cap.ii caracterizacion del masizo rocoso

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCAFACULTAD DE INGENIERIA

ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA GEOLÓGICA

CURSO : Mecánica de Rocas

TEMA : CARACTERIZACIÓN DE MACIZOS ROCOSOS

DOCENTE :Ing. Gonzales Llana,

INTEGRANTES : Guerrero Díaz Percy Harold Soria Romero Francisco

CICLO :

VII Cajamarca, Febrero del 2009

CAPITULO II : CARACTERIZACIÓN DE MACIZOS

ROCOSOS

٧ El Macizo Rocoso como Material Ingenieril٧ Descripción de las Discontinuidades٧ Caracterización de Afloramientos٧ Características Físicas٧ Importancia Hidrogeológica٧ Aplicaciones Geofísicas

INTRODUCCION Es una tarea de observación, mediciones y ensayos

para obtener parámetros cuantitativos útiles al diseño ingenieril. Este proceso además se desarrolla a lo largo de todas las etapas del desarrollo del proyecto, desde el diseño hasta su construcción y operación. Según la fase de diseño se requiere establecer un nivel mínimo de caracterización. Las obras más difíciles de caracterizar son las excavaciones subterráneas, puestas que el escenario está a distancia y escondidas por una gran cubierta de materiales rocosos.La caracterización apropiada de los macizos rocosos, además de ser la base para el diseño de las obras, contribuye a la optimización del método constructivo, da vía al mejoramiento del macizo (anclajes, inyecciones, drenaje) y permite la programación de observaciones durante el funcionamiento de las obras.

La roca ha sido usada como material de construcción desde inicios de la civilización.

Se conoce que hace 4000 A.C. la Ingeniería de Rocas se aplicaba en el laboreo manual con herramientas rudimentarias, excavándose rocas calizas y rocas blandas para ser utilizadas como habitat o refugio de los antiguos pobladores.

Desde 1850 se comenzó a utilizar técnicas de perforación y voladura para la excavación de tuneles en EEUU.

El mayor desarrollo de la tecnología en excavación se dio en la mitad del siglo XIX, con la construcción de túneles carreteros en Europa.

Según Palmstrom (1995), define que el macizo rocoso se distingue de los materiales usados en otras ingenierías por presentar discontinuidades (fracturas, diaclasas, planos de estratificación, fallas, etc), las cuales controlan el comportamiento ingenieril.

Según Pusch (1995), la Ingeniería de Rocas es una de las especializaciones que mas trata con indeterminaciones e incertidumbres, quizás debido a la naturaleza de las condiciones geológicas y de los parámetros geotécnicos

Por lo expuesto anteriormente, para realizar diseños en rocas, la CALIDAD y VERACIDAD de los datos geológicos juegan un papel fundamental en los cálculos y estimaciones.

Como material Ingenieril, un macizo rocoso debe ser IDENTIFICADO, DESCRITO, CARACTERIZADO y CLASIFICADO.

DESCRIPCIÓN DE LAS DISCONTINUIDADES

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Dominio Estructural Estructura del Macizo Rocoso


Las discontinuidades condicionan de una forma definitiva las propiedades y el comportamiento resistente, deformacional e hidráulico de los macizos rocosos. La resistencia al corte de las discontinuidades es el aspecto más importante en la determinación de la resistencia de los macizos rocosos duros fracturados, y para su estimación es necesario definir las características y propiedades de los planos de discontinuidad. Las discontinuidades están presentes en la roca y afectan la resistencia, permeabilidad y durabilidad de la masa. Es importante evaluar la geometría, naturaleza, estado y condición de las discontinuidades, porque ellas definen la fábrica estructural del macizo rocoso. Además de su génesis, la influencia en el comportamiento del macizo, exige evaluar la génesis de los rellenos, la cantidad de agua, las cicatrices y revestimientos en las paredes por materiales solubles, la abertura, rugosidad y persistencia de las discontinuidades, y el número de familias.

Origen Roca Clase MecanismoGenético Igneas Estructura de

flujoContactos entre coladas de lavas sucesivas

Estructura deretracción

Grietas de retracción por enfriamiento

Metamórficas Foliación Por gradientes térmicos, de presión y anatexia

Sedimentarias Estratificación Contactos entre eventos de deposición

Físicoquímico Todas Termofracturas Ciclos de calentamiento enfriamiento o humedecimiento-secado

Halifracturas Expansión de sales y arcillas en fracturas

Gelifracturas Ciclos de congelamiento y fusión de agua

Gravedad Todas Relajación Pérdida de presión de sepultura y esfuerzos de tracción

Corte Concentración de esfuerzos horizontales en valles

Tectónico Todas Estructuras deplaca

Bordes constructivos, pasivos y destructivos

Fallas Rupturas con desplazamientos poresfuerzos de compresión, tracción y corte

Diaclasas Rupturas por esfuerzos tectónicos, pero sin desplazamiento de bloques

Fracturas depliegues

Radiales en la zona de tracción y de corte en la parte interna de la charnela

Biológico Todas Acción de lasraíces

Penetración y crecimiento de las raíces de los árboles


- Genéticas o primarias. Son discontinuidades asociadas a estructuras de flujo y a fenómenos de retracción térmica en las rocas ígneas, a la foliación en algunas rocas metamórficas y a la estratificación en las sedimentarias.Son contemporáneas con la formación de la roca. - Termoquímicas. Estas discontinuidades, de carácter secundario, pueden ocurrir después de formada la roca por causa del medio externo, como la termofracturación por gradiente térmico, gelifracturación por agua-hielo, halifracturación por sales y argilofracturación por arcillas. - Gravitacionales y tectónicas. Son discontinuidades secundarias asociadas a esfuerzos gravitatorios como grietas de tracción, o a esfuerzos tectónicos donde se incluyen diaclasas, fallas y estructuras de placas tectónicas..

los tres tipos fundamentales de discontinuidades : discordancia angular (angular unconformity), inconformidad (nonconformity) y disconformidad (disconformity).



SISTEMAS DE DIACLASAS.

Una familia de diaclasas es un grupo de diaclasas con igual orientación y varias familias presentes en un macizo, intersecándose, se denominan sistema de diaclasas del macizo.

Figura 1. Estratificación y esquistosidad en el caso de un túnel. A. Discontinuidades horizontales, B. discontinuidades verticales, C. discontinuidades oblicuas.

Las diaclasas pueden ser abiertas o cerradas y estar cementadas o no. También pueden ser paralelas a los planos de estratificación (rocas sedimentarias) o de clivaje (rocas metamórficas).

Por regla general un macizo tiene tres familias de fracturas o diaclasas asociadas a esfuerzos y cuando hay más de tres es porque existe superposición de esfuerzos.

PARÁMETROS DE LAS DISCONTINUIDADES

- Orientación. Es la posición espacial y se da con el rumbo y buzamiento de la superficie de discontinuidad. Es importante ver la actitud de los bloques y fracturas para efectos de estabilidad. - Espaciamiento. Es la distancia perpendicular entre dos discontinuidades de una misma familia. Debe advertirse que el espaciamiento aparente, el que muestra en superficie la roca, por regla general es mayor que el real. Se utiliza el promedio. - Persistencia. Es la longitud de la traza de una discontinuidad en un afloramiento (se trabaja estadísticamente y con criterios probabilísticos como el espaciamiento). Cuando hay persistencia se garantiza el flujo de agua a través de la masa.

PARÁMETROS DE LAS DISCONTINUIDADES - Rugosidad. Se alude a la rugosidad de la superficie y a la ondulación de la discontinuidad, pues ambos afectan la resistencia del macizo rocoso. Una alta rugosidad aumenta la resistencia a la fricción. - Resistencia de las paredes de la discontinuidad.Generalmente es la resistencia a la compresión inconfinada, pues es una buena medida de la alteración de las paredes de la discontinuidad. La resistencia aumenta con la presencia de dientes de roca en la discontinuidad. - Abertura. Es la distancia perpendicular entre las paredes de las distancias de las diaclasas cuando estas no tienen relleno (sólo agua o aire). Hay diaclasas cerradas. - Relleno. Alude al material entre las paredes de la discontinuidad, casi siempre más blando que el macizo rocoso. Un parámetro en el material de relleno es su grado de cementación.

PARÁMETROS DE LAS DISCONTINUIDADES

- Flujo. Agua presente en la discontinuidad que se encuentra libre o en movimiento. Se describe por el caudal y debe evaluarse si el agua brota o no con presión. - Número de familias presentes. Es indicativo del grado de fracturamiento del macizo y depende de la dirección y tipo de esfuerzos. El menor número de familias en un macizo es tres; también las familias presentan características distintivas, no solamente en dirección y espaciamiento sino también en condiciones de relleno, caudal e incluso edad y tipo de esfuerzos que la origina. - Tamaño de bloques. El que se cuantifica con algunas metodologías específicas. Deben identificarse además los bloques críticos: aquellos que tienen tamaños finitos y posibilidad de desprenderse.

VOLCAMIENTO Y DESLIZAMIENTO DE BLOQUES

Figura 2. Volcamiento y deslizamiento de bloques. En el macizo: (a) bloques sin volcamiento ni deslizamiento; (d) con volcamiento y sin deslizamiento; (b) con deslizamiento y sin volcamiento; (c) con deslizamiento y volcamiento. En el ábaco se presentan las situaciones anteriores para un bloque sin empuje, en función de la inclinación del piso, de la relación base - altura de los bloques y de la fricción en el piso.

La superficie lisa de una roca y particular si parece pulimentada de claro, es probable que haya sido frotado por algún agente abrasivo, proporcionado por un material arrancado en cada caso, tal como polvo, harina del mismo mineral, etcétera, todo ella finalmente pulverizado. Las partículas más gruesas quedan rayadas. El pulimento. Por lo general, está limitado a las rocas duras, pues no lo suelen tomar también las variedades más blandas. Los afloramientos pueden ser pulimentados por el viento, transportando polvo o cristales de hielo, por el hielo de los glaciares, y por corrientes de agua u olas transportando arena o partículas de cieno.

SUPERFICIE LISA Y PULIMENTO

La granulosidad de la superficie puede producirse también bajo el agua cuando uno de los constituyentes de la roca es peculiarmente susceptible de hidratación.

Este fenómeno sirve de ejemplo de desintegración llevada cabo por descomposición.

Acompañando a este cambio químico, es habitual que se produzca un aumento de volumen, el cual, cuando afecta a centenares de granos en la superficie de una roca, origina tales tensiones que al fin es causa del desmenuzamiento y disgregación de las partículas.

GRANULOSIDAD

En algunas superficies irregulares secundarias de las rocas aparecen vértices o bordes cortantes, mientras que otras son más o menos concéntrica o de alguna modalidad de abrasión. Es evidente que, en una región dada, si los afloramientos siguen siendo muy irregulares, con bordes y vértices muy cortantes, la disgregación de los bloques será mas rápida que en un proceso de redondeamiento

Estas superficies accidentadas por montículos, originadas por abrasión, es fácil distinguirlas de las que son producidas por desintegración. Las primeras son más o menos lisas, en tanto que las ultimas son granudas y rugosas.

IRREGULARIDAD DE LA SUPERFICIE

Las estrías son siempre producidas por abrasión. Algunas ranuras secundarias son el producto de la fricción, y en otras se deben a la meteorización. Las estrías en el fondo y a los lados de una ranura, que corren paralelas a éstas, pueden aceptarse como una prueba de su origen por fricción. Las estrías y las ranuras de abrasión pueden ser producidas por el hielo, el viento, los deslizamientos, las corrientes de barro y morrenas de los glaciares, por las fallas y por la acción del hombre.

Estrías glaciares

Las ranuras glaciares

El pulimento eólico

El deslizamiento de una masa de derrubios o de nieve cargada de tierra y piedras

El barro glaciar y las morrenas

Los surcos de disolución

Los espejos de fricción

ESTRÍAS, RANURAS Y SALIENTES

.

Las depresiones y lo hoyos de origen primario comprenden las oquedades y pequeñas que aparecen en la superficie de las coladas volcánicas y ciertas improntas de fósiles, tales como las pisadas o huellas de pisadas, sobre el barro y arena, que quedaron marcadas sobre estos materiales cuando todavía no estaban consolidados. Se debe poner cuidado en no confundir estas huellas con otras impresiones fósiles.

Las depresiones y los hoyos secundarios pueden ser resultados de la abrasión o de meteorización.

DEPRESIONES Y HOYOS

Negro, gris y pardo oscuro

Amarillo y pardo:

Rojo y rosa

En algunos afloramientos de la regiones áridas se observan incrustaciones parduzcas y negras de origen secundario, conocidas con el nombre de barniz de desierto. E

Casi siempre son colores secundarios, producidos por herrumbre (oxidación y hidratación) de minerales que contienen hierro, tales como la biotita, hornablenda, augita, granate, pirita, etc.

El color es primario en lo que se refiere a la roca sedimentaria, aunque pudo haber sido primario o secundario en la roca madre.

COLOR DE LAS ROCAS.

Comprenderá determinar las propiedades físicas y mecánicas de los diferentes materiales rocosos, entre roca y mineral a partir de un muestreo selectivo y representativo en sectores característicos de la operación minera, incluyendo rocas de la diversidad de formaciones geológicas

CARACTERÍSTICAS FISICAS DE MACIZO ROCOZO

La densidad es una propiedad elemental y fundamental de los materiales, relacionada con la naturaleza de sus constituyentes y la porosidad existente entre ellos. La densidad (ρ) se define como la masa (M) por unidad de volumen (V), y se expresa en Kg/m3:

ρ = M / V

Fracción sólida, densidad real o densidad verdadera, se define como la masa de material seco (Ms) por unidad de volumen de la parte sólida de la roca (Vs), es decir, el volumen después de ser excluidos sus espacios vacíos:

ρs = Ms / Vs

DENSIDAD

La densidad de la roca seca (ρd), conocida también como densidad de la roca enbloque, densidad aparente o peso del volumen, se define como la masa del material seco (Ms) por unidad de volumen total de roca (Vt), es decir, el volumen incluyendo su parte sólida (Vs) y todos sus espacios vacíos (Vv):

ρd = Ms / Vt

En este caso se considera únicamente la porosidad (n) como una propiedad física, es decir como un parámetro númerico, denominado también volumen poroso. Se define como el volumen ocupando los espacios vacíos (Vv) por unidad de volumen de roca (V), y se expresa en porcentaje:

n = (Vv / V) x 100

POROSIDAD

La porosidad total (n) se define como el volumen total de vacíos por unidad de volumen total de roca. En este caso deben contabilizarse todos los espacios vacíos presentes: abiertos y cerrados, accesibles y no accesibles.

La porosidad abierta (nο) se conoce también como porosidad accesible o comunicada, y se define de la misma forma como el volumen de poros abiertos (Va) o comunicados entre sí y con el exterior (accesibles al agua normalmente) por unidad de volumen total de roca (V):

no = (Va / Vt ) x 100

a. Expansión o esponjamiento

Es el aumento de volumen que se produce en el material rocoso al excavarlo. Se expresa mediante porcentaje de aumento sobre el volumen original en el banco, denominándose “factor de conversión volumétrica o FCV” a la relación entre la densidad del material suelto y la del material en el banco, expresándose en porcentaje.

PROPIEDADES FISICAS DE LAS ROCAS

d. Humedad e imbibiciónTodos los materiales pétreos poseen cierta humedad natural como resultado del contenido de agua retenida en sus poros e intersticios. El grado de esta humedad puede determinarse hallando la diferencia de peso entre la roca tal como se presenta en su estado natural (ph) y el peso de la misma muestra después de someterla a un proceso de desecación.

Grado de humedad = (ph – ps)Donde:ph : peso húmedops : peso seco


e. Dureza y tenacidad

La dureza y cohesión de los macizos rocosos dependen de los enlaces entre moléculas constituyentes de las rocas. En general la dureza aumenta con la densidad del empaquetamiento atómico y la disminución del tamaño de los iones.


Estas propiedades referidas al comportamiento de las rocas al ser sometidas a esfuerzos mecánicos son normalmente determinadas en laboratorios mediante prensas y equipos especiales. Definen medidas o valores aplicables para tener un criterio previo sobre las condiciones de estabilidad de la roca después de haber sido excavada, por lo que son difíciles de correlacionar con los resultados de la voladura pero proporcionan un medio de comparación entre diferentes rocas.

PROPIEDADES MECÁNICAS DE LAS ROCAS

a).Resistencia a la compresión (o carga por unidad de área)

Define la fuerza o carga por unidad de superficie bajo la cual una roca fallará por corte o cizalla. En otros términos, es la resistencia a ser sobrepasada para llegar a la rotura por presión, dada en psi.

b) Resistencia a la tensión

Es la facultad de resistir a ser torsionada o tensada hasta llegar al punto de rotura. También se define como resistencia al arranque.


c) Radio de Poisson o radio de precorte

Es el radio de contracción transversal a expansión longitudinal de un material sometido a esfuerzos de tensión, o sea, es una medida de su fragilidad. Cuanto menor el radio de Poisson , mayor la propensión a rotura.

d) Módulo de Young o de elasticidad (E)

Es una medida de la resistencia elástica o de la habilidad de una roca para resistir la deformación. Cuanto mayor el módulo de Young mayor dificultad para romperse. También se expresa en psi.


e) Gravedad específica

Es el radio de la masa de la roca a la masa de un volumen igual de agua, en g/cm3.


Ciencia

Aguas subterráneas

Condiciones geológicas Leyes físicas

HIDROGEOLOGÍA

Se toman 4 aspectos en la óptica de la hidraúlica: - El terreno como fuente de recursos de agua.- El terreno como medio que recibe, transmite y cede agua.- El agua del terreno y los procesos de la tierra.- El agua como vehículo de transporte.

IMPORTANCIA

Tener en cuenta emplear valores de permeabilidad promedioEl estudio de características hidráulicas del macizo rocoso en condiciones “no perturbadas

MODELACIÓN DEL COMPORTAMIENTODEL MACIZO ROCOSO

EL AGUA EN EL MACISZO ROCOSO

Los MRI están formados por materiales sueltosExpuestos desplazamientos y giros de unas partículas con respecto a otras

MACIZO ROCOSO INCOHERENTES

POROSIDAD (m) PERMEABILIDAD (k)

ALMACENAMIENTO

m = me + ms Q = k A (h/l)

TRANSMISIVIDAD

T= kb S1 = m ( bE

PARÁMETROS HIDRAÚLICOS

FLUJO EN ACUÍFEROS

PIEZOMETROS EXPLORATORIOS

Estos piezómetros sirven para monitorear los niveles de agua.

La característica principal es que las perforaciones son de diámetro pequeño para realizar exploración hidrogeológica

PERFORACIONES DE RECONOCIMIENTO CON FINES HIDROGEOLÓGICOS

EL AGUA COMO FACTOR DE RIESGO EN LA ESTABILIZACIÓN DE TALUDES

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