capitulo_2 caractgeom masa rocosa

COLEGIO DE INGENIEROS DEL PERU – CONSEJO DEPARTAMENTAL DE LIMA CAPITULO DE INGENIERIA DE MINAS

GEOMECANICA APLICADA ALMINADO SUBTERRANEO

CURSO

CARACTERIZACION DE LA MASA ROCOSA

Ingenieros S.R.Ltda.DCRGeomecánica en Minería y Obras Civiles

Ing. David Córdova Rojas Lima, 22 al 24 de Setiembre del 2006

ROCA INTACTA, DISCONTINUIDADES Y MASA ROCOSA

MODELAMIENTOS PARA EL DISEÑO DE EXCAVACIONES ROCOSAS

MODELO GEOLOGICO

MODELO GEOMECANICO

MODELO MATEMATICO

MODELO GEOLOGICO

LITOLOGIA

INTEMPERIZACIONALTERACION

ESTRUCTURAS PRINCIPALES

CARACTERISTICASGEOMECANICAS DISCONTINUIDADES

HIDROGEOLOGIA SISMOLOGIA

MODELO GEOMECANICO

RESISTENCIA DE LA ROCA INTACTA

RESISTENCIA DE LAS DISCONTINUIDADES

CALIDAD DEL MACIZO ROCOSO

RESISTENCIA DEL MACIZO ROCOSO

ESFUERZOS IN-SITU

CALIDAD DE LA EXCAVACION

MODELO MATEMATICO

MODELOS DISCONTINUOS

MODELOS CONTINUOS EQUILIBRIO LIMITE

METODOS SUGERIDOS PARA LA DESCRIPCION CUANTITATIVA DE LAS DISCONTINUIDADES DE

LA MASA ROCOSA

1. Orientación2. Espaciamiento3. Persistencia4. Rugosidad5. Resistencia de las paredes6. Apertura 7. Relleno8. Filtraciones9. Número de familias (sistemas)

10. Tamaño de bloques

1. ORIENTACION

N

a

rumbo = a°

Buzamiento = °

RUMBO Y BUZAMIENTO

1. ORIENTACION

DIRECCIÓN DE BUZAMIENTO Y BUZAMIENTO

buzamiento

N

a

= buzamientodirección de

dirección debuzamiento = a°+90°

vectorbuzamiento

= °

1. ORIENTACION

SISTEMAS O FAMILIAS DE DISCONTINUIDADES ESTRUCTURALES

1

2

1

3

4

2 N

20°

(a)095° / 90°3.

4. 180° / 86°

1.2.

200° / 10°230° / 85°

VISTA PERSPETIVA Y SU RELACION A UNA ESTRUCTURA DE INGENIERIA

1. ORIENTACION

SISTEMAS O FAMILIAS DE DISCONTINUIDADES ESTRUCTURALES

2

90°150°

90°N

1

3

(b)

3. 030° / 32°2.1.

285° / 70°055° / 85°

VISTA PERSPETIVA Y SU RELACION A UNA ESTRUCTURA DE INGENIERIA

1. ORIENTACION

R

3

2

35°

N1

2. 130° / 15°3. 285° / 85°

1. 200° / 88°

SISTEMAS O FAMILIAS DE DISCONTINUIDADES ESTRUCTURALESDIAGRAMA DE BLOQUES QUE PROPORCIONA UN CUADRO CUALITATIVO DEL DIACLASAMIENTO

1. ORIENTACION

SISTEMAS O FAMILIAS DE DISCONTINUIDADES ESTRUCTURALESCASO REAL DE UN MACIZO ROCOSO CON 3 SISTEMAS TIPICOS DE DISCONTINUIDADES

1. ORIENTACION

TECNICAS DE PROYECCION ESTEREOGRAFICA PARA DETERMINAR LAS CARACTERISTICAS ORIENTACIONALES DE LAS DISCONTINUIDADES

1. ORIENTACION

TECNICAS DE PROYECCION ESTEREOGRAFICA PARA DETERMINAR LAS CARACTERISTICAS ORIENTACIONALES DE LAS DISCONTINUIDADES

1. ORIENTACION

1m

1m

2m

2m

3m

3m

N

E

S

W

CONTOUR LEGENDSCHMIDT POLE

CONCENTRATIONS% of total per

1.0 % areaMinimum Contour = 1Contour Interval = 1Max.Concentration = 6.89

MAJOR PLANES ORIENTATIONS

# DIP/DIR. 1 m 77/132 2 m 64/053 3 m 36/240

EQUAL AREALOWER HEMISPHERE

784 Poles Plotted747 Data Entries

Condestable 2 Zona Prioridad 1

Composito General de Estructuras

ARREGLO ESTRUCTURAL GENERAL DE LA MASA ROCOSA DE UN YACIMIENTO DEL PERU

1. ORIENTACION

REPRESENTACION DE DATOS ESTRUCTURALES RELACIONADOS A CUATRO POSIBLES MODOS DE FALLA DE TALUDES, PLOTEADOS SOBRE UNA RED EQUIAREAL DE SCHMIDT

1. ORIENTACION

FORMACION DE CUÑAS EN EXCAVACIONES SUBTERRANEAS POR EL ARREGLO ESTRUCTURAL DE LA MASA ROCOSA

2. ESPACIAMIENTO

DISTANCIA ENTRE LAS DISCONTINUIDADES DE UN SISTEMA MEDIDO PERPENDICULARMENTE A LAS MISMAS

2. ESPACIAMIENTO

cara in

accesi

ble

S 2

2

cinta

d

S 2

ca. 90°

2

set n° 1

set n° 2

set n° 3

S 1S2

S

1SS = d sin2 2 2

20 - 60 mm60 - 200 mm200 - 600 mm600 - 2000 mm2000 - 6000 mm> 6000 mm

Espaciamiento moderadoEspaciamiento amplioEspaciamiento muy amplioEspaciamiento extremadamente amplio

Terminología

Espaciamiento extremadamente cercano < 20 mmEspaciamiento muy cercanoEspaciamiento cercano

ESPACIAMIENTO APARENTE Y VERDADERO EN LA CARA ACCESIBLECORRECCION PARA DETERMINAR EL ESPACIAMIENTO VERDADERO

3. PERSISTENCIA

LONGITUD DE LA TRAZA DE LA DISCONTINUIDAD O EXTENSION AREAL DE LA MISMA

3. PERSISTENCIA

ESQUEMAS SIMPLES QUE INDICAN LA PERSISTENCIA RELATIVA DE VARIOS SISTEMAS DE DISCONTINUIDADES

(c) (d)

(a) (b)

3. PERSISTENCIA

DIAGRAMAS DE BLOQUE QUE INDICAN LA PERSISTENCIA RELATIVA DE VARIOS SISTEMAS DE DISCONTINUIDADES

No-persistente

(e)

Persistente

(f)

TERMINOLOGIA

Persistencia muy baja 0 – 1 mPersistencia baja 1 – 3 mPersistencia media 3 – 10 mPersistencia alta 10 – 20 mPersistencia muy alta > 20 m

3. PERSISTENCIA

sistema persistente

sistema sub-persistente

sistema no-persistente

3

puente intacto

EJEMPLOS IDEALIZADOS DE PLANOS POTENCIALES DE FALLA QUE MUESTRAN LA IMPORTANCIA DE LOS “PUENTES INTACTOS” Y DEL

“ESCALONAMIENTO HACIA ABAJO”

puente intacto

falla escalonada ´3D´

falla escalonada ´2D´

plano de falla

2

3

1

2 1

4. RUGOSIDAD

GRADO DE ASPEREZA Y/U ONDULACION DE LAS DISCONTINUIDADES

4. RUGOSIDAD

1

2

i

Ensayo de cortein-situ

de laboratorioEnsayo de corte

2

1

ondulación

LAS DIFERENTES ESCALAS DE RUGOSIDAD DE LAS DISCONTINUIDADES SON MUESTREADAS PARA DIFERENTES ESCALAS DE ENSAYOS

LA ONDULACION ES CARACTERIZADA POR EL ANGULO (i)

4. RUGOSIDAD

'

Perfil derugosidad

azimut =

30°

Escala

buzamientoaparente

la mitad no utilizadade una regla plegablede 2 m

puntopiedrapequeña

y

y

alto

UN METODO PARA REGISTRAR LA RUGOSIDAD DE LAS DISCONTINUIDADES EN DOS DIMENSIONES, A LO LARGO DE LA DIRECCION ESTIMADA DE

DESLIZAMIENTO POTENCIAL

4. RUGOSIDAD

UN METODO PARA REGISTRAR LA RUGOSIDAD DE LAS DISCONTINUIDADES EN TRES DIMENSIONES, PARA CASOS DONDE LA DIRECCION DEL

DESLIZAMIENTO NO ES AUN CONOCIDA

D is co m e ta lico

B u rb u ja L e c tu ra de b u z a m ien to

1

2d e n ive l

B ru ju la

a

i

40 cm diam. 20 cm diam.

10 cm diam. 5 cm diam.

b

-20

-40

010 20 30 40 50Decimetro de la placa cm.

Direccion del Deslizamiento potencial40 cm.

20 cm.10 cm.5 cm.

-40

-20

c

4. RUGOSIDAD

rugoso

liso

espejo de falla

escalonado

rugoso

liso

espejo de falla

ondulado

rugoso

liso

espejo de falla

planar

I

V

IX

VIII

VII

VI

IV

III

II

PERFILES TIPICOS DE RUGOSIDAD Y NOMENCLATURA SUGERIDA LONGITUD DE CADA PERFIL EN EL RANGO DE 1 A 10 MLAS ESCALAS VERTICAL Y HORIZONTAL SON IGUALES

4. RUGOSIDAD

6

10

8

9

7

5

4

3

2

1

10 - 12

ESCALE

18 - 20

14 - 16

16 - 18

12 - 14

8 - 10

6 - 8

4 - 6

2 - 4

0 - 2

0 5 10cm

PERFILES DE RUGOSIDAD Y RANGOS CORRESPONDIENTES DE VALORES “JRC” ASOCIADOS CON CADA UNO DE ELLOS

5. RESISTENCIA DE LAS PAREDES____________________________________________________________________________

Término Descripción Grado____________________________________________________________________________Fresca o sana No hay signos visibles de intemperización del material I

rocoso, quizás una ligera decoloración en la superficie de las discontinuidades principales

Ligeramente La decoloración indica la intemperización del material II intemperizado rocoso y de la superficie de discontinuidad. Todo el

material rocoso puede estar decolorado por intemperi-zación y externamente puede ser más débil que en su condición sana.

Mederadamente Menos de la mitad del material rocoso está descom – IIIintemperizada puesto y/o desintegrado a un suelo. Roca fresca o

decolorada esta presente ya sea como armaduracontinua o como núcleos.

Altamente Más de la mitad del material rocoso esta descompuesto IVintemperizada y/o desintegrado a un suelo. Roca fresa o decolorada

esta presente ya sea como armadura continua o como núcleos.

Completamente Todo el material rocoso esta descompuesto y/o desin- V tegrado a un suelo. La estructura del macizo rocoso original permanece aun intacto.

Suelo residual Todo el material rocoso se ha convertido en suelo. La VIestructura del macizo y la fábrica del material se handestruido. Hay un cambio grande en el volumen, peroel suelo no ha sido transportado significativamente.

GRADO DE INTEMPERIZACION DE LA MASA ROCOSA

5. RESISTENCIA DE LAS PAREDES

TERMINO DESCRIPCION

Fresco o sano Ningún signo visible de intemperización del material rocoso

Decolorado El color del material rocoso fresco original es distinto. Hay que indicar el grado de cambio del color original. También hay que mencionar si el cambio de color solo afecta a determinados minerales.

Descompuesto La roca esta intemperizada a una condición de suelo, en la cual la fábrica del material original esta aun intacta, pero algunos o todos los granos minerales están descompuestos.

Desintegrado La roca está intemperizada hasta alcanzar la condición de un suelo, en el cual la fábrica original se mantiene aun intacta. La roca es friable, pero los granos minerales no están descompuestos.

GRADO DE INTEMPERIZACION DEL MATERIAL ROCOSO

5. RESISTENCIA DE LAS PAREDES

Grado Descripción Identificación de campo Rango aprox.σc – MPa

R1

R2

R3

R4

R5

R6

Roca muy débil

Roca débil

Roca mediana –mente dura

Roca dura

Roca muy dura

Roca extrema –damente dura

Desmenuzable bajo golpes firmes con la punta de un martillo de geólogo, puede desconcharse con una navaja.Puede desconcharse con dificultad con una navaja, se puede hacer marcas poco profundas golpeando firmemente con el martillo de geólogo.No se puede rayar o desconchar con una navaja, las muestras se pueden romper con un golpe firme del martillo de geólogo.Se requiere más de un golpe con el martillo de geólogo para romper la muestra.Se requieren varios golpes con el martillo de geólogo para romper la muestra.Solo se puede romper esquirlas de la muestra con el martillo de geólogo.

1.0– 5.0

5.0 – 25

25 – 50

50 – 100

100 – 250

> 250

ESTIMACION EN CAMPO DE LA RESISTENCIA DE LA ROCA INTACTA

5. RESISTENCIA DE LAS PAREDES

CARTILLA DE CORRELACION PARA EL MARTILLO SCHMIDT DE DUREZARELACION: DENSIDAD, N° REBOTE Y RESISTENCIA COMPRESIVA DE LA ROCA

6. APERTURA

GRADO DE SEPARACION DE LAS PAREDES DE LAS DISCONTINUIDADES

6. APERTURA

DIAGRAMAS QUE MUESTRAN LA DEFINICION DE LA APERTURA DE LAS DISCONTINIDADES Y EL ANCHO DE LAS DICONTINUIDADES RELLENAS

Discontinuidad cerrada

a

Discontinuidad abierta

b apertura

Discontinuidad rellenada

c ancho

6. APERTURA

__________________________________________________________________Apertura Descripción

__________________________________________________________________

< 0.10 mm Muy cerrado0.10 – 0.25 mm Cerrado Rasgos “cerrados”0.25 – 0.5 mm Parcialmente abierto 0.50 – 2.5 mm Abierto2.50 – 10 mm Moderadamente amplio Rasgos “semiabiertos”

> 10 mm Amplio1 – 10 cm Muy amplio

10 – 100 cm Extremadamente amplio Rasgos “abiertos”> 1 m Cavernoso

__________________________________________________________________

TERMINOLOGIA DE LA APERTURA

7. RELLENO

MATERIAL DE RELLENO DE UNA DISCONTINUIDAD

7. RELLENO

• Mineralogía del material de relleno• Gradación del tamaño de partículas• Relación de sobre-consolidación• Contenido de agua y permeabilidad• Desplazamientos de corte previos• Rugosidad de las paredes• Ancho• Fracturamiento o trituramiento de la roca de las paredes

FACTORES IMPORTANTES DEL COMPORTAMIENTO FISICO DEL RELLENO

7. RELLENO

EJEMPLOS DE ESQUEMAS DE CAMPO DE DISCONTINUIDADES CON RELLENO

8. FILTRACIONES

FILTRACIONES EN LA PARED ROCOSA DE UNA GALERIA SUBTERRANEA

8. FILTRACIONES

_________________________________________________________________Valoración de la filtración Descripción_________________________________________________________________

I La discontinuidad está muy cerrada y seca, el flujo de agua a través de ellas no parece posible.

II La discontinuidad esta seca sin evidencia de flujo de agua.III La discontinuidad esta seca pero muestra evidencias de flujo

de agua, es decir, está teñida por la corrosión. IV La discontinuidad esta húmeda pero no esta presente el agua

libre.V La discontinuidad muestra filtración, ocasionalmente goteo de

agua, pero sin flujo continuo.VI La discontinuidad muestra un flujo continuo de agua. (Estimar

l/min y describir la presión como baja, media, alta). _________________________________________________________________

FILTRACIONES A TRAVES DE DISCONTINUIDADES SIN RELLENO

8. FILTRACIONES

FILTRACIONES A TRAVES DE DISCONTINUIDADES CON RELLENO

____________________________________________________________________Valoración de la filtración Descripción____________________________________________________________________

I Los materiales de relleno están severamente consolidados y secos, flujos significativos parecen improbables debido a la muy baja permeabilidad.

II Los materiales de relleno están húmedos, pero no hay presencia de agua libre.

III Los materiales de relleno están húmedos, ocasionalmente goteode agua.

IV Los materiales de relleno muestran signos de lavado, flujo continuo de agua (estimar en l/min.).

V Los materiales de relleno están lavados localmente, flujo de agua considerable a lo largo de los canales de lavado (estimar l/min y describir la presión: baja, mediana, alta).

VI Los materiales de relleno están lavados completamente, se experimentan presiones de agua muy altas, especialmente en la primera exposición (estimar l/min y describir la presión).

____________________________________________________________________

8. FILTRACIONES

____________________________________________________________________Valoración de la filtración Descripción____________________________________________________________________

I Paredes y techo secos, filtraciones no detectables.II Filtraciones menores, especificar goteos en las discontinuidades.III Afluencias medianas, especificar las discontinuidades con flujo

continuo (estimar l/min/10 m de longitud de excavación).IV Afluencias mayores, especificar las discontinuidades con fuertes

flujo (estimar l/min/10 m de longitud de excavación).V Flujo excepcionalmente alto, especificar las fuentes de flujos

excepcionales (estimar l/min/10 m de longitud de excavación).____________________________________________________________________

FILTRACIONES EN MASA ROCOSA: EJEMPLO, EN LA PARED DE UN TUNEL

9. NUMERO DE FAMILIAS O DE SISTEMAS

TerminologíaI masiva, ocasionalmente juntas aleatoriasII una familia de juntasIII una familia de juntas mas juntas aleatoriasIV dos familias de juntasV dos familias de juntas mas juntas aleatoriasVI tres familias de juntasVII tres familias de juntas mas juntas aleatoriasVIII cuatro o mas familias de juntasIX roca triturada, como tierra

COMPORTAMIENTO MECANICO Y APARIENCIA DE LA MASA ROCOSA

10. TAMAÑO DE BLOQUES

TERMINOLOGIA_______________________________________________Descripción Jv (juntas/m3)_______________________________________________Bloques muy grandes < 1.0 Bloques grandes 1 - 3Bloques de tamaño mediano 3 - 10Bloques pequeños 10 - 30Bloques muy pequeños > 30_______________________________________________Valores de Jv > 60 podría representar roca triturada, típico de zonas trituradas libres de arcillas.

Según Palsmtrom (1974), el RQD y el Jv están relacionados así:

RQD = 115 – 3.3 JvRQD = 100 para Jv < 4.5

TAMAÑO Y FORMA DE BLOQUES

Masivo = pocas juntas o espaciamiento muy amplioBloqueado = aproximadamente equidimensionalTabular = una dimensión considerablemente mas pequeña que las otras dosColumnar = una dimensión considerablemente mas grande que las otras dosIrregular = amplia variación del tamaño y forma de los bloquesTriturado = severamente fracturado, tipo “cubo de azúcar”

10. TAMAÑO DE BLOQUES

ESQUEMAS DE FORMAS DE BLOQUES: a) bloqueado, b) irregular, c) tabular yd) columnar.

GRADO DE FRACTURAMIENTO DE LA MASA ROCOSA

Moderadamente fracturada6 a 12 fracturas / m

Masiva o levemente fracturada2 a 6 fracturas / m

CONSIDERANDO EL NUMERO DE FAMILIAS DE DISCONTINUIDADES Y EL TAMAÑO DE BLOQUES

GRADO DE FRACTURAMIENTO DE LA MASA ROCOSA

Intensamente fracturada

> 20 fracturas / m

Muy fracturada12 a 20 fracturas / m

CONSIDERANDO EL NUMERO DE FAMILIAS DE DISCONTINUIDADES Y EL TAMAÑO DE BLOQUES

GRADO DE FRACTURAMIENTO DE LA MASA ROCOSA

Triturada o brechada

CONSIDERANDO EL NUMERO DE FAMILIAS DE DISCONTINUIDADES Y EL TAMAÑO DE BLOQUES

TIPOS DE DISCONTINUIDADES ESTRUCTURALES DE LA MASA ROCOSA

====================================ESTRUCTURAS MAYORES

PlegamientosFallamientos

ESTRUCTURAS MENORES

Diaclasas o juntasEstratos

Zonas de corteDiques

Planos de foliaciónContactos litológicos

Venillas y otros====================================

TIPOS DE DISCONTINUIDADES ESTRUCTURALES DE LA MASA ROCOSA

PLIEGUES

TIPOS DE DISCONTINUIDADES ESTRUCTURALES DE LA MASA ROCOSA

FALLAS

TIPOS DE DISCONTINUIDADES ESTRUCTURALES DE LA MASA ROCOSA

DIACLASAS O JUNTAS

TIPOS DE DISCONTINUIDADES ESTRUCTURALES DE LA MASA ROCOSA

ESTRATOS

TIPOS DE DISCONTINUIDADES ESTRUCTURALES DE LA MASA ROCOSA

ZONAS DE CORTE

TIPOS DE DISCONTINUIDADES ESTRUCTURALES DE LA MASA ROCOSA

DIQUES

TIPOS DE DISCONTINUIDADES ESTRUCTURALES DE LA MASA ROCOSA

PLANOS DE FOLIACION

TIPOS DE DISCONTINUIDADES ESTRUCTURALES DE LA MASA ROCOSA

CONTACTO LITOLOGICO

TIPOS DE DISCONTINUIDADES ESTRUCTURALES DE LA MASA ROCOSA

VENILLAS

RECOLECCION DE INFORMACION GEOMECANICA

===========================================En afloramientos rocosos: métodos convencionales “líneas en detalle” y “celdas en detalle”.

En testigos (núcleos) rocosos de perforación.

En taladros de perforación (métodos endoscópicos).

Fotogrametría terrestre. ===========================================

METODOS DE MAPEO GEOTECNICO

RECOLECCION DE INFORMACION GEOMECANICA

MAPEO GEOTECNICO POR LINEAS EN DETALLE

RECOLECCION DE INFORMACION GEOMECANICA

MAPEO GEOTECNICO EN TESTIGOS ROCOSOS

RECOLECCION DE INFORMACION GEOMECANICA

EJEMPLO DE FORMATO DE MAPEO GEOTECNICO

RECOLECCION DE INFORMACION GEOMECANICA

EJEMPLO DE FORMATO DE MAPEO GEOTECNICO

EJEMPLO DE MASA ROCOSA CARACTERIZADA