Form1Parcv3

UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGIA CARRERA DE INGENIERIA CIVIL

FORMULARIO 1º PARCIAL

“MECANICA DE SUELOS APLICADA” CIV-315 II/2014

Univ. Ariel Valda Ayala

UMSS-FCYT –GTUMSS: MECANICA DE SUELOS APLICADA (CIV-315)

VALORES TIPICOS DE PESO ESPECIFICO DE ROCAS TIPO DE ROCA

Peso Especifico [KN/m³]

Ígneas Intrusivas Granito Diorita Gabro

26 – 27 27 – 28.5 30 – 31

Ígneas Extrusivas Riolita Andesita Basalto Toba

24 – 26 22 – 23.5 27 – 29 19 – 23

Metamórficas Gneís Mármol Esquisto Cuarcita Pizarra

27 – 30 26 – 28 25 – 28 26 – 27 25 – 27

Sedimentarias Lutita Arenisca Dolomitas Caliza Yeso

22 – 26 23 – 26 25 – 26 23 – 26 23

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UMSS-FCYT –GTUMSS: MECANICA DE SUELOS APLICADA (CIV-315) PROSPECCION GEOFISICA SISMICA DE REFRACCION Caso: 3 estratos

Las Velocidades son las inversas de las pendientes y los tiempos T1 y T2 son las intersecciones con las ordenadas. Regresión Lineal:

t  A  BX

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UMSS-FCYT –GTUMSS: MECANICA DE SUELOS APLICADA (CIV-315) Donde: A = Tiempo (t) B = Pendiente (1/V)

t T

Sen i1.2 

e1 

V1 V2

T1 V1 2 Cosi1,2

1 X V

1 1 X  #X  V  V # V Sen i2,3  2 V3

e2 

Sen i1,3 

V1 V3

e V Cosi1,3 T 2 V2  1 2 2 C os i 2,3 V1 Cos i 2,3

Z 

T V1V2 V22  V12

Relación velocidad de propagación- tipo de terreno Terreno

Velocidad [ Km/s ]

Aire Agua dulce Limos Capa superficial no consolidada Aluviones secos Aluviones húmedos Arcillas Tobas volcánicas Margas, Creta Arenisca Lavas Calizas y Dolomias Esquistos, Micaesquistos Gneis, cuarcita Granitos

0.33 1.45 0.2 – 0.6 0.2 – 0.6 0.6 – 1.2 1.6 – 2.4 1.8 – 2.2 1.8 – 2.5 2–3 2 – 3.5 2.5 – 4 3–5 3 – 4.5 3.5 – 5 4–6

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UMSS-FCYT –GTUMSS: MECANICA DE SUELOS APLICADA (CIV-315) CLASIFICACION GEOTECNICA DEL MACIZO ROCOSO D. DEERE: Índice de Calidad de la Roca: RQD

RQD 

 trozos 10cm  Longitudde x100 LongitudTotal

Calidad le la Roca en función al Índice

RQD %

Calidad

8 Mpa

4 - 8 MPa

2 - 4 MPa

1 - 2 MPa

> 200 MPa

100 - 200 MPa

50 - 100 MPa

25 - 50 Mpa

15

12

7

4

90% 100%

75% 90%

50% 75%

25% - 50%

< 25%

20

17 0,6 - 2m

8 60 - 200 mm

3

> 2m

13 200 - 600 mm

Valuación

20

15

10

8

5

Condiciones de Discontinuidades (Ver Cuadro E)

Superficies muy Rugosas, sin continuidad sin separación, paredes de roca dura

Superficies algo Rugosas, separación < 1mm paredes de roca dura

Superficies algo rugosas separación < 1mm paredes de roca suave

Superficies Pulidas ó relleno < 5mm Esp o Fisuras abiertas 1 5mm fisuras continuas

Relleno Blando < 5 mm ó Fisuras abiertas < 5 mm Fisuras Continuas

Valuación

30

25

20

10

0

Nada

< 10 litros/min

10 - 25 litros/min

25 - 125 litros/min

> 125 litros/min

0

< 0,1

0,1 - 0,2

0,2 -0,5

> 0,5

Humedad en Ambiente

Húmedo (Agua de Intersticios )

Goteo de Agua

Serios Problemas de Agua

10

7

4

0

Resistenci a de la Roca Inalterada Resistencia a Compresión Uniaxial

Valuación Designación de la Calidad de la Roca, RQD Valuación Espaciamiento de Discontinuidades

Caudal de Infiltración en 10 m de túnel Relación Agua presión de Subterrán agua/esfuerz ea o principal

Condiciones Completame nte Seco Generales Valuación

15

B. Ajuste de la valoración general por Orientación de discontinuidades Muy Orientación de Rumbo y Favorable Regular

Desfavorab

10 - 25 3 - 10 Mpa Mpa 2

1

1-3 MPa 0

< 60 mm

Muy

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UMSS-FCYT –GTUMSS: MECANICA DE SUELOS APLICADA (CIV-315) buzamiento de las discontinuidades Valuación

Favorable

le

Desfavorable -12

Túneles Cimentacio nes

0

-2

-5

-10

0

-2

-7

-15

Taludes

0

-5

-25

-50

C. Clasificación del Macizo Rocoso Según el Total de Valuación 100 Valuación 81 80 - 61 60 - 41 Clasificación Nº I II III MR MR MR Descripción Muy Bueno Bueno Regular D. Significado de la Clasificación del Macizo Rocoso Clasificación Nº I II Tiempo Medio de 20 Años 1 año para luz de 10 para luz Autom de 15 m sostenimiento > 400 Cohesión 300 - 400 KPa KPa Angulo de Fricción

> 45°

35° - 45°

-25 -60

40 -21 IV MR

< 20 V MR

Malo

Muy Malo

III

IV

V

1 semana para luz de 5 m

10 horas para luz de 2.5 m

30 min. Para luz de 1m

200 - 300 KPa 25° - 35°

E. Guía Para valoración de las condiciones de las Discontinuidades Longitud de la 20 m 0 > 5 mm 0

Rugosidad

Muy Rugoso

Rugoso

Ligeramente Rugoso

Liso

Huellas de movimiento

Valuación

6

5

3

1

0

Relleno (gouge)

Ninguno

Valuación

Duro

Duro

Blando

Blando

6

< 5 mm 4

> 5 mm 2

< 5 mm 2

> 5 mm 0

Intemperísmo

Fresco

Ligeramente

Valuación

6

5

Moderadamen Altament Descompues te e to

3

1

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0

UMSS-FCYT –GTUMSS: MECANICA DE SUELOS APLICADA (CIV-315) F. Efecto de la dirección y el Buzamiento de las discontinuidades para Túneles Dirección o Rumbo Perpendicular aleje del Túnel Excavación Coincide con Buzamiento 45° - 90°

Excavación Coincide con

Buzamiento

Buzamiento

Buzamiento 20° - 45°

45° - 90° Muy Favorable

20° - 45°

Muy Favorable

Favorable

Excavación contra el Buzamiento 45° - 90° Regular

Dirección o Rumbo Paralelo al Eje del Túnel

Excavación contra el

Regular

Buzamiento de 0° - 20° Independiente del Rumbo

Buzamiento 20° - 45° Desfavorable

Regular

VALORACION DE LOS INDICES SEGÚN BARTON (SISTEMA Q) DESCRIPCION

Índice de calidad de la 1 Roca

VALOR

RQD

Muy A Mala B Mala

0 - 25 25 - 50

C Regular D Buena Excelent E e

50 - 75 75 - 90 90 100

Numero de Sistemas de 2 Discontinuidad Masivo, sin o con poca A DIscontinuidades

NOTAS

i.

Cuando RQD es menor a 10, adoptar un valor nominal de 10 para evaluar Q

ii. Estimar RQD usando un intervalo de 5 es suficientemente preciso iii. Cuando no se tiene testigos usar: RQD=115-3,3Jv. Donde Jv es el número de discontinuidades por metro cubico

Jn

0.5 1.0

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UMSS-FCYT –GTUMSS: MECANICA DE SUELOS APLICADA (CIV-315) Un Sistema de B discontinuidad Un sistema de discontinuidad más uno C aleatorio Dos sistemas de D discontinuidades Dos sistemas de discontinuidad más uno E aleatorio Tres Sistemas de F Discontinuidades Tres Sistemas de Discontinuidades más uno G aleatorio Cuatro o más sistemas de H discontinuidades Roca I Triturada

3 a b

Numero de Rugosidades de las Discontinuidades

2

4 6 9 12 15 20

Jr i.

3 2

G c H I

1,5 Rugosas o Irregulares, pero planas Lisas y Planas Espejo de falla Plana Sin contacto entre paredes después de un cizallamiento de 10 cm. Zona que contiene materiales arcillosos de espesor suficiente para impedir el contacto entre las paredes Zona arenosa de grava o roca triturada de espesor suficiente para impedir el contacto entre las paredes

Añadir 1 si el espaciamiento promedio del sistema principal es mayor que 3m

4

Espejo de falla o superficie de fricción, ondulada

F

Para portales usar ii. (2xJn)

Contacto directo entre paredes antes de 10cm de desplazamiento

D

Para cruces entre túneles, usar (3xJn)

3

Contacto directo entre paredes

Intermitent A e Rugosas o Irregulares, B onduladas Suavemente C Ondulada

E

i.

ii.

Usar J r= 0.5 para discontinuidades planas y espejos de falla con alineamientos paralelos a la dirección de resistencia mínima

1,5 1 0,5

1 1

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UMSS-FCYT –GTUMSS: MECANICA DE SUELOS APLICADA (CIV-315) Numero de Alteración de las 4 discontinuidades a A B C

D E

b

F G H J

c K L M

Contacto directo entre las paredes Relleno consolidado, duro, impermeable Paredes inalteradas, solo con manchas de superficie paredes ligeramente alteradas con recubrimientos de minerales resistentes, partículas arenosas, roca triturada sin arcilla Recubrimientos limosos o areno-arcillosos, pequeñas partículas de arcilla resistentes Recubrimientos débiles o arcillas de baja fricción como kaolinita o mica. También clorita, talco, yeso y grafito, etc. Y pequeñas cantidades de arcillas expansivas (recubrimientos sin discontinuidad de 1 2mm de espesor o menos) Contacto directo entre las paredes antes de 10cm de desplazamiento Partículas arenosas, roca desintegrada sin arcilla, etc Rellenos de minerales arcillosos muy consolidados y débiles (continuos < 5mm de espesor) Rellenos de minerales arcillosos de consolidación media o baja (continuos < 5mm de espesor) Rellenos de arcillas expansivas, Montmorillonita (< 5mm de espesor). El valor de Jr depende del porcentaje de partículas expansivas y presencia de agua. Sin contacto entre las paredes después del corte Zonas o capas de Roca y arcilla desintegrada o triturada (véase G para condiciones de arcilla) Zonas o capas de arcilla arenosa, fracción de arcilla (no blanda, ver H para arcilla) Zonas o capas continuas de arcilla gruesa (ver J para condiciones de arcilla)

N

Zonas o capas de arcilla limosa o arenosa, pequeñas fracciones de arcilla resistente Zonas potentes continuas o O capas de arcilla P

&R (ver G,H y J Para condiciones de arcilla)

Ja

Фr

(aproximado)

0,75 1

25° - 35°

2

25° - 30°

3

20° - 25°

8° -16° 4

4

25° - 30°

6

16° - 24°

8

12° - 16°

8 - 12

6° - 12°

0,6

8 8 - 12

6° - 24°

5 10.0 13 6.0 - 24

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Factores de reducción por agua en 5 discontinuidades

Jw

A

Excavación seca o poca infiltración, menos de 5 lts/min localmente

1

B

Infiltración o presión mediana, con lavado ocasional de los rellenos

0,66

C

Infiltración o presión alta en roca competente con juntas sin relleno Infiltración a presión alta, lavado importante de los rellenos Infiltración o presión excepcionalmente altas durante la voladura, disminuyendo con el tiempo Infiltración o presión excepcionalmente altas en todo momento

0,5

D E F

6

Factor de Reducción de esfuerzos

Zonas de debilidad que corta la excavación y que pueden ser la causa de que el macizo se desestabilice cuando se construye el túnel Múltiples zonas de debilidad que contengan A arcilla o roca químicamente desintegrada, roca circundante muy suelta (cualquier profundidad) B Zonas d debilidad aislada que contengan arcilla o roca químicamente desintegrada (profundidad de excavación > 50 m) C Zonas de debilidad aislada que contengan arcilla o roca químicamente desintegrada (profundidad de excavacion > 50m) Múltiples zonas de fracturas en roca D competente (sin arcilla), roca circundante suelta (cualquier profundidad) Zonas de fracturas aisladas en roca E competente (sin arcilla), (Profundidad de excavación < 50m) Zonas de fracturas aisladas en roca F competente (sin arcilla), (Profundidad de excavación >

Presion aprox. Del agua (Kgf/cm³) < 1.0 1.5 - 2.5 2.5 - 10.0

0,33

2.5 - 10.0

0.2 0.1

> 10.0

0.1 0.05

> 10.0

SRF

a

10

Reduzcanse estos valores SRF de 25 a 50 % , si las zonas de fractura solo intersectan pero no cruzan la excavación

5

2,5 7,5

5 2,5

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UMSS-FCYT –GTUMSS: MECANICA DE SUELOS APLICADA (CIV-315) 50m) G

Fisuras abiertas sueltas, figuración intensa (cualquier profundidad)

5

6. Roca competente Problemas d esfuerzos b

H J K

L M c

N

Cerca de la superficie

σc/σ1

σt/σ1

> 200

> 13

2,5

13 - 0.6

1

10 - 5.0

0.66 - 0.33

0.5 - 2

5 - 2.5

0.33 - 0.16

5.0 - 10

< 1.6

10.0 20

Esfuerzo mediano 200 -10 Esfuerzo grande, estructura muy cerrada generalmente favorable Estallido moderado Estallido intenso

< 2.5

Roca descompuesta con comportamiento plástico bajo de influencia de presiones altas de la roca

Presiones Moderadas

O Presiones Altas d Roca expansiva, acción química expansiva dependiendo de la presencia de agua Presiones expansivas P moderadas Presiones R expansivas altas

ii.

para un campo virgen de esfuerzos plenamente anisotrópico (si se mide): Cuando 5≤σ1/σ3≤10 redúzcase σc a o.8σc y σt a 0.8σt. Cuando σ1/σ3 > 10 redúzcase σc y σt a 0.6σc y 0.6σt donde σc=resistencia a la compresión simple, σt=resistencia a la tracción σ1 y σ3 son los esfuerzos principales, mayor y menor

5.0 - 10 10.0 20

5.0 - 10 10.0 20

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UMSS-FCYT –GTUMSS: MECANICA DE SUELOS APLICADA (CIV-315) Fuente: E. Hoek. Rock Engineering, Course Notes, 1999

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RESISTENCIA A LA COMPRESION SIMPLE a) Ensayo en laboratorio (norma ASTM D 2938) b) Ensayo de carga de punta (norma ASTM D 5731)

P D2

Is  Índice de Carga de punta

Si : D≠50→

Is50  K M·Is

Diámetro equivalente:

De 

 D KM     50

0.45

Lmin=1,5·D

4 D W 

c  K  Is50 Valores típicos Para K Tipo de Roca Resistencia Ígnea, compacta Metamórfica Foliada Metamórfica Foliada Calcárea bien Cementada Sedimentaria bien Cementada Sedimentaria mal Cementada

K

Media - Alta Media - Alta Baja Media - Alta Baja Baja

20 - 25 16 - 22 12 – 16 18 – 24 10 – 15 6 - 10

Ensayo Triaxial. Determinación de parámetros geotécnicos



X *  Y    XY  

2ci   Y   n

Compresión simple:





n   X 2 n X     2  X  n 

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

mi 

1

ci

   

Constante petrográfica:

X *  Y  n  2    X  X 2  n 

 XY   

Coeficiente de correlación:

  

r2  

  

X

2

2

X * Y  XY   



n

X       2

n    



Y      2

Y

2

n  

CRITERIO DE HOEK & BROWN GENERALIZADO

3 '  a 1 '  3 ' ci  mb  s ci   

Parámetro petrográfico del macizo rocoso mb

 GSI  100   28  14·D

mb  mi exp 

Parámetro del grado de fracturamiento del macizo rocoso s

 GSI  100   9  3D 

s  exp 

1 1  a   e 2 6 

Factor de Perturbación por voladura D:

GSI 15



e

20 3

 

D = 0 no hay perturbación D = 1 muy perturbado

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UMSS-FCYT –GTUMSS: MECANICA DE SUELOS APLICADA (CIV-315) MODULO DE DEFORMACION DEL MACIZO ROCOSO Nº 1 2 3

ECUACIÓN

Emr =2 RMR−100 Emr =10((RMR−10)/40) Q σ ci Emr =10Q 1/3 , σ en MPa C donde Q c = 100 ci σ ci ( GSI40−10 ) D Emr (GPa )= 1− ×10 , σ ci ≤ 100 MPa 2 100

)√

(

4

(

Emr (GPa )= 1−

D 2

)

GSI −10 ( ) x 10 40 , σ

ci

Emr =100000

6 7

Emr =Ei e

RMR−100 36

Serafim y Pereira Barton

Hoek et al.

>100 MPa

Emr =7 ( ±3 ) √ Q' , Q' =10( ( RMR−44 ) /21)

5

AUTOR Bieniawski

( 1+ e 1−D/2 ) ( ( 75+25 D −GSI ) / 11)

, Ei = modulo roca intacta

Diederichs and Kaiser Hoek y Diederichs Galera et al, 2005

COEFICIENTE DE POISSON DEL MACIZO ROCOSO υ=0,3248−0,0015 RMR

(Hoek et al, 2005)

LINEARIZACION DEL CRITERIO DE ROTURA DE HOEK & BROWN MOHR – COULOMB

 '1  cm  k '3 Angulo de Fricción

Sen 

k1 k1

Cohesión

C

cm  1 Sen 2 Cos  Univ. Ariel Valda Ayala

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UMSS-FCYT –GTUMSS: MECANICA DE SUELOS APLICADA (CIV-315) RESISTENCIA A CORTE DE LAS DISCONTINUIDADES CRITERIO DE BARTON & CHOUBEY Ecuación Básica



p  n tan  

r r ( b  20)  20  R

  J CS    r   n 

J RC log

logJ CS  0.00088  roca·r 1.01

Factores de escala

 L J RC n  J RC o  n  L o

0.02J RC

o

 L J CS n  J CS o  n  Lo 

p  n tan  

Resistencia a escala real

0.03J RC

 J CSn   r  n 

J RC n log

o

  i 

ANGULO DE FRICCION BASICO TIPO DE ROCA Arenisca Limolita Caliza Basalto Granito de grano fino Granito de grano grueso Gneiss Pizarra Lutita

ESTADO SECO HUMEDO 26 - 35 25 – 34 31 - 33 27 – 31 31 - 37 27 – 35 35 - 38 31 – 36 31 - 35 29 – 31 31 - 35 31 – 33 26 - 29 23 – 26 30 – 33 25 – 30

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UMSS-FCYT –GTUMSS: MECANICA DE SUELOS APLICADA (CIV-315)

Perfiles de Rugosidad y Valores para JRC (según Barton & Choubey 1997)

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Estimación de JRC en función de la medición de la amplitud de la rugosidad

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Estimación de σci en función de la dureza, Según el martillo de Schmidt

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