EXAMEN_MECANICA_DE_ROCAS[1].docx

MECÁNICA DE ROCAS

Docente: Ing. Marcial Lino Z.

Alumna: Benel Cerna, Jet

.

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24/11/2013

Curso:Mecánica de Rocas II

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Filename: Informe Mecánica De Rocas - Callacpuma

Universidad Privada del Norte Facultad de Ingeniería y Arquitectura Ingeniería de Mina

EXAMEN MECÁNICA DE ROCAS II

1. Pregunta:

Para el diseño de un túnel de un ferrocarril, se está realizando la evaluación de

un macizo rocoso. De acuerdo a ensayos de laboratorio y observaciones de

campo, las características de dicho macizo rocoso son las siguientes:

Tipo de roca: Caliza

Resistencia a la comprensión uniaxial: 100 MPa

Peso unitario: 26 KN/m3

Condición de agua subterránea: Agua a presión moderada

El túnel tendrá orientación de N 150°, y estará ubicada a una profundidad de 350

metros debajo la superficie. Se propone que los esfuerzos verticales serán de

origen litostática, y se estima que, debido a la presencia de las tensiones

horizontales será 1.5 veces mayores que las verticales. Se pide:

a) Determinar el índice de calidad RMR del macizo rocoso.

b) Determinar el índice de calidad Q del macizo rocoso.

c) Si se modificará la dirección de excavación del túnel. ¿Se tendrá alguna

mejora en la estabilidad de la excavación?

2. Calculo del RMR

La metodología de investigación es aplicable a cualquier tipo de macizo tanto en

labores subterráneas como de superficie. Los resultados del estudio del

agrietamiento de los macizos rocosos muestran que un gran porcentaje de ellos se

presentan agrietados, lo que se relaciona a las formas preponderantes en que se

manifiesta la pérdida de su estabilidad y el mecanismo de actuación de la presión.

El origen genético del macizo rocoso corresponde a rocas sedimentarias (caliza)

Se obtienen parámetros geomecánicos – estructurales que pueden ser aplicados en

la industria minera, los cuales serán calculados a continuación:.

La caracterización del macizo rocoso se realizó siguiendo la metodología de

Bieniawski (R.M.R.) “rock mass rating”, para ello se valora una serie de parámetros:

a. Resistencia del material intacto valor máximo = 15

(Ensayo carga puntual o compresión simple)

b. R.Q.D. valor máximo = 20

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c. Distancia entre las discontinuidades valor máximo = 20

d. Condición de las discontinuidades valor máximo = 30

e. Agua subterránea valor máximo = 15

RMR = (a) + (b) + (c) + (d) + (e)

Clasificación de RMR (oscila entre 0 y 100):

Tabla 01: Clasificación de RMR según Bieniawski

Tabla 02: Sistema de valoración del macizo Rocoso – RMR (según Bieniawski, 1989)

2.1.Resistencia del material intacto valor máximo = 15

Según dato:

Ensayo de carga puntualMpa

Muestra caliza 100Tabla 03: Resistencia de carga puntual brindada como dato del ejercicio.

Por lo tanto, la valoración (a) de roca intacta= 7

2.2.R.Q.D. valor máximo = 20

Jv, número de discontinuidades por unidad de longitud de todas las familias

de discontinuidades, para el ejemplo asumiré 12 fracturas por metro,

aplicando la fórmula de RQD, tenemos:

RQD= 115-3.3*Jv

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RQD=115-3.3*12

RQD= 115-39.6

RQD= 75.4

RQDJv

Fracturas/metroRQD %

Valuación RMRDe A De A5 8 90 100 208 12 75 90 17

12 20 50 75 1320 27 25 50 827 > 27 0 25 3

Tabla 04: valuación RMR según fracturas

En referencia de la tabla 04, para un porcentaje de 75.4, y de manera

conservadora, considero una valoración RMR igual a 13.

2.3.Distancia entre las discontinuidades valor máximo = 20

La valoración se realizará considerando el tipo de abertura que presente

mayor frecuencia.

Abertura Total %Abierta 16 24%Cerrada 20 30%Lig. Abierta 31 46%

Tabla 05 distribución de frecuencia según tipo de abertura

Abierta Cerrada Lig. Abierta05

101520253035

Total

Total

Gráfico 1: distribución de frecuencias según tipo de abertura

El 46% del espaciado de las juntas son ligeramente abiertas, por lo que se

estima un valor de 10.

2.4.Condición de las discontinuidades valor máximo = 30

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Según la distribución de frecuencias de rugosidad, tenemos:

Rugosidad Total %Lig. Rugosa 28 42%Ligera 1 1%Lisa 11 16%Med. Rugosa 10 15%Rugosa 17 25%

Tabla 06: distribución de frecuencia según rugosidad

Lig. R

ugos

a

Liger

aLis

a

Med. R

ugos

a

Rugos

a0

10

20

30

Total

Total

Grafico 2: gráfico de distribución de frecuencia según rugosidad

El mayor porcentaje corresponde a estructuras que presentan condición de

juntas ligeramente rugosas, y al considerar según la distribución de abertura

(ligeramente abierta) se considera un valor de 12.

2.5.Agua subterránea valor máximo = 15

Según dato del ejercicio, agua a presión moderada, se valora con 4

En resumen:

a. Resistencia del material intacto valor máximo 7

b. R.Q.D. valor máximo 13

c. Distancia entre las discontinuidades valor máximo 10

d. Condición de las discontinuidades valor máximo 12

e. Agua subterránea valor máximo 4Valor RMR 46

Tabla 07: Resumen de valoración para cálculo de RMR

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En referencia a la tabla 01, el RMR constituye una calidad de roca

REGULAR.

Según el análisis podemos indicar antes realizado, y haciendo referencia a la

Bieniawski (1989) quien público un conjunto de pautas para la selección del

sostenimiento de túneles en roca, en base al RMR, y considerando nuestros

cálculos anteriores podemos establecer que:

Para roca REGULAR (sección III), la excavación del socavón en el

tope y banqueo 1.0 – 1.5 m de avance en el socavón, iniciar

sostenimiento con el avance de la excavación.

Pernos sistemáticos de 4 m de longitud, espaciados 1.5 a 2.0 metros

en la corona y en las paredes con malla de alambre en la corona.

Shotcrete: 50-100 mm en la corona y 30 mm en las apredes.

Tabla 08: tipo de sostenimiento según RMR

3. Índice de calidad

Sobre la base de una evaluación de un gran número de casos históricos de

excavaciones subterráneas, Bartonet.al. (1974), del Instituto Geotécnico de

Noruega, propusieron un Indicede Calidad Tunelera(Q) para la determinación

de las características de la masa rocosa y de los requerimientos de

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sostenimiento de los túneles. El valor numérico de este índice Q varía sobre

una escala logarítmica desde 0.001hasta un máximo de 1,000y está definido

por:

RQD: es la Designación de la Calidad de la Roca Jn: es el número de sistemas de juntas Jr: es el número de rugosidad de las juntas Ja: es el número de alteración de las juntas Jw: es el factor de reducción de agua en las juntas

3.1.RQD: Según lo desarrollado en la sección 2.2, el RQD es 75.4

3.2.Jn: Número de sistemas de juntas: considerando tres sistemas de juntas,

por lo tanto Jn= 9.

3.3.Jr: Rugosidad de las juntas: Considerando que es ligeramente rugoso se

pondera un valor de 1.5.

3.4.Ja: Alteración de juntas: Considerando que la mayor cantidad de relleno

son de arcillas y ligeramente alteradas (42%), se valora con 2.

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3.5.Jw: Reducción de aguas en las juntas: Agua a presión moderada, se

valora con 0.66.

3.6.Cálculo de SRF (Factor de reducción de esfuerzos):

Datos:

Resistencia a la compresión uniaxial (σc): 100 MPa Peso unitario: 26 kN/m3 = 0.026 Km/m3

Profundidad: 350 m Esfuerzo horizontal = 1.5 x Esfuerzo vertical

Cálculos:

Esfuerzo vertical (σ3) = 0.026 x 350 = 9.1 MPa Esfuerzo Horizontal (σ1) = 1.5 x 9.1 = 13.65 MPa Relación de esfuerzos (σc/σ1) = 100 / 13.65 = 7.32 Según la tabla de SRF, para esta relación corresponde un SRF: 0.5 –

2.0

Se considera el valor promedio: SRF=1.25

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Reemplazando tenemos que el índice geotecnico de calida de roca es Q= 3.32 ,

éste valor al graficarlo , identificamos la zona 4: pernos sistematicos, con shotcrete

sin refuerzo, de 40-100 mm de espesor, coincidiendo con la tabla que recomienda

Bienieski.

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4. Dirección de túnel; Si el túnel se dirigiría hasta los 100 grados no esistirá

problemas por las discontinuidades.

5. Conclusiones;

La proyección estereográfica proporciona una herramienta fundamental en el

campo de la ingeniería. Por medio de la proyección estereográfica se podrían

haber resuelto más rápidamente algunos de los problemas más simples de

geología estructural. Su principal interés estriba en el hecho de que con ella

podemos representar orientaciones (dirección) e inclinaciones (Buzamiento o

inmersión) preferentes de elementos que en la naturaleza no se presentan

con desarrollos geométricos perfectos, como es el caso de un estrato, donde

el plano de techo y de muro presentan irregularidades puntuales aunque con

una tendencia general. Además este tipo de representación permite medir los

ángulos de forma directa.

Entre sus aplicaciones más importantes se encuentra el reconocimiento de

juego de diaclasas en un afloramiento rocoso, la determinación de la

dirección y el buzamiento de un estrato, la determinación del tipo de rotura ó

falla en un movimiento de ladera.

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