CALIFICACION Y CLASIFICACION DEL GEOTECTICA DE MACISOS ROCOSOS informe 2.docx

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCAFACULTAD DE INGENIERÍAE.A.P DE INGENIERÍA CIVIL

II. OBJETIVOS.

GENERAL:

Evaluar la calidad de un macizo rocoso.

ESPECÍFICOS:

Aplicar el método de RMR. Encontrar la familia de discontinuidades en un macizo rocos. Determinar que materiales se va a utilizar como soporte en la construcción de

túneles según su RMR, BARTON, GSI Y RUMANO del macizo rocoso

Tecnologia De Los Materiales 1


III. CALIFICACION Y CLASIFICACION DEL GEOTECTICA DE MACISOS ROCOSOS

A). METODO DEL INDICE DEL RMR.

1. USC: RESISTENCIA A LA COMPRENSIÓN UNIAXIAL DE LA ROCA INTACTA

Calculo del UCS

Resultados obtenidos con el martillo en diferentes orientaciones.

Lecturas del 43 48 49 38 Martillo

Ubicando estas lecturas del martillo en la gráfica para calcular la resistencia de la roca en MPa.



UCS 1: 188 + 90 = 278UCS 2: 165 + 130 = 295UCS 3: 285 + 145 = 430UCS 4: 165 + 75 = 240

PROMEDIO = 278+295+430+240

4= 310.75

UCS = 310.75 MPa.

Puntaje asociado al UCS: 15

Comentarios: resistencia muy alta

En el cuadro según el UCS le damos el puntaje correspondiente.

Como la resistencia es mayor a 250 MPa

PUNTAJE DE UCS = 15



2. RQD: INDICE DE CALIDAD DE LA ROCA

Testigo de sondeo de la Roca (asumido)

RQD=20+25+28+10+15+12+12+22+30197

*100 = 82.2 %

Calculo del puntaje asignado al RQD.

PUNTAJE = 16.4 CALIDAD DEL MACISO: Buena calidad geotécnica.



EXTRACCION DE TESTIGOS PARA EL RQD

TOMA DE MUESTRAS PARA EL RQD



3. ESPACIACIMIENTO (S).Es la distancia perpendicular entre las estructuras.FAMILIAS IDENTIFICADAS:En el mapa dado podemos identificar cuatro familias, de las cuales calcularemos el promedio de espaciamiento de cada familia:S1

¿ 360+252+90+270+270+144+126+180+342+288+324+144+486+270+72+108+108+14418

= 221 mm

S2¿270+270+360+378+180+414+198

7= 295.71 mm

S3¿558+216+288+612+648

5= 464.4 mm

S=221+295.71+464.4

3=327.04mm

S= 327.04 mm

PUNTAJE DE S = 9.35

Grafica para calcular el puntaje.



4. JS: CONDICIÓN DE LA JUNTADeterminación del puntaje de JS:

Calculo del espesor¿54+36+54+36+18+54+37+45+36+54+36+36

12 = 39.85 mm

Calculo de la persistenciaFamilia 1 0.54+0.83+0.57+1.95+0.50+2.07+0.77+0.50+2.34+0.52+0.50+0.54+1.48+0.58+0.77+0.83+1.12

18=1.13m

Familia 21.08+0.36+2.03+0.97+1.94+1.08+1.04+0.58+0.90+0.76+0.70+2.53+1.08

13=1.16m

Familia 31.55+3.99+3.95+2.16

4=2.91m

Persistencia Promedio 1.13+1.16+2.91

3=1.73m

PARAMETRO DE LAESTRUCTURA

CONDICION PUNTAJE

Persistencia o extensión (m) 1.73 m 4Apertura o espesor (mm) 39.85 mm 0

Rugosidad ALGO RUGOSA 3Material de relleno Blando >=5mm (arcilla) 0

Intemperización o Alteración Alteración moderada 3 PUNTAJE JS = 4+0+3+0+3 = 10

5. WJ CONDICION DE AGUASCaudales registradosQ1=30<¿minQ2=40<¿minQ3=90<¿minQ4=100<¿min



Escogemos el peor de los casos:DESCRIPCION QW(lt/min) PUNTAJE

Goteos 100 4

Puntaje JS = 4

CALCULO DEL RMR

RMR = 15+16.4+9.35+10+4 = 54.75

RMR = 54.75

COMO RMR IN SITU = 54.75 SE TIENE UNA CALIDAD DE ROCA REGULAR

7. AJUSTE TOTAL DEL PUNTAJE RMR POR EFECTO DE LA ORIENTACION DE LAS ESTRUCTURASANGULOS DE BUZAMIENTOFamilia 1:θ1=48 °θ2=35°θ3=45 °


puntajeUCS 15RQD 16.4

S 9.35JC 10

WC 4


θpromedio=48 °+35 °+45 °

3= 42.67°

El ángulo de buzamiento:θpromedio= 42.67°Y como la orientación de las estructuras es desfavorable para la construcción de túneles según la tabla de valores.Según este criterio asumimos la siguiente corrección: según el eje del túnel es desfavorable = -10

RMR = 54.75 -10 = 44.75

La roca presenta una calidad de clase III, es decir una calidad regular por lo tanto necesita sostenimiento.

B). SISTEMA DE BARTON O CALIFICACION DEL MACIZO ROCOSO SEGÚN EL INDICE QEl método de clasificación de Barton se desarrolló para estimar la fortificación de túneles en función del índice Q de calidad geotécnica definido como:

: Representa el tamaño de los bloques presentes

: Representa rugosidad y características de resistencia al corte de las diaclasas (paredes y/o relleno).

: Representa las tenciones activas, presión de agua y estado tensional para distintos tipos de macizos encontrados durante la excavación.

Los parámetros que definen estos cocientes son:

RQD: La desintegración de la calidad de la roca definida por Deere, que puede variar de “0” en macizos rocosos de muy mala calidad y “100” en macizos rocosos de excelente calidad.

Jn: Un coeficiente asociado al número de sets de estructuras presentes en el macizo rocoso. Esto puede variar de 0.5 en macizo masivo o con pocas estructuras y 20 en roca totalmente disgregada o triturada.


Q=( RQDJn )∗( JrJa )∗( JwSFR )

RQDJn

JrJa

JwSRF


Jr: Coeficiente asociado a la rugosidad de las estructuras presentes en el macizo rocoso, puede variar de 0.5 para estructuras planas y pulidas a 5 en estructuras poco persistentes espaciadas a más de tres metros.

Ja: Este coeficiente está asociado a la condición o grado de alteración de las estructuras presentes en el macizo rocoso que puede variar de 0.75 en vetillas selladas en roca dura con rellenos resistentes y no degradables y a 20 estructuras con rellenos potentes de arcilla.

Jw: Es un coeficiente asociado a la condición de aguas en las estructuras presentes en el macizo rocoso, que puede variar de 0.05 en flujo notorio de aguas permanentes o que no decae en el tiempo y a 1, en estructuras secas o con flujo mínimo de agua.

SRF: es coeficiente asociado al posible efecto de la condición de esfuerzos en el macizo rocoso que puede variar de 0.05 en concentraciones importantes de esfuerzos en roca competente y a 400 en potencial ocurrencia de estallidos de roca.

PARAMETROS USADOS EN EL SISTEMA Q

1. RQD: INDICE DE CALIDAD DE LA ROCA

Testigo de sondeo de la Roca

RQD=20+25+28+10+15+12+12+22+30197

*100 = 82.2 %

Calculo del puntaje asignado al RQD.



RQD = 16.4

CALIDAD DEL MACISO: Buena calidad geotécnica.

2. Jn: NUMERO DE FAMILIAS DE DISCONTINUIDADES

CLASIFICACION

NUMERO DE FAMILIAS DE DISCONTINUIDADES Jn

VALOR

Tres familias de diaclasas 12

3. Jr: INDICE DE RUGOSIDAD DE LAS DISCONTINUIDADES


Jn = 9


CLASIFICACION

INDICE DE RUGOSIDAD VALORDISCONTINUAS 4

Jr = 4

4. INDICE DE ALTERACION DE LAS DISCONTINUIDADES

CLASIFICACION

INDICE DE ALTERACION Ja VALORLigera alteración 2

Ja = 2

5. FACTOR DE REDUCCION POR PRESENCIA DE AGUA

CLASIFICACION

COEFICIENTE REDUCTOR PRESION DE AGUA VALOR



POR LA PRESENCIA DE AGUA Jw

Kg/cm^2

Afluencia media con lavado de algunas diaclasas

˃10 0.66

Jw = 0.66

6. FACTOR DE REDUCCION POR TENCIONES

CLASIFICACION

PARAMETRO SRF VALORGran Cobertura 2

SRF = 2

CALCULO DEL Q

Q=( RQDJn )∗( JrJa )∗( JwSFR )



Q = 1.2027

CALIFICACION SEGÚN EL SISTEMA Q DE BARTON

CLASIFICACION

TABLA DE CLASIFICACION FINAL (Q)Malo 1.804

Por otra parte, es lógico intentar una correlación entre los índices Q y RMR. Se han encontrado relaciones del tipo:

RMR = 9 · ln (Q) + 44 (Bieniawski, 1976)

RMR = 9 · ln (1.2067) + 44 = 45.66

Comprobando la relación del índice Q con el RMR de Bieniawski.

RMR calculado por el método de Bieniawski.

RMR=¿44.75

Cuya diferencia es: 45.66 – 44.75 =0.09


PARAMETROS VALORRQD 16.4

Jn 9Jr 4Ja 2Jw 0.66SRF 2


Con un error de: ±0.09 calculado con el índice RMR de BIENIASWSKI.

C. SISTEMA DE CLASIFICACIÓN DE HOEK Y BROWN (GSI)Hoek ha propuesto un índice geológico de resistencia, GSI (geological strength index), que evalúa la calidad del macizo rocoso en función del grado y las características de la fracturación, estructura geológica, tamaño de los bloques y alteración de las discontinuidades.



VALOR DE LA CALIDAD DE LA SUPERFICIE (SCR)

SCR = Rr + Rw + Rf

Rr: Valor de la rugosidadRw: Valor de la meteorizaciónRf: Valor del relleno

Calculamos los valores de Rr, Rw, Rf con la siguiente tabla

Rr = 6 (rugosas)Rw = 5 (ligeramente meteorizada)Rf = 0 (> 5 mm)SCR = 6+5+0 = 11SCR = 11 según este parámetro seria de una calidad MEDIA (rugosa, ligeramente meteorizada con rellenos blandos.

VALOR DE LA ESTRUCTURA (SR)Este valor se calcula en el siguiente grafico entrando con el valor de SCRSCR = 11



SR = 70 y GSI = 80INDICE VOLUMETRICO DE DIACLASAS (Jv)Teniendo el valor de la estructura (SR) podemos clacular el valor de Jv con el siguiente gráfico.SR = 70

Según esta tabla: Jv = 1.1 Lo que indica que es un macizo rocoso FRACTURADO



Según este sistema de clasificación es un macizo rocoso poco perturbado consistente de bloques cúbicos formado por tres sistemas ortogonales de discontinuidades unidos entre si

Por lo que necesita sostenimiento por lo q el macizo esta fracturado.

D). SISTEMA DE CLASIFICACIÓN RUMANO (SMR)EL INDICE SMR para la clasificación de taludes se obtiene del índice RMR básico, restando un “factor de ajuste” que es función de la orientación de las discontinuidades (y producto de tres subfactores) y sumando un “factor de excavación” que depende del método utilizado.

❑❑

FACTOR DE AJUSTES DE LAS DISCONTINUIDADES. Es producto de tres subfactores. F1, depende del paralelismo entre el rumbo de las discontinuidades y la cara del talud

α J=90 ° y α S=90 ° , la caradel taludes paralelo discontinuidad F1 = (1- sen(90° - 90° ))^2 = 1 F1 = 1

F2, depende del buzamiento de la discontinuidad en la rotura plana



❑J=¿ 42.67° F2 = (tan 42.67°)^2 = 0.85 F2 = 0.85

F3, refleja la relación entre los buzamientos de la discontinuidad y del talud.

F3=42.67 °45 °

= 0.95

FACTOR DE AJUSTES SEGÚN EL METODO DE EXCAVACION. F4, ha sido establecido empíricamente como F4 = +15, si es talud naturalF4 = +10, talud con precorteF4 = +8, técnicas de voladuras suavesF4 = 0, con voladuras normales que no modifican la estabilidadF4 = -8, voladuras defectuosas y puede dañar la estabilidadPara este caso tomamos F4 = 0, se construye el túnel con voladuras normales

CALCULAMOS EL SMR

F1 = 1, F2 = 0.85, F3 = 0.95, F4 = 0 y RMR = 44.75

SMR = 44.75 + (1*0.85*0.95) + 0 = 45.56

SMR = 45.56

CALIFICACION DEL MACIZO ROCOSO EN LA SIGUIENTE TABLA

ES UN MACIZO ROCOSO DE CLASE III NORMAL



PARCIALMENTE ESTABLE FRACTURAS JUNTAS Y MUCHAS CUÑAS NECESITA SOSTENIMIENTO

IV. DISEÑO DE TÚNEL PARA VIADUCTOSegún el estudio del macizo rocoso donde se desea construir dicho túnel, aplicando el método de RMR, Q, GSI Y SMR tenemos una calidad REGULAR, por lo que necesitara sostenimiento.

Perfil del túnel. Es la longitud total que va a tener el túnel, donde se construirá trabajando a dos frente

Diseño del túnel, se lo realizara en forma de herradura Superficie DIMENSIONES (m)


100 m

3 m

50 m


Metodo de Excavacion, Para este caso se utilizaria el METODO ALEMAN, ya que se trata de un tunel grande de seccion mayor a 15 m^2.

Se hacen avanzar dos galerías inferiores, una en cada muro lateral. En estas galerías se construyen los muros hasta llegar al techo de las mismas. Sobre esto se excavan otras dos galerías y se continúa la construcción de los muros. Se añade una galería central superior que se ensancha hasta alcanzar las galerías laterales; el terreno sobre el arco queda apuntalado por maderos longitudinales y estacas transversales. Después de terminado el revestimiento del arco se remueve el resto del terreno.

ESTABILIDAD DE LOS TALUDES DE AMBOS FRENTES. La estabilidad de estos tuneles es muy importante, ya que de estos dependera la funcionalidad del tunel y permita su construccion de este.

Según el metodo Rumano (SMR) de clasificacion de taludes nos salio un talud de clase III, quiere decir parcialmente estable. Por lo que requerira asegurar su estabilidad

Disminuir la carga carga portante del talud



Como un frente el talud es pequeño reforzamos el emboquille con concreto ciclopeo.

El otro frente es un talud con una carga mayor, disminuimos esta carga portante haciendo banquetas y sanjas de coronacion para desviar el agua en la parte superior del talud, ademas reforzamos con mallas, revestido con concreto proyectado en la parte de emboquille del tunel.

Metodo constructivo. Se realizara la excavacion con explosivos siguiendo el siguiente orden:


Concreto ciclopeo


1. PERFORACION. Se reliza la perforacion de la parte que se quiere excabar para colocar los explosivos, que se lo realiza mediante perforadoras.

CARGA DE EXPLOSIVOS. Se coloca los explosivos


PERFORADORA


Tipo de explosivos. Se usara esplosivos Explosivos pulverulentos ya que es aadecuado para rocas blandas y semiduras como carga de columna. Tienen consistencia pulverulenta, y su manejo es muy seguro debido a su escasa sensibilidad a los choques, golpes o fricciones.

Estos explosivos están compuestos por nitrato amónico sensibilizado con pequeñas cantidades de nitroglicerina y/o trilita, además de un combustible y aditivos que actúan como estabilizadores impermeabilizantes, etc.

VOLADURA. Luego de ubicar toda la cercha se enciende la guia y se produce la explosion



VENTILACION. Se ubica dos tubos, donde se captura los gases y se saca al exterior, y se ventila el interior del tunel.La atmósfera respirable en el interior del túnel debe ser similar a la de la calle.

LIMPIEZA. Como es tunel de diametro que permite utilizar maquinaria pesada para retirar los escombros de roca y tierra hacia el exterior.



SOSTENIMIENTO.Según la calificacion del maciso rocoso al realizar la exacavacion de este se tendria el siguiente problema:

Para solucionar este problema se utilizara sistemas de sostenimiento.Se realizara un malla de varillas de acero en los astiales y la pared del tunel y se cubrira con concreto proyetado. Ya que el macizo rocoso es de una calidad regular.


Roca medianamente fracturada


Hormigon proyectado mediante maquina robot

Si en la excabacion del tunel se encontrara roca muy fracturada seria necesario utilizar mayor refuerzo.Se usara placas de acero corrugado para la parte del techo del tunel.

Y en la parte de los astiales placas de concreto prefabricado



A una distancia de dos metros se colocara arcos de acero para que el tunel tenga una mayor resistencia

Manera como se colora el material de soporte del tunel

cual se unira mediante unos pernos de anclaje.


2 m

Placas de acero corrugado

Arcos de acero


Las placas seran unidas al techo del tunel con pernos de anclaje, que son pernos sistematicos de 4.5 m de longuitud, espaciados entre 1m y 1.5m en la corona del tunel. Los cuales seran unidos al maciso con recina

Las placas y los arcos de acero seran unidos tambien con pernos


Placas de concreto prefabricado

pernos


DRENAJE. se colorara tubos en el techo del tunel para drenar el agua como se muestra en la imagen

ILUMINACION EN LA CONSTRUCCION DEL TUNEL Se proporcionará iluminación eléctrica, en cantidad y calidad suficiente, para permitir el paso seguro en todas las zonas. Los accesorios deberán ser no metálicos, estancos al polvo y al agua. Las lámparas fijas utilizadas en el túnel, deberían estar provistas de un globo resistente de vidrio o de otro material transparente y protegidas con un resguardo.

Protección de los trabajadores



MATENIMIENTO DEL TÚNEL. Reparaciones de pavimentos, paredes y techo. Aseo periódico de pasillos, bermas y canaletas para evitar la acumulación de

polvos. Lavado de las superficies de los túneles tales como: paredes, techo y piso

revestidos con hormigón, azulejos o estucos, mediante sistemas de chorro de vapor de agua con detergentes o métodos similares.

Pintado anual de elementos metálicos, luminarias, casetas de incendio, teléfonos, letreros, etc.


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