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MECANICA DE ROCAS

INFORME DE LABORATORIO SERIE N° 01

DOCENTE: Mgt. Washington Esquivel Zamora.

ALUMNO: FLORES CONDORI FREDY - 111836

FECHA DE ENTREGA DEL INFORME:

MARTES 29 DE SEPTIEMBRE DEL 2015

Semestre: 2015 – II

CUSCO-PERU

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Contenido SERIE N° 01 .......................................................................................................................................... 3

1. Dibujar 4 tipo de obras en cada estratificación ...................................................................... 3

2. Velocidades y aceleraciones para distinto tipo de rocas y distinto tipo de suelos. ................ 7

Velocidad sísmica en suelos ................................................................................................ 7

Velocidad sísmica de las rocas ............................................................................................ 7

Aceleración sísmica de los suelos. ....................................................................................... 9

3. Que es rumbo y los estratos como se miden ........................................................................ 11

Rumbo: .............................................................................................................................. 11

Medición de los estratos: .................................................................................................. 11

4. Que es OVER .......................................................................................................................... 16

5. Sensitividad de la roca ........................................................................................................... 16

6. Presas que fallaron por sensitividad. .................................................................................... 16

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SERIE N° 01

1. Dibujar 4 tipo de obras en cada estratificación

ESTRATO I

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ESTRATO II

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ESTRATO III

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ESTRATO VI

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2. Velocidades y aceleraciones para distinto tipo de rocas y distinto tipo de suelos.

Velocidad sísmica en suelos

Clasificación según IBC

En la Tabla 2 se presenta la clasificación sísmica del terreno de acuerdo al IBC (2006), se basa en los valores promedio de velocidad de onda de corte en los 30 m superficiales (VS 30). Canadá (NBCC, 2005), la Co-munidad Europea (Eurocódigo 8, 2004) y varios países más tienen un sistema de clasificación igual o similar.

Tabla 2. Clasificación sísmica de suelos (IBC 2006)

Tipo VS30 (m/s) Descripción

A > 1,500 Roca dura

B 760 – 1,500 Roca

C 360 – 760 Roca blanda y suelo muy denso

D 180 – 360 Suelo rígido

E < 180 Suelo blando

F Suelos especiales (licuables, colapsables, arcillas muy plásticas, suelos orgánicos)

www.smig.org.mx/admArticulos/.../1...sismica/E5LADS_1.doc

o Clasificación según IBC adoptado por chile.

http://www.leychile.cl/Navegar?idNorma=1034101

Velocidad sísmica de las rocas

Las ondas sísmicas producidas por la detonación de una carga explosiva o por cualquier otro sistema se transmite a través de la tierra en forma de vibraciones u ondas que

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transitan a diferentes velocidades, estas velocidades están influenciadas por: la litología, profundidad, porosidad del material, compactación, litificación, contenido de fluidos, entre otros. Estas velocidades dependen del módulo elástico y de la densidad. Tales parámetros son importantes para el análisis de la velocidad en la interpretación de datos sísmicos. A continuación se presenta una tabla de velocidades de propagación de ondas sísmicas, estas velocidades se refieren a las ondas longitudinales.

Material V=[m/s]

Capa Meteorizadas 300-900

Aluviones Modernos 350-1500

Arcillas 1000-2000

Margas 18000-3200

Areniscas 1400-4500

Conglomerados 2500-5000

Calizas 4000-6000

Dolomias 5000-6000

Sal 4500-6500

Yeso 3000-4000

Anhidrita 3000-6000

Gneises 3100-5400

Cuarzitas 5100-6100

Granitos 4000-6000

Gabros 6700-7300

Dunitas 7900-8400

Diabasas 5800-7100

Un análisis de estos datos muestra que las rocas ígneas, en general, tienen velocidades mayores que las rocas sedimentarias. Estas velocidades varían entre los límites indicados dependiendo de la profundidad y de las constantes elásticas. En general, para un mismo tipo de roca, las velocidades aumentan con la edad geológica y para una misma roca y edad aumentan por la profundidad.

http://www.wikiteka.com/apuntes/velocidad-sismica-de-las-rocas/

o Velocidad en rocas carbonatadas

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Pag. 2 Trabajos en geología – propagación de ondas en rocas carbonatadas. (F.J.Alonso – L.M Suarez del Rio)

Pag. 6 Trabajos en geología – propagación de ondas en rocas carbonatadas. (F.J.Alonso – L.M Suarez del Rio)

Aceleración sísmica de los suelos.

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El modelo de atenuación encontrado es el Modelo de Climent (1994), tiene el siguiente algoritmo matemático, y se resumen en la Ilustración No 1:

Log PGA = -1.687 + 0.553Mw + 0.537lnR + 0.00302R en Rocas

Log PGA = -1.408 + 0.553Mw + 0.537 lnR + 0.00302R en Suelos

Donde:

PGA: Pico Máximo de Aceleración (siglas en inglés) en unidades m/s2

Mw: Magnitud Momento (º Ritcher)

R: Profundidad Focal (Km)

Ilustración No 1 ACELERACIÓN SÍSMICA DEL SUELO

Rango de aceleración (g) Grado de intensidad sísmica

< 0.25 Muy Bajo

0.25 – 0.28 Bajo

0.28 – 0.31 Moderado

0.31 – 0.35 Alto

> 0.35 Muy Alto

Sismología

Barquero et. al (2000), quienes consideran que los sismos han marcado la historia de Nicaragua en varias ocasiones, siendo las más notables aquellas (1931 y 1972) en las que la capital, Managua, ha sido casi completamente destruida, dejando pavoroso saldos de muerte y destrucción. Esta misma fuente, dice que para entender la amenaza sísmica en nuestro país, es apropiado separar el origen de los sismos. Según Barquero et. al., en la primera posición tenemos los sismos que pueden generarse en la zona de contacto de las placas tectónicas. Estos sismos tienen su hipocentro bajo las aguas del Océano Pacífico, y pueden alcanzar magnitudes considerables, dependiendo de la duración de la calma sísmica que los precede.

Otro tipo de sismos se originan en tierras interiores de Nicaragua debido a la activación de fallas geológicas. Estos sismos, aunque no suelen ser de gran magnitud su corta distancia a la superficie los hace especialmente dañinos. El sismo de 1972 en Managua, fue de este tipo.

Por último tenemos los sismos procedentes del Depresión o Fosa Nicaragüense sobre lo que están ubicados los lagos y la cadena volcánica. Esta depresión está acotada

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longitudinalmente por dos grandes fallas, pero en su interior se localizan muchas fallas que la cruzan transversalmente, las que históricamente han sido, quizás las más destructivas.

En la Ilustración No 10, se presenta la amenaza sísmica en función de la aceleración máxima del suelo, calculada para un período de recurrencia de 475 años.

Cada unas de las zonas pintadas están expresadas en medidas g, valor de la gravedad (g = 9.8m/s2). En la Figura que sigue se aprecia valores 0.25g para el tramo de carretera entre El EspinoSomoto, indicando baja probabilidad de que se produzca un sismo cada 475 años que cause aceleraciones en el suelo de 25% de la aceleración de gravedad para ese tramo evaluado. Por tanto, todas las obras que no hayan sido diseñadas para soportar aceleraciones de esta magnitud sufrirán daños considerables, o serán completamente destruidos.

Ilustración No 10. ACELERACIÓN DEL SUELO EN CARRETERA EL ESPINO SOMOTO.

Basado en GHAP (1999) 3. Que es rumbo y los estratos como se miden

Rumbo:

Es la dirección en la que nos movemos o navegamos, o en la cual nos dirigimos o miramos

y suele expresarse en forma del ángulo que forma esta dirección con otra tomada como

referencia. Según que esta dirección de referencia sea el meridiano terrestre que pasa por

la posición en la que nos encontramos o la dirección en que señala la brújula

magnética hablaremos de rumbo geográfico o de rumbo magnético en el cual todos nos

guiamos para no equivocarnos de rumbo.

Medición de los estratos:

INTRODUCCIÓN.

El rumbo y el buzamiento son dos medidas que sirven para fijar la posición de un plano o una

línea. En la geología los usamos normalmente para determinar la posición de los estratos,

niveles, miembros y formaciones.

El rumbo o dirección es el ángulo, respecto al norte, que forma la línea de intersección del

estrato con un plano horizontal. Se mide con una brújula.

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El buzamiento o la inclinación máxima es el ángulo que forma el estrato con la horizontal,

medido perpendicularmente al rumbo. Se mide con un clinómetro.

EL RUMBO.

DEFINICIÓN DEL RUMBO.

Como ya se ha mencionado, la definición del rumbo es el ángulo, respecto al norte, que forma

la línea de intersección del estrato con un plano horizontal. La figura 1 muestra un plano

inclinado ABCD, donde la línea roja es la intersección con la horizontal. El ángulo a entre esta

línea roja y el norte es el rumbo. La flecha azul está perpendicular sobre la línea roja e indica la

dirección del buzamiento.

La figura 1 muestra un plano ABCD y su intersección con la horizontal (línea roja). El ángulo a es el

rumbo y la flecha azul muestra la dirección del buzamiento.

MEDIR EL RUMBO CON LA MANERA CLÁSICA.

Es fácil medir el rumbo en terrenos horizontales con buenos afloramientos. Entonces se sitúa

sobre el afloramiento del estrato y simplemente se mira con la brújula en la dirección hacia

dónde va el estrato, es decir paralelo a los estratos. Por ejemplo, en un plano geológico de un

terreno horizontal, los bordes de las formaciones coinciden con el rumbo (figura 2).

La figura 2 muestra el rumbo de una formación de caliza en un terreno horizontal.

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Sin embargo, es mucho más frecuente encontrarnos con estratos que suben o bajan por

pendientes, al final y al cabo la mayoría de los afloramientos suelen estar en la montaña.

Entonces la forma más clásica de medir es buscar un plano representativo del estrato y medir

con la brújula del geólogo. Lo normal es que esta brújula tiene una tapa que se coloca junto al

plano del estrato y que la parte que contiene la brújula se puede colocar horizontalmente.

Para los espeleólogos este método tiene dos inconvenientes: la primera es que no suelen usar

brújulas geológicas (estas son muy bastas para medir direcciones en cuevas, y como mucho

tienen una precisión de unos 2 grados), y la segunda razón es que los estratos raramente son

completamente planos, con frecuentes deformaciones locales que puede hacer variar

bastante los valores de las medidas individuales. Para solucionar este problema no queda más

remedio que tomar varias decenas de medidas y calcular la media.

Aunque uno tiene una brújula de geólogo, el método es trabajoso. Sin embargo existe otra

manera de medir el rumbo con 2 ventajas: se realiza en una sola vez y es más precisa, y

además se hace con la brújula y clinómetro de espeleología.

MEDIR EL RUMBO CON BRÚJULA Y CLINÓMETRO DE ESPELEOLOGÍA.

Primero se busca un estrato que lateralmente es bien visible sobre una distancia considerable,

por ejemplo la base de un miembro masivo. Entonces se coloca la cabeza a la altura de la base

de este miembro (punto A en figura 3) y con el clinómetro se busca un punto de la base del

mismo miembro que se encuentra exactamente a la misma altura (punto B). Es decir que el

clinómetro se coloca completamente horizontal (inclinación de 0 grados). Naturalmente el

punto B se suele encontrar al otro lado de un hundimiento topográfico, como por ejemplo un

valle (figura 3).

La figura 3 muestra la línea que conecta 2 puntos de la base de un miembro, que tienen exactamente

la misma altitud. La dirección de la línea es el rumbo.

A continuación se mide con la brújula la dirección desde el punto A hasta el punto B. El valor de la

medida es el rumbo entre los 2 puntos. Lo que realmente hemos hecho es buscar otro punto del mismo

estrato en la horizontal y medir su dirección, lo que justamente es la definición del rumbo.

El rumbo se suele indicar con el ángulo más pequeño que tiene con el norte, por ejemplo 60 grados en

lugar de 240 grados. Sin embargo, como una línea tiene dos direcciones también se puede indicar con

los dos valores, por ejemplo 60-240. Lógicamente la diferencia entre ambos valores siempre es 180

grados.

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EL BUZAMIENTO.

El buzamiento se mide mejor con el clinómetro espeleológico que con la combinación

brújula/clinómetro geológica. La manera de medir el buzamiento es la siguiente: Se busca un plano de

estrato y se coloca el clinómetro con la parte de arriba o con la parte de abajo, según la situación (figura

4), paralelo al plano del estrato. Es importante de medir la máxima inclinación, que es la inclinación

perpendicular al rumbo. Por esta razón normalmente primero se determina el rumbo. Si uno tiene

ayuda y una tabla recta, también se puede colocar la tabla sobre el plano y medir a lo largo de la tabla

(figura 5).

La figura 4 muestra las dos maneras de medir el buzamiento.

Con un poco de práctica, hasta una sola persona puede realizar esta maniobra con la tabla. Por razón de

las variaciones locales ya mencionadas es aconsejable de tomar unas cuantas medidas, preferiblemente

unas docenas. En las figura 4 y 5 la línea azul representa la horizontal, la línea roja la inclinación de los

estratos y el ángulo i es el valor del buzamiento.

La figura 5 muestra la forma de medir el buzamiento con ayuda de una tabla.

MÉTODO ALTERNATIVO DE DETERMINACIÓN DEL BUZAMIENTO USANDO LA INCLINACIÓN APARENTE.

A veces es difícil de encontrar buenos planos de estratos, lo que complica la determinación del

buzamiento. En este caso puede ser posible de usar un método alternativo. Busca una pared con la

estratificación visible y determina la dirección de esta pared y la inclinación que se observa en esta

pared. Esta inclinación se llama inclinación aparente (Ia) porque no es la máxima inclinación. En la figura

6 la línea roja representa la dirección de la pared. La línea azul es paralela a la dirección de la pared

(también horizontal) y muestra la inclinación aparente. El único dato que nos hace falta para calcular el

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buzamiento de la estratificación es el rumbo de la estratificación, cuyo método de determinación ya se

ha explicado.

La figura 6 muestra una pared y una inclinación aparente (Ia) de la estratificación. La línea roja

representa el rumbo de la pared.

MÉTODO ALTERNATIVO DE DETERMINACIÓN DEL BUZAMIENTO.

En la figura 7A se puede ver un pirámide UXZY (base UXZ y cumbre Y) donde el plano XYZ representa la

pared con la estratificación, dibujado en la misma posición que en la figura 6 (para evitar confusión). Las

líneas verdes representan el rumbo de la formación (ya determinado)

Lo que ya se sabe es:

ZX es la dirección (rumbo) de la pared.

ZU es el rumbo de la formación.

YZ representa los estratos con una inclinación aparente.

La figura 7 muestra la pirámide UXZY y los triángulos rectángulos correspondientes, ver el texto para

detalles.

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- La figura 7B muestra el triángulo XYZ, donde ZX representa la dirección de la pared y YZ los estratos.

También muestra el ángulo de inclinación aparente (Ia) Si suponemos que XY es 1, se puede calcular XZ

con el tangente (el ángulo Z también es Ia por ser ángulos zeta).

Se ha calculado XZ.

- La figura 7C muestra un triángulo UXZ (base de la pirámide), donde ZX representa la dirección de la

pared y ZU el rumbo de la formación. Como se ha medido ambos se puede calcular el ángulo Z.

Sabiendo XZ y el ángulo Z se puede calcular UX con el seno.

Se ha usado ZX para calcular UX.

- La figura 7D muestra el triángulo UXY, donde UX está perpendicular sobre el rumbo (de la formación) y

por lo tanto YU representa los estratos de máxima inclinación.

Entonces el ángulo I entre UY y la horizontal es el buzamiento que se busca.

En la figura 7D el ángulo I es igual al ángulo U (ángulos de zeta).

Sabiendo XY y UX se calcula el ángulo Z (tangente), lo que es el buzamiento.

Se ha usado UX para calcular el buzamiento.

4. Que es OVER

5. Sensitividad de la roca

6. Presas que fallaron por sensitividad.

– Diciembre de 1959, falla la cimentación de la presa bóveda de Malpasset,en

Francia, provocando 450 muertos.

El ingeniero proyectista A. Coyne, presidente de la International Comission on Large Dams y profesor de la École Nationale des Ponts et Chaussées de París explicaba en sus clases sólo unos meses antes:

“Es raro y probablemente un caso único en ingeniería [encontrar] un tipo de estructura que no haya colapsado nunca. Pero, a pesar de las apariencias, a pesar de su forma esbelta y líneas elegantes y fuertes tensiones, es un hecho que la presa bóveda es la más segura de las estructuras. Esto es simplemente una confirmación adicional de lo que se ha conocido durante miles de años sobre la estabilidad de los arcos. […] nada serio le puede pasar a una presa bóveda […] con tal de que sus estribos resistan.” Y falló el estribo… el reconocimiento de campo posterior mostró que la presa había fallado por el deslizamiento de una cuña sobre una falla (no detectada antes) en la cimentación del estribo izquierdo, en un terreno formado por gneises foliados muy fracturados pero impermeables bajo el efecto de las subpresiones.

Para terminar de arreglarlo, los ensayos in situ mostraron una elevada disparidad entre los datos reales y los considerados para el dimensionamiento de la cimentación, para la que apenas se realizaron ensayos de campo. – En octubre de 1963, un deslizamiento en la presa de Vajont (Italia) provoca la total destrucción, aguas abajo, de la población de Longarone, con un saldo aproximado de 2.000 muertos.

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Tras unos días de fuertes lluvias la auscultación indicaba la posibilidad de movimientos en la ladera izquierda, por lo que se decidió rebajar la cota de embalse. Problemas en las compuertas retrasaron la operación, momento en el que se produjo el movimiento sísmico que desencadenó la caída de una masa aproximada de 300 millones de m³ de tierras a un embalse que acumulaba en aquellos momentos 150 millones de m³ de agua.

Los estudios realizados desde entonces sugieren que la caída vino gobernada por parámetros residuales bajo cargas dinámicas (algo que no se tenía en cuenta en aquellas fechas) y fenómenos de tipo termodinámico (el rozamiento en la caída provocó temperaturas de hasta 120 ºC) que ni siquiera hoy se tienen en cuenta. Pasados los años el mecanismo del deslizamiento aún no ha sido explicado satisfactoriamente.

Tras estudiar el desastre de Vajont, Terzaghi escribe: “[…] las curvas de frecuencia de diaclasas no pueden construirse con ningún grado de seguridad si no se realizan cientos de mediciones, […] si los expertos en Mecánica de Rocas no resisten la tentación de hacer pocos ensayos por razones económicas, los riesgos envueltos en la construcción de presas de fábrica cimentadas en roca aumentarán fuertemente.”

Visto lo visto, el problema de la mecánica de rocas es evidente. El suelo es un medio

más o menos continuo y, hasta cierto punto, sus propiedades pueden ser

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“extrapolables”, pero hacen falta muchos, muchísimos ensayos de campo para

caracterizar de un modo fiable las propiedades geomecánicas de un macizo rocoso y,

francamente, que el “Nuevo Método Austriaco o NATM” se defina más como una

filosofía que como un método constructivo no ayuda (por si acaso, el autor lo patentó,

es la Patentschrift Nr. 165573, Österreichisches Patentamt).

“Después de 25 años viendo túneles, puedo sentir el comportamiento de las rocas, puedo hablar con las rocas y entender su geología. ¡Yo no necesito ensayos!”

Müller en 1970, citado por Bieniawski.