Tema 11 – Descripció del massís rocós · 2016-10-20 · PROPIETATS DE LA MATRIU ROCOSA...
Transcript of Tema 11 – Descripció del massís rocós · 2016-10-20 · PROPIETATS DE LA MATRIU ROCOSA...
Miguel Cano González
MECÀNICA DEL SÒL I DE LES ROQUES
Tema 11 – Descripció del massís rocós
Dept. d'Enginyeria Civil - Àrea d'Enginyeria del Terreny
EL MASSÍS ROCÓSIntroducció
• Mecànica de roques: Part de la Geotècnia que estudia el comportament de les roques i els massissos rocosos en relació amb les obres civils que es construeixen sobre ells o al seu interior.
• És molt jove: compta amb uns 50 anys d'antiguitat(1r Congrés de Mecànica de les Roques).
EL MASSÍS ROCÓSConceptes• Roca: Agregat natural de partícules o cristalls amb unions
cohesives permanents.
• Matriu rocosa: Material rocós exempt de discontinuïtats (o bloc de roca intacta situada o limitada per discontinuïtats).
• Discontinuïtat: qualsevol plànol d'origen mecànic o sedimentari que divideix la matriu rocosa en blocs individualitzats.
• Massís Rocós = Matriu rocosa + Discontinuïtats
Introducció
• La caracterització de massissos rocosos té per objecte el coneixement de les propietats dels materials rocosos.
• Es realitzen in situ.• Els treballs de camp en afloraments permeten predir el
comportament geotècnic dels massissos rocosos.
INTRODUCCIÓ
INTRODUCCIÓ
INTRODUCCIÓ
CARACTERITZACIÓ: Introducció
Descripció i zonificació d'afloraments
Les fases de descripció de massissos rocosos són:
1. Identificació de l'aflorament: localització, situació, tipus, etc.
2. Fotografies i croquis3. Descripció geològica: litologia, zones alterades,
presència d'aigua, etc.4. Divisió en zones i descripció de cada zona.5. Identificació de zones singulars.
CARACTERITZACIÓ: Introducció
Descripció i zonificació d'afloraments:
La zonificació de massissos rocosos facilita la posterior recollida de dades de la matriu rocosa i de les discontinuïtats, i són utilitzades per aplicar les classificacions geomecàniques.
CARACTERITZACIÓ MASSÍS ROCÓS• Caracterització de la roca matriu:
– Litologia (composició mineralògica)– Forma i grandària dels grans– Color– Duresa (resistència al tall, compressió)
• Caracterització de les discontinuïtats:– Orientació– Espaiat– Continuïtat o persistència– Rugositat– Obertura– Existència i naturalesa dels rebliments– Presència d'aigua (filtracions)– (Resistència de les parets)
CARACTERITZACIÓ: Introducció
Zona amb disjunció columnar
Divisió de l'aflorament en zones homogènies
Zona més fracturada
Sectorització del front d'una pedrera
DESCRIPCIÓ
Distància (m) Tipus
Direcció (NxxxE) Cabussament Família Continuïtat Rugositat
Obertura, mm(Rebliment) Comentaris
0.12 Diàclasi 225 25 1 Mitjana Escalonada, long. ona d'1 m,
amplitud de 0.2 m
0.1 (neta) Sense filtracions
• Un escleròmetre o martell de Schmidt• Una regla metàl·lica d'1 m de longitud• Una cinta mètrica de 20 m de longitud• Un flexòmetre convencional• Brúixola i martell de geòleg• Lupa de x15 augments• Bloc per a prendre anotacions• Bosses per a mostres amb etiquetes identificatives• Martell de geòleg • PDA (Pocket Digital Asistant)• GPS (Global Positioning System)
EQUIP
PROPIETATS DE LA MATRIU ROCOSAObjectiu: Caracteritzar la matriu rocosa
– Determinar les seues propietats geomecàniques davant de l'acció de forces externes o internes
– Establir-ne l’aptitud per al seu posterior ús com a material de construcció
Propietats:
– Identificació i descripció– Propietats índex (físiques): densitat i porositat– Meteorització– Relacions esforç - deformació– Deformació i compressibilitat– Resistència al tall
PROPIETATS DE LA MATRIU ROCOSAIdentificació i descripció
• Composició mineralògica• Forma i grandària dels grans• Color i transparència• Duresa
PROPIETATS DE LA MATRIU ROCOSAIdentificació i descripció
• Composició mineralògica – Reconeixement visual amb lupa– Anàlisi de làmina prima amb microscopi– Difracció de RAJOS X, etc.
Aspecte al microscopi de la làmina prima Espectre de difracció de RX
PROPIETATS DE LA MATRIU ROCOSAIdentificació i descripció• Forma i grandària dels grans
Grandària de gra Apreciació Denominació> 5mm A simple vista Gra gruixut
1 -5 mm Id. amb lupa Gra mitjà< 1 mm Id. amb microscopi Gra fi
Grandària de gra
Denominació Apreciació Correspondència amb els sòls
> 60 mm Gra molt gruixut
Visibles sense ajuda del microscopi
Cudols i blocs
60 - 2 mm Gra gruixut Grava
2 mm – 60 μm Gra mitjà Arena
60 μm – 2 μm Gra fi No visibles sense microscopi
Llim
< 2 μm Gra molt fi Argila
PROPIETATS DE LA MATRIU ROCOSAIdentificació i descripció
• Color i transparència
COLOR BÀSIC INTENSITAT VALOR
RosaRoigGrocMarróVerd olivaVerdBlauBlancGrisNegre
RosatRogencGrogósCastanyVerdósBlavósgrisenc
ClarObscur
PROPIETATS DE LA MATRIU ROCOSAIdentificació i descripció
• DuresaMINERAL DURESA
(Mohs)Element comú de comparació
Talc 1Guix 2 Ungla (2-3)Calcita 3Fluorita 4 Moneda (3-4)Apatita 5Ortosa 6 Navalla (6)Quars 7Topazi 8Corindó 9Diamant 10
PROPIETATS DE LA MATRIU ROCOSAPropietats índex
• Densitat • Porositat
PROPIETATS DE LA MATRIU ROCOSAPropietats índex• Densitat
GranitDioritaSienitaGabre
Basalt
MicasquistAmfibolitaMarbre
QuarsCalcàriaAlgepsSalPissarra
PLUTÒNIQUES
VOLCÀNIQUES
METAMÒRFIQUES
SEDIMENTÀRIES
PROPIETATS DE LA MATRIU ROCOSAPropietats índex
• Porositat (n)
n
Granit
EsquistosPissarresLutites
Calcària
Gres
Roques bàsiquesSaAlteratMolt alteratDescompost
CompacteMitjàFluixMolt compactesCompactesMitjansFluixos
MarbreCompactaMitjana- FluixaTova/escull/creta
METEORITZACIÓMeteorització• Alteració dels materials en la superfície terrestre• Resultat:
– Formació de sòls: residuals o transportats– Roques alterades: comportament mixt entre roca fresca i
sòl• Efectes:
– Decoloració– Obertura i progrés de discontinuïtats– Canvis de volum– Formació de nous minerals
• Es refereix a l'estat dels afloraments rocosos (p.ex. de les parets de les discontinuïtats)
• Es recomana emprar la terminologia suggerida per la ISRM
METEORITZACIÓ
Categoria Terme Descripció
I Sana Sense signes visibles de meteorització. Possible decoloració de zones
II Feblement meteoritzada Decoloració generalitzada
III Moderadament meteoritzada
Menys del 50% del material està descompost o reduït a la condició de sòl
IV Molt meteoritzada Semblant a l’anterior però amb més del 50% del material descompost
V Completament meteoritzada
Tota la roca està descomposta
METEORITZACIÓRoca fresca (granit) – Tipus I
Progrés de la meteorització afavor de les discontinuïtats
Pàtines d'oxidació en superfícies de discontinuïtats – Tipus II
METEORITZACIÓ
METEORITZACIÓ
Calcària moderadament meteoritzada – Tipus III
METEORITZACIÓ
Quarsites molt meteoritzades – Tipus IV
METEORITZACIÓRoca descomposta (granit sauló) – Tipus V
PROPIETATS DE LA MATRIU ROCOSAResistència• Resistència a compressió simple
Aplicació Mètode Resist. comp. simple s’obté per:
Camp Índexs manuals(organolèptics)
Estimació subjectiva
Martell d’Schmidt Estimació objectivaLaboratori Point Load test Correlació
BrasilerCompressió uniaxial
Mesura directa
TIPUS I ORIGEN DISCONTINUÏTATS• Discontinuïtat: Qualsevol plànol que implica una
pèrdua de continuïtat d'una massa rocosa, en la qual la resistència a la tracció és nul·la o molt baixa en comparació de la de la matriu rocosa que constitueix el massís.
• Origen:– Ruptura en compressió/tensió o en cisalla: falles,
diàclasis, etc.– Plànols d'estratificació– Plànols de creixement de minerals: esquistositat
TIPUS I ORIGEN DISCONTINUÏTATS
Discontinuïtats paral·leles a una superfície lliure (escarpament)
TIPUS I ORIGEN DISCONTINUÏTATS
Jocs sistemàtics de diàclasis
TIPUS I ORIGEN DISCONTINUÏTATSDiàclasis per contracció tèrmica
Descompressió de llenques (lloses) en granits. Yosemite National Park (USA)Brian Collins, US Geological Survey. Vertical Geology 14, Lausanne
TIPUS I ORIGEN DISCONTINUÏTATSDiàclasis per descompressió
Rosa de basalt (Teide)Calçada dels gegants
TIPUS I ORIGEN DISCONTINUÏTATS
Discontinuïtats relacionades amb plecs
TIPUS I ORIGEN DISCONTINUÏTATS
Discontinuïtats de dos tipus: estratificació i fallesSerra Grossa, Alacant
Discontinuïtat per fallament
TIPUS I ORIGEN DISCONTINUÏTATS
Sª Grossa, Alacant
Influència de les discontinuïtats
Les discontinuïtats condicionen el comportament geomecànic del massís rocós quan es construeixen sobre aquest obres civils (preses, túnels, talussos, etc.)
Influència de l’orientació de les discontinuïtats Respecte a les obres d’enginyeria
TIPUS I ORIGEN DISCONTINUÏTATS
Sª Grossa, Alacant
Influència de les discontinuïtats
TIPUS I ORIGEN DISCONTINUÏTATSInfluència de les discontinuïtats
TIPUS I ORIGEN DISCONTINUÏTATSInfluència de les discontinuïtats
DESCRIPCIÓ DE DISCONTINUÏTATSElements a caracteritzar:
• Orientació
• Espaiat
• Continuïtat
• Rugositat
• Obertura
• Rebliment
• Flux d'aigua i filtracions
DESCRIPCIÓ: Orientació
•Cabussament: Angle que forma la discontinuïtat amb el plànol horitzontal.
•Direcció: Angle que forma l'horitzontal de plànol de la discontinuïtat amb el nord geogràfic.
DESCRIPCIÓ: Orientació
L'orientació del plànol es pot definir de dues formes diferents:
- Direcció i cabussament: N30ºE/45ºSE (o 30E/45SE)
- Vector de cabussament del plànol: N120º/45º (o 120/45)
DESCRIPCIÓ: OrientacióProjecció estereogràfica – Representació d'una recta
DESCRIPCIÓ: OrientacióProjecció estereogràfica – representació
d'un plànol
DESCRIPCIÓ: OrientacióAnàlisi de famílies de discontinuïtats. Projecció estereogràfica
Cercle màximPolo
Discontinuïtat representada
N30ºE/45ºSE o
120/45
Vector de cabussament
Representació d'una discontinuïtat
DESCRIPCIÓ: OrientacióAnàlisi de famílies de discontinuïtats. Projecció estereogràfica
Cercle màximPolo
Discontinuïtat representada
N120ºE/90º o
30/90
Vector de
cabussament
Representació d'una discontinuïtat
DISC. VERTICAL DISC. HORITZONTALCercle màximPolo
Discontinuïtat representada
N000ºE/00º o
000/00
DESCRIPCIÓ: OrientacióAnàlisi de famílies de discontinuïtats. Projecció estereogràfica Representació de famílies de discontinuïtats
DESCRIPCIÓ: OrientacióAnàlisi de famílies de discontinuïtats. Projecció estereogràfica Representació de famílies de discontinuïtats
DESCRIPCIÓ: Espaiat• És una mesura del grau de fracturació del massís:
determina la grandària dels blocs en què es divideix el massís
• Es defineix com la distància entre dues discontinuïtats:– Espaiat total: Espaiat entre dues discontinuïtats
consecutives– Espaiat de família: Espaiat entre dues discontinuïtats
consecutives que pertanyen a la mateixa família, mesurat segons una direcció concreta de l'espai (no necessàriament perpendicular als plànols)
– Espaiat de família normal: Com en el punt anterior però mesurant perpendicularment als plànols de discontinuïtat
DESCRIPCIÓ: Espaiat
Espaiat de família normal
Espaiat total
DESCRIPCIÓ: Espaiat
• Un aspecte important que cal tenir en compte és la relació geomètrica entre l'orientació del talús on es prenen les dades i l'orientació de les discontinuïtats
S: Espaiat vertader entre discontinuïtats
S = Sapp x sin
S: Espaiat realSapp: Espaiat mesurat
DESCRIPCIÓ: Espaiat• Determinació de valors representatius: Siga un aflorament on s'han mesurat N’ discontinuïtats segons una línia vertical de longitud L1 metres i les discontinuïtats cabussen º
'/cos1 NLs
CARACTERITZACIÓ: Discontinuïtats
• Espaiat mitjà i densitat de diàclasi
XLN 1
DESCRIPCIÓ: Espaiat
• Classificació de l’espaiat
Descripció Espaiat (cm)Extremadament juntes < 2Molt juntes 2 – 6Juntes 6 – 20Moderadament juntes 20 – 60Separades 60 – 200Molt separades 200 – 600Extremadament separades > 600
DESCRIPCIÓ: EspaiatEspaiat molt junt
DESCRIPCIÓ: EspaiatEspaiat moderadament junt
Espaiat mesurat: 26-57 cm
DESCRIPCIÓ: EspaiatEspaiat extremadament junt
Espaiat junt, discontinuïtatondades i llises
CARACTERITZACIÓ: Discontinuïtats• Grandària del bloc: factors condicionants
– Nombre de jocs de discontinuïtats– Espaiat de les discontinuïtats
Tipus de massís Nombre famílies
I Massiu, discont. ocasionals
II Una família
III Una família i altres d’ocasionals
IV Dues famílies
V Dues famílies i altres d’ocasionals
VI Tres famílies
VII Tres famílies i altres d’ocasionals
VIII Quatre o més famílies
IX Bretxificat
CARACTERITZACIÓ: DiscontinuïtatsTres famíliesBlocs molt xicotets
Massís bretxificat
– Caracterització de la grandària de bloc• Índex de grandària de bloc IB
• Densitat volum. de discontinuïtats, JV
• Densitat lineal de discontinuïtats,
CARACTERITZACIÓ: Discontinuïtats
Descripció JV
Blocs molt grans < 1
Blocs grans 1 – 3
Grandària mitjana 3 – 10
Petits 10 – 30
Molt petits > 30
nsssI nB /21
n
iV sm
ïtatsdiscontinunreJ1
3
1.
)(1.
mïtatsdiscontinumitjàespaiatmesuradelongitutïtatsdiscontinunre
– Caracterització del grau de fracturació del massís: l'índex RQD
• Càlcul:– Testimonis de sondejos– Densitat vol. de discontinuïtats, JV
– Densitat lineal,
CARACTERITZACIÓ: Discontinuïtats
RQD % Qualitat
< 25 Molt pobra
25 – 50 Pobra
50 – 75 Acceptable
75 – 90 Bona
90 – 100 Molt bona
VJRQD 3.3115
)11.0(100 1.0 eRQD
DESCRIPCIÓ: Persistència o continuïtat
• Mesura de l'extensió o longitud superficial observada, tant en el sentit de la direcció com del cabussament
• Juntament amb l'espaiat defineixen la grandària dels blocs que poden individualitzar-se dins del massís
a) Famílies contínuesb) Una família contínua i
una altra de discontínuac) Baixa continuïtatd) Molt baixa continuïtat
DESCRIPCIÓ: Persistència o continuïtat
• Descripció de la persistència
Descripció Longitud (m)
Molt baixa < 1Baixa 1 – 3Mitjana 3 – 10Alta continuïtat 10 – 20Molt alta > 20
DESCRIPCIÓ: Persistència o continuïtatMesura de la persistència –Mètode de Pahl:– Es realitzen mesures en una àrea de
dimensions L1 x L2 m– Es determina el nombre N de
discontinuïtats de cabussament – Es discrimina entre aquelles que estan
contingudes (Nc – tots dos extrems visibles dins de l'àrea) i aquelles que travessen l'àrea (Nt – llargues i no tenen extrems visibles en l'àrea)
– La persistència (L) es calcula com:
mmHL
11'
1
sincos'
21
21
NNNm
LLLLH
ct
DESCRIPCIÓ: EspaiatPersistència molt alta
Persistència > 20 m
DESCRIPCIÓ: Rugositat• És una component fonamental de la resistència al
tall de la discontinuïtat
• Hi ha dues escales de descripció de la rugositat:– Mitjana i gran escala (mètrica a decimètrica)
• Descriu l'ondulació de les parets de la discontinuïtat• Poc probable que siguen cisallades durant l'aplicació d'esforços
tallants
– Petita escala (centimètrica a decimètrica)• Descriu la rugositat del plànol• Per la seua reduïda grandària poden ser cisallades quan se’ls
apliquen esforços tallants
DESCRIPCIÓ: Obertura• Distància que separa les parets adjacents d'una
discontinuïtat quan no hi ha rebliment. Es mesura perpendicularment a aquestes parets
Descripció Obertura (mm)Molt tancada < 0.1Tancada 0.1 – 0.25Parcialment oberta 0.25 – 0.5Oberta 0.5 – 2.5Moderadament ampla 2.5 – 10AmplaMolt amplaExtremadament amplaCavernosa
> 1010 – 100
100 – 1000> 1000
Discontinuïtat tancadaobertura
Discontinuïtat obertaample
Discontinuïtat reblida
DESCRIPCIÓ: Obertura
Cavernosa
DESCRIPCIÓ: Rebliment• Material que separa les parets d'una discontinuïtat i que, generalment,
és més feble que aquesta roca
• Sol incloure una barreja de fragments de la mateixa roca que constitueix les parets, restes d'argila, matèria orgànica, cristal·litzacions, etc.
• Per a descriure’l cal caracteritzar:– Naturalesa i espessor del rebliment– Resistència al tall (qualitativament: es comprimeix i traspua entre els
dits, es reemmotla amb els dits, s'esmicola, etc.)– Humitat i permeabilitat (qualitativament)
• En general:– Si el farciment és més compressible que la roca, juga un paper
important en el comportament mecànic del massís– Si l'espessor és major del 25 – 50% de la grandària de les asprors, hi
ha poca probabilitat de contacte roca – roca i seran les propietats del rebliment les que determinen el comportament de la discontinuïtat
DESCRIPCIÓ: FiltracionsDiscontinuïtats sense rebliment:– Plana i tancada, seca i no sembla possible la circulació d'aigua– Seca i sense evidència de flux– Seca però amb evidència de circulació d'aigua– Humida però sense aigua lliure– Humida, degoteig ocasional, però sense flux continu– Flux continu (cal estimar-ne el cabal)
Amb rebliment:– Rebliment consolidat i sec. El flux no és possible– Rebliment humit sense aigua lliure– Rebliment mullat amb degoteig ocasional– Rebliment que mostra senyals d’arrossegaments, flux d'aigua continu (l/min)– Rebliment localment arrossegat. Flux considerable segons canals preferents– Rebliment completament arrossegat. Pressions d'aigua elevades