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ANALISIS Y REPRESENTACION ESTEREOGRAFICA POR MEDIO DEL SOFTWARE ROCSCIENCE (DIPS, SLIDE Y ROCLAB), PARA LA

APLICACIÓN DE UN TALUD

JUAN ALCOCER RICO

MARLIOBIS SABARABIA MILLAN

JESUS NAVARRO OÑATE

RICHARD MANJARREZ

FUNDACIÓN UNIVERSITARIA DEL ÁREA ANDINA

FACULTAD DE INGENIERIA

VALLEDUPAR/CESAR

2016

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ANALISIS Y REPRESENTACION ESTEREOGRAFICA POR MEDIO DEL SOFTWARE ROCSCIENCE (DIPS Y SLIDE), PARA LA

APLICACIÓN DE UN TALUD

JUAN ALCOCER RICO

MARLIOBIS SABARABIA MILLAN

JESUS NAVARRO OÑATE

RICHARD MANJARREZ

ING DE MINAS: JUAN MIGUEL ORTEGA

FACULTAD DE INGENIERIA

INGENIERIA DE MINAS

VALLEDUPAR/CESAR

2016

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1. INTRODUCCION

Cuando se habla de análisis y representación estereográfica, se hace referencia a una técnica ara el estudio de los aspectos geométricos de las discontinuidades estructurales, presentes en los macizos rocosos; estas se basan en la orientación y disposición estructural. la representación gráfica de las diferentes familias de discontinuidades puede realizarse mediante la proyección estereográfica, representando los polos o planos con valores medios de las diferentes familias.

La caracterización global del macizo rocoso constituye la fase final del proceso descriptivo, y debe proporcionar las condiciones geológicas y geomecánicas del macizo en su conjunto. A partir de estos resultados se aplican las clasificaciones geomecánicas que proporcionan información sobre la calidad y resistencia del macizo, así como los datos cuantitativos para su aplicación a diferentes fines constructivos (túneles, taludes, etc.).

El método RMR (Rock Mass Raiting) fue desarrolla por BIENIAWSKI en 1972. Este método de clasificación permite caracterizar y estimar la calidad de un macizo rocoso de manera rápida, sencilla y de bajo costo en el trabajo de campo; la clasificación RMR tiene en cuenta varios parámetros que reciben una valoración según las características medidas en campo para luego asignar un puntaje que dará posteriormente la posibilidad de conocer las particulares Geotécnicas preliminares del macizo. Una vez realizada la clasificación RMR se da paso a el ajuste geomecánico de taludes SRM teniendo en cuenta el tipo de fallamiento del macizo rocoso.

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Tabla de contenido

1. Introducción 2. Datos

2.1. Cambio de notación 3. Localizacion 4. Análisis estadísticos de las características de las discontinuidades

4.1. Grafica 9: continuidad de las discontinuidades 4.2. Grafica 10: filtración de las discontinuidades 4.3. Grafica 11: apertura de las discontinuidades 4.4. Grafica 12: relleno de las discontinuidades 4.5. Grafica 13: tipo de las discontinuidades 4.6. Grafica 14: espaciamiento de las discontinuidades 4.7. Grafica 15: tipo de relleno de las discontinuidades

5. Análisis estereográfico en software Dips 5.1. Grafica 1: Representación Estereográfica de polos 5.2. Grafica 2: Representación Estereográfica de contornos 5.3. Grafica 3: Representación Estereográfica de la familia 5.4. Grafica 4: Representación Estereográfica de la familia y el talud 5.5. Grafica 5: Representación Estereográfica de la envolvente de falla y Angulo

de fricción del talud 6. Análisis de rotura con software Roclad

6.1. GRAFICAS 6: Criterios de rotura de Mohr-Coulomb y Hooke Brown 7. clasificación geomecánica del macizo rocoso.

7.1. Clasificación RQD 7.2. Clasificación RMR 7.3. Clasificación SMR

8. Calculo del factor de seguridad software slide. 8.1. elementos esenciales de los métodos 8.2. Método ordinario: ordinary/fellenius

8.2.1. Grafica 16: método ordinario/fellenius factor de seguridad bajo 8.2.2. Grafica 17: método ordinario/fellenius mínimas superficie de falla 8.2.3. Grafica 18: método ordinario/fellenius maximas superficie de falla

8.3. Método ordinario: bishop simplified 8.3.1. Grafica 19: método bishop simplified 8.3.2. Grafica 20: método bishop simplified mínima superficie de falla 8.3.3. Grafica 21: método bishop simplified maxima superficie de falla

8.4. Corrección del factor de seguridad 8.4.1. Grafica 22: método ordinario/fellenius factor de seguridad aceptable 8.4.2. Grafica 23: método bishop simplified factor de seguridad aceptable

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9. Aplicación del macizo para el diseño de un talud 10. Conclusiones 11. Bibliografía

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2. ANALISIS DE DATOS

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3. Localización

El macizo rocoso el cual se le realizó el estudio se encuentra ubicado al noreste del departamento colombiano del cesar, en la vertiente occidental de la serranía del Perijá a 775msn. Dista de Valledupar a 34kl y las coordenadas geográficas correspondientes a Manaure son: 10°24’’N y 73°10’’W.

Trabajamos en el macizo ubicado en la calle 4#1 a 99

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4. CAMBIOS DE NATACION Buzamiento/D de buzamiento – Rumbo / Buzamiento

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5. ANALISIS ESTADISTICO DE LAS CARACTERISTICAS DE LAS DISCONTINUIDADES.

5.1. GRAFICA 1. Espaciado de las Discontinuidades.

5.2. GRAFICA 2. Continuidad de las Discontinuidades.

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5.3. GRAFICA 3. Rugosidad de las Discontinuidades.

5.4. GRAFICA 4. Abertura de las Discontinuidades

5.5. GRAFICA 5. Meteorización de las Discontinuidades

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5.6. GRAFICA 6. Filtraciones de las Discontinuidades.

5.7. GRAFICA 7. Resistencia de las Discontinuidades.

6. ANALISIS ESTEREOGRAFICO EN SOFTWARE (DIPS). Es un software de la firma Rocscience, el cual nos ayuda a la realización de manera digital el levantamiento y análisis de 150 discontinuidades tomadas en Manaure Cesar.

A partir del análisis cinemático de DIPS se puede obtener un análisis estereográfico preciso de todas las discontinuidades caracterizadas; con la opción de contorno dicho software nos brinda la facilidad de identificar las zonas de mayor concentración, con el fin de visualizar la información de la estructura del talud.

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A continuación, se observa detalladamente el análisis estereográfico realizado en el programa DIPS.

6.1. Grafica 8: Representación Estereográfica.

6.2. Grafica 9: Representación Estereográfica de polos.

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6.3. Grafica 10: Representación de Sets.

6.4. Grafica 11: Representación de dirección del talud y las juntas.

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6.5. Grafica 12: Representación Estereográfica de la envolvente de falla y Angulo de fricción del talud.

Se observó que en la representación de análisis cinemático, del macizo rocoso ubicado en Manaure Cesar, se reconocen dos familias de discontinuidades, el cual presenta una rotura en cuña. Porque cumple con las condiciones para determinar la rotura en cuña.

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7. ANÁLISIS DE ROTURA CON SOFTWARE ROCLAB Roclab es una herramienta que se utiliza para determinar los parámetros de resistencia de Hoek- Browm el cual permite hacer un análisis de la resistencia y deformación del macizo, propiedades mecánicas de la roca. Primero se ingresan los datos conseguidos del ensayo de COMPRESIÓN SIMPLE de la muestra tomada en campo, GSI, factor de disturbancia D y mi, a continuación, el software va a dar los resultados de los parámetros resistentes y de las deformaciones del macizo rocoso, partiendo de los siguientes valores:

Resistencia a la Comprensión Simple 5.9 Mpa

GSI 64

Mi 7

D 0.7 (Good Blasting)

Peso Especifico 2829kg/m3 ~ (0.02744 Mn/m3)

Altura 6 m

7.1. Sigci (Resistencia a la Comprensión Uniaxial Intacta)

Dato obtenido en ensayo de resistencia a la comprensión simple, La compresión de la pizarra es de 5900 KN.

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7.2. GSI (Índice de Resistencia Geológica)

Con respecto a la condición de la superficie de la roca y el número de las familias de las discontinuidades más relevantes las cuales son 2 según el análisis estereográfico que se obtuvo de estas, tomamos el valor del GSI de 64.

.

Como presenta dos familias de discontinuidades se evaluó con un valor de 64, para medir el fracturamiento del macizo.

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7.3. TIPO DE ROCA

Se evaluó el tipo de roca, el cual como es una pizarra se evalúa con el valor 7.

7.4. D (Factor de Disturbancia) D= 0.7, con respecto al valor que se obtuvo al evaluar el macizo rocoso con la clasificación RMR de BIENIAWSKI se dedujo que este es de clase III (CALIDAD REGULAR) y por ende se utilizara un factor de disturbancia igual a (0,7) por que se recomienda utilizar una excelente calidad de voladura controlada para que así al realizar el proceso no ocurra una relajación de esfuerzos y no baje la resistencia al cortante del macizo.

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La voladura con la que trabajamos es con una buena voladura.

Una vez registrados los datos anteriormente citados, el software muestra la siguiente información:

7.5. Criterio de rotura de Mohr - Coulomb y Hooke Brown.

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GRAFICAS 13. Criterios de rotura de Mohr-Coulomb y Hooke Brown

La clasificación de Hooke -Brown arrojo la constante mb con un valor de 0.917 y las contantes del macizo rocos son 0.0047 y 0.502 para s y a respectivamente. Para la clasificación de Mohr- Coulomb dio como cohesión c igual a 0.081 y como ángulo de fricción phi 44,25

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8. CLASIFICACIÓN GEOMECANICA DEL MACIZO ROCOSO Desarrollado por Bieniawski, (1989) constituye un sistema de clasificación de macizos rocosos que permite a su vez relacionar índices de calidad con parámetros de diseño y de sostenimiento de taludes. El parámetro que define la clasificación es el denominado índice RMR (ROCK MASS RATING), que indica la calidad del macizo rocoso en cada dominio estructural a partir de los siguientes parámetros: 8.1. RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN SIMPLE DE LA MATRIZ ROCOSA.

DATOS DEL MATERIAL (Muestra Cilíndrica).

8.1.1. PESO: 625,3 gr 8.1.2. ALTO: 90,5 mm 8.1.3. DIAMETRO: 54.0 mm 8.1.4. RESISTENCIA: 5.9 Mpa

8.2. R.Q.D. GRADO DE FRACTURACIÓN DEL MACIZO ROCOSO.

RQD = 100−0,1(λ ) *(0.1 (λ )+1)

λ =150 discontinuidades

20 m

RQD= 100𝑒−0,1(7,5) *(0.1 (7.5) +1)

RQD = 75,9999997%

Según la clasificación RQD el número de juntas observadas por m3 tienes un porcentaje que ubica este macizo como una clasificación buena estructuralmente con respecto a las juntas y su espaciamiento.

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8.3. CLASIFICACION RMR

Esta clasificación viene dada por una serie de parámetros que permiten la cuantificación y cualificación del macizo en estudio: Resistencia a la compresión simple y/o carga puntual. RQD. Espaciado. Características de las discontinuidades: longitud, abertura, rugosidad, relleno,

alteración. Flujo de agua.

según las condiciones de nuestro macizo obtenemos que nuestro RMR está dado por:

RMR= (1) +(2) +(3) +(4) +(5)

RMR= (2) +(17) +(5) +(1+1+3+6+3) +(7)

RMR= 45

Parámetros Puntaje

1 Índice del ensayo de compresión simple RCS (Mpa)

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2 R.Q. D 17

3 Espaciado(m) 5

4 Longitud 1

Abertura 1

Rugosidad 3

Relleno 6

Alteración 3

5 Agua Freática 7

total 45

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La clasificación RMR evalúa el macizo rocoso con respecto al estado de las juntas que están presentes en los macizos, teniendo en cuenta las características de ambiente que predominan en ella y que perjudican al macizo en cuanto a la estabilidad y calidad para obras civiles en general, según la clasificación de nuestro macizo, se ubica en la clasificación REGULAR con un puntaje de 45 teniendo en cuenta una correcciones favorables para taludes, lo que nos da a entender que el macizo ES INESTABLE y no presenta una buena resistencia para la construcción.

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8.4. CLASIFICACION SMR

Permite evaluar la estabilidad de una excavación

El índice SMR incluye cuatro factores de ajuste:

Factor de ajuste de las juntas

F1: Depende del paralelismo entre el rumbo de las juntas y de la cara del talud. F2: depende del buzamiento de las juntas de la rotura en cuña. F3: refleja la relación entre los buzamientos de la junta y el talud.

Factor de ajuate según el método de la excavación.

F4: establecido empíricamente.

SMR=RMR + (F1 * F2* F3) +F4

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𝐹1 = |𝛼𝑖 − 𝛼𝑠| → 𝐹1 = |118° − 90°| = 28° = 𝟎. 𝟒𝟎 𝐹2 = |𝛽𝑗|𝑜|𝛽𝑖| → 𝐹2 = 75° = 𝟏. 𝟎

𝐹3 = 𝛽𝑖 − 𝛽𝑠 → 𝐹3 = 50 − 75 = −25 = −𝟔𝟎 𝐹4 = 𝑀𝑒𝑡𝑜𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝐸𝑥𝑐𝑎𝑣𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 = −𝟖

𝑺𝑴𝑹 = 𝟒𝟓 + (𝟎. 𝟒𝟎 ∗ 𝟏. 𝟎 ∗ (−𝟔𝟎)) − 𝟖 = 𝟏3

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Realizando los respectivos cálculos, el SMR es igual a 13, por lo tanto, el macizo es de clase V totalmente inestable, requiere un tratamiento.

8.5. CLASIFICACION DE BARTON (1974)

El método de Barton permite calcular la velocidad de avance de construcción de un túnel PR a través del índice QTBM. Índice Q de Barton (simplificado) En esta clasificación se catalogan los macizos rocosos según un denominado índice de calidad Q (Barton et al. 1974):

Q=𝑅𝑄𝐷

𝐽𝑛𝑥

𝐽𝑟

𝐽𝑎𝑥

𝐽𝑤

𝑆𝑅𝐹

Donde los parámetros son los siguientes: • R.Q.D.: Rock Quality Designation • Jn: Número de familias de diaclasas • Jr: Rugosidad de las caras de las diaclasas • Ja: Meteorización de las diaclasas • Jw: Agua en las diaclasas • S.R.F.: Factor de reducción Stress Reduction Factor.

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𝑄 =76

4∗

1,5

2∗

0,66

5 𝑄 = 1,881

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9. FACTOR DE SEGURIDAD SOFTWARE SLIDE

El factor de seguridad se calculó con los siguientes datos, haciendo uso de software slide de la firma Rocscience.

Resistencia a la Comprensión Simple 5.9 Mpa

GSI 42

Mi 6

D 0.6 (Good Blasting)

Peso Especifico 2829kg/m3 ~ (0.02744 Mn/m3)

Altura 6m

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9.1. DISEÑO DEL TALUD ORIGINAL.

Se realizó el dimensionamiento del talud respecto a los datos de Angulo de fricción y altura asignada, para crear un modelo al cual se le calculara el factor de la seguridad.

El diseño del talud presenta una altura de 6 m de altura una inclinación de 63° y una dimensión horizontal de 3.2m, talud ubicado en Manaure Cesar, el cual presenta una inestabilidad por una rotura en cuña.

9.2. FACTOR DE SEGURIDAD

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El cálculo del coeficiente de seguridad arrojo una puntuación de 0.933 por medio de los datos generados de ROCLAB por Mohr-Coulomb, por tanto, el talud esta inestable con unas puntuaciones bastantes favorables para deslizamiento del talud, presentando una rotura en cuña, por tanto, necesita un rediseño.

9.3. REPRESENTACION DE LA SUPERFICIE DE FALLA

GRAFICA: REPRESENTACION DE TODA LA SUPERFICIE DE FALLA

GRAFICA: REPRESENTACION DE SUPERFICIE MINIMA.

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GRAFICA: REPRESENTACION DE DOVEDA

GRAFICA DE LA BASE NORMAL STRESS.

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GRAFICA DE BISHOP SIMPLIFICADO

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REDISEÑO DEL TALUD

El rediseño del talud, se rediseño con unos pernos de anclaje para que le coeficiente de seguridad del talud sea estable y el macizo rocoso no produzca un deslizamiento por una rotura en cuña.

PERNOS DE ANCLAJE PARA LA ESTABILIDAD DEL TALUD.

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GRAFICA DE PERNOS DE ANCLAJE DONDE EL TALUD ES ESTABLE CON UNOS PERNOS HORIZONTALES DE 3M DE LONGITUD.

Se realizó la estabilidad del talud ubicado en Manaure Cesar, este presentaba una rotura en cuña y mediante pernos de anclaje de 3 m de longitud, se realizó la estabilidad del talud. Por tanto el coeficiente de seguridad que nos arrojo es de 1.5, el cual el talud quedara como un talud permanente con el rediseño.

GRAFICA DE BASE NORMAL STRESS. EL TALUD CON LOS PERNOS DE ANCLAJE.

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GRAFICA DE BISHOP SIMPLIFICADO

9. CONCLUSIONES.

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-Después de haber realizado todo el estudio podemos afirmar, que el macizo presenta dos familias de discontinuidades, por tanto el macizo representa una rotura en cuña, el cual esta inestable y mediante pernos de anclaje se pudo realizo la estabilidad del talud ubicada en Manaure cesar.

-Al realizar las clasificaciones RQD, RMR Y SMR se considera con las diferentes puntuaciones que coinciden los resultado y el talud en cuanto a estructuras condiciones que predominan en las discontinuidades y afectan la estabilidad y resistencia y calidad para talud con respecto a una falla por cuña, por tanto el talud no es acto para la obra y necesita rediseño o tratamiento ocasional para evitar que el talud se deteriore con facilidad, el cual mediantes pernos de anclaje horizontales el talud presenta una estabilidad.

-Al momento de calcular el factor de seguridad teniendo en canta las dovelas y el circulo de falla para el talud, se obtuvo un factos de seguridad de 0,933 calculado por medio de los datos generados de ROCLAB por Muhr-Coulomb y se considera como regular para la estabilidad del talud dentro del circulo de falla.

- El diseño de talud queda igual al evidenciarse en las clasificaciones regular resultados, una altura de 6 metros con una distancia horizontal de 3.2 m y una inclinación de 63°. El talud con respecto al macizo no es estable porque presenta un coeficiente de seguridad de 0.933, el cual se le realizara un rediseño, puesto que presenta dos familias de discontinuidades representando una rotura en cuña, por tanto se rediseño el talud incorporándole unos pernos de anclaje para que el coeficiente de seguridad me de 1.572 presentando una estabilidad permanente del talud.

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10. BIBLIOGRAFIA

jaime suarez diaz, deslizamientos y estabilidad de taludes en zonas tropicales, instituto de investigaciones sobre erosión y deslizamientos.

barton, n lien, r. y lunden, j. (1974), engineering classification of rock masses for the desing of tunnel support. rock mechanics, springer verlag, vol, 6 pp 189 – 236.

bieniawski, z.t. (1989). engineering rock mass clasifications. john wiley and sons, inc.

gonzalez de vallejo, l., ferrer, m., ortuño, l., y oteo, c. (2002). ingenieria geológica. pearson educación. madrid.

ismr (1981) basic geotechnical description of rock masses. int. j. rock mech. & min. sci. & geomech. abstr. vol. 18. pergamon press.

http://revistas.ucr.ac.cr/index.php/geologica/article/viewFile/8534/8059

http://webdelprofesor.ula.ve/ingenieria/nbelandria/materias/geotecnia/guia_geotecnia.pdf