GEOTECNIA
DIANA JAIDEL BERMEO MONTERO 7303036
UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA FAEDIS PROGRAMA INGENIERIA CIVIL FEBRERO 2018
DIANA JAIDEL BERMEO MONTERO
CODIGO. 7303036
GEOTECNIA TALLER 2
JUAN CAMILO VEGA APONTE INGENIERO CIVIL
UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA FAEDIS PROGRAMA INGENIERIA CIVIL FEBRERO 2018
INDICE
1.
Mencione y describa brevemente los diferentes tipos de ensayos que se pueden desarrollar para determinar las propiedades hidráulicas de suelos y rocas.
2.
Investigue los métodos de clasificación de macizos rocosos y presente un ejemplo al respecto.
3. Describa de manera clara y detallada como se realiza el procedimiento de proyección estereográfica por medio de la plantilla de Schmidt, así como su uso en el análisis de estabilidad de taludes. 4. Consulte y describa el funcionamiento de inclinómetros y piez ómetros como instrumentos para el monitoreo geotécnico del terreno. 5. Consulte y describa detalladamente la teoría de Mononobe-Okabe relacionada con los empujes de tierras bajo fuerzas sísmicas. Presente los diagramas de presión de tierras correspondientes. 6. BIBLIOGRAFIA
1. Mencione y describa brevemente los diferentes tipos de ensayos que se pueden desarrollar para determinar las propiedades hidráulicas de suelos y rocas.
Para estudiar el agua en los suelos se da inicio de dos hipótesis esenciales: El suelo está 100% saturado, es decir, se trata de un material de dos fases. Todos los poros del suelo están conectados a los poros vecinos, así que se forman tubos los cuales el agua se mueve, es decir, los poros presentan continuidad y la trayectorias físicas del agua siguen curvas continuas y suaves, llamadas líneas de flujo.
Flujo a través de tubos. En el estudio del flujo del agua en tubos es conveniente expresar la energía tanto potencial como cinética del agua en términos de alturas de columna de agua o cargas (heads), correspondientes a la energía por unidad de masa .A continuación, se definen las siguientes cargas Ver imagen 1:
Imagen 1.
Carga de presión (pressure head), hp, es la presión del agua dividida entre el peso volumétrico del fluido (p/ϒϖ).
Carga de velocidad (velocity head), hv, se debe a la energía cinética del agua y se expresa como el cuadrado de la velocidad dividida entre 2g (v^2/2g)
Carga de altura o elevación (elevation head), he, es la distancia de un punto cualquiera a un plano de referencia.
Carga total (total head), h, es la suma de cargas.
Este concepto es importante; es la ley de conservación de la masa. Para un fluido incompresible y con régimen laminar, esta ley se reduce a la ecuación de continuidad: Q = v1 A1 = v2 Ac = constante, donde Q es el gasto en m^2/s, v es la velocidad en m/s y A es el área de la sección transversal en m^2. Otra ecuación muy conocida de la mecánica de fluidos es la ecuación de Bernoulli: h = hp + hv + he = p/ϒϖ + v^2/2g + Z, donde p es la presión , v es la velocidad, g es la aceleración debida a la gravedad y ϒϖ es el peso volumétrico del agua. Si se mide la carga total (n dos puntos A y B, se puede conocer si el agua está en reposo hA = hB o si existe movimiento hA ≠ hB. Ver imagen 2 .
Flujo a través de un medio poroso. Para la mecánica de fluidos, el flujo del agua puede ser flujo establecido o flujo no establecido, lo cual corresponde a condiciones que son constantes o que varía con el tiempo, respectivamente. En mecánica de suelos, la hv es en general muy pequeña, por lo que se desprecia y, por tanto, la carga total se expresa como h = hp + he, la cual se denomina altura piezométrica. La pérdida de carga total entre dos puntos A y B se representa por Δh, la cual se puede expresar en forma adimensional como: i = Δh / L, donde i es el gradiente hidráulico (hydraulic gradient), que de fine la energía perdida o la pérdida de carga total por unidad de longitud. L es la distancia entre los puntos A y B, esto es, la longitud en donde ocurre la pérdida de carga. Con base en lo anterior, en mecánica de suelos se plantea la hipótesis de que el flujo del agua ocurre en régimen laminar, por tanto v ∝ i.
Imegen 3. Fuente: http://www.conanma.com/
Ley de Darcy El ingeniero hidráulico Henry P. G. Darcy (1803-1858) demostró experimentalmente en 1856 la existencia de una relación lineal entre el gasto Q, que pasa a través de una muestra de suelo de sección transversal A, y el gradiente hidráulico, i. Ver imagen 4
https://www.google.com.co/search?q=ley+de+darcy&dcr=0&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0ahUKEwjV6c7xqqPZAhXRyVMKHRYUDH4Q_AUICigB&biw=1366&bi h=651#imgrc=HEhPwg1zuwbk_M:
La ley de Darcy (1856) para un medio poroso, homogéneo, isotrópico y saturado se expresa como: Q = k A i = k A (Δh / L). La constante k se conoce como coeficiente de permeabilidad (también referido como conductividad hidráulica) del suelo, y tiene unidades de velocidad (cm/s).
Es conveniente aclarar que por convención se emplea el área A de la sección transversal. Sin embargo, en realidad el área en donde ocurre el flujo es el área de v acíos de la sección transversal de la muestra. Por tanto, la velocidad real de flujo del agua a través del suelo (vs) se calcula mediante la expresión: vs = v / n
Ensayo Lugeon Este ensayo se realiza en el interior ele sondeos y permite calcular semicuantitativamente la permeabilidad de los macizos rocosos, en cualquier tipo de litología y estado de fracturación. El ensayo consiste en introducir agua a presión constante (10 kp/cm2) en el sondeo, midiendo las admisiones durante un período de 10 minutos. Normalmente, se ensayan tramos de 5 m de sondeo, aislando el tramo de ensayo del resto del sondeo mediante dos obturado res; en este caso el ensayo se conoce también como packer test. Si el ensayos e realiza en el fondo del sondeo (5 m finales) sólo es necesario el empleo de un obturador, correspondiendo en este caso al ensayo tal y como lo definió M. Lugeon en 1933 La unidad de medida del ensayo es el Lugeon que corresponde a una absorción de agua de 1 litro por metro de sondeo y por minuto, realizando el ensayo a 10 atmósferas de presión durante 10 minutos. Una unidad Luego equivale a un coeficiente de permeabilidad de 10- 5 cm/s (U.L. = 1 l/m x min = 10-5 cm/s).
Tipos de flujo para obtener la sensitividad de una muestra de roca
2. Investigue los métodos de clasificación de macizos rocosos y presente un ejemplo al respecto El método Terzaghi (1946), este método lo que hace es una descripción del macizo rocoso y las diferencia en categorías:
Roca Intacta, sin rotura sin diaclasas.
Estratificación, es un estrato bajo a la resistencia en los límites.
Moderadamente fisurada , Bloques entre diaclasas intertrabados.
Fragmentada y fisurada, esta tiene los bloques mal intertrabados.
Triturada, Fragmentos pequeños tamaños de arena.
Descompuesta, Porcentaje alto de partículas arcillosas.
El método RMR (Rock Mass Raiting) es uno de los métodos más usados para la clasificación de macizos rocosas fue desarrolla por BIENIAWSKI en 1972.
Este método de clasificación permite caracterizar y estimar la calidad de un macizo rocoso de manera muy fácil y rápido, además lo mejor a bajo costo en el trabajo de campo; la clasificación RMR tiene en cuenta varios parámetros que reciben una valoración según las características medidas en campo en donde luego se le asignan unos puntajes que más adelante deja la posibilidad de conocer las propiedades Geotécnicas preliminares del macizo
El método RQD Es un porcentaje de recuperación de testigo que tengan más de 10cm de longitud, donde no se tienen en cuanta las roturas frescas del proceso de perforación respecto a la longitud total de sondeo. En este método se puede colocar una regla de 200 cm de longitud en muchas direcciones, para este proceso no se debe tener en cuenta las fracturas frescas gracias a las voladuras o por esfuerzos de concentración.
El método GSI (Hoek y Brown, 1980). El método GSI es un método con el cual se puede estimar las propiedades geométricas del macizo rocoso a partir de las observación es geológicas que se realizan en el área a trabajar.
A nivel de la estructura se debe tener en cuenta un nivel de alteración que sufren las rocas para las condiciones de la superficie, se observa si la superficie esta alterada, si tiene señales de erosión, y que tipo de textura puede presentar, además del tipo de recubrimiento existente.
El método Tunnelling Quity Index – SISTEMA “Q” (NGI). (NGI) este método es basado en el método de RQD (Deere), pero adicional tiene en cuenta por casos históricos en los cuales se basa como el tamaño de los bloques, tiene en cuanta a rugosidad y la resistencia al corte de las diaclasas (paredes y/o relleno), además tiene en cuenta la tensiones activas, presión de agua y estado de tensional para distintos tipos de macizos encontrados durante la excavación.
La fórmula de este método queda:
El parámetro RQD (Rock Quality Designation), nos ayuda, o nos permite realizar la clasificar del macizo rocoso, permitiendo escalar propiedades de la roca inactiva al macizo rocoso, este método mide lo largo de pedazos recuperados mínimo de 10cm, dividido por el largo total del testigo, (en su eje, y sin tener en cuenta las roturas debidas al propio proceso de perforación).Según el señor Deere.
Procedimiento para su cálculo y determinación Para determinar este parámetro RQD, en el sitio de trabajo podemos encontrar algunos métodos con los cuales podemos encontrar los valores correspondientes los cuales vamos a resumir a continuación: Procedimiento RQD.
Tomamos las medidas y sumamos los largos de todos los pedazos o trozos que sean mayores a 10cm en el intervalo de testigo de 1.5m, tomando los testigos de la totalidad de los sondeos, la medida del RQD en testigos de exploración 150. También se deberá incluir los discos del núcleo resultante por el rompimiento mecánico de la roca como parte del RQD.
Formula
RQD = 100 x Suma de los trozos mayores de 100 mm (%) Longitud del testigo
Relación entre valor RQD y calidad de roca.
En este proceso lo primero que se hace es calcular el RQD en función del número de fisuras por metro lineal, determinadas en el momento en que se realiza el levantamiento litológico estructural en el lugar o la zona en donde vamos a trabajar. Podemos encontrar las fisuras en un tramo longitudinal de pared de forma expuesta.
Formula RQD = 100 (-0.1) x (0.1 1 + ) Dónde: = Nº De Fisuras / Espacio.
Procedimiento RQD.
Este proceso consiste en calcular también el RQD también en la cantidad de fisuras pero por metro cubico, encontradas en el momento de realizar el levantamiento litológico estructural en el lugar o terreno donde vamos a trabajar. Es utilizado en minería y voladura.
Formula
RQD = 115 – (3.3) Jv Donde: Jv = Nº de fisuras por m3
3. Describa de manera clara y detallada como se realiza el procedimiento de proyección estereográfica por medio de la plantilla de Schmidt, así como su uso en el análisis de estabilidad de taludes La forma más habitual de representar los planos de discontinuidad por su orientación es mediante la proyección hemisférica equiareal, o sea, que conserva las áreas, utilizando la red de Lambert o de Schmidt .Una vez representados mediante dicha proyección los polos de los planos, se pueden trazar sobre la red líneas de igual número de polos contenidos. Esta es la mejor forma de localizar el polo medio de cada familia y definir el número de ellas existentes en el macizo rocoso. Es muy importante anotar en la red de proyección estereográfica solamente aquellos polos del mismo dominio estructural
El uso de la malla de SCHMIDT se aplica para analizar concentraciones de polos (ya que no se distorsionan las áreas) y a través de un análisis estadístico poder visualizar con mayor precisión el tipo de falla.
Plantilla de Schmidt para representación de polos. Fuente VEGA Juan Camilo. UMNG. Material de apoyo.Geotecnia.2016
Para la representación de los problemas estructurales en los macizos rocosos se trazan sobre la esfera de referencia planos, que quedan definidos por un rumbo y un buzamiento. La esfera de referencia es libre para moverse en el espacio, pero no es libre de rotar en cualquier
dirección (un eje fijo). Es así como se puede representar
cualquier
discontinuidad que surja en el espacio. En aplicaciones ingenieriles usamos solamente el hemisferio de referencia inferior para la representación de datos
4. Consulte y describa el funcionamiento de inclinómetros y piezómetros como instrumentos para el monitoreo geotécnico del terreno.
Inclinometros:
Ayala, C. y Andreu, P. (2006) afirman que, los Inclinómetros permiten medir movimientos horizontales a lo largo de la vertical de un sondeo y por tanto detectarla zona d e movimientos más acusada, su evolución y la velocidad de los mismos. Es, en consecuencia, un equipo de gran utilidad para la detección de superficies de deslizamiento en taludes. Los inclinómetros deben
alcanzar la zona estable situada debajo del plano de rotura más profundo. Estos aparatos constan de un torpedo que baja por una tubería especial previamente instalada en el interior del sondeo. El torpedo permite medir (por ejemplo, cada 50 cm) el ángulo que forma la tubería, lo que multiplicado por la distancia medida permite ir conociendo los desplazamientos horizontales a lo largo del sondeo, integrando las lecturas de abajo a arriba. Al atravesar la zona de rotura, ésta suele quedar definida por cambios en los desplazamientos horizontales, lo que permite realizar el análisis posterior correspondiente; si los desplazamientos son importantes, el tubo puede quedar cortado e impedir las medidas. Los Inclinómetros miden la desviación (inclinación) del sondeo en dos direcciones ortogonales, proporcionando curvas de desplazamientos cuya inflexión denota la situación de los planos.
Tubo guía PVC para sonda inclino Inclino metro portátil
métrica.
Un sistema de inclinómetro está compuesto por cuatro compone ntes principales: a. Un tubo guía de plástico, acero o aluminio, instalado dentro de una perforación. Este tubo tiene unas guías longitudinales para orientar la unidad sensora. Generalmente, se utilizan diámetros de tubo entre 1.5 y 3.5 pulgadas. b. Un sensor portátil montado sobre un sistema de ruedas que se mueven sobre la guía del tubo. El inclinómetro incorpora dos servo-acelerómetros con fuerzas balanceadas para medir la inclinación del instrumento.
c. Un cable de control que baja y sube el sensor y transmite señales eléctricas a la superficie. Generalmente, el cable está graduado para el control superficial. El cable tiene un núcleo de acero para minimizar las deformaciones; los cables eléctricos se encuentran espaciados alrededor y unidos al núcleo. La cubierta exterior es de neopreno y permanece siempre flexible. El cable tiene unas marcas para medir profundidades. Estas medidas están relacionadas hasta la mitad de la altura del torpedo. Superficialmente, el cable se maneja con una polea, que tiene unas tenazas para sostenerla. Se recomienda siempre, trabajar con la polea para evitar el riesgo de que el cable pueda torcerse al sostenerlo. d. Un equipo de lectura en la superficie (que sirve de proveedor de energía) recibe las señales eléctricas, presenta las lecturas y en ocasiones, puede guardar y procesar los datos. El equipo de lectura es compacto y está sellado contra la humedad. La memoria puede guardar hasta 40 mediciones completas. La unidad también puede realizar chequeos y revalidar la información. En oficina, los datos del inclinómetro se descargan en un computador. En el esquema, se puede evidenciar cada una de las cuatro partes que componen u inclinómetro Esquema de instalación e interpretación de mediciones con sonda de inclinómetro (Dunnicliff, 1993)
Fuente: Instrumentación orientada a registrar efectos y/o causas de inestabilidad de laderas.
a. Piezómetros Suarez, J. La presión de poros se puede monitorear utilizando excavaciones de observación o piezómetros, los cuales pueden ser de tubo abierto, neumáticos o de cable vibratorio. El tipo de piezómetro a seleccionar para cada estudio específico depende de las características de funcionamiento del piezómetro y de su precisión.
Sondeo Abierto Consiste en perforaciones abiertas en las cuales se coloca un tubo perforado, su función principal es establecer un promedio del nivel freático
Piezómetro sencillo de cabeza abierta.
Fuente: Suarez, J. Deslizamientos: Análisis geotécnico. Capítulo 12. Instrumentación y monitoreo.
La profundidad del nivel de agua se puede medir por medio de un cable y un elemento detector (que bien puede ser un medidor eléctrico o un simple objeto metálico). Una cubierta de p rotección impide la entrada del agua lluvia.
Piezómetro de Cabeza Abierta
Piezometro Referencia: Análisis
de
Casagrande.
Suarez, geotécnico.
J.
Fuente.
Deslizamientos: Capítulo
12.
Instrumentación y monitoreo.
Piezómetro de Hilo Vibrátil
Piezometro hilo vibrátil. Fuente: Suarez, J. Deslizamientos: Análisis geotécnico. Capitulo 12. Instrumentación y monitoreo
La utilización de piezómetros de hilo vibrátil origina, con frecuencia, errores por el comportamiento del piezómetro a través del tiempo (Abramson y otros, 2002). Son muy comune s los problemas de corrosión por falta de hermeticidad de la cavidad sellada. Otra dificultad relativamente común de los piezómetros de hilo vibrátil, es la deformación o “creep” a largo plazo, lo cual modifica la tensión del cable y la precisión de las medidas. Igualmente, el sensor es susceptible a daños por la acción de los rayos durante las tormentas eléctricas. El cable metálico enterrado en el piso, actúa como un elemento que atrae los rayos. Entre las ventajas del piezómetro de hilo vibrátil se encuentra la facilidad de lectura y la poca interferencia para la colocación de
terraplenes. Igualmente puede utilizarse para medir presiones negativas de agua, cuando se cuenta con filtro poroso adecuado con una presión de entrada de aire entre 0.1-1.5 Mpa.
5. Consulte y describa detalladamente la teoría de Mononobe-Okabe relacionada con los empujes de tierras bajo fuerzas sísmicas. Presente los diagramas de presión de tierras correspondientes .
El coeficiente K ae para la presión activa de la tierra está dado por:
El coeficiente K pe para la presión pasiva de la tierra está dado por:
Donde: γ = Peso unitario del suelo H= Alto de la estructura
φ = Angulo de fricción interna del suelo δ = Angulo de fricción de la estructura- suelo α = inclinación de la cara posterior de la estructura β= Inclinación de la pendiente =
coeficiente sísmico de la aceleración vertical
ℎ =
Coeficiente sísmico de la aceleración horizontal
Ѱ= Angulo de inercia sísmico El desvío de las fuerzas sísmicas ψ debe ser para la coacción activa de la tierra < = a la diferencia del ángulo de fricción interna y la inclinación de la superficie terrestre. Es decir: φ β . Si el valor de ψ es > el programa asume valores ψ = φ - β . En caso de coacción pasiva de la tierra el valor de la desviación de la fuerza sísmica ψ debe ser siempre menor o igual a la suma de los ángulos de fricción interna y la inclinación de la superficie de la tierra (es decir:φ + β ). Los valores de ángulo ψ calculado y modificado pueden ser visualizados en la salida – En último caso la palabra MODIFICADO también se muestra
BIBLIOGRAFIA
Beer, F., & Johnston, E. (2006). Mechanics of materials (4th ed., pp. 451-452). Boston
[etc.: McGraw Hill Higher Education.
Cruden, D., Varnes, D., 1996. Landslide types and processes. In Turner A.K. & Schu ster
R.L., 1996.
Geotecnia y geología para ingenieros t u t o r i a c o n t i n u a 2 4 h s abril, e.g., 2013.
Macizos.
Geotecnia y geología para ingenieros trabajos prácticos universidad na cional de córdoba
facultad de ciencias exactas, físicas y naturales datos de campaña
http://ingeassas.com/metodos-de-clasificacion-de-macizos-rocosos.pdf.
http://www.academia.edu/6955327/CLASIFICACI%C3%93N_DE_MACIZOS_ROCO
SOS.
