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 ALCURSO
GEOMECANICA APLICADA ALMINADO SUBTERRANEO
CARACTERIZACION DE LA MASA ROCOSA
Ingenieros S.R.Ltda.DCRGeomecánica en Minería y Obras Civiles
Lima, Octubre 23,24 y 25 del 2009Ing. David Córdova Rojas
COLEGIO DE INGENIEROS DEL PERU – CONSEJO DEPARTAMENTAL DE LIMA CAPITULO DE INGENIERIA DE MINAS
GEOMECANICA APLICADA ALCURSO
GEOMECANICA APLICADA ALMINADO SUBTERRANEO
CARACTERIZACION DE LA MASA ROCOSA
Ingenieros S.R.Ltda.DCRGeomecánica en Minería y Obras Civiles
Lima, Octubre 23, 24 y 25 del 2009Ing. David Córdova Rojas
ROCA INTACTA, DISCONTINUIDADES Y MASA ROCOSA,
MODELAMIENTOS PARA EL DISEÑO DE EXCAVACIONES ROCOSAS
MODELO GEOLOGICO
MODELO GEOMECANICOG O C CO
MODELO MATEMATICOMATEMATICO
ESTRUCTURAS PRINCIPALES
INTEMPERIZACIONALTERACION
CARACTERISTICASGEOMECANICAS DISCONTINUIDADES
MODELO GEOLOGICO
ALTERACIONDISCONTINUIDADES
GEOLOGICO
LITOLOGIAHIDROGEOLOGIA SISMOLOGIASISMOLOGIA
CALIDAD DELRESISTENCIA DEL CALIDAD DEL MACIZO ROCOSO
RESISTENCIA DEL MACIZO ROCOSO
MODELO GEOMECANICO
RESISTENCIA DE LAS DISCONTINUIDADES
ESFUERZOS IN-SITU
GEOMECANICO
RESISTENCIA DE LA ROCA INTACTA
CALIDAD DE LA EXCAVACION
MODELOS CONTINUOS EQUILIBRIO LIMITE
MODELO MATEMATICO
MODELOS DISCONTINUOS
METODOS SUGERIDOS PARA LA DESCRIPCIONMETODOS SUGERIDOS PARA LA DESCRIPCION CUANTITATIVA DE LAS DISCONTINUIDADES DE
LA MASA ROCOSA
1. Orientación2. Espaciamientop3. Persistencia4. Rugosidad5. Resistencia de las paredes6. Apertura 7. Relleno8. Filtraciones9 Nú d f ili ( i t )9. Número de familias (sistemas)
10. Tamaño de bloques
1. ORIENTACION
N
a
rumbo = a°
B i t °Buzamiento = °
RUMBO Y BUZAMIENTORUMBO Y BUZAMIENTO
1. ORIENTACION
a
dirección debuzamiento = a°+90°
= °
buzamiento
N = buzamientodirección de
Ó
vectorbuzamiento
DIRECCIÓN DE BUZAMIENTO Y BUZAMIENTO
1. ORIENTACION
1
2 N
20°
1. 200° / 10°3
4(a)095° / 90°3.
4. 180° / 86°
2. 230° / 85°
2
1
SISTEMAS O FAMILIAS DE DISCONTINUIDADES ESTRUCTURALES
VISTA PERSPETIVA Y SU RELACION A UNA ESTRUCTURA DE INGENIERIA
1. ORIENTACION
1
23
(b)
3. 030° / 32°2.1.
285° / 70°055° / 85°
90°150°
90°N
SISTEMAS O FAMILIAS DE DISCONTINUIDADES ESTRUCTURALES
VISTA PERSPETIVA Y SU RELACION A UNA ESTRUCTURA DE INGENIERIA
1. ORIENTACION
35°
N1
1. 200° / 88°
2
2. 130° / 15°3. 285° / 85°
R
3
2
R
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
N
CONTOUR LEGEND
EQUAL AREALOWER HEMISPHERE Condestable 2 Zona Prioridad 1
1m
2m
SCHMIDT POLECONCENTRATIONS% of total per
1.0 % areaMinimum Contour = 1Contour Interval = 1Max.Concentration = 6.89
MAJOR PLANES
1m
3m
3
EW
ORIENTATIONS# DIP/DIR.
1 m 77/132 2 m 64/053 3 m 36/240
2m
3m
S
784 Poles Plotted747 Data Entries 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 EQUIAREALSOBRE 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
S 22
a inaccesi
ble2
i
d
ca. 90° S 1S2
S
cara
S 2
cinta
set n° 1
set n° 2
set n° 31SS = d sin2 2 2
20 - 60 mm
Terminología
Espaciamiento extremadamente cercano < 20 mmEspaciamiento muy cercano
60 - 200 mm200 - 600 mm600 - 2000 mm2000 - 6000 mm> 6000 mm
Espaciamiento moderadoEspaciamiento amplioEspaciamiento muy amplioEspaciamiento extremadamente amplio
p yEspaciamiento 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
(a) (b)
(c) (d)
ESQUEMAS SIMPLES QUE INDICAN LA PERSISTENCIA RELATIVA DE VARIOS SISTEMAS DE DISCONTINUIDADES
3. PERSISTENCIA
TERMINOLOGIA
(e) (f)Persistencia muy baja 0 – 1 mPersistencia baja 1 – 3 mPersistencia media 3 – 10 mPersistencia alta 10 – 20 m
tente
Persistencia muy alta > 20 m
No-persistente Persistent
DIAGRAMAS DE BLOQUE QUE INDICAN LA PERSISTENCIA RELATIVA DE VARIOS SISTEMAS DE DISCONTINUIDADES
3. PERSISTENCIA
puente intacto
2 1puente intacto
sistema sub-persistente3
falla escalonada ´3D´
falla escalonada ´2D´
plano de falla
2
3
1
sistema persistente
sistema no-persistente
EJEMPLOS IDEALIZADOS DE PLANOS POTENCIALES DE FALLA QUE MUESTRAN LA IMPORTANCIA DE LOS “PUENTES INTACTOS” Y DEL
“ESCALONAMIENTO HACIA ABAJO”
4. RUGOSIDAD
GRADO DE ASPEREZA Y/U ONDULACION DE LAS DISCONTINUIDADES
4. RUGOSIDAD
1 Ensayo de corte
de laboratorioEnsayo de corte
2
1
1
2
in-situ
o
i
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
y
'puntopiedra
pequeñay
y
alto
buzamientoaparente
la mitad no utilizadade una regla plegable
UN METODO PARA REGISTRAR LA RUGOSIDAD DE LAS DISCONTINUIDADES
g p gde 2 m
EN DOS DIMENSIONES, A LO LARGO DE LA DIRECCION ESTIMADA DE DESLIZAMIENTO POTENCIAL
4. RUGOSIDAD
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
2d e n ive l
B ru ju la
i
1 a
40 cm diam. 20 cm diam.
-40
-20
10 cm diam 5 cm diam
-20
010 20 30 40 50Decimetro de la placa cm.
Direccion del20 cm10 cm.5 cm.
UN METODO PARA REGISTRAR LA RUGOSIDAD DE LAS DISCONTINUIDADES
10 cm diam. 5 cm diam.
b-40
Direccion del Deslizamiento potencial40 cm.
20 cm.
c
EN TRES DIMENSIONES, PARA CASOS DONDE LA DIRECCION DEL DESLIZAMIENTO NO ES AUN CONOCIDA
4. RUGOSIDAD
rugoso
liso
espejo de falla
I
II
escalonado
rugosoIV
III
liso
espejo de falla
ondulado
V
VI
rugoso
liso
espejo de falla
VIII
VII
PERFILES TIPICOS DE RUGOSIDAD Y NOMENCLATURA SUGERIDA
espejo de falla
planar
IX
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
2
1
2 - 4
0 - 2
4
3
6 - 8
4 - 6
6
7
5
10 - 12
12 - 14
8 - 10
8
9
7
14 - 16
16 - 18
10
ESCALE
18 - 20
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.
Alt t Má d l it d d l t i l t d t IVAltamente 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 intemperizada tegrado a un suelo La estructura del macizo rocosointemperizada 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 VI
estructura 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
el suelo no ha sido transportado significativamente.
5. RESISTENCIA DE LAS PAREDES
TERMINO DESCRIPCION
Fresco o sano Ningún signo visible de intemperización del material rocoso
D l d El l d l t i l f i i l di ti t HDecolorado 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.c – MPa
R1 Roca muy débil Desmenuzable bajo golpes firmes con la punta de un martillo de geólogo, puede desconcharse
1.0– 5.0
R2
R3
Roca débil
R di
g g , pcon una navaja.Puede desconcharse con dificultad con una navaja, se puede hacer marcas poco profundas golpeando firmemente con el martillo de geólogo.N d d h
5.0 – 25
25 50R3
R4
R5
Roca mediana –mente dura
Roca dura
Roca muy dura
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
25 – 50
50 – 100
100 – 250R5
R6
Roca muy dura
Roca extrema –damente dura
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.
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
a
b apertura
Discontinuidad cerrada
c ancho
Discontinuidad abierta
Discontinuidad rellenada
DIAGRAMAS QUE MUESTRAN LA DEFINICION DE LA APERTURA DE LAS DISCONTINIDADES Y EL ANCHO DE LAS DICONTINUIDADES RELLENAS
6. APERTURA
__________________________________________________________________Apertura DescripciónApertura Descripción
__________________________________________________________________
< 0.10 mm Muy cerradoy0.10 – 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”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• Relación de sobre-consolidación• Contenido de agua y permeabilidad• Desplazamientos de corte previos• Rugosidad de las paredes• 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 Descripciónla 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 aguaIV 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____________________________________________________________________V l ió dValoración de la filtración Descripción____________________________________________________________________
I Los materiales de relleno están severamente consolidados yI 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 librede agua libre.
III Los materiales de relleno están húmedos, ocasionalmente goteode agua.
IV Los materiales de relleno muestran signos de lavado, flujoIV 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).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).
FILTRACIONES A TRAVES DE DISCONTINUIDADES CON RELLENO____________________________________________________________________
8. FILTRACIONES
____________________________________________________________________Valoración de la filtración Descripción____________________________________________________________________
I Paredes y techo secos filtraciones no detectablesI 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)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 juntasjV 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)_______________________________________________Bloq es m grandes 1 0Bloques 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 bloquesIrregular 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
Masiva o levemente fracturada Moderadamente fracturada2 a 6 fracturas / m 6 a 12 fracturas / m
CONSIDERANDO EL NUMERO DE FAMILIAS DE DISCONTINUIDADES Y EL TAMAÑO DE BLOQUES
GRADO DE FRACTURAMIENTO DE LA MASA ROCOSA
Muy fracturada Intensamente fracturada
12 a 20 fracturas / m > 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 ROCOSALA MASA ROCOSA
====================================ESTRUCTURAS MAYORES
PlegamientosFallamientos
ESTRUCTURAS MENORES
Diaclasas o juntasEstratos
Zonas de corteDiques
Planos de foliaciónC t t lit ló iContactos litológicos
Venillas y otros====================================
TIPOS DE DISCONTINUIDADES ESTRUCTURALES DE LA MASA ROCOSALA MASA ROCOSA
PLIEGUES
TIPOS DE DISCONTINUIDADES ESTRUCTURALES DE LA MASA ROCOSALA MASA ROCOSA
FALLAS
TIPOS DE DISCONTINUIDADES ESTRUCTURALES DE LA MASA ROCOSALA MASA ROCOSA
DIACLASAS O JUNTAS
TIPOS DE DISCONTINUIDADES ESTRUCTURALES DE LA MASA ROCOSALA MASA ROCOSA
ESTRATOS
TIPOS DE DISCONTINUIDADES ESTRUCTURALES DE LA MASA ROCOSALA MASA ROCOSA
ZONAS DE CORTE
TIPOS DE DISCONTINUIDADES ESTRUCTURALES DE LA MASA ROCOSALA MASA ROCOSA
DIQUES
TIPOS DE DISCONTINUIDADES ESTRUCTURALES DE LA MASA ROCOSALA MASA ROCOSA
PLANOS DE FOLIACION
TIPOS DE DISCONTINUIDADES ESTRUCTURALES DE LA MASA ROCOSALA MASA ROCOSA
CONTACTO LITOLOGICO
TIPOS DE DISCONTINUIDADES ESTRUCTURALES DE LA MASA ROCOSALA 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
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