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POR:SEGUNDO SILVA MAGUIÑA
UNIVERSIDAD NACIONAL “SANTIAGO ANTÚNEZ DE
MAYOLO”
FACULTAD DE INGENIERÍA
DE MINAS GEOLOGÍA Y
METALURGÍA
ANALISIS DE LA ESTABILIDAD DE TALUDES DE LA
CARRETERA HUARAZ – CASMA EN EL TRAMO CHACCHAN
YUPASH, APLICANDO LOS PRINCIPIOS GEOTECNICOS.
2015
CAPITULO I
METODOLOGÍA
1.1. EL PROBLEMA:
1.1.1. Descripción de la Realidad problemática de taludes tramo
Chacchán Yupash:
En el tramo Pariacoto – Yupash, Sector Chacchan – Yupash, se
encuentra en la vía Casma - Huaraz, en una zona con mucha pendiente
de talud natural que superan los 500 en un terreno por lo general
deleznable. Los cambios climáticos como de calor frio extremos y de
lluvia han hecho de un terreno erosionado por lo que es necesario su
estudio y tratamiento para la estabilidad de taludes.
La carretera Casma - Huaraz, descuidada por muchos años, no dándosele
un mantenimiento adecuado para la transitabilidad de vehículos,
ocasionándose accidentes como volcaduras de los vehículos y el poco
interés de escoger como ruta alterna para trasladarse al norte del país y
otros. Encontrándose una vía calamitosa con derrumbas y huecos a lo largo
de la ruta y en el tramo de estudio. Por lo que fue necesaria su intervención
por el ministerio de Transportes y Comunicaciones para su mejoramiento,
en el ensanche y asfaltado de la vía que conllevo el estudio de estabilidad
de taludes.
•
Considerando este tramo crítico, se realizaron los estudios geológicos y
geotécnicos. Dentro los taludes artificiales también existen en las vías
terrestres diferencias esenciales entre los cortes y los terraplenes, estos
últimos constituyen una estructura un material relativamente controlado o
que por lo menos en principio, se puede controlar en los cortes.
Otro aspecto que genera confusión dentro de la concepción del problema
“estabilidad de taludes” analizado en los tramos propuesto para el siguiente
trabajo es, el que emana de la extraordinaria complejidad lo que ha dado
lugar a llamarse “falla en talud de rocas” . Las fallas de talud en general se
definen en términos de derrumbes o colapso de toda índole que no dejan
duda en pensar, que ocurre una incompatibilidad entre la estructura de un
talud diseñada y la función a la que fue propuesta, dando lugar a
movimientos o fallas, comprometiendo su grado de estabilidad, en este caso
de una carretera que es de uso público. Por lo general, esto radica en la
gran variedad de fenómenos que se involucran en el concepto, una falla de
deslizamiento de rocas a través de sus estructuras, como la falla plana, en
cuñas, de volteo o de rotación, que afecte al total del talud, incluso a su
cimentación. Por lo que hay que diferenciar los múltiples modos por los que
un talud puede llegar a no cumplir la función que se le haya asignado o a un
eventual colapso viendo cada modo como un problema distinto, en génesis,
planteamiento y solución.
En general tenemos:
Taludes naturales.
Cortes: sobre rocas, suelos (planas, cuñas, volteo, circulares)
Talud de terraplenes o presas artificiales.
Las fallas más comunes en taludes, se distinguen las que resultan de los
factores geomorfológicas, por la topografía de los alrededores del talud y la
distribución de las discontinuidades y estratificaciones. Produciéndose
generalmente la falla planar, y en cuñas que desestabilizan el talud, sean
estos de la realidad del terreno o de la construcción en el movimiento en la
construcción de las plataformas.
1.1.2. Planteamiento y Formulación del Problema:
De lo descrito, en el tramo de estudio de la carretera Chacchan – Yupash
(Casma Huaráz), se nota la presencia de inestabilidad en gran parte de los
taludes, que dificultarían y perjudicarían el tránsito normal de los vehículos
en la zona. Esto se debería a que no se han tenido en cuenta en el
momento de su construcción, las características geológicas y geotécnicas
del terreno. Así mismo no se han considerado oportunamente los trabaos
de remediación y protección de las mismas.
Formulación interrogativa del problema: ¿Es posible determinar que la mayoría del tramo de carretera Chacchán
Yupash (Casma - Huaraz) es inestable, debido a que no se han
aplicado adecuadamente los conocimientos de las características
geotécnicas del terreno donde se emplaza?
¿En la mayoría de los tramos de carretera aludidos, no se han
considerado la compatibilidad entre los factores ingenieriles y
geomecánicos, que podrían repercutir en Factores de Seguridad
técnicamente bajos?
¿No se han considerado para evitar estas inestabilidades la
construcción de trabajos de remediación y protección de los taludes?
1.1.3. Objetivos:
Objetivo General:
En el presente trabajo, se pretende analizar la estabilidad de taludes del
tramo de carretera del sector Chacchan - Yupash (Casma- Huaraz),
utilizando los conceptos teóricos de estabilización de taludes en rocas,
describiendo las
características ingenieriles y geotécnicos de la zona aludida, analizando
cuantitativamente los datos, con apoyo de programas computarizados, de
manera que se resuelvan los problemas planteados y dar las
recomendaciones que sean necesarios.
Objetivos específicos a) Revisión bibliográfica de los conceptos pertinentes a la estabilidad de
taludes en rocas, y parámetros geológicos y mecánicos que influyen el
análisis de estabilidad en rocas
b) Toma de datos de campo, tanto ingenieriles como geomecánicos del
tramo o zona de estudio, haciendo una descripción general de los mismos
c) Análisis y tratamiento de los datos obtenidos mediante el uso de
programas computarizados y comparación de los resultados con los
planteamientos teóricos, de manera que se prueban con las hipótesis
propuestos.
d) Resumir y concluir, dando las propuestas de solución a los problemas
planteados y sugerir las recomendaciones pertinentes a la investigación
propuesta.
1.1.4: Justificación de la Investigación: El desarrollo del presente trabajo de investigación, se justifica porque es
necesaria para los responsables del mantenimiento de la carretera de
Casma Huaraz (Chacchán –Yupash), para la prevención de los constantes
deslizamientos que se producen en la zona.
Se justifica también, porque es necesaria para el conocimiento de los
transportistas, que muchas veces debido al deslizamiento permanente de
rocas en los taludes de la carretera se producen interrupciones en el
tránsito vehicular.
Es bueno para el conocimiento de los pobladores de la zona, para evitar
cualquier tipo accidentes que pudieran ocurrir como consecuencia de los
derrumbes que se pueden producir para las personas, propiedades y sus
efectos económicos, etc.
Es conveniente para el suscrito para obtener el título Profesional de
Ingeniero de Minas en la UNASAM.
1.1.5: Limitaciones: El desarrollo del presente trabajo de investigación se limita
a un tramo de la carretera Casma - Huaraz, Chacchán Yupash (Kilómetro
51+654 al 71+ 654), situado en la cuenca del río Casma.
El desarrollo del presente trabajo ha tenido restricciones respecto a la
disponibilidad de tiempo, equipos y otras facilidades que se debería contar
para este tipo de investigaciones.
En la presente investigación se ha ceñido hacer una investigación y
análisis de la estabilidad de taludes en rocas solamente en dos tipos de
falla y proponer algunas recomendaciones.
1.2. HIPOTESIS: En la construcción del tramo de carretera Chacchan – Yupash (Casma
Huaraz), de inestabilidad o anomalías de seguridad de los taludes en
rocas del tipo de falla plana y en cuñas, debido a que no se han
considerado la formalidad de aplicación de los principios geomecánicos y
técnicas necesarias, redundando en los bajos promedios de los Factores
de Seguridad de los mismos. Así mismo, en la construcción de dicho tramo
de carretera, del tránsito vial. han excluido la construcción de la obras de
remediación o tratamiento técnico de las zonas de taludes inestables,
produciéndose continuos deslizamientos e interrupciones del transito vial.
1.3: VARIABLES
Variable Independiente: Referido al Marco Teórico, tenemos:
Conceptos básicos
Fundamentación teórica de estabilidad de taludes en rocas
Variable Dependiente: Referido a los problemas formulados
Anomalías: en la aplicación de los principio geomecánicos de
estabilidad de taludes en rocas.
Exclusión: de las técnicas de remediación de taludes en rocas
Variable Intervinientes: Referido a la realidad de la investigación
Características ingenieriles y geomecánicos del tramo de carretera
Chacchán – Yupash (Casma Huaraz)
1.4: DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN
1.4.1: Tipo de investigación
No experimental:
Porque los datos ingenieriles y geomecánicos de campo obtenidos
directamente del tramo de carretera Chacchán – Yupash, van a ser
considerados como tal, sin manipuleo artificial.
Es transversal:
Porque la recolección de los datos aludidos se ha realizado en una sola
oportunidad, con el propósito de describir las variables en un momento
determinado de la investigación.
1.4.2: Técnicas, instrumentación de recolección de datos
La técnica de muestreo que se utilizó fue la “Observación de campo
directa”, utilizando como instrumento de recolección de datos “Los
cuadros o guías de observación de campo”, tanto para los datos
geométricos del talud (ingenieril) y los datos geo mecánicos de la masa
rocosa. Estas guías fueron rellenadas con los datos, teniendo en cuenta
los tipos de fallamiento de taludes planas y fallamiento en cuñas sobre el
macizo rocoso, especificando numéricamente las zonas críticas para su
evaluación.
1.4.3: Población y muestras:
Los datos fueron tomados directamente de la fuente primaria o campo, es
decir a través del contacto directo con el terreno al ser observado,
descrito y registrado en los instrumentos o “Guías de observación”,
previamente elaborados.
Las muestras fueron cogidas de cuatro sectores considerados críticos
que corresponden a la zona de estudio. Para registrar los datos, se tuvo
que tener en cuenta en primer lugar la inspección del eje de vía por
donde se tenía que construir el terraplén de carretera. En cada sector, se
recolectaron datos medidos directamente del talud, tanto geométricos o
ingenieriles, así como muestras para los ensayos de laboratorio para
obtener los parámetros geomecánicos de resistencia al corte como son
la cohesión y el ángulo de fricción, utilizando como instrumentos las
guías o formatos de recolección de datos (ver anexo N
2). En total los
cuatro sectores corresponden a:
Tabla N
1: Zonas de muestreo
Fuente: El autor
Sector Nº de
muestras
Lugar Distancia
1 10 Chacchàn - Llanca 51 + 654/ 56 + 654
2 10 Llanca – Curva Roso 56 + 654/ 61 + 654
3 10 Curva Roso - Hirac 61 + 654/67 + 654
4 10 Hirac - Yupash 67 + 654/ 71+ 654
Las diferentes nomenclaturas que corresponden a cada parámetro de
cada muestra, tanto para fallas planar como en cuña corresponden a las
siguientes:
fricciòndeAngulo
CCohesiòn
aguadelespecificoPeso
rocaladeespecificoPeso
falladeplanodelAngulo
taluddelcaraladeAngulo
mZtracciòndefracturalaenaguadeAltura
mZtracciòndefracturadeofundidad
mHbancodeAltura
w
r
p
f
w )(
)(Pr
)(
Los datos se registran en los siguientes cuadros:
Tabla N
1: Lugar Chacchán: Kilómetro 51+654/ 56+654
Mu
estra
N0
Datos geométricos del talud Datos geotécnicos del talud
H
(m)
Z
(m)
Zw
(m)
Ψf
( 0 )
ψp
( 0 )
γr
kN/m3
γw
kN/m3
C
kPa
( 0 )
1 12.00 8.00 5.30 40 20 25.14 9.81 47.88 30
2 14.00 6.00 4.20 50 30 25.14 9.81 47.88 30
3 15.00 7.00 5.50 60 45 25.14 9.81 47.88 30
4 14.00 11.00 6.70 48 25 25.14 9.81 47.88 30
5 12.00 8.00 6.20 78 60 25.14 9.81 47.88 30
6 8.00 5.00 3.10 60 30 25.14 9.81 47.88 30
7 11.00 6.00 5.10 70 45 25.14 9.81 47.88 30
8 6.00 4.00 2.20 75 60 25.14 9.81 47.88 30
9 7.00 5.00 3.40 80 65 25.14 9.81 47.88 30
10 10.00 7.00 4.50 68 40 25.14 9.81 47.88 30
CAPITULO I
GENERALIDADES
1.1. Entorno Físico:
1.1.1. Ubicación:
La carretera Huaraz – Casma se encuentra en la ruta 14 A de vías
nacionales por el ministerio de Transportes y Comunicaciones. En
Casma en el kilómetro Cero (0) y en Huaraz, puente San Gerónimo
kilómetro ciento cuarenta y uno (141) en plena Cordillera Negra, Con
dirección de eje vial Este – Oeste. Siendo el tramo de estudio
Chacchan – Yupash kilómetro 51+654 y kilómetro 71+823, siendo sus
coordenadas del tramo: (770 45’ W, 9033’ S) a (77043’ W, 9032’ S).
1.1.2. Topografía:
La carretera Casma Huaraz, en el tramo Chacchan – Yupash se
desarrolla en talud natural transversal al eje vial que Varia entre 50%
a 70% de la Cordillera Negra, donde el eje vial es de pendiente del
orden de 18% teniéndose la cota en Chacchan a 2010 m.s.n.m. y en
Yupash a 3230 m.s.n.m. Siendo su longitud de eje vial de 20+169
kilómetros. El desnivel que existe entre Chacchan – Yupash es de
1220 m. por lo que la vía serpentea el tramo para alcanzar el desnivel .
1.2. Entorno Geológico:
1.2.1. Geología Regional:
Tiene una formación geológica del grupo Goyllarisquizga, del
periodo Mesozoico, como del grupo Calipuy del periodo del
cenozoico, sedimentos del Mesozoico, plegados, con una cobertura
volcánica ondulada a lo largo de la cordillera Negra, donde afloran
rocas de andesitas, Filitas y Esquistos grises. Así como por
material cuaternario.
1.2.2. Geología Local:
Se han encontrado rocas fracturadas y diaclasas de rocas
andesíticas como areniscas de grano grueso a medio de color
amarillento, las cuales se presentan en estratificación de media a
gruesa con estratos intercaladas con areniscas conglomerados de
color amarillo con presencia de óxidos de hierro. Esta observación
fue posible en la excavación sobre el macizo a medida que se iba
profundizando en la construcción de la plataforma de la vía. En
estas circunstancias, la roca que se manifestaba en la superficie es
lo que nos proporciono la información sobre los tipos de roca y
sobre las características estructurales del macizo que fueron
sometidos a estudio geológicos y geotécnicos.
1.2.3. Estratigrafía: En la zona encontramos estratificaciones, correspondiente
a las siguientes formaciones geológicas y en plegados.
La Formación Calipuy, que data del cretáceo terciario
inferior; lavas ande siticas y piro clásticos
La Formación Jumasha, que data del cretáceo superior,
caliza masiva;
La Formación Pariahuanca, del cretáceo inferior, caliza
masiva gris;
La Formación Goyllarisquizga, que data del cretáceo
inferior, compuesto de cuarcita, lutitas y areniscas de
grano fino.
Para tener mayor información de la estratificación de la
zona se recurrió a la situación geológica estructural como
del historial geológico de la región. Por lo que los tipos de
roca, pliegues, fallas y fracturas encontrados en campo en
la construcción de plataformas y taludes al desbroce
realizado por las máquinas fueron extraídas las muestras
representativas y analizadas en gabinete.
Para tener mayor información de la estratificación de la zona se
recurrió a la situación geológica estructural como del historial
geológico de la región. Por lo que los tipos de roca, pliegues,
fallas y fracturas encontrados en campo en la construcción de
plataformas y taludes al desbroce realizado por las máquinas
fueron extraídas las muestras representativas y analizadas en
gabinete. Así mismo, el resultado de dureza, cohesión, fracturas,
filtraciones nos permitió clasificar a los macizos rocosos cada sub
tramos de acuerdo a estas características para el diseño de
taludes y plataformas de la vía.
1.2.3. Geología del tramo de estudio:
Se han encontrado rocas fracturadas y diaclasas de andesitas silícicas, como
areniscas de grano grueso de color amarillento, las cuales se presentan en
estratificación de potencia media a gruesa con estratos intercaladas con
areniscas conglomerados de color amarillo con presencia de óxidos de hierro
Esta observación fue posible en la excavación sobre el macizo a medida que se
iba profundizando en la construcción de la plataforma de la vía. En estas
circunstancias, la roca que se manifestaba en la superficie es lo que nos
proporcionó la información sobre los tipos de roca y sobre las características
estructurales del macizo que fueron sometidos a estudio geotécnicos
CAPITULO II
MARCO TEÓRICO 2.1. CONCEPTOS BÁSICOS:
Falla Planar: Cuando la superficie de la discontinuidad por donde se desliza el
bloque de rocas, tiene un rumbo más o menos paralelo al rumbo de la carretera,
con un margen de
20
. Falla en cuña: El deslizamiento se produce a través de la línea de intersección
de los dos planos de discontinuidades que forman la cuña. La línea de intersección
tiene una dirección y plunge que intersecta la cara del talud.
Dayligth envelope: Cuando las diferentes líneas de intersección de cada par de
planos de discontinuidades afloran en la cara del talud, son cinemáticamente
inestables.
Factor de Seguridad. Se aplica en las condiciones de Equilibrio límite, es decir:
cuando las fuerzas que inducen al deslizamiento del bloque, son exactamente
balanceadas a aquellas que tienden a resistir a ese deslizamiento. La comparación
de ambas fuerzas es lo que denomina Factor de Seguridad (FS). Cementación: Es concreto de cemento que se utiliza para fijar el ancha de
acero con la roca dentro de un taladro, de manera que el conjunto forme parte de la
masa rocosa y aumente su competencia o estabilidad.
Malla utilizado en soporte: Consiste en un tejido de alambre, que puede ser
galvanizado para protegerlo de la corrosión, y por la misma forma de tejerse es
bastante flexible y resistencia para evitar que las piedras que se sueltan puedan
deslizarse y quedan atrapadas en las mismas.
Plunge de la línea de intersección: Inclinación o buzamiento de la línea de
intersección de dos discontinuidades
Grietas de Tracción: Son aberturas de rumbo casi paralelo a la cara del talud,
que se originan por esfuerzos de tracción, pueden ser verticales y que
generalmente se ubican detrás de la cresta del talud.
2.2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS:
2.2.1. Propiedades físicas de las rocas que Influyen en la Estabilidad de
Taludes:
Las propiedades físicas de las rocas son el resultado de: composición
mineralógica, densidad, estructura, textura, fábrica, porosidad, permeabilidad,
alterabilidad, dureza, historia geológica, meteorización, etc. La variabilidad de
estas propiedades, refleja el comportamiento mecánico diferente, es decir estas
propiedades controlan las características de resistencia y deformación de la roca,
en este caso de los taludes.
o Porosidad de la roca (n):
Por definición, es la relación de los espacios vacíos con respecto al volumen total
del espécimen de roca intacta, dado en porcentajes.
•Afloramiento: Exposición de la roca para ser identificada para medir la
inclinación (echado) y la orientación (rumbo del echado) de los fenómenos
estructurales como la estratificación, el crucero y las fisuras.
•Exploración: Buscar información mediante técnicas propias de la
ingeniería para medir la porosidad y densidad de la roca mediante los
gravímetros, magnetómetros y resistividad eléctrica. Como de la estructura
mediante métodos sísmicos.
•Núcleos: Testigos o muestras en forma de cilindros de roca obtenidas
mediante la perforación.
•Macizo Rocoso: Masa rocosa consistente que incluyen un número suficiente
do datos para poder evaluar correctamente todos los factores que tienen
influencia en la estabilidad de taludes como su orientación y la inclinación de
los accidentes estructurales de la roca.
•Falla: Junta de dos placas, pliegue adheridas por placas, rugosidades.
•Fisura: Disjunta entre `placas, en momentos de separación entre dos placas.
•Cementación: Establece la unión entre ancla y la broca, convirtiendo a la
primera en una parte integrante de macizo rocoso, mejorando la razón de los
elementos individuales del macizo rocoso. Esta lechada tarda algo de fraguar
y no habrá que tensar el ancla.
•Malla: Consiste en un tejido de alambre, el alambre puede ser
galvanizado para protegerlo de la corrosión, y por la misma forma de
tejerse es bastante flexible y resistencia para evitar que las piedras
que se sueltan quedan atrapadas.
2.3. Fundamentación Teórica:
Considerado este tramo crítico, se realizaron los estudios
geológicos y geotécnicos, para ello reconociendo los macizos
rocosos en su clasificación realizadas por Terzaghi, Deere, y Barton
por las experiencias realizadas en estudio de rocas en su calidad y
consistencia. Teniéndose por consiguiente la siguiente
clasificación de rocas para el sostenimiento de taludes en:
•Roca inalterada:
Rocas que no tienen fisuras ni ramaleos. Por lo tanto, cuando se
rompe, lo hace a través de la roca sana.
•Roca estratificada:
Rocas que están constituidas por capas unitarias con poca o
ninguna a la resistencia a la separación a lo largo del plano.
Limitadas entre estratos pudiendo debilitarse debido a fracturas
transversales.
•Roca medianamente:
Rocas, fisurada que tiene fisuras y ramaleos. Donde además los
bloques de rocas están soldados entre las juntas o están
íntimamente embonados que las paredes verticales no necesitan
refuerzo. En rocas de este tipo, se puede encontrar a la vez el
desprendido y el chasquido.
•Roca agrietada:
Rocas en bloques químicamente inalterada o casi inalterada, cuyos
fragmentos se encuentran totalmente separados unos de otros y no
embonan.
•Roca triturada:
Rocas químicamente sana, tiene la apariencia de ser un producto de
trituradora. Si los fragmentos, en su mayoría o todos, son del
tamaño de arena y no ha habido recomendación, la roca triturada
que está abajo del nivel de las aguas freáticas tiene las propiedades
de una arena saturada.
•Roca comprimida avanza:
Rocas con elevado porcentaje de partículas microscópicas o sub-
microscópicas de micas o de minerales arcillosos de poca ex-
pansibilidad.
•Roca expansiva avanza:
Rocas en el que básicamente tienden a su propia expansión. La
capacidad de esponjamiento parece estar limitada a las rocas que
contienen minerales arcillosos como la montmorillonita, con una
alta capacidad de expandirse.
n = Volúmen de Vacíos (Vv)
Volúmen Total (Vt)
2.4. Parámetros para Estabilidad de Taludes:
2.4.1. Propiedades que Influyen en la Estabilidad de Taludes:
•Porosidad (n):
•En Rocas Sedimentarias:
•Factor Responsable: Poros.
•Puede Oscilar entre 0 % a 90%.
•n disminuye con la profundidad.
•n depende del material cementante.
•En Rocas Ígneas y Metamórficas:
•Factor Responsable: Fisuras.
•Normalmente: n < 1% - 2%
•n aumenta con la meteorización. Desgaste hasta un 20% a más.
•Menos porosas: ígneas extrusivas.
•n afecta negativamente las propiedades de resistencia.
Ƿ = Masa de la roca (o suelo) (m) Volúmen total (V)
ɣ = Peso total de la roca (o suelo) (W = mg)
Volúmen total (V)
•Densidad (Ƿ), Peso Específico (ɣ):
El rango de variabilidad del peso específico de las rocas es mucho
mayor que el de los suelos.
Propiedad importante en Ingeniería.
Está ligado a la tensión vertical: σV = y.z
Esta relacionado al rendimiento de los equipos de excavación
Tabla N0 01
Tipo de Roca Peso Específico Seco Porosidad (n)
(%) ( t / m3 ) ( KN / m3 ) Ígneas
Basalto 2.21 – 2.77 21.66 – 27.15 0.22 – 22.06 Diabasa 2.82 – 2.95 27,64 – 28.91 9.17 – 1.00 Gabro 2.72 – 3.0 26.66 – 28.40 0.00 – 3.57 Granito 2.53 – 2.62 24.79 – 25.68 1.02 – 2.87
Metamórficas Cuarcita 2.61 – 2.67 25.58 – 26.17 0.40 – 0.65 Esquisto 2.60 – 2.85 25.48 – 27.93 10.00 – 30.00 Gneis 2.61 – 3.12 25.58 – 30.58 0.32 – 1.16 Mármol 2.51 – 2.86 24.60 – 28.03 0.65 – 0.81 Pizarra 2.71 – 2.78 26.56 – 27.24 1.84 – 3.61
Sedimentarias Arenisca 1.91 – 2.58 18.72 – 25.28 1.62 – 26.40 Caliza 2.67 – 2.72 26.17 – 26.66 0.27 – 4.10 Dolomita 2.67 – 2.72 26.17 – 26.66 0.27 – 4.10 Lutita 2.0 – 2.40 19.60 -23.52 20.00 – 50.00
Resistencia a la Compresión Uniaxial (σC):
Parámetro geotécnico más citado.
No es una propiedad intrínseca del material.
Pueden realizarse ensayos en laboratorio sobre muestras
cilíndricas con una relación h/Ø = 2, ó también a través del ensayo
de carga puntual
Índice de Resistencia de Carga Puntual:
Is = P/ D2
P = Carga de rotura.
D = Distancia entre las puntas de los conos.
FIGURA N 0 05
Probetas cilíndricas de 50 mm, con
una longitud al menos de 1.4 veces el
diámetro: σC = 24 Is. No es adecuado
para rocas blandas.
P
D
Tabla N0 02
ROCA
RESISTENCIA A
LA COMPRESIÓN
UNIAXIAL (MPA)
ROCA
RESISTENCIA A
LA COMPRESIÓN
UNIAXIAL (MPA)
Andesita 40 – 320 Gabro 150 – 280
Anfibolita 210- 520 Gneis 42 – 250
Anhidrita 42 Granito 10 – 300
Arcilla Esquistosa 39 – 54 Granodiorita 100 – 280
Arenisca 4 – 320 Grauwaca 27 – 61
Basalto 15 – 420 Marga 3 – 197
Caliza 4 – 330 Mármol 47 – 240
Comeana 34 – 120 Micaesquisto 20 – 65
Cuarcita 90 – 470 Pedernal 120 -150
Dacita 80 – 160 Pizarra 27 – 320
Diabasa 120 – 500 Pórfido 140 – 250
Diorita 86 – 340 Piolita 80 – 160
Dolomía 36 – 560 Sal 21 – 35
Esquisto 12 – 230 Yeso 1.50 – 45
Resistencia a la Tracción: Método Brasilero Muestras con una relación altura/diámetro igual a 0.5
Tensiones compresivas a lo largo de la muestra producen la
rotura del cuerpo de prueba, debido a las tensiones de tracción.
Adaptación de las máquinas para la realización del ensayo de
compresión simple.
FIGURA N 0 06:
P P
Lateral Frontal
σt,b = __2P_
∏dt σt = σC
8
Tabla N0 03 Clasificación Ingenieril de la Roca de acuerdo a σC
Clase Descripción
Resistencia a la Compresión Uniaxial Tipos de Roca
(PSI) (MPA)
A Resistencia muy Alta › 32,000 = 220 Cuarcitas, Diabasas,
Mayoría de rocas Ígneas.
Ciertas rocas Metamórficas.
Areniscas frágilmente
cementadas. Lutitas
resistentes. Mayoría de las
calizas. Ciertas dolomitas
B Resistencia Alta 16,000 – 32,000 = 110 a = 220
C Resistencia Media 8,000 – 16,000 = 55 a = 110
Algunas Lutitas, Areniscas y
calizas porosas. Esquistos
y rocas metamórficas.
D Resistencia Baja 4,000 – 8,000 = 28 a = 55 Rocas porosas de baja
densidad. Areniscas
deleznables. Tufas y Lutitas
arcillosas. Rocas
meteorizadas, y
químicamente alteradas de
cualquier litología.
E Resistencia muy
Baja < 4,000 < 28
Clasificación de los macizos rocosos
para su excavación
0.003 VL 0.10 L 0.3 M 1.00 H 3.00 VH 10 EH 30
Índice de Resistencia de Carga Puntual (MPA)
6.00
EH
2,00
VH
0.60
H
0.20
M
0.06
L
0.02
Espaciado
Entre
Fracturas
(m)
Excavación Escarificado
Prevoladura
VL
Voladura
EH: Extremadamente alto
VH: Muy alto
H: Alto
M: Medio
L: Pequeño
VL: Muy pequeño
EL: Extremadamente
pequeño
FIGURA N 0 07
Propiedades Índice σC
Resistencia a la
Compresión
Volúmen
(Escala Logarítmica)
Roca Intacta
(Espécimen de laboratorio)
Pilar (Minería Subterránea)
Banco (Minería a Cielo Abierto)
Rampa (Minería a
Cielo Abierto)
Talud Global
FIGURA N 0 08
Resistencia a la Tracción (Ensayo Brasilero)
P P
Lateral Frontal
σt,b = __2P_
∏dt
σt = σC
8
Muestras con una relación
altura/diámetro igual a 0.5
Tensiones compresivas a lo
largo de la muestra producen la
rotura del cuerpo de prueba,
debido a las tensiones de
tracción.
Adaptación de las máquinas
para la realización del ensayo
de compresión simple.
Capacidad de Carga Portante del Terreno
Pude llegar a condicionar la selección de maquinaria minera tanto de
arranque, como de carga transporte.
q = cNc + 0.5ǷBNǷ + ǷDNq
Nc = 2 √ NØ
(NØ
+ 1)
NǷ = √ NØ (NØ
2 – 1)
Nq = NØ2
NØ = tan2 ( 450 + Ø )
2
Donde:
q = Capacidad portante del terreno.
Ƿ = peso específico del terreno.
B = ancho de la sección del terreno.
D = profundidad considerada. C, Ø = parámetros de resistencia del terreno.
Capacidad de Carga Portante
Equipo Minero Presión
Específica (KPa)
Equipo Minero
Presión
Específica (KPa)
Excavadoras de Cables 200 – 350 • Apiladoras 30 – 120
Excavadoras: Hidráulicas
o Retro
o Frontales
30 – 100
80 – 120
Trituradoras móviles
o Neumáticos.
o Patines.
o Orugas
500– 1000
200 – 500
100 - 150
Dragalinas
o Zancas
o Orugas
100 – 250
130 – 300
Trituradoras
Semimóvil
o Carro transportador
200
Rotopalas
o Miradores continuos
60 – 170
100 – 180
• Volquetes
480 – 620
Tractores de Orugas
o Pequeños
o Grandes
50 – 75
90 - 160
• Perforadoras
Rotativas
50 - 130
q > presión específica de equipo minero (Pe): q/ Pe > 2
INFLUENCIAS DE LAS CARÁCTERIISTICAS ESTRUCTURALES
La orientación de las discontinuidades afecta el rendimiento de equipos.
Debe considerarse la dirección y buzamiento de las
discontinuidades
Planos de
Estratificación
Estructura del macizo rocoso determina
no solo el tamaño de los bloques sino
también la forma. Datos estructurales
de mayor interés en la excavación:
Resistencia al Cizallamiento Criterio de Mohr – Coulomb
Coulomb (1773) ζf = C + σntgØ
Mohr (1990)
ζ
-σt σ
3 σ
3 σ
3 σ
1 σ
1 σ
1 σ
“Cutoof”
de Tracción
C
Ø
Resistencia
σn = σ1 + σ3 + σ1 - σ3 Cos2Ø
2 2
ζ = 1 (σ1 - σ3)Sen2Ø
2
2Ø Ø
Ø
C
ζØ
σ3
σ3
σn
σ1 σ
1
σ
Criterio de Mohr Coulomb
ζf = C + σ
ntgØ
Ø
Ø
Tabla N0 06
Materiales no Cohesivos Ángulo de fricción (Ø) Cohesión (KPa)
Arenas 28 – 34 0
Gravas 34 – 37 0
Roca Triturada:
Basalto.
Granito.
Caliza.
Arenisca.
40 – 50
45 – 50
35 – 40
35 - 45
0
0
0
0
Materiales Cohesivos Ángulo de fricción (Ø) Cohesión (KPa)
Arcilla 22 – 27
27 – 32
20 – 50
30 – 70
Roca:
Ígneas.
Metamórficas.
Sedimentarias Duras.
Sedimentarias Blandas.
35 – 45
30 – 40
35 – 45
25 – 35
5,000 – 55,000
20,000 – 40,000
10,000 – 30,000
10,000 – 20,000
2.4.4. Efecto del Agua en la Resistencia:
A presión del agua reduce la estabilidad del talud. Reduce la
resistencia al cizallamiento.
FIGURA N 0 15 Terzaghi: σn
”=σ
n-u
σ= σ”+u ζ= c
”+tgØ
”
σ”= σ-u
FIGURA N 0 16
Movimiento de aguas subterráneas
Fallas geológicas
Presencia de planos de debilidad (fracturas, planos de
estratificación, zonas de cizalla. Etc.)
2.4.5. Característica para Estabilidad de Taludes:
1) Causas de Desestabilización Geológica:
a) Sobre excavación de la base de talud:
FIGURA N 0 17
b) Excavación de taludes escarpados:
FIGURA N 0 18
Ø
Gracias por su Atención
Segundo Silva Maguiña
