I.- GENERALIDADES 1.1.- RESUMEN : El presente informe de la salida de campo del curso de Mecánica de Rocas I ; que se realizo el día 21 de abril del presente año en la localidad de Tingo Grande ubicado en el distrito de Jacobo Hunter tuvo como principal objetivo reconocer las diversas características que presentan los macizos rocosos; tales como las discontinuidades que presentaba, matriz rocosa, orientación, buzamiento, espaciamiento, rugosidad, relleno, apertura ,etc. Definiremos estos aspectos que se hallaron en el macizo rocoso: Discontinuidad: Es cualquier plano de origen mecánico o sedimentario que independiza o separa los bloques de matriz rocosa en un macizo rocoso .Generalmente la resistencia a la tracción de los planos de discontinuidad es muy baja o nula. Su comportamiento mecánico queda caracterizado por su resistencia al corte o, en su caso; por la del material de relleno.Las discontinuidades están presentes en la roca y afectan la resistencia, permeabilidad y durabilidad de la masa. Es importante evaluar la geometría, naturaleza, estado y condición de las discontinuidades, porque ellas definen la fábrica estructural del macizo rocoso. Tipos principales de discontinuidades en macizos rocosos: ORIGEN
ROCA
Igneas
CLASE Estructura de flujo Estructura de retracción
Genético
Físico Quimico
MECANISMO Contactos entre coladas de lavas sucesivas Grietas de retracción por enfriamiento
Metamórfica
Foliación
Por gradientes térmicos, de presión y anatexia
Sedimentaria
Estratificación
Contactos entre eventos de deposición
Todas
Termofracturas
1
Ciclos de calentamiento enfriamiento o humedecimiento-secado
Halifracturas
Expansión de sales y arcillas en fracturas
Gelifracturas
Ciclos de congelamiento y fusión de agua
Relajacion Gravedad
Todas Corte Estructuras de Placa
Fallas Tectónico
Todas Diaclasas
Fracturas de Pliegues
Biológico
Pérdida de presión de sepultura y esfuerzos de tracción
Todas
Acción de las Raíces
Concentración de esfuerzos horizontales en valles Bordes constructivos, pasivos y destructivos Rupturas con desplazamientos por esfuerzos de compresión, tracción y corte Rupturas por esfuerzos tectónicos, pero sin desplazamiento de bloques Radiales en la zona de tracción y de corte en la parte interna de la charnela Penetración y crecimiento de las raíces de los árboles
Cuadro 1
Macizo rocoso: Es el conjunto de los bloques de matriz rocosa y de las discontinuidades de diverso tipo que afectan al medio rocoso. Mecánicamente los macizos rocosos son medios discontinuos, anisótropos y heterogéneos .Prácticamente puede considerarse que presentan una resistencia nula. Espaciamiento: Es la distancia perpendicular entre dos discontinuidades de una misma familia . Debe advertirse que el espaciamiento aparente, el que muestra en superficie la roca, por regla general es mayor que el real. Se utiliza el promedio.
2
Persistencia: Es la extensión o el tamaño de las discontinuidades dentro de un plano ,es uno de los parámetros más importantes de la masa rocosa pero uno de los más difíciles de determinar. Número de Familias Presentes: Es indicativo del grado de fracturamiento del macizo y depende de la dirección y tipo de esfuerzos. El menor número de familias en un macizo es tres; también las familias presentan características distintivas, no solamente en dirección y espaciamiento sino también en condiciones de relleno, caudal e incluso edad y tipo de esfuerzos que la origina. Apertura: Distancia perpendicular entre las caras de discontinuidad. Aberturas grandes pueden ser resultado de desplazamientos en discontinuidades con fuerte aspereza. La apertura de las juntas es un criterio para descripción cuantitativa de un macizo rocoso. La clasificación de Bieniawski es la siguiente: Descripción
Separación
Abierta Moderadamente abierta Cerrada Muy cerrada
> 5 mm 1 - 5 mm 0.1 – 1 mm < 0.1
Relleno: Material que separa las paredes de una discontinuidad puede ser: calcita, clorita, arcillas, brechas, cuarzo, pirita,etc. El relleno tendrá gran influencia en la resistencia al corte .Con excepción de las vetas, la mayoría tienen baja resistencia al corte que las que se encuentran limpias y cerradas.se define por su espesor tipo de material, consistencia y continuidad. La calidad del relleno depende de las propiedades del mineral de relleno siendo loas siguientes las más importantes: a) b) c) d) e) f) g)
Mineralogía del material de relleno Tamaño de partículas Contenido de agua y permeabilidad Desplazamiento previo Rugosidad de las paredes Ancho del relleno Fracturamiento, cuarteo o alteración de las cajas
Rugosidad: Medida relativa a la forma de presentación de la cara de las discontinuidades .Esta propiedad tiene gran influencia en la resistencia al corte en discontinuidades sin desplazamiento y sin relleno. La importancia de la rugosidad se hace menor: a) Se incrementa la abertura b) El espesor del relleno se incrementa c) Existe un desplazamiento previo 3
Cuando se registra las propiedades de las discontinuidades, debe distinguirse entre pequeñas irregularidades superficiales de las grandes ondulaciones superficiales en las discontinuidades.
Cuadro 2
El área de trabajo en la cual se realizo la practica permite reconocer en su totalidad todas estas características ya mencionadas; en el caso del las discontinuidades tenemos que tomar ciertos datos que presenta como lo son su orientación, el origen por el cual se ocasiono que puede ser diaclasas, fracturas, estratificación, foliación .Además de indicar las características que presentaba el macizo rocoso se clasificara el macizo geológicamente y geotécnicamente ;en la clasificación geotécnica tendremos las clasificaciones como : RMR, Q , GSI y en cuanto a la clasificación geológica se determinara textura, porcentaje de los minerales formadores de roca (cuarzo, feldespatos, plagioclasas y minerales oscuros), según su origen que roca es (ígnea, sedimentaria o metamórfica).
4
1.2.- INTRODUCCION El presente informe
del curso de mecánica de rocas I realizado por los
alumnos de la escuela profesional de ingeniería de minas esta elaborado de acuerdo a los datos que se tomaron en la salida de campo ; para ello se requirió el uso de ciertos instrumentos tales como : • Brújula, para determinar la dirección y el buzamiento . • Flexometro o wincha , para metir la persistencia de las discontinuidades • Tiza, para marcar las discontinuidades y asi tener una mejor vision de las familias de las discontinuidades . • Combo, para poder sacar muestras frescas y asi determinar el tipo de roca.
Figura 1.1
También se hizo uso del martillo de Smith para determinar la resistencia, la practica
consistió
básicamente
en
determinar
las
familias
de
las
discontinuidades , hallar la dirección y la inclinación de cada uno de ellos , la rugosidad de sus caras ,y por ultimo determinar el tipo de roca .
5
Figura 1.2
La muestra que se saco servirá también para determinar su porosidad, densidad, carga uniaxial a la cual falla. El informe se dividirá en trabajos que se realizo en campo (que son los datos tomados) y el trabajo de gabinete (en el cual se analizaran los datos tomados ,y se clasificara el macizo rocoso ).uno de los trabajos de gabinete consistirá en determinar valores tales como densidad, porosidad, etc ; para lo cual se tomara una muestra con la cual se le someterá a una carga a la cual falle por compresión
Figura 1.3
6
En la figura se aprecia el aparato que se utilizo para determinar este valor a lo cual la muestra falla por ruptura.
1.3.- UBICACIÓN Y ACCESO: El sitio donde se realizo la salida de campo del curso de mecánica de rocas I ,esta ubicado en el distrito de Jacobo Hunter en la localidad de tingo grande que se encuentra el sur oeste de la ciudad de Arequipa ; con coordenadas UTM de 225070.335 E 8178527.126 N Zona 19 Banda K . En la imagen se puede apreciar la ruta que se siguió para llegar al lugar
Figura 1.4
El acceso al lugar es por una parte del puente de tingo grande , com se ve en la imagen existe un camino por el cual se llega fácilmente
7
Figura 1.5
1.4.- OBJETIVOS : Clasificar la roca geotécnicamente según los sistemas RMR, Q, GSI Clasificar la roca por los minerales de los que esta compuesto ; que seria una clasificación geologica . Reconocer todos los aspectos que se vio en clases ; tales como discontinuidades, persistencia, etc. Determinar diversos aspectos físicos que tiene la roca ; tales como porosidad, densidad, resistencia ,etc. Uso y Aplicación de conceptos básicos de la Geomecánica, para clasificar el tipo de macizo rocoso. Descripción del macizo rocoso en afloramiento. Identificar la calidad del macizo rocoso. Apreciar la forma en que se presentan los afloramientos de rocas en la Naturaleza, así como reconocer las diferentes características de las rocas. Determinar el motivo por el cual se originaron las discontinuidades en el macizo rocoso. 8
Reconocer ciertos parámetros litológicos que nos permitan ubicar a la zona en un periodo o época y para determinar si existen zonas de metamorfismo.
1.5.- METODOLOGÍA DE TRABAJO: La metodología que se uso en el presente trabajo se divide básicamente en dos partes: o Trabajo de campo : que consistió en la toma de datos ,determinación de diversas características que tenia el macizo rocoso tales como doreccion e inclinación de las discontinuidades ;estos aspectos forman parte de los datos netamente geotécnicos. También se tomo datos geológicos tales como de que tpo de roca consistía, si encontrábamos zonas de metamorfismo ,que minerales componian la roca ,que dureza tenia, etc.Tomando estos datos de la mejor manera posible se podrá realizar un buen trabajo en el gabinete. o Trabajo de gabinete : esta parte consistirá en analizar los datos tomados en el campo para determinar y clasificar la roca según las clasificaciones RMR , Q , GSI ;con lo cual se dara una conclusión de que tipo de roca es tomandolo geotecnicamente . En cuanto a la parte geologica se determinara el tipo de roca que es teniendo en cuenta los porcentajes de minerales que tiene que pueden ser cuarzo, feldespatos, plagioclasas,etc; el color de la roca (félsica, intermedia o mafica );el origen que tiene.
1.6.- APLICACIÓN DE LA PRACTICA: El trabajo de campo que se realizo y que sobre el cual esta destinado el presente informe tiene como principal objetivo la clasificación de la roca según los sistemas RMR, Q, GSI (clasificación geotecnica) ;en solo esta primera parte del curso se pueden reconocer diversas aplicación en la minería en la extracción total o parcial de los depósitos minerales .en cuanto a la minera subterránea el control del terreno es básico para la determinación del método de explotación a aplicar como el dimensionado de la mina y en la minería superficial o a cielo abierto constituye un elemento primordial para el diseño de taludes . La explotación de los yacimientos petrolíferos tanto en las técnicas de perforación como en la utilización de la fracturación hidráulica de las rocas para aumentar la permeabilidad de las formaciones geológicas han progresado gracias a la mecánica de rocas .El diseño de los almacenes subterráneos de materiales energéticos se basa en gran parte en consideraciones geomecanicas. 9
II.- TRABAJO DE CAMPO 2.1.- INTRODUCCIÓN: El levantamiento con fines de análisis geomecánicos juega un rol importante en el proceso de proyectos, sobre todo en obras de minería tanto a nivel subterráneo como en labores superficiales. En los últimos tiempos debidos a la necesidad de excavar taludes de grandes dimensiones, los estudios geomecánicos han adquirido gran importancia. El presente trabajo es un alcance para desarrollar el mapeo geomecánico en campo donde se pretende familiarizar al usuario con la toma de datos de un afloramiento del macizo rocoso. 2.2.- FORMATOS UTILIZADOS: 2.2.1.- CLASIFICACION DEL INDICE Q: El Sistema - Q o Clasificación de Barton fue desarrollado en Noruega en 1974 por Barton, Lien y Lunde, del Instituto Geotécnico Noruego '3'. Se basó su desarrollo en el análisis de cientos de casos de túneles construidos principalmente en Escandinavia. Actualmente se denomina Nuevo Método Noruego de túneles al diseño de las excavaciones basándose directamente en los trabajos de Barton. La Clasificación de Barton asigna a cada terreno un índice de calidad Q, tanto mayor cuanto mejor es la calidad de la roca. Su variación no es lineal como la del RMR, sino exponencial, y oscila entre Q=0.001 para terrenos muy malos y Q=1000 para terrenos muy buenos. El valor de Q se obtiene de la siguiente expresión:
Donde cada parámetro representa lo siguiente: RQD: es el índice Rock Quality Designation, es decir, la relación en tanto por ciento entre la suma de longitudes. Barton indica que basta tomar el RQD en incrementos de 5 en 5, y que como mínimo tomar RQD=I0. Jn:
Varía entre 0.5 y 20, y depende del número de familias de juntas que hay en el macizo. 10
Jr: Ja:
Varía entre 1 y 4, y depende de la rugosidad de las juntas. Varía entre 0.75 y 20, y depende del grado de alteración de las paredes de las juntas de la roca.
Jw:
Varía entre 0.05 y 1, dependiendo de la presencia de agua en el terreno.
SRF: Son las iniciales de Stress Reduction Factor, y depende del estado tensional de la roca del terreno.
2.2.2.- NUMERO DE SISTEMAS DE FISURAS (Jn): Se midieron y se agruparon en Familias esto representa una valorización en el siguiente cuadro.
Cuadro 3
11
2.2.3.- RUGOSIDAD DE LAS FISURAS (Jr): Lo determinamos observando la tabla 6 en el macizo rocoso.
Cuadro 4
2.2.4.- ALTERACIONES DE LAS FISURAS (Ja): Las fisuras se caracterizan por presentar escaso material de relleno (casi nada), pero en algunas fisuras hemos podido encontrar rellenos de arcilla en pequeñas proporciones como una especie de mancha. (Según el cuadro 5).
12
Cuadro 5 2.2.5.- FACTOR DE REDUCCIÓN POR AGUA EN LAS FISURAS (Jw): 13
El macizo rocoso se presenta totalmente seco corresponde a una valorización de 1 (según cuadro 6).
Cuadro 6
2.2.6.- FACTOR DE REDUCCIÓN POR ESFUERZOS (SRF): La valoración de este factor es de 7.5, ya que el macizo rocoso presenta zonas poco débiles con casi escaso relleno de arcillas (Según Cuadro 7).
14
Cuadro 7
Cuadro 8
15
Cuadro 9
PARAMETROS
CARACTERISTICAS
PUNTUACION
Calidad del RQD
90 – 100
91.35
índice de diaclasado Jn
Dos familias y algunas diaclasas aleatorias
6
Índice de rugosidad de las discontinuidades Jr
Diaclasas planas, rugosas o irregulares
1.5
Índice de alteración de las discontinuidades Ja
Partículas arenosas , rocas desintegradas libre de arcilla , etc. (25 – 30)
4
Factor de reducción por la presencia de agua Jw
Seco con pequeñas afluencias , inferiores a 5 l/min, de forma localizada
1
Condiciones tensiónales de la roca SRF
Tensiones medias condiciones tensiónales favorables
1
Cuadro 10
16
Para la toma de datos mediante este método se trazo una línea sobre el macizo rocoso, la cual nos servía de referencia para identificar el número de familias de fallas que pasan por dicha línea, además de anotar otras características como las mencionadas en el método anterior
Figura 2.1
Por este método reconocimos 3 tipos de familias, además de los mismos datos mencionados en el método anterior.
17
2.3.- El formato Bieniawski (Método Ventana) : El sistema de clasificación Rock Mass Rating o sistema RMR fue desarrollado por Z.T. Bieniawski durante los años 1972- 73, y ha sido modificado en 1976 y 1979, en base a más de 300 casos reales de túneles, cavernas, taludes y cimentaciones. Actualmente se usa la edición de 1989, que coincide sustancialmente con la de 1979. Para determinar el índice RMR de calidad de la roca se hace uso de los seis parámetros del terreno siguientes: RMR = c + RQD + S + CD + W + Corr -
c:
-
RQD: índice de calidad de la roca (%)
-
S: espaciamiento de las discontinuidades
-
CD:
condiciones de las discontinuidades
-
W:
condiciones hidráulicas
-
Corr: corrección por orientación
resistencia a la compresión uniaxial (MPA)
Estos factores se cuantifican mediante una serie de parámetros definiéndose Unos valores para dichos parámetros, cuya suma, en cada caso equivale al Índice de Calidad del RMR que varía entre 0 – 100. Y con este valor se ubica en esta tabla:
Cuadro 11
18
Cuadro 12
.
Cuadro 13
19
Calculando todos los parametros
según los datos obtenidos del
afloramiento para hallar el RMR: RQD = 115 − 3.3Jv
Jv: número de discontinuidades en 1 m2
RQD (%) < 25 25-50 50-75 75-90 90-100
CALIDAD DE ROCA Muy mala Mala Regular Buena Excelente
Numero de discontinuidades es:
20
Cuadro 14
Nro.
PARAMETROS
VALOR
PUNTUACION
1
Resistencia de la matriz rocosa – compresión simple(MPa)
50 - 100
7
2
Índice RQD
90 – 100%
20
3
Separación entre diaclasas
0.6 – 2 m
15
4
Longitud de la discontinuidad
3 – 10 m
2
5
Abertura
1 – 5 mm
1
6
Rugosidad
Ligeramente rugosa
3
7
Relleno
Duro - blando >5 mm
2
8 9
Moderadamente alterada Ligeramente Agua freática húmedo Sumatoria total = 63 Alteración
21
3 10
Cuadro 15
Figura 2.2 Macizo rocoso limitado por un rectángulo de 2.0 * 0.8 mts. (Método ventana)
22
Figura 2.3 Familias de Fallas identificadas en el macizo rocoso
2.4 .- CLASIFICACIÓN GEOMECANICA GSI : Hoek& Brown (1980), propusieron utilizar para la estimación de las constantes del material: m y S, las clasificaciones de masa rocosa de bieniawski (1974) y de barton et. Al (1974) sin embargo, hay un problema potencial en el uso de estos sistemas de clasificación, de tomar en cuenta doblemente algún factor (Eje. El SRF o el Jw). A fin de minimizar estos problemas potenciales, se ofrecen las siguientes guías para la selección de parámetros cuando se utilizan las clasificaciones de la masa rocosa como base para la estimación de los valores m y s del criterio de falla de Hoek y Brown. Cuando usar el criterio de falla de HOEK-BROWN; las condiciones de una masa rocosa bajo las cuales pueden ser aplicado el criterio de falla de hoekbrown es resumido en la siguiente figura:
23
El criterio es solo aplicable a la roca intacta o a la masa rocosa severamente diaclasada las cuales pueden ser consideradas homogéneas e isotrópicas. Figura 2.4
El criterio no debería aplicarse a roca altamente esquistosas como pizarras o a masa rocosas en las cuales las propiedades son controlados por un único sistema de discontinuidades como son los planos de estratificación .en estos casos , este criterio se aplicara en el imponente de la roca intacta. La resistencia de las discontinuidades deberá ser analizada en términos del criterio de resistencia al corte. Cuando en una masa rocosa ocurren dos sistemas de juntas, el criterio hoek-brown puede ser utilizado con extremo cuidado a condición que ninguno de los sistemas de juntas tenga una influencia dominante sobre el comportamiento de la masa rocosa. Cuando ambos sistemas están frescos, rugosas y no interperizados, y cuando sus orientaciones son tales que no hacen probables las fallas de cuñas locales, se puede utilizar la caja izquierda superior de la tabla para estimar los para metros de hoek-brown. Para masas rocosas mas severamente fracturados, en la cuales ocurren muchas diaclasas, el criterio de hoek-brown puede ser aplicado y puede ser utilizados la tabla para estimar los parámetros de resistencia.
24
Cuadro 16. Estimación en el campo de la resistencia Compresiva Uniaxial de la roca intacta.
2.5.- CLASIFICACIÓN GEOMECANICA RMI : El método de sostenimiento RMi (Índice del Macizo Rocoso –Rock Mass index-) fue introducido en 1995 como resultado de una Tesis Doctoral que optaba al grado de Ph.D., llevada a cabo en la Universidad de Oslo, Noruega. El método pide como datos de entrada, los principales rasgos que influencian las propiedades del macizo rocoso; para ser expresados como la resistencia a la compresión uniaxial del macizo rocoso. Como fue presentado anteriormente por Palmström (1995, 1996), el RMi puede utilizarse en varias aplicaciones, adicionales a su uso en la estimación del sostenimiento, tales como: - Caracterización de la resistencia y deformabilidad del macizo rocoso. - Cálculo de las constantes del criterio de rotura de Hoek y Brown para macizos rocosos - Valoración o estimación del grado de penetración de máquinas tuneladoras a sección completa (TBM).
25
Esta publicación da a conocer importantes desarrollos en el método de sostenimiento de rocas RMi, después de más de 5 años de aplicación práctica. El método, ahora, es más fácil para su uso, después de unas pocas simplificaciones y ajustes. Se muestra que con solo la entrada del volumen del bloque y el diámetro del túnel, como datos de entrada, son suficientes para realizar una estimación preliminar del sostenimiento. Esto puede ser de utilidad cuando solo sea disponible información limitada sobre las condiciones del terreno, por ejemplo como en el caso del estado inicial de un proyecto. Posteriormente, cuando los valores o valoraciones de los distintos
factores que constituyen los datos de entrada, haya sido posible
su observación o medida, puede hacerse una estimación más precisa del sostenimiento.
26
2.6.- COMENTARIOS: •
Es muy útil y necesaria la toma correcta de los datos de campo.
•
Mediante el uso de formatos y clasificaciones podemos obtener la calidad de la roca (competente o no competente y así poder elegir el tipo de sostenimiento que esta necesite).
•
La roca en estudio es de una calidad buena y competente, es decir no necesitaría sostenimiento artificial.
•
La geomecanica es muy importante en el campo de la minería y obras civiles, para determinar el tipo de roca en el que se trabaja.
27
III.- TRABAJO DE GABINETE 3.1.- DESCRIPCION PETROGRAFICA:
3.2.- CALCULO DE VELOCIDAD DE PROPAGACIÓN DE ONDA: La velocidad de las ondas P, permite determinar con bastante precisión el grado de fracturación de la roca. De acuerdo con Helfrich (1971), existe una relación entre la velocidad de las ondas P y el índice de fracturación RQD (Rock Quality Designation), válida para rocas ígneas; veamos el afloramiento ígneo figura 3.1
28
Nivel de fracturación
Vp (m/s)
RQD
Roca sin fracturas
> 4.500
> 95 %
Roca con pocas fracturas
4.000 – 4.500
95 – 75 %
Roca fracturada en grado medio
3.500 – 4.000
75 – 50 %
Roca con numerosas fracturas
3.000 – 3.500
50 – 25 %
Roca fuertemente fracturada
< 3.000
< 25 %
Figura 3.1
De acuerdo a las características de las discontinuidades (N=22DISCONTINUIDADES) y los cálculos efectuados en el RQD (Rock Quality Designation). -RQD= 69.625 % ; para tal caso correspondería una velocidad de propagación de onda de 3.5 a 4.0 m/s con un nivel de fracturación de grado medio . 3.3.- CALCULO DE DENSIDADES: DENSIDAD DE LA ROCA SECA
29
Muestra: …………………………………………………….…………………… Fecha: …………………… TOMA DE DATOS: - Observaciones: -hallando dimensiones en gabinete (vernier):
- Longitudes: “L1 “, “L2 “ y “L3” (valores medios de las 4 aristas en las 3 direcciones) (cm)
Figura 3.2
- masa seca: "mo" (g) …………… m=374.26g
30
Figura 3.3
- Longitudes: “L1 “, “L2 “ y “L3” (valores medios de las 4 aristas en las 3 direcciones) (cm) CÁLCULOS Y RESULTADOS: - Volumen de un paralelepípedo: …………………………“ V” = L1 x L2 x L3 (cm3) “ V” = 3.99 x 8.21x 4.10(cm3) “ V” =131.03(cm3) - densidad de la roca seca (densidad aparente): "ρd" = mo / v (kg/m3)
3.4.- CALCULO DEL RQD: 3.4.1.-OBJETIVOS: 31
Estimación de la calidad del macizo rocoso y de los parámetros de resistencia. Definir las necesidades de sostenimientos. Estimar el tiempo de autosostenimiento. Evaluar la estabilidad de las excavaciones. Facilitar la planificación y el diseño de estructuras en roca, proporcionando datos cuantitativos necesarios para la solución real de los problemas de ingeniería. 3.4.2.-TÉCNICAS PARA DETERMINACION DE FAMILIAS (DISCONTINUIDADES) EN ROCAS: Pueden ser: 3.4.2.1.- BEREHOLE SAMPLING (TESTIGOS DE PERFORACION) 3.4.2.2.-EXPOSED ROCK FACES (MAPEO DE AFLORAMIENTO) a) SCANLINE (REGISTRO LINEAR) b) WINDOW SAMPLING(MAPEO POR VENTANA) -determinación
de las dimensiones de la ventana :
Figura 3.4
32
-longitudes de la ventana:………….2.0m largo * 0.8m ancho -determinación de familia :
Figura 3.5
3.4.3 .- ESPACIAMIENTOS POR FAMILIAS :
-
FI
F2
F3
17 cm 7 cm 5 cm 10 cm 8 cm 5 cm 6.5 cm 8 cm
11 cm 21 cm 3 cm 10 cm 7 cm 23 cm
3.5 cm 6 cm 11.5 cm 10 cm 11 cm 20.5 cm 17 cm
Po lo tanto el espaciamiento promedio es: 10.7232
33
3.4.4.- PERSISTENCIA POR FAMILIAS : FI 42 cm 65 cm 45 cm 40 cm 51 cm 50 cm
F2 42 cm 40 cm 100 cm 60 cm 40 cm 30 cm 30 cm 27 cm 20 cm
F3 35 cm 100 cm 28 cm 30 cm 40 cm 20 cm 30 cm
3.4.5.- ABERTURA POR FAMILIAS : FI 1 mm 3 mm 3 mm 2 mm 2 mm 5 mm
F2 1 mm 3 mm 2 mm 4 mm 5 mm 3 mm 4 mm 3 mm
WINDOW SAMPLING (MAPEO POR VENTANA):
A=1.6 m3 -numero de las discontinuidades de la ventana (N):
-luego calculamos el RQD por la formula palmstram: 34
F3 3 mm 3 mm 2 mm 1 mm 3 mm 3 mm 1 mm 2 mm
-sustituyendo valores de campo tenemos:
RQD = 69.625 %
RQD
ROCK MASS QUALITY
<25%
muy pobre
25-50%
pobre
50-75%
normal
75-90%
bueno
90-100%
muy bueno
Cuadro 17
-entonces de acuerdo al valor del RQD determinado se trataría superficialmente de una roca normal. 3.4.6.- EVALUACION DEL ENSAYO DEL ESCLEROMETRO:
Esclerómetro o martillo de Schmidt El esclerómetro de sencillo manejo se utiliza fundamentalmente en el sector de la construcción, además de otros sectores industriales (comprobación de la dureza Wickel de la mercancía en rollos...). Este esclerómetro en forma de martillo para comprobar el hormigón se basa en el principio de medición de Schmidt. La comprobación se realiza siempre bajo una misma energía de prueba de 2207 J. La energía cinética de rebote inicial viene dada en el esclerómetro como una medida de la dureza del hormigón, de la presión sobre la superficie o de la resistencia a la presión (kg/cm² o su conversión a N/mm²). La calidad del hormigón se valora principalmente por su resistencia a la presión, ya que es un valor orientativo para comprobar la capacidad de carga y la durabilidad de las construcciones de hormigón. La resistencia a la presión se representa con una serie cifras y letras. Por ejemplo: B 25 quiere decir que se trata de un hormigón normal con una resistencia a la presión de 25 N/mm². Existen diferentes valores hasta llegar a la clase superior de resistencia B 55. Con nuestro esclerómetro podrá clasificar el hormigón de manera sencilla, rápida y precisa. El esclerómetro se entrega calibrado de 35
fábrica, pero se puede solicitar un certificado de calibración ISO opcional (pago adicional). En este enlace dispone de una visión general desde la cual podrá encontrar cualquier tipo de esclerómetro que pueda necesitar. Otro equipo que le puede ayudar en sus mediciones sobre el hormigón es el medidor de humedad para hormigón PCE-WP21. Si tiene alguna pregunta sobre el esclerómetro, consulte la siguiente ficha técnica o póngase en contacto con nosotros en el número de teléfono +34 967 543 548 para España o en el número +56 2 562 0400 para Latinoamérica. Nuestros técnicos e ingenieros le asesorarán con mucho gusto sobre este esclerometro y sobre cualquier producto de nuestros sistemas de regulación y control, medidores o balanzas PCE Ibérica S.L. ADEMAS: su uso es muy extendido debido a su facilidad de transporte, que permite realizar un número grande de medidas en poco tiempo, y que puede aplicarse tanto encima de la matriz rocosa como en las paredes de una discontinuidad. el ensayo mide la resistencia de rebote de la superficie de roca ensayada. esta medida se correlaciona con la resistencia a compresión simple de la roca mediante el gráfico de correlación de Miller.
RESISTENCIA: La determinación de la resistencia de la matriz rocosa en los afloramientos se puede estimar mediante la utilización de aparatos sencillos, como lo es el Martillo de Schmidt o los nombrados Índices de Campo. El ensayo del martillo de Schmidt o esclerómetro permite estimar de forma aproximada la resistencia a compresión simple mediante una sencilla correlación; el cual consiste en un pequeño aparato metálico de geometría cilíndrica que dispone de un muelle en su interior y de una punta retráctil, la cual, al ser presionada contra la roca hace que el muelle se dispare (figura 5.2). Para la realización de ensayo, se deben cumplir los siguientes pasos: Limpiar la zona a ensayar, dicha zona debe estar libre de fisuras o grietas, retirar la pátina de roca meteorizada, colocar el aparato perpendicular al plano de ensayo, presionar el martillo hasta que salte el muelle. En función de la dureza o resistencia de la roca el muelle sufre mayor o menor rebote, valor que queda reflejado en una escala situada al costado del aparato. Deben efectuarse en cada plano de estudio 10 percusiones con el martillo, eliminando los cinco valores más bajos y tomando el valor promedio del os restantes, para dicha correlación se puede utilizar el gráfico mostrado en la figura ,En lo que respecta, los Índices de Campo permiten una estimación del rango de la resistencia de la roca. Los criterios para su caracterización se muestran y deben aplicarse sobre la superficie de la roca inalterada.
36
Figura 3.6
con lo cual se logro un aproximado de 37 rebotes calculados El grafico correlacion de miller permitira determinar la resistencia de la roca
Cuadro 18
37
-Entonces relacionando vendria a ser : 45M Pa de resistencia uniaxial de compresion
3.5.- ENSAYO DE CARGA PUNTUAL: -observaciones:……..
Figura 3.7
Parte experimental : La carga puntual fue de P = 1823 kg Las dimensiones son: 3.99 cm. , 4.10 cm. Altura después de la comprensión hf=3.5 cm.
38
,
8.21 cm.
IV.- CLASIFICACIÓN GEOMECÁNICA 4.1.- INTRODUCCIÓN : Durante las etapas de factibilidad y diseño preliminar de un proyecto, cuando muy poca información detallada sobre la masa rocosa y sus esfuerzos sobre las características hidrológicas que tienen disponibles, el uso de un esquema de clasificación de la masa rocosa puede ser considerablemente beneficioso. En el caso más simple, esto puede involucrar la utilización de un esquema de clasificación como un chequeo para asegurar que toda la información relevante ha sido considerada. En el otro extremo del espectro, uno o más esquemas de clasificación la masa rocosa puede ser utilizada para desarrollar una idea de la composición y características de una masa rocosa, a fin para proporcionar estimados iniciales
de los requerimientos de sostenimientos y de las
propiedades de resistencia y deformación de la masa rocosa. Es importante entender el uso de un esquema de clasificación de la masa rocosa no (y no puede) reemplaza a los procedimientos más elaborados de diseño. Sin embargo el uso de estos procedimientos de diseño requiere el acceso a información relativamente detallada sus esfuerzos in situ, las propiedades de la masa rocosa y de las secuencias de excavación planeada, los cuales no tienen disponibles en la etapa inicial del proyecto. Conforme esta información llega estar disponible, el uso de los esquemas de clasificación de la masa rocosa debería ser actualizado y utilizados en conjunto con los análisis específicos del sitio. Los esquemas de clasificación de la masa rocosa en ingeniería han sido desarrollados hace más de 100 años desde que ritter (1870) intento formalizar 39
un enfoque empírico para el desarrollo de túneles, en particular para determinar los requerimientos del sostenimiento. Mientras los esquemas de clasificación son apropiados para su aplicación original, esencialmente si son utilizados dentro de los límites
de los casos históricos a partir de los cuales fueron
desarrollados, se debe tener considerable precaución en la aplicación de las clasificaciones de la masa rocosa a otros problemas de ingeniería de rocas. La mayoría de esquemas de clasificación multi-parametros (Wickham et al., 1972, Bienniawski, 1973, 1989, y Barton et al 1974) fueron desarrollados a partir de casos históricos de la ingeniería civil, en los cuales fueron incluidos todo los componentes de las caracterices ingeniero-geológicas de la masa rocosa. Sin embargo, en el minado subterráneo en roca dura, especialmente en niveles profundos, el interperismo de la masa rocosa y de la influencia del agua usualmente no importantes y pueden ser ignorados. Los diferentes sistemas de clasificación ponen diferentes énfasis a los distintos parámetros, por lo que es recomendable que por lo menos se utilizar dos métodos en cualquier lugar de la etapa inicial de un proyecto, en este caso utilizaremos tres métodos; el RMR, Q, y GSI que se desarrolla a continuación.
4.2. CLASIFICACIÓN GEOMECÁNICA RMR (BIENIAWSKI): RMR = σc + RQD + S + CD + W + Corr σc: resistencia a la compresión uniaxial (MPA) RQD: índice de calidad de la roca (%) S: espaciamiento de las discontinuidades CD: condiciones de las discontinuidades W: condiciones hidráulicas 40
Corr: corrección por orientación Estos factores se cuantifican mediante una serie de parámetros definiéndose Unos valores para dichos parámetros, cuya suma, en cada caso equivale al Índice de Calidad del RMR que varía entre 0 – 100. Y con este valor se ubica en la tabla en la capitulo 2 Calculando todos los parametros según los datos obtenidos del afloramiento para hallar el RMR:
RQD = 115 − 3.3Jv
Jv: número de discontinuidades en 1 m2 El área trabajada: 2.0m 0.8m
A= (2.0m)*(0.8)=1.60m2 Numero de discontinuidades (ND) =22 Entonces:
JV = RQD RQD RQD RQD
= = = =
=
115 − 3.3Jv 115 − 3.3 (13.75) 115 − 45.375 69.625 %
Entonces resumimos esta tabla: NRO
1 2 3 4 5 6 7 8
PARAMETRO Resistencia de la matriz rocosa – compresión simple(Mpa) Índice RQD Espaciamiento entre discontinuidades Longitud de la discontinuidad abertura rugosidad relleno intemperización
valoració n
VALOR 25 -50 MPA
4
70%
12
60 -200mm
8
< 1,0 m
6
1,0 -5,0mm RUGUSA RELLENO DURO < 5mm MODERADA
1 5
41
4 3
SECO 15 Agua freática 9 CORRECCIÓN POR LA ORIENTACIÓN DE LAS DISCONTINUIDADES: valoració NRO PARAMETRO VALOR n Talud
Muy favorable
-2
1 VALOR TOTAL DE RMR = 56 4.3.- CLASIFICACION GEOMECANICA Q: El valor de Q se obtiene de la siguiente expresión:
Donde cada parámetro representa lo siguiente: RQD: es el índice Rock Quality Designation, es decir, la relación en tanto por ciento entre la suma de longitudes. Barton indica que basta tomar el RQD en incrementos de 5 en 5, y que como mínimo tomar RQD=I0. Jn: Varía entre 0.5 y 20, y depende del número de familias de juntas que hay en el macizo. Jr: Varía entre 1 y 4, y depende de la rugosidad de las juntas. Ja: Varía entre 0.75 y 20, y depende del grado de alteración de las paredes de las juntas de la roca. Jw: Varía entre 0.05 y 1, dependiendo de la presencia de agua en el terreno. SRF: Son las iníciales de Stress Reduction Factor, y depende del estado tensional de la roca del terreno. Calculando todos los parametros según los datos obtenidos del afloramiento para hallar el Q: 1. índice Rock Quality Designation (RQD): RQD= 70 % 2. Numero de Sistemas de Fisuras (Jn): Se midieron y se agruparon en tres Familias esto representa una valorización de 12. 3. Rugosidad de las Fisuras (Jr): Lo determinamos observando en el macizo rocoso lo que le corresponde una valorización de 1.5 4. Alteraciones de las Fisuras (Ja):
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Las fisuras se caracterizan por presentar material de relleno, en algunas fisuras hemos podido encontrar partículas de arenosas libre de arcilla, que corresponden a una valoración de 4. 5. Factor de Reducción por Agua en las Fisuras (Jw): El macizo rocoso se presenta totalmente seco corresponde a una valorización de 1 6. Factor de Reducción por Esfuerzos (SRF): La valoración de este factor es de 5, ya que el macizo rocoso presenta juntas abiertas muy fracturadas.
En resumen: NRO 1 2 3 4
PARAMETRO Índice RQD Número de familias JN Índice de rugosidad de las discontinuidades JR Índice de alteración de las discontinuidades JA
valoració n 70
VALOR 70% Tres familias y 12 algunas juntas rugosas o irregulares 1.5 plana Partículas arenosas , rocas desintegradas 4 libre de arcilla
5
Factor de reducción por la presencia de agua JW
6
Juntas de abiertas Condiciones tensiónales sueltas, muy de la roca SRF facturadas etc.
seco
APLICACIÓN DE LA FORMULA:
43
1 5
Cuando ubicamos el Q en esta tabla, indica de corresponde a una roca Regular
Ahora hacemos una equivalencia: RMR RMR RMR RMR También ubicamos en esta tabla, y concluimos que corresponde a una roca tipo III 4.4.- CLASIFICACIÓN GEOMECANICA GSI
El criterio es solo aplicable a la roca intacta o a la masa rocosa severamente diaclasada las cuales pueden ser consideradas homogéneas e isotrópicas.
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El criterio no debería aplicarse a rocas altamente esquistosas como pizarras o a masa rocosas en las cuales las propiedades son controladas por un único sistema de discontinuidades como son los planos de estratificación.
Estimación en el campo de la resistencia Compresiva Uniaxial de la roca intacta.
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Según este análisis, el resultado sería el tipo R3 la cual no se puede rayar o desconchar con una navaja, pero se pueden romper con un con el martillo de geólogo, así como se hizo en la toma de la muestra, en la cual manifestó claramente esta característica.
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A. CLASIFICACIÓN GEOMECANICA RMI
B. CONCLUSIONES PRIMERO Las clasificaciones geomecánicas son métodos de ingeniería geológica que permite evaluar el comportamiento geomecánico de los macizos
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rocosos, y de aquí estimar los parámetros geotécnicos de diseño y el tipo de sostenimiento de un túnel. SEGUNDO
Conocer la roca también permitirá tomar decisiones correctas
sobre diferentes aspectos relacionados con las labores mineras, entre otras, se podrá establecer la dirección en la cual deben avanzar las excavaciones, el tamaño de las mismas, el tiempo de exposición abierta a la excavación, el tipo de sostenimiento a utilizar y el momento en que este debe ser instalado. TERCERO De acuerdo con los datos de campo y analizando estos datos, observamos que los resultados para el estudio geomecanico de la roca, de este presente informe nos muestra que el parámetro RMR es igual a 56, lo cual significa que es de clase III, la calidad de la roca es regular y que tiene una puntuación que está entre 41 – 60. El índice q es 0.4337, lo cual significa que la roca es regular, también según la clasificación GSI, se obtiene un r3. CUARTO
Tendremos un avance de 1.5 – 3m de avance en el socavón y se
tendrá que iniciar el sostenimiento después de cada voladura, completar el sostenimiento a 10 m del frente. QUINTO
Se colocaran pernos de 20mm de diámetro de 4m de longitud
espaciado cada 1.5 – 2.0 m en la corona y en las paredes, con la malla de alambre en la corona. SECTO También se shotcreteara cada 50 – 100mm en la corona y 30mm en las paredes. C. RECOMENDACIONES PRIMERO
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