendo el azimut del rumbo de la capa: 315º/40º SW ó 135º/40º SW

FORMAS DE EXPRESAR LA ORIENTACION DE UN PLANO • Midiendo el azimut de la dirección del buzamiento: 225º/40º.

SIMBOLOS CARTOGRAFICOS PARA LINEAS Y PLANOS

BUZAMIENTO REAL Az 270/30

MODELO DE SECCIÓN GEOLÓGICA

BUZAMIENTO APARENTE (1) Buzamiento real  = 50° SE Angulo entre la dirección de capa y la dirección del buzamiento aparente (dirección del corte)  = 45° Buzamiento aparente  = 40° SE

BUZAMIENTO APARENTE

DIAGRAMA DE ALINEACION Buzamiento real  = 50° SE Angulo entre la dirección de capa y la dirección del buzamiento aparente ( es decir, dirección del corte)  = 45°

Buzamiento aparente  = 40° SE

MÉTODO TRIGONOMÉTRICO • Resolver el problema del ejemplo anterior utilizando la siguiente ecuación: tan  = tan . sin 

En este caso: Buzamiento real  = 55° SE Angulo entre rumbo de capa y el buzamiento aparente (dirección del corte)  = 45 ° Entonces : tan  = tan 55°. sin 45° Se obtiene que  ≈ 40º SE

BUZAMIENTO APARENTE (2) Problema: Determinar el buzamiento real de una capa delgada de carbón, conociendo que en una pared vertical con dirección N45º E presenta un buzamiento aparente de 28º SE y además, que la capa de carbón tiene rumbo N80º E. En este caso, el ángulo entre el rumbo de la capa y la dirección de la sección vertical (sobre la cual se midió el buzamiento aparente de 28º) es igual a : 80°-45°=35° En el nomograma, se determina que el buzamiento real buscado es de 43º SE.

MÉTODO TRIGONOMÉTRICO • Resolver el problema del ejemplo anterior por el método trigonométrico.  = 28º SE en dirección N80º E  = 35º  = ? • Utilizando la siguiente ecuación tan  = tan . sin  tan 28°= tan . sin 35° Se obtiene que  = 43º SE

METODOS PARA HALLAR EL BUZAMIENTO APARENTE • • • • •

Diagramas de alineación. Método trigonométrico. Diagramas polares. Método de la geometría descriptiva. Método de la proyección estereográfica.

DIAGRAMA POLAR Problema: De un plano inclinado se conoce dos buzamientos aparentes: Azimut 320º/55º Azimut 50º/55º Determinar el buzamiento real El buzamiento real Acimut 5°/63°

MÉTODO DE LA GEOMETRÍA DESCRIPTIVA De un plano de falla se conocen dos buzamientos aparentes 1 = 20º y 2 = 25º, medidos en dos paredes verticales en las direcciones N45ºE y S41ºE respectivamente. Determinar el rumbo y el buzamiento real del plano de falla La dirección del plano de falla obtenida por este método es N9º E y el buzamiento es de 30º hacia el SE.

EJERCICIOS • Ejercicio 2.1 • Llenar los espacios en blanco de la siguiente tabla, utilizando el nomograma de buzamiento

Ejercicio 2.3 Resolver el ejercicio 2.1 utilizando el método trigonométrico.

PLANOS TOPOGRAFICOS,GEOLOGICOS Y GEOMECANICOS

• GENERALIDADES SOBRE PLANOS TOPOGRÁFICOS. • La topografía es la ciencia y arte de efectuar las mediciones necesarias para determinar las posiciones relativas a puntos situados arriba, sobre o debajo de la superficie de la tierra o bien de establecer tales puntos en una posición especificada. Las operaciones topográficas no esta limitada a tierra firme. Se realizan sobre vastas extensiones de agua, así como de espacios extraterrestres. Las mediciones de la topografía son, esencialmente, las de distancia – tanto horizontal como vertical – y las de dirección.

• La etapa de obtención de datos topográficos se reconoce como el trabajo de campo, puesto que virtualmente todos esos datos deben ser analizados, reducidos a una forma útil, mediante cálculos matemáticos, ajustados y con frecuencia convertidos a modalidades graficas de expresión, como cartas y planos, es usual hablar de esa actividad conexa como el trabajo de gabinete de la topografía. Ambas etapas constituyen las actividades topográficas. • Pueden efectuarse varias divisiones o agrupamientos de tales estudios, como base en una gran variedad de elementos distintivos. Probablemente la clasificación más sencilla es aquella que identifica tres clases principales de ellos, descritos como sigue:

ESTUDIOS DE INGENIERIA: Que comprenden las operaciones de recabar los datos necesarios para planear y proyectar una obra de ingeniería y de proporcionar el necesario control de posición y dimensiones en el sitio, de manera que el puente, edificio o carretera sean construidos en el lugar adecuado y como se proyectaron.

TIPOS DE PLANOS

– PLANOS TOPOGRAFICOS SUPERFICIALES – PLANOS GEOLOGICOS Y ESTRUCTUALES – PLANOS DE ZONEAMIENTO GEOMECANICO

• LEVANTAMIENTOS TOPOGRÁFICOS: Se efectúan con el fin de obtener los datos del terreno necesarios para la elaboración de planos o cartas topográficas. Involucran una amplia gama de trabajos de campo y gabinete que culminan en la edición e impresión de cartas multicolores, con curvas de nivel, que representan el terreno, lagos y ríos, así como carreteras, vías férreas, puentes y otras obras construidas por el hombre. •

• ESTUDIOS HIDROGRAFICOS: Comprenden las operaciones requeridas para representar las cartas y planos las líneas costeras de cuerpos de agua, para trazar las áreas de fondo de corrientes, lagos, bahías y aguas costeras, para medir el escurrimiento de los ríos, y para valorar otros factores que afectan a la navegación y a los recursos hidráulicos del país. • LEVANTAMIENTO DE MINAS: Resultan indispensables para determinar la posición de las obras subterráneas y estructuras superficiales de las minas, para fijar las posiciones y direcciones de túneles y pozos, y para definir los linderos superficiales de todas las propiedades.

• LEVANTAMIENTOS GEOMECANICOS • Es la representación de las características geomecanicas del macizo rocoso en función a su litologia estructural tanto superficial como subterraneo

• SIMBOLOGIA HIDROGRAFICA, TOPOGRAFICA Y DE VEGETACION. • En los mapas se representan o se indican todos o casi todos los detalles mediante símbolos convenidos; si se representaran tal y como son en realidad, muchos resultarían microscópicos. En un mapa topográfico corriente, una carretera de 8 metros de ancho, quedaría representadas por una línea de 0.1 milímetro; pero en tales mapas, se ven las carreteras como dos líneas separadas 0.5 milímetros entre si, lo cual quiere decir que se trata de un símbolo.

SIMBOLOS • Los símbolos de un mapa pueden clasificarse en los siguientes grupos: obras y construcciones (en color negro), agua o hidrográficos (en color azul), relieve u orografía (en color café) , vegetación o cultivo (en color verde) ,Zoneamiento geomecanico (colores característicos de rocas igneas, sedimetarias y metamorficas con su respectiva caracterización);aparte de estos símbolos, se emplean otros muchos especiales en los mapas científicos y estadísticos.

ESCALAS • Una escala es la relación matemática que existe entre la realidad y el dibujo que de ella se hace sobre un plano. Normalmente tiene la apariencia de 1:50.000 ó 1/50.000 que, en este caso, quiere decir que 50.000 unidades lineales de la realidad en el mapa están representadas como una sola. Estas unidades pueden ser de cualquier magnitud de longitud: kilómetros, millas, etc. Es decir, dos centímetros lineales son 100.000 centímetros en la realidad (50.000 x 2), es decir 1000 metros o 1 kilómetro.

• Lo que se desea medir del dibujo es una superficie, habrá que tener en cuenta la relación de áreas de figuras semejantes, por ejemplo un cuadrado de 1cm de lado en el dibujo estará representado un cuadrado de 50.000 cm. de lado en la realidad, lo que es una superficie de 50.000 * 50.000 cm cuadrado. Además, en los mapas suele aparecer una escala gráfica, que es un pequeño dibujo lineal, semejante a una regla graduada, con la equivalencia de la distancia.

• Para calcular la distancia real debemos medir la distancia en el mapa y multiplicarla por la escala. Para pasar de la distancia real a la representación sobre el mapa debemos dividirla por la escala. Hay que tener en cuenta que siempre obtendremos resultados en las unidades en las que hayamos tomado las medidas. • Como cuanto mayor sea el denominador más pequeño será el mapa final que obtengamos, decimos que una escala es pequeña cuando obtenemos un mapa pequeño, y grande cuando obtenemos mapas grandes para la representación del mismo elemento.

• En los mapas pequeños, menores de 1:50.000, la información que aparece sobre ellos no está dibujada a escala, de tal manera que no podemos calcular en ellos la anchura de una carretera, o el radio de una curva, o a extensión de una ciudad con sólo multiplicar el tamaño del dibujo por la escala. • También hay que tener en cuenta que en mapas menores de 1:1.000.000 sólo el centro del mapa mantiene la equivalencia de la escala. Cuanto más al borde nos encontremos más deformaciones encontraremos. El carácter de esas deformaciones depende del tipo de proyección.

MODELO DE CROSS SECTION

MODELO DE SECCIÓN GEOLÓGICA

LINEAS DE RUMBO DE UN PLANO INCLINADO

CARACTERIZACION DEL MACIZO ROCOSO CLASIFICACIONES GEOMECANICAS

Sistemas de clasificación con múltiples parámetros • Rock Mass Rating (RMR) (Bieniaswski) • Rock Tunnelling Quality Index (Q) ( Burton) • GSI

Clasificación de macizos rocosos de Terzaghi (1946) • Descripción del macizo rocoso, categorías (para c/u se determina la carga de macizo a tomar por el revestimiento del túnel):

• ROCA INTACTA.

sin diaclasas, rotura por roca

intacta, “descascaramiento” luego de las voladuras.

• ESTRATIFICADA. Estrato con baja resistencia en los límites. • MODERADAMENTE FISURADA. Los “bloques” entra diaclasas intertrabados. No requiere sostenimiento lateral.

•FRAGMENTADA Y FISURADA. Bloques mal intertrabados. Sosteniminento en paredes.

• TRITURADA. Fragmentos pequeños, tamaño de arena. • DESCOMPUESTA. Porcentaje alto de partículas arcillosas. • ROCA

con

HINCHAMIENTO.

arcillosos

Minerales

RQD Índice de calidad de la roca (Deere 1967) • Estimación

de calidad del macizo rocoso, a partir de perforaciones rotativas con extracción de testigos. (NW 54mm). “% de piezas de roca intacta mayores a 10 cm recuperadas por corrida” •S/perf.: RQD=115-3.3 Jv •RQD = Ve2 / VL 100 •RQD = f ( orientación perf. ) •No considerar fisuras generadas por perforación. •DATO DE LAS OTRAS CLASIFICACIONES

RQD

Caja Nº1: Carreras 0m a 5m

Caja Nº2: Carreras 5 a 8.30m

Caja Nº3: Carreras 8.30 a 12.80m

CLASIFICACIÓN GEOMECÁNICA - ROCK MASS RATING (RMR)

(Bieniawski 1976) Parámetros base la la clasificación: • Resistencia a compersión simple de la roca intacta • RQD • Espaciamiento de discontinuidades • Condición de las discontinuidades • Condiciones de agua subterránea • Orientación de discontinuidades •OBSV. Desde 1976 hasta 1989 se agregaron otras condiciones de rocas mas débiles y distintas condiciones de túneles, AJUSTES DE LAS TABLAS DE VALORACIÓN.