UNIVERSIDAD NACIONAL DE LOJA FACULTAD DE LA ENERGÍA LAS INDUSTRIAS Y LAS ENERGÍAS NO RENOVABLES CARRERA DE INGENIERÍA EN MINAS TEMA: CARACTERIZACIÓN DE UN MACIZO ROCOSO ALUMNO: JONATHAN JIMÉNEZ DOCENTE: ING. DIEGO CASTILLO MATERIA: MECÁNICA DE ROCAS CURSO: 4ºA MINAS FECHA: 12/08/2023 LOJA – ECUADOR 1 OBJETIVOS: OBJETIVO GENERAL: Realizar el análisis e identificación de un macizo rocoso, a partir de una de sus juntas existentes, para obtener los valores que nos ayuden a identificar las discontinuidades. OBJETIVOS ESPECÍFICOS: Identificar un macizo el cual este conformado por diferentes familias de discontinuidades. Efectuar diferentes mediciones y cálculos que nos permitan determinar las propiedades características del talud. Comprobar con ayuda del dips, si existe algunas de las tres diferentes roturas que existen en las familias que conforman el talud. 2 INTRODUCCIÓN: La elaboración del siguiente informe tiene como finalidad la descripción de una práctica de campo en la que se caracterizó un macizo rocoso de un lugar previamente seleccionado, para dicho estudio, el cual tenga un talud representativo de carácter planar y con varias familias, para realizar dicha actividad nos ayudamos de diferente equipamiento de campo que facilitó la tarea, estos nos ayudo a obtener los datos que se presentan a continuación, sabiendo todas las propiedades que tienen los macizos, las cuales pueden variar según su naturaleza u orientación de los diferentes planos de discontinuidad que forman el talud, lo que afectará en como va a ser el comportamiento del talud, tanto de forma geomecánica como hidráulica. La práctica realizada consistía en conocer el comportamiento que pueden tener las diferentes formaciones de un talud, a través de la clasificación de Bieniawski, de RMR, que es una caracterización geomecánica para macizos, la cual es una parte importante de las clasificaciones geomecánicas, las cuales nos ayudan a entender el talud, a partir de una observación, que nos den datos empíricos, que debamos interpretar y así clasificar el talud. Las diferentes clasificaciones que podemos encontrar para macizos, están basadas en los diferentes factores que también influyen en el comportamiento mecánico de los mismos, lo cuales pueden ser sus propiedades, frecuencia y las discontinuidades presentes, que nos pueden dar una idea de como son los bloques que conforman el macizo; también podemos destacar la hidrogeología de la zona y otro factore como el grado de meteorización de la roca que conforma el macizo. 3 MARCO TEÓRICO: ROCA Agregado natural de partículas de uno o más minerales, con fuerte unión cohesiva permanente, que constituyen masas geológicamente independientes y cartografiables. (Alonso, 2007). SUELO Agregado natural de partículas minerales granulares y cohesivas, separables por medios mecánicos de baja energía o por agitación en agua. (Alonso, 2007) MACIZO ROCOSO Conjunto de matriz rocosa y discontinuidades. Presenta carácter heterogéneo, comportamiento discontinuo y normalmente anisótropo, consecuencia de la naturaleza, frecuencia y orientación de los planos de discontinuidad, que condicionan su comportamiento geomecánico e hidráulico. (Alonso, 2007). FACTORES DEL COMPORTAMIENTO MECÁNICO DE UN MACIZO ROCOSO Matriz rocosa: litología (características petrográficas y propiedades). Discontinuidades: fracturación (tipo y frecuencia). Estructuras geológicas no discontinuas (sedimentarias, tectónicas: pliegues…). Tensiones naturales (estado tensional o de esfuerzos, sismicidad, movimientos…). Factores geoambientales: o Grado de meteorización, susceptibilidad a la meteorización. o Condiciones hidrogeológicas (nivel freático y sus variaciones, contenido en humedad, circulación de agua…). (Alonso, 2007). 4 Imagen 1: Macizo rocoso, matriz y discontinuidades. 5 Fuente: Maldonado, 2020. DESCRIPCIÓN DEL MACIZO ROCOSO Descripción general del afloramiento y división en zonas (visión general): o Identificación, características y condiciones del afloramiento en conjunto. o Descripción de cada componente: rocas, suelos, agua, singularidades. o División del afloramiento en zonas (partes más homogéneas). Descripción de cada una de las zonas: descripciones objetivas y normalizadas de sus elementos estructurales (matriz rocosa y discontinuidades) y de sus propiedades. Descripción y caracterización del macizo rocoso en su conjunto: - síntesis de conocimientos (a partir de las observaciones y descripciones): perfiles geológicogeotécnicos y clasificaciones geomecánicas, - integración del emplazamiento en la geología regional. (Alonso, 2007). RESISTENCIA A LA COMPRENSIÓN La resistencia determina la competencia de la matriz rocosa para mantener unidos sus componentes, y depende fundamentalmente de su composición mineral y del grado de alteración. La resistencia de la matriz rocosa puede ser estimada en el afloramiento mediante índices de campo o a partir de correlaciones con datos proporcionados por sencillos ensayos de campo, como el ensayo de carga puntual PLT o el martillo Schmidt o de comprensión uniaxial, además de los ensayos mecánicos y de comprensión uniaxial obtenidos en laboratorio. (Vallejo, 2002) DISCONTINUIDADES: Son las discontinuidades geológicas (superficies de estratificación, juntas, fallas, diques, etc.) las que cambian la continuidad de las propiedades mecánicas de los bloques rocosos, lo que confiere al macizo rocoso un comportamiento geomecánico e hidráulico 6 discontinuo. Es la naturaleza (origen y tipo), frecuencia y orientación de los planos de discontinuidad, lo que causa variaciones en las propiedades mecánicas de los macizos rocosos. Las discontinuidades que ocurren en los macizos rocosos son planos de debilidad que pueden tener origen mecánico o tectónico (diaclasas tectónicas), sedimentario (planos de estratificación), enfriamiento de rocas (diaclasas de enfriamiento) y metamórfico (foliación), las discontinuidades independizan los bloques de matriz rocosa. (Maldonado, 2020). TIPOS DE DISCONTINUIDADES: Diaclasas o juntas: son los planos de discontuidad más frecuentes que se forman en los macizos rocosos, su origen puede ser de tres formas: por tectonismo (origen tectónico), por enfriamiento del cuerpo ígneo, y por reducción de la carga litostática. Planos de estratificación: son los planos relacionados a la depositación de los sedimentos en las rocas sedimentarias, suelen tener un espaciado sistemático que varía entre pocos centímetros a varios metros. Fallas geológicas: son planos de origen tectónico que afectan las rocas, suelen causar movimiento relativo entre los bloques que componen el macizo rocoso. Esquistosidad o foliación: son planos o discontinuidades que se forman principalmente por tectonismo intenso, y se asocian a la fábrica de las rocas metamórficas (esquistos, Gneis). (Maldonado, 2020). PARAMETROS DE LAS DISCONTINUIDADES: Orientación Rugosidad Abertura Relleno Espaciamiento Resistencia de las paredes Flujo Número de familias 7 Tamaño de bloque METODOS PARA LA CARACTERIZACIÓN DE UN MACIZO ROCOSO: Índice RQD: El RQD o designación de calidad de la roca es un método muy popular que sirve para definir parámetros iniciales de calidad de un macizo rocoso en donde se piensa realizar algún tipo construcción de ingeniería civil. La designación de calidad de roca (RQD) es una medida de la calidad del núcleo o testigo de roca tomada de un pozo. RQD significa el grado de unión o fractura en una masa de roca medida en porcentaje, donde el RQD del 75% o más indica una roca dura de buena calidad y menos del 50% indica muestras de rocas erosionadas de baja calidad. Esta prueba que se puede hacer en el campo proporciona una evaluación de la solidez de la roca y los daños causados por la intemperie. (Maldonado, 2020). Como se indica en la siguiente expresión: 𝑅𝑄𝐷 = 𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑑𝑒 𝑡𝑟𝑜𝑧𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝑡𝑒𝑠𝑡𝑖𝑔𝑜𝑠 > 10 𝑐𝑚 𝑥100 𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑜𝑛𝑑𝑒𝑜 Método de Barton: La clasificación Q fue desarrollada en 1974 por Barton, Lunde y Lien a partir de la información de numerosos túneles. Posteriormente ha sido revisada en varias ocasiones. La contenida en este post es la Clasificación Q Barton, 2000. Esta clasificación geomecánica permite estimar parámetros geotécnicos del macizo rocoso y lo que es más importante diseñar sostenimientos para túneles y otras excavaciones subterráneas. (Índice Q de Barton, 2018). La siguiente ecuación nos indica lo explicado: 8 𝑄= 𝑅𝑄𝐷 𝐽𝑟 𝐽𝑤 ∗ ∗ 𝐽𝑛 𝐽𝑎 𝑆𝐹𝑅 Método SMR: El índice SMR, introduce una serie de modificaciones en función de las características del talud, de forma que es posible determinar el grado de calidad y fiabilidad que ofrece un talud rocoso. Su valor se calcula partiendo del índice RMR, al que se le resta un factor de ajuste – función de la orientación de las juntas y se le suma otro coeficiente en función del método de excavación aplicado. (Romana, 1985). Como vemos en la siguiente fórmula: 𝑆𝑀𝑅 = 𝑅𝑀𝑅 − (𝐹1 ∗ 𝐹2 ∗ 𝐹3) + 𝐹4 Método RMR: La clasificación geomecánica RMR permite obtener un índice de calidad del macizo rocoso a partir de resistencia de la roca intacta, grado de fracturación y diaclasado de las discontinuidades del macizo, presencia de agua y la orientación de las discontinuidades respecto al elemento de estudio: túnel, talud o cimentación. El índice RMR va desde 15 hasta 100 puntos a partir de los cuales el macizo rocoso puede clasificarse en 5 categorías. Los parámetros geomecánicos que influyen en el índice RMR son: Resistencia de la roca matriz. RQD Separación entre diaclasas. Estado de diaclasas. Presencia de agua freática. (Clasificación geomecánica RMR de Bieniawski, 2018). 9 Calidad de los macizos rocosos en relación al índice RMR: CLASE CALIDAD VALORACIÓN RMR I MUY BUENA 100-81 II BUENA 80-61 III MEDIA 60-41 IV MALA 40-21 V MUY MALA <20 Método GSI: El método GSI se creó en base a la necesidad de estimar las propiedades intactas de la roca, contemplando especialmente aquellas de baja calidad con un RMR menor a 20. El índice de resistencia geológica fue presentado por Hoek et al (1995) como complemento del criterio de falla generalizado en roca, para la estimación de los parámetros “s” y “m”, ya que el sistema RMR se había vuelto altamente inadecuado para el caso específico de rocas débiles (se obtenían valores de s y m poco representativos de la realidad). El índice de resistencia geológica (GSI) tiene valores desde 1 hasta 100. Los valores más pequeños corresponden a macizos débiles o de menor calidad, donde su superficie se encuentra visiblemente meteorizada y altamente fragmentada, en muchos casos las juntas presentan rellenos de arcilla blanda. Por otro lado, los valores cercanos a 100 hacen referencia a macizos de muy buena calidad con una estructura sin superficies afectadas por la meteorización de la roca y con fragmentación poco significativa. (Índice de Resistencia Geológica GSI, 2018). 𝐺𝑆𝐼 = 𝑅𝑀𝑅 − 5 10 METODOLOGÍA: Localización Geográfica: El área que nosotros seleccionamos para la práctica se encuentra ubicada en la zona noreste de la ciudad de Loja, exactamente en el barrio de Carigán, el mismo nombre que tiene nuestra zona de estudio, exactamente la vía Panamericana Norte, a la aktura del kilómetro 7,5, considerando la salida desde el terminal Reina del Cisne, de la ciudad de Loja. COORDENADAS X 693983 Y 9562974 Imagen 2: Ubicación de la zona de la práctica desde Google Earth. 11 Fuente: Google Earth, 2023. Acceso: Para poder llegar a la zona de estudio, ubicada en barrio Carigán, salimos del terminal el terrestre, pudiendo ir en particular o carro público, transporte incluso a pie si se quiere, hasta llegar al km 7,5 de la carretera panamericana, donde se ubica el macizo, a un lado de la vía, y donde termina el recorrido, para terminar, recorriendo una distancia de 8,8 km. Descripción Biofísica del Área de Estudio: Clima: 12 Las características geográficas de la región y el régimen pluviométrico definen en gran parte el clima de la zona. La ciudad de Loja goza de un clima temperado-ecuatorial subhúmedo, caracterizado por una temperatura media del aire de 16 ºC y una precipitación anual de 900 mm. Los factores que dan origen al clima de la ciudad de Loja son los mismos factores que afectan a la región andina, especialmente la latitud y el relieve, y en términos más generales, la zona de convergencia intertropical, el efecto de la interacción Océano Pacifico-atmosfera y la cubierta vegetal. Del efecto sinérgico de los factores mencionados que generan el clima, resulta un tipo de clima ecuatorial temperado (con muy poca oscilación térmica anual) y subhúmedo (distribución más o menos homogénea de 900 mm de lluvia a lo largo del año, con un pico mayor en marzo-abril y otro menor en octubre. El clima se vincula a la oscilación de los frentes atmosféricos del Pacífico o de la Amazonía y al efecto de la convección local y los fenómenos térmicos y pluviométricos, ligados al relieve. La oscilación anual de la temperatura media del clima de la ciudad de Loja es de 1,5ºC, pero las temperaturas extremas fluctúan entre 0,3 ºC y 28ºC. El periodo con menor temperatura media se extiende de junio a septiembre, y julio es el mes más frío (14,9 ºC), en cambio en el último trimestre del año se presentan las mayores temperaturas medias y, por contraste, también las temperaturas mínimas absolutas. En la estación La Argelia- Loja, se ha contabilizado alrededor de 50 horas frío en el año, de las cuales noviembre detenta el 35%. (Acosta, 2013). Geología: El valle de Loja está localizado sobre una cuenca sedimentaria de origen lacustre de época Miocénica (26 millones de años), las rocas más antiguas de época Paleoceno (65 millones de años) están constituyendo el basamento de la cuenca y afloran a la superficie, 13 alrededor de la ciudad; (ambas épocas Mioceno y Paleoceno pertenecen al periodo terciario). Toda la serie terciaria incluso los depósitos cuaternarios más recientes de este valle han sido afectados por movimientos de compresión, que han originado levantamiento o hundimientos. Así, han aparecido pliegues más suaves en el lado occidental de la hoya y con pronunciada pendiente en la parte oriental, lo cual ha originado serios problemas en la construcción de obras civiles. El valle de Loja presenta dos tipos de rocas bien diferenciadas: sedimentarias y metamórficas. A la unidad estructural sedimentaria pertenecen tres tipos de rocas: arcillas, conglomerados y areniscas, y mantos calizos. Las arcillas, de tipo esquistoso y compacto, constituyen el material rocoso más abundante, afloran mayormente en el flanco este de la ciudad, sobre el cual se han construido varias urbanizaciones en forma no planificada y antitécnica, lo que ha originado serios problemas de deslizamientos, que han afectado a las construcciones en esta parte de la ciudad. Los conglomerados afloran en las pendientes orientales de la ciudad, se caracterizan por ser compacto desde el punto de vista físicomecánico y presentan excelentes condiciones para la construcción de obras civiles, las areniscas se presentan en el sector Las Pitas, al oeste de la carretera norte. Los mantos calizos aparecen al NE de la ciudad y originan suelos de buena calidad. Las rocas sedimentarias conforman la zona de relieve bajo y erosionado del valle de Loja. Las rocas metamórficas pertenecientes a la Serie Zamora afloran hacia el borde las dos cordilleras que limitan la hoya de Loja, caracterizado por un relieve alto cubierto de vegetación. Al interior del valle existen afloramientos de poca magnitud de estas rocas, representados por esquistos cristalinos, arcillosos, micas y grafitos. Estas rocas, por su constitución son elementos frágiles del paisaje y frecuentemente producen deslizamientos o derrumbes. Una posición cronológicamente ordenada de las formaciones geológicas del valle de Loja, de la más joven a la más antigua. (Acosta, 2013). Hidrografía: La cuenca superior del río Zamora u Hoya de Loja (230 Km2) es parte del gran sistema del río Santiago (27425 Km2 del área drenada), afluente del Marañón Amazonas y es el asiento 14 de la actual ciudad de Loja. Del nudo de Cajanuma, límite meridional del valle de Loja, nace el sistema a través de dos ríos pequeños: el Malacatos septentrional y el Zamora Huayco (Guacunamá y Pulacu en el lenguaje de los antiguos Paltas). Estos ríos se unen al norte de la ciudad de Loja, dando origen al río Zamora y engrosan su caudal recibiendo varios afluentes, denominados en el lenguaje local <>. El afluente más importante del río Zamora, aguas debajo de la unión con el Malacatos septentrional, es el río Jipiro, que se une al caudal principal desde la margen derecha. Los ríos del valle de Loja, aunque pequeños en caudal, se han constituido en parte de la ciudad: por ellos y la vegetación ribereña que detentan fluye parte de la biodiversidad del Parque Nacional Podocarpus (PNP). Los esfuerzos que se han hecho para la descontaminación de estos ríos son valiosos; no obstante, indicadores de la calidad de sus aguas demuestran algunos aspectos que deben ser tomados en cuenta. Una debilidad en este aspecto es la falta de un monitoreo permanente de los caudales, de la calidad del agua, y sobre todo, de indicadores biológicos que sirvan de pauta para proyectos de recuperación ecológica de los mismos. Río Malacatos: Constituye el eje principal de la hoya, nace en el nudo de Cajanuma (PNP) a 3400 msnm. Su curso en la parte baje del vallo tiene una pendiente de 1,2% y una longitud de 14 Km hasta la unión con el Zamora Huayco. En su recorrido, recibe varios afluentes que nacen de la misma cordillera Central de los Andes. Este río, a partir del año 1960 fue canalizado a su paso por la ciudad para evitar desbordamientos frecuentes. Pero este trabajo, reducido en grandes tramos a un enbaulamiento del río, no consideró los elementos paisajísticos naturales de las riberas. Uno de sus afluentes, la quebrada Curitroje, aporta con 46% l/s al sistema de agua potable de la ciudad. Río Zamora Huayco Nace, al igual que el río Malacatos septentrional, en las estribaciones de la cordillera Central de los Andes. Está conformado por cuatro afluentes, tres de los cuales aportan con más del 55% del caudal de agua cruda para la ciudad. Su curso es natural hasta la entrada a la ciudad. Recorre aproximadamente 10 Km hasta la unión con el Malacatos septentrional, con una pendiente media del 1,35% en la parta baja. Este río también ha sido canalizado; no obstante, se ha respetado su 15 curso sinuoso, cuyo indicador principal es la formación de meandros a lo largo del curso, mejorados por la presencia de vegetación ornamental ribereña. (Acosta, 2013). Materiales: Esclerómetro Brújula tipo Brunton Peine de Barton Martillo geológico Cinta métrica Chaleco reflectante GPS Libreta de campo Computadora Programa Dips Procedimiento: Recolección de información bibliográfica: Para está parte se realizó una consulta de carácter bibliográfico para el informe, la cual se centró en libros, artículos, blogs, tesis y páginas webs; y en campo la parte de trabajo cartográfica, en relación al área de estudio y nuestros objetivos. Está información sirve de base para la elaboración del resto del trabajo. Desarrollo del trabajo de campo: Está parte del trabajo, consistía en la realización de diferentes labores de campo, que nos ayudaron en reconocer la zona donde está ubicado el macizo y las discontinuidades que vamos a analizar en la práctica. Mediante dicho método de campo, conseguimos la información más relevante de nuestro macizo rocoso. 16 Imagen 3: Macizo rocoso en la zona de Carigán. Fuente: Autoría Propia. Seleccionado el macizo, comenzamos con algunas actividades que nos perimten determinar algunas características del macizo: Imagen 4: Medición del macizo. 17 Fuente: Autoría Propia. Imagen 5: Toma de datos estructurales. Autoría Fuente: Propia. 18 La resistencia a la comprensión simple del macizo, se determina con ayuda del martillo de Schmidt, con el cual se realizan 10 ensayos, en las diferentes familias del macizo rocoso, teniendo los 10 valores, se eliminan los 5 más bajos y se realiza la media de los 5 más altos. Figura 6: Ensayo con el martillo de Schmidt. Fuente: Autoría Propia Por su parte, el valor de rugosidad se determina utilizando el peine de Barton, este se coloca sobre la superficie de las familias, donde ejerciendo presión, obtendremos el perfil de la superficie analizada, con irregularidades incluidas, este proceso se aplica en todas las familias, del macizo. Figura 7: Toma de la rugosidad con el Peine de Barton. Fuente: Autoría Propia 19 RESULTADOS: Clasificación Geomecánica del Macizo Rocoso Resistencia a la comprensión simple de la matriz rocosa 36 MPa Buzamiento 45° Dirección de Buzamiento 140° 20 Datos del martillo de Schmidt: Martillo de Schmidt a 90° F1 Pizarra 1 38 2 40 3 39 4 38 5 40 Para obtener el valor final se promedian los 5 valores obtenido con el martillo de Schmidt, por lo tanto, para nuestro macizo rocoso, obtenemos un valor de R = 39. Cálculo del esfuerzo a la comprensión con el valor del esclerómetro: Densidad = 27,45 KN/m3 Valor de R = 39 𝑙𝑜𝑔10 𝜎𝑐 = 0.00088𝛾𝑅 + 1.01 𝑙𝑜𝑔10 𝜎𝑐 = 0.00088(27.45)(39) + 1.01 𝜎𝑐 = 89.55 Martillo de Schmidt a 90° F2 Pizarra 1 28 2 26 3 25 4 25 5 26 21 Cálculo del esfuerzo a la compresión con el valor del esclerómetro: Densidad = 27.45 KN/m3 Valor de R = 26 𝑙𝑜𝑔10 𝜎𝑐 = 0.00088𝛾𝑅 + 1.01 𝑙𝑜𝑔10 𝜎𝑐 = 0.00088(27.45)(26) + 1.01 𝜎𝑐 = 43.456 22 23 Orientación de las familias y juntas: El cálculo de la media de un grupo de orientaciones. Se convierten todas las orientaciones del formato Buzamiento/Dirección de buzamiento a vectores unitarios 𝑉𝑖 = (𝑋𝑖 , 𝑌𝑖 , 𝑍𝑖 ) 𝑋𝑖 = 𝑠𝑖𝑛(𝐷𝑖𝑝) × 𝑠𝑖𝑛(𝐷𝑖𝑝/𝐷𝑖𝑟𝑒𝑐𝑐𝑡𝑖𝑜𝑛) 𝑌𝑖 = 𝑠𝑖𝑛(𝐷𝑖𝑝) × 𝑐𝑜𝑠(𝐷𝑖𝑝/𝐷𝑖𝑟𝑒𝑐𝑐𝑡𝑖𝑜𝑛) 𝑍𝑖 = 𝑐𝑜𝑠(𝐷𝑖𝑝) FAMILIA 1 N° Junta Dip-Direction Dip Xi Yi Zi 1 J1 140 45 0.454519478 -0.54167522 0.707106781 2 J2 145 49 0.432883632 -0.618221895 0.656059029 3 J3 137 50 0.522441054 -0.560249439 0.64278761 4 J4 138 49 0.504999279 -0.560858519 0.656059029 5 J5 144 46 0.422817326 -0.581958123 0.69465837 6 J6 147 51 0.423264027 -0.651769445 0.629320391 7 J7 138 50 0.512583783 -0.569281964 0.64278761 8 J8 136 45 0.491197644 -0.508650051 0.707106781 24 FAMILIA 2 N° Junta Dip-Direction Dip Xi Yi Zi 9 J1 140 45 0.454519478 -0.54167522 0.707106781 10 J2 138 50 0.512583783 -0.569281964 0.64278761 11 J3 136 45 0.491197644 -0.508650051 0.707106781 12 J4 138 49 0.504999279 -0.560858519 0.656059029 13 J5 144 46 0.422817326 -0.581958123 0.69465837 14 J6 147 51 0.423264027 -0.651769445 0.629320391 FAMILIA 3 N° Junta Dip-Direction Dip Xi Yi 15 J1 144 49 0.443607161 -0.610572876 0.656059029 16 J2 145 51 0.445752611 -0.636600703 0.629320391 17 J3 137 50 0.522441054 -0.560249439 0.64278761 18 J4 138 45 0.473146789 -0.525482745 0.707106781 19 J5 144 46 0.422817326 -0.581958123 0.69465837 20 J6 147 51 0.423264027 -0.651769445 0.629320391 21 J7 138 50 0.512583783 -0.569281964 0.64278761 Zi Orientación media de cada familia: Se normaliza el vector resultante para que tenga una magnitud de uno, es decir, se convierta en un vector unitario. 𝑿𝒊 = ̅ 𝒙 ̅)𝟐 + (𝒚 ̅)𝟐 + (𝒛̅)𝟐 √(𝒙 𝒀𝒊 = ̅ 𝒚 ̅)𝟐 + (𝒚 ̅)𝟐 + (𝒛̅)𝟐 √(𝒙 𝒁𝒊 = 𝒛̅ ̅)𝟐 + (𝒚 ̅)𝟐 + (𝒛̅)𝟐 √(𝒙 25 FAMILIA 1 Promedio Xi Promedio Yi Promedio Zi X' Y' Z' 0.470588278 0.57408308 0.6669857 0.47155723 0.57526513 0.66835904 FAMILIA 2 Promedio Xi Promedio Yi Promedio Zi X' Y' Z' 0.468230256 0.56903222 0.67283983 0.46922827 0.57024509 0.67427396 FAMILIA 3 Promedio Xi Promedio Yi Promedio Zi 0.46337325 -0.59084504 0.65743431 X' Y' Z' 0.46429521 -0.59202063 0.65874239 Para convertir el vector medio normalizado en formato Dip/Dip Direction y obtener la dirección media se usan las siguientes relaciones: 𝐷𝑖𝑝 = 𝐶𝑜𝑠 −1 (𝑧̅) 𝑖 𝑦̅ 𝑖 𝐷𝑖𝑝 = 𝐶𝑜𝑠 −1 (𝑠𝑖𝑛(𝐷𝑖𝑝) ) 26 Familia 1 Dip Direction 140.657788 Familia 2 Dip 47.6022058 Dip Direction 140.550618 Dip 48.7959694 Dip Direction 141.894502 Familia 3 Determinación del ángulo de fricción: El ángulo de fricción es la representación matemática del coeficiente de rozamiento, si la inclinación del plano es superior al ángulo de fricción que pueda atribuirse a la masa deslizante respecto a las masas fijas, que será algún valor en el orden del ángulo de resistencia residual del suelo. Para calcular el ángulo de fricción básico se realizó el ensayo tilt test 5 veces y se determinó un ángulo de 43 grados: 2 Ø𝑏 = 𝑡𝑎𝑛−1 ( 𝑡𝑎𝑛 (43)) = 47,17 √3 27 𝜎𝑛 = 𝑌 × ℎ 𝜎𝑛 = 26,38 × 34 = 896,92 𝜎𝑛 = 0,89 𝑀𝑝𝑎𝑠 Familia Y (KN/m3) r R Øb Ør Øi JRC JCS Øp F1 26,38 15,2 25 47 39,1 19,7 14 23,1 19,4 F2 26,38 15,6 25 47 39,4 17 12 23,5 22,4 F3 26,38 15,8 25 47 39,6 17,1 12 23,8 22,5 Determinación del RQD: Para la determinación del RQD se procedió a analizar el número de juntas por metro cúbico en base a los espacios y número de familias observadas por cada estación de estudio. Obteniendo el valor de Jv es posible determinar el RQD. Donde 0 para Jv > 44. El Jv se puede estimar mediante la siguiente ecuación: 𝐽𝑣 = ∑ # ( 1 ) 𝑆𝑀𝑖 𝑅𝑄𝐷 = 110 − 2,5(𝐽𝑣) Smi= espaciamiento medio de cada fisura en m. Se procedió a analizar el número de juntas por metro cúbico en base a los espacios y número de familias observadas por cada estación de estudio. 𝐽𝑣 = 1 1 1 + + = 9,08 0,254 0,317 0,502 𝑅𝑄𝐷 = 110 − 2,5 (9,08) 28 𝑅𝑄𝐷 = 87,30 1 Smi (mm) 254,25 2 317,5 0,317 3,15 3 502,62 0,502 1,99 Familia Smi (m) 1/Smi 0,254 3,94 Jv RQD (%) Calidad 9,08 87,3 Buena Determinación del RMR: Una vez conocido el valor de la resistencia a la compresión simple y el valor del RQD es posible determinar el RMR, que se calculará para cada una de las familias determinadas. 𝑅𝑀𝑅 = 𝑉1 + 𝑉2 + 𝑉3 + 𝑉4 + 𝑉5 V1 V2 V3 V4 V5 RMR Clase Calidad F1 2.8 18.15 8.91 8 5.82 1.71 3 2 1.6 12 56.07 III Media F2 2.8 18.15 9.38 8 6 1.7 1 2 2.14 12 55.25 III Media F3 2.8 18.15 10.56 4.54 8 1.81 3 2 2.75 12 57.69 III Media RM R 56,33 Para la familia 1, se estableció un RMR de; 56 para la familia 2; 55 y para la 3 uno de; 57, se obtuvo un RMR promedio de 56,33 lo cual indica una clase de III considerada como una “roca discreta o media“, con una cohesión de 2-3 kg/cm2 y un ángulo de rozamiento de 25-35 grados. 29 Familia V1 V2 V3 V4 V5 RMR J1 2.88 18.15 9.88 5.28 1.81 0 1 1 14 54 J2 2.88 18.15 8.92 6 1 0 1 2 13 52.95 J3 2.88 18.15 9.7 3.98 1 0.5 1 3 13 53.21 J4 2.88 18.15 8.41 6 2.63 0.5 3 2 10 53.57 J5 2.88 18.15 9.16 6 2.63 0 1 2 13 54.82 J6 2.88 18.15 9.27 5.98 1.81 0.5 3 1 13 55.59 J7 2.88 18.15 9.18 6 1.81 0.5 3 1 10 52.52 J8 2.88 18.15 9.23 6 1 0 1 1 10 49.26 J1 2.88 18.15 9.74 6 1 0 1 2 15 55.77 J2 2.88 18.15 9.18 6 0.5 0 1 3 15 55.71 J3 2.88 18.15 9.75 6 2.63 0 1 3 12 55.41 J4 2.88 18.15 9.25 6 1.81 0.5 4 1 12 55.59 J5 2.88 18.15 9.6 6 2.63 0 3 2 11 55.26 J6 2.88 18.15 9.24 6 2.63 0 4 1 10 53.9 J7 2.88 18.15 9.3 6 1 0 1 3 15 56.33 J1 2.88 18.15 10.74 3.96 2.63 0.5 3 2 12 55.86 J2 2.88 18.15 10.82 4.56 2.63 0.5 3 2 12 56.54 J3 2.88 18.15 10.21 4.68 1 0 1 3 10 50.92 J4 2.88 18.15 10.59 5.54 0.5 0.5 4 2 15 59.16 J5 2.88 18.15 10.2 4.04 2.63 0 1 3 10 51.9 J6 2.88 18.15 10.37 4.64 1.81 0 1 3 11 52.85 J7 2.88 18.15 10.55 3.99 1 0.5 1 3 11 52.07 J8 2.88 18.15 11.05 5.1 2.63 0 1 4 15 59.81 1 2 3 30 Determinación del sistema Q: El sistema de Q se basa en la estimación de seis parámetros a través de los cuales expresa la calidad de la roca; el uso de este sistema es más común en túneles; sin embargo, se lo ha usado para la caracterización de este macizo en sus diferentes estaciones obteniendo los siguientes resultados: 𝑄= 𝑅𝑄𝐷 𝐽𝑟 𝐽𝑤 × × 𝐽𝑛 𝐽𝑎 𝑆𝑅𝐹 Parámetros Valores RQD RQD Índice de diaclasado Jn 9 Índice de rugosidad Jr 2 Índice de alteración Ja 2 Coeficiente reductor Jw 1 Factor de reducción por esfuerzos SRF 5 Calculo Q de Barton Calidad 87,3 Buena 10,9 Determinación del SMR: Para este tipo de clasificación se consideró el buzamiento y la dirección de buzamiento del talud y de las discontinuidades que afectan principalmente a la estabilidad. El índice SMR, “Slope Mass Rating”, se obtiene sumando al RMR básico un “factor de ajuste”, función de la orientación de las juntas (y producto de tres sub-factores, F1·F2·F3) y un “factor de excavación” que depende del método de excavación. 31 F1 F2 Bj − Bs Xs (Direccion Buz. Talud) Bs (Buzamiento. Talud) Xj (Direccion Buz. Discontinuida Bj d) (Buzamiento. Discontinuida |Xj − Xs| d) RM R F3 F4 SMR Clase Calida d Estabilidad 1 56.07 58 192 157 45 99 0.15 1 -147 60 0 47.07 III Norma l Parcialmente estable 2 55.25 58 192 55 83 3 1 1 -109 60 0 -4.75 V Muy mala Totalmente inestable 3 57.69 58 192 97 39 42 0.15 1 -153 60 0 48.69 III Norma l Parcialmente estable Para el talud se obtuvo un SMR planar de 30.33 siendo una clase de III-IV con una calidad en entre normal y mala, parcialmente estable, con algunas juntas o muchas cuñas. F1 F2 F3 F4 RMR SMR J1 1 0.88 -60 0 54 1.2 J2 0.67 1 -58 0 52.95 14.09 J3 0.49 1 -52 0 53.21 27.73 J4 1 0.83 -60 0 53.57 3.77 J5 0.8 0.56 -60 0 54.82 27.94 J6 0.46 1 -30 0 55.59 41.79 J7 0.64 1 -45 0 52.52 23.72 J8 0.88 0.88 -60 0 49.26 2.796 F1 32 F1 F2 𝐵𝑗 − 𝐵𝑠 Xs (Direccion Buz. Talud) Bs (Buzamiento. Talud) Xj (Direccion Buz. Discontinuida Bj d) (Buzamiento. Discontinuida |𝑋𝑗 − 𝑋𝑠 d) − 180| RM R F3 F4 SMR Clas Calida Estabilida e d d 1 56.07 58 192 157 45 81 0.15 1 237 0 0 56.07 II Buena Estable 2 55.25 58 192 55 83 183 0.15 1 275 0 0 55.25 II Buena Estable 3 57.69 58 192 97 39 141 0.15 1 231 0 0 57.69 II Buena Estable F2 J1 0.15 1 0 0 55.77 55.77 J2 0.15 1 0 0 55.71 55.71 J3 0.15 1 0 0 55.41 55.41 J4 0.15 1 0 0 55.59 55.59 J5 0.15 1 0 0 55.26 55.26 J6 0.15 1 0 0 53.9 53.9 J7 0.15 1 0 0 56.33 56.33 J1 0.15 0.73 -60 0 55.86 49.29 J2 0.15 0.85 -60 0 56.54 48.89 J3 0.15 0.79 -60 0 50.92 43.81 J4 0.15 0.77 -60 0 59.16 52.23 J5 0.15 0.88 -60 0 51.9 43.98 J6 0.15 0.85 -60 0 52.85 45.2 J7 0.15 1 -60 0 52.07 43.07 J8 0.15 0.83 -60 0 59.81 52.34 F3 33 Valores de los factores de ajuste por vuelco para familias: Para el talud se obtuvo un SMR vuelco de 56,33 siendo una clase de III-II con una calidad en entre buena a normal, estable, con algunos bloques. F1 F2 F3 F4 RMR SMR J1 0.15 1 0 0 54 54 J2 0.15 1 0 0 52.95 52.95 J3 0.15 1 0 0 53.21 53.21 J4 0.15 1 0 0 53.57 53.57 J5 0.15 1 0 0 54.82 54.82 J6 0.15 1 -13.6 0 55.59 53.55 J7 0.15 1 -2.4 0 52.52 52.16 J8 0.15 1 0 0 49.26 49.26 J1 0.15 1 -60 0 55.77 46.77 J2 0.15 1 -60 0 55.71 46.71 J3 0.15 1 -60 0 55.41 46.41 J4 0.15 1 -60 0 55.59 46.59 J5 0.15 1 -60 0 55.26 46.26 J6 0.15 1 -60 0 53.9 44.9 J7 0.15 1 -60 0 56.33 47.33 J1 0.15 1 0 0 55.86 55.86 J2 0.15 1 0 0 56.54 56.54 J3 0.15 1 0 0 50.92 50.92 J4 0.15 1 0 0 59.16 59.16 F1 F2 F3 34 J5 0.15 1 0 0 51.9 51.9 J6 0.15 1 0 0 52.85 52.85 J7 0.15 1 0 0 52.07 52.07 J8 0.15 1 0 0 59.81 59.81 Determinación del GSI: Familias RMR GSI Calidad F1 56.07 51.07 Regular F2 55.25 50.25 Regular F3 57.69 52.69 Regular GSI del talud 56,33 51.33 Regular La determinación del GSI se hace a partir de la figura 29 en donde se ingresa desde 2 puntos diferentes, uno horizontal: referente al tamaño y entrabamiento de bloques, composición y estructura; el ingreso vertical es referente a las condiciones de las discontinuidades, se converge posteriormente en el valor del GSI dispuesto en las líneas diagonales. 35 Lo cual indica: Bloques irregulares: Macizo rocoso parcialmente alterado. Bloques en contacto de forma angular formados por cuatro o más familias de discontinuidades con relleno con baja proporción de fino. En cuanto a la condición de las discontinuidades; BUENA (B) Superficies Rugosas ligeramente alteradas, con presencia de oxidación Análisis cinemático: Rotura Planar 36 Rotura por cuña Rotura por vuelco 37 CONCLUSIONES: El macizo rocoso que se analizó presento cinco familias de discontinuidades, donde mediante el esclerómetro pudimos ver la resistencia a la comprensión de la roca, y es de una manera más fácil de elaboración que ensayos en laboratorio, aún así es importante tener en cuenta que este tipo de ensayos puede tener errores, por lo que es recomendable completar el ensayo con diferentes pruebas, que nos puedan arrojar nuevos valores. La brújula nos ayudo a obtener las mediciones del talud, tanto rumbo con buzamiento y dirección de buzamiento que existe en cada familia que hay en el talud, con estas mediciones podremos determinar el comportamiento geomecánico del talud, a través de la clasificación de Bieniawski, y aplicando el Q de Barton, llegamos a conocer la calidad del talud. La herramienta de Dips, nos enseña de forma gráfica como se representa el talud, el cual nos indica que existe 38 BIBLIOGRAFÍA: Acosta, M. (2013, 29 de abril). Impacto Ambiental Paso lateral Loja. Gob.Ec. https://www.obraspublicas.gob.ec/wpcontent/uploads/downloads/2013/0430-042013_ImpactoAmbiental_Paso_lateral_Loja-capi-2.pdf Alonso, F. (2007, abril). CARACTERIZACIÓN DE MACIZOS ROCOSOS. Uniovi.Es. https://digibuo.uniovi.es/dspace/bitstream/handle/10651/62365/2007Caracterizaci%C3%B3n MacizosRocosos.pdf?sequence=1#:~:text=Macizo%20rocoso%3A%20conjunto%20de%20m atriz,su%20comportamiento%20geomec%C3%A1nico%20e%20hidr%C3%A1ulico. 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