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DISEO Y CONSTRUCCION

DE TUNELES

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UNIVERSIDAD ALAS

PERUANAS

DISEO Y CONSTRUCCION DE TUNELES

INTRODUCCIN A LAS ROCAS Y TUNELES

DO ENTE

ING ROBERTO GONZALES YANA

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA DE MINAS

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FACTORES PRINCIPALES QUECONTROLAN LA DEFORMACION

DE LAS ROCAS

PROPIEDADES NTRINSICOSDE LAS ROCAS

PROPIEDADESAMBIENTALES

ESTADOS DEESFUERZOS

-Tipo de roca-Cohesin-Grado de alteracin-Etc.

-Esfuerzos iniciales-Esfuerzos residuales-Esfuerzos tectnicos-Etc.

-Humedad-Contenido de agua-Erosin

-Etc.

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FUNDAMENTOTERICO

Por medio de la clasificacin

se llega a calcular un ndicecaracterstico de la roca,que permite describirnumricamente la calidadde la misma.

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CAMPO DE

APLICACION

El diseo y construccin de tneles, como ciencia tiene

un amplio campo de aplicacin ya sea para laprevencin y el reforzamiento de estructuras rocosas

en la construccin de tneles segn sean las

caractersticas del macizo rocoso.

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CLASIFICACION

RMR

taludesy

cimentaciones

La estabilidad detneles

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DMR

GSI

rocasestratificadas

construccinde presas

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EN LA INGENIERIA DE MINAS

La mecnica de rocas, como una prctica

aplicada a la ingeniera de minas, es

concerniente a las aplicaciones de los

principios de la ingeniera mecnica aldiseo de las estructuras de roca

generadas por la actividad minera.

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Respuesta

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xidos.Corindn, Hematites, Ilmenita, Limonita, Magnetita.

Silicatos.Feldespatos, Piroxenos, Olivinos , Cuarzo, Micas,

Hornablenda , Serpentina , Zeolita.

Carbonatos.Calcita, Dolomita

Sulfatos.Yeso,Anhidrita

COMPOSICIN MINERALGICA DELAS ROCAS.

Estn constituidas por la agrupacin de granos de unoo distintos minerales en proporciones variables.

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LA TEXTURA DE LAS ROCAS

Es el tamao, forma y disposicin de los minerales

componentes en las rocas.

LA TEXTURA DE LAS ROCAS GNEAS.

Grado de cristalinidad

Holocristalina Holohialina Merocristalina

Tamao de los cristales

Fanertica Afantica

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Distribucin de tamaos de los cristales

Equigranular Inequigranular Porfirtica

Grado de cristalinidad

Bajo Medio

TEXTURAS DE LAS ROCAS METAMRFICAS

Alto

TEXTURA DE LAS ROCAS GNEAS

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Forma y distribucin de tamaos de los cristales

Lepidoblstica Nematoblstica porfidoblstica

Microestructuras

Pizarrosidad

TEXTURAS DE LAS ROCAS METAMRFICAS

Esquistosidad

Granoblstica

TEXTURA DE LAS ROCAS METAMRFICAS

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Textura clstica

Textura no clstica

Amorfa Ooltica

TEXTURAS DE LAS ROCAS SEDIMENTARIAS

Pisoltica

TEXTURA DE LAS ROCAS SEDIMENTARIAS

Esferultica SacaroidePorfiroblstica

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PROPIEDADES DE LAS ROCAS

Las propiedades de las rocas se clasificangeneralmente como fsicas y mecnicas.

PROPIEDADES FSICAS

Isotropa. no vara sus propiedades fsicascon el cambio direccin en la que se mida la

propiedad. En este caso, se dice que la

propiedad es escalar.Anisotropa. vara sus propiedades fsicascon el cambio direccin en la que se mida la

propiedad. En este caso, se dice que la

propiedad es vectorial.

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PROPIEDADES FSICAS DE LAS ROCAS

Densidad. La densidad es la relacin entre la masay el volumen de la sustancia, midindose en

unidades de masa/unidades de volumen (kg/m3).

= M/V

Donde: : es la densidad (kg/m3), M: es la masa

(kg) de la sustancia y V: es el volumen (m3) de laparte impermeable de la sustancia.

Densidad (kg/m3) de algunas rocas (de Komar,

1987).Roca Densidad (kg/m3)

Granito 2700-2800

Arena cuarzosa 2600-2700

Caliza 2400-2600

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Peso especfico. Es la relacin numrica entre el pesode un cuerpo y el peso de igual volumen de agua a 4C

= p/v

Donde: = Peso especfico, p= peso,v=volumen

Porosidad. Es el volumen de espacios abiertos quecontiene relativo a su volumen total.


P = (Vp / V0) * 100 = {[ (V0 - VRoca)] / V0}*100

Donde: P: es la porosidad total (%), Vp (m3): es el

volumen de poros, VRoca(m3): es el volumen roca y Vo

(m3): es el volumen total de la muestra.

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Porosidad.Teniendo en cuenta que la relacin entre masa,volumen y densidad.

P = (10/) * 100

Donde: P: es la porosidad total (%)

o:es la densidad global del material (kg/m3) y: es la densidad real de la sustancia (kg/m3).

Porosidad (%) de rocas (de Winkler, 1973 y Komar,

1987).Roca

Porosidad (%)

Caliza 5.0-20.0

Arenisca 5.0-25.0

Basalto

0.1-1.0

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Absorcin de Agua. Es la incorporacin oasimilacin de lquidos en el interior del

sistema poroso de la roca.

Ecuacin para calcular la cantidad de agua

absorbida:Wt = [(MtM0) / M0] * 100

Donde: Wt

(%): es el contenido de agua

absorbida en el tiempo t (s), Mt (kg): es el

peso medido en el tiempo t (s) y Mo (kg): es

el peso seco de la muestra.

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PROPIEDADES MCANICAS DE LAS ROCAS

Es capacidad de la roca para resistir accionesexternas o internas que implican la aplicacin de

fuerzas sobre el mismo. estas fuerzas son de

compresin y tensin.

Resistencia a laCompresinEs la carga (o peso) por

unidad de rea a la que el

material falla (se rompe) por

fracturacin por cizalla oextensional debido a un

esfuerzo aplicado.

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Resistencia a la Compresin

El esfuerzo es igual a la fuerza aplicada por seccin o

superficie:

= F / S

Donde: F : es la fuerza aplicada longitudinalmente, S es

la seccin y es el esfuerzo lineal expresado en Pa(N/m2).La deformacin lineal es igual al cambio de longitud

experimentado por la longitud original:

= (lfl0) / l0=l / l0

Donde: l0(m): es la longitud original

lf(m): es la longitud final

l(m): es el incremento de longitud.

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Resistencia a la Compresin

La proporcionalidad entre el esfuerzo y la

deformacin en el tramo de la ley de Hooke permitedefinir el mdulo de Young o mdulo de elasticidad

(E).

E = /

Resistencia a la compresin de algunas

rocas (modificado de Winkler, 1973).Roca (Mpa)

Granito

97 - 310

Sienita 186 - 434Gabro

124 - 303

Caliza 14 - 255

Arenisca 34 - 248

Pizarra

138 - 207

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Resistencia a la Tensin

Es el esfuerzo tensional por unidad de rea a la que elmaterial falla (se rompe) por fracturacin extensional.

Resistencia a la tensin (Mpa) de algunas rocas (de

Touloukian y Ho, 1981).

rocas

resistencia a la tensin

(Mpa)

Basalto 8.6

Conglomerado 29.7

Calizas 4.2 - 5.8

Arenisca

1.1 -1.7

Arenisca calcrea 4.3

Esquistos 3.1

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FatigaCuando los materiales sufren esfuerzos de formacclica sin llegar al punto de ruptura, se observa un

debilitamiento mecnico de los mismos con el

tiempo. Esto implica una prdida de sus propiedades

mecnicas, que puede dar lugar a la fracturacin.

DurezaEs la resistencia de la roca para resistir la

penetracin de otro cuerpo, la dureza se haconsiderado clsicamente como la resistencia que

presenta un mineral a ser rayado por otro mineral o

material se utiliza la escala de F. Mohs.

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CLASIFICACION DE LAS ROCAS POR SU ORIGEN O GNESIS

ROCA

Una roca es un agregado slido de

minerales de origen natural. Las

rocas pueden estar formadas por unsolo tipo o por muy diversos tipos de

minerales

GRANITO

HALITA

MECNICA DEROCAS

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CLASIFICACION DE LAS ROCAS POR SU ORIGEN O GNESIS

ROCA

Una roca es un agregado slido de

minerales de origen natural. Las

rocas pueden estar formadas por unsolo tipo o por muy diversos tipos de

minerales

GRANITO

SAL

GEMA MECNICA DEROCAS

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FORMACIN DE LAS ROCAS.

Las Rocas se forman

Por enfriamiento

del magma.

Por precipitacin de sales

inorgnicas contenidas en

las aguas

Por deposicin de restos

animales y vegetales

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Por desintegracin

transporte y

deposicin.

Por recristalizacin parcial o

total de los minerales de

una roca debida a elevadas

temperaturas y fuertes

presiones

Por la condensacin de

gases que contienen

partculas minerales

FORMACIN DE LAS ROCAS.

Las Rocas se forman

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CICLO DE LAS ROCAS.

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CICLO DE LAS ROCAS.

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CLASIFICACION DE LAS ROCAS POR SU ORIGEN O GNESIS.

IGNEAS ROCAS METAMRFICAS ROCAS SEDIMENTARIAS

R. Plutnicas,intrusivas o abisales.

R. Filonianas.

R. Efusivas, extrusivas,

volcnicas.

gabro traquita

arenisca

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IMPORTANCIA DE LAS ROCAS, EN MECNICA DEROCAS

Es fundamental ya que es

la ciencia que estudia elcomportamiento mecnicode las rocas y de losmacizos rocosos ante los

campos de fuerza(esfuerzos).

Tnel

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El conocimiento del comportamiento

de las rocas ante diferentes tipos ymagnitudes de esfuerzos, es de vitalimportancia en la reconstruccin delos fenmenos tectnicos que han

sucedido en el pasado de nuestroplaneta, pero tambin es de vitalimportancia para la determinacin dela resistencia de los terrenos anteedificaciones y otros tipos de obras

pblicas.

IMPORTANCIA DE LAS ROCAS ,EN LACONSTRUCCIN DE TUNELES

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Porosidad: Indicala proporcin entre la

parte vaca de la roca

(poros) y la parte

slida. Lasporosidades

normalmente fluctan

entre 0 y 40%.

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Densidad:

Corresponde al peso por unidad devolumen

Puede relacionarse con lamineraloga y constitucin de losgranos que forman la roca.

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Densidad: Lasgravedadesespecficas deminerales comunesfluctan entre 2.0(halita) y 7.0(galena). Las rocascomunes tienengravedades

especficas entre 2.0y 3.0 en la mayorade los casos.

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Permeabilidad: Mide de cierta forma la

conexin existente entre

poros, de modo que un

fluido pueda movilizarse

a travs de la roca.

La permeabilidad k, se

rige por la Ley de Darcy

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Permeabilidad: k se mide en Darcy: 1 darcy =

9.86 x 10-9 cm2

Permeabilidad de la roca

intacta suele ser muy distintade la permeabilidad del macizo

rocoso.

Se puede relacionar con la

separacin de grietas en elmacizo rocoso, por lo que

provee un ndice cuantitativo

de calidad del macizo rocoso.

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Durabilidad:

Mide la tendencia de los componentes de laroca a degradarse, al exponerse al aire, agua,

tiempo, etc.

Es un concepto ms aplicable a mecnica de

suelos que a mecnica de rocas.

Se mide mediante un test: Tambor de 140 mm de dimetro y 100 mm de largo

Paredes de un tamiz de 2 mm de apertura 500 grs de roca en 10 piezas

El tambor gira a 20 rpm durante 10 minutos en un bao de

agua

Se mide el porcentaje de roca retenida dentro del tambor

Clasificacin ingenieril de las

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Clasificacin ingenieril de las

rocas

La clasificacin ingenieril derocas intacta segn Deere:

E:Resistencia muy baja

D:Resistencia baja

C:Resistencoia media

B:Resistencia alta A:Resistencia muy alta

1: Roca arcillosa

2:Areniscas

3:Esquistos de foliacin fina

4:Granitos 5:Calizas

6:Cuarcitas

7:Gneises

8:Esquistos de foliacin gruesa

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Se considera que un suelo o roca es blando o duro, segn su resistencia a la

compresin est en los siguientes rangos:

Suelo blando menos de 4 Kg/cm2

Suelo duro entre 4 - 10 Kg/cm2

Roca blanda entre 10 - 200 Kg/cm2

Roca dura ms de 200 Kg/cm2

- Las rocas gneas. Son muy resistentes, isotrpicas, rgidas, frgiles, densasy de textura entrabada. Su inconveniente se da por presencia de materiales

alterables y diaclasamiento.

- Las rocas gneas plutnicas. Tienen minerales resistentes, entrabados, seda fallamiento en escalonado de minerales porque son diferentes.

- Las rocas gneas volcnicas. Muestran heterogeneidad de minerales; hay

falla en poros que afectan la roca, la porosidad le da plasticidad a la masa quesi es de rocas masivas resulta poco porosa.

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- Las rocas sedimentarias. Tienen resistencia media a baja sonortotrpicas, poco rgidas, dctiles, porosas y presentan texturacementada-laminada. Su inconveniente es la ortotropa que hace difcileslos clculos de estabilidad y comportamiento del macizo.

En las rocas sedimentarias la resistencia depende del grado decementacin y de su densidad. Ella aumenta cuando los granos son finos;si hay disolucin en la masa hay porosidad. Los planos de estratificacinson zonas de debilidad.

- Las rocas metamrficas. Se caracterizan por una resistencia medioalta, su ortotropa, tenacidad, textura entrabada y baja porosidad. Hayrigidez en el sentido paralelo y plasticidad en el perpendicular, con relacina los planos de clivaje. Su ortotropa dificulta los clculos.

Las rocas metamrficas resultan elsticas por la cristalizacin de lamasa. Son densas por el empaquetamiento. Si hay minerales laminadoshay debilidad. Si hay esquistocidad hay zonas de debilidad. Los gneises soncomo los granitos aunque el bandeamiento les da debilidad.

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