capitulo_2 caractgeom masa rocosa
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COLEGIO DE INGENIEROS DEL PERU – CONSEJO DEPARTAMENTAL DE LIMA CAPITULO DE INGENIERIA DE MINAS
GEOMECANICA APLICADA ALMINADO SUBTERRANEO
CURSO
CARACTERIZACION DE LA MASA ROCOSA
Ingenieros S.R.Ltda.DCRGeomecánica en Minería y Obras Civiles
Ing. David Córdova Rojas Lima, 22 al 24 de Setiembre del 2006
ROCA INTACTA, DISCONTINUIDADES Y MASA ROCOSA
MODELAMIENTOS PARA EL DISEÑO DE EXCAVACIONES ROCOSAS
MODELO GEOLOGICO
MODELO GEOMECANICO
MODELO MATEMATICO
MODELO GEOLOGICO
LITOLOGIA
INTEMPERIZACIONALTERACION
ESTRUCTURAS PRINCIPALES
CARACTERISTICASGEOMECANICAS DISCONTINUIDADES
HIDROGEOLOGIA SISMOLOGIA
MODELO GEOMECANICO
RESISTENCIA DE LA ROCA INTACTA
RESISTENCIA DE LAS DISCONTINUIDADES
CALIDAD DEL MACIZO ROCOSO
RESISTENCIA DEL MACIZO ROCOSO
ESFUERZOS IN-SITU
CALIDAD DE LA EXCAVACION
MODELO MATEMATICO
MODELOS DISCONTINUOS
MODELOS CONTINUOS EQUILIBRIO LIMITE
METODOS SUGERIDOS PARA LA DESCRIPCION CUANTITATIVA DE LAS DISCONTINUIDADES DE
LA MASA ROCOSA
1. Orientación2. Espaciamiento3. Persistencia4. Rugosidad5. Resistencia de las paredes6. Apertura 7. Relleno8. Filtraciones9. Número de familias (sistemas)
10. Tamaño de bloques
1. ORIENTACION
N
a
rumbo = a°
Buzamiento = °
RUMBO Y BUZAMIENTO
1. ORIENTACION
DIRECCIÓN DE BUZAMIENTO Y BUZAMIENTO
buzamiento
N
a
= buzamientodirección de
dirección debuzamiento = a°+90°
vectorbuzamiento
= °
1. ORIENTACION
SISTEMAS O FAMILIAS DE DISCONTINUIDADES ESTRUCTURALES
1
2
1
3
4
2 N
20°
(a)095° / 90°3.
4. 180° / 86°
1.2.
200° / 10°230° / 85°
VISTA PERSPETIVA Y SU RELACION A UNA ESTRUCTURA DE INGENIERIA
1. ORIENTACION
SISTEMAS O FAMILIAS DE DISCONTINUIDADES ESTRUCTURALES
2
90°150°
90°N
1
3
(b)
3. 030° / 32°2.1.
285° / 70°055° / 85°
VISTA PERSPETIVA Y SU RELACION A UNA ESTRUCTURA DE INGENIERIA
1. ORIENTACION
R
3
2
35°
N1
2. 130° / 15°3. 285° / 85°
1. 200° / 88°
SISTEMAS O FAMILIAS DE DISCONTINUIDADES ESTRUCTURALESDIAGRAMA DE BLOQUES QUE PROPORCIONA UN CUADRO CUALITATIVO DEL DIACLASAMIENTO
1. ORIENTACION
SISTEMAS O FAMILIAS DE DISCONTINUIDADES ESTRUCTURALESCASO REAL DE UN MACIZO ROCOSO CON 3 SISTEMAS TIPICOS DE DISCONTINUIDADES
1. ORIENTACION
TECNICAS DE PROYECCION ESTEREOGRAFICA PARA DETERMINAR LAS CARACTERISTICAS ORIENTACIONALES DE LAS DISCONTINUIDADES
1. ORIENTACION
TECNICAS DE PROYECCION ESTEREOGRAFICA PARA DETERMINAR LAS CARACTERISTICAS ORIENTACIONALES DE LAS DISCONTINUIDADES
1. ORIENTACION
1m
1m
2m
2m
3m
3m
N
E
S
W
CONTOUR LEGENDSCHMIDT POLE
CONCENTRATIONS% of total per
1.0 % areaMinimum Contour = 1Contour Interval = 1Max.Concentration = 6.89
MAJOR PLANES ORIENTATIONS
# DIP/DIR. 1 m 77/132 2 m 64/053 3 m 36/240
EQUAL AREALOWER HEMISPHERE
784 Poles Plotted747 Data Entries
Condestable 2 Zona Prioridad 1
Composito General de Estructuras
ARREGLO ESTRUCTURAL GENERAL DE LA MASA ROCOSA DE UN YACIMIENTO DEL PERU
1. ORIENTACION
REPRESENTACION DE DATOS ESTRUCTURALES RELACIONADOS A CUATRO POSIBLES MODOS DE FALLA DE TALUDES, PLOTEADOS SOBRE UNA RED EQUIAREAL DE SCHMIDT
1. ORIENTACION
FORMACION DE CUÑAS EN EXCAVACIONES SUBTERRANEAS POR EL ARREGLO ESTRUCTURAL DE LA MASA ROCOSA
2. ESPACIAMIENTO
DISTANCIA ENTRE LAS DISCONTINUIDADES DE UN SISTEMA MEDIDO PERPENDICULARMENTE A LAS MISMAS
2. ESPACIAMIENTO
cara in
accesi
ble
S 2
2
cinta
d
S 2
ca. 90°
2
set n° 1
set n° 2
set n° 3
S 1S2
S
1SS = d sin2 2 2
20 - 60 mm60 - 200 mm200 - 600 mm600 - 2000 mm2000 - 6000 mm> 6000 mm
Espaciamiento moderadoEspaciamiento amplioEspaciamiento muy amplioEspaciamiento extremadamente amplio
Terminología
Espaciamiento extremadamente cercano < 20 mmEspaciamiento muy cercanoEspaciamiento cercano
ESPACIAMIENTO APARENTE Y VERDADERO EN LA CARA ACCESIBLECORRECCION PARA DETERMINAR EL ESPACIAMIENTO VERDADERO
3. PERSISTENCIA
LONGITUD DE LA TRAZA DE LA DISCONTINUIDAD O EXTENSION AREAL DE LA MISMA
3. PERSISTENCIA
ESQUEMAS SIMPLES QUE INDICAN LA PERSISTENCIA RELATIVA DE VARIOS SISTEMAS DE DISCONTINUIDADES
(c) (d)
(a) (b)
3. PERSISTENCIA
DIAGRAMAS DE BLOQUE QUE INDICAN LA PERSISTENCIA RELATIVA DE VARIOS SISTEMAS DE DISCONTINUIDADES
No-persistente
(e)
Persistente
(f)
TERMINOLOGIA
Persistencia muy baja 0 – 1 mPersistencia baja 1 – 3 mPersistencia media 3 – 10 mPersistencia alta 10 – 20 mPersistencia muy alta > 20 m
3. PERSISTENCIA
sistema persistente
sistema sub-persistente
sistema no-persistente
3
puente intacto
EJEMPLOS IDEALIZADOS DE PLANOS POTENCIALES DE FALLA QUE MUESTRAN LA IMPORTANCIA DE LOS “PUENTES INTACTOS” Y DEL
“ESCALONAMIENTO HACIA ABAJO”
puente intacto
falla escalonada ´3D´
falla escalonada ´2D´
plano de falla
2
3
1
2 1
4. RUGOSIDAD
GRADO DE ASPEREZA Y/U ONDULACION DE LAS DISCONTINUIDADES
4. RUGOSIDAD
1
2
i
Ensayo de cortein-situ
de laboratorioEnsayo de corte
2
1
ondulación
LAS DIFERENTES ESCALAS DE RUGOSIDAD DE LAS DISCONTINUIDADES SON MUESTREADAS PARA DIFERENTES ESCALAS DE ENSAYOS
LA ONDULACION ES CARACTERIZADA POR EL ANGULO (i)
4. RUGOSIDAD
'
Perfil derugosidad
azimut =
30°
Escala
buzamientoaparente
la mitad no utilizadade una regla plegablede 2 m
puntopiedrapequeña
y
y
alto
UN METODO PARA REGISTRAR LA RUGOSIDAD DE LAS DISCONTINUIDADES EN DOS DIMENSIONES, A LO LARGO DE LA DIRECCION ESTIMADA DE
DESLIZAMIENTO POTENCIAL
4. RUGOSIDAD
UN METODO PARA REGISTRAR LA RUGOSIDAD DE LAS DISCONTINUIDADES EN TRES DIMENSIONES, PARA CASOS DONDE LA DIRECCION DEL
DESLIZAMIENTO NO ES AUN CONOCIDA
D is co m e ta lico
B u rb u ja L e c tu ra de b u z a m ien to
1
2d e n ive l
B ru ju la
a
i
40 cm diam. 20 cm diam.
10 cm diam. 5 cm diam.
b
-20
-40
010 20 30 40 50Decimetro de la placa cm.
Direccion del Deslizamiento potencial40 cm.
20 cm.10 cm.5 cm.
-40
-20
c
4. RUGOSIDAD
rugoso
liso
espejo de falla
escalonado
rugoso
liso
espejo de falla
ondulado
rugoso
liso
espejo de falla
planar
I
V
IX
VIII
VII
VI
IV
III
II
PERFILES TIPICOS DE RUGOSIDAD Y NOMENCLATURA SUGERIDA LONGITUD DE CADA PERFIL EN EL RANGO DE 1 A 10 MLAS ESCALAS VERTICAL Y HORIZONTAL SON IGUALES
4. RUGOSIDAD
6
10
8
9
7
5
4
3
2
1
10 - 12
ESCALE
18 - 20
14 - 16
16 - 18
12 - 14
8 - 10
6 - 8
4 - 6
2 - 4
0 - 2
0 5 10cm
PERFILES DE RUGOSIDAD Y RANGOS CORRESPONDIENTES DE VALORES “JRC” ASOCIADOS CON CADA UNO DE ELLOS
5. RESISTENCIA DE LAS PAREDES____________________________________________________________________________
Término Descripción Grado____________________________________________________________________________Fresca o sana No hay signos visibles de intemperización del material I
rocoso, quizás una ligera decoloración en la superficie de las discontinuidades principales
Ligeramente La decoloración indica la intemperización del material II intemperizado rocoso y de la superficie de discontinuidad. Todo el
material rocoso puede estar decolorado por intemperi-zación y externamente puede ser más débil que en su condición sana.
Mederadamente Menos de la mitad del material rocoso está descom – IIIintemperizada puesto y/o desintegrado a un suelo. Roca fresca o
decolorada esta presente ya sea como armaduracontinua o como núcleos.
Altamente Más de la mitad del material rocoso esta descompuesto IVintemperizada y/o desintegrado a un suelo. Roca fresa o decolorada
esta presente ya sea como armadura continua o como núcleos.
Completamente Todo el material rocoso esta descompuesto y/o desin- V tegrado a un suelo. La estructura del macizo rocoso original permanece aun intacto.
Suelo residual Todo el material rocoso se ha convertido en suelo. La VIestructura del macizo y la fábrica del material se handestruido. Hay un cambio grande en el volumen, peroel suelo no ha sido transportado significativamente.
GRADO DE INTEMPERIZACION DE LA MASA ROCOSA
5. RESISTENCIA DE LAS PAREDES
TERMINO DESCRIPCION
Fresco o sano Ningún signo visible de intemperización del material rocoso
Decolorado El color del material rocoso fresco original es distinto. Hay que indicar el grado de cambio del color original. También hay que mencionar si el cambio de color solo afecta a determinados minerales.
Descompuesto La roca esta intemperizada a una condición de suelo, en la cual la fábrica del material original esta aun intacta, pero algunos o todos los granos minerales están descompuestos.
Desintegrado La roca está intemperizada hasta alcanzar la condición de un suelo, en el cual la fábrica original se mantiene aun intacta. La roca es friable, pero los granos minerales no están descompuestos.
GRADO DE INTEMPERIZACION DEL MATERIAL ROCOSO
5. RESISTENCIA DE LAS PAREDES
Grado Descripción Identificación de campo Rango aprox.σc – MPa
R1
R2
R3
R4
R5
R6
Roca muy débil
Roca débil
Roca mediana –mente dura
Roca dura
Roca muy dura
Roca extrema –damente dura
Desmenuzable bajo golpes firmes con la punta de un martillo de geólogo, puede desconcharse con una navaja.Puede desconcharse con dificultad con una navaja, se puede hacer marcas poco profundas golpeando firmemente con el martillo de geólogo.No se puede rayar o desconchar con una navaja, las muestras se pueden romper con un golpe firme del martillo de geólogo.Se requiere más de un golpe con el martillo de geólogo para romper la muestra.Se requieren varios golpes con el martillo de geólogo para romper la muestra.Solo se puede romper esquirlas de la muestra con el martillo de geólogo.
1.0– 5.0
5.0 – 25
25 – 50
50 – 100
100 – 250
> 250
ESTIMACION EN CAMPO DE LA RESISTENCIA DE LA ROCA INTACTA
5. RESISTENCIA DE LAS PAREDES
CARTILLA DE CORRELACION PARA EL MARTILLO SCHMIDT DE DUREZARELACION: DENSIDAD, N° REBOTE Y RESISTENCIA COMPRESIVA DE LA ROCA
6. APERTURA
GRADO DE SEPARACION DE LAS PAREDES DE LAS DISCONTINUIDADES
6. APERTURA
DIAGRAMAS QUE MUESTRAN LA DEFINICION DE LA APERTURA DE LAS DISCONTINIDADES Y EL ANCHO DE LAS DICONTINUIDADES RELLENAS
Discontinuidad cerrada
a
Discontinuidad abierta
b apertura
Discontinuidad rellenada
c ancho
6. APERTURA
__________________________________________________________________Apertura Descripción
__________________________________________________________________
< 0.10 mm Muy cerrado0.10 – 0.25 mm Cerrado Rasgos “cerrados”0.25 – 0.5 mm Parcialmente abierto 0.50 – 2.5 mm Abierto2.50 – 10 mm Moderadamente amplio Rasgos “semiabiertos”
> 10 mm Amplio1 – 10 cm Muy amplio
10 – 100 cm Extremadamente amplio Rasgos “abiertos”> 1 m Cavernoso
__________________________________________________________________
TERMINOLOGIA DE LA APERTURA
7. RELLENO
MATERIAL DE RELLENO DE UNA DISCONTINUIDAD
7. RELLENO
• Mineralogía del material de relleno• Gradación del tamaño de partículas• Relación de sobre-consolidación• Contenido de agua y permeabilidad• Desplazamientos de corte previos• Rugosidad de las paredes• Ancho• Fracturamiento o trituramiento de la roca de las paredes
FACTORES IMPORTANTES DEL COMPORTAMIENTO FISICO DEL RELLENO
7. RELLENO
EJEMPLOS DE ESQUEMAS DE CAMPO DE DISCONTINUIDADES CON RELLENO
8. FILTRACIONES
FILTRACIONES EN LA PARED ROCOSA DE UNA GALERIA SUBTERRANEA
8. FILTRACIONES
_________________________________________________________________Valoración de la filtración Descripción_________________________________________________________________
I La discontinuidad está muy cerrada y seca, el flujo de agua a través de ellas no parece posible.
II La discontinuidad esta seca sin evidencia de flujo de agua.III La discontinuidad esta seca pero muestra evidencias de flujo
de agua, es decir, está teñida por la corrosión. IV La discontinuidad esta húmeda pero no esta presente el agua
libre.V La discontinuidad muestra filtración, ocasionalmente goteo de
agua, pero sin flujo continuo.VI La discontinuidad muestra un flujo continuo de agua. (Estimar
l/min y describir la presión como baja, media, alta). _________________________________________________________________
FILTRACIONES A TRAVES DE DISCONTINUIDADES SIN RELLENO
8. FILTRACIONES
FILTRACIONES A TRAVES DE DISCONTINUIDADES CON RELLENO
____________________________________________________________________Valoración de la filtración Descripción____________________________________________________________________
I Los materiales de relleno están severamente consolidados y secos, flujos significativos parecen improbables debido a la muy baja permeabilidad.
II Los materiales de relleno están húmedos, pero no hay presencia de agua libre.
III Los materiales de relleno están húmedos, ocasionalmente goteode agua.
IV Los materiales de relleno muestran signos de lavado, flujo continuo de agua (estimar en l/min.).
V Los materiales de relleno están lavados localmente, flujo de agua considerable a lo largo de los canales de lavado (estimar l/min y describir la presión: baja, mediana, alta).
VI Los materiales de relleno están lavados completamente, se experimentan presiones de agua muy altas, especialmente en la primera exposición (estimar l/min y describir la presión).
____________________________________________________________________
8. FILTRACIONES
____________________________________________________________________Valoración de la filtración Descripción____________________________________________________________________
I Paredes y techo secos, filtraciones no detectables.II Filtraciones menores, especificar goteos en las discontinuidades.III Afluencias medianas, especificar las discontinuidades con flujo
continuo (estimar l/min/10 m de longitud de excavación).IV Afluencias mayores, especificar las discontinuidades con fuertes
flujo (estimar l/min/10 m de longitud de excavación).V Flujo excepcionalmente alto, especificar las fuentes de flujos
excepcionales (estimar l/min/10 m de longitud de excavación).____________________________________________________________________
FILTRACIONES EN MASA ROCOSA: EJEMPLO, EN LA PARED DE UN TUNEL
9. NUMERO DE FAMILIAS O DE SISTEMAS
TerminologíaI masiva, ocasionalmente juntas aleatoriasII una familia de juntasIII una familia de juntas mas juntas aleatoriasIV dos familias de juntasV dos familias de juntas mas juntas aleatoriasVI tres familias de juntasVII tres familias de juntas mas juntas aleatoriasVIII cuatro o mas familias de juntasIX roca triturada, como tierra
COMPORTAMIENTO MECANICO Y APARIENCIA DE LA MASA ROCOSA
10. TAMAÑO DE BLOQUES
TERMINOLOGIA_______________________________________________Descripción Jv (juntas/m3)_______________________________________________Bloques muy grandes < 1.0 Bloques grandes 1 - 3Bloques de tamaño mediano 3 - 10Bloques pequeños 10 - 30Bloques muy pequeños > 30_______________________________________________Valores de Jv > 60 podría representar roca triturada, típico de zonas trituradas libres de arcillas.
Según Palsmtrom (1974), el RQD y el Jv están relacionados así:
RQD = 115 – 3.3 JvRQD = 100 para Jv < 4.5
TAMAÑO Y FORMA DE BLOQUES
Masivo = pocas juntas o espaciamiento muy amplioBloqueado = aproximadamente equidimensionalTabular = una dimensión considerablemente mas pequeña que las otras dosColumnar = una dimensión considerablemente mas grande que las otras dosIrregular = amplia variación del tamaño y forma de los bloquesTriturado = severamente fracturado, tipo “cubo de azúcar”
10. TAMAÑO DE BLOQUES
ESQUEMAS DE FORMAS DE BLOQUES: a) bloqueado, b) irregular, c) tabular yd) columnar.
GRADO DE FRACTURAMIENTO DE LA MASA ROCOSA
Moderadamente fracturada6 a 12 fracturas / m
Masiva o levemente fracturada2 a 6 fracturas / m
CONSIDERANDO EL NUMERO DE FAMILIAS DE DISCONTINUIDADES Y EL TAMAÑO DE BLOQUES
GRADO DE FRACTURAMIENTO DE LA MASA ROCOSA
Intensamente fracturada
> 20 fracturas / m
Muy fracturada12 a 20 fracturas / m
CONSIDERANDO EL NUMERO DE FAMILIAS DE DISCONTINUIDADES Y EL TAMAÑO DE BLOQUES
GRADO DE FRACTURAMIENTO DE LA MASA ROCOSA
Triturada o brechada
CONSIDERANDO EL NUMERO DE FAMILIAS DE DISCONTINUIDADES Y EL TAMAÑO DE BLOQUES
TIPOS DE DISCONTINUIDADES ESTRUCTURALES DE LA MASA ROCOSA
====================================ESTRUCTURAS MAYORES
PlegamientosFallamientos
ESTRUCTURAS MENORES
Diaclasas o juntasEstratos
Zonas de corteDiques
Planos de foliaciónContactos litológicos
Venillas y otros====================================
TIPOS DE DISCONTINUIDADES ESTRUCTURALES DE LA MASA ROCOSA
PLIEGUES
TIPOS DE DISCONTINUIDADES ESTRUCTURALES DE LA MASA ROCOSA
FALLAS
TIPOS DE DISCONTINUIDADES ESTRUCTURALES DE LA MASA ROCOSA
DIACLASAS O JUNTAS
TIPOS DE DISCONTINUIDADES ESTRUCTURALES DE LA MASA ROCOSA
ESTRATOS
TIPOS DE DISCONTINUIDADES ESTRUCTURALES DE LA MASA ROCOSA
ZONAS DE CORTE
TIPOS DE DISCONTINUIDADES ESTRUCTURALES DE LA MASA ROCOSA
DIQUES
TIPOS DE DISCONTINUIDADES ESTRUCTURALES DE LA MASA ROCOSA
PLANOS DE FOLIACION
TIPOS DE DISCONTINUIDADES ESTRUCTURALES DE LA MASA ROCOSA
CONTACTO LITOLOGICO
TIPOS DE DISCONTINUIDADES ESTRUCTURALES DE LA MASA ROCOSA
VENILLAS
RECOLECCION DE INFORMACION GEOMECANICA
===========================================En afloramientos rocosos: métodos convencionales “líneas en detalle” y “celdas en detalle”.
En testigos (núcleos) rocosos de perforación.
En taladros de perforación (métodos endoscópicos).
Fotogrametría terrestre. ===========================================
METODOS DE MAPEO GEOTECNICO
RECOLECCION DE INFORMACION GEOMECANICA
MAPEO GEOTECNICO POR LINEAS EN DETALLE
RECOLECCION DE INFORMACION GEOMECANICA
MAPEO GEOTECNICO EN TESTIGOS ROCOSOS
RECOLECCION DE INFORMACION GEOMECANICA
EJEMPLO DE FORMATO DE MAPEO GEOTECNICO
RECOLECCION DE INFORMACION GEOMECANICA
EJEMPLO DE FORMATO DE MAPEO GEOTECNICO
EJEMPLO DE MASA ROCOSA CARACTERIZADA