INTRODUCCIÓN Determinar las características estructurales de una masa rocosa de un tunel, depende mucho del tipo de roca y su estado físico, esto influirá en la seguridad con que se trabaja y así evitar accidentes lamentables; para ello es necesario recolectar datos geológicos estructurales a fin de evaluarlo mediante la clasificación geomecánica. Para tal fin y proceso de aprendizaje como estudiantes, nos constituimos en la Localidad de Totorilla, específicamente en el túnel de totorilla, bajo la dirección del Ing. GroverRubina Salazar docente del curso, quien no dio explicaciones concisas sobre el trabajo a realizar. En el presente trabajo detallamos de manera clara la información obtenida en el campo, como también su proceso de cálculo para determinar su clasificación, asimismo para estar acorde con la tecnología y simplificar el trabajo se utilizó el programa Dips, que nos dio valoraciones para el cálculo de la clasificación Geomecánica. Como también en la parte final damos nuestras impresiones, recomendaciones conclusiones y adjuntamos las fotografías que corroboraran el trabajo realizado en el campo. CONTENIDO DEDICATORIA ..........................................................................................................Ошибка! Закладка не определена. INTRODUCCIÓN................................................................................................................................................................ 0 1. INVESTIGACIÒN TEÒRICA ................................................................................................................................ 3 1.1. CONCEPTOS BÁSICOS ................................................................................................................................. 3 1.2. CARACTERÍSTICAS DE LA MASA ROCOSA ............................................................................................ 3 1.3. RASGOS GEOLÓGICOS. ............................................................................................................................... 5 1.4. PROPIEDADES DE LAS DISCONTINUIDADES. ........................................................................................ 5 1.5. SISTEMA DE CLASIFICACIÓN DEL MACIZO ROCOSO .......................................................................... 9 1.5.1. CLASIFICACIÓN GEOMECÁNICA DE BIENIAWSKI ................................................................ 9 1.5.2. CLASIFICACIÓN GEOMECÁNICA DE BARTON ..................................................................... 13 Tabla de Barton ................................................................................................................................. 14 1.5.3. 2. GSI. .................................................................................................................................................. 17 INVESTIGACIÒN TECNOLÒGICA ................................................................................................................... 19 PROGRAMA DIPS PROGRAM PHASE 2 3.1. TÍTULO ................................................................................................................................................................ 31 3.2. OBJETIVOS........................................................................................................................................................ 31 3.3. UBICACIÓN ........................................................................................................................................................ 31 3.4. COORDENADAS UTM 18 L ............................................................................................................................ 33 3.5. HISTORIA DEL TUNEL .................................................................................................................................... 33 3.6. CARACTERÍSTICAS GEOLÓGICAS ............................................................................................................. 33 3.6.1. GEOMORFOLOGÌA ................................................................................................................................. 33 3.6.2. RIESGOS NATURALES .......................................................................................................................... 33 3.6.3. GEOLOGÌA REGIONAL .......................................................................................................................... 33 3.6.4. GEOLOGÌA LOCAL .................................................................................................................................. 34 3.6.5. GEOLOGÍA ESTRUCTURAL .................................................................................................................. 34 3.6.6. GEOLOGÌA HISTÒRICA ......................................................................................................................... 34 3.6.7. FISIOGRAFIA ............................................................................................................................................ 34 3.6.8. ESTRATIGRAFIA ..................................................................................................................................... 35 4. INVESTIGACIÓN DE CAMPO ........................................................................................................................... 35 4.1. EQUIPOS E INSTRUMENTOS DE USO EN EL CAMPO ..................................................................... 35 4.2. METODOLOGÌA DE TRABAJO ................................................................................................................. 35 4.3.MEDICIONES GEOTÈCNICAS ESTRUCTURALES ............................................................................... 36 REGISTRO LINEAL ...................................................................................Ошибка! Закладка не определена. REGISTRO DE DATOS DIPS .................................................................................Ошибка! Закладка не определена. RESULTADOS PROGRAMA DIPS ............................................................................................................................... 48 PARÀMETROS DE CLASIFICACIÒN ........................................................................................................................... 53 PARÁMETROS OBTENIDOS ........................................................................................................................................ 54 DIPS DOCUMENT INFORMATION .......................................................................Ошибка! Закладка не определена. 4.3.1.CÁLCULO DE RMR ................................................................................................................................... 55 4.3.2.CÀLCULO DEL RQD................................................................................................................................. 57 4.3.3.CÁLCULO Q DE BARTÓN ....................................................................................................................... 58 4.3.4.CÀLCULO GSI ........................................................................................................................................... 58 5. CLASIFICACIÓN GEOMECÁNICA ................................................................................................................... 58 6. RECOMENDACIONES DE SOSTENIMIENTO ............................................................................................... 59 CONCLUSIONES ............................................................................................................................................................. 61 RECOMENDACIONES ................................................................................................................................................... 62 BIBLIOGRAFÍA Y PÁGINAS CONSULTADAS ........................................................................................................... 63 1. INVESTIGACIÒN TEÒRICA 1.1. CONCEPTOS BÁSICOS La roca es un conjunto de sustancias minerales que formando masas, constituye gran parte de la corteza terrestre. Según su origen, las rocas pueden ser ígneas, sedimentarias y metamórficas. Rocas ígneas, son aquellas que han sido formadas por la consolidación del magma. Rocas sedimentarias, formadas por la deposición de sedimentos. Rocas metamórficas, formadas por procesos de altas presiones y temperaturas. . La roca difiere de la mayoría de otros materiales utilizados en la ingeniería. Ésta tiene discontinuidades (fracturas) de diferentes tipos, que hacen que su estructura sea discontinua. Además, debido a los procesos geológicos que la han afectado entre el tiempo de su formación y la condición en la cual la encontramos en la actualidad, presenta heterogeneidades y propiedades variables. Después de esto es necesario distinguir lo que es el “material rocoso” o denominado también “roca intacta” y lo que es la “masa rocosa” o también denominada “macizo rocoso”. Roca intacta. Es el bloque ubicado entre las discontinuidades y podría ser representada por una muestra de mano o trozo de testigo que se utiliza para ensayos de laboratorio. Masa rocosa. Es el medio in-situ que contiene diferentes tipos de discontinuidades como diaclasas, estratos, fallas y otros rasgos estructurales 1.2. CARACTERÍSTICAS DE LA MASA ROCOSA DISCONTINUIDADES.- Las discontinuidades generalmente son una propiedad de las rocas duras y semiduras. Una parte de estas surgen en el proceso de formación de las rocas, tales son las denominadas grietas primarias, a las que pertenecen las litogenéticas de las rocas sedimentarias, las de contracción en las rocas magmáticas y las de clivaje en las rocas metamórficas; En las etapas ulteriores de variación de la roca pueden aparecer grietas secundarias, a estas pertenecen las tectónicas que están relacionadas con las fallas y los pliegues, las exógenas como las fisuras de meteorización, y las artificiales que surgen con las excavaciones mineras, perforación de barrenos y otros. Los principales tipos de discontinuidades presentes en la masa rocosa son: Planos de estratificación. Dividen en capas o estratos a las rocas sedimentarias. Fallas. Son fracturas que han tenido desplazamiento. Éstas son estructuras menores que se presentan en áreas locales de la mina o estructuras muy importantes que pueden atravesar toda la mina. Diaclasas. También denominadas juntas, son fracturas que no han tenido desplazamiento y las que más comúnmente se presentan en la masa rocosa. Zonas de corte. Son bandas de material que puede ser de varios metros de espesor, en donde ha ocurrido fallamiento de la roca. Contactos litológicos.- Que comúnmente forman, por ejemplo, la caja techo y caja piso de una veta. Planos de foliación o esquistosidad.- Se forman entre las capas de las rocas metamórficas dando la apariencia de hojas o láminas. PLANO DE ESTRATIFICACIÓN En la Fig. 1 Se observa los planos de estratificación en la parte superior del túnel. FRACTURA En la Fig. 2 Se observa la primera fractura en la entrada del tunel. 1.3. RASGOS GEOLÓGICOS. Venillas. Son rellenos de las fracturas con otros materiales. Pliegues. Son estructuras en las cuales los estratos se presentan curvados. Diques. Son intrusiones de roca ígnea de forma tabular, que se presentan generalmente empinadas o verticales. Chimeneas o cuellos volcánicos. Son intrusiones que han dado origen a los conos volcánicos 1.4. PROPIEDADES DE LAS DISCONTINUIDADES. Estas influyen en elcomportamiento de la masa rocosa: Orientación, Espaciado, Persistencia, Rugosidad, Apertura, Relleno. Orientación Se determina la orientación característica Rumbo y Buzamiento. BUZAMIENTO RUMBO En la Fig. 3. Al lado izquierdo se observa la medición del buzamiento de la fractura y al lado derecho se observa la medición del rumbo de la fractura Espaciamiento Es la distancia perpendicular entre las discontinuidades adyacentes. Éste determina el tamaño de los bloques de roca intacta. Cuanto más espaciado tengan, los bloques serán mas grandes. En la Fig. 4 Se observa la medición del espaciamiento entre juntas y/o fracturas Persistencia Es la extensión en área o tamaño de una discontinuidad cuanto menor sea la persistencia, la masa rocosa será mas estable y cuanto mayor sea, será menos estable. En la Fig. 5 Se observa la medición de la persistencia de la fractura Rugosidad Es la aspereza o irregularidad de la superficie de la discontinuidad. Cuanto menor sea la rugosidad la masa rocosa será menos competente y cuanto mayor sea la rugosidad la masa rocosa será más competente. En la Fig. 5 Se observa la rugosidad en la fractura como también en el macizo rocoso. Apertura. Es la separación entre paredes rocosas de una discontinuidad o del grado de abierto que ésta presenta. A menor apertura, las condiciones de la masa rocosa serán mejores y a mayor apertura, las condiciones serán más desfavorables. En la Fig. 6 Se observa la apertura de la fractura Relleno. Son los materiales que se encuentran dentro de la discontinuidad. Cuando éstos son más duros, ésta es más competente. En la Fig. 7 Se observa la fractura sin relleno Meteorización Denominada también intemperización, está relacionada con la modificación que sufre la superficie de la roca o en sus proximidades, debido a la acción de agentes atmosféricos. El grado de la meteorización dependerá de las condiciones climatológicas, morfológicas y la composición de la masa rocosa. 1.5. SISTEMA DE CLASIFICACIÓN DEL MACIZO ROCOSO Es un acercamiento sistemático para evaluar y comunicar la naturaleza de la masa típica de la roca. Diseñando sistemas de clasificación del macizo rocoso para la comunicación de ideas 1.5.1. CLASIFICACIÓN GEOMECÁNICA DE BIENIAWSKI Fue presentada por el Ingeniero Bieniawski en 1973 y modificada sucesivamente en 1976, 1979, 1984 y 1989. Permite hacer una clasificación de las rocas 'in situ' y estimar el tiempo de mantenimiento y longitud de un vano. Se utiliza usualmente en la construcción de túneles, de taludes y de cimentaciones. Consta de un índice de calidad RMR (Rock MassRatting), independiente de la estructura, y de un factor de corrección El RMR se obtiene estimando cinco parámetros: La resistencia a compresión simple de la roca Que puede ser determinada con golpes de picota o con otros procedimientos como los ensayos de laboratorio. Muy Alta. : Solo se astilla con varios golpes de astilla Alta : Se rompe con más de 3 golpes de picota Media : Se rompe con 1 a 3 golpes de picota Baja : Se indenta superficialmente con la punta de la picota Muy Baja : Se indenta profundamente con la picota El RQD (rock quality designation) Fue desarrollado por Deere para proveer una estimación cuantitativa de calidad de la masa de la roca a partir de un taladro. RQD es el porcentaje de sumar las piezas mayores a 100 mm (4 pulgadas) y dividir entre la corrida total entre 100. El taladro debe tener como mínimo54.7 mm o 2.15 pulgadas de diámetro y ser taladrado de un tubo doble. RQD fue el primer sistema que hizo un intento en describir lo quebrado del macizo rocoso. Es un parámetro importante para dos sitemas más útiles de clasificación. El espaciamiento de las discontinuidades. La condición de las discontinuidades (juntas), referidas en este caso a la persistencia, apertura, rugosidad, relleno y meteorización. La presencia de agua subterránea. Corrección por orientación Se hace una corrección teniendo en cuenta la dirección de la excavación y las discontinuidades que se presentan. Si la excavación avanza cruzando en forma más o menos perpendicular al sistema principal de discontinuidades y el buzamiento de éstas es empinado a favor del avance, no se requiere ninguna corrección, por que ésta es la condición más favorable para la estabilidad de la excavación. Si el buzamiento fuera menos empinado (< 45°), la corrección sería (-2). Si la excavación avanza cruzando en forma más o menos perpendicular al sistema principal de discontinuidades y el buzamiento de estas es empinado en contra del avance, la corrección sería (-5). Si el buzamiento fuese menos empinado (< 45°), la corrección sería (-10). Si la excavación avanza cruzando en forma más o menos paralela al sistema principal de discontinuidades y el buzamiento de éstas es empinado, la corrección sería (-12), por que ésta es la condición más desfavorable para la estabilidad de la excavación. Si el buzamiento fuese menos empinado (< 45°), la corrección sería (-5). En general, si el sistema principal de discontinuidades se presenta con bajo buzamiento (< 20°), la corrección sería (-5). Al resultado de cada uno de los parámetros se le asigna, según las tablas, un valor y se suman todos ellos para obtener el índice de calidad RMR sin correcciones. A este valor se le debe restar un factor de ajuste en función de la orientación de las discontinuidades. SISTEMA DE VALORACIÓN DE LA MASA ROCOSA RMR (SEGÚN BIENIASKI. 1989) A. PARÁMETROS DE CLASIFICACIÓN Y SUS VALORACIONES índice de Para este bajo Resisten resistencia rango es preferible > 10M Mpa 4 - 10 Mpa 2 - 4 Mpa 1 - 2 Mpa cia del bajo carga un ensayo de material puntual compresión simple de la 1 Resistencia a roca 100 - 250 25 - 50 5 -25 1 - 5 < 1 la compresión > 250 Mpa 50 - 100 Mpa intacta Mpa Mpa Mpa Mpa Mpa simple Puntuación RQD Calidad del Testigo de Perforación 2 Puntuación Espaciado entre discontinuidades 3 Puntuación Condiciones de las Discontinuidades (ver E) 15 4 2 1 0 25 % 90 % - 100% 75 % - 90% 50 % - 75% < 25 % 50% 20 15 10 8 5 60 - 200 >2m 0.6 - 2 m 200 - 600 mm mm < 60 mm 20 15 10 8 5 Superficies Superficies Superficies ligeramente Superficies pulidas o muy rugosas rugosas ligeramente relleno de Relleno de Falla Discontinuas. Separación rugosas falla < 5 suave > 5 mm de No hay < 1 mm Separación < mm de espesor o separación Paredes 1mm Paredes espesor o Separación > 5 mm Paredes ligeramente altamente Separació Cpntinuas intactas meteorizada meteorizadas n 1 - 5 mm s Continuas 30 25 20 10 0 Puntuación Afluencia por 10 m de Ninguna longitud del tunel (1/m) Agua (presión de Subterran agua en las 5 ea juntas)/ⱷ 0 principal mayor) Condiciones Completamen Generales te Seco Puntuación 15 4 12 7 < 10 10 - 25 25 - 125 > 125 < 0.1 0.1 - 0.2 0.2 - 0.5 > 0.5 Húmedo Mojado Goteando Fluyendo 10 7 4 0 B. AJUSTE DE LA PUNTUACIÓN PARA LA ORIENTACIÓN DE DISCONTINUIDADES (Ver F) Orientaciones de rumbo y buzamiento Muy favorable Favorable Regular Desfavorable Muy desfavorable Túneles y minas 0 -2 -5 -10 -12 Cimentaciones 0 -2 -7 -15 -25 Taludes 0 -5 -25 -50 Puntuaciones C. CLASES DE MACIZOS ROCOSOS Valoración Descripción 100 -81 80 - 61 I II Roca muy Roca buena buena Categoría D. SIGNIFICADO DE LAS CLASES DE ROCA I II III Categoría 60 - 41 III Roca regular 40 - 21 IV Roca mala < 21 V Roca muy mala IV V Tiempo promedio de auto soporte 20 años para tramo de 15 m 1 año para un tramo de 10 m 1 semana para tramo de 5 m 10 horas para tramo de 2.5 m 30 min para tramo de 1 m Cohesión del macizo rocoso (kpa) > 400 300 - 400 200 - 300 100 - 200 < 100 Ángulo de fricción del macizo rocoso (grados) > 45 35 - 45 25- 35 15 - 25 < 15 E. LINEAMIENTOS PARA LA CLASIFICACIÓN DE LAS CONDICIONES DE DISCONTINUIDAD Longitud de discontinuidad (persistencia) <1m 1-3m 3 - 10 m 10 - 20 m > 20m puntuacion 6 4 2 2 0 Separación (apertura) Ninguna < 0.1 mm 0.1 - 1.0 mm 1 - 5 mm > 5 mm puntuación 6 Muy Rugosa 6 5 4 Ligeramente Rugosa 3 1 0 Lisa Pulida Rugosidad Puntuación Relleno (relleno de falla) Puntuación Meteorización Puntuacióo Rugosa 5 1 0 Relleno Relleno Relleno duro > Relleno Ninguna duro < 5 blando < 5mm blando > 5mm mm 5mm 6 4 2 2 0 No Ligeramente Moderadamente Altamente Descompuesta meteorizada meteorizada meteorizada meteorizada 6 5 3 1 0 F. EFECTO DE LA ORIENTACIÓN DE RUMBO Y BUZAMIENTO DE LAS DISCONTINUIDADES EN LA PERFORACIÓN DE TUNELES Rumbo perpendicular al eje del tunel Rumbo paralelo al eje del tunel Excavación hacia el buzamiento 45-90° Excavación hacia el buzamiento buz 20 - 45° Muy favorable Favorable Excavación contra el buzamiento buz 2 45 90|° Excavación contra el buzamiento 45 - 90° Buzamiento 45 90° Muy desfavorable Regular Buzamiento 0 - 20° independiente del rumbo Regular 1.5.2. Buzamiento 20 - 45° Regular CLASIFICACIÓN GEOMECÁNICA DE BARTON Basándose en una gran cantidad de casos tipo de estabilidad en excavaciones subterráneas, el NorgerianGeotechnicalInstitute (N.G.I.), propuso un índice para determinar la calidad del macizo rocoso en túneles y taludes. Esta clasificación utiliza seis parámetros para definir la clase de macizo: RQD : índice de calidad de la roca. Jn : índice del número de familias de fracturas Jr : índice de rugosidades en las fracturas Ja : índice de alteración de las paredes de las fracturas Jw : índice del caudal afluente (Se trata de una medición de la presión del agua que tiene un efecto negativo en la resistencia al esfuerzo cortante de las fisuras debido a la reducción en el esfuerzo efectivo normal. El agua puede causar además, un ablandamiento de las arcillas e incluso posiblemente su lavado) SRF : índice del estado de tensión del macizo. SRF toma el valor de: (1) la carga que se disipa en el caso de una excavación dentro de una zona de fallas y de roca empacada en arcillas; (2) los esfuerzos en una roca competente; (3) las cargas compresivas en rocas plásticas incompetentes El valor numérico de éste índice Q se define por: 𝑅𝑄𝐷 𝑄=( 𝐽𝑛 𝐽 𝐽 𝑤 ) ) (𝐽𝑟 ) (𝑆𝑅𝐹 𝑎 El primer cociente (RQD ⁄ Jn ), representa la estructura del macizo, es una medida rudimentaria del tamaño de los bloques o de las partículas con dos valores extremos (100/0.5 y 10/20) con un factor de diferencia de 400. El segundo cociente (Jr⁄Ja), representa la rugosidad y las características de la fricción de las paredes de las fisuras o de los materiales de relleno. El tercer cociente (Jw / SRF), representa la influencia del estado tensorial Tabla de Barton TABLAS DE BARTON CUADRO Nº 19 A. Nùmero de Familias Masivo, sin o con pocas juntas B. Una familia de juntas C. D. Una familia y algunas juntas ocasionales Dos familias de juntas E. Dos familias y algunas juntas F. Tres familias de juntas Jn 0,5- 1 2 3 4 6 2. para portales utilizar ( 2 X Jn) 9 G. Tres familias y algunas juntas Cuatro familias o más, roca muy fracturada, H. terrones de azúcar I. Observaciones 1. Para cruces en túneles utilizar (3XJn) Roca triturada terrosa 12 15 20 CUADRO Nº 20 Número de Rugosidad de las juntas Jr contacto entre las dos caras de la junta. Contacto entre las dos caras dela junta mediante un desplazamiento lateral de 10 cm A. Juntas Discontinuas. 4 B. Juntas Rugosa o Irregular Ondulada 3 C. Suave Ondulada 2 D. Espejo de falla, ondulada 1,5 E. Rugosa o irregulares plana 1,5 F. Suave plana 1 G. Espejo de falla o superficie de fricción plana 0,5 Sin contacto entre las dos caras de la junta desplazados lateralmente H. I. Zona que contiene minerales arcillosos de espesor suficientemente gruesa para impedir el contacto entre las dos caras. 1 Zona arenosa de grava o roca triturada suficientemente gruesa para impedir el contacto entre las dos caras de la junta. 1 Observaciones 1. se añade 1.0 si el espaciamiento medio juntas es mayor de 3m. 2. Jr = 0.5 se puede usar para juntas de fricción planas y que tengan alineaciones orientadas para resistencia mínima. CUADRO Nº 21 Número de alteraciòn de juntas A. B. C. D. E. F. G. H. I. J. K. L. Ja Contacto entre las dos caras de la junta. Junta sellada, dura, sin reblandamiento relleno impermeable, ejm. Cuarzo. Caras de la junta únicamente manchadas. 0,75 Zonas o capas gruesas de arcilla. 25º-35º 1 Las caras de la junta están alteradas ligeramente y contienen minerales no reblandecibles, partículas de arena, roca desintegrada libre de arcilla. Recubrimiento de limo o arena arcillosa, pequeña fracción arcillosa no reblandecible. Recubrimiento de minerales arcillosos blandos o de baja fricción, ejm. Caolinita, mica, clorita, talco y pequeñas cantidades de arcilla expansivas, los recubrimientos son discontinuos con espesores de 1 – 2mm. Contacto entre las dos caras de la junta con menos de 10 cm de desplazamiento lateral Partículas de arena, roca desintegrada, libre de arcilla. Fuertemente sobre consolidados, rellenos de minerales arcillosos no reblandecidos los recubrimientos son continuos menores de 5 mm. De espesor Sobre consolidados media a baja, reblandamiento, relleno de mineral arcilloso. Los recubrimientos son continuos menores de 5 mm de espesor. Relleno de arcilla expansivas, ejm. Montmorillonita, espesor continuo de 5 mm. El valor Ja depende del porcentaje de partículas el tamaño de la arcilla expansiva. No existe contacto entre las dos caras de la junta cuando esta es cizallada Zonas o bandas de roca desintegrada o machacada y arcilla. Zonas blandas de arcilla limosa o arenosa con pequeña fracción de arcilla sin reblandamiento. ∅r (Aprox.) 2 25º-30º 3 20º-25º 4 8º - 16º 4 25º-30º 6 16º -24º 8 8º - 16º 8 -12 6º - 12º 6 –8 8-12 6º - 24º 6º - 24º 5 10-13 13 -20 Observaciòn 1. Los valores de ∅r el ángulo de fricción residual, se indican como Guía aproximada de las propiedades mineralógicas de los productos de la alteración si es que están presentes los valores de ∅r el ángulo de fricción residual, se indican como Guía aproximada de las propiedades mineralógicas de los productos de la alteración si es que están presentes los valores de ∅r el ángulo de fricción residual, se indican como Guía aproximada de las propiedades mineralógicas de los productos de la alteración si es que están presentes 6º - 24º CUADRO Nº 22 Factor de reducción por presencia de agua en las juntas A. B. C. D. E. Excavaciones secas o de fluencia poco importante, menos de v5 l/min. Localmente. Fluencia presión media, ocasional elevado de os rellenos de las juntas. Fluencia grande o presión alta, considerable lavado de los rellenos de las juntas. Fluencia o presión de agua o excepcionalmente altas con las voladuras disminuyendo en el tiempo. Fluencia o presión de aguas excepcionalmente altas y continuas sin disminución. Jw Presión de agua kg/〖cm〗^ 2 Observaciones 1 <1 los factores de C a E, Son estimados aprox. Aumenta Jw si se instalan drenes. 0,65 1-2.5 0,33 2.5 - 10 0,1-0,2 > 10 0,05-0,1 > 11 1. 2. los problemas especiales causados por la presencia de hielo no se toman en consideración CUADRO Nº 23 Factor de Reducciòn de esfuerzos SRF Zonas dèbiles que intersectan la excavaciòn y pueden causar caìdas de bloques, segùn avanza la misma Varias zonas dèbiles conteniendo arcilla o A. roca desintegrada quimicamente, roca muy suelta alrededor (cualquier profundidad) Sòlo una zona débil conteniendo arcilla o roca B. desintegrada químicamente(profundidad de excavación menor de 50 m) Sòlo una zona débil conteniendo arcilla o roca C. desintegrada químicamente(profundidad de excavación mayor de 50 m) Varias zonas de fractura en roca competente D. (libre de arcilla), roca suelta alrededor (cualquier profundidad) Sòlo una zona fracturada en roca competente E. (libre de arcilla), (profundidad de excavación menor de 50 m) Sòlo una zona fracturada en roca competente F. (libre de arcilla), (profundidad de excavación mayor de 50 m) Juntas abiertas sueltas, muy fracturadas, etc ( G. a cualquier profundidad) Observaciones 10 1. Redùzcanse estos valores SRF de 25% - 50% si las zonas de fractura solo se intersectan pero no cruzan la excavaciòn 5 Para un campo virgen de esfuerzos 2. fuertemente anisotrópico, medidas: 2,5 Cuando 5<δ1/δ3<10, reduscase: A 0.8 δc y δt 7,5 Cuando δ1 y δ3>10 reduscase: A 0.6 δc y δt Donde: δc:resistenciacopresiva δt:esfuerzo a la traccion δ1:esfuerzo principal mayor δ3:esfuerzo principal menor 5 2,5 5 CUADRO Nº 24 Factor de reducciòn de esfuerzos Roca competente, problemas de esfuerzos H. Esfuerzo bajo, cerca de la superficie I. Esfuerzo medio J. Esfuerzo grande, estructura muy cerrada (generalmente favoravle para la estabilidad de los hastiales) SRF > 200 > 13 2,5 200-10 13-0,66 1,0 10,5 0,66 - 0,33 0,5 - 2 0,33 - 0,16 05-10 <0,16 10 - 20 K. Desprendimiento moderado de la roca masiva 5 - 2,5 Desprendimiento intenso de la roca L. masiva < 2,5 Roca fluyente, fujoplàstico de roca incompetente bajo la influencia de altas presiones litostàticas M. presiòn de flujo moderado N. Presiòn de flujo intenso Roca expansiva, actividad actividadquìmica, expansiva dependiendo de la presencia de agua O. presiòn de expansiòn moderado P. Presiòn de expansiòn intensa 5 - 10 10 - 20 5 - 10 10 - 15 Observaciones 3. Hay pocos casos reportados donde el techo debajo de la superficie sea menor que el ancho del claro. Se sugiere que el SRF sea aumentado de 2,5 a 5 para estos casos, ver H 1.5.3. GSI. El Índice de Resistencia Geológica GSI considera dos parámetros: y la condición de la estructura de la masa rocosa la condición superficial de la misma. a) La estructura de la masa rocosa considera el grado de fracturamiento o la cantidad de fracturas (discontinuidades) por metro lineal, según esto, las cinco categorías consideradas se definen así: Masiva o Levemente Fracturada (LF) Moderadamente Fracturada (F) Muy Fracturada (MF) Intensamente Fracturada (IF) Triturada o brechada (T) b) La condición superficial de la masa rocosa involucra a la resistencia de la roca intacta y a las propiedades de las discontinuidades: resistencia, apertura, rugosidad, relleno y la meteorización o alteración. Según esto, las cinco categorías consideradas se definen así: Masa rocosa Muy Buena (MB) Masa rocosa Buena (B) Masa rocosa Regular (R) Masa rocosa Mala (M) O N perno y malla D cuadro de madera I cuadro de madera a 1.2 -1.5 ESTRUCTURA C I O N Muy pobre (blanda muy alterada) sin soporte o perno ocasional perno sistemático Regular (resistente levemente alterada) C Buena (muy resistente fresca) SOSTENIMIENTO SEGÚN GSI Pobre (moderadamente resistente) Masa rocosa Muy Mala (MM) Levemente fracturada LF/B LF/R LF/P Moderadamente fracturada (A) F/B F/R F/P (A) F/MP Muy fracturada MF/B (A) (A) (A) MF/R MF/P MF/MP (A) (A) (A) IF/R IF/P IF/MP Intensamente fracturada NOTA: Cabe señalar que entre los diferentes criterios de clasificación geomecánica existen relaciones matemáticas para su correlación. Por ejemplo, el RMR de Bieniawski (1989) está correlacionado al Q (índice de calidad de la masa rocosa) de Barton (1974), por la expresión 𝑅𝑀𝑅 = 9 𝑙𝑛𝑄 + 44. Despejando el valor que Q en la ecuación anterior resulta. 𝑄= 𝑒 𝑅𝑀𝑅−44 9 𝑒toma el valor de 2.718282. Por otro lado, el RMR de Bieniawski (1989) está correlacionado al GSI de Hoek y Marinos 2000), por la expresión GSI = RMR - 5, para el caso RMR > 23 y considerando condiciones secas. Clasificación según RQD (ROCK QUALITY DESIGN) 𝑅𝑄𝐷 = 𝑙𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑑𝑒 𝑡𝑒𝑠𝑡𝑖𝑔𝑜𝑠 𝑚𝑎𝑦𝑜𝑟𝑒𝑠 𝑎 100𝑚𝑚 𝑟𝑒𝑐𝑢𝑝𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜𝑠 × 100 𝑙𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑡𝑎𝑙𝑎𝑑𝑟𝑜 Cuando no se dispone de sondaje diamantino 𝑅𝑄𝐷 = 115 − 3.3𝐽𝑣 Dónde: 𝐽𝑣 = #𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑑𝑖𝑠𝑐𝑜𝑛𝑡𝑖𝑛𝑢𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒𝑠 𝑝𝑜𝑟 𝑚3 𝑅𝑄𝐷 = 100 × 𝑒 −0.1𝜆 × (0.1𝜆 + 1) 𝜆= #𝑑𝑒 𝑓𝑟𝑎𝑐𝑡𝑢𝑟𝑎𝑠 𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑙𝑖𝑛𝑒𝑎𝑙 2. INVESTIGACIÒN TECNOLÒGICA 2.1. SOFTWARE DIPS El software DIPS analiza las características geo-estructurales del macizo rocoso a estudiar con la cual nos será un apoyo en la toma de decisiones para las operaciones en Mina, nos permite identificar las familias principales de discontinuidades con la ayuda de sus elementos de Trazado de Polo el cual grafica los polos de los planos de discontinuidades, el Trazado Esparcido el cual agrupa los polos más cercanos para una evaluación mas organizada, el Trazado de Contorno el cual nos permite apreciar las concentraciones de los polos estadísticamente, el Trazado de planos principales en el cual graficamos las familias principales de discontinuidades. Las demás opciones tales como gráficos, consultas, editar contornos, opciones estereográficas nos ayudan a mejorar el estudio sobre los datos obtenidos y puestos a evaluación. El trazado de rosetas nos indica el rumbo en que van los planos principales de discontinuidades ayudándonos a tomar igualmente decisiones para trabajar adecuadamente y seguro. La interpretación de los gráficos es sumamente importante y más aún la experiencia por parte del usuario permite obtener conclusiones correctas de lo que esta pasando en la estructura estudiada y dar posibles recomendaciones para su trabajo. 2.1.1. ANÁLISIS GRAFICO Y ESTADÍSTICO DE ORIENTACIÓN DE DATOS El programa DIPS fue diseñado por el Grupo de Ingeniería de Rocas del Departamento de Ingeniería Civil de la Universidad de Toronto. DIPS está diseñado para el análisis interactivo de la orientación de base de datos geológicos. El programa es capaz de muchas aplicaciones y esta diseñado para el usuario principiante y ocasional, y para el usuario experimentado en proyecciones estereográficas quien desea utilizar herramientas mas avanzadas en el análisis de datos geológicos. DIPS permite al usuario analizar y visualizar el dato estructural siguiendo las mismas técnicas usadas en el manual estereográfico. En adición, este tiene muchos rasgos computacionales, tanto como contornos estadísticos de orientación grupal, excelente orientación y cálculo confidencial, variabilidad grupal, y análisis atribuidos con características cualitativas y cuantitativas. El DIPS viene equipado con suficiente funcionabilidad al proveer soluciones a los más complejos problemas en las áreas de ciencia de la Tierra o Ingeniería requiriendo el análisis de la base de datos de la orientación. El DIPS posee aplicaciones obvias en los campos de: Investigaciones de Estabilidad/inestabilidad en Minería o operaciones de trabajo en carretera. Exploración mineral en sistemas de MENA estructuralmente controlados. Análisis geométricos en terrenos deformados. 2.1.2. CARACTERÍSTICAS, VENTAJAS Y DESVENTAJAS Entre las características más resaltantes tenemos: 1. La versión básica y avanzada que puede disponer el usuario según el grado de experiencia en el uso del programa 2. Los tipos de proyecciones que usa: EQUIAREAL (conservación de áreas proyectadas) que permite una evaluación estadística de los datos geométricos-geológicos. Un punto A sobre la superficie de la esfera se proyecta al punto B A trasladándolo en un arco centrado en el punto B de contacto de la esfera y de un plano horizontal sobre el que esta esfera descansa. Si se repite PROYECCIÓN EQUIAREAL esta operación en varios puntos localizados por la intersección de círculos latitudinales y longitudinales de espaciamiento igual sobre la esfera, se obtendrá una red de áreas iguales. En la proyección EQUIANGULAR (conservación de ángulos) la proyección B de un punto A que se encuentra sobre la superficie de una esfera se define como el punto donde el plano horizontal que pasa B A por el centro de la esfera queda perforado por una PROYECCIÓN EQUIANGULAR línea que va de A al zenit de la esfera, y se obtiene una red de ángulos iguales. 3. El cálculo de la concentración estadística de polos se pueden hacer de dos tipos: Sea utilizando la distribución de SCHMIDT o la de FISHER. Siendo la primera recomendable usar en cantidades considerables de datos de una forma más rápida. En cambio si los datos son limitados la grafica en Schmidt saldría con contornos imperfectos y que conducirían al error. 4. Escoger las coordenadas globales a utilizarse en ciertos trabajos, bien mediante la dirección e inclinación, la dirección de buzamiento y buzamiento, o por el rumbo y buzamiento con cierta orientación. 5. Si se trabaja en el hemisferio inferior o superior de la proyección estereográfica. Viendo en si las ventajas se tendrían: Su sencillez, su potencia de análisis de gráficos y estadístico de datos estructurales. Rapidez en el calculo de gráficos, dibujo entre otros Y en las desventajas vemos: El formato libre de los archivos del DIPS permiten el análisis de algunas cuantas bases de datos de orientación. Dejando el análisis de cuñas mas detallado a otros programas como el UNWEDGE 2.1.3. INGRESO DE DATOS Dips está integrado a una interfase de hojas de cálculo, haciendo que datos simplificados entren si el usuario es familiar con las operaciones comunes de hojas de cálculo. La hoja de cálculo del Dips es también llamado la vista cuadricula. Orientación de formato de datos Dips permite el uso del manejo del formato de las coordenadas orientadas con la opción Convención debajo del menú Configuración. Manejo de la convención debajo del menú Configuración Si la convención es el Vector Polo, las coordenadas estarían en formato Dirección/inclinación y el cursor muestra la localización directamente. La orientación del cursor mostrado en la barra Estado. Si la convención es vector plano, las coordenadas corresponderían al formato de orientación global del documento actual (Buzamiento/Dirección buzamiento, Rumbo/Buzamiento derecho, Rumbo/buzamiento izquierdo) y representa el plano correspondiente para la localización del cursor (polo). La orientación del cursor mostrado en la barra Estado. La convención puede también cambiarse usando el cuadro de dialogo de control Trabajo. Este deja al usuario especificar el formato de orientación global. Cambiando el formato de orientación global en el cuadro de dialogo Control de trabajo Corrección tendencia Terzaghi La opción Peso cuña Terzaghi, disponible en el menú Vista y en la Barra de herramientas Vista, pueden ser aplicados a los argumentos de contorno y roseta, representado por la tendencia muestreando introducido por la colección de orientación de dato transversal. Ilustración de peso cuña Terzaghi – peso sobre cuña (superior) y peso bajo cuña (inferior) contornos de muestra de datos Corrección de declinación La declinación en el cuadro de diálogo Control de trabajo puede ser usado para corrección de azimut. Este es típicamente usado para corregir la declinación magnética, pero puede ser usado para ajustar la cuadricula norte. 2.1.4. TRAZADO EN ESTEREOGRAFÌA Las formas principales de visualización de datos en Dips son las diversas opciones de trazado disponible en el menú Vista y barra de herramientas Vista: trazado de Polo, esparcir, contorno, Roseta, y de planos principales. El trazado de Contorno puede además ser visto sobre puesto con uno de los otros trazados. Trazado de polos Un trazado de polo es la más básica representación del dato de orientación (par de datos de orientación en las primeras dos columnas de un archivo Dips). En un trazado de polo, los puntos son marcados en una estereografía que corresponde a la orientación de cada característica lineal o polos representando planos. Trazado de dispersión Un trazado disperso permite visualizar el análisis de la distribución de polos de símbolos trazados representando el número de polos aproximadamente coincidentes dados en la orientación. Los símbolos en el trazado corresponden a la rejilla de localizaciones actual, y las cantidades representadas son el número de polos dentro de un espaciamiento en medio de la cuadricula de la rejilla de puntos. Estas ubicaciones, en general, no corresponderían exactamente a las ubicaciones de los polos trazados en el Trazado de polos. Trazado de contornos Un trazado de contorno es la principal herramienta en el Dips para el análisis significativo y/o concentraciones máximas de polos. Este ha sido usado para visualizar los datos de grupo de orientación no evidentes inmediatamente desde un Trazado de Polos o un Esparcido de Polos. Los contornos representa estadísticamente concentraciones de polos, calculados usando los métodos de distribución (Fisher o Schmidt) especificado en el cuadro de diálogo Opciones Estereográficos. Un Peso Terzaghi puede ser aplicado al Contorno de Polos a corregir datos de tendencias muestreadas desde una colección de datos y generando un peso al contorno del polo si los archivos del Dips contienen información cruzada. Trazado de planos principales La opción de Trazado de Planos Principales en Dips permite al usuario ver solo planos en un estereografía limpia, sin polos o contornos. En adición, una lista de orientaciones de planos es demostrada en la leyenda, dada por la corriente Convención. 2.1.5. PROYECCIONES En el cuadro Estereografía, el de opciones usuario puede seleccionar el método de proyección preferido. Cuadro de diálogo Opciones de Estereografía Dips permite al usuario analizar datos de orientación con dos proyecciones esféricas: “equiangular” y “equiareal”. 2.1.6. ANÀLISIS ATRIBUCION DE CARACTERÌSTICAS CONSULTA DE DATOS La opción Consulta de datos permite al usuario crear interrogantes a buscar por algún subset de datos en un archivo Dips. Si la interrogante es exitosa, un nuevo archivo Dips inmediatamente sería generado, y una nueva vista cuadricular demostraría el dato seleccionado. ANÀLISIS ESTADÌSTICO Un trazado de contorno es la principal herramienta en Dips para analizar el significado y/o concentraciones máximas de polo. Este es usado para visualizar el grupo de datos orientados no inmediatamente desde el Trazado de Polos o uno Esparcido. Los contornos representan la concentración de polos estadísticos, usando el método de Distribución (Fischer o Schmidt) especificado en el Diálogo Opciones Estereográficas. USUARIO DEFINIENDO SET WINDOWS PARA JUNTAS Sets Añadir set Windows usuario dibujar permite al windows alrededor de un grupo de datos en la estéreo fasilla, por el motivo de obtener datos de orientaciones significadas (polos) dentro del windows. Las orientaciones significadas pueden hacer el trazado como polos o planos en la estéreo fasilla, y sets de estadísticas (conos confidenciales y variables) pueden ser trazados (Opción Editar sets) o listar (opción Información de Vista). TRAZADO DE ROSETAS Otro ampliamente usado es la técnica para representar orientaciones es la llamada Roseta. La roseta convencional inicia con un plano horizontal, representado por el ecuador (exterior) círculo de la estereografía. Un histograma radial (con segmentos de arcos en lugar de barras) es recubierto en este círculo, indicando la densidad de planos intersecando esta cara horizontal. Los límites de la orientación radial (azimut) de los segmentos de arcos corresponden a los rangos de rumbo del plano o grupo de planos siendo representados por el segmento. En otras palabras, el diagrama de roseta es un histograma radial de rumbo de densidad o frecuencia. Nota: Dips ha removido el requerimiento que la base del plano de la roseta sea horizontal. El plano puede ser orientado a alguna orientación en el espacio. La roseta entonces representa la orientación aparente de las líneas de intersección entre la base del plano de la roseta y los planos de la serie de datos. ANÀLISIS DE DIACLASACIÒN El proceso seguido con el DIPS es el siguiente: los valores de dirección y buzamiento de cada una de las discontinuidades medidas en el campo se introducen en el programa, y éste, automáticamente, los representa en forma polar. El proceso para determinar la posición de cada polo es la siguiente. Primero se establece la situación de la discontinuidad en proyección estereográfica (en rojo) y posteriormente se busca su polo (verde), el cual se encuentra a 90º yendo siempre perpendicular al plano de la discontinuidad trazada y en sentido opuesto a la dirección de buzamiento. (Figura) Cada polo representa una de las discontinuidades medidas en el campo. El siguiente paso consiste en la búsqueda de las zonas de máxima concentración de estos polos. A cada una de estas zonas el programa le asocia una familia de discontinuidades con una dirección y buzamiento determinadas, siendo éste, el valor promedio de toda la nube de puntos seleccionada. Por último el programa muestra una representación de las familias de discontinuidades, con sus respectivas direcciones, las cuales son las que posteriormente se utilizarán en el programa (p.ej UNWEDGE) para la determinación de la estabilidad de las posibles cuñas que se formen. En resumen, el objeto del programa DIPS es la determinación de la orientación de las diferentes familias de discontinuidades presentes en el macizo, y que resultan del análisis de todos los datos medidos en el campo. PROGRAMA Phase2 Phase2 versión 6,0 es un programa en 2 dimensiones para el análisis del esfuerzo sobre los elementos finitos; plásticos o elásticos, ya sean excavaciones subterráneos o de superficie en roca o suelo. Se puede utilizar para una amplia gama de proyectos de ingeniería y ahora incluye una función de elemento de filtración de agua subterránea y análisis de estabilidad del talud. Se puede crear fácilmente modelos complejos y analizarlos rápidamente, por ejemplo, los túneles en roca débil, potencia cavernas subterráneas, minas a cielo abierto y las pendientes, taludes, y mucho más. También se puede modelar una gran variedad de tipos de soporte para rocas y suelo. Se puede incluir tipos de pernos de anclaje, pernos en cable, Split sets y tiebacks. Elementos de línea se pueden aplicar en el modelado de shotcrete, capas de concreto, sistema de aceros, paredes de contención de estructuras, etc. Pilas pueden ser modeladas usando una combinación de líneas y elementos comunes, utilizando la nueva opción de interfaz estructural. a) Modelado: Límites Varios tipos de límites se definen en Phase2 con el fin de crear el modelo geométrico: - Exteriores (abarca todas las demás entidades del modelo) Excavación Material Etapa Junta Interfaz Estructural Piezométrico Todos los modelos requieren una frontera exterior. Otros tipos de límites se definen, según sea necesario. b) Modelado: Etapas La opción Etapas en Phase2, permite el modelado secuencial de remoción o excavación de material, de hasta 300 etapas separadas, que permiten modelar pernos y revestimientos de forma secuencial. Las unidades están definidas por el usuario. Siendo la usada por defecto las siguientes: Unidades métricas (stress) - MPa, kPa, tonnes/m2 Unidades imperiales (stress) - ksf, psf, tons/ft2 c) Mallado Phase2 incorpora un estado opción de generación de mallas bidimensionales de elementos finitos, la cual puede generar mallas ya sea triangular o cuadrangular. El avanzado algoritmo de mallado utilizado en Phase2 simplifica enormemente la tarea de generación de mallas para el usuario - una malla de alta calidad se puede generar con un solo clic del mouse. La malla puede ser personalizada fácilmente si es necesario. Malla: configuración de malla Los principales parámetros de configuración de la malla se especifican en el cuadro de diálogo Configuración de malla. Esto le permite elegir el tipo de malla (Graduado, uniformes o radial) y Tipo de Elemento (3-nodos o 6-nodos Triángulos, o 4-nodos u 8 nodos cuadriláteros). Malla: Tipo de malla En el cuadro de diálogo Configuración de malla puede elegir uno de 3 diferentes tipos de malla: Graduado, uniformes o radial. Graduado es aplicable para las excavaciones subterráneas que utilizan los límites de excavación. Mallado uniforme es adecuado para los modelos sin definirse explícitamente los límites de excavación (por ejemplo, excavaciones superficiales, aguas subterráneas, los modelos de la estabilidad de los taludes). Mallado radial es una opción especializada que pueden ser utilizadas para excavaciones circular o casi circular. d) Inicio del Phase2 La entrada de datos para el programa es a través de coordenadas (X,Y). Como se ve en el grafico siguiente: e) Configuración del proyecto El cuadro de diálogo configuración del proyecto se utiliza para configurar los principales parámetros de análisis para el modelado en Phase2 (Seleccione: Análisis → Configuración del proyecto) 3. GENERALIDADES 3.1. TÍTULO “MAPEO GEOMECÁNICO TUNEL DE TOTORILLA” 3.2. OBJETIVOS Determinar y definir las características geológicas del Túnel de Totorilla Determinar los tipos de roca que constituye el Túnel Totorilla Determinar la parámetros para la Clasificación Geomecánica Representar estereográficamente las diferentes fracturas 3.3. UBICACIÓN Ubicado en la zona sur central de los andes peruanos. Departamento Provincia Distrito Localidad : Ayacucho : Huamanga : Ayacucho : Totorilla Túnel totorilla FUENTE: GOOGLE EARTH VER ANEXO 1( PLANO DE UBICACIÒN) FUENTE: GOOGLE EARTH 3.4. COORDENADAS UTM 18 L E: 587065.00 m N: 8547705.85 m 3.5. HISTORIA DEL TUNEL Fue planeado como línea del ferrocarril para unir Huancayo y Ayacucho, En 1912, el Gobierno de don Augusto B. Leguía, continuo la construcción, proponiendose a inaugurarlo en 1924, con ocasión de la celebración del centenario de la batalla de Ayacucho tomando como base la línea longitudinal de la sierra. Pero, por desiciòn del entonces ministro de fomento, la ruta fue desviada a Huancavelica con el propósito de fortalecer la explotación minera de la zona huancavelicana. 3.6. CARACTERÍSTICAS GEOLÓGICAS 3.6.1. GEOMORFOLOGÌA Geomorfológicamente el territorio de totorilla, está conformado por colinas bajas disectadas (Cln-Baj), colinas altas disectadas (Cln-Alt) y valle intermedio (V-Int). Del total del territorio el 75.0 % representa colina baja; 20.0 % colina alta y 5.0 % valle intermedio. VER ANEXO 2( MAPA GEOLÒGICO) 3.6.2. RIESGOS NATURALES El territorio no presenta riesgos naturales 3.6.3. GEOLOGÌA REGIONAL A nivel regional, se observa la presencia de rocas volcánicosedimentarias,identificándose en la columna estratigráfica la Formación Ayacucho, Formaciòn socos y Huanta. En el periodo Cretácico de la era Mesozoica, se produjo el “Plegamiento Peruano de los Andes. En el Eógeno del Terciario se presenta el Plegamiento Incaico, se produce enseguida una gran actividad volcánica, los andes se levantan alcanzando una altura de 2,000 a 3,000 msnm. En el Cuaternario periodo Neógeno (Plioceno Inferior) se llevo a cabo el Plegamiento Quichuano, en esta etapa se produce una gran precipitación de naturaleza aluviónica que produce grandes erosiones, lo que dio origen al actual paisaje. 3.6.4. GEOLOGÌA LOCAL A nivel local la presencia de rocas volcánico sedimentarias identificándose Los afloramientos de puzolanas se encuentran en el sur del Perú, en el departamento de Ayacucho. La serie sedimentaria que tiene el estrato de toba dacítica de posibles propiedades puzolánicas pertenece estratigráficamente a la Formación Ayacucho del Terciario superior. 3.6.5. GEOLOGÍA ESTRUCTURAL Las unidades litoestratigráficas descritas se encuentran inclinadas hacia el Este con buzamientos entre 60 y 70 º al NW y rumbo promedio N70ºE. En el ítem siguiente Investigacion de campo se presentan en forma detallada los resultados de la caracterización de la masa rocosa, en el que se incluye las características estructurales del áreaLas unidades litoestratigráficas descritas se encuentran detallada los resultados de la caracterización de la masa rocosa, en el que se incluye las características estructurales del área 3.6.6. GEOLOGÌA HISTÒRICA Ayacucho fue antiguamente un fondo marino en que agitaba un mar poco profundo que poco a poco se rellenaba con el material acarreado de cordilleras antiguas del Este y del Oeste. Los afloramientos de puzolanas se encuentran en el sur del Perú, en el departamento de Ayacucho. La serie sedimentaria que tiene el estrato de toba dacítica de posibles propiedades puzolánicas pertenece estratigráficamente a la Formación Ayacucho del Terciario superior. Una de las características de esta formación es la lenticularidad de sus estratos. El paquete de toba dacítica tiene estrecha relación genética y litológica con las explosiones efusivas de los volcanes vecinos al lago que conformaba la cuenca Ayacucho. La posición estructural de este horizonte en el área de estudio es bastante favorable y su buzamiento varía desde sub horizontal hasta los 15º y su grosor desde 35 a 50 m. Litológicamente corresponde a una toba de naturaleza dacítica de color rosado claro o blanco, textura porfirítica con fenosdefeldespatos en una pasta compuesta principalmente de vidrio volcánico, cristales de cuarzo y feldespatos. 3.6.7. FISIOGRAFIA De modo general, la fisiografía es varaida y la topografía accidentada; presentando heteregeonidad del medio natural, específicamente en la zona de estudio se presenta valles interandinos. Presentadndo el clima estepa VER ANEXO 3( MAPA FISIOGRÀFICO) 3.6.8. ESTRATIGRAFIA VER PLANO 4( COLUMNA ESTRATIGRÀFICA) 4. INVESTIGACIÓN DE CAMPO 4.1. EQUIPOS E INSTRUMENTOS DE USO EN EL CAMPO Wincha 50mts Brújula Libreta de Campo Picota Linterna Cordel Flexo metro 4.2. Eclímetro METODOLOGÌA DE TRABAJO El procedimiento para aplicar la Clasificación Geomecánica es el siguiente: Dividir el macizo rocoso en dominios estructurales (zonas de característicasgeológicas similares como tipo de roca, espaciado, etc.). Obtener los parámetros de clasificación mediante la medición de lascaracterísticas geológicos – estructurales y colocarlos en la tabla de registro. Analizar los valores que están asignados para cada parámetro y sumar losvalores para obtener el RMR básico. El sexto parámetro, la influencia del buzamiento discontinuidades, se utilizara para ajustar el RMR básico. de las Se debe tener en consideración que en un macizo con varios sets de discontinuidades, el set principal usualmente designado como set N°1, controla la estabilidad de una excavación. La sumatoria de la valoración de los parámetros de clasificación para este set de discontinuidades constituirá elRMR. En situaciones donde no hay un set de discontinuidades dominante y de importancia crítica, o cuando se estime la resistencia y deformación del macizo rocoso, los valores para cada set de discontinuidades serán promediados para obtener la apropiada clasificación individual de cada parámetro. 4.3. MEDICIONES GEOTÈCNICAS ESTRUCTURALES Para cada set estructural identificado se determinará la medición de : Relleno. Apertura.Espaciamiento Rugosidad Persistencia Orientación Obtener información conexa , tipo de roca estratigrafía`, y geológicos que serán de ayuda para el informe final. Asimismo se registra los datos siguientes: REGISTRO DE DATOS DEL TUNEL DE TOTORILLA Tra mo UBICACIÓN 10 m Lado Izquierdo Lado Izquierdo Lado Izquierdo Lado Izquierdo Lado Izquierdo Lado Izquierdo Lado Izquierdo Lado Izquierdo Lado Izquierdo Lado Izquierdo Lado Izquierdo Lado Izquierdo Nº De Disconti nuidad AZIMUT RUMBO BUZAMIENTO 1 287 73ºNW 36ºSW ESPACIA DO (m) PERSISTENCI A (m) 3,7 0,87 2 310º 50º NW 88º NE 1,14 1,4 3 294º 66º NW 32º NE 4 39º 39º NE 88º NW 5,8 1,72 1,91 1,05 5 11º 11º NE 86º NW 0,9 0,37 6 36º 36º NE 62º SE 7 318º 42º NW 82º NE 2,62 0,86 2,8 0,82 8 302º 58º NW 37º NE 2,3 1 9 304º 56º NW 72º NE 10 25º 25º NE 74º SE 11 320º 40 NW 87º SW 3,2 0,72 2,2 0,25 2,64 0,65 12 315º 45º NW 54º NE 5,5 0,6 techo 1 304º 56º NW 82º NE techo 2 305º 55º NW 59º SW 5,8 0,4 0,5 3,5 RUGOSIDAD Ligeramente rugosa Ligeramente rugosa Ligeramente rugosa Ligeramente rugosa Ligeramente rugosa Ligeramente rugosa Ligeramente rugosa Ligeramente rugosa Ligeramente rugosa Ligeramente rugosa Ligeramente rugosa Ligeramente rugosa Ligeramente rugosa Ligeramente rugosa APERTURA (mm) RELLENO TIPO DE ROCA 1 sin relleno Aglomerado 3 sin relleno Aglomerado 10 sin relleno 1 sin relleno 0,5 sin relleno 3 sin relleno 3 sin relleno 5 sin relleno 8 sin relleno 3 sin relleno 5 sin relleno Aglomerado puzolana rosadablanca puzolana rosadablanca puzolana rosadablanca puzolana rosadablanca puzolana rosadablanca puzolana rosadablanca puzolana rosadablanca puzolana rosadablanca 5 sin relleno 11 sin relleno 12 sin relleno puzolana rosadablanca puzolana rosadablanca puzolana rosadablanca techo 3 300º 60º NW 73º NE techo 4 305º 55º NW 66º NE 2,8 Ligeramente rugosa Ligeramente rugosa Lado Izquierdo 1 342º 18º NW 72º NE 2,9 Ligeramente rugosa 2 317º 43º NW 89º SW 3,2 10 m 0,45 Lado Izquierdo Lado Izquierdo Lado Izquierdo Lado Izquierdo 26.6 m Lado Izquierdo Lado Izquierdo Lado Izquierdo Lado Izquierdo Lado Izquierdo Lado Izquierdo Lado 3,1 4 Ligeramente rugosa Ligeramente rugosa Ligeramente rugosa 4,3 Ligeramente rugosa 3,6 1,8 4 322º 38º NW 64º NE 3,5 2 5 313º 47º NW 65º NE 6 330º 30º NW 60º NE 7 301º 59º NW 64º SW 1,25 1,72 3 2,5 8 310º 1 315º 2 320º 3 345º 4 5 325º 317º 50º NW 50º NE 45°NW 49°NE 40°NW 58°NE 5 2,5 3,4 3,5 15°NW 42°NE 3,93 35°NW 75°NE 0,56 43°NW 33°NE 2,45 1,5 1,3 3,6 Ligeramente rugosa Ligeramente rugosa Ligeramente Rugosa Ligeramente Rugosa Ligeramente Rugosa Ligeramente Rugosa Ligeramente 5 sin relleno 4 sin relleno puzolana rosadablanca puzolana rosadablanca 0,5 sin relleno puzolana rosada y blanca 0,8 sin relleno 0,4 sin relleno 0,3 sin relleno puzolana rosada y blanca puzolana rosada y blanca puzolana rosada y blanca 0,4 sin relleno puzolana rosada y blanca 1 sin relleno 5 sin relleno 10 sin relleno 8 sin relleno 4 sin relleno 3 3 sin relleno sin relleno puzolana rosada y blanca puzolana rosada y blanca puzolana rosada blanca puzolana rosada blanca puzolana rosada blanca puzolana rosada blanca puzolana rosada Izquierdo Lado Izquierdo Lado Izquierdo Lado Izquierdo Lado Izquierdo Lado Izquierdo Lado Izquierdo Lado Izquierdo Lado Izquierdo Lado Izquierdo Rugosa 6 5º 7 340º 8 345º 9 355º 10 318º 11 43º 12 335º 13 330º 14 340º Lado Izquierdo 15 353º Lado Izquierdo 16 350º 5°NE 76°SE 0,62 20°NW 64°NE 0,58 15°NW 54°NE 1,6 5°NW 61°NE 0,75 42°NW 85°NE 1,96 43°NE 74°NW 0,49 25°NW 61°NE 1,43 30°NW 70°NE 1,67 20°NW 71°NE 1,17 7°NW 66°NE 1,4 10°NW 71°NE 1,2 3,45 Ligeramente Rugosa Ligeramente Rugosa Ligeramente Rugosa 3,6 Ligeramente Rugosa 1,48 3,6 3,6 1,1 2,7 Ligeramente Rugosa Ligeramente Rugosa Ligeramente Rugosa blanca 3 sin relleno 7 sin relleno 5 sin relleno puzolana rosada blanca puzolana rosada blanca puzolana rosada blanca 10 sin relleno puzolana rosada blanca 15 sin relleno 2 sin relleno 3 sin relleno 4 sin relleno 3 sin relleno puzolana rosada blanca puzolana rosada blanca puzolana rosada blanca puzolana rosada blanca puzolana rosada blanca 2,93 Ligeramente Rugosa Ligeramente Rugosa 2,15 Ligeramente Rugosa 2 sin relleno puzolana rosada blanca 2,94 Ligeramente Rugosa 2 sin relleno puzolana rosada blanca 3,6 MODELAMIENTO GEOMECANICO CON EL SOFTWARE PHASES En primer lugar crear la excavación de la siguiente manera: Seleccione: Límites → Añadir Excavación Introduzca las siguientes coordenadas en la línea rápida en la parte inferior derecha de la pantalla. En esta parte se ingresalas coordenadas de la excavación Dándonos como resultado la siguiente sección. Ahora vamos a crear la frontera exterior. En Phase2, la frontera exterior puede ser generada automáticamente, o definida por el usuario. El siguiente paso es generar la malla de elementos finitos. En Phase2, mallado es un simple proceso de dos pasos. En primer lugar, hay que discretizar las fronteras y, a continuación, la malla se puede generar. Luego de introducir los valores dar click en DISCRETIZE y para generar la malla click en MESH. Muestra la malla de esfuerzos que soporta el inicio del túnel. Field Stress Paramenters : El stress sobre el terreno determina las condiciones de stress inicial in situ, antes de la excavación. Se hace un Click a Field Stress Parameters, para poder agregar los respectivos datos. Para realizar el análisis hacer click en COMPUTER cuando se complete los cálculos se procederá a hacer click en INTERPRET para poder visualizar los respectivos campos de esfuerzo en el túnel. Click en Compute. Luego Click en Interpret. MIRADA A LOS DIFERENTE CAMPOS DE ESFUERZOS QUE SE PRODUCEN Interpretación de Sigma 1 Interpretación de Strength Factor Tension Muestra el factor de fuerza que soporta el inicio del túnel, siendo los mas altos la base de este. Interpretación de MaximunShearStrain Interpretación de Horizontal Displacement Interpretación de Vertical Displacement Interpretación de Max. Shear Podemos observar la malla de esfuerzos como puntos y dándonos una referencia cómo se comporta la excavación frente a estos esfuerzos. NOTA: En el presente modelamiento solo se uso la sección del túnel totorilla más no los parámetros necesarios para el procesamiento del programa, las cuales se tomaron valores estimados al criterio, ya que no se contaron con los ensayos necesarios en el laboratorio de mecánica de rocas para hallar dichos valores. RESULTADOS PROGRAMA DIPS TRAZADO DE POLOS DIAGRAMA DE DISPERSIÒN DE POLOS – SISTEMA ECUATORIAL DIAGRAMA DE DESNSIDAD DE POLOS DIAGRAMA DE ROSETAS QUE MUESTRA LA ORIENTACIÒN PREFERENCIAL DE LOS PLANOS EN LAS UNIDADES AFLORADAS CON RUMBOS DOMINANTES FUENTE: GRUPO I GRÀFICO ESTADÌSTICO MOSTRANDO LOS PORCENTAJES DE LAS DIRECCIONES DE BUZAMIENTO FUENTE: GRUPO I PARÀMETROS DE CLASIFICACIÒN VALORACIÓN DEL ESPACIAMIENTO: 2 De 0.6 A 2 m VALORACIÓN DE LA PERSISTENCIA: 2 De 1 A 3 m VALORACIÓN DE LA TERMINACIÓN: 2 Roca Intacta VALORACIÓN DE LA APERTURA: 4 De 1 a 5 mm VALORACIÓN DEL RELLENO: 1 Limpio VALORACIÓN DEL RELLENO: 1 De Ninguno VALORACIÓN DE LA RUGOSIDAD: 4 Ligeramente Rugoso VALORACIÓN DE LA ONDULACIÓN: 2 Poco Ondulada VALORACIÓN DE LA METEORIZACIÓN: 1 Seco VALORACIÓN DEL AGUA SUBTERRANEA: 1 Seco PARÁMETROS OBTENIDOS Orientación promedio de los sets de discontinuidades Familias 37 polos Espaciamiento promedio : 0.6 a 2 m Persistencia promedio : 1 – 3 m. Terminación promedio : Roca Intacta Apertura promedio = : 1 – 5 mm Tipo de Relleno promedio : Limpio Espesor de Relleno promedio : Ninguno Rugosidad promedio : Ligeramente Rugosa Ondulación promedio : Poco Ondulada Meteorización promedio : Seco Agua Subterránea promedio : Seco Número de golpes necesarios para romper la muestra: 1 golpe del martillo de geólogo. J/M = 2, juntas por metro lineal. 4.3.1. CÁLCULO DE RMR CÁLCULO DE RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN ÍNDICE DE RESISTENCIAS RANGO RESIS. IDENTIFICACIÓN DE CAMPO COMP. MPA Deleznable con golpes firmes con la punta de martillo de geólogo se desconcha con una cuchilla 1.0 – 5.0 Se desconcha con dificultad con cuchilla. Marcas poco profundas en la roca con golpe firme del martillo 5 - 25 (de punta) No se raya ni desconcha con cuchillo. La muestra se rompe con golpe firme del martillo 25 - 50 La muestra se rompe con mas de un golpe del martillo 50 – 100 Se requiere varios golpes de martillo para romper la muestra 100 –250 Solo se rompe esquirlas de la muestra con el martillo 250 GRADO R1 R2 R3 R4 R5 R6 Valor (Kg/cm2) VALORACIÓN > 2500 15 RESISTENCIA A LA COMPRESION 1000 - 2500 500 - 1000 250- 500 12 7 4 50 - 250 2 10 - 50. 1 < 10 0 J/M VALORACIÓN 0 40 1 34 2 31 3 29 4 28 5 27 6 26 7 25 8 24 9 23 J/M VALORACIÓN 10 22 11 21 12 20 13 19 14 18 15 17 16 17 17 16 18 15 19 14 J/M VALORACIÓN 20 14 21 13 22 13 23 12 24 12 25 11 26 11 27 10 28 10 29 9 J/M VALORACIÓN 30 9 31 9 32 8 33 8 34 8 35 7 36 7 37 7 38 7 39 7 J/M VALORACIÓN 40 6 41 6 42 6 43 6 44 6 45 6 PERSISTENCIA VALORACIÓN < 1m 6 1-3m 4 3 - 10 m 2 10 - 20 m 1 > 20m 0 APERTURA VALORACION 0 6 < 0.1 mm 5 0.1 - 1 mm 4 1 - 5 mm 1 > 5 mm 0 RUGOSIDAD VALORACION Muy Rugosa 6 Rugosa 5 Ligeramente Rugosa 3 Lisa 1 Espejo de falla 0 RELLENO No hay Duro < 5 mm Duro > 5mm VALORACIÓN 6 4 2 Blanco < 5 mm 2 Blando > 5mm 0 METEORIZACIÓN No afecto Ligero Moderado VALORACIÓN 6 5 3 Alto 1 Descompuesto 0 AGUA Seco Goteando 4 Chorreando 0 Ligeramente Humedo 15 10 Índice de Deere VALORACION Humedo 7 Resistencia J/Metro Lineal Persistencia Apertura Rugosidad Relleno Meteorización Agua Subterránea RMR 4 31 4 1 3 6 6 15 70 PARÁMETRO PARA CALCULAR EL RMR SEGÚN LA ORIENTACIÓN DE LAS DISCONTINUIDADES DIRECCIÓN PERPENDICULAR AL EJE DEL TUNEL DIRECCIÓN PARALELA AL EJE DEL TUNEL BUZAMIENTO EXACAVACIÓN HACIA EL EXCAVACIÓN CONTRA BUZAMIENTO EL BUZAMIENTO Buzamiento Buzamiento Buzamiento Buzamiento Buzamiento Buzamiento 45°- 90° 20° - 45° 45° - 90° 20° - 45° 45° - 90° 20°- 45° 0 -2 -5 -10 6 7 0° 20° CUALQUIER DIRECCION Fig. 8 la orientación de las fracturas y la excavación del túnel es hacia el buzamiento por tanto no existe corrección. Corrección: 0 Rumbo Perpendicular al Eje / Dirección según Buzamiento 45° - 90° 4.3.2. CÀLCULO DEL RQD 𝑅𝑄𝐷 = 100 × 𝑒 −0.1𝜆 × (0.1𝜆 + 1) 𝜆= #𝑑𝑒 𝑓𝑟𝑎𝑐𝑡𝑢𝑟𝑎𝑠 − − − − − − − − − − − −𝜆 = 2/10 𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑙𝑖𝑛𝑒𝑎𝑙 𝑅𝑄𝐷 = 100 × 𝑒 −0.1(0.2) × (0.1(0.2) + 1) 𝑅𝑄𝐷 = 100 × 𝑒 −0.1(0.2) × (0.1(0.2) + 1) = 90 RQD calidad de la roca < 25 % muy mala 28 - 50 % mala 50 - 75% regular 75 - 90 % buena 90 - 100% muy buena 4.3.3. CÁLCULO Q DE BARTÓN 𝑸=𝒆 𝑹𝑴𝑹−𝟒𝟒 𝟗 𝑸=𝒆 𝟕𝟎−𝟒𝟒 𝟗 𝑸 = 𝟏𝟕. 𝟗𝟕𝟑 4.3.4. CÀLCULO GSI 𝑮𝑺𝑰 = 𝑹𝑴𝑹𝒔𝒆𝒄𝒐 − 𝟓 𝑮𝑺𝑰 = 𝟕𝟎 − 𝟓 𝑮𝑺𝑰 = 𝟔𝟓 5. CLASIFICACIÓN GEOMECÁNICA Según el RMR RMR 100 - 81 I DESCRIPCIÓN Muy Buena 80 - 61 II 60 - 41 III 40 - 21 IV Buena Regular Mala Según el Q PATRON GEOMECÁNICO DEL MACIZO CALIDAD DEL MACIZO ROCOSO ÍNDICE Q 0.001 – 0.01 Roca excepcionalmente mala 0.01 – 1 Roca Extremadamente mala 0.1 - 1 Roca Muy Mala 1 – 4 Roca mala 4 - 10 Roca media 10 – 40 Roca buena 40 – 100 Roca muy buena 20 V Muy Mala 100 - 400 Roca extremadamente buena 400 – 1000 Roca excepcionalmente buena Segùn GSI Levemente fracturada Buena (muy resistente fresca) 6. RECOMENDACIONES DE SOSTENIMIENTO SOSTENIMIENTO SEGÚN RMR Clase de Masa Rocosa I Muy Buena 81 - 100 II Buena 61 – 80 III Regular 41 - 60 VI- Mala RMR: 21 40 Excavación Frente completo 3 m de avance Frente completo 1 – 1.5 m de avance. Sostenimiento completo a 20 m del frente. Socavón en el tope y banqueo 1.5 – 3 m de avance en el Socavón Iniciar el Sostenimiento después de cada voladura Completar el sostenimiento a 10 m del frente Socavón en el tope y banqueo 1.0 – 1.5 m de avance en el Socavón Instalar el sostenimiento con el avance de la excavación, 10 m del frente de avance. Pernos de roca (20 mm de diámetro completamente inyectados) Shotcrete Cimbras Generalmente no se requiere ningún sostenimiento excepto pernos esporádicos Localmente, pernos de 3 m en la corona, 50 mm en espaciados a 2.5 m la corona, con malla de alambre donde sea Ninguno ocasionalmente requerido 50 – 100 Pernos sistemáticos mm en la de 4m de longitud, corona y 30 espaciados 1.5 – 2.0 mm en las m en la corona y en paredes las Ninguno paredes, con malla de alambres en la corona Pernos sistemáticos de 4 – 5 de longitud espaciados a 1 – 1.5 m en la corona y en las paredes, con malla de alambres 100 – 150 mm en la corona y 100 mm en las paredes Arcos ligeros a medianos espaciados a 1.5 m donde sean requeridos V- Muy mala RMR: <20 Galerías múltiples 0.5 – 1.0 m de avance en el socavón de tope Instalar el sostenimiento con el avance de la excavación. Shotcrete tan pronto como sea posibles después de la voladura Pernos sistemáticos de 5 -6 m de longitud espaciados 1 – 1.5 m en la corona y en las paredes. Pernos en el piso 150 – 200 mm en la corona, 150 mm en las paredes y 50 mm en el frente SOSTENIMIENTO SEGÚN GSI sin soporte o perno ocasional Arcos medianos a pesados espaciados a 0.75 m con encostillado de acero y marchavants de ser necesario. Cerrar la sección CONCLUSIONES 1. Se concluye que de acuerdo a la clasificación geomecánica de Bieniawski RMR El macizo rocoso del túnel totorilla es roca buena, se utilizó el índice de Deere. 2. Se concluye que con los resultado previos se prevé que debería tener un tipo de sostenimiento con pernos sistemáticos y/o 3. No se pudo hallar el RQD, por cuanto no tenemos datos registrales de las discontinuidades por metro cúbico. Por ende sólo se halló por medio de fórmulas matemáticas el Q de Barton, que también nos dio como resultado roca buena. 4. La mayoría de los polos se encuentran en el cuadrante SE puesto que el buzamiento de las fracturas se encuentra opuestas. RECOMENDACIONES Tener mucho cuidado en zonas de alta vulnerabilidad Utilizar cierto equipo de protección Registrar con mucha cautela los datos evitando errores. Trabajar de manera organizada en el proceso de recolección de datos BIBLIOGRAFÍA Y PÁGINAS CONSULTADAS Diapositivas de la Universidad Nacional de Ingeniería Es.scribd.com/doc/61458414/Trabajo-Rocas-II-MOROCOCHA es.wikipedia.org/.../Clasificación_geomecánica_de_Bienawiski_o_ R. Uso del programa Dips www.rocscience.com ANEXOS 1. Plano de Ubicaciòn de la zona 2. Mapa Geològico de la zona 3. Mapa fisiográfico de la zona 4. Plano estratigràfico 5. Plano de discontinuidades 5. Fotografías del Trabajo de Campo SALIDA DEL TUNEL TOTORILLA ENTRADA DEL TUNEL TOTORILLA Puzolana rosada Aglomerado Puzolana blanca DESCRIPCIÓN DE LAS ROCAS Medida de buzamiento de la falla DOCENTE Y ALUMNOS DEL CURSO DE MECÁNICA DE ROCAS, AL FINAL DE LA PRÁCTICA
