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UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGIA
CARRERA DE INGENIERIA CIVIL
FORMULARIO1º PARCIAL
“MECANICA DE SUELOS APLICADA”
CIV-315
II/2014
Univ. Ariel Valda Ayala
UMSS-FCYT –GTUMSS: MECANICA DE SUELOS APLICADA (CIV-315)
VALORES TIPICOS DE PESO ESPECIFICO DE ROCAS
TIPO DE ROCA Peso Especifico [KN/m³]
Ígneas Intrusivas
GranitoDioritaGabro
26 – 2727 – 28.530 – 31
Ígneas Extrusivas
RiolitaAndesitaBasaltoToba
24 – 2622 – 23.527 – 2919 – 23
Metamórficas
GneísMármolEsquistoCuarcitaPizarra
27 – 3026 – 2825 – 2826 – 2725 – 27
Sedimentarias
LutitaArenisca
DolomitasCalizaYeso
22 – 2623 – 2625 – 2623 – 26
23
Univ. Ariel Valda Ayala
UMSS-FCYT –GTUMSS: MECANICA DE SUELOS APLICADA (CIV-315)
PROSPECCION GEOFISICA
SISMICA DE REFRACCIONCaso: 3 estratos
Las Velocidades son las inversas de las pendientes y los tiempos T1 y T2 son las intersecciones con las ordenadas.
Regresión Lineal:
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Donde: A = Tiempo (t) B = Pendiente (1/V)
Relación velocidad de propagación- tipo de terreno
Terreno Velocidad [ Km/s ]
AireAgua dulce
LimosCapa superficial no consolidada
Aluviones secosAluviones húmedos
ArcillasTobas volcánicas
Margas, CretaArenisca
LavasCalizas y Dolomias
Esquistos, MicaesquistosGneis, cuarcita
Granitos
0.331.45
0.2 – 0.60.2 – 0.60.6 – 1.21.6 – 2.41.8 – 2.21.8 – 2.5
2 – 32 – 3.52.5 – 43 – 5
3 – 4.53.5 – 54 – 6
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CLASIFICACION GEOTECNICA DEL MACIZO ROCOSO
D. DEERE: Índice de Calidad de la Roca: RQD
Calidad le la Roca en función al Índice
RQD % Calidad
<25 Muy mala
25 – 50 Mala
50 – 75 Media
75 – 90 Buena
90 - 100 Muy buena
RQD =
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BIENIAWSKI: Índice del macizo rocoso: RMR
RMR=A 1+A 2+A3+A 4+A5
A1 = Valoración de la resistencia a la compresión simple (RCS)A2 = Valoración del RQDA3 = Valoración del espaciamiento entre discontinuidades de un sistemaA4 = Valoración de las condiciones de las discontinuidadesA5 = Valoración de la presencia de agua subterránea
Aplicar tablas A y E de valoración de Bieniawski
BARTON: Índice de calidad de macizo rocoso: Q
Aplicar tablas adjuntas para la selección de los números
HOEK: Índice de resistencia geológica: GSI
a) Usar cartillas de Hoek (General, flysch y mollase)
b) 1994 GSI = RMR – 5
c) 2013GSI = RQD/2 + 1,5. Jc 89
Jc 89 = puntaje según la tabla E de Bieniawski
Correlaciones
Bieniawski (1989)
Barton (1995)
RMR=15 log (Q )+50
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VALORACION EN LA CLASIFICACION DEL MACIZO ROCOSO según Bieniawski, 1989
A. Valoración de los atributos
PARAMETROESCALA DE VALORES
I II III IV V
1
Resistencia de la Roca Inalterada
Índice de la Carga de Punta >8 Mpa 4 - 8 MPa 2 - 4 MPa 1 - 2 MPa
Para esta escala tan baja se prefiere la prueba de resistencia
a comp. Uniaxial
Resistencia a Compresión
Uniaxial
> 200 MPa 100 - 200 MPa
50 - 100 MPa
25 - 50 Mpa 10 - 25 Mpa
3 - 10 Mpa
1 - 3 MPa
Valuación 15 12 7 4 2 1 0
2Designación de la Calidad de
la Roca, RQD90% - 100% 75% - 90% 50% - 75% 25% - 50% < 25%
Valuación 20 17 13 8 3
3Espaciamiento de Discontinuidades
> 2m 0,6 - 2m 200 - 600 mm
60 - 200 mm < 60 mm
Valuación 20 15 10 8 5
4
Condiciones de Discontinuidades
(Ver Cuadro E)
Superficies muy Rugosas, sin
continuidad sin separación,
paredes de roca dura
Superficies algo Rugosas,
separación < 1mm paredes de roca dura
Superficies algo rugosas separación < 1mm paredes de roca suave
Superficies Pulidas ó relleno
< 5mm Esp o Fisuras abiertas 1
- 5mm fisuras continuas
Relleno Blando < 5 mm
óFisuras abiertas < 5 mm
Fisuras Continuas
Valuación 30 25 20 10 0
5Agua
Subterránea
Caudal de Infiltración en 10 m de túnel
Nada< 10
litros/min10 - 25
litros/min25 - 125
litros/min > 125 litros/min
Relación presión de
agua/esfuerzo principal
0 < 0,1 0,1 - 0,2 0,2 -0,5 > 0,5
Condiciones Generales
Completamente Seco
Humedad en Ambiente
Húmedo (Agua de
Intersticios)Goteo de Agua Serios Problemas de Agua
Valuación 15 10 7 4 0
B. Ajuste de la valoración general por Orientación de discontinuidades
Orientación de Rumbo y buzamiento de las discontinuidades
Muy Favorable Favorable Regular Desfavorable Muy Desfavorable
Valuación Túneles 0 -2 -5 -10 -12
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Cimentaciones 0 -2 -7 -15 -25
Taludes 0 -5 -25 -50 -60
C. Clasificación del Macizo Rocoso Según el Total de ValuaciónValuación 100 - 81 80 - 61 60 - 41 40 -21 < 20
Clasificación Nº I II III IV V
DescripciónMR MR MR MR MRMuy
Bueno Bueno Regular Malo Muy Malo
D. Significado de la Clasificación del Macizo RocosoClasificación Nº I II III IV V
Tiempo Medio de Auto- sostenimiento
20 Años para luz de 15 m
1 año para luz de 10 m 1 semana para luz de 5 m
10 horas para luz de
2.5 m
30 min. Para luz de 1m
Cohesión > 400 KPa
300 - 400 KPa 200 - 300 KPa 100 - 200 KPa
< 100 KPa
Angulo de Fricción > 45° 35° - 45° 25° - 35° 15° - 25° < 15°
E. Guía Para valoración de las condiciones de las DiscontinuidadesLongitud de la Discontinuidad
< 1 m 1 - 3 m 3 - 10 m 10 - 20 m > 20 m
Valuación 6 4 2 1 0Apertura Ninguna < 0,1 mm 0,1 - 1 mm 1 - 5 mm > 5 mmValuación 6 5 4 1 0
Rugosidad Muy Rugoso Rugoso Ligeramente
Rugoso Liso Huellas de movimiento
Valuación 6 5 3 1 0
Relleno (gouge) NingunoDuro Duro Blando Blando
< 5 mm > 5 mm < 5 mm > 5 mmValuación 6 4 2 2 0
Intemperísmo Fresco Ligeramente Moderadamente Altamente DescompuestoValuación 6 5 3 1 0
F. Efecto de la dirección y el Buzamiento de las discontinuidades para TúnelesDirección o Rumbo Perpendicular aleje del Túnel Dirección o Rumbo Paralelo al Eje del Túnel
Excavación Coincide con Excavación Coincide con Buzamiento Buzamiento
Buzamiento 45° - 90° Buzamiento 20° - 45° 45° - 90° 20° - 45°
Muy Favorable Favorable Muy Favorable RegularExcavación contra el Excavación contra el Buzamiento de 0° - 20°
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Independiente del RumboBuzamiento 45° - 90° Buzamiento 20° - 45°
Regular Desfavorable Regular
VALORACION DE LOS INDICES SEGÚN BARTON (SISTEMA Q)
DESCRIPCION VALOR NOTAS
1Índice de calidad de la Roca RQD i.
Cuando RQD es menor a 10, adoptar un valor nominal de 10 para evaluar QA Muy Mala 0 - 25
B Mala 25 - 50 ii. Estimar RQD usando un intervalo de 5 es suficientemente precisoC Regular 50 - 75
D Buena 75 - 90 iii. Cuando no se tiene testigos usar: RQD=115-3,3Jv. Donde Jv es el número de discontinuidades por metro cubico
E Excelente 90 - 100
2 Numero de Sistemas de Discontinuidad Jn
AMasivo, sin o con poca DIscontinuidades 0.5 - 1.0
BUn Sistema de discontinuidad 2 i.
Para cruces entre túneles,
C Un sistema de discontinuidad más uno aleatorio 3 usar (3xJn) D Dos sistemas de discontinuidades 4 ii. Para portales usar (2xJn)E Dos sistemas de discontinuidad más uno aleatorio 6 F Tres Sistemas de Discontinuidades 9 G Tres Sistemas de Discontinuidades más uno aleatorio 12
HCuatro o más sistemas de discontinuidades 15
I Roca Triturada
20
3 Numero de Rugosidades de las Discontinuidades Jr a Contacto directo entre
paredes i. Añadir 1 si el espaciamiento
promedio del sistema
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principal es mayor que 3 mb Contacto directo entre paredes antes de 10cm de desplazamiento
A Intermitente
4
B Rugosas o Irregulares, onduladas 3 ii. Usar J r= 0.5 para discontinuidades planas y
espejos de falla con alineamientos paralelos a la
dirección de resistencia mínima
C Suavemente Ondulada 2
D
Espejo de falla o superficie de fricción, ondulada
1,5E Rugosas o Irregulares, pero planas 1,5
F Lisas y Planas
1
G Espejo de falla Plana 0,5 c Sin contacto entre paredes después de un
cizallamiento de 10 cm.
HZona que contiene materiales arcillosos de espesor
suficiente para impedir el contacto entre las paredes1
I Zona arenosa de grava o roca triturada de espesor suficiente para impedir el contacto entre las paredes
1
4 Numero de Alteración de las discontinuidades Ja Фr (aproximado)a Contacto directo entre las paredes
A Relleno consolidado, duro, impermeable 0,75
B Paredes inalteradas, solo con manchas de superficie 1 25° - 35° C paredes ligeramente alteradas con recubrimientos de
minerales resistentes, partículas arenosas, roca triturada sin arcilla
2 25° - 30° D Recubrimientos limosos o areno-arcillosos, pequeñas
partículas de arcilla resistentes3 20° - 25°
E Recubrimientos débiles o arcillas de baja fricción como kaolinita o mica. También clorita, talco, yeso y grafito,
etc. Y pequeñas cantidades de arcillas expansivas (recubrimientos sin discontinuidad de 1 - 2mm de
espesor o menos)
4
8° -16°
b Contacto directo entre las paredes antes de 10cm de
desplazamiento
F Partículas arenosas, roca desintegrada sin arcilla, etc 4 25° - 30° G Rellenos de minerales arcillosos muy consolidados y
débiles (continuos < 5mm de espesor)6 16° - 24°
H Rellenos de minerales arcillosos de consolidación media
o baja (continuos < 5mm de espesor)8 12° - 16°
J Rellenos de arcillas expansivas, Montmorillonita
(< 5mm de espesor). El valor de Jr depende del
8 - 12 6° - 12°
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porcentaje de partículas expansivas y presencia de c Sin contacto entre las paredes después del corte K Zonas o capas de Roca y arcilla desintegrada o triturada
(véase G para condiciones de arcilla)0,6
L Zonas o capas de arcilla arenosa, fracción de arcilla
(no blanda, ver H para arcilla)8
M Zonas o capas continuas de arcilla gruesa
(ver J para condiciones de arcilla)8 - 12
6° - 24° N Zonas o capas de arcilla limosa o arenosa, pequeñas
fracciones de arcilla resistente5
O Zonas potentes continuas o capas de arcilla
10.0 - 13
P &R (ver G,H y J Para condiciones de arcilla) 6.0 - 24
5Factores de reducción por agua en discontinuidades Jw
Presion aprox. Del agua (Kgf/cm³)
AExcavación seca o poca infiltración, menos de
5 lts/min localmente 1 < 1.0 B Infiltración o presión mediana, con lavado ocasional de
los rellenos0,66 1.5 - 2.5
C Infiltración o presión alta en roca competente con juntas
sin relleno0,5 2.5 - 10.0
D Infiltración a presión alta, lavado importante
de los rellenos0,33 2.5 - 10.0
E Infiltración o presión excepcionalmente altas durante la
voladura, disminuyendo con el tiempo0.2 - 0.1 > 10.0
F Infiltración o presión excepcionalmente altas
en todo momento0.1 - 0.05 > 10.0
6 Factor de Reducción de esfuerzos SRF a Zonas de debilidad que corta la excavación y que
pueden ser la causa de que el macizo se desestabilice cuando se construye el túnel
Reduzcanse estos valores SRF de 25 a 50 % , si las zonas de fractura solo intersectan pero no cruzan
la excavación
A Múltiples zonas de debilidad que contengan arcilla o roca químicamente desintegrada, roca circundante muy
suelta (cualquier profundidad)10
B Zonas d debilidad aislada que contengan arcilla o roca
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químicamente desintegrada (profundidad de excavación > 50 m)
5
C Zonas de debilidad aislada que contengan arcilla o roca
químicamente desintegrada (profundidad de excavacion > 50m)
2,5
D Múltiples zonas de fracturas en roca competente (sin arcilla), roca circundante suelta (cualquier profundidad) 7,5
E Zonas de fracturas aisladas en roca competente 5
(sin arcilla), (Profundidad de excavación < 50m) F Zonas de fracturas aisladas en roca competente
2,5
(sin arcilla), (Profundidad de excavación > 50m) G Fisuras abiertas sueltas, figuración intensa (cualquier
profundidad)5
6. b
Roca competente Problemas d esfuerzos
σc/σ1 σt/σ1 H Cerca de la superficie > 200 > 13 2,5 ii. para un campo virgen de
esfuerzos plenamente anisotrópico (si
se mide):J Esfuerzo mediano 200 -10 13 - 0.6 1
K Esfuerzo grande, estructura muy cerrada generalmente favorable
10 - 5.0 0.66 - 0.33 0.5 - 2Cuando 5≤σ1/σ3≤10
redúzcase σc a o.8σc y
σt a 0.8σt.
Cuando σ1/σ3 > 10
redúzcase σc y σt a 0.6σc y
0.6σt donde
σc=resistencia a la
compresión simple,
σt=resistencia a la tracción
σ1 y σ3 son los esfuerzos principales, mayor y menor
L Estallido moderado 5 - 2.5 0.33 - 0.16 5.0 - 10M Estallido intenso < 2.5 < 1.6 10.0 - 20 c Roca descompuesta con comportamiento plástico bajo
de influencia de presiones altas de la roca
N Presiones Moderadas 5.0 - 10
O Presiones Altas
10.0 - 20
d Roca expansiva, acción química expansiva dependiendo
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de la presencia de agua P Presiones expansivas moderadas 5.0 - 10
R Presiones expansivas altas 10.0 - 20
Fuente: E. Hoek. Rock Engineering, Course Notes, 1999
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RESISTENCIA A LA COMPRESION SIMPLE
a) Ensayo en laboratorio (norma ASTM D 2938)b) Ensayo de carga de punta (norma ASTM D 5731)
Índice de Carga de punta
Si : D≠50→
Diámetro equivalente:
Valores típicos Para K
Tipo de Roca Resistencia K
Ígnea, compacta Media - Alta 20 - 25
Metamórfica Foliada Media - Alta 16 - 22
Metamórfica Foliada Baja 12 – 16
Calcárea bien Cementada Media - Alta 18 – 24
Sedimentaria bien Cementada Baja 10 – 15
Sedimentaria mal Cementada Baja 6 - 10
Ensayo Triaxial. Determinación de parámetros geotécnicos
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Lmin=1,5·D
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Compresión simple:
Constante
petrográfica:
Coeficiente de correlación:
CRITERIO DE HOEK & BROWN GENERALIZADO
Parámetro petrográfico del macizo rocoso mb
Parámetro del grado de fracturamiento del macizo rocoso s
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Factor de Perturbación por voladura D: D = 0 no hay perturbación D = 1 muy perturbado
MODULO DE DEFORMACION DEL MACIZO ROCOSO
Nº ECUACIÓN AUTOR
1 Emr=2RMR−100 Bieniawski
2 Emr=10((RMR−10)/40) Serafim y Pereira
3 Emr=10QC1/3dondeQc=
Qσci100
,σ cienMPa Barton
4
Emr (GPa)=(1−D2 )√ σci100×10
(GSI−1040 )
, σci≤100MPa
Emr (GPa)=(1−D2 ) x10(GSI−10
40 ), σ ci>100MPa
Hoek et al.
5 Emr=7 (±3 ) √Q' ,Q '=10((RMR−44 )/21)Diederichs and
Kaiser
6 Emr=100000( 1−D /21+e( (75+25D−GSI )/11) ) Hoek y Diederichs
7 Emr=Ei eRMR−100
36 , Ei = modulo roca intacta Galera et al, 2005
COEFICIENTE DE POISSON DEL MACIZO ROCOSO
υ=0,3248−0,0015 RMR (Hoek et al, 2005)
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LINEARIZACION DEL CRITERIO DE ROTURA DE HOEK & BROWN
MOHR – COULOMB
Angulo de Fricción
Cohesión
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Tipo Clase Grupo
Textura
Roca Gruesa Mediana Fina Muy Fina
SE
DIM
EN
TA
RIA
Clástica
Conglomerado Arenisca Limolita Lutita
22 19 9 4
Grauwaca
18
Organicas
Yeso (Chalk)7
Carbón
8 -21
Carbonatos
Breccia Caliza Caliza
20 Espartica micritica
10 8
QuimicaYeso Anhidrita
16 13
ME
TA
MO
RF
ICA No Foliada
Marmol Homfeisa Cuarcita
9 19 24
Ligeramente FoliadaMigmatita Amfibolita Milonita
30 25 a 31 6
FoliadaGneis Esquisto Filita Pizarra
33 4 a 8 10 9
IGN
EA
Granito Riolita Obsidiano33 16 19
Claros Granodiorita Dacita
30 17Diorita Andesita
28 19Gabro Dolerita Basalto
Oscuros 27 19 17Norita
22Aglomerado Breccia Tufa
20 18 15
Testigo Ensayados normal a la estratificacion
Valores para la Constante de Hoek - Brown mi
No Clástica
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RESISTENCIA A CORTE DE LAS DISCONTINUIDADES
CRITERIO DE BARTON & CHOUBEY
Ecuación Básica
Factores de escala
Resistencia a escala real
ANGULO DE FRICCION BASICO
TIPO DE ROCA ESTADO
SECO HUMEDO
Arenisca 26 - 35 25 – 34
Limolita 31 - 33 27 – 31
Caliza 31 - 37 27 – 35
Basalto 35 - 38 31 – 36
Granito de grano fino 31 - 35 29 – 31
Granito de grano grueso 31 - 35 31 – 33
Gneiss 26 - 29 23 – 26
Pizarra 30 – 33
Lutita 25 – 30
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Perfiles de Rugosidad y Valores para JRC (según Barton & Choubey 1997)
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Estimación de JRC en función de la medición de la amplitud de la rugosidad
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Estimación de σci en función de la dureza, Según el martillo de Schmidt
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