Caítulo I Fundamentos Teoricos
-
Upload
vlawrence-murillo -
Category
Documents
-
view
6 -
download
0
description
Transcript of Caítulo I Fundamentos Teoricos
CAPITULO I
FUNDAMENTOS TEORICOS GENERALES
1.1. FUNDAMETOS TEORICOS CONCEPTUALES
1.1.1. LITOLOGIA
La palabra litología deriva del griego Lithos = roca y Logos = estudio o tratado;
comprende el estudio y la clasificación de las rocas consolidadas y no consolidadas
(suelos) dependiendo de su edad de desarrollo que se hallan e integran la corteza
terrestre (Abramson, 1996).
a) ROCA O MATRIZ ROCOSA
Las rocas son agregados de minerales resultantes de procesos geológicos
hipogenos o epigenos, desde el punto de vista geológico las rocas son el
componente esencial de la corteza terrestre constituyéndose el 100% de su
estructura.
b) ORIGEN DE LAS ROCAS
El origen de las rocas se deben a diferentes causas, se han desarrollado
mediante procesos sedimentarios, magmáticos o magmatogenos y
metamórficos. Por lo tanto se clasifican según su origen en sedimentarias,
ígneas y metamórficas.
- ROCAS SEDIMENTARIAS
Las rocas sedimentarias tienen su origen en la superficie terrestre, como
consecuencia de la meteorización y erosión de la corteza terrestre.
Todos estos componentes bajo la acción erosiva de algunos de los
agentes geodinámicos, desarrollados por la climatología como las
corrientes de agua o el viento, son transportados hacia las cuencas o
medios de sedimentación donde tendrá lugar la acumulación que origina el
sedimento.
Los sedimentos o depósitos con el transcurso del tiempo darán paso a las
rocas sedimentarias una vez que se hayan originado determinados
procesos, como los que tienden a comprimir y endurecer los sedimentos
(compactación, cementación) que se acentúan con el enterramiento del
sedimento y se conocen como diagénesis.
Las rocas sedimentarias se encuentran selectivamente en la parte
superior de la corteza terrestre ocupando el 1% del total de esta, Trimifov
(1983), por lo que su estudio en la geotecnia es de gran importancia.
Las características de estabilidad de este tipo de rocas depende
generalmente de: tamaño de grano, planos de estratificación, fracturas
normales a la estratificación y el grado de cementación, Jaime Suarez
Diaz (1998) Pg.157.
- ROCAS IGNEAS.
Las rocas Ígneas son el resultado del enfriamiento y consolidación del
Magma, pueden formarse a profundidad considerable dentro la corteza
terrestre (Intrusivas), o en áreas denudadas por efluencia del magma y
contacto directo con el medio ambiente (extrusivas), la cristalización
determina la profundidad de formación de la roca ígnea.
Este grupo de rocas componen el 98% del total de la corteza terrestre,
Trimifov (1983), generalmente son rocas muy duras y densas, de peso
especifico elevado.
La acidez de la roca ígnea es la que más afecta su comportamiento,
especialmente por su efecto sobre la meteorización. Las rocas ácidas son
aquellas que poseen un alto contenido de cuarzo y feldespatos, las rocas
básicas son las que contienen poco porcentaje de cuarzo y mayor
porcentaje de olivinos y piroxenos; estas rocas se meteorizan con mayor
dificultad que las anteriores.
- ROCAS METAMORFICAS
Las rocas Metamórficas provienen de procesos de alteración de las rocas
preexistentes, sean estas ígneas o sedimentarias, afectadas por factores
físicos de presión - temperatura y químicos de disolución de minerales,
que se producen a grandes profundidades, tectonismo activo o focos
magmaticos cercanos al lugar de alteración, procediendo a la
recristalización de la roca y remplazamiento de minerales en la estructura
original de la roca. Como consecuencia de esto, las rocas metamórficas
exhiben un alto rango de características ingenieriles y comúnmente son
muy útiles como materiales de construcción; Jaime Suarez Diaz (1998)
Pg.150.
1.1.2. GEOLOGIA ESTRUCTURAL
La geología estructural es una rama de la geología que estudia las estructuras
geológicas (formas geométricas que adquieren las rocas debido a deformaciones
producidas por esfuerzo tectónico), a las que define, describe y clasifica, Billings M.,
P., (1974) P 1, 2; la Geología Estructural es el estudio de la arquitectura de la tierra.
La geología estructural está relacionada con muchas otras ramas de la geología, ya
que ayuda a resolver problemas estructurales que son la base fundamental de una
investigación profunda y especifica, esta rama.
En estudios geotécnicos es importante la aplicación de la Geología Estructural, ya
que las obras civiles se encuentran sobrepuestas en rocas que presentan diferentes
características estructurales y condiciones litológicas, los estudios que se realizan
son principalmente con la intención de crear estabilidad en estas labores de
ingeniería.
a) NOCIONES DE MECÁNICA DE ROCAS
La geología estructural se rige primordialmente en el estudio de mecánica de rocas,
es importante este conocimiento ya que gracias a el se puede llegar a conocer el
proceso o mecanismo deformante de los materiales de la corteza terrestre
constituidas mayoritariamente por rocas.
El estudio de mecánica de rocas se define como el comportamiento de las rocas
cuando se las somete a esfuerzos y temperaturas similares a las que reinan en la
corteza terrestre llegando así a conocer los limites mecánicos de deformación y
ruptura de cada roca. Matthauer (1998) Pg. 43.
b) ORIGEN DE LA FORMACIÓN DE ESTRUCTURAS GEOLÓGICAS EN LA
CORTEZA TERRESTRE
Las estructuras geológicas, se pueden evidenciar en cortes de carreteras,
quebradas o ríos, de esta manera se observa que los materiales de la parte
superior de la corteza terrestre se encuentran plegados y fracturados,
especialmente en las zonas cordilleranas; el ordovícico en nuestro medio se
presenta con una estructura muy compleja diferentes etapas de replegamiento y
fracturamiento, las cuales crean un caos o desorden en su estructura visible,
Tawackoli et al. (1996) Pg 47.
La causa de este fenómeno es conocido como esfuerzo tectónico, producidos
principalmente por esfuerzos triaxiales, generados en la corteza terrestre, debido
al movimiento de las placas tectónicas de la tierra, además se toma en cuenta el
nivel estructural o profundidad en el que se desarrollan las diferentes estructuras.
1.1.2.1. CLASIFICACION DE LAS ESTRUCTURAS GEOLOGICAS
Las estructuras geológicas según la continuidad de la roca o la rotura de la misma,
se clasifican en continuas y discontinuas.
a) ESTRUCTURAS CONTINUAS
Las estructuras continuas son las que a lo largo de su desarrollo evidencian gran
deformación; no evidencian fracturas considerables que afecten al total del
cuerpo rocoso.
- PLIEGUES
Son estructuras de continuidad, que adquieren una forma de olas u
ondulaciones en las rocas de manera continua sin rotura y que se
originan principalmente por mecanismos de plegamiento que depende
del grado de plasticidad y el esfuerzo compresivo que deforma la roca,
Billings M. P.,(1974)P.
La formación de los pliegues se realiza principalmente en rocas
sedimentarias estratificadas y en menor proporción en rocas producto
de coladas lávicas, abarcan desde cientos de kilómetros
(Megapliegues) hasta pliegues milimétricos (Micropliegues) Chumacero,
H., (2002).
b) ESTRUCTURAS DISCONTINUAS
Las estructuras discontinuas son aquellas que se desarrollan por procesos de
ruptura (fracturamiento) con o sin movimiento que afectan a las rocas, debidas
primordialmente al límite de plasticidad o elasticidad, son producto de
esfuerzos triaxiales que se produce en la parte superior de la corteza terrestre,
lugar donde la fragilidad es superior.
- DIACLASAS
Las diaclasas, conocidas como “joints” en ingles son fracturas
producidas por mecanismo de diaclasamiento generalmente en mayor
proporción en rocas frágiles, las diaclasas no tienen movimientos
paralelos a su estructura pero pueden tener un movimiento
perpendicular llegando a formar diaclasas abiertas Billings M., P.,
(1974), P 112.
Las diaclasas siempre se encuentran conjugadas con otras diaclasas
de la misma posición o de diferentes posiciones llegando a formar
juegos de diaclasas las cuales son muy importantes en el estudio de la
tectónica local del área.
El estudio de los juegos de diaclasas se lo realiza por medio de análisis
estadísticos, basados en la agrupación de los datos resultantes en
diagramas de puntos, diagramas de frecuencias y rosetas.
- FALLAS
Las fallas, son fracturas producidas por mecanismo de ruptura que han
sufrido movimientos relativos de los bloques laterales al plano de
fracturamiento, se producen en rocas consolidadas. Billings, M., P.,
(1974), P 212.
1.1.3. PRINCIPIOS DE GEOTECNIA
La Geotecnia es una rama de la geología que estudia la mecánica del terreno
(mecánica de Rocas y mecánica de Suelos), en el estudio de la Geotecnia es muy
importante el aporte de la geología estructural ya que gracias a estos principios se
pueden definir los problemas que presenta el terreno, principalmente el macizo
rocoso, evidenciando si es o no factible la construcción de una obra civil.
a) MACIZO ROCOSO
Roca intacta o matriz rocosa constituye una roca competente y fresca,
mientras que macizo rocoso es el conjunto constituido por una o varias
matrices rocosas que presentan una determinada estructura que involucra a la
roca en su estado natural en el campo incluyendo planos de estratificación,
plegamientos, fallas, diaclasas, zonas de corte, diques. López, M., J.,
(2000)Pp.20,
Teniendo en cuenta estos parámetros se evidencia la naturaleza y distribución
de todos los fenómenos estructurales determinando la estructura del macizo
rocoso.
b) ESTUDIOS SOBRE EL MACIZO ROCOSO
Estudios del macizo rocoso se realizan “in situ” tomando diferentes
características, estos son los detalles estructurales y características litológicas,
dando de una manera precisa la caracterización del macizo rocoso. Gonzales,
L., et al (2007)P 150.
Las pruebas de laboratorio sobre muestras de rocas que se toman en el
campo son datos puntuales que pueden influir sobre el total de la estructura de
una manera más precisa. Hoek, E., (2006) Pp 40 y 41.
c) CLASIFICACIÓN GEOMECÁNICA DEL MACIZO ROCOSO
La clasificación geomecánica del Macizo Rocoso se lo realiza tomando en
cuenta diversos parámetros, se evidencia que fue Terzaghi (1946) quien
propuso la primera clasificación del terreno orientada a la construcción de
túneles; los parámetros de clasificación provenían de túneles sostenidos
fundamentalmente por cerchas metálicas. A partir de los años 50 fue
generalizándose la utilización del bulonado y el hormigón proyectado en la
construcción de túneles para usos civiles.
La clasificación de Lauffer (1958), refleja perfectamente el uso combinado de
cerchas, bulonado y hormigón proyectado en la construcción de túneles en
roca. Esta clasificación está, por otra parte, muy vinculada al surgimiento del
Nuevo Método Austriaco (NATM) en Europa central. Su utilización requiere,
sin embargo, la experiencia directa en obra y es poco práctica en las fases de
proyecto y anteproyecto.
Se pueden denominar clasificaciones modernas a los Sistema RMR de
Bieniawski (1973) y Q Barton Lien Lunde (1974), los cuales intentan un mayor
grado de objetividad. Se trata en los dos casos de combinar atributos del
macizo rocoso estos son de tipo geológico, geométrico y tensional. En un
número único relacionado con la calidad global de la roca. A su vez, este
número permite, a través de la experiencia recogida en su utilización en casos
reales, la definición de un sostenimiento del túnel y la estimación de otros
parámetros como el cálculo de taludes, datos de interés modificados del RMR
al SMR o Slope Mass Raiting, Romana, M., (1993), Pp 9-14.
- CLASIFICACION EN BASE AL INDICE RQD “Rock Quality
Designation”
Propuesta por Deere, et al(1967). Es un parámetro que clasifica al
macizo rocoso de dos formas alternativas.
Se basa primordialmente en la recuperación de un sondeo, en la cual
se recupera un testigo o core, depende indirectamente del numero de
fracturas y alteración del macizo rocoso. Hoek E., (2006) Pp 43,44.
Palmström, (1982), usa la fórmula alternativa que se utiliza cuando no
existen sondeos, esta depende principalmente parámetros de los
juegos de las juntas que presenta el macizo rocoso, tomando en cuenta
la unidad de volumen donde se miden los diferentes juegos de juntas
(Juegos de Diaclasas).
Tomado de Hoek E., (2006), Rock Slope Engineering, P 43
TABLA Nº 1
CLASIFICACIÓN GEOMECÁNICA DEL MACIZOPOR MEDIO DEL RQD
RQD (%) CALIDAD DE ROCA
<25 Muy Mala25 - 50 Mala50 - 75 Regular75 – 90 Buena
90 – 100 Excelente
= Numero de juntas identificadas por m3
Para > 4.5 se usa la formula
Para < 4.5 RQD = 100
Tomado de Lopez, M., J., (2002), Geología Aplicada a la Ingeniería Civil, P 505
- CLASIFICACION BASADA EN EL INDICE Q “Rock Mass Quality”
Formulada por Barton, et al (1974), este sistema de clasificación del
Macizo Rocoso, fue desarrollado a partir de un análisis en 212 túneles
de Escandinavia.
Este sistema de clasificación utiliza seis parámetros que se encuentran
relacionados en la siguiente fórmula:
RQD = Índice de Calidad de Roca propuesta por Deere et al(1967).
Jn = Numero de familias juntas.
Jr = Coeficiente de rugosidad de las juntas
Ja = Coeficiente de Alteración de las juntas
Jw = coeficiente reductor por la presencia de agua
SRF = Factor reductor por tensiones en el Macizo
Tabla 2Índice de Rugosidad (Jr)
a)Labios de la fractura en contacto y b) Labios de la fractura en contacto después de 10 cm. de cizallamiento
Superficie y forma de las fracturas Jr
A Fracturas discontinuas 4B Rugosa o irregular, ondulada 3C Lisas, onduladas 2D Espejo de falla, ondulada 1.5E Rugosa o irregular, plana 1.5F Lisa, plana 1.0G Espejo de falla, plana 5.0
Nota: Las descripciones se refieren a los rasgos a pequeña y media escala, por este orden
c) Sin contacto entre labios cuando hay cizallamiento
H Zona conteniendo espesor suficiente de minerales 1.0 arcillosos para impedir el contacto entre labios J Espesor de material areniscoso, o zona triturada, 1.0 suficiente para impedir el contacto entre labios
Notas: Añadir 1.0 si el principal espaciamiento de la familia de fracturas dominante es mayor que 3.0 m. Jr= 0.5 puede ser utilizado para fallas planas con espejo que presentan lineaciones, conviniendo que las lineaciones están orientadas según el mínimo esfuerzo.
Tomado de Barton (1988), p. 64.
Tabla 3Índice de Rugosidad (Jr)
JnA Roca masiva o con pocas fracturas 0.5-1.0
B Una familia de diaclasas 2.0
C Id. con otras diaclasas ocasionales 3.0
D Dos familias de diaclasas 4.0
E Id. con otras diaclasas ocasionales 6.0
F Tres familias de diaclasas 9.0
G Id. con otras diaclasas ocasionales 12
H Cuatro o más familias, roca muy fracturada 15
J Roca triturada 20
Notas: Para intersecciones usar 3 x Jn
En boquillas utilizar 2 x Jn
Tomado de Barton (1988), p. 64.
Tabla 4Índice de Alteración (Ja)
a)Labios en contacto Ja
A. Sano, duro, no blando, relleno impermeable, p.e. cuarzo o epidota 0.75
B. Labios inalterados, superficie solamente teñida 1.0
C. Labios ligeramente alterados. No están revestidos de minerales
blandos, partículas arenosas, arcilla, roca desintegrada, etc. 2.0
D. Revestimientos de limos arcillosos o arenas arcillosas, pequeñas
fracciones de arcilla (no plástica) 3.0
E. Revestimiento de minerales arcillosos, blandos o de baja fricción,
p.e. caolinita o mica. También clorita, talco, yeso, grafito, etc.,
y pequeñas entidades de arcillas expansivas. 4.0
b) Labios en contacto después de un cizallamiento de 10 cm.
F. Partículas arenosas, arcilla, roca desintegrada, etc. 4.0
G Rellenos de minerales arcillosos, no blandos, fuertemente
sobre consolidados (continuos, pero < 5mm. de espesor mínimo) 6.0
H Rellenos de minerales arcillosos, blandos, con sobre consolidación
media o baja (continuos pero < 5mm. de espesor mínimo) 8.0
J Rellenos de arcillas expansivas, p.e. montmorillonita (continuos
pero < 5mm. de espesor mínimo). El valor de Ja depende del porcentaje
de arcilla expansiva, tamaño de la partícula y acceso del agua. 0 - 12
c)Sin contacto entre labios cuando hay cizallamiento Ja
K, L, M Zonas o bandas de roca disgregada o machacada y arcilla
(ver G, H, J para la descripción de las condiciones de la arcilla) 6.8 u 8 -12
N Zonas o bandas de arcilla limosa y arcilla arenosa, fracción
pequeña de arcilla (no blandura) 5.0
O, P, Q Zonas o bandas continuas y gruesas de arcilla
(ver G, H, Y J para la descripción de las condiciones de la
arcilla) 10,13 o 13-20
Tomado de Barton (1988), p. 65.
Tabla 5Índice reductor por la presencia de agua Jw
JwA Excavaciones secas o con caudal pequeño, p.e. < 5 l/min,
localmente 1
B Caudal o presión media, ocasionalmente lavado de rellenos
de Fracturas 0.66
C Caudal importante o presión alta, en roca competente
con fracturas limpias 0.5
D Caudal importante o presión alta, considerable lavado
del relleno de fracturas 0.33
E Caudal exepcionalmente alto o presión de agua
decreciente con el tiempo 0.2 – 0.1
F Caudal excepcionalmente alto o presión alta
mantenida sin decrecimiento notorio 0.1 – 0.05
Notas: Los factores C a F son estimaciones groseras. INCREMENTAR Jw si han
instalado drenaje. Problemas especiales causados por la formación de hielo, no
han sido considerados
Tomado de Barton (1988), p. 65.
Tabla 5Índice reductor por tensión (SRF)
a) Zonas débiles, que al interceptar la excavación, pueden causar desunión de masa o túnel
SRFA . Presencias múltiples de zonas débiles conteniendo arcilla o roca químicamente disgregada, mucha roca circundante suelta, excavación algo profunda 10B. Zonas débiles aisladas, conteniendo arcilla o roca químicamente disgregada(profundidad de la excavación < 50m.) 5C. Zonas débiles aisladas, conteniendo arcilla o roca disgregada químicamente 8profundidad de excavación > 50m. 2.5D. Abundantes zonas débiles en roca competente (arcilla), roca circundante suelta (algo profunda). 7.5E. Zonas débiles aisladas en roca competente (arcilla). (Profundidad de excavación ^ 50m.). 5.0F. Zonas débiles aisladas en roca competente (arcilla). (Profundidad de excavación > 50m.). 2.5G. Fracturas abiertas desunidas, fracturación densa o "terrones de azúcar, etc. (alguna profundidad). 5.0
Nota: Reducir estos valores del SRF en un 25%-50% si zonas Débiles notorias influyen pero i interceptan la excavación.
b) Roca competente, problemas tensiónales en la roca SRF
H Tensión baja cerca de la superficie 2.5J Tensión media
K Tensión alta, estructura apretada (usualmente favorable a la estabilidad, puede ser favorable para la estabilidad del labio de la fractura). 1.0L Roca medianamente fracturada (roca masiva). 0.5 – 2.0H Roca altamente fracturada(roca masiva 5.0 – 10
c) Roca fluyente: flujo plástico de roca incompetente bajo la influencia de una presión roca.
I Presión de fluencia moderada 5 -10
O Alta presión de fluencia 10 -20
d) Roca expansiva: actividad química de hinchamiento dependiente de la presencia de agua
P Presión de hinchamiento moderado 5 -10R Presión de hinchamiento alto 10 -15
Tomado de Barton (1988), p. 67.
Tomando en cuenta estos parámetros se llega a la caracterización del
macizo rocoso y se lo cataloga de la forma siguiente con parámetros
que oscilan de 0.001 hasta 1000 (ver Tabla 6).
Tabla 6Valoración del Índice “Q”
Q (Rock Mass Quality) Valoración
0,001 - 0,01 Excepcionalmente Mala0,01 - 0,1 Extremadamente Mala0,1 - 1,0 Muy Mala1,0 – 4 Mala 4 – 10 Regular 10 -40 Buena
40 – 100 Muy Buena100 – 400 Extremadamente Buena
400 – 1000Excepcionalmente
Buena
Tomado de López M.J, P 508
Esta clasificación es más utilizada para sostenimiento de túneles,
aunque se puede realizar la adaptación para taludes.
- CLASIFICACIÓN BASADA EN EL ÍNDICE “RMR”
Propuesta por Beniawski,(1973) y modificada por el mismo autor (1979).
Esta clasificación esta basada en trabajos realizados para minas de
carbón y túneles.
Beniawski, realiza una modificación a los parámetros de Barton utilizando
pruebas de laboratorio que comprenden los ensayos de carga puntual y
ensayo de compresión simple.
Según Beniawski, (1979), presenta una serie de parámetros para realizar
la clasificación del macizo rocoso que están relacionados en la formula:
(Ver tabla 8).
La clasificación de los parámetros de RMR oscila entre 0 a 100
dependiendo de diferentes clases según la calidad de la roca (Ver Tabla 7)
.
Tabla 7
Calidad del Macizo Rocoso Según (RMR)
ClaseCalidad de
RocaRMR
I Muy Buena 81 -100II Buena 61 -80III Regular 41 - 60IV Mala 21 - 40
V Muy Mala 0 -20
Tomado de Lopez,M., J., (2002), Geología Aplicada a la Ingeniería Civil, P 521.
Tabla 8
Valoración de los parámetros que definen el (RMR)
Parámetro Rango de valores
1
Resistencia de la roca
intacta
Ensayo de Carga Puntual
>10 Mpa 4-10 Mpa 2-4 Mpa 1-2 Mpa
Compresion Simple
>250 Mpa100 -250
Mpa50-100 Mpa 50-100 Mpa
5-25 Mpa
1-5 Mpa
>1 Mpa
Valor 15 12 7 4 2 1 0
2RQD 90-100% 75-90% 50-75% 25-50% <25%
Valor 20 17 13 8 3
3Espaciado de las Discontinuidades
> 2m 0,6 - 2m 0,2 - 0,6m 6 - 20 cm < 6 cm
Valor 20 15 10 8 3
4
esta
do d
e la
s di
scon
tinui
dade
s
Longitud de la discontinuidad
>1 m 1 - 3 m 3 - 10 m 10 - 20 m > 20 m
Valor 6 5 3 1 0
Abertura Nada < 0,1 mm 0,1 - 1,0 mm 1 - 5 mm > 5 mm
Valor 6 5 3 1 0
Rugosidad Muy Rugosa RugosaLigeramente
RugosaOndulada Suave
Valor 6 5 3 1 0
Relleno NingunoRelleno duro
< 5 mmRelleno duro >
5 mmRelleno
blando> 5 mmRelleno blando > 5
mm
Valor 6 4 2 2 0
Alteración InalteradaLigeramente
alternadaModeradament
e alteradaMuy
alteradaDescompuesta
Valor 6 5 3 1 0
5
Flujo de agua en
las juntas
Relacion Pagua/Pprinc
0 0-0,1 0,1 - 0,2 0,2 - 0,5 > 0,5
Condiciones Generales
Completamente secas
Ligeramente humedas
Humedas Goteado Agua fluyendo
Valor 15 10 7 4 0
Tomado de Lopez,M., J., (2002), Geología Aplicada a la Ingeniería Civil, P 520.
- CORRELACIÓN ENTRE LAS CLASIFICACIONES BENIAWSKI (RMR) Y
BARTON “Q”.
La caracterización del macizo Rocoso realizada por Barton y Beniawski
se relacionan por medio de las formulas siguientes:
Beniawski (1976)
Rutledge (1978)
- ADECUACIÓN BENIAWSKI (RMR) PARA EL CÁLCULO DE
ESTABILIDAD DE TALUDES SEGÚN ROMANA (SMR)”Slope Mass
Raiting”
Este método propuesto por Romana (1993), es un modelo aplicable que
realiza ajustes del RMR de Beniawski, especialmente aplicable para la
estabilidad de taludes o excavación de taludes, esta clasificación
Geomecánica se obtiene por la adición de una serie de factores de ajuste
dependientes de la relación geométrica que puede existir entre el talud y el
tipo de rotura, está dada por la siguiente fórmula:
Donde:
RMR = “Rock Mass Raiting“ de Beniawski (1989)
F1 = Depende del paralelismo entre las direcciones de las
discontinuidades (αj o αi) y del talud (αs)
F2 = Se refiere al buzamiento de la discontinuidad (βj)
F3 = Depende de la relación entre los buzamientos del talud (βs) y las
discontinuidades (βj o βi)
F4= Es un factor de ajuste por el método de excavación empleado
Estos Parámetros de corrección son calculados según se procede en la
tabla Nº 9.
Tabla 9Parámetros de corrección F1, F2, F3 y F4 de la clasificación
SMR (modificado de Romana, 1985)
TIPO DE ROTURAMUY
FAVORABLEFAVORABLE NORMAL DESFAVORABLE
MUY DESFAVORABLE
Plana A |¡-s|
>30° 30-20° 20-10° 10-5° <5°Vuelco ¡-s-
180Cuña |¡-s|
F1 0.15 0.40 0.70 0.85 1.00 B |¡| ó |s| <20° 20-30° 30-35° 35-45° >45°Plana/Cuña F2 0.15 0.40 0.70 0.85 1.00Vuelco 1.00Plana C ¡ -
>10° 10-0° 0° 0-(-10°) <(-10°)Cuña ¡ - Vuelco ¡ + <110° 110-120° >120° - -
F3 0 -6 -25 -50 -60
MÉTODO DE EXCAVACIÓN F4 MÉTODO DE EXCAVACIÓN F4
Talud natural+15
Voladura normal o excavación mecánica
0
Precorte +10 Voladura deficiente -8Voladura suave +8
Tomado de Tomas, R, et al.(2007).
Tabla 10La relación entre SMR y la estabilidad de taludes
Clase SMR Estabilidad Soporte
I 100 -81 Totalmente Estable No
II 80 - 61 Estable Ocasional
III 60 - 41 Parcialmente Estable Sistemático
IV 40 - 21 Inestable Correctivo
V <20 Totalmente Inestable Reexcavación
Tomado de Romana, R., M.(1993) “Clasificación Geomecánica de Taludes SMR” p.13.
d) ESTUDIO DE TALUDES
TALUD
Se entiende por talud cualquier superficie inclinada respecto a la horizontal que se
extiende desde la base a la cumbre en las periferias en un cerro.
Cuando un talud se produce de forma natural se denomina simplemente ladera,
cuando los taludes son ejecutados en labores de recorte por el hombre se denomina
cortes o taludes artificiales, siendo estos los lados inclinados de los terraplenes.
PARTES DE UN TALUD
Según Hoek xxx las partes de un talud son las siguientes:
Techo: Es la parte superior (puede hacer parte de la morfología original de la ladera,
con sus características locales).
Piso (pié, pata, base). Es la parte inferior de un talud (puede hacer parte de la
morfologia original de la ladera o corresponder a una explanación - vía, plazoleta,
etc. -como parte del corte de terreno según un diseño programado.
Cara libre. (Una o varias). Es el área o superficie inclinada del talud (superficie libre
del mismo). Se puede aceptar como "una" cara libre, cada superficie inclinada que
se pueda identificar con rumbo, buzamiento, altura y longitud independientemente
Cuerpo .Es el Total de la masa rocosa que constituye, litológicamente, el talud. En
su interior se pueden presentar más de un tipo de suelo y/o roca, discontinuidades
estructurales, agua con nivel freático asociado o no con saturación total del cuerpo
del talud, entre otros.
Bermas. Niveles o cortes horizontales o sub-horizontales que fraccionan las caras
Iibres, disminuyendo sus buzamientos totales al aumentar sus proyecciones
horizontales, o área expuesta. Las bermas pueden o no existir en los taludes y son,
casi exclusivrimente, parte de diseños de obras civiles, en caso de existir
naturalmente, podría ser por erosión y exposición parcial de un control estructural
horizontal o sub-horitontal más resistente sin tener en cuenta, la caida aislada de
bloques, existen básicamente cuatro tipos de fallas en los taludes. Cada tipo de falla
o desplazamiento como expresión general muy conocida, se asocia a una
determinada litología y a la presencia o no de discontinuidades estructurales.
7 Tomado de: Cibica S A. Apuntes de Geotecnia ( 1 989).8 Chica A. apuntes de Geotecnia 1989.9 Variedad (Carácter) de las rocas que se basa en las observaciones megascópicas
sobre muestras de mano.
DESARROLLO DE MOVIMIENTOS EN ROCAS CONSOLIDADAS
La distinta naturaleza de las rocas que forman los macizos rocosos implica una
problemática determinada en su comportamiento ante la estabilidad de los taludes.
Un macizo constituye un medio discontinuo que esencialmente se compone de
bloques sólidos separados por discontinuidades. A partir de esta definición, se puede
deducir que las propiedades tenso-deformacionales de los macizos rocosos son de
naturaleza anisótropa.
El comportamiento de un macizo rocoso, generalemente depende de las
características de las discontinuidades (estratificación diaclasas, fallas, esquistocidad
lineas de debilidad), que presentan, así comode la litología de la roca matriz y su
historia evolutiva
En las discontnuidades ha de considerarse el tipo de origen, distribución y origen
distribución espacial, tamaño y continuidad del espaciado, rugosidad, naturaleza del
relleno, presencia de agua.
De la roca matriz ha de conocerse su naturaleza, caracteristicas resistentes,
meteorización, alterabilidad.
Generalmente los diferentes tipos de roturas que se producen en los medios rocosos
siguen superficies de roturas preexistentes, aunque cuando los macizos estan
fuertemente fracturados pueden desarrollarse nuevas superficies de corte, similares
a las producidas en suelos.
El conocimiento del conjunto de características mencionadas constituye el paso
previo del analisis de estabilidad de taludes naturales y diseño de desmontes a
excavar en medios rocosos.
TIPOS DE MOVIMIETOS
La estabilidad de taludes se traduce en una serie de movimientos, que pueden ser
clasificados en base a distintos criterios.
Cuando los movimientos producidos son complejos y combinación de varios tipos,
pueden conjugarse los terminos mas sencillos para su compleja definición.
La fase de reconocmieto y clasificacion del tipo de movimiento es deuna gran
importancia ya que puede condicionar el analisis y conclusiones de control y
estabilizaron del mismo.
DESPRENDIMIENTOS
VUELCOS
COLADAS
ESTABILIDAD DE TALUDES EN ROCA COMPETENTE
- ANÁLISIS DE ESTABILIDAD POR “ROTURA PLANAR”
Se puede determinar gracias a que existen juegos de juntas o diaclasas
predominantes y/o continuas que buzan hacia el talud, y cuyo rumbo es
bastante paralelo al de la cara del talud. Las condiciones de inestabilidad
son dos:
Que las juntas críticas bucen menos que el talud.
Que la resistencia al esfuerzo cortante movilizada en la junta
crítica no sea suficiente para asegurar la estabilidad.
Las roturas planas pueden ocurrir en cualquier tipo de masa rocosa. Son
frecuentes a favor de los planos de estratificación o de accidentes
tectónicos. El tamaño de la rotura depende de la continuidad de las juntas
y puede llegar a ser muy grande.
- ANÁLISIS DE ESTABILIDAD EN “ROTURA POR CUÑA”
Se determina por medio de los juegos de juntas o diaclasas de diferentes
familias expuestos en el macizo rocoso, cuya intersección de planos bucen
hacia el talud. Las condiciones de estabilidad son similares a las roturas
planas y pueden analizarse considerando al buzamiento de la intersección
de los planos (trend y plungue). Un "factor de cuña", que depende de la
geometría, multiplica la resistencia al esfuerzo cortante movilizada en las
caras de las juntas.
- ANÁLISIS DE ESTABILIDAD POR “ROTURA POR VOLCAMIENTO”
Llamado también "toppling" según una familia de juntas predominantes y/o
continuas que buzan contra el talud y cuyo rumbo es casi paralelo al de la cara
del talud. En este tipo de rotura se producen deslizamientos a lo largo de las
juntas, que frecuentemente están meteorizadas. En la práctica aparecen dos
clases diferentes de vuelco: vuelcos menores que afectan a un espesor reducido,
cerca de la superficie del talud y vuelcos importantes, profundos, que producen
grandes deformaciones y pueden ser confundidos con roturas planas. En ambos
casos las roturas se desarrollan lentamente y no suelen dar origen a caídas
repentinas. Existen muchos casos de taludes rotos por vuelco de estratos, pero
no caídos.
.