ROTURA en CUÑA, Ángulo de Friccion y Cohesion de Rocas y Suelos

ESTABILIDAD DE TALUDES: ROTURA EN CUÑA,USANDO DIPS , SWEDGE Y TABLAS DE DE ANGULO FRICCION INTERNA Y COHESION DE ROCAS Y SUELOS CÁTEDRA

: GEOMECÁNICA

CATEDRÁTICO

: ING. DR. ING.

AVELLANEDA PURI Paulino José ALUMNO

: BOZA CASTRO Ronny

SEMESTRE

: VI

19/07/2016

UNCP - FAIM

ROTURA EN CUÑA

DIPS ID

1 2 3*

Dip

40 40 60 45

Dip Direction

20 140 110

PLANOS

A B T

ROTURA EN CÑA N

Polles Po

•

E INMERSIÓN = 29

º

, 48 SE 

w

Equal Angle Lower Hemi Hemisphee 3 oles 3 Entr Entres s

UNCP - FAIM

DIPS

ROTURA EN CÑA N Fisher Cncentans  f tal pe 1.0  aea

é>-

8 S º

000- 3 000 350 50 o 350350 - 700 o 0000 - 10 1050 50 o 1050- 14.00  14000- 1.50 o 140 175017 50- 210 21000 o 2100 21 00- 24. 24.50 50  2450 24 50- 28. 28.00 00 / 28002800 - 31 315 500 o 3150- 350 35000   Bas Cen Mx Cn = 33.1530% Equa Ange we Hemsphere 3 Pes 3 Ent es

s

UNCP - FAIM Tabla 3.1: Ángulo de fricción básico para varias rocas, a partir de referencias bibliográficas (tomados de Ramírez Oyanguren et al.,1991). TIPO DE ROCA

ESTADO DE HUMEDAD

ÁNGULO DE FRICCIÓN BÁSICO

REFERENCIA

φ b  b  A. ROCAS SEDIMENTARIAS: Arenisca   Arenisca  Arenisca Arenisca   Arenisca  Arenisca  Arenisca  Pizarra  Limolita  Limollita Limolita   Conglomerado  Creta Caliza   Caliza

Seco Húmedo Húmedo Seco Seco Húmedo Húmedo Húmedo Húmedo Seco Húmedo Seco Húmedo Seco Húmedo

26 – 35 25 – 33 29 31 – 33 32 – 34 31 – 34 33 27 31 31 – 33 27 – 31 35 30 31 – 37 27 - 35

Patton, 1966 Patton, 1966 Ripley & Lee, 1962 Krsmanovic ,1967 Coulson, 1962 Coulson, 1962 Richards, 1975 Ripley & Lee, 1962 Ripley & Lee, 1962 Coulson, 1962 Coulson, 1962 Krsmanovic ,1967 Hurchinson, 1972 Coulson, 1962 Coulson, 1962

B. ROCAS ROCAS IGNEAS: IGNEAS: Basalto   Basalto  Granito de grano fino Granito de grano fino   Granito de grano grueso  Granito de grano grueso  Pórfido Pórfido   Dolerita  Dolerita

Seco Húmedo Seco Húmedo Seco Húmedo Seco Húmedo Seco Húmedo

35 – 38 31 – 36 31 – 35 29 – 31 31 – 35 31 – 33 31 31 36 32

Coulson, 1962 Coulson, 1962 Coulson, 1962 Coulson, 1962 Coulson, 1962 Coulson, 1962 Barton, 1971 Barton, 1971 Richards, 1975 Richards, 1975

C. ROCAS METAMÓRFICAS: METAMÓRFICAS:  Anfibolita  Gneis Gneis   Esquisto  Esquisto Esquisto 

Seco Seco Húmedo Seco Seco Húmedo

32 26 – 29 23 – 26 25 – 30 30 21

Wallace et al., 1970 Coulson, 1962 Coulson, 1962 Barton, 1971 Richards, 1975 Richards, 1975

Mecánica de Rocas Fundamentos e Ingeniería de Taludes Pedro Ramírez Oyanguren y Leandro Alejano Monge

UNCP - FAIM Tabla 3.2: Resistencia al corte de discontinuidades rellenas y materiales de relleno (Según Barton, 1974)

Roca

Descripción

c’  (MPa) c’  (MPa)  (MPa) φ   (MPa) φ  º de pico de pico residual

Basalto

Brecha basáltica arcillosa, amplia variación del contenido en arcilla y basalto Filón bentonítico en creta Capas estrechas Ensayos triaxiales

0,24

42

0,015 0,09-0,12 0,06-0,1

7.5 12-17 9-13

0-0,27

8,5-29

Bentonita

Pizarra Bentonítica

Ensayos triaxiales Ensayos de corte directo

Arcillas

Sobreconsolidas, Sobreconsolidas, deslizamientos, 0-0,18  juntas y cizallamientos cizallamientos menores

Lutita arcillosa

Ensayos triaxiales Superficies de estratificación

0,06

Capas de arcilla milonítica, 10 a 25 mm

0,012

Lutitas en carbón Dolomía

0,04 Capa de lutita alterada Diorita, grano-diorita Relleno arcilloso (arcilla 2 %, IP = 17%) 0 y pórfido Granito 0-0,1 Fallas rellenas de arcilla 0,05 Relleno de falla arenoso Zona de cizalla tectónica, granitos esquistosos y rotos, roca desintegrada 0,24 y arcilla. Grauwaca 1-2 mm de arcilla en planos de estratificación. Caliza 0,1 capa de 6 mm de arcilla 10-20 mm de relleno arcilloso <1 mm 0,05-0,2 relleno de arcilla Calliza, lignito

marga

y Capas de lignito interestratificadas contacto marga / lignito

0-0,03

8,5

0-0,003

10,5-16

0

19-25

16

0

11-11,5

14,5

0,02

17

0

21

0

13

0

15-24

0,08

11

12-18,5 32

26,5 24-45 40 42

13-14 17-21

0,08 0.1

38 10

Caliza

Juntas margosas, 20 mm de espesor

0

25

Lignito

Contacto entre lignito y arcilla

0,014-0,03

15-17,5

y Capas de 80 mm de bentonita 0,36 0,016-0,02 (montmorillonita) arcilla en lutitas

14 7,5-11,5

Montmorillonita arcilla bentonítica

Esquisto, cuarcita, y Relleno arcilloso de 10-15 mm esquisto siliceo Estratificación con arcilla en capas finas Estratificación con arcilla en capas gruesas Pizarra metamórfica Finamente laminada y alterada Cuarzo / caolín / Ensayos triaxiales sobre muestras pirolusita remodeladas

φ     º φ º residual

0,03-0,08 0,61-0,74

32 41

0,38 0,05 0,042-0,09

31 33 36-38

Barton (1974) llevó a cabo una recopilación bibliográfica y una revisión detallada del comportamiento resistente de las discontinuidades con relleno. A partir de esta revisión, se presenta en la Tabla 3.2. un resumen de los valores de resistencia al corte de los materiales de relleno de discontinuidades más comunes. Si los macizos rocosos presentan juntas con espesores grandes de arcilla o material granular y en el caso de que la resistencia al corte de las discontinuidades con relleno pueda jugar un papel significativo en la estabilidad del macizo, resulta harto recomendable enviar muestras de los materiales de relleno a un laboratorio de mecánica de suelos para analizar con la suficiente exactitud el comportamiento resistente de estos materiales, que marcará la resistencia al corte de las discontinuidades.

UNCP - FAIM

MECAICA DE SUELO S Y CIMETACIOES QUITA EDICIÓ lng. Carlos Crespo Villalaz

PRUE3A D NlTRA:IÓ OML

TaTablbl ..1 .

9

Ángulo de ricón

en acillas N

q , k   gl   g l   cuf'  c uf'

Derión

u

< 0.25 0 - - 0. 0. 0   - 0  .- 0   

<2  -4 -8  -1 1-0  30

_ km1

intterna in

MuyBnd d M  i  Cmpct MuDr c

3

o•

3

02 4 4- 6 -1   

.

4 5-0

90-00 > 00

Nota: q esur esur  d pt n l pb d compió xl  cof cofn nd d.. O

T 12 

4ng/Q  

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Compc Comp cd d  liv liv

r

 -1 % % -% -8  -1 

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Fj   e > 50 M  L v   e   e   b    ó    de      e n chv  den    ftft  g (�}   k/ L  á <  Cd g' EE cet g'  ee  cd bqen  detn  oh  n  e n  de     n n n  e n n  de        d       e  íg  ts xmad) xmad)     m n  "      ú c  u ¡  d            e de        cetd eentn ,  J  4  n  chn e o- 4

- 1

1111 -

1 1  

   6

-4 -4 1

00 1 1  200 2 0 -)() - )()  1000

N"

Fe= 077

1

P , .. P 

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 25

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

I O 

:



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

°

º

4 :

UNCP - FAIM ley de faa por cortante en sueo saturado En un suelo saturado, e esfuerzo normal toa en un puno es la suma sum a del esfuerzo efectivo y la presión de poro o a

=

a'+ u

E esfuerzo efectivo a' es tomado por los sóidos del sueo Entonces para aplicar a ecuación ecuac ión (7.2) a a mecánica de suelo teneos que reescribirla reescribirla como ¡ = e + ( J

-

u) an > = e +



1

(7.8)

tan 

E vaor de e para la arena y e limo inorgánico es O. Para arcilas noramente consolidadas lidada s  se considera igual a O. Las arcilas sobreconso sobr econsoidadas idadas tienen valores de  que son mayores que O. E ánguo de fricción > se lama a veces el ánglo d fricción drndo. Vaores típicos  para agunos suelos granulares se da en a taba 7. Para arcias normaente consolidadas e ánguo de fricción  generamente varía entre 20º y 30º . Para arcilas preconsoidadas  magnitud  decrece Para arcias nauraes no cemenadas preconsoidadas con presión de preconsoidació enor que aproximadamene 000 kN/m2  la magnitud de  cae en el rango de 5 a 15kN/m 15kN /m  DETERMINACIÓN EN LABORATORIO DE LOS PARÁMETROS DE LA RESISTENCIA CORNTE

Los parámetros de a resistencia corante corante de u sueo son deternados deternados en e aboratorio principaene con dos ipos de ensaye; a prueba de corte directo y a prueba riaxia Los procedimientos para conducir cada una de éstas se expican con detale en as siguienes secciones.

Tabla 7. 1 Valoes típicos de ánglo de

rcción denado paa aenas y imos Tipo de suelo

, (grados)

Arna: granos rdondados Suelta Media Densa

27-30

Pincipios de ingenieía de cimentaciones y Fundamentos de ingenieía geotécnica

3035 35-38 

Arna granos angulars Suelta edia Densa

30-35

Grava con algo e arna

34-4 3448

Limos

26-3 26 -3 5

35-40 40-45

docto Ba ja M Das   1984 y 1985

UNCP - FAIM

Propiedades geotécnicas del suelo 

Para arenas, el ángulo de fricción suele variar de 26° a 45°, aumentando con la densidad relativa relati va de compactación. En la tabla 1.12 se muestra un intervalo general del ángulo de fricción, f9,, para arenas. f9 En 1970, Brinch Hansen (consulte Hansbo, 1975 y Thinh, 2001) proporcionó la correlación f9 de siguiente para f9  de suelos granulares. (grados)

26° + 10 Dr  + 0.4C u + 1. 1.6 6 log log ( D50)

(1.83)

donde Dr  5 densidad

relativa (fracción) C u 5 coeficiente de uniformidad  D50 5 tamaño medio del grano, en mm (es decir, el diámetro diámetro a través del cual pasa 50% del suelo)

Tabla 1.12 

Relación entre la densidad relativa y el ángulo de fricción de suelos cohesivos.

Estado del empaquetamiento Muy suelto Suelto Compacto Denso Muy denso

Densidad relativa (%) 20 20 - 40 40 - 60 60 - 80 . 80 ,

Ángulo de fricción, f9 (grados) 30 30 - 35 35- 40 40 - 45 . 45 ,

Fundamentos de ingeniería de cimentaciones Braja M. Das Séptima edición

UNCP - FAIM

UNCP - FAIM Tabla 9: Parámetros de clasificación RMR (Bieniawski, 1989)

Los valores de rotura a compresión simple en rocas volcánicas pueden variar enormemente. En basaltos son frecuentes valores comprendidos entre 300 y 1200 Kp/cm2. Se ha observado una relación directa entre los valores de rotura y las características texturales de la roca. Así p.e., una mayor vesicularidad da lugar a valores muy bajos de rotura. Lo mismo ocurre con el contenido en cristales, las rocas muy porfídicas (con abundantes cristales y bajo porcentaje de matriz) suelen ser más frágiles que aquellas en las que predomina una matriz de grano fino. Por otro lado, una mayor alteración también da lugar a valores más bajos de rotura. En general, los procesos de meteorización tendrán como consecuencia un aumento de la deformabilidad del material rocoso, así como una disminución de su resistencia. Las coladas aa suelen presentar intercalaciones de capas de escorias. Desde el punto de vista geomecánico estos materiales son tratados como un suelo granular.

CARACTERIZACIÓN GEOTÉCNICA DE ROCAS VOLCÁNICAS Manrique Civera, Jorge

UNCP - FAIM Deslizamientos y estabilidad de taludes en zonas zonas tropicales 

resistencia a lo largo de las discontinuidades y por lo tanto se debe hacer esfuerzos por ensayar muestras a lo largo de las fracturas, juntas o planos de estratificación. Existen anillos de corte diseñados específicamente para determinar la resistencia a lo largo de discontinuidades. discontinuidades. Existen normas normas de la Sociedad Sociedad Internacional Internacional de Mecánica de Rocas para el ensayo sobre discontinuidades. Tabla 3.4 Valores típicos de parámetros de resistencia resistencia para rocas (Hoek y Bray, 1981)

Tipo de roca Rocas ígneas duras: granito basalto Rocas metamórficas: cuarcita, neiss, pizarras. Rocas sedimentarias duras: caliza, dolomita,arenisca. Rocas sedimentarias blandas: arenisca, lutitas, limolitas.

Peso unitario seco kN/m3 25-30 25-28 23-28

Cohesión (Mpa) 35-55 20-40 10-30

Angulo de fricción (o) 35-45 30-40 35-45

17-23

1-20

25-35

2

Tabla 3.5 Resistencias típicas de rocas en N /mm

Roca Granito Diorita Dolerita Gabro Basalto Arenisca Lutita Caliza Dolomita Carbón Cuarcita Neiss Marmol Pizarra

Compresión 100-250 150-300 100-350 150-300 150-300 20-170 5-100 30-250 30-250 5-50 150-300 50-200 100-250 100-200

Tensión 7-25 15-30 15-35 15-30 10-30 4-25 2-10 5-25 15-25 2-5 10-30 5-20 7-20 7-20

Cortante 14-50 25-60 20-60 8-40 3-30 10-50 20-60 15-30

Tabla 3.6 Competencia de la roca de acuerdo al al ensayo de Compresion uniaxial.

Compresión uniaxial en N mm -2

Competencia de la roca

5 a 20 20 a 40 40 a 80 80 a 160 160 a 320

Muy débil Débil Resistencia mediana Dura Muy dura

Tabla 3.7 Angulos de fricción típicos de rocas (Wyllie 1996)

Fricción Baja Media Alta

Angulo de fricción(grados) fricción(gr ados) 20 a 27 27 a 34 34 a 40

Roca Esquistos con alto contenido de mica y Lutitas Areniscas, limolitas, Neiss, pizarras Basalto, granito, caliza, conglomerado

Deslizamientos y estabilidad de taludes en zonas tropicales .pdf 

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UNCP - FAIM Tabla 3.8 Angulos de fricción obtenidos en rocas en Italia (Giani, 1992)

Roca Basalto Calcita Arenisca compacta Caliza dolomita Esquisto filitico Esquisto grafitoso Yeso Cuarcita micácea Esquisto micáceo Neiss Lutita Esquisto talco

Grados 40-42 40-42 34-36 30-38 26-36 21-23 34-35 38-40 28-30 39-41 28-39 20-30

 Esfuerzo y resistencia al cortante

Deslizamientos y estabilidad de taludes en zonas tropicales.pdf 

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Ángulo de fricción y cohesión de algunas rocas (Goodman 1980)

Marcel Hürlimann

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Tabla5. Resumen de las propiedades físico mecánicas de las rocas y del coeficiente de debilidad estructural del macizo en el kimberlito Catoca

Descripción de los diferentes tipos de rocas

Hume dad, ω, %

Peso Volumétrico, kN\m3

Cohesión, kN\m2

Ángulo de fricción interna ,φ°

Coeficiente de debilidad estructural (λ)

Arena Calahári Arena Calahári sobresaturadas. Arenas interformaciona les (AIF2) Arenas interformaciona les (AIF1) sobresaturadas Gneis eluviales Gneis eluviales sobresaturados Gneis agrietados Gneis de baja resistencia Gneis relativamente resistente. Gneis resistentes Xenolitos zona de transición Pórfido kimberlítico meteorizado y de gran humedad Kimberlita porfírica meteorizada BKM BKA1 BKА2

11,1 13,5

20,8 21,5

10,9 2,9

26,02 23,44

0,70 0,70

12,7

20,1

10,1

24,91

0,70

16,5

20,5

6,4

21,91

0,70

26,7 34,7

20,9 21,2

7,2 6,3

21,92 17,41

0,58 0,58

19,6

21,0

13,0

31,82

0,58

-

24,4

16,04

33,67

0,110

-

2,55

59,17

29,27

0,068

-

26,0

197,0

33,94

0,036

12,3

20,8

14,2

35,28

0,110

51,1

17,9

69

5,05

0,47

34,5

16,4

11,3

16,6

0,47

12,0 12,2 7,5

20,9 21,6 23,2

193 252 452

35,04 35,04 36,27

0,110 0,110 0,110

Actualmente la cota del fondo de la mina está en el nivel + 850 m. La situación de la mina de Catoca es compleja a causa de las deformaciones que se presentan en sus taludes. Estas deformaciones se desarrollan en los sectores superiores del NE y E, donde el macizo

Minería y Geología  / v.28 n.3 / julio-septiembre/ j ulio-septiembre/ 2012

[email protected]

ISSN 1993 8012

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Tabla 12: Valores aproximados del ángulo de fricción interna y cohesión de algunos suelos.

Tipos de Suelos. Arena suelta Arena de Compacidad media Granulares o Arena densa no Grava Cohesivos Grava arenosa heterogénea Bloques de piedra escolleras (sin presencia de arena) Arcilla semidura Arcillas firmes Arcillas Blandas Arcilla arenosa firme Suelos Arcilla arenosa blanda Cohesivos Limo firme Limo blando Arcilla orgánica, limo y cieno, no fibroso Turba

Ángulo de Fricción Interna en grados.

Cohesión C.

30 32,5 35 35 35 35 15 16 17 22,5 23,5 24,5 25,5 10 15

tablas .pdf 

0,25 0,1 0 0,05 0 0,02 0 0 0

Swedge Analysis Information Document Name:

Swedge5

Job Title:

SWEDGE - Surface Wedge Stability Analysis

Analysis Results:

Analysis type=Deterministic type=Deterministic Safety Factor=18.3146 Factor=18.3146 Wedge height(on slope)=12 m Wedge width(on upper face)=4.25671 m Wedge volume=62.7681 m3 Wedge weight=179.517 tonnes Wedge area (joint1)=39.7336 m2 Wedge area (joint2)=58.9827 m2 Wedge area (slope)=62.5606 m2 Wedge area (upper face)=15.692 m2 Normal force (joint1)=129.541 tonnes Normal force (joint2)=76.1971 tonnes Driving force=87.0215 tonnes Resisting force=1593.76 tonnes Failure Mode:

Sliding on intersection line (joints 1&2) Joint Sets 1&2 line of Intersection:

plunge=28.9964 deg, trend=68.6619 deg length=24.7548 m Trace Lengths:

Joint1 on slope face=22.1928 m Joint2 on slope face=18.3303 m Joint1 on upper face=4.25671 m Joint2 on upper face=8.51342 m

Swedge Analysis Information Document Name:

Swedge5

Job Title:

SWEDGE - Surface Wedge Stability Analysis

Analysis Results:

Analysis type=Deterministic type=Deterministic Safety Factor=18.3146 Factor=18.3146 Wedge height(on slope)=12 m Wedge width(on upper face)=4.25671 m Wedge volume=62.7681 m3 Wedge weight=179.517 tonnes Wedge area (joint1)=39.7336 m2 Wedge area (joint2)=58.9827 m2 Wedge area (slope)=62.5606 m2 Wedge area (upper face)=15.692 m2 Normal force (joint1)=129.541 tonnes Normal force (joint2)=76.1971 tonnes Driving force=87.0215 tonnes Resisting force=1593.76 tonnes Failure Mode:

Sliding on intersection line (joints 1&2) Joint Sets 1&2 line of Intersection:

plunge=28.9964 deg, trend=68.6619 deg length=24.7548 m Trace Lengths:

Joint1 on slope face=22.1928 m Joint2 on slope face=18.3303 m Joint1 on upper face=4.25671 m Joint2 on upper face=8.51342 m Maximum Persistence:

Joint1=24.7548 m Joint2=24.7548 m

Intersection Angles:

J1&J2 on slope face = 17.9131 deg J1&Crest on slope face = 49.8793 deg J1&Crest on upper face = 90 deg J2&Crest on slope face = 112.208 deg J2&Crest on upper face = 30 deg J1&2 on upper face = 60 deg

Joint Set 1 Data:

dip=40 deg, dip direction=20 deg cohesion=13 tonnes/m2, friction angle=31.82 deg Joint Set 2 Data:

dip=60 deg, dip direction=140 deg cohesion=16.04 cohesion=16.04 tonnes/m2, friction angle=33.67 deg Slope Data:

dip=45 deg, dip direction=110 deg slope height=12 meters rock unit weight=2.86 tonnes/m3 Water pressures in the slope=NO Overhanging slope face=NO Externally applied force=NO Tension crack=NO Upper Face Data:

dip=0 deg, dip direction=90 deg Wedge Vertices:

Coordinates Coordinates in Easting,Northing,Up Format 1=Joint1, 2=Joint2, 3=Upper Face, 4=Slope

Point 124: 0, 0, 0 Point 134: -16.2, -9.33, 12 Point 234: -13.6, -2.41, 12 Point 123: -20.2, -7.88, 12

Ojo: Para hallar el factor de seguridad se considero lo siguiente: PLANO A GNEIS AGRIETADO GNEIS DE BAJA RESISTENCIA

COHESION (ton/m2) 13 16.04

*Datos minería y geología 2012 [email protected] [email protected] PESO ESPECÍFICO

= 2.6 to ton/m3

*Manual de exa (promedio) ALTURA DE TALUD 12m *considerando algunos tajos abiertos en Perú.

ÁNGULO DE FRICCIÓN INTERNA(°) 31.82° 33.67°