Taludes en Roca - Loaiza
March 27, 2023 | Author: Anonymous | Category: N/A
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Curso: Taludes en roca Contenido: 1.1. Proyecciones estereográficas 1.2. Análisis de estabilidad de taludes en roca 1.2.1. Análisis cinemático 1.2.2. Análisis analíticos 1.2.3. Análisis empíricos
Curso: Taludes en roca Objetivo instruccional:
Los estudiantes al término del curso estarán en la capacidad de diseñar taludes en roca mediante la aplicación de métodos empíricos, gráficos, analíticos y la utilización de herramientas informáticas que garantice la estabilidad de la obra.
Diseño de obras superficiales o subterráneas subterráneas en macizos rocosos Roca intacta
V
Discontinuidades
RMR Bieniawski
SMR Romana Análisis cinemático
Métodos empíricos Q Barton
Q-Slope
GSI
Sostenimiento preliminar
Métodos analíticos Métodos numéricos
Proyecciones estereográficas
Descripción geométrica:
dirección: rumbo o azimut buzamiento dirección de buzamiento
e
d
Línea ab = Rumbo Línea ac = buzamiento Línea de = dirección de buz.
Medida en el sentido horario sobre el plano horizontal: 130°
Medida con respecto al plano vertical : 55°
Orientación: Azimut/buzamiento/dirección de bz 130°/55°SW Medida en el sentido horario sobre el plano horizontal: 220°
Orientación: Dirección de buzamiento/buzamiento 220°/55°
Técnicas gráficas: 1. Proyecciones Proyecciones equ equirreales, irreales, proyecci proyección ón LLambert ambert o Mall Mallaa de Schmidt. 2. Proyecciones Proyecciones equiangular equiangulares, es, proy proyecciones ecciones est estereográf ereográficas icas o Fal Falsilla silla de Wu Wulff lff..
Malla de Schmidt
Falsilla de Wulff
TRASLACIÓN
Etapas: 1. Una traslación traslación,, que desplaza el objeto llevando el punto S al punto O, centro de una esfera, llamada esfera de referencia. 2. La intersección intersección de este objeto con la esfera de referencia. 3. La proyección proyección de esta intersección sobre un plano horizontal, llamado estereograma.
s
Esfera de referencia INTERSECCIÓN con la esfera Representación estereográfica estereog ráfica de llaa semirrecta
PROYECCIÓN Círculo de referencia
Planos
Líneas
Esfera de referencia
Esfera de referencia
Red de áreas iguales Círculo grande que representa al plano
Polo del plano
Medición de Rumbo
La circunferencia exterior equivale a la proyección de un plano horizontal por ende en ella se miden los rumbos (ángulo respecto al norte).
Línea ab = Rumbo Línea ac = buzamiento Línea de = dirección de buz.
Medición de buzamiento
Los buzamientos o manteos seen el miden en los círculos c írculos mayor mayores es eje este-oeste (ángulo con respecto al plano horizontal).
Línea ab = Rumbo Línea ac = buzamiento Línea de = dirección de buz.
90°
Ejemplo modelo: Tomemos un plano orientado en el espacio mediante su dirección y buzamiento, por ejemplo el plano N60°E/40°SE. Procedimiento: 1. Superponemos un tran transparente sparente so sobre bre la ffalsilla, alsilla, colocamos la tachuela en el centr centro o de la falsilla, dibujamos en el transparente la primitiva y los cuatro puntos cardinales. 2. Señalamos sobr sobree la primiti primitiva va el valo valorr angular corr correspondient espondientee a la dir dirección ección del plan plano oy giramos el transparente hasta que este valor coincida con el diámetro norte-sur de la falsilla. 3. En esta posición, contamos el valor del buzamiento sobre el diámetro E‐W de la falsilla, teniendo en cuenta su sentido, siempre desde la primitiva hacia el centro de la falsilla, y pintamos el círculo mayor que tiene esa dirección y ese ángulo de buzamien buzamiento. to. 4. Giramos el transparen transparente te sobre llaa falsilla has hasta ta que coin coincidan cidan otra vez los d dos os polos no norte rte (de transparente y falsilla de proyección), y hemos obtenido la representación del plano en proyección estereográfica.
Ejercicio de aplicación: Proyección estereográfica de discontinuidades Un trabajoresultados de mapeo para geológico estructural un proyecto de carretera siguientes la orientación depara las discontinuidades (formatoprodujo direcciónlos de buzamiento/ buzamiento). 080/40 090/45 160/20 310/80 312/83 305/82 175/23 078/43 083/37 150/20 151/21 074/39 300/70 305/75 180/15 010/80 081/31 a. Trazar la o orientación rientación de cada disco discontinuidad ntinuidad como un polo en un estereog estereograma rama utilizando la red polar de igual área calco. b. Calcular y rep representar resentar ggráficamen ráficamente teylapapel posició posición n del polo medio de cada una de las familias de discontinuid discontinuidades. ades. c. Represen Representar tar grá gráficamente ficamente los gran grandes des círculo círculoss del p polo olo medio de cada ffamilia amilia de discontinuidades.
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V
Discontinuidades
RMR Bieniawski
SMR Romana Análisis cinemático
Métodos empíricos Q Barton
Q-Slope GSI
Sostenimiento preliminar
Métodos analíticos Métodos numéricos
Análisis cinemático de Taludes con Potencial Deslizamiento en Bloque En talu taludes des donde las discon discontinuidades tinuidades inducen el mov movimiento imiento de bloqu bloques. es. Tres modos de falla: plana, en cuña y volcamiento.
Vía estatal, Antioquia Colombia. Tomado de Suárez-Burgoa, 2016
Tomado de Basahel, 2017
Tomado de Basahel, 2017
Análisis cinemático en obras superficiales Metodologíaa de Markland (1972) Metodologí
Deslizamiento a lo largo de un plano de cizalla constituido por una discontinui discontinuidad dad geológica (diaclasa, contacto entre dos estratos, etc.). En un tajo, puede darse a escala de banco o bien para el talud completo.
Falla Plana
Falla Plana: Criterios de identificación Análisis 2-D Criterios cinemáticos (Turner y Schuster):
Angulo Angulo de de buzamiento buzamiento del del talud plano> falla > Angulo de fricción Rumbo del talud ≈ Rumbo plano ±
20° (empírico)
Deben existir caras laterales que liberen al bloque.
> >
Condiciones del buzamiento de los planos de deslizamiento que determinan la inestabilidad del talud.
Ángulo de fricción
± 20°
Talud: 210/75 Representación estereográfica obtenida Discontinuidad: 220/55 mediante el software Dips. Ángulo de fricción interna: 30
Falla en Cuña Deslizamiento Deslizamien to por dos planos de cizalla, generados por discontinuidades.
Tomado de Duncan Dun can and Christopher Chr istopher,, 2004
Criterios de identificación Análisis 2-D Condiciones cinemáticas:
El rumbo de la línea de intersección debe ser aproximadament aproximadamentee igual a la dirección de buzamiento de la cara del talud. Angulo de buzamiento de talud > Angulo de la línea intersección intersección
Angulo línea intersección intersección > Angulo de fricción
Línea de intersección Cara del talud
Línea de intersección
Talud: 240/69 J1: 271/50 J2: 191/45 Ángulo de fricción interna: 35
−
=
tan cos tan tan cos tan sin sin tan tan sin
= tan tan cos = tan tan cos
Volcamiento Toppling)
Volcamiento de bloques en taludes con discontinuidades que mantean fuerte hacia dentro del talud, espaciamientos pequeños.
Existe cizalla entre los bloques.
Vuelco: Criterios de identificación
Análisis 2-D Criterios cinemáticos:
Discontinuidad Discontinuid ad buza hacia dentro del talud
Azimut talud ≈ Azimut plano ± 30° (empírico)
9 0 < (condición de cizalla)
90
30°
Talud: 260/75 J1: 90/65 Ángulo de fricción interna: 35
Representación estereográfica obtenida mediante el software Dips.
34
Representación estereográfica estereográfica obtenida mediante med iante el software Dips
Tomado de Duncan and Christopher, 2004.
Diseño de obras superficiales o subterráneas subterráneas en macizos rocosos Roca intacta
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Discontinuidades
RMR Bieniawski
SMR Romana Análisis cinemático
Métodos empíricos Q Barton
Q-Slope GSI
Sostenimiento preliminar
Métodos analíticos Métodos numéricos
Métodos analíticos Falla Plana Factor de seguridad
=
=
Fuerzas resistentes Fuerzas desestabilizadoras + tan
=
+ cos tan sin
Influencia del agua subterránea sobre la estabilidad Hipótesis en el análisis de rotura plana:
La orientación de la superficie de deslizamiento deslizamiento y de la grieta de tensión son paralelas al talud. La grieta de tensión es vertical y contiene agua a una profundidad z . w El agua ingresa a la superficie de deslizamiento deslizamiento a lo largo de la base de la grieta de tensión y a lo largo de las superficies de deslizamiento. El agua sale a la superficie a presión atmosf atmosférica érica a través de la superficie de deslizamiento que aparece en la cara del talud. Se considera a la roca intacta impermeable impermeable.. La rotura tiene lugar únicamente por deslizamiento. Se asume que las superficies de liberación no presentan resistencia resistencia al deslizami deslizamiento ento en los en los límites laterales laterales de la masa de roca que falla.
Caso 1: 1: Cuando la grieta de tensión se encuentra en la superficie superior del talud.
=
sin tan + cos si n + + cos
= 1 cot tan + cot + tan tan tan = + tan csc = + tan csc =
Distribución de la presión inducida por la presencia de agua en la grieta de tensión y a lo largo de la superficie de deslizamiento.
Caso 2: Cuando 2: Cuando la grieta de tensión se encuentra en la cara del talud.
=
=
1
sin tan + cos
si n + + cos
cot x co cott tan 1
= + tan csc = + tan csc =
Distribución de la presión inducida por la presencia de agua en la grieta de tensión y a lo largo de la superficie de deslizamiento.
Refuerzo de un talud
=
sin + + sin + tan + cos si n + + cos cos +
Angulo óptimo del perno: = (p) + (p) =
Espaciamiento entre pernos: =
/
Falla en Cuña
Factor de seguridad
=
+ tan si n
sin = s sin in + cos + cos + = cos si sin n + = cos sin
=
sin
sin
.
tan tan
Análisis incluyendo cohesión, fricción y presión de agua Hoek y al., 1973: =
=
=
=
=
sin4 sin45 cos. sin
3
sin5 cos. cos cos cos cos. sin5 sin . cos cos cos.
sin5 sin .
+ +
2
tan + +
2
tan
Gráficas de estabilidad de cuñas considerando fricción:
= tan + tan
Análisis integral de cuñas Hipótesis: Todas las fuerzas actúan a través del centro de gravedad de la cuña, no se generan momentos. Parámetros:
Forma de la cuña: 5 superficies Dimensiones de la cuña: H y L Peso de la cuña Presión de agua Resistencia al corte Fuerzas externas Fuerzas ejercidas por refuerzos refuerzos (p) =
(p) = 180 180 +
Volcamiento Toppling) Test de la forma del bloque: bl oque: <
Estable
∆ < ta tan n
Vuelco
Test de deslizamiento intercapas
La condición para el deslizamiento intercapas:
180 ≥ 90
o ≥ 90 +
Análisis de equilibrio límite ≈ + 10° + 30°
Número de bloques: co cott cot
= ∆ csc +
sin
sin
Altura del bloque: Debajo de la corona del talud: =
Sobre la corona del talud:
= ∆ ∆ tan tan = ∆ ∆ tan
= −
= ∆ tan
Análisis de equilibrio límite
Puntos de aplicación de fuerzas normales: Debajo de la corona En la corona
Sobre la corona
Para limitar la fricción en los lados del bloque: = tan − = − tan
Fuerzas actuantes sobre la base: = cos + − tan = si sin n + − −, = ∆ ∆ tan + 2 sin ∆ ∆ cos cos / −, =
cos tan sin sin 1 tan tan tan
Rotura circular
Tiene lugar cuando las partículas individuales en un suelo o masa de roca son muy pequeñas comparadas con el tamaño del talud. Por lo tanto, fragmento de roca en un relleno se comportan como suelos. Ocurre en rocas altamente meteorizadas, en rocas estrechamente estrechamente diaclasadas y la orientación de las discontinu discontinuidades idades es aleatoria.
Falla circular en granito altamente meteorizado (California).
Tomado de Duncan and Christopher, 2004.
Factor de seguridad Graficas de estabilidad Hipótesis: a) El mat material erial es homogéneo homogéneo,, con propiedades de resis resistencia tencia al cort cortee uniforme uniformess a lo largo de la superficie de deslizamiento. b) La resis resistencia tencia al corte está car caracterizada acterizada por la cohesión y ángulo de ffricción. ricción. c) La fall fallaa ocurre sobre una superficie cir circular cular de deslizamien deslizamiento, to, la cual atr atraviesa aviesa el pie del talud. d) Una griet grietaa de tensión vertical ocurr ocurree en la super superficie ficie superior o en la cara del talud.
Influencia de agua subterr subterránea ánea Para condición 2, 3, 4, la posición de la superficie de agua subterr subterránea: ánea: Uso
Falla circular: talud completamente drenado.
Falla circular: condición de agua subterránea 3.
Falla circular: talud completamente drenado.
Falla circular: condición de agua subterránea 3.
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Discontinuidades
RMR Bieniawski
SMR Romana Análisis cinemático
Métodos empíricos Q Barton
Q-Slope GSI
Sostenimiento preliminar
Métodos analíticos
Métodos numéricos
Métodos empíricos Clasificaciones geomecánicas de taludes
Índice SMR (Slope Mass Rating), Romana (1997) SMR = RMR Básico + (F1 x F2 x F3) + F4 F1=
Depende del paralelismo entre la dirección de las juntas o discontinuidades y la del plano del talud. Varía entre 1,0 y 0,15.
F2=
Depende del buzamiento de la junta. En el caso de roturas planas, varia entre 1,0 y 0,15. Tiene un valor de 1,0 para roturas por vuelco.
F3 =
Refleja la relación entre los buzamientos de la junta y el talud.
Romana, 1997 Tipo de rotura
Muy
Favorable
Normal
Desfavorable
favorable P
T
180
W
P/T/W P/T/W P/W P/W P/W T
F1 o
F2
W
T
+
F3
Desfavorable
> 30
30- 20
20 - 10
10 - 5
10
10 - 0
0
0 – (-10)
< (-10)
< 110
110 - 120
> 120
-
-
0
-6 -6
-25 -25
-50 -50
-60 -60
Romana, 1997 Factor de ajuste por el método de excavación F4 Método
Talud natural
Precorte
Voladura suave
Voladura o excavación mecánica
Voladura deficiente
F4
+15
+10
+8
0
-8
Clase SMR
V 0 - 20
IV 21 - 40
III 41 - 60
II 61 - 80
I 81 - 100
Descripción
Muy mala
Mala
Normal
Buena
Muy buena
Estabilidad
Totalmente inestable
Inestable
Parcialmente estable
Estable
Totalmente estable
Roturas
Grandes roturas
Juntas o grandes cuñas
Algunas juntas o muchas cuñas
Algunos bloques
Ninguna
Corrección
Sistemático
Ocasional
Ninguno
Tr Tratamiento atamiento Reexcavación Reexcavación
Método Q-Slope p =
1. Tamañ amaño o del bloque bloque 2. Re Resis siste tenc ncia ia la la cort corte: e: 3. Fa Facto ctores res ex exter ternos nos y esfuerz esfuerzos os Resistencia al corte: ≈ tan−
No.
p
Parámetros
1
Los cuatro primeros parámetros de Q-system
RQD, Jn, Jr Jr,, Ja
2
Factor de orientación de las discontinuidades
O-Factor
3 4
Condiciones ambientales y geológicas Factor de reducción de resistencia
5
Relación entre Q-Slope y ángulo del talud
p
Soluciones de sentido común para problemas con respecto a la orientación dominante de juntas (S estable, F falla por deslizamiento, T
vuelco, inestable). Tomado de Barton, US 2017.
Pendientes permanentes apropiadamente empinadas y no reforzadas. (Fotogr (Fotografía afía de
la oficina de la Autoridad del Canal de Panamá). Tomado Tomado de Barton y bar b ar,, 2015.
Descripciones y ratings de los parámetros de Q-slope (Barton, 2015)
Barton y Bar, 2017
Bibliografía Básica
- Duncan Duncan C. Wyllie and Christo Christopher pher W. W. Mah (2004). (2004). Rock Rock Slope Engineering. Engineering. Civil Civil and mining. Cuarta Cuarta Edición. Edición. - Romana Romana M., Serón Serón J., Montalar Montalar E. (2001) (2001).. La clasificaci clasificación ón geomecánica geomecánica SMR: SMR: aplicación aplicación experienci experiencias as y validación. V Simposio Nacional sobre Taludes y Laderas Inestables – Madrid. - Barton Barton and Bar (2015) (2015).. Introducing Introducing the Q-slope Q-slope method method and its its intended intended use within within civil and and mining engineering projects. EUROCK 2015 & 64th Geomechanics Colloquium. Schubert & Kluckner. - Neil Bar and and Nick Barton Barton (2017). (2017). The Q-Slope Q-Slope Method for for Rock Rock Slope Engineering. Engineering. Rock Rock Mech Rock Rock Eng. Doi: Doi: 10.1007/s00603-017-1305-0.
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