Estabilidad de Taludes Parte 3

79

INTERCADECONSULTANCY & TRAINING

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157

Mg. Miguel Llorente Isidro - Consultor Intercade

Permeabilidad

Permeabilidad relativa Permeable Semi-Permeable Muy poco permeable

Arena o grava no consolidada

Grava continua (o

redondeada)

Arena continua o mixta

Arena fina, Loess

Arcilla no consolidada y materia orgánica

Turba Estrato arcilloso Arcilla expansiva

Roca consolidada Rocas muy fracturadas Roca petrolíferaPiedra

arenisca

Roca sedimentaria

, dolomitaGranito

κ (cm²) 10−3 10−4 10−5 10−6 10−7 10−8 10−9 10−10 10−11 10−12 10−13 10−14 10−15

PROPIEDADES DE LAS ROCAS

158


Pro

pied

ades

de

iden

tific

ació

n y

clas

ifica

ción

ComposiciónFábrica y texturaTamaño de granoColor

PorosidadPeso específicoHumedad

Permeabilidad

DurabilidadAlterabilidad

Descripción visualMicroscopía (óptica y electrónica)Difracción de rayos X

Técnicas de laboratorio

Ensayo de permeabilidad

Ensayos de alterabilidad


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�Durabilidad

• Es la resistencia que la roca presenta ante los procesosde alteración y desintegración.

• La roca se altera por procesos sufridos al cambiar suscondiciones (procesos de hidratación, oxidación,reducción).

• Es muy importante en rocas ornamentales y áridas.

160


Pro

pied

ades

m

ecán

icas

Resistencia a compresión simple

Resistencia a tracción

Velocidad de ondas sónicas

Resistencia (cohesión y ángulo derozamiento interno, c, phi)

Deformabilidad (módulos de deformación estáticos o dinámicos)

E. compresión uniaxialE. de carga puntual.Martillo de Schmidt

E. de tracción directaE. de tracción indirecta

Técnicas de laboratorioGeofísica

E. de compresión triaxial

E. compresión uniaxialE. de velocidad sónica


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Capacidad de soportar una carga exterior sin romperse

� Depende de su mineralogía.

�Relación resistencia a compresión y a tracción.

�Dependencia de la existencia de planos de debilidad.

Resistencia


Fracturación extensional Fracturación por cizalla Fracturación extensional Fracturación por cizalla

162



Resistencia

a la comprensión

simple (Mpa)

ISRM

(1981)

Geological Spciety

of London (1970)

Bieniawski

(1973)Ejemplos

Suelos

Blanda

>125Muy blanda

<1

1 - 5

Blanda

Moderadamente

dura

Dura

Muy dura

5 – 12,5

12,5 – 25

50 – 100

100 – 200

> 200

> 250Moderadamente

dura

Moderadamente

dura

Muy dura

Dura

Moderadamente

dura

Moderadamente

dura

Muy baja

Baja

Media

Alta

Muy alta Cuarcita, gabro, basalto

Rocas ígneas y metamórficas duras, arenisca

Muy cementada, caliza, dolomía

Esquisto, pizarra

Rocas metamórficas esquistosas, mármol,

Granito, gneiss, arenisca, caliza porosa

Sal, lutita, limolita, marga, toba, carbón

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164



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Pro

pied

ades

m

ecán

icas












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Resistencia a la tracción

Resistencia a la tensión (Mpa) de algunas rocas

Basalto 8,6Conglomerado 29,7Calizas 4,2 a 5,8Arenisca 1,1 a 1,7Arenisca calcárea 4,3Esquistos 3,1

Esfuerzo tensional por unidad de área a la que falla.


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Pro

pied

ades

m

ecán

icas












168



• Depende de la densidad ylas propiedades elásticas delmaterial.

• Suele utilizar la velocidad delas ondas longitudinales o depresión.

• Muy afectado por el gradode alteración de la roca. (Ungranito muy alterado V = 700m/s).

�Velocidad de propagación de las ondas sísmicas

Roca sanaVelocidad de propagaciónDe las ondas V P (m/s)

AreniscaBasaltoCalizaConglomeradoCuarcitaDiabasaDoleritaDolomíaGabroGneissGranito SanoLutitaMargaMármolPizarraSalYeso

1,400 – 4,2004,500 – 6,5002,500 – 6,0002,500 – 6,5005,000 – 6,5005,500 – 7,0004,500 – 6,5005,000 – 6,0004,500 – 6,5003,100 – 5,5004,500 – 6,0001,400 – 3,0001,800 – 3,2003,500 – 6,0003,500 – 5,0004,500 – 6,0003,000 – 4,000

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Método SASW. Análisis espectral de ondas de superfi cie.

�Velocidad de propagación de las ondas sísmicas

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�Cohesión y ángulo de rozamiento interno

Cohesión: fuerzas internas que mantienen unidos loscomponentes.

• C: cohesión, expresada en fuerza por unidad desuperficie

• K: constante determinada experimentalmente• r: radio de las partículas• τ: tensión superficial del líquido• α: ángulo de contacto entre el líquido y la partícula• d: distancia entre las partículas

C = 4πτKr

dcosα

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Cohesión y ángulo de rozamiento interno

Angulo de rozamiento interno: oposición al movimiento que ofrecen las superficies de dos cuerpos en contacto.


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Cohesión y ángulo de rozamiento interno


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Pro

pied

ades

m

ecán

icas






E. compresión uniaxialE. de carga puntualMartillo de Schmidt






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�Deformabilidad

Compresión (positiva) o extensión (negativa) de unmaterial como resultado de la aplicación de fuerzasexternas, dividida para su dimensión original.

Esfuerzo:

Deformación lineal:

Módulo de elasticidad:

l

lσS

F=

E lσ

=

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176


1. Análisis de estabilidad: Introducción y método observativo

2. Factores litológicos, tipos de roca y alteración de las rocas

3. Propiedades de las rocas y de los suelos

4. Tipos de deslizamientos

5. Criterios de rotura

6. Proyección estereográfica

7. Falla estructuralmente controlada (planar, cuña)

8. Falla no estructuralmente controlada (circular, mixta, pandeo)

9. Métodos numéricos

10.Taller

INDICE GENERAL DEL MODULO

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1. Análisis de estabilidad: Introducción y método observativo

2. Factores litológicos, tipos de roca y alteración de las rocas

3. Propiedades de las rocas y de los suelos

4. Tipos de deslizamientos

5. Criterios de rotura

6. Proyección estereográfica

7. Falla estructuralmente controlada (planar, cuña)

8. Falla no estructuralmente controlada (circular, mixta, pandeo)

9. Métodos numéricos

10.Taller

INDICE GENERAL DEL MODULO

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� Definición y tipos de rocas

� Propiedades de las rocas

� Clasificación de macizos rocosos

• Clasificación de Terzagui (1946)

• Clasificación de Lauffer (1958)

• Clasificación de Protodyakonov (1962)

• Clasificación de Louis (1974)

• Clasificación de Deere (RQD, 1964)

• Clasificación RSR (1972)

• Clasificación RMR de Bieniawski (1973)

• Clasificación Q de Barton (1974)

INDICE

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CLASIFICACION DE LOS MACIZOS ROCOSOS

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� Conocer el comportamiento del macizo rocoso

� Se pensaron originalmente para túneles (tradicional)

� Se basan en propiedades mecánicas

� Necesita datos de campo representativos

� Sirven para escoger el método de extracción

� Sirven para escoger el método de sostenimiento

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182


MACIZO ROCOSO

MACIZO CON VARIASESTRUCTURAS

ROCA CON UNA UNICAESTRUCTURA

ROCA “INTACTA”

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Las clasificaciones geomecánicas más importantes sonlas siguientes:

1. Clasificación Terzaghi (en desuso desde la década delos años ochenta)

2. Clasificación de Lauffer (en desuso)

3. Clasificación de Protodyakonov (Europa del este)

4. Clasificación de Louis (poco utilizada)

5. Clasificación de Deere (RQD es parte de otras)

6. Clasificación RSR (rock structure rating)

7. Clasificación RMR de Bieniawski (rock mass ratio)

8. Clasificación “Q” de Barton (nuevo método noruego)

CLASIFICACIONES GEOMECANICAS

184


� Se basa en el tipo del terreno y su estado de fracturación

� Poco fiable para diámetros superiores a 9m

� Poco fiable para terrenos plásticos o expansivos

� Clasifica al terreno en función del estado de fracturación

CLASIFICACION DE TERZAGHI

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modificado por Deere y Rose en 1982

CLASIFICACION DE TERZAGHI

Condiciones de la roca

1. Dura e intacta 95 - 100 Según Terzaghi (1946)Cero

2. Estratificada dura o esquistricosa 90 - 99 “ “ “

“ “ “

0 - 0.5 B

3. Masiva, no duramente diaclasada 85 - 95 “ “ “

“ “ “

0 - 0.25 B

4. Moderadamente en bloques y plegada 75 - 85 20.25 - B-0.20 (B + H )

5. Muy en bloques y plegada 30 - 75 Tipos 4, 5 y 6reducidos un 50% delos valores Terzaghi

20.20 - 0.60 (B + H )

6a. Arena y grava 0 - 30 2(1.10 - 1.40) (B + H )

7. Roca fluyente, profundidad moderada NA* Según Terzaghi (1946)2(1.10 - 2.10) (B + H )

NA* 2(2.10 - 4.50) (B + H )

NA*2

Hasta 75m. independ.de (B + H )

8. Roca fluyente, gran profundidad

9. Roca expansiva

* No aplicable

6. Completamente triturada químicamente intacta

3 - 30 2(0.60 - 1.10 ) (B + H )

RDQ Carga de la roca (H ) NotasP

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� Se basa en la longitud de vano libre y tiempo de estabilidad

� Precursora del “nuevo método austriaco” de túneles

CLASIFICACION DE LAUFFER

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CLASE TIPO DE ROCA CALIDAD DEL TERRENO

Muy bueno

Bueno

Medio

Mediocre

Malo

Muy difícil, requieremétodos especiales

Roca sana

Roca sana, compacta pero fracturada

Roca bastante fracturada o algo alterada

Roca muy fracturada o bastante alterada o blanda

Roca triturada o muy alterada, conjunto rellenos de milonito.Roca muy blanda. Terrenos arcillosos con fuertes empujes.

Características análogasa los suelos

A

B

C

D

E

FG

188



59 59 min

1

0

-1

-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 4

min hoc h1

10

10

201010

G

F

F

E

E

D

D

B

C

C

10 1 1 1010 10 10020

10864

2

10,80,6

0,4

0,2

0,1m

TIEMPO EN HORAS

TIEMPO DE ESTABILIDAD DE LA EXCAVACION

3

10

10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10

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� Anchura del túnel y parámetro f (coeficiente de resistencia)

• Rocas: f = RCS/10

• Suelos: f = tg φ + c/RCS

φ� ángulo de rozamiento internoc � cohesiónRCS � resistencia a la compresión simple

CLASIFICACION DE PROTODYAKONOV

190


CLASIFICACION DE PROTODYAKONOV

CATEGORIA DESCRIPCION “f”

Cuarcita, basalto y rocas de resistencia excepcional

Granito, areniscas silíceas y calizas muy competentesCalizas, granito algo alterado y areniscasAreniscas medias y pizarrasLutitas, areniscas flojas y conglomerados friablesLutitas, esquistos y margas compactas

Calizas, lutitas blandas, margas, areniscas friablesGravas, bolos cementadosLutitas fisuradas y rotas, gravas compactas y arcillaspreconsolidas

Arcillas y gravas arcillosasSuelos vegetales, turbas y arenas húmedasArenas y gravas finasLimos y loess

20

15-208-6

543

2

1.5

1.00.60.50.3

ExcepcionalAlta resistencia

Resistencia media

Resistencia baja

Resistencia muy baja

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191


� RCS y tamaño de los bloques

� En la clasificación “A” es la roca de mejor calidad

CLASIFICACION DE LOUIS

RESISTENCIA A LA COMPRESION (Mpa)

1010.1 100

GF

E

D

CB

A

192


CLASIFICACION DE DEERE (RQD)

� Se basa en el RQD (rock quality designation)

RQD Clasificación

<25% muy pobre

25-50% pobre

50-75% normal

75-90% bueno

90-100% muy bueno

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Inconvenientes:

�Depende de la pericia del sondista y la máquina

�Falla en rocas estratificadas

�Depende de la dirección del sondeo

CLASIFICACION DE DEERE (RQD)

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� Suma de tres factores RSR=A+B+CA: GeologíaB: Influencia del diaclasadoC: Efecto del agua

� Tiene un valor comprendido entre 25 y 100.

� Cuanto mejor sea la calidad de la roca y más favorable ladisposición de las juntas respecto a la excavación, mayorserá el valor resultante.

CLASIFICACION RSR

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CLASIFICACION RSRParámetros A: Geología de la zona

Parámetros B: Influencia del diaclasado

EstructuraTipo de Terreno

Separación mediaentre diaclasas (m)

Dirección: Dirección:

// al ejeSentido de

avance

1 al eje

Ambas Según buzam Contra buzam. AmbasBuzamiento de las diaclasas principales*

1

14< 0,15

0,15 - 0,300,30 - 0,600,60 - 1,20

> 1.20

24324045

1 = 20º 2 = 20º - 50º 3 = 50º - 90º

17263442

42 45 45 42 3648

2030384450

16 18 14 15 1220 24 2427 30 32 30 2536 39 40 37 30

12 2 23 3 3

Igneo ...................

Sedimentario .......

Metamórfico .......

Masiva

30

24

27

26 15 10

20 12 8

22 14 9

Ligeramenteplegada o

fallada

Moderadamenteplagada o

fallada

Intensamentepletada o

fallada

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CLASIFICACION RSR

Parámetro C: Efecto del agua

Afluencia de aguaprevistal/min/m

20 - 45 46 - 80

Suma A + B

Estado de las diaclasas*1

18 15 10 20 18 1417 12 7 19 15 1012 9 6 18 12 88 6 5 14 10 6

2Nula.....................................Ligera (<2,5 1/min/m)..........Media (2,5 - 12,5 1/min/m)...Alta (>12,5 1/min/m).........

1 = cerradas o cementadas2 = ligeramente alteradas3 = abiertas o muy alteradas

3 1 2 3

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Suma de parámetros puntuados:

1. RCS (Resistencia compresión simple)

2. RQD (Rock Quality Designation)

3. Separación entre las diaclasas

4. Estado de las discontinuidades

5. Agua freática

6. Corrección por orientación de discontinuidades

CLASIFICACION RMR DE BIENIAWSKI

Engineering

Estabilidad de Taludes Parte 3