cimentaciones en roca.opd

5/17/2018 Cimentaciones en Roca.opd

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EIProfesorMariano RuizVazquez nocio el 6 de octubrede 1924 en Villa Jimenez, Mich, y tonecio el 24 dE c Ienero de 1997 en 10 Ciudad de Mexico. Obtuvo elt itulo de Ingeniero Geologo en 10 entonces EscuelaNacional de Ingenieros y reolizo estudios de posgradoen 10 Grand Ecole de Minesde Nancy, en Francia.Profesionista sobresaliente, tuvo una influenciodecisiva en 10 ingenierfa geologica conternporoneode nusstro pais participando en numerosos proyectoside gran importancia tecnico y economlco. !ilroportio un sinnurnero de cursosy conferencias, tantolen el pais como en el extranjeroy dir igio decenas de:tesis profesionales, tuvo como posion 10 educocionde excelencia y 10 superocion ocodorruco de losiovenes: como profesor fue ejemplo de probidad,capacidad y entrega.La Sociedad Mexicana de Mecanica de Rocas,decldio rendirle un merecido homenaje instituyendo,el Curso que Ileva su nombre y que este ana se:imparte por segundo ocoslon,

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X III M ESA D IRECT IVA SMMR

Ismael Sanchez MoraPresidente

Carlos Garda HerreraJose Francisco GonzOJezValencia

Vicepresidentes

Hector M, Bonilla CuevasSecretario

Jose Antonio Bahena Gonzalez7esorero

Alejandro Bautista OsornoGonzalo Garda RochaJose LuisGarda Rubio

Voca/es

Sociedad Mexicanade Mec6nica de Rocas

CURSOM AR IAN O R UIZ VA zQ

1999

C IM EN TA CIO NES EN R

23 Y 24 DE SEPT IEMBRE DE

AUD ITOR IO DEL COLEG IOIN G EN IE RO S C IV IL ESDE MEX ICO , A . C .


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ESTUDIOS GEOLOGICOS Y GEOTECNICOSc) Propiedades de los Macizos Rocosos

Sergio Raul Herrera CastanedaSeptiembre de 1999.


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PROPIEDADES DE LAS ROCASPor 10general las obras de ingenieria se construyen abarcando areas grandes, que involucranno solo la substancia de que esta formada la roca, sino ademas los defectos estructurales queposee en su conjunto como son el fracturamiento, rellenos, cavidades, fallas y otros mas, queinfluyen en el comportamiento del terreno ante las solicitaciones impuestas por la estructura. De10 anterior se desprende la necesidad de diferenciar las propiedades que caracterizan a lasubstancia rocosa 0 roca intacta y las del conjunto 0macizo roeoso.Mientras que las caracteristicas y ef comportamiento de fa roca intacta dependen de famineralogia, textura y porosidad, en los macizos rocosos depende de alteraci6n,fracturamiento, presencia de agua y del estado de esfuerzos al que esta sometido.EI eomportamiento de las rceas depende de las propiedades rnecantcas e hidraulicasentendiendo por comportamiento del material a la forma de resistir y deformarse al scmeterlos afa acci6n de los esfuerzos.

1.Propiedades de la roca intaetaLas propiedades relacionadas con la resistencia y la deformabilidad de la roca intacta son lasmas importantes desde el punto de vista geotecnico. Las propiedades hldraullcas obtenidas enlaboratorio tienen poca aplicaci6n practica.

1.a Propiedades indieeLas propiedades indice de las roeas permiten clasifiear y obtener una idea cualitativa de sucomportamiento bajo determinadas circunstancias.

Mineralogia. EI contenido mineral6gieo de una roca influye en su comportamiento en muydistintas formas que abarcan tanto las caracteristieas de resisteneia mecanica como lashidraullcas.Los principales minerales formadores de rocas son los silicates, carbonatos y oxides. Otrosgrupos quimieos de minerales menos abundantes, pero que son tam bien importantes por lascaracteristicas que transmiten a las roeas son los sulfuros, sulfatos y aquellos constituidospor silice libre (no cristalina).Minerales que poseen baja resisteneia al esfuerzo cortante son los silicatos del grupo de losfilosilicatos 0 minerales cuya red cristalina se desarrolla en forma laminar, por ejemplo, lasmicas biotita y muscovita, los minerales arcillosos (montmorillonita, illita y caoHn) y la cloritay el talco. EI yeso y et grafito tarnbien reducen la resistencia de la roca.Textura. Et termino textura se refiere al arreglo intergranular entre los minerales de que estaconstituida la roca, la cual se puede observar en una superficie fresca a simple vista. Sedistinguen tres tipos de texturas principalmente, aunque desde el punto de vista geologicoexisten un sin nurnero de elias, hornoqenea, heteroqenea y laminadas.


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Las rocas can textura homoqenea por 1 0 general presentan mayor resistencia, como elbasalto, la caliza y el granito, figura 1a. La textura laminada produce un efecto anisotr6picoen las propiedades de resistencia y deformaci6n como es el caso de las rocas lutitas, laspizarras y gneisses, figura 1b.

(a)

( b)Figuras1 a) textura homoqenea, granito, b) textura laminada, gneiss

Peso Volumetrico. En general un alto peso volumetrico corresponde con las rocas masresistentes, excepto cuando las rocas poseen caracterfsticas anleotropicas. EI pesovolurnetrico de las rocas igneas y metam6rficas es mayor que el de las sedimentarias, yaque a mayor porosidad corresponde un menor peso volumetrico. EI peso volurnetrico de unaroca se debe obtener en condiciones saturada y seca.Porosidad. Se define la porosidad de una roca como la relaci6n entre volumen de vacfos yel volumen de la muestra. Los vacios, poros y fracturas en la roca intacta son formasimportantes de no-uniformidad estructural 0 textural, tarnbien tienen un efecto considerableen la conducclon de calor gas y agua y en el comportamiento mecanicc relacionado con sucontenido de agua.La presencia de estos defectos disminuye notablemente las propiedades mecanlcas ya queun porcentaje pequefio de porosidad en la roca tiene una gran influencia en la deformaci6n.Valores tipicos de peso volurnetrico y porosidad en rocas se muestra en la Tabla 1.


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Tabla 1 PESO VOLUMETRICO Y POROSIDAD DEDISTINTAS ROCAS, Ref. 1Tipo de roea Peso volumetrico Porosidad

T/ml %Granito 2.6 - 2.9 0.5 - 1.5Dolerita 2.7 - 3.05 0.1 -0.5Riolita 2.4 - 2.6 4-6Andesita 2.2 - 2.3 10 - 15Gabro 2.8 - 3.1 0.1 - 0.2Basalto 2.8 - 2.9 0.1 - 1.0Arenisca 2.0 - 2.6 5 - 25Lutita 2.0 - 2.4 10 - 30Caliza 2.2 - 2.6 5 -20Dolomita 2.5 - 2.6 J - 5Gneiss 2.8 - 3.0 0.5 - 1.5Marmol 2.6 - 2.7 0.5 - 2Cuarcita 2.6 - 2.7 0.1 -0.5Pizarra 2.6 - 2.7 0.1 - 0.5

Contenido de Agua. Se define como la relacion entre el peso del agua en una roca y speso seco expresado en porcentaje. EI contenido de agua esta asociado con la porosidadde la roca y ambos producen una reducci6n en de su resistencia rnecanlca. Probablementedebido a los efectos fisico-qufmicos que produce el agua en determinados mineralesalgunas rocas cuando son sometidas a ciclos de secado y saturaclon, se ven afectadas esus propiedades debido a la expansion y contracci6n que sufren.

1.b Propiedades MecanicasLas principales propiedades de la roca intacta actual mente aceptadas en ingenierfa pardescribir su comportamiento son la resistencia a la compresi6n uniaxial y el m6dulo ddeformabilidad sin embargo, se practican en el laboratorio otras pruebas con fines especificosque ayudan a conocer las caracterlsticas de la roca.

ccmprestcn Uniaxial. La prueba a la compresi6n uniaxial consiste en la aplicaci6n de uesfuerzo axial de compreslon a una muestra no confinada lateralmente, la cual puede tenediversas formas perc que generalmente es cilindrica. Es laprusba mas sencilla que existe pardeterminar la resistencia de la roca intacta, sin embargo, los nucleos de roca requieren de unpreparaci6n muy cuidadosa que solo en laboratorio se pueden realizar.

ING. A D A N R AMOS BA UTISTA


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p

d

pFigura 2 Prueba de cempresi6n simple

La resistencia S8 calcula per la expresi6n:O'c = F I A2 Ee 8

Donde F es la carga de compresi6n maxima aplicada al momenta de la falla y A2 es el area dela muestra sobre la que se aplica la carga.La resisteneia a la compresi6n simple 0 uniaxial de las rocas depende de la influencia de variosfactores.

Los factores externos son aquellos que no dependen de la naturaleza de la roca y son:1) Fried6n entre platina y superficie de la roca2) Geometria de la probeta2.1) forma2.2) relaci6n de esbeltez2.3) tamario3) Veloeidad de earga4) Temperatura ambiente

Los factores internos que influyen en la resisteneia de la roea son:1) Tipo de roca, mineralogfa, grado de cementaci6n y textura2) Elasticidad y plasticidad de la roea3) Contenido de agua, porosidad, fisuramiento4) Tamario de grana y orientaci6n de los cristales minerales.Relaci6n de esbeltez y forma: La forma usual de realizar las pruebas a compresi6n es enformas cillndricas eon relaci6n de esbeltez de 2,5 a 3, ya que esta relaei6n permite unauniformidad de la dtstr lbuclon de esfuerzos en el tercio central de la rnuestra. En general cuandoaumenta la relacion de esbeltez la resistencia a la compreslcn dismlnuye.Tamario de las muestras: En general euando aumenta el tamario de la probeta disminuye laresistencia a la compresi6n, debido a que S9 incrementa el nurnero de defectos en la rnuestra.EI diametro de una muestra de roca ensayada a ccmpresion uniaxial, debe ser 10 veces mayorque el tamario maximo del grano mas grande de la muestra de roea, con esto se evita el efectoque produce el tamario de los granos individuales en la resisteneis del conjunto.


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Veloeidad de earga: La resistencia a la eompresi6n de una roea aumenta euando se aumenta lvelocidad de aolicaclon del esfuerzo. Se recomienda que la velocidad de aplieacion de cargasea de 0 .5 a 1 Mpa por segundo, considerando un tiempo de falla entre 5 y 10 minutos.Indice de Carga Puntual: La prueba consiste en la aplicaei6n de una earga por medio de dopuntas diametralmente opuesta a una muestra de roca que puede 0 no tener alguna formageometriea determinada. La ventaja de este tipo prueba es que permite inferir la resisteneia a lcompresi6n uniaxial sin neeesidad de realizar la preparacion que normalmente requiere unaprobeta en el laboratorio. EI equipo empleado es ligero y las pruebas se pueden realizadirectamente en el sitio estudiado, figura 3. Tarnbien permits efectuar una gran cantidad depruebas a bajo eosto donde no se requieren mediciones de deformaci6n y solo se requierenvalores aproximados de la resistencia a la cornpresion.EI Indice se determina como la relacion entre la earga maxima aplieada F al momento de lfalla y el cuadrado de la distancia D entre las puntas. La distancia D reeomendada en la pruebaes de 50 mm, sin embargo como es dificil tener muestras con este "diametro' ' el valor FlOobtenido se eorrige para obtener el equivalente de 50 mm.

Isso = F I D 2EI indice de carga puntuallsso es un valor relativo de la resistencia de la roea y sus unidades notiene significado fisico.La resistencia a la compresion uniaxial de una roea se puede inferir a partir de un gran numerode pruebas de carga puntual empJeando el valor promedio de 1550 en fa siguiente expresi6n:

O 'c= 24 Issoo bien,O 'c= 14 + (0 .175 D) 155

Fig. 3 Equipo para prueba de carga puntual, Ref. 1


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Reslstencia a la tension directa. La prueba consiste en transmitir a la roea un esfuerzo detensi6n axial par medio de easquetes rnetalicos cementados en sus extremos. Los casquetes seconectan al equipo de carga por medio de cables para evitar que la muestra falle por torsion.Esta prueba se usa poco en los laboratorios de pruebas por la dificultad de preparacion de lamuestra, sin embargo puede ser utH para casos particulares de investigaeion.La resisteneia se obtiene por la expreslon;

Donde F es la earga de tension maxima aplicada a la muestra al momenta de la falla y A 2 es elarea de la muestra sabre la que se aplica la carga.

Resistencia a la tension indirecta 0 prueba brasilena. La prueba consiste en someter acompresion diametral a un especlrnen cilindrico de roea produciendo as! esfuerzos de tensi6n yde compresi6n, a pesar de que el esfuerzo de tensi6n indueldo es menor que el de lacompreslon el espeetmen falla a 1 0 largo del eje vertical debido a su menar resistencia a latension.La resistencia a la tension indirecta se abtiene par la expresion:

crt:;: 2 F I D L rt

p

+d

Figura 4 Pruebas de tension directa y brasileria

Donde F es la carga de cornpresion maxima aplicada a la muestra al momento de la falla, D esel dlarnetro de la muestra y L la longitud, figura 4.

Resistencia a la tension bajo flexion. La prueba de flexi6n tam bien permite determinar laresistencia a la tension de la roca, la probeta es apoyada en sus dos extremes como una viga


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simple, y se Ie aplica una carga vertical al centro de la longitud a claro. Cuando los esfuerzosson mas altos que la resistencia a la tension de la roea el especlmen falla.La resistencia de la roca a la tension bajo flexi6n es:

O 't ::; (F L) YoI 2 IDonde: F es la earga maxima aplicada al momenta de la falla, L es la longitud a claro de lmuestra medido entre los puntas de apoyo, Yoes la distaneia del eje neutro de la viga al puntextremo de la seeei6n transversal en el lade de tensi6n e 1 es el momenta de inercia de lseeci6n transversal.1.c Oeformabilidad de la roea intactaPor 1 0 general el m6dulo de deformabilidad de las muestras de roca intacta en laboratorio sabtiene durante la ejecuei6n de los ensayes de compresi6n uniaxial. La muestra se instrumentacon medidores de alta precision de tal manera que se van registrando los desplazamientosocurridos en la muestra a medida que se incrementa el esfuerzo axial de compresion.A partir de los datos registrados se eonstruye la grafica esfuerzo - oeformacien caracteristica dla roca y se determina el modulo de deformabilidad Et50 de la roea intacta, el cual correspondea la pendiente de una linea tangente a la curva esfuerzo - deformacion alSO % de la resistenciade falla, figura 5.EI modulo Etsose determina con la expresi6n:

Et50= O'c50EDonde O'c50es el esfuerzo correspondiente al 50% de la resistencia a la cornpresion de lmuestra y E es la deforrnaclcn unitaria en el mismo punto,

0' u It

(O.5010'ult

oFigura 5 Determinaci6n del modulo Etso

Velocidad s6nica. Por medio de la medici6n de las velocidades sonless V p y V s de la roea spuede obtener el modulo de deformabilidad dinamico mediante la expresi6n:


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Donde V p es la velocidad de la onda primaria 0 de compresi6n, V s es la velocidad de la ondatransversal 0 cortante y p la densidad de la roca.Estas ecuaciones suponen que el medio a traves del cual se propagan las ondas eshomoqeneo, isotropico y etastico.La veJocidad sonica se determina en el laboratorio sometiendo a la muestra a un esfuerzo axiaequivalente a la sobrecarga de peso propio calculada para la profundidad a la que se tome lamuestra y con un eontenido de agua equivalente similar a la roca in situ, esto es seca 0saturada. En los extremos de la muestra se colocan los gOOfon08 emisor y el receptor que emitey reeibe, respectivamente, la serial de un impulso sonlco cuya frecueneia se fija entre 100 kHz y2 MHz, dependiendo de las caracteristicas de la roea. Los geofonos estan eonectados a unosciloseopio el cual permite medir el nernpo que tarda el impulso en atravesar la muestra.EI equipo de rnediclon permite determinar las velocidades compresional y de cortante dematerial, empleando los geofonos adecuados en cada easo.

1.d Clasificaci6n de la roca intactaA la fecha se continua aplicando el criterio de Deere y Miller para la clasificaci6n de la rocaintacta. Las propiedades de la roca que emplea la elasificaci6n son la resistencia a lacompresion uniaxial 0 simple no confinada y el m6dulo de deformabilidad Et5o.Las rocas se pueden clasificar en una de las cinco categorias, con base en su resistencia a lacompreslon uniaxial, indicadas en la Tabla 2.2.12

TABLA 2 CLASIFICACION DE LA ROCA INTACTAf Ref. 2Clase Descripcion de resistencia Resistencia (kg/ern')A Muyalta >2250B Alta 1120 a 2250C Media 560al120D Baja 280 a 560E Muy baja


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TABLA 3 CLASIFICACION CONSIDERANDO EL MODULO RELATIVO (Et5oI crc)Ref. 2Clase DescripcionH ElevadoM MedioL Bajo

Modulo relativo> 500200 a 500


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, 2. Propiedades de los Macizos Rocosos2.a Resistencia al esfuerzo cortante en dlscontinuidadesPrueba de corte directo. La resistencia al esfuerzo cortante de las discontinuidades de unmacizo rocoso es una caracteristica mecanica fundamental que deben conocerse para fines dedlserio de estructuras desplantadas en roca. La resistencia al esfuerzo cortante de la rocaintacta es con mucho superior a la que se desarrolla a 1 0 largo de discontinuidades, losproblemas de deslizamientos y deformabilidad basicamente se presentan en las fracturas y susrellenos.Las caracteristicas de resistencia al esfuerzo cortante de las masas rocosas, particularmente a1 0 largo de las discontinuidades pueden ser investigadas in situ por medic de pruebas de cortedirecto efectuadas en grandes superficies de roea.La resistencia al corte de rocas anisotr6picas se debe determinar a 10largo de varios pianos ydirecciones con el objeto de tener informaci6n completa para el diserio. Las pruebas efectuadassobre una misma discontinuidad del maeizo rocoso se deben realizar a diferentes cargasnormales para tener una estimaci6n de su angulo de friccion interna y de cohesi6n.Las pruebas de corte directo a gran escala se realizan dentra de galerfas donde las paredessirven como puntos de reacci6n de los equipos hlcraullcos.Las muestras que pueden tener tamario variable entre 40 x 40 em hasta 70 x 70 cm sonexcavadas y encapsuladas en concreto para mantenerlas inalteradas. Se deja libre unlcamentela superficie que sera sometida a corte, el concreto permite tener superficies planas para lacorrecta aplicaci6n de las carqas y apoyo de los gatos hldraullcos.

Figura 7 Equipo de prueba de corte directo


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Durante la prueba, el esfuerzo normal permanece constante mientras que el tangencial seincrementa. Los desplazamientos normal y tangencial se registran conforme el esfuerzotangencial se apllca. EI desplazamiento tangencial total que se alcanza en la prueba dependedel tamaiio del bloque, generalmente se limita a un 5 % de la longitud de este, procurando quese haya alcanzado el valor del esfuerzo residual de la superficie.La resistencia maxima al corte esta definida por la ecuacion:

t""0' tg $ m i x + c ...... 1Donde:tes el esfuerzo resistente al corteo es el esfuerzo normal al plano ensayado$ m a x es el angulo de friccion maximoc es la cohesion

Cuando los desplazamientos tangenciales durante la prueba son grandes, se obtiene laresistencia residual del plano, donde la resistencia por cohesion del material ha desaparecidototalmente, entonces la ecuaclon de resistencia adquiere la forma siguiente:

" res"" o tg tP res . . .. . .. . Ec 2Donde:

'tre s es eI esfuerzo resistente al corte residual0' es el esfuerzo normal al plano ensayado4 > m a x es el angulo de fricci6n residual

La influencia mas importante de la presencia de agua en la discontinuidad es la reducciondel esfuerzo cortante debido a la reducclon del esfuerzo normal, entonces la ecuacionadopta la forma:t= (a MU )tg $max + c .......Ec3

Donde:r es el esfuerzo resistente al cortea es el esfuerzo normal al plano ensayadou es la presion del agua en la discontinuidad4 > m a x es el angulo de fricci6n maximoc es la cohesion

Dos aspectos que influyen notablemente la resistencia al corte es la rugosidad de la superficiedel plano y la presencia de relleno. Para considerar el primer termino en la resistencia al corteen la ecuaci6n se incluye el angulo i correspondiente a la inclinaci6n de la rugosidad en lasuperficie de deslizamiento:r = o tan ( 4 ) + i) Ec 4

EI valor de i puede determinarse por procedimiento de campo fotografico 0 bien, por medio detopografia de la superficie de deslizamiento.


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Fig 8 Deslizamiento sabre un plano rugosa can esfuerzo normal bajo. EI valor de i es lapendiente de la estrfa.

- _ -

Fig. 9 Deslizamiento sabre un plano rugosa can esfuerzo normal alto.

En el caso de discontinuidades con relleno de espesor considerable, se supone que lresistencia al corte de la discontinuidad depende de la resistencia del propio material que formel relleno. La determinacion de esta resistencia se puede realizar por media de pruebas de cortdirecto como se describi6 antes 0 bien, sl el material es arcilloso y puede ser recuperado emuestras inalteradas, por medio de pruebas triaxiales en ellaboratorio.Sin embargo, este ultimo procedimiento no es recomendable ya que la resistencia que sobtiene no corresponde a la direcci6n del plano de corte y los valores obtenidos can frecuenciason mayores.En la Tabla 4 se anotan algunos val ores del anqulo de frlccion de materiales de relleno dtallas.


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Tabla 4 ANGULO DE FRICCION INTERNA DE RELLENOS DE FALLA, OBTENIDOS DEPRUEBAS DE CORTE DIRECTO, Ref.5

Material Angulo de friccidnSalvanda de arcilla 10 - 20Ca1cita en zona de falla 20 - 27Lutita can material de falla 14 - 22Brecha dura 22 - 30Roca compacta 40Relleno duro de roca 38

Aunque de una muestra solo se puede determinar una resistencia maxima, es posible obtenervaries valores de resistencia residual a diferentes esfuerzos norm ales usando el mismoespecimen.El nurnero de determinaciones requeridas esta influido por la incidencia de las discontinuidades.Como es raro que un problema de estabilidad este predeterminado por una sola discontinuidado plano de falla se requieren varias determinaciones para asegurar las variaclones en laresistencia de las distintas familias de discontinuidades. A veces, sin embargo, unicarnente esnecesario conoeer el comportamiento de las superficies mas deblles de una familia de fracturasdel macizo rceoso.Las pruebas de resistencia al esfuerzo eortante se pueden realizar aplicando la carga tangencialparalela al plano de falla 0 bien, inclinada respecto al plano de falla.

Prueba de torsi6n. EI metoda de la prueba de corte per torsion, consiste en la aplicacion de untorque a un prisma de roca cilindrico que se ha alslado del resto del macizo rocoso par mediode una broca de diamante. EI nucleo asi preparado se mantiene unido en su base al resto de lamasa. EI nucteo se sujeta al equipo de prueba y se Ie aplica torsi6n. EI anqulo de torsion y lacarga aplicada en la falla se registran. La prueba da informacion de la cohesion, resistenciamaxima al corte y residual de la superficie ensayada.

2.b DeformabilidadLa deformabilidad es uno de los parametres mas importantes que rigen el comportamiento delos macizos roeosos. Se expresa como un m6dulo que correlaciona el esfuerzo aplicado alterreno y la deformaci6n resultante. .Los macizos rocosos en donde el fracturamiento esta presente casi siempre, no se comportanen forma elastica ante la acclon de un esfuerzo. Generalmente, se producen deformaciones norecuperables 0 permanentes, debido a esto el terrnino elasttco no es aplicable para describir sucomportamiento, por 10que se ha optado mejor par el de m6dulo de deformaci6n.Definici6n de Modulo de elasticidad 0 de Young: Es la relacion del esfuerzo y sucorrespondiente detormaclon unitaria de un material abajo de su limite de proporcionalidad.


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.Definlclon de M6dulo de Deformaci6n: Es la relacion del esfuerzo y su correspondientedeformaclon unitaria durante la aplicacicn de una carga sobre un macizo rocoso, incluyendo sucomportamiento elasticc e tnelastico.Ya que los macizos rocosos son medias discontinuos debido a la presencia de falias, fracturas,pianos de estratlflcaclon, cavidades naturales yaros defectos estructurales, es necesariorealizar pruebas in situ que involucren el mayor volumen de roca que sea posible para obtenerdatos representativos del terreno.Las pruebas realizadas en el laboratorio en roca intacta generalmente dan datos quedificilmente pueden ser utitizados para predecir el comportamiento de la masa de roca, por quelos nucleos extraidos durante las exploraciones carecen de los defectos mayores existentes enel terreno.En la ingenieria practica, el modulo de deformabilidad se utiliza para calcular y diseriar lasdeformaciones en tuneles y lumbreras, en loa anallsis de esfuerzos y deformaciones de lascimentaciones de presas rigidas, para el diserio de anclajes en roca y otras aplicaciones.La deformabilidad de la roca in situ se puede determinar usando metodos de tipo estatico ydlnarnico, par 1 0 que se pueden obtener dos tipos de m6dulos: el estatico de deformaci6n E E Yel dinarntco E D .Metodos Estaticos

Pruebas de placa flexible y rigidaPruebas en barrenosPruebas en galerfasPruebas can gato plano.Metodos Dlnarnicos:Refraccion sismica y microsismicaMetodo sismica aplicando tecnicas:Cross-holeDown-holeUp-holeLos rnetodos estaticos producen en el terreno mayor deformaclon que los dlnamicos, debido aque los esfuerzos transmitldos son mayores, esto da como resultado, que los m6dulos dedeformabilidad obtenidos, sean nurnericarnente menores que los obtenidos por rnetodosdinamicos, sin embargo, mediante estos ulttrnos es posible involucrar un volumen de terrenomayor que can los metodos estaticos.Se ha observado que la relaclon entre los modules de deformabilidad obtenidos por rnetodosdinamlcos y estaticos, varia entre 0.85 y 3, de acuerdo can los datos de un buen numero depruebas realizadas en el mundo. Obviamente esta variaclon tan grande obedece no solo a ladiversidad de los macizos rocosos ensayados, sino tam bien al volumen de roca involucrado enla prueba.

ED = (0.85 a 3) E E Ec 4


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La defarmabilidad de los macizos rocosos depende de las caracteristicas de las fallas yfracturas geol6gicas mayores que contienen, de las caracterlsticas de sus rellenos, de suespesor y de su posicion en el espacio respecto a la direcci6n de la carga aplicada. EI efeeto deeseala que se observa en la roca ensayada en el laboratorio se intensifica en la masa rocosaEs importante entonces la eleccicn del tipo de prueba para determinar la deformabilidad deterreno, sabre todo para procurar involucrar el volumen del terreno que de resultadosrepresentativos.Las curvas esfuerzo - deformaci6n que se muestran en la figura 10, obtenidas par medio depruebas de placa son los casas representativos del comportamiento del terrene.

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Figura 1a Curvas esfuerzo - deformaci6nLa fig. 10a representa el cierre progresivo de las fisuras del macizo rocoso al aumentar eesfuerzo, la curva ascendente de carga es c6ncava hacia la izquierda mostrando la reducclonde la deformaci6n en la zona de mayor esfuerzo. La curva descendente de descargageneralmente deja un valor de deformaci6n no recuperable.En la figura 10b la curva representa una roca can arcilla 0 material blando con pocos s6lidoslos cuales se trituran al incrementarse el esfuerzo.La curva en la figura 10c representa un material que contiene arcillas y s61idosque toman cargatemporalmente y posteriormente se trituran.La figura 10d representa el comportamiento de una roca practicamente inalterada 0 can muypocas fisuras, elastica, la deformacion no recuperable es muy pequefia.

Algunos aspectos importantes de las rocas can relaclon a su deformabilidad son los siguientes:a) Cuando los sistemas de fracturamiento contienen arcilla como relleno 0 bien otro tipo dematerial blando, como pueden ser las capas delgadas de lutitas, se observa cierto grado defluencia plasnca a creep. La fluencia plastica representa una respuesta compleja de larelacicn esfuerzo - deformaclon, como un movimiento de la roca dependiente del tiempo


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bajo una carga constante; en otras palabras es un fenorneno rnecanlco en donde ldeformacion se incrementa como una funci6n del tiempo bajo un esfuerzo con stante.

Fluenc/8 prlmarlll

I,.g ........--1~ Fluenclll terc/srlll

E1t.tensl6n tntctetTlempo

Figura 11 Curva general para la fluencia plastics (creep)

En la figura 11 se muestra una curva idealizada deformaci6n - tiempo, de un cuerpo bajo cargaconstante.

Se pueden distinguir cuatro etapas principales de defcrmacion:1) Deformaclon elastica instantanea debido a la carga tnstantanea.2) Fluencia primaria zona 1 can un raptoo incremento de la deformaci6n perodesacelerandose paulatinamente.3) Fluencia secundaria Zona 2 la deformacion es menor pero can una variacionconstante.4) Fluencia terciaria zona 3 acelerandose la deformaci6n hasta lIegar a la falla.

EI flujo plastlco en las rocas se representa a menudo can una curva idealizada como lamostrada antes, sin embargo, su comportamiento real no es muy semejante.En las figuras 12a y b, se muestra la influencia que tiene el incremento de la temperatura y eesfuerzo confinante en las curvas de deformaci6n - tiempo. A t aumentar ambos factores, lavelocidad de deformaclon aumenta.


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A Tlempo T/empoBFigura 12 Influencia de la temperatura y el esfuerzo confinante en ladeformacion plastica de la roca

Hay varias teorias para explicar el flujo plastico en las rocas, se piensa que el flujo puede ocurrirunicamente bajo altos esfuerzo tect6nicos y eiertas condiciones de temperatura 0 posiblementebajo condiciones de carga dinamicas. En niveles bajos de esfuerzo y temperatura, elmecanismo de fluencia primaria pareee estar influido por un deslizamiento a 1 0 largo de lospianos de debilidad preexistentes en Ia roea y por fracturamiento fragil y agrietamiento dentro dematerial. EI microfisuramiento y agrietarniento de ta roca producido por la fluencia puede ocurrirdebido a la susceptibilidad de esta y de otros materiales a fallar por fatiga, cuando estansometidos a cargas ciclicas a bajos niveles de esfuerzos.EI mecanismo de ruptura por fluencia plastica puede comprenderse mejor por medio de lasinvestigaciones realizadas por rrucroslsmtca las cuales indican que existe un periodo demovimiento acelerado que precede a la falla en las rocas in situ. Esto demuestra que hay unaetapa terciaria de flueneia que es de mucho mayor duraci6n que 1 0 que demuestran los estudiosrealizados en laboratorio. Los periodos de perturbacion microslsrnica varian desde unas horaspara el desprendimiento de rocas de algunas toneladas, hasta varias semanas para masasracosas como el pilar de una mina.

b) En pruebas de deformabilidad al aumentar la presi6n de contacto entre un cicio y otro elm6dulo de deformabilidad aumenta indicando la compactaei6n de la roea debido al cierre delas fisuras y trituraci6n de las partlculas s6lidas. Las deformaciones en la curva de descargase recuperan mas en comparaci6n con los anteriores ciclos.

c) Las rocas muy compactas presentan hlsteresls muy baja.

Metodos EstilticosPruebas de Placa. Existen dos tipos de placa que pueden utilizarse para determinar ladeformabilidad de una masa de roea, placa rigid a y placa flexible.


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LA S FA LLA S 'It

Las fa llas son estru ctu ras geol6g icas de gran im portancia ytrascendencia en la ingenieria practica. E stos accidentes tect6nicos pu edenocasionar graves y lam entables problem as a una nacion. Es por e llo, qu e en laingenierfa practica, las fallas pu eden determ inar la exclu si6n de u n emplazam ientopor razones de segu ridad 0 condicionar la v ia lidad de u n proyecto por razonestecnicas y 0 econ6micas.

U na fa lla consiste de u na estru ctu ra geolog ica donde existe rompim ientoy desplazam iento apreciable en las rooas de la corteza terrestre . E stos accidentestect6nicos pu eden ser de diferentes long itu des, pu diendo lIegar a m edir hastacentenas de kil6m etros. O ependiendo de la edad, las fa llas pu eden generarte rremotos a 1 0 la rgo de elias, cau sando dane y d estru cci6 n d e la s e stru ctu ra sconstru idas por la energ ia liberada. E stos fen6m enes pu eden tam bien cam biar laspropiedades geotecnicas del terreno, dism inu yendo la resistencia, m odificar lascondicione s de p ermea bilida d, p one r e n conta cto formacione s lito l6 gica s distinta sy activar en la m ayorfa de los cases la erosi6n diferencial.

S in em bargo. au nqu e no se presentsn todos estos problem as sobretodas las fallas. es de su mo interes para el desarrollo nacional, el b ienestar de lasociedad y fu tu ros asentam iento humanos, canocer los problem as qu e pu dieraocasionar la presencia de u na falla activa con re laci6n a las obras civ iles.

F orm a p arte d e Ie c on fe re nc ia :De Ie Uata Romero R.LA S FA LlA S Y SU INTERPRETA CION DE UNA PORC ION DEL ESTA DO DE C HIA PA SV SEMINA RIO DE FENO MENO S O ESTRUC TIVO S; SUS RIESGO S Y PREVENC IO NES.SA HO P, M EX IC O , D .F . 2 9 -3 1 JU LIO 1 981 .


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Por 1 0 tanto, el ge61 0go aoem ae de identificar en el cam po u na fa lla ,debara precisar las sigu ientes prop iedades. qu e en ocasiones son dificiles 0im posib les momentaneamente dete rm inar. E ntre e stas propiedade s estS n:

1. La orientaci6n2. La distribuci6n3. La long itu d4. La orientaci6n y magnitud del saito neto y de sus

componen tes de despla zam iento5. La clasifi~ci6n6. Laedad7. La disposici6n y re la ci6 n c on otra s e stru ctu ra s8. E I estado mecanico, es deck sl se tratan de fa"as por m ovim ientos

tensionales , comprensionales 0 de c iza lla .9 . P osibJem ente de 1 0 m as im portante para el bienestar de la

colectividad y planeaci6n de asentim ientos hum anos, lade term ina ci6n de la a ctiva 0 in activa de la s fa lla s.

Las fa llas tect6nicas en term inos generales, sa pu eden dividir en fallasactivas 0 fa ll a s in ac tiv as (tabla 19).

E I concepto baslco de Falla A ctiva desde el pu nto de vista geol6gico, esaqu ella de cu ando m enos su edad sea del M ioceno Su perior (F igu ras 11y 12 ) . Noobstante, desde el p unto de vista ing enie ril difie re su sta ncialm ente , considera ndoaqu ella fa lla qu e se ha m ovido en el pasado geol6g ico reciente y qu e pu edem overse en el pr6xim o fu tu ro.

E I concepto "pasado geol6gico reciente", se entiende al H oloceno(ult imos 30,000 anos) y por "pr6ximo fu tu ro" a la vida de la estru ctu ra de unproyecto (periodo de retorno en atios que se elija para el riesgo contra el que sedisena).


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Para grandes presas por ejem plo, se ha considerado al "proxlm o fu tu ro tta la vida operativa del proyec1 o.

En el caso de u na central nu clear, las grandes exigencias qu e requ ierenesta obra desde la localizaci6n del sitio hasta inclu sive la localizaci6n m ism a delos desperdicios de com bu stibles nu cleares, ha hecho qu e par concepto desegu ridad se acepten en diferentes partes del m undo las recom endaciones de la"U .S. N uclear R egu latory C omm ision" y de Is A gencia Intem acional E nergraA t6m ica, qu ienes han propu esto el term ino de Falla Capaz, sem ejante al de FallaActiva, pero presentando u na m ovim iento de deform aci6n tect6nica en los u ltim as50 0,0 00 arios 0 cu alqu ier otra falla en relaci6n estru ctu ral con Is prim ero 0 conmscrosism is idad asociada .

Las fallas activas por 1 0 tanto, sa podran dividir en Fallas Sismicas yFallas Asismicas. Las fallas sism icas en tl~rm inos generales son las qu epresentsn macrosism isida d con despla zam ientos rela tivamente transitorios de lorden de 10 a 100 em /seg. a 1 0 la rgo de varias decenas de segu ndos en intervalosd e de cena s 0 m iles de alios (B ru ne, 1970 ). En las fa IIas asism icas, eldesplazam iento es m ucho m enor, del rango de 0 .10 a 10 em /alios.

A I generarse u n terremoto, en las fallas se produ cen desplazam ientosdiferenciales del terreno, con rotu ras del m ismo, ocasionando saltos, torsi ones einciinaciones su perficiales. E n las fa llas aslsm lcas se pu eden produ cirdeform aciones por "creep" qu e consiste de u n desplazam iento progresivo y muylento a traves de la su perficie de la falla. Este tipo de deform aciones no su ele estaracom pafiada de m acrosism isidad au nqu e, par los param etros de la deform aci6ncomo son ra tempe ratu ra , la s p resiones confinantes, la s presiones de ffu idosintersticia les y la velocidad de deform aci6n, las rocas sabre u na m ism a fallap ueden te ner asociada ta nto macrosism isidad como m icrosism isidad consistie ndopor 1 0 tanto, de u na fa lla con actividad interm edia.


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Las im plicaciones qu e pu eda ocasionar la presencia de u na fa lla activaasta en funcion del tipo de obra y de la le gisla ci6 n y norm es qu e sa apliqu e, siendoposible que un em plazam iento sea exclu ido. En estos casos, es com un que serelocalice sl em plazam iento y se elija otro sitio a u na distancia fu era del control dela fa lla a ctiv a.

S i pa r al contrario, se au toriza e l emplazam iento, 0 10 que a vecesocu rre, se descu bre la presencia de u na falla activa du rante u na etapa avanzadadel proyecto, adernas de realizar el disefio antisism ico, se deberan disefiar deform a especial las estru ctu ras qu e sean afectadas por la faU a activa, de form a qu eresistsn las de form aciones de l terreno de bido al m ovim ie nto vibratorio ydesp lazamien to d ife rencia l.

E I reconocim iento e investigaci6n de fa llas activas sa requ iere deestu dios geol6gicos y sism ol6g lcos m uy precisos y com pletos, adernes de contarcon u na prospeccion e instru mentsci6n com plem entaria. E stos estu dios su elen irp re ce didos de u na e xh au stiva re cop ila olo n y ana lisis de toda la informaci6 nre le va nte , ta nto g eolog ico como sismol6 gico.


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Tabla 19.

CIasif icaci6n deacu erdo con laedad geo l6g icaCIasi f icaCi6n dea cu erd o c on IsmacrosiSmicidad

asociada

Efect05sobreelterreno

Inftuendasobre la

v ia b il id a d de lemplazamiento

Efec;tos sabreel dlse i\o y

s ob re e l c os tot ota l d elproyecto

a ) Gene ra lmen teaH o

b) Generatmentflrnoderado

c) Generalmentebajo

FALLAS Y SUS EFECTOS EN LA INGENIERiA ( se gu n G o nz ale z d e V a lle jo )

FaUasTect6nicasIIFallas - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - f Fallas I F alla sAct ivas Capaces Activas------- II IFallas - - 1 Fallas ~ - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - FallasSismlcas intermedias Asismicas------- I ICarnbios Roturas Modificaci

'Roturas propiedades supertiC iales Modificaci6n propiedadsuperficiales geotecnlcas porlenta y progresiva de del te na noMacrosrsmos r-- de l r- delteneno progreslva propiedades camblo

terrene estMlcasy defonnaci6n geot6alicas p re vis ib le sdinamicas del teneno del terreno elMuro

"~.I J I I----- I II I I IExclusi6n de l Exclusi6n de lempl8zamienl .o emplazanlentoy elecci6n de A u torizaci6n yeleccl6nde A u torizacilin Autorizaciotro s itu ad o a de l otto situado a del de ldistancia emplazam iento distancia m inima emplazam iento emplazamlemfnimade de f al la activaf a ll a s ism ica a s i sm ica

- - - - _ l I I( a) D is a no (8) 0ise11o antisfsmico (a) Disefto eslIUc:turasAnUsismico (8) Diseno de estrcturas a fe c :t adas po r falla (c) Event

afectadas por fallas contra desplazamiento majora decontra roturas del porcreep propiedatenvno (alb) Posible geot6t::niC(alb) PosIbie tratamiento tratamiento, majora del temmmejofa, propiedades propiedades (estM:icgeot6cnicas (est8ticas 'I g eo t6 cn ic as d eldinamlcas) t8l11l1lO (estMicas)


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Tabla 37. Consistencia ( Suelos Finos )

Consistencla Numero de golpes Prueba simpllflcada( SPT*)

muy blanda 2 Facilmente penetrable con el puno(varios centimetros)

blanda 2-4 Facilmente penetrable con el pulgar(varios centimetros)

media 4-8 Penetrado con el can el pulgar canesfuerzomoderado (varios centimetros)

dura 8- 15 Facilmente marcado con el pulgarpero

penetrado s610 con gran esfuerzo

muy dura 15 - 30 Facilmente marcado con la una

durisjma 30 Con dificultad marcado con la una* Se refiere a u na correlaci6n con Ia prueba de penetra ci6 n e sta ndar Ma lc ev . A . In te rp re ta tio n o f S ta nd ar S po onP enetration for T esting, T he E conom ic U se of Soil T estin g in S ite In ve stig atio n, B irm in gh am , 1964.

Fil traciones.

Se refiere al flujo de agua y humedad libre visible endiscontinuidades 0 en el macizo rocoso.


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Alcancesa) Las filtraciones de agua en los macizes rocosos

ocurren principalmente a traves de las discontinuidades("permeabilidad secundaria"). Sin embargo, en el caso de ciertasrocas sedimentarias la "permeabilidad primaria" puede ser tansignificativa como las filtracionesa traves de las discontinuidades.

CONTENIDO DE AGUA Y PERMEABILIDAD DELabla 38RELLENO {Discontinuidades can RellenoGrado Identificacion de CampoM1

M2M3M4M5

M6

EI material de relleno esta fuertemente consolidado y seco, noprobable que se presente un ftujo significativo debido a la bajpermeabilidad.EI material de relleno esta humedo pero no hay agua libre.EI material de relleno esta hurnedo y hay goteas ocasionalesagua.EI material de rellena presente signos de ser lavada, f1ujo contde agua (estimar litras/minutos).Los materiales de relleno son acarreadas localmente, f1ujoconsiderable de agua a traves de grietas (estimar litres/minutosdescribir la presi6n, por ejemplo; baja, media, alta).Los materiales de relleno son acarreados completamente, mupresi6n de agua, especialmente al principia de la exposici6n(estimar litros/minutes y describir la presi6n).

b) EI conocimiento de los niveles de agua subterranea,la trayectoria de las filtraciones y las presianes aproxlrnadas deagua pueden dar un antecedente de estabilidad a dificultad para lacenstrucci6n. La descripci6n de campo del macize roeaso deberapreceder cualquier recomendaci6n de prueba de campo depermeabilidad, de manera Que estos factores deberan sercuidadosamente valorados en una etapa temprana.


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Presentaci6n de los resultados.

a) EI detalle de la presentaci6n dependera de laimportancia de la familia 0 de la discontinuidad individual. Se debeinformar como se indica en la tabla 34, en esta se incluye lageometrfa, tipo de rellenos, resistencia de relleno y elescurrimiento, para el cual se sugiere la valoraci6n de la tabla 38.

Tabla 35. PlasticidadTermino IP Reslstencia Prueba de campo

(LL -LP) en estadosecoNo plastlco 0-3 muy baja Se despedaza

tacilmenteligeramente plasnco 4-5 ligera Se tritura facllrnente con

los dedosmediamente plastlco 15 ~30 media Ditfcil de triturarmuy plastico 30 alta Imposible triturarlo con

los dedos.I P (indica de Plasticidad), representa la variaci6n en humedad que puede tener unsuelo que se conserva en estado plastico, 1:8, (Somers, 1979)


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Tabla 36.1979)

limites de Atterberg (Somers,

Estado Descripci6n Limites

Uquido una pasta; sop a deguisantes a mantequillablanda; un liquido viscose

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - L in n ite Ifq u id0 (Mantequilla blanda a masilla

Plastico dura; se deforma pero no seagrieta

------------------------------------------------------------------------------------I..irnite IJlc(LP)

Queso; se deformapermanentementepero se agrieta

----------------------------------------------------------------------------------l.innite retrac

Sernis6lide

(LR)

S6lidoCaramelo duro; sequiebra al deformarse

Somers ( 1979 )


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esencialmente sl las paredes estan inalteradas 0 sin intemperismo.La dimension principal de una discontinuidad compleja y conrelleno, ya sea una zona de cizallamiento, zonas fragmentadas,superficies de fallas, zonas de falla, diques y contactos Iitol6gicos,tarnbien se estimaran cuando sea posible, can una aproximaci6nde error del 10%.

b) Grados de alteraci6n. Las discontinuidades conrelleno originadas por meteorizaci6n, pueden estar compuestas deroea desintegrada 0 alterada. EI tipo de relieno debe ser anetadode la manera siguiente:

desintegrada. La roca esta meteorizada ala condici6n de un suelo, en la cual, la fabrica(arreglo) original aun esta intacta. La roca esfriable, pero los granos minerales no estanalterados.

alterada. La roca esta meteorizada a lacondici6n de suele, en la que, la fabrlcaoriginal todavia esta intacta, perc algunos atodos los granos minerales estan alterados.

c) Mineralogla.- Es necesario determinar lacomposici6n mineral6gica del relleno. La fracci6n fina as de muchomteres puesto que cornunmente controla a largo plazo el esfuerzocortante, en especial, cuando se tiene la sospecha de arcillasexpansivas.

d) Temeiio de las pemcines EI metodo para describir


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estimaci6n burda de la granulometria se pueden obtenerporcentajes de arcilla, limo, arena y fragmentos de roea. Se puedeelasificar el tamano de tas particulas de aeuerdo a la esealapresentada en la tabla 10. Una investigaei6n detallada puede serapoyada con estudios de laboratorio de rnecanica de suelos paradeterminar:

(%) Fracci6n de areilla (2 micras) % que pasa la malla N, 200 (74 micras) Pruebas indice de Atterberg para determinar

limite Uquido y el limite plastlco: IP = (LL - LP) %, (ver tabla 35, 36 Y 37.

e) Resisteneia del reueno- EI material de relleno, enparticular la fracci6n fina, comunmente debil, puede ser valoradaper medio del manual de pruebas indice, tabulado en el inciso de laresistencia de las paredes; sin embargo, puede ser reemplazadoutilizando un penetr6metro estandar de los utilizados en rnecanicade suelos.

f) Desplazamiento previo.- Se debe tomar cuidado siuna discontinuidad con relleno ha sufrido desplazamiento de corte(superficies pulidas, cizallas, desplazamiento de juntastransversales etc.).

g) Contanido de agua y permeabilidad.- Es neeesariodescribir en conjunto el contenido de agua y la permeabilidad delrelleno, describir el contenido de arcilla como un caso particular (ver


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tarnblen filtraciones),

Alcances.

a) EI relleno puede estar formado por arcilla. limo,arena. brecha 6 milonita. Tambien puede incluir minerales quesellen las discontinuidades, por ejemplo; cuarzo y calcita. Ladistancia perpendicular entre las paredes adyacentes de roeadetermina el "espesor" de la discontinuidad de relleno.

b) Debido ala enorme variedad de ocurrencia, losrellenos de las discontinuidades tienen un amplio rango decomportamiento fisico, en particular influyen en la resistencia alesfuerzo cortante, deformabilidad y permeabilidad.

c) EI amplio range de comportamiento f(sico dependede muchos facto res, de los cuales los mas importantesse atribuyenala mineralogia del material de relleno, el tamaiio de las particulas,la proporci6n de consolidaci6n, el contenido de agua ypermeabilidad. al desplazamiento previa que haya sufrida alarugosidad de las paredes. al espesor del relleno y al mismofracturamiento de la pared.

d) En cada observaci6n se deben incluir lascaracteristicas mencionadas (tabla 34), utilizando en 1 0 posibledescripciones que sean cuantificables, dibujos 0 fotogratras de loscasos mas importantes. Ciertas pruebas indice se recomiendanpara las investigaciones detaUadas de las discontinuidadesmayores que puedan poner en peligro la estabilidad del macizo. Encasas especiales, los resultados de estas descripciones de campopueden dar apoyo ala recomendaci6n de pruebas "in situ" para elcaso de cimentaciones de presa y cortes de taludes de gran altura.


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Tabla 34. Factores en Discontinuidades con Relleno

Geometriaespesorrugosidad de la paredcroquis de campo

Tipo de rellenomineralogiatamano de las particulasgrados de intemperismo

Reslstencia derelleno

parametros indice de sueloshinchamiento potencialpruebas indice (S1 -S6)esfuerzo cortanterelaci6n de consolidaci6ndesplazamiento I sin

desplazamiento

Contenido de agua (valoraci6nV1-V6)

Filtracl6nDatos cuantitativos de

permeabilidad

Procedimiento.

a) Espesor.- Los espesores maximo y minimo dediscontinuidades can relleno deben ser medidor con unaaproximaci6n de error del 10% Y hacer una estimaci6n del espesorcornun a modal. Diferencias marcadas entre los espesores maximo


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d) Desafortunadamente, la observaclen visual de pequeftasaberturas es desconfiable, can las posibles excepciones de las quese efectuan en nucleos de perforacion y excavaclon de tuneles: lasaberturas visibles estan destinadas a ser aberturas aleatorias, seadebido ala voladura 6 debido a efectos de meteorizaci6nsuperficial. La influencia de las aberturas se valora mejor conpruebas de permeabilidad; de manera que, son anotadas desde elpunta de vista de su capacidad para desalojar y conducir agua.

Procedimiento.a) Es conveniente lavar los afloramientos de roca,

principalmente cuando se observan en excavaciones subterraneas,en estas resulta util rociar can pintura blanca pues se facilita laobservaci6n de abertLiras finas; es esencial una buena iluminaci6n.

b) . Las aberturas finas se pueden medir concalibradores de mayor aproximaci6n, mientras que aberturas masgrandes conviene utilizar una regia graduada al milimetro. Lavariaclon de la abertura de una discontinuidad mayor se mide a 1 0largo de la traza de la discontinuidad.

Presentaci6n de los resultados.

a) Para 1apresentaci6n de los resultados se puedeutilizarla descripci6n de los termlnos de la tabla 33.

b) La abertura modal debera ser anotada para cada


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c) Es conveniente fotografiar aquellas aberturasextremadamente amplias ( 10 - 100 em ) 0 cavernosas ( mayor que1m).

Tabla 33 Abertura 0Separacj60 de las djscootinujdades

A be rtu ra 0 esc rip c i 6 nmenorO 1 mm muyestrecha0.1 - 0.25 mm estrecha, cerrada0.25 - 0.5 mm parcial mente abierta0.5 -2.5 mm abierta

10mmmoderadamente ampl la , "entreab lerta"amplia

2.5 -10 mm

1 - 10 em muyampliaextremadamente amplia "abierta"0 - 100 em

mayor 1 m cavernosa

ReJ/eno.

EI relleno es el material que separa las paredes adyacentesde roea de una discontinuidad; usualmente es mas debil que la roeaeneajonante.


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pru ebas de perm eabilidad; de m anera qu e, son apreciadas desdeel pu nta de vista de su capacidad para desalo jar y conducir agua.

Tabla 32 Resistencia en Suelos y RoeaRango aproximado deGrado Descrlpcl6n Identificacl6n del Campo resl.tencia a la compresl6nsimple

51 (su elo) A rcilla m uy bland a Puede penetrarse facilrnente menor 0 .025 - (M pavarios centim etros con el pu na82 A rcilla blanda F acilm ente e l p ulg ar p ene tra 0 .025 - 0 .05varios cen trmetros .83 A rc illa firme E I p ulg ar p enetra varios 0 .05 - .010ce ntim etros, a plica ndo u nesfu e rz o mode rado .54 A rc illa rfg ida E I p u lgar penetra, pero 5610 0 .10 - 0 .25

ca n g ran e sfu erzo.55 A r cilla m u y rlg ida M ellada facilm snte can la u na 0 .25 - 0 .5086 A rcilla du ra Mellada can dificu ltad can la m ayor 0 .50u naRO (roca) E xtrem adam ente Mellado con la u na. 0 .25 -1 .0debilR 1 M u y debil 5e desm orona con los ~olpes 1 .0 - 5.0firm es de m artillo de ge logo,se puede rayar can una

n av aja de b olsilloR2 Debi l P u ede ser rayada con 5.0 - 25dificu ltad can u na navaja debolsilloR3 Moderadamente 5e fractu ra can u n golpe firm e 25 - 50res iste n te de m artillo de ge61090 , no sera ya con nava ja ,R4 Roca resis ten te 5e requ iere mas de un golpe 50 - 100de m artlllo para fractu rar aespeclrnen.R5 Muy resis tente E I especirnen regu iere de 100 - 250mu ctio s J la lP e s d e ma rtlllopara fra u rarse.R6 Extremadamente E I especlm en solo se astilla m ayor 250resistente cu ando se Ie golpea can elm artillo de ge logo.Lo s g ra do s S 1 a 56 re pre se nta n arcilla s, Umo s y su s com bina cio ne s (coh esiv os y g en era lm ente ba ja pe rm eab ilida d):en m uchas ocasiones form an el ralleno de las discontinu idades. La resistencia de las paredes de lasdiscontinu ldades esta representada por los grados de RO a R6. ISRM 1980


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por 1 0 que el tipo de minerales contenidos entre estas, debera serdescrito cuando sea posible.

Proeedimientos.

a) Grado de meteorizaci6n del macizo roeoso. Sesugiere utilizar los mismos termmos para la descripci6n de la rocaintaeta. No obstante que se pueden modifiear para situacionesparticulares (tabla 13).

b) En la tabla 32 se presenta un proeedimiento decampo para determinar de manera aproximada la resistencia a lacompresi6n simple en las paredes de las discontinuidades. Laelecci6n del nurnero de pruebas y su localizaci6n dependera deldetalle que se requiera. Se pueden usar, si estan a disponibilidad,pruebas de carga puntual para determinar la resistencia de lasporciones intactas 0 frescas que se hayan obtenido en unasuperficie potencial de falla.

c) Los resultados se pueden representar anotando elgrado y la descripci6n, junto con el range de la resistencia a lacompresi6n simple que aparece en la tabla 32. Adernas esimportante indicar el porcentaje de los resultados, por ejemplo;familia de juntas Num . 1, la mayoria con resisteneia media (R3, 25 -50 Mpa); aproximadamente 20% resistante (R4, 50 - 100 MPa).

Abertura 0 separaci6n.

Es de vital importancia conocer la abertura de unadiscontinuidad, 0el grado en que se han separado las paredes de simismas. (Piteau, 1970: Bieniawski 1973).


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La abertura es la distancia perpendicular entre las paredesadyacentes de diseontinuidad. Este espacio s610puede estar ocupado poragua 6 aire; es decir, no debe existir relleno entre las paredes de ladiscontinuidad.

Alcances.

a) la abertura debera ser distinguida del espesor derelleno. Las discontinuidades que han tenido relleno, tamblenestan en esta categoria, es decir, si el material de relleno ha sidelavado localmente.

b) Las aberturas grandes pueden resultar deldesplazamiento de las discontinuidades por cizalla y puedenpresentar superficies enduladas y rugosas de fracturas de tension,con lavado del relleno y por disoluci6n.

c) En la mayor parte de las masas de roca debajo de lasuperficies, las aberturas son pequelias y probablemente menoresde medio milimetro, comparadas a las decenas, centenas 0 aunmiles de miUmetros de ancho de algunas de las variedades dediscontinuidades de extensi6n 6 de aquellas en las que el rellenoha side lavado.

d) Desafortunadamente, la observaci6n visual de pequeliasaberturas es desconfiable, con las posibles excepciones de las quese efectuan en nucleos de perforaci6n y excavacion de tuneles: lasaberturas visibles estan destinadas a ser aberturas aleatorias, seadebido a la voladura 6 debido a efeetos de meteorizaci6nsuperficial. La influencia de las aberturas se valera mejor con


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SOCIEDAD MEXICANA DE MECANICA DE ROCAS A.CCURSO MARIANO RUIZ VAZQUEZ

CIMENTACION DE EDIFICACIONES Y PUENTESEN ROCA

Ing. Armando Rabago Martin

23 Y 24 DE SEPTIEMBRE DE 1999


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CIMENTACION DE EDIFICACIONES Y PUENTES EN ROCA

1. INTRODUCCION

Es usual en el media ingenieril que cuando en el sitia donde se va a desplantarestructura se observan afloramientos de roca, los proyectistas estiman que esgarantizadas las condiciones de soporte de la estructura par su alta capacidadcarga y baja deformabilidad y en muchos de los casos no recurran siquiera a realiexploraci6n alguna.

Si bien es cierto que comparados con los dep6sitos de suelo la mayoria de las roreune mejores propiedades de resistencia y deformabilidad, debe tomarse en cueque hay una enorme variaci6n de propiedades en los macizos rocases debido acondiciones estructurales, de composlclen y de alteraci6n local e incluso condicionde frontera donde mas que la capacidad de carga 0 los asentamientos esperadosque rigen son condiciones de inestabilidad que pueden poner en peligro la integridde la estructura.

Cuando la roca es mas iva (roca con fracturas escasas 0 sin elias) y compacta 0buena resistencia al corte, continua y sin grandes variaciones topograficas pueasegurarse un buen compartamiento ante cargas practicamente de cualquier(puntuales, horizontales, verticales, ciclicas, etc) para cualquiera de las magnitudusuales transmitidas incluso por estructuras tan importantes como presas y puententre otras. En cambio cuando el maciza rocoso muestra importantes complejidadestructurales y litologicas, e incluso grados de alteraclen variables debido a


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heterogeneidad litologica yestructural imperante, la masa rocosa puede ser indefinibleen cuanto a sus propiedades de conjunto, pudiendo cambiar radicalmente estas, aunen muy cortas distancias. Establecer estas diferencias, requiere de la planeaclen deuna exploraclen adecuada para cada caso, que permita establecer el modelo geologicodel sitio con detalle y conocer mediante ensayes de laboratorio y campo laspropiedades de las rocas existentes.

EI alcance del programa de exploraclen estara en funcion de las caracteristicas de laestructura que se edificars (geometria. esbeltez, numero de niveles y distribucion delos mismos y area que ocupa, entre otros), de la topografia y de las caracteristicas demacizo rocoso(complejidad y heterogeneidad estructural y litologica). Tambien debetomarse en cuenta la informacion existente del sitio, del cual puede conocerse, comoen el caso de la ciudad de Mexico,la existencia de minas subterraneas abandonadas.

Los macizos rocosos a diferencia de los suelos son masas discretas que no puedencaracterizarse teoricamente como un continuo; en estas masas, las diferenciaspuntuales en cuanto a propiedades mecanlcas y comportamiento pueden ser de variosordenes de magnitud. p.ej. las diferencias existentes en una secuencia de areniscasresistentes intercaladas con lutitas de baja resistencia y deformables, 0 paquetes decalizas estratificadas intercaladas can horizontes arcillosos, 0 masas graniticasfracturadas con diversos grados de alteracion y con estructuras intrusivas alteradas, 0macizos rocosos conformados por rocas metamorficas resistentes pero can laexistencia de fallas rellenas can los propios detritos de falla y materiales residualesproducto de la descomposicion de sus minerales constitutivos.

Los modelos matematicos basados en la teoria de la elasticidad para predecir ecomportamiento de estas masas complejas son.inadecuados y solo utnes cuando lasmasas rocosas son relativamente homogeneas en cuanto a fracturamiento,composici6n 0 aiteraclen. En este sentido, han cobrado auge los metodos de calculo


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, basados en modelos discretos, tales como los metodos de elemento finito, maplicables a medios heterogeneos y con fuertes diferencias en propiedades.

EI usc de explosivos para adecuar la zona de desplante de una estructura, provocaalgunos casos fracturamiento adicional no contemplado en las consideracioniniciales de analisls, introduciendo asi una variable adicional.

2. CASOSTlplCOS DECIMENTACI6NENROCA

Se pueden tipificar en termlnos generales algunos de los casos mas comunes quepresentan en la clmentaclen de estructuras en roea, los cuales se mencionancontlnuacien;

2.1 Casosde incompatibilidad de deformaciones

Las estructuras desplantadas en rocas pueden sufrir dan os significativos cuandomasa rocosa tiene una deformabilidad heterogenea, pudiendo dar lugar a seveasentamientos diferenciales debido a la ocurrencia de una Menor deformabilidaduna zona que involucre una porcion significativa del area de desplante de la estructuPara estos casos, de no poder disminuir la deformabilidad haciimdola compatiblela del resto del terre no mediante algLin tratamiento de mejoramiento de la rocaproyectista debe contemplar esta condiclon para adaptar el diseno de la clmentaclonde la estructura a esta condlclen.

Estos cas os de heterogeneidad de deformaci6n pueden presentarse en sitios donderoea ha sido fuertemente alterada "in situ" dando lugar al desarrollo de sueresiduales que en algunos casos se comportan como suelos bien consolidadexistiendo una zona de transicion hasta lIegar a la roea inalterada. La zona


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tranelclon puede contener materiales hibridos 0 de frontera que no se apegan a ladefinicion de suelos ni de rocas en cuanto a sus propiedades, pudiendo considerarseuna roca muy blanda 0 debil, 0 bien, un suelo duro. Se mezclan aqui en forma irregulabloques de roca con porciones alteradas que se comportan como suelo. Si el espesode esta zona de suelos residuales y de materiales en translclon es grande puedeobligar a cambios significativos en el proyecto que eeonomicamente resulten inviables.

Con relaclen a la heterogeneidad del comportamiento de los materiales constitutivosdel subsuelo, algo similar ocurre en sitios donde se ha regularizado el terreno rocosorelienando depresiones con cascajo 0 materiales sueltos que no fueron compactadosen estos easos deben definirse los espesores de los materiales de alta deformabilidady acotar sus fronteras para conocer en que sitios se puede desplantar sobre lasuperficie y en euales sera necesario bajar cargas hasta la roca.

Existen casos en rocas sedimentarias 0 en capas de materiales tobaceos de distintacomposlclen, donde han quedado horizontes de materiales mas arcillosos a diferentesprofundidades por efecto del corrimiento de una falia, 1 0 que hace que el bulbo deinfluencia de esfuerzos generado por los cimientos involucre parcialmente en una zonaa estos horizontes deformables y en otra zona eercana no los considere.

En rocas volcanicas de origen extrusivo donde existen coladas de basalto y bolsas demateriales escoriaceos como las que' se presentan en la zona sur de la eiudad deMexico, existe incompatibilidad de deformaciones en ambos materiales por 1 0 quetamblen debe contemplarse este aspecto en el diserio de la clmentaclon, evitando laszapatas aisladas colocadas en los dos diferentes tipos de materiales y promoviendo euso de cimientos corridos que permitan puentear las cargas.

En suelos calcareos sometidos a disoluci6n y a colapsos superficiales, puedenesperarse tambien relieves abruptos y cambiantes que dificultan conocer laprofundidad de desplante par estar las depresiones cubiertas de material calcareo


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fragmentado y parcialmente cementado y en algunos cases combinade con sueresiduales. Estos sities requieren costosos trabajos de regularizacion y preparacpara el desplante ,

2.2 Cavidadesen roeas

Las cavidades en roca pueden tener diferentes origenes como podrs verse madelante. Cuando se sospecha que puede existir un problema de cavidades deprocederse a realizar una intensa campana de exploracion para su detecci6n y mapde tal forma de poder canocer el espesor de roca existente entre la superficieterreno y el techo de la cavidad y sus caracteristicas (composlclen y fracturamiento),como las dimensiones de la cavidad y su trayectoria . Esto puede lograrse mediametcdos de exploraci6n directos e indirectos.

En la mayoria de los casos de clmentaclenes superficiales desplantadas en esrocas, la capacidad de carga esta garantizada y su deformabilidad es reducida, poque rige la posibilidad de colapso del terreno par insuficiencia de resistencia al cortelos materiales que conforman el techo de roca, sea por el reducido espesor del mispar las caracteristicas del fracturamiento, por la escasa cementaelon entre particupor la alteraclen de la roca 0 por la baja resistencia intrinseca de los materiaconstitutivos.

En algunos casos, aun sin el cambia de esfuerzos que inducira la nueva estructuraterreno, y debido a la presencia de materiales mal cementados y/o muy fracturadosel techo de la cavidad, se presentan derrumbes pragresivos que van dando lugar amigracion del techo hasta alcanzar la superficie, danda lugar a una especielumbrera que en algunos casas puede tener varios metros de dismetro dependiendel claro de la cavidad.


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2.2.1 Rocassolubles

En este grupo de rocas se encuentran las calizas, yesos y rocas salinas (anhidrita),siendo las mas comunes las calizas. La disoluci6n de los carbonatos se genera a 10largo de fracturas y huecos existentes en los materiales calcareos. Los carbonatosdisueltos son arrastrados por el agua y la trayectoria de las cavidades originadas par ladisoluci6n es completamente erratica, no siguiendo un patron bien definido. En sitiosdonde hay una continua fluctuacion del nivel freatlco la disoluci6n es mas severa en lazona de fluctuacion del nivel del agua.

Algunas de las cavidades se rellenan posteriormente con suelos arrastrados hastaelias y otras por su proximidad a la superficie se colapsan quedando los fragmentos enel sitio formando una brecha calcarea que posteriormente lIega a cementarserellenando parcial 0 totalmente sus vacios con carbonatos. Estas brechas lIegan a sertambilm posteriormente carstificadas por el agua.

Los depositos de yeso y las rocas salinas son menos comunes que las calizas paracasos de cimentaciones en roca. Las rocas salinas adernas de ser las mas solubles,tienen un comportamiento deformacional con el tiempo (creep 0 fluencia plastica) quelas hace muy inconvenientes especialmente para la cimentaci6n de grandesestructuras.

2.2.2 Productos voleanlcce extrusivosEn la zona sur de la eiudad de Mexieo es caracteristico el terreno conformado porlavas, bombas, bloques yescoria, la mayor!a de comaoslclcn basaltica. En este tipo deterrenos es usual encontrar cavidades entre las coladas de lava, algunas de grantamalia y continuidad. Las cavidades pueden estar rellenas de escoria 0 vacias y auublcaclen, tamalia y trayectoria es muyerratica, debido al arigen de estas formaciones.


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, La exploraci6n para la detecclon de cavidades y la definicion del modelo geologiestructural es dificil y por 1 0 general se recurre al uso de rnetodce electricos geofisicy perforaciones de avance (sin recuperaci6n de muestras) en las que se registratiempo efectivo de avance a cada 25 em, eaida de la herramienta, perdlda de acaracterfstieas del detrito de perforaclen (color, ccmpcsiclcn, etc.) y son ida que emel martillo neumat lco durante la perforaci6n, 10 que permite verificsr la presenciacavidades y eltipo de relleno, si este existe,

Si la cavidad se encuentra dentro de la zona de influencia del campo de esfuerzoscimiento, es importante conocer su claro maximo, geometria y espesor de techoroca, aSI como las caracteristicas de resistencia del material que conforma al techoroca, de tal maners de verificar si el cimiento puede apoyarse en la roea del techo decavidad. Si se comprueba que hay riesgo de colapso del techo deben bajarsecargas al piso de la cavidad 0 colapsar de antemano el techo, cementandposteriormente los bJoques mediante inyecci6n.

2.2.3 Zonas minadas

La zona de lomas ubicada al poniente de la eiudad de Mexico esta eonformada par upotente acumulaci6n de materiales piroclasticos que presenta horizontes de materialgranulares poco cementados de composici6n pumicitica, los cuales fueron extraidoscielo abierto y subterraneamente (en este ultimo caso, hasta el ario 1968) cuando aestas zonas se encontraban escasamente pobJadas. La trayectoria, continuidatamario y profundidad de las excavaciones subterraneas es variable, encontrando sitien donde incluso fueron explotadas minas en dos niveles. En algunas de elias el tecde roea esta conformado por materiales piroclasticos bien cementados y en otras noel caso. Algunas de las minas son actualmente inaccesibles y dificiles de detectar.estos casos la combinaci6n de exploraci6n indirecta y directa es necesaria para defila estratigrafia, las condiciones estructurales del macizo rocoso, las caracteristicas


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resistencia de la roca entre el techo de la cavidad y la superficie, el espesor del techode roca y la trayectoria, profundidad y dimensiones de la cavidad.

2.3 Racas expansivas

Algunas rocas de composicicn predominantemente areillosa (Iutitas y pizarras porejemplo) presentan variaeiones volurnemcas en presencia de agua, particularmente sitienen slgun contenido de pirita 0 yesa y son de edad paleozoica, 10 que provocareacciones quimicas importantes que traen como consecuencia un aumento de loscristales de yeso 0 de jarosita, esta ultima resultante de la oxidaei6n de la pirita. Laidentificacion de estas rocas y el conocimiento de su compcslclcn y caracteristicas esfundamental para identifiear este tipo de problemas que inducen importantesdeformaciones locales a las estructuras y los cuales pueden inhibirse 0 evitarseoportunamente.

2.4 Zonasinestables

Cuando la clmentacion de una estructura se realiza en un terreno plano con lncllnaclonmayor de 200, en la ladera de un cerro , en las proximidades de una canada 0 en laladera de la canada misma 0 en terrenos abruptos can diferencias de nivel importantesen donde la roca no se encuentre totalmente confinada lateralmente, puede esperarseque se presenten problemas de inestabilidad por insuficiencia de resistencia al corte 0a la tension del terreno al aplicarle cargas verticales, horizontales y momentosflexionantes.

Algunas estructuras esbeltas inducen importantes solicitaciones de tension al terreno ycortantes producto de los empujes laterales de viento 0 sismo a que esta expuesta laesti"uctura,tal es el caso de torres de transmlslon, antenas de comunlcacton tanques


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, elevados, astss banderas monumentales, chimeneas y columnas de puentes duransu construcclen antes de ligarlas con la superestructura, entre otras, por 1 0 que-recurre al uso de anclajes de tension 0 de friccion, y en algunos casos de pesmuertos para aumentar la resistencia al corte del terreno y contar con elementoresistentes a la tensi6n ligados ala cimentacion.

3. CAPACIDAD DE CARGA YASENTAMIENTOS

La capacidad de carga y asentamientos de cimentaciones en roea estan directamentligados a las propiedades mecanlcas de resistencia y deformabilidad de las masrocosas, las cuales a su vez dependen del numsro y naturaleza (orientaclenespaciamiento, alteracien, apertura, relleno, etc.) de las discontinuidades existentesde la litologia. en la zona de influencia de los esfuerzos transmitidos por la cimentacica la masa rocosa .

Los parametres que tienen mayor influencia en el diseiio de una cirnentacien en ropara evaluaclen de capacidad de carga son la resistencia al corte y la resistenciacompreslon simple y para la evaluaclen de asentamientos el modulo de deformabiliday la relacion de Poisson. Para proyectos de gran importancia estos parametres debeevaluarse mediante pruebas de campo si despues de la exploracion del sitio se juzgadecuado. en funcian de las caracteristicas estructurales y litologicas del macirocoso fundamental mente.

3.1 Capacidad de Carga

En macizos rocosos homogeneos. sanos y masivos, la capacidad de carga permisibpuede considerarse para fines pracncos igual a la resistencia a comprealon simplela roca intacta; sin embargo, debido a que en los macizos rocosos estas condicione


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son escasas y muestran algunos cambios locales en fracturamiento y attsraclonconviene emplear un valor no mayor al 40% de la resistencia a compreslcn simple de lroca intacta, por las diferencias que pueden existir entre la masa rocosa en su conjuntoy la roea intaeta.

Cuando el maeizo rocoso es homogeneo y fisurado con fracturas cerradas y orientadasfavorablemente para la estabilidad y la unlca informacion disponible es el valor lresistencia a compresi6n simple de la roca intacta yel espaciamiento de las fracturas,la capaeidad de carga puede evaluarse con la siguiente expreslen (ref. 1):

q=KRcdonde:q = presion de contacto permisible, en kg/cm2Rc = Resistencia a la eompresi6n simple, en kg/cm2K = coeficiente adimensional --~_..

~Q) 0.40L..gg

0~3

3 + ciSK = 10.../ 1 + 300 Sicc = Espociamiento de losdiscont inuidades0= Espesor de los cis-cont iriuidadesB = Ancho de 1 0 cimentccion

Relocion c/8 Figura 1. Valores del coeficiente K


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Tabla 1. Val ores de Ken funci6n del espaciamiento de discontinuidadesEspaciamiento K>3m 0.401-3 m 0.250.3 -1 m 0.10

Otra forma de tomar en cuenta la influencia del fracturamiento para evaluaclon depresion de contacto admisible en roca competente es mediante la siguiente correlacicon ellndice de C alidad de la Roca (ROD) (refs. 1 ,2 Y 3):

Tata 2. Presiones admisibles para dlferentes valores de RQD

RQD Presion Admisible(%) kg/cm2100 30090 20075 12050 6525 300 10

En ningun caso la presion de contacto maxima admisible debe exceder el esfuerzocarga permisible en el concreto del cimiento. Debe considerarse el valor promedio dROD dentro de una profundidad igual al aneho de la zapata cuando el RODrelativamente untforme dentro de este intervalo, 0 bien, si en la profundidad ubicaentre el desplante y la mitad del ancho de la zapata, el RQD es mas bajo, entoncdebe tomarse este valor mas bajo para determinar la presion admisible.

Otro criterio estimativo de valores nominales de presiones admisibles para zapatasda la tabla 3 (ref. 1) para roeas eompetentes, haclendo las consideraeionenunciadas al pie de la misma.


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Tabla 3. Presiones admisibles para zapatas (ref. 1)

-----~ _._---_-P r e s i o n e s a d m i s 1 b l e s ,

T i p o d e r o c a C o n s i s t e n c i a k g L c m 2e n e l s i t l o V a l o rI n t e r v a l e p r o m e d i on o r m a l r e c o m e n d a d oR o c a s i g n e e s y r n e t a m 6 r f ic a s c r i s Roca s a n a y 6 0 a 1 0 0 80t a l i n a s : g r a n i t o , dter tta, b a s a T compactat o , g n e i s s , c o n g l o m e r a d o c e m e n t ad o s a n o ( s o n a d m i s i b l e s g r i e t a sp e q u e n a s )R o e a s m e t a m 6 r f i c a s f o l i a d a s c o m o R o c a s a n a . m ~ " 3 D a 40 35p 1 z a r r a s y e s q u i s t o s ( s o n a d m i s i d i a n a m e n t eb l e s g r i e t a s p e q u e n a s ) . - c o m p a c t aR o c a s s e d i m e n t a r i a s : l u t i t a s , 1 1 R o c a s a n a , m e 1 5 a 25 2 0m o l i t a s , a r e n i s c a s y c a l i z a s sin d i a n a m e n t e -c a v i d a d e s c o n a l t o g r a d o d e c e - c o m p a c t am e n t a e i o nR o e a s b l a n d a s 0 i n t e m p e r i z a d a s R o c a b l a n d a 8 a 1 2 1 0d e e u a l q u i e r t i p o y l u t i t a s c o m -p a c t a s y s a n a sL u t i t a b l a n d a R o c a b l a n d a 2 a 6 4

La maxima presion transmitida debida a cargas excentrioas que incluyen cargas vivas y de pesoproplo, mas cargas laterales permanentes, no debera rebasar los valores de la tabla 3.

Puede permitirse un exceso de un terclo sabre las presiones admisibles de Ia tabla 3, para cargasvivas transitarias de viento 0 de slsmo

Las zapatas en roea blanda deben desplantarse a una profundidad de 50 em bajo la superficie delterrene,

En rocas blandas, incrementar en un 5% las presiones recomendadas en la tabla 3, par cada metrode profundidad bajo la elevaclon lndicada en el punta anterior

En rocas sanas compactas y medianamente compactas, agregar 30% por cada metro de profundidadadlcionel que se desplante bajo la superficie del terreno

En zapatas que tengan cuando menos una dimension lateral menor de un metro, los valores. de latabla 3 se apltcaran reducidos par un factor igual al ancho menor de la zapata en metros


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, Para macizos roeosos fracturados la capaeidad de carga ultima puede evaluarseforma estimada uttllzando la siguiente expreslon;

donde:quit = Capacidad de carga ultimaN_ = coeficiente adimensionalCo = resistencia a cornpreslon simpleLas tablas 4 y 5 (ref. 3) muestran los valores del eoeficiente adimensional Nms pdiferentes tipos de calldad del macizo roeoso considerando incluso las clasificaciode Barton (NGI), de Bieniawski (RMR) y el RQD, asi como el valor de la resistenciacompreslon simple (Co) para difarentes tipos de rocas. Debe elegirse el valor mas bde Co obtenido entre el desplante y una proft,fdidad maxima de dos vecas al ancho. 0 ; t -la zapata. ~\\ fl

\~.,1' 4 ; ) t -Rock MlISs RMR(I ) NGI(3) ROOt) ) N (4)~Quailly General Dc5cr ip l ion Ralil l l Rating (~) A B C DHw:JJcn l I nta ;t ro ck with joints Ilpal,.'Q.) 100 500 9S100 3 . 8 4 . 3 S . O S.2 6.> 10 fe et a pa rtV e ry g ood T igh tl y i nt er lo ck ing . undis- 85 J O O 90-95 1.4 1.6 1.9 2 .0 2 .

tu rbed rock with roulhunweathered joints spaced 3 tolO f ee l a p ar t.Good Frcab to sligbtly weathered 6S 10 75-90 0.28 0.32 0.38' 0.40 0 .r oc k, aU lb tl), d istu rb ed w ith . .'

joints spaced 3 to 10 f ee t a p ar tFair Rock with sever al sets of mod- 4 4 - 1 60-75 0.049 Q.O~ 0.066 0.069 0.

erately weathered j oin ts s p ac e dI to 3 feellparePoor Ruck with nu ll1CNU . wealho rc d 2 3 0.1 2 ,5 .5 0 0.01' 0.016 0.019 0.020 0.jqlMt apHId 1 to 2 0 lac lM t e , ' ( , , . : ~ ' " i

apart with I OmC I louI"Veey poor R uc k w ith 1UUDCl'0UI hiBhly J 0.01 ' ~~: , . f : . : - .

i D C b c s apart I~~_

Tabla 4. Valor del factor Nm a en funcion del tipo de roca


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"_._---"- --- ..-....... ----_...-. --.---.---.-~~-CP)

Ro c k Type (ksO (psi)Dolostone 7()()...6,500 4 ,S0Q. .45 ,OOOLimestone SOO - 6 ,0 0 0 . 3 ,S 0 04 2. 00 0Carbonalite 800 - 1 .50 0 S ,~ lO ,OOOMarb le 80() . . . S , O O O 5,500-35 ,000Thct i te-Skarn 2 ,70 0- 7,0 00 19 ,00049 .000Argillite 6 00 - 3 .0 00 4 , 200 -21 , 000Claystone 30 - 110 200- 1,200Marlstone 1 ,000- 4 .000 7 ,600-2~ ,OOOPhyllite SOl).. 5 ,000 3 ,~ 3 S,O O O -,Siltstone 20().. 2 ,500 1 ,4 00 -1 7 .0 00Shale(l) I S O - 74 0 1,000--. : .5.100Slate 3,000- 4 ,40 0 21,000. .-30,000Conglomerate 70 0- 4 ,6 00 4 ,SQO.32 .000Sandstone 1 ,40 0- 3,6 00 9.700-25 .000Quartzite 1 ,3 0 0 - 8 ,0 0 0 9 , ( )( )( )" S S , 0 0 0Andesite 2 , 1( )( )" 3 ,SOO 14 . 000 -26 , 000Diabase 450-12 ,000 3.100-13.000Amphibol i te 2.S()(). 5 ,800 17.(I()() . .4() ,OOOGabbro 2 ,6 0(). 6 ,5 00 18,000-45 ,000Gneiss . s o o . 6,500 3 ,50045 ,000Granite J O O . - 7,000 2 ,10049 .000Quartzdiorile 2()().. 2 . 10 0 1,400-14 ,000QuartzmolUOllite 2 ,7 00 - 3 ,3 00 19 ,000 -23 ,000Schilt 2()(). 3 ,000 1 ,400- 21 ,000S y c W . t c 3 , I f O O . . 9 , 0 0 0 26 ,~2 ,OOO

RodCategory General Desc r ip tionA C ar bonate r oc ks with wCIl-d ev elo p ed c r ys ta l c lea va ge

B L i tb if lC d a rg illa c eo us r oc k

C A r en ac eo us r oc ks w ith str on gc ry stals a nd poor cleavage

o Finc-irainc:d iancousc ry stallin e r oc kCoarse-grained ig n coU5 a ndmetamo rph ic c r y sta llin e r oc kE

Tabla 5. Valores de resistencia a com presion simple para diversos tipos de mea

La expresion semiempirica de Terzaghi, basada en las consideraciones del criteriofalla de Mohr-Coulomb, es tambien utilizada en la literatura para diferentes potencialemodos de falla del macizo rocoso, de acuerdo con las caracteristicas del fracturamientexistente. La tabla 6 (figura 6.1 de la referencia 5), la cual se anexa, muestra ldiferentes tipcs de falla para los cuales son apJicables las siguientes expresiones:

TClb)a- b.lIustracl6n Modo de Falla Ecuacl6n6_1b y 6_1d Falla general par cortante qult=cNc+0.5' BN. +yONq6.1fy6.1 i Falla general por cortante ql1F 0.5 + BN + +yDNqsin cohesion6.1a Falla local por cortante qult=cNc+O.5 + BN +

6.1c Falla por compresion quit = 2c tan ( 45++12)q1.lt= capacidad de carga ultima + = angulo de friccion intemac = cohesion N c, N o . Nq = factores de capacidad de carga de terzag.Las tablas del anexo I. tomadas de la referencia 1, dan valores de la cohesion, angu


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Las tab las del anexo I, tomadas de la referencia 1, dan valores de la cohesi6n, angde frlcclon y resistencia a compreslen simple para diferentes tipos de rocas

Rock MessCondll!onl

~ [ I

Fallu,.

NIA

88

t - In o.rt MNt' '.IIL11. wUh. . _ . o . . _ . . , Inov '011..... ",,_ ''''Gugh~ IOO~ Tw o 01 l I I 0 I ' ' CIoulW~-.-~.-.

Joint JointDip Spacing Illustration Mod.ee.rlngCapaclty

Equation No.

88

Ilrlnl. 11001< :L-oIaJ ah"f f-.lhJ". cauaecl byI O Q I I U , 1 O d brlttl. " 11 . . . .E'I e.

lbl

Eq . 8.1

1:1u.I" "~

(el

8"11orS>B Wtoil",. wedg.GM deY"op""0 JOIlII.

I ",t-L-./~

O uo l,,. " ".1


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3.2 Asentamientos

Los asentamientos en el macizo rocoso son debidos fundamentalmente al cierre de ladiscontinuidades existentes que a la deformabilidad de la matriz de roca intacta.

La deformacion en el macizo rocoso bajo la influencia de la carga transmitida porclmentacien puede estimarse empleando la soluclen elastica con las siguienteexpresiones (ref. 3)

p = qa (1- v2) r l, I E m siendo Ip. (x)tl2 IJ Jz para zapatas de secclon circularp = qo (1 - v2 ) B l, I Em siendo I. (UB) t1 2 / JJz para zapatas de secclon rectangular

donde:

p = asentamiento elasticoqo = esfuerzo vertical aplicado .v = relacien de poissonIp = coeficiente de inftuencia

Em = m6dulo elastico de la masa rocosaL = longitud de la zapataB = ancho de la zapatap z = factor adimensional

UB p z *circular 1.131 1.082 1.103 1.155 1.2410 1.41,...zapatas ngldas


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, Los valores de la relaclon de Poisson para diferentes tipos de rocas se indican entabla 7 y los valores del modulo elastlco del macizo rocoso deberan determinamediante pruebas de campo {figura 2}.

N o. of P oisso n's R a tio, "N o. of R oc k StandardRoc k T y p e Values Ty p e s Maximum M inimum Mean OeviatiooGranite 22 22 0.39 0.09 0.20 0.08Gabbro 3 3 0.20 0.16 0.18 0.02Diabase 6 6 0.38 0.20 0.29 0.06Basal t 11 11 0.32 0.16 0.23 0.05QuarUi t c 6 6 0.22 0.08 0.14 0.05Marb le 5 5 0.40 0.17 0.28 0.08Gneiss 11 1 1 0.40 0.09 0.22 0.09Schis t 12 1 1 0.31 0.02 0.12 0.08Sandstone 12 9 0.46 0.08 0.20 0.11Siltstone 3 3 0.23 0.09 0.18 0.06Shale 3 3 ~A g . O J Q , Q 9 O A 0 6Limestone 19 19 : "_ O . ~ ~ O . l l 0.23 0.06Dolostone s 5 0,35 0,14 0,29 0,08

---_--_-~~~-.~--~--------~- -~----. ___ c _~~ ____ .L________ _-~~----. .------~~

Tabla 7. Valores de la relaci6n de Poisson para diferentes tipos de roes

ArmoduraPresion oplicodo, en k9/cm2

10 20 30 40 50---,---,--,--ECo l 0.1

Anclas

r: :c o- o.zo'Eco'e o.se'E: 0.4~

Figura 2. Prueba de placa en campo para evaluaci6n del mOdulo de deformabiUdad


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. Estudios experimentales han mostrado que las soluciones elastlcas no son apropiadaspara determinar la distribucion de esfuerzos y deformaciones en un media discontinuo,en el que los parametres de mayor influencia sabre la distribucion de esfuerzos son ladlreccton de las familias de fracturamiento, la calidad, forma y arreglo de los bloquesque integran el mscizo, la configuracion y alteracion de las superficies de los bloques,la resistencia al corte de las juntas, la deformabilidad y resistencia de los bloques, larslacicn entre la deformacicn de la estructura apoyada y Is roca de clmentaclon y enumero de bloques en contacto con la estructura.

La distrlbucion de esfuerzos en un medio integrado per un arreglo de bloques variasegun la ortentacien de los estratos como puede verse en las figuras 3 y 4 .

. '--~---"-~--"-----

F igu ra 3. D istribu cl6n de estu erzos para ecnaoos de 45 y 6()0


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Alternativamente, el valor del modulo elastico del macizo rocoso puede ser estimadomultiplicando el modulo elastlco de la roca intacta ensayada en laboratorio,por ufactor de reducelen (aE) que toma en cuenta la frecuencia de discontinuidadesrepresentada par el RQ0 usando la siguiente relaclon:

aE = 0.0231 (RQD) - 1.32 > 0.15La tabla 8, incluye valores de E o para diferentes tipos de roca .

Para analisis preliminares 0 para el diserio final, cuando no se cuente con resultadosde pruebas de campo, podra utilizarse un valor de 0.15 para el factor


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-~ -..---.- .---~-.~.-- ~ -.--- - .. - _ .-_-~-.- ..-. -.. -e=OII I 1\ III III J III I\ I I . 1 T 1 - ' 1 j\l 1 \ I 1I III 'II 1 \ \ 1 I

I I J , \ 1 TI '-..;./ \\\ )


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La concentraclon de esfuerzos que se genera en los bloques localizados al centroarea cargada puede alcanzar un valor de 2.5 a 4 veces el de la presion aplicada, econcentraclen es maxima cuando la carga es perpendicular a la estratflcacion y cdesaparece cuando la carga tiene el sentido de los estratos. Existe tarnbien una ampzona de esfuerzos de tension que se genera en la porclen media, debido aseparaclon y rotacion de los bloques durante el proceso de deformacl


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REFERENCIAS

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6. Goodman Richard E. U Introduction to Rock Mechanics'" Chapter 9. Applicationsof RockMechanics to Foundation Engineering. John Wiley and Sons. USA 1980.


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ANEXOI

TABLAS DE VALORES DE PARAMETROS DE REslSTENCIA AL CORTE EN JUNTLlMPIAs, EN JUNTAS RELLENAS Y EN ROCA INTACTA


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D e s c r i p c i 6 n d e l a d i s c o n t i n u i d a d ( k g / c m 2) t a n - 1 (T/O ) R e f e r e n c i anC a l i z a : s u p e r f i c i e d e e s t r a t i f i - 6.8/1. 57 7 7 G o o d m a n ( r e f 2 )c a c i o n l i g e r a m e n t e a s p e r a 6 . 5 5 / 2 . 0 9 7 3 1 6 . 8 / 6 . 0 7 1 C a l i z a : s u p e r f i c i e d e e s t r a t i f i - 6 . 8 / 3 . 0 5 6 6 G o o d m a n ( r e f 2 )c a c i d n a s p e r a 2 0 . 7 / 6 . 8 72L u t i t a : p a q u e t e s d e c a p a s d e l g a - 0 . 6 0 / 0 . 2 1 7 1 G o o d m a n ( r e f 2 )d a s i n t e r c a l a d o s e n e s t r a t o s d e 0 . 5 7 / 0 . 2 1 7 0 c a l i z aC u a r c i t a , g n e i

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