SOSTNIMIENTO RESUELTO ARREGLADO.doc

1. Que establece Terzaghi en la construcción de un túnel de acuerdo a la inclinación o dirección de la estratificación. Mantiene que desde un punto de vista ingenieril, puede ser mucho más importante un conocimiento del tipo y frecuencia de los defectos de la roca que del tipo de roca que va a aparecer en la obra (51). En esta clasificación se dividen los macizos rocosos en 9 tipos, según el estado de fracturación de la roca. Hay que tener, en cuenta la disposición de la estratificación respecto al túnel desde el punto de vista de desprendimientos. Así se tiene: Si la estratificación es vertical, en general el techo será estable, existiendo riesgo de caídas de bloques en una altura de 0,25 B (B es la anchura del túnel). Si la estratificación es horizontal y de gran potencia, con pocas juntas, el túnel es estable. Si la estratificación es horizontal, de pequeña potencia o con muchas juntas, ya no existirá estabilidad; entonces se desarrollarán roturas en el techo, formándose un arco sobre el túnel, con una anchura igual a la del túnel y una altura iguala la mitad de la anchura. Esta inestabilidad proseguirá su curso hasta que se detenga por medio de un sostenimiento. 2. Tiene Terzaghi en cuenta las familias de diaclasas, presencia de agua en el macizo para su clasificación. Si o no y por qué? No porque sus primeros métodos fueron empíricos de la cual para clasificar los macizos rocosos diferenciando siete tipos de terrenos se han propuesto, los procedimientos para su elaboración tienen puntos comunes como selección de la formación geológica disponible, aquellas magnitudes que parece afectan de un modo más importante al comportamiento geotécnico del macizo rocoso en la excavación estos parámetros son evaluados y combinados para diferenciar las clase de roca en función de comportamiento esperado, de la cual evalúa, la calidad de la roca y proponen sostenimientos como consecuencia de la evaluación de la incidencia de los diferentes parámetros seleccionados y del establecimiento de baremos de puntuación, se propone un índice de calidad de roca. 3. Describir el diagrama de la teoría de Terzaghi.

Durante la construcción del túnel habrá algún relajamiento de la cohesión de la formación rocosa arriba y a los lados del túnel. La roca suelta dentro del área a, c, d, b tenderá a irrumpir en el túnel. A este movimiento se opondrán las de fricción a lo largo de los límites laterales a, c y b, d y estas fuerzas de fricción transfieren la parte más importante del peso de la carga de roca W al material de los lados del túnel. El techo y los lados del túnel no tienen que soportar más que el resto de la carga que equivale a una altura HpT. El ancho B1 de la zona de la roca donde existe el movimiento, dependerá de las características de la roca y de las dimensiones Ht y B del túnel 4. Por qué creen que existe dificultad para determinar el tiempo en que se mantiene estable el terreno sin sostenimiento y el vano crítico. Radica en las características de las mismas en cómo se va a ver afectada, ver todas sus características si están muy agrietadas, se ve afectada ´por agua, si es una roca triturada, teniendo en cuneta cada una de estas características se ve la estabilidad en el macizo. 5. Cual es el objetivo de la clasificación Lauffer. Lauffer analizó la importancia del TIEMPO DE SOSTEN del CLARO ACTIVO en un túnel. El TIEMPO DE SOSTEN es el lapso durante el cual una excavación será capaz de mantenerse abierta sin sostenimiento. El CLARO ACTIVO es el espacio mayor sin sostenimiento entre el frente y la primera línea de sostenimiento

6. Que se denomina tiempo de sostenimiento y vano critico y como se relaciona. Longitud libre o vano crítico: Menor de las dos dimensiones -diámetro o longitud de galería- que se puede mantener estable sin revestimiento. Tiempo de estabilidad o mantenimiento (Stand Up Time): Tiempo que puede mantenerse, sin desmoronarse, dicha longitud libre. Cuál es la utilización y cómo se gráfica el Circulo de Morh. 7. Cuál es la utilización y cómo se gráfica el Circulo de Morh. Circulo de mhor, tensión en un punto a profundidad, esfuerzo principal, esfuerzo cortante, ángulo de falla, esfuerzo en la pared del túnel según la geometría y hoek and brawn qué parámetros inciden en el fallamiento de la roca

8. Que es fuerza de compresión y que es fuerza de tensión. Fuerza de tensión El estado de tensiones de un macizo rocoso tiene como objetivo determinar la dirección y magnitud de los esfuerzos principales que existen antes de la construcción de la labor minera y conocer la variación que se genera una vez terminada y continuar la investigación a través de la vida útil y abandono de la obra para posteriormente ser tomado como modelo o ejemplo para casos similares. Fuerza de compresión El esfuerzo de compresión es la resultante de las tensiones o presiones que existen dentro de un sólido deformable o medio continuo, caracterizada porque tiende a una reducción de volumen del cuerpo, y a un acortamiento del cuerpo en determinada dirección (coeficiente de Poisson). Los ensayos practicados para medir el esfuerzo de compresión son contrarios a los aplicados al de tracción, con respecto al sentido de la fuerza aplicada. 9. Cuál es el concepto de resistencia. La presión minera según algunos autores es posible calcularla utilizando criterios de resistencia de materiales en especial a las relacionadas con vigas; en estas situaciones toman el techo inmediato como la viga que debe auto soportarse y soportar el esfuerzo que genera los estratos superiores. Se usan las fórmulas ya deducidas para estos casos y las propiedades de los materiales artificiales de la resistencia de materiales se cambian por las propiedades físicas de la roca y además se introducen criterios de estabilidad. 10. En que se basa Deere para hacer su clasificación. El índice RQD (Rock Quality Designation) fue definido en 1967 por Deere y otros para estimar cuantitativamente la roca de calidad existente en un sondeo. Se define como el porcentaje de piezas de roca intacta mayores de 100 mm que hay en la longitud total de una maniobra en un sondeo. Hay que considerar que el RQD es un parámetro que depende de la dirección del

sondeo pudiendo variar mucho según su orientación. Para determinar el RQD existen dos tipos de métodos: directos e indirectos. Dentro de los primeros estaría la recomendación de la Sociedad Internacional de Mecánica de Rocas (ISRM) de usar un tamaño de corona de diamante de al menos 54.7 mm con sondeo de doble tubo. Entre los indirectos están los métodos sísmicos y el sugerido por Palmstrom (1982). El RQD es un parámetro fundamental tanto en la clasificación de Bieniaswski y como en la de Barton. Se basa en la recuperación modificada de un testigo (El porcentaje de la recuperación del testigo de un sondeo) Depende indirectamente del número de fracturas y del grado de la alteración del macizo rocoso. Se cuenta solamente fragmentos iguales o superiores a 100 mm de longitud. El diámetro del testigo tiene que ser igual o superior a 57.4 mm y tiene que ser perforado con un doble tubo de extracción de testigo.

11. Qué es el RQD y cuáles son las recomendaciones para tener en cuenta en su medición. El Índice RQD es el estudio que determina el porcentaje de recuperación de testigos de más de 10 cm de longitud (en su eje) sin considerar las roturas frescas del proceso de perforación con respecto a la longitud total del sondeo. Este procedimiento fue desarrollado por Deere a mediados del siglo XX (1963 a 1967). 1. Primer Procedimiento RQD Se realiza tomando las medidas y sumando el largo de todos los trozos de testigo mayores que 10 cm en el intervalo de testigo de 1.5 m, a partir de los testigos obtenidos en el sondeo . Medida del RQD en testigos de Exploración 150. Deberán incluirse los discos del núcleo ocasionados por rompimiento mecánico de la roca como parte del RQD.

2. Segundo Procedimiento RQD Consiste en calcular el RQD en función del número de fisuras por metro lineal, determinadas al efectuar el levantamiento litológicoestructural (detail line) en el lugar del terreno o zona predeterminada para la exploración. RQD Determinado en el campo por el área de Geotecnia, en un tramo longitudinal de pared expuesta d) RQD = 100 ‫ ( ג‬0.1- ) ‫ ג‬x (0.1 1 + ‫) ג‬ Priest y Houston,1967. Dónde: ‫ = ג‬Nº De Fisuras / Espacio (Span) 3. Tercer Procedimiento RQD Consiste en calcular el RQD en función del número de fisuras por metro cúbico (m3), determinadas al realizar el levantamiento litológico-estructural (detail line) en el lugar del terreno o zona predeterminada para la exploración. Comprende el calculo del RQD en función del número de fisuras por m3 al realizar el levantamiento litológico estructural de las paredes de la mina. Este se usa para voladura: RQD = 115 – (3.3) Jv Dónde: Jv = Nº de fisuras por m3 12. Que es cuerpo isotrópico y que es un cuerpo anisótropo. Las sustancias isotrópicas presentan siempre el mismo comportamiento independientemente de la dirección, mientras que en las anisotrópicas las propiedades varian con la dirección. En el caso de la luz, los cristales anisótropos presentan distintos valores de sus índices de refracción en función de la dirección en que sobre la luz al atravesar el cristal.

La anisotropía es una consecuencia de la estructura interna del mineral. Si carece de organización interna (minerales amorfos) o si presenta una organización muy regular son isótropos, los demás son anisótropos. Los minerales que cristalizan en el Sistema Cúbico (o Regular), es decir, el de máxima símetría, con sus atomos o iones igualmente distribuidos en las tres direcciones principales del espacio, son isótropos. Los pertenecientes al resto de los sistemas cristalinos (hexagonal, trigonal, tetragonal, rómbico, monoclínico y triclino) son anisótropos, las disposiciones de sus elementos constituyentes varian con la dirección y por tanto su elasticidad para las

ondas luminosas también es diferente. 13. Que es la ley de Hooke Es la relación existente entre las componentes de la tensión y las de la deformación. 14.

Que es el módulo de Young.

El módulo de Young o módulo de elasticidad longitudinal es un parámetro que caracteriza el comportamiento de un material elástico, según la dirección en la que se aplica una fuerza. Este comportamiento fue observado y estudiado por el científico inglés del siglo XIX Thomas Young, aunque el concepto fue desarrollado en 1727 por Leonhard Euler, y los primeros experimentos que utilizaron el concepto de módulo de Young en su forma actual fueron hechos por el científico italiano Giordano Riccati en 1782, 25 años antes del trabajo de Young. El término módulo es el diminutivo del término latinomodus que significa medida. Para un material elástico lineal e isótropo, el módulo de Young tiene el mismo valor para una tracción que para unacompresión, siendo una constante independiente del esfuerzo siempre que no exceda de un valor máximo denominadolímite elástico, y es siempre mayor que cero: si se tracciona una barra, aumenta de longitud. Tanto el módulo de Young como el límite elástico son distintos para los diversos

materiales. El módulo de elasticidad es una

constante elástica que, al igual que el límite elástico, puede encontrarse empíricamente mediante ensayo de tracción del material. Además de este módulo de elasticidad longitudinal, puede definirse el módulo de elasticidad transversal de un material. 15.

Que es el coeficiente de Poisson.

Se conoce a la relación de Poisson, cuando un cuerpo se somete a una fuerza, este siempre se deformara en dirección a esta fuerza. Sin embargo, siempre que se producen deformaciones en dirección de la fuerza aplicada, también se producen deformaciones laterales. Las deformaciones laterales tienen una relación constante con las deformaciones axiales, por lo que esta relación es constante, siempre que se el material se encuentre en el rango

elástico de esfuerzos, o sea que no exceda el esfuerzo del límite proporcionalidad. 16. Porque se debe conocer las clasificaciones de los macizos rocosos en el sostenimiento de minas. Las clasificaciones geomecánicas tienen por objeto caracterizar un determinado macizo rocoso en función de una serie de parámetros a los que se les asigna un cierto valor. Por medio de la clasificación se llega a calcular un índice característico de la roca, que permite describir numéricamente la calidad de la misma. Es una herramienta muy útil en el diseño y construcción de obras subterráneas, pero debe ser usada con cuidado para su correcta aplicación, pues exige conocimientos y experiencia por parte de quien la utiliza. Las clasificaciones pueden ser usadas en la etapa de proyecto y también durante la obra. En la etapa de proyecto, permiten estimar el sostenimiento necesario en base a las propuestas del autor de cada sistema de clasificación, mientras que durante la obra, permiten evaluar la calidad del terreno que se va atravesando conforme avanza la excavación del túnel y aplicar el sostenimiento correcto en cada caso. 17. Para que diámetro de barreno es aconsejable la forma del cálculo del RQD? Deere propuso un índice cualitativo de calidad de la roca buscando en la recuperación de los núcleos con perforación de diamante, llamado el índice de calidad de la roca el cual se identifica por RQ. Y se define como el porcentaje recuperado por la sumatoria de longitudes de tramos de núcleos de barreno de diamante que se recupera en longitudes enteras > 100, dividida entre la longitud total barrenada. El barreno debe terne un diámetro aproximado de 50 mm 18. Qué explicación con base al RQD da usted si la densidad de fracturación es nula o alta? La evaluación de la densidad de fracturación es un cálculo que, para la importancia que tiene, habitualmente o se realiza con técnicas manuales poco robustas, o se deja a cargo del software inadecuado. Estos métodos no tienen en cuenta a qué nivel de escala la información disponible del medio fracturado es máxima. Si así fuera, se podrían evitar redundancias o sesgos artificiales originados bien en la restitución de los lineamientos, bien en la atribución de la misma sobre una zona, o en ambos. Por ello, se proponen dos soluciones que, aun siendo computacionalmente más costosas que las manuales, reducen el grado de incertidumbre asociado a esta medida, parámetro característico del medio fracturado. En la primera, se asigna un valor constante al área de estudio, dependiendo de las características fractales del campo de fracturas. Y en la segunda, se entiende que la densidad es una variable espacial discretizada sobre el plano a cierta escala crítica. Esta escala, se calcula para recoger toda la información posible de la variable para distribuirla en el área.

19. Qué comportamiento asumen los terrenos realiza una excavación minera?

cuando se

El comportamiento que asumen los terrenos dependerá del medio en que se realice la excavación ya sea en Un medio elástico: sólo aparecerán grandes deformaciones elásticas para niveles de tensión muy grandes; Un medio elastoplástico (perfecto o con reblandecimiento): pueden aparecer deformaciones muy grandes (y permanentes) a niveles de tensión relativamente moderados. Un medio fisurado: puede haber deslizamiento y separación de bloques. 20. Explique los tipos de presiones en terrenos vírgenes y por qué el macizo rocoso se encuentra en equilibrio y a que es igual la presión en un punto determinado? Los suelos se comportan, según su naturaleza geológica de diferente forma ante una labor minera. Los terrenos inconsistentes (arenas, aluviones etc.) se hunden inmediatamente en forma de embudo. Son especialmente difíciles las arenas acuíferas debido al efecto de sifonamiento. Los materiales blandos y tenaces como las arcillas solo flexión sobre la labor, el hundimiento es suave y gradual. Los depósitos aluviales en arcillas se sobrecargan.

las zonas próximas se descargan

tienen y

en

una las

Las rocas firmes y consolidadas, se comportan geomecánicamente según su naturaleza u origen geológico, algunas poseen una mayor tenacidad en el sentido de la estratificación que es normal a ella. Por su comportamiento podemos formar 4 grupos. 1. Las ígneas como el granito son rocas "rígidas" que formando campanas, que suelen mantenerse en equilibrio.

se hunden

2. El tipo segundo sedimentarias como las arenisca, son rocas frágiles, que aunque también forman campanas se producen desprendimientos de lisos y bloques los cuales a veces muy violentos y semejando a pequeños terremotos. 3. El tercero son las pizarras, rocas "blandas y tenaces" que a profundidad moderada estas rocas sufren simple flexión (considerando, que tenacidad es sinónima de flexión, una roca no tenaz antes de la flexión se rompe) pero a presiones mayores adquiere una cierta plasticidad que las hace desplazarse, plegándose, desde los macizos cargados hacia la excavación, esta tiende a cerrarse sin fenómenos violentos. 4. En cuarto lugar las sales son rocas de características intermedias, entre granitos y pizarras: son elásticas permiten cerramientos sin rompimiento y/o pueden tomar campanas de hundimiento.

Estos macizos rocosos se presentan en su estado natural debido a que se han realizado ninguna obra o excavación que altere su estado tensional inicial o primario, lo cual haga que se desestabilice el terreno o macizo rocoso

21.

De que depende las presiones al abrir un túnel?

Fuerza, esfuerzo, o peso que generan los bloques de las paredes del túnel causadas por la gravedad, apertura del túnel, tiempo, filtraciones de agua etc. O tensión secundaria sobre el sostenimiento o en su defecto sobre las paredes de la excavación. 22.

A que se denomina terreno sin cohesión.

Generalmente cuando el terreno pierde la cualidad principal de la cohesión que es mantener a las partículas internas unidas que es la encargada de la fuerza y resistencia de mantener la estabilidad del terreno, suelo de escasa resistencia, muy poca o nula al estar sumergido, o al estar al aire libres sin nada que lo constriña 23. En que se diferencian los terrenos coherentes de los terrenos sin cohesión? Los terrenos sin cohesión: son los que están formados por elementos gradúales (áridos). Son resistentes al rozamiento y los clasificamos en  Terrenos graveras, en las que predominan los áridos gruesos.  Terrenos arenosos, compuestos por arenas finas en un 50%  Terrenos arcillosos finos, en lo que predomina las arenas finas. Se excavan a mano con ayuda de una pala Terrenos coherentes: son los que están formados principalmente por arcilla, que son las que proporcionan la cohesión. Según su resistencia a la compresión en estado natural y coherencia, se clasifican en  Terrenos arcillosos duros: su color es claro se disgregan fácilmente con la mano y su resistencia a compresión es mayor de 4kg/cm2.

 24.

Terrenos arcillosos semi duros, entre otros Explique teoría de Trompeter y Fayol.

Fayol demostró experimentalmente que al abrir un túnel o excavación en terreno regularmente estratificado los, bancos situados en su vertical ceden a causa de la gravedad. Su flexión decrece con la altura sobre la excavación. Estas diferencias de flexión producen desprendimientos entre los bancos, que toman cierta independencia.La superficie que envuelve los terrenos que han cedido se denominan "Bóveda deFayol" El primer banco libre de los superiores en su centro puede considerarse como una viga doblemente empotrada con una carga uniformemente repartida igual al propio peso (ver figura 4a). Como sabemos por resistencia de materiales los momentos flectores son máximos en los empotramientos. En sus proximidades se producen las rupturas. 25. 26. 27.

Trompeter, admite y reconoce que la carga de los terrenos no se ejerce solo verticalmente sobre el techo de un túnel, sino que este empuje puede ser reducido en cambio muchas veces en los costados y el piso se ejercen empujes mayores. Esto se debe a que el terreno esté sometido al esfuerzo de las masas que sobre el gravitan se forman alrededor de cada galería una zona más o menos extensa que no participa en el sostenimiento de las masas, esta es la llamada zona de Trompeter (ver figura 5).

25. Qué parámetros se miden con relación a la compresión uniaxial, qué graficas se obtienen.

Se pueden distinguir 3 aspectos a) Compresión simple en sí. b) Módulo de elasticidad. c) Coeficiente de poisson. Obtenemos las gráficas de mohr-coulomb y de hoek-brown Qué parámetros se miden con relación a la compresión triaxial Se puede medir: a) la resistencia al cortante b) La cohesión c) El ángulo de fricción de la matriz rocosa 26. Por qué en la Mecánica de Rocas tiene mayor importancia la resistencia a la compresión uniaxial de la roca que la resistencia a la tracción. La resistencia a tracción de una roca, es un factor muy importante a determinar, a pesar de ello, este factor se utiliza muy poco a la hora de diseñar cavidades subterráneas en roca, debido a la escasa fiabilidad de los resultados obtenidos de los ensayos de tracción simple efectuados en laboratorio , ya que la mayoría de las rocas no sometidas a confinamiento, son muy frágiles a tracción , y, por consiguiente , las muestras de los ensayos no se deforman suficientemente para que se vayan liberando paulatinamente las concentraciones de tensiones que se desarrollan en los puntos de amarre de la probeta al aplicar la carga de tracción, Por otra parte, también se presentan problemas para aplicar la carga de tracción axialmente. 27. Qué relación existe entre el módulo de elasticidad de Young y el Módulo de Poisson. El módulo de Young es un parámetro que caracteriza el comportamiento de un material elástico, según la dirección en la que se aplica una fuerza. Y módulo de Poisson es una constante elástica que proporciona una medida del estrechamiento de sección de un prisma de material elástico lineal e isótropo cuando se estira longitudinalmente y se adelgaza en las direcciones perpendiculares a la de estiramiento. 28. Qué relación existe entre el Coeficiente de Poisson y el Número de Poisson. Relación entre la deformación lateral y la deformación axial en una probeta con carga axial. Es la constante que relaciona el módulo de rigidez y el módulo de Young en la ecuación la fórmula es solo valida dentro del límite elástico de un material. 29.

Cite las desventajas de la Clasificación de Deere (RQD).  

No sirve para suelos Se desarrolla para rocas ígneas



No debe tenerse en cuenta en el caso de roturas por desecación, retracción o tenciones longitudinales  Depende de la dirección del sondeo Hay que saber usarlo con precaución 30. Que sucede con las presiones al construir un túnel cuando la roca resiste. (CMR – CLM pp. 113-139) La roca resiste: En este caso los esfuerzos no sobrepasan al límite elástico de la roca: ésta se deforma ligeramente sufriendo una contracción vertical y una dilatación hacia el hueco abierto. Después, se detiene las deformaciones. El túnel encuentra su estado de equilibrio natural, un sin necesidad de sostenimiento. Los movimientos de terreno son muy pequeños y las presiones aumentan en la periferia del túnel. 31. Que sucede con las presiones al construir un túnel cuando la roca no resiste, pero los bloques se deslizan difícilmente los unos sobre los otros. (CMR – CLM pp. 113-139) La roca no resiste, pero los bloques se deslizan difícilmente unos sobre otros: si las fuerzas resistentes al deslizamiento son elevadas, se puede alcanzar el equilibrio después de una expansión apreciable de los terrenos, las presiones se ejercen en regiones alejadas del túnel y se forman las zonas de expansión, la zona de presión y la zona de no influencia. 32. Que sucede con las presiones al construir un túnel cuando la roca no resiste, pero los bloques se deslizan fácilmente los unos sobre los otros. (CMR – CLM pp. 113-139) La roca no resiste y los bloques se deslizan fácilmente unos sobre otros: si una vez adquirido el equilibrio en las paredes del túnel los desplazamientos continúan se inicia un proceso de desestabilización, generando bloques de diferente tamaño y forma que requieren sostenimiento y estabilización de la labor minera. Si en los terrenos que se produce éste fenómeno el sostenimiento no existe en el suelo del túnel, éste se eleva, pudiendo llegar a cerrar el túnel. 33. Establezca los fines del sostenimiento. (CMR – CLM pp. 113-139) Equilibrar las presiones transmitidas por la zona de expansión. 34. Cite los fenómenos generadores de tensiones iniciales en el macizo rocoso, defina uno de ellos. Los fenómenos que generaron tensiones iniciales son: 1. Condiciones geo estáticas.

2. Procesos de tectónica global. La tectónica de placas o derivas continentales es la teoría que en la actualidad explica los grandes fenómenos geológicos acaecidos en la corteza terrestre. Sus efectos, conjuntamente con los de la gravedad son el fundamento de tensiones primordiales que aparecen en las zonas de la tierra. 3. Procesos tectónico local. 4. Procesos geomorfológicos y efectos mecánicos. Cuando se produce un proceso erosivo, la que gravita sobre una determinada profundidad va reduciéndose. Al disminuir la carga superior, la roca puede expandirse hacia arriba liberando la tensión vertical, pero la tensión horizontal sigue actuando. En esta situación inestable las tensiones laterales buscan una expansión, originándose pliegues y fallas hasta obtener el equilibrio, incluso si la erosión es una excavación hecha por el hombre.

TRABAJO DE SOSTENIMIENTO

ALUMNOS JEFFERSON DANIEL VIDES DUQUE LUIS ALBERTO CABRALES HURTADO ISABELLA AMAYA CHIQUILLO ANDERSON JOSE GUERRA SALAZAR EDUARD MOISES GOMEZ CAREY

PROFESOR

ING. ESTEBAN ALBERTO OLIVELLA BENDECK

FUNDACION UNIVERSITARIA DEL AREA ANDINA VALLEDUPAR –CESAR 2016-02