3er Trabajo Subterranea

7/24/2019 3er Trabajo Subterranea

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE ANCASH SANTIAGO ANTUNEZ DE

MAYOLO

Facultad de Ingene!"a de Mna#$ Ge%l%g"a & Metalu!ga

ESCUELA 'ROFESIONAL DE INGENIER(A DE MINAS

CRITERIO DE ROTURA DE HOEK Y BROWN

ALUMNO) YAURI CALD*A

Cl%d%ald% Ant%n%

CODIGO) ++,+-./,0,AM

ASIGNATURA) ESTA1ILIDAD DE

ESTRUCTURAS SU1TERRANEAS

DOCENTE) Ing, RASHTA LOC2


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HUARAZ -+./ 3 + 'ER*

1. RESISTENCIA DE LA ROCA INTACTA

La resistencia a compresin uniaxial del macizo rocoso cest dada por la ecuacin.La rotura se inicia en el contorno de una excavacin cuando los esfuerzosintroducidos en dicho contorno exceden el valor c. La rotura se propaga desde este

punto inicial formando un campo de esfuerzos biaxial en rotura y eventualmente seestabiliza cuando la relacin de esfuerzos de resistencia local, definida por laecuacin, resulta mayor la combinacin de esfuerzos inducidos 1 y 3. Muchosmodelos numricos pueden seguir este proceso de propagacin de rotura, siendo muyimportante este nivel de anlisis detallado cuando se trata de determinar laestabilidad de excavaciones en roca y cuando se disean sistemas de sostenimiento

para estas excavaciones.

La resistencia a la compresin uniaxial se obtiene haciendo ! " en la ecuacin,dando as#$

%in embargo, hay ocasiones en las &ue es 'til considerar el comportamiento global

del macizo rocoso ms &ue el proceso detallado de propagacin de rotura descritoanteriormente. (or e)emplo, cuando se considera la rotura de un pilar, es 'til teneruna estimacin de la resistencia global del pilar ms &ue un conocimiento detalladode la extensin de la propagacin de fracturas en el pilar. *sto conduce al conceptode +resistencia del macizo rocoso global. -oe y /ro0n propusieron &ue sta

podr#a estimarse a partir de la relacin de Mohr12oulomb$

con c y determinada para el intervalo de esfuerzos t < < ci/4, resultando en

3eterminacin de 4max

La determinacin de valor apropiado de max a ser utilizado en las ecuacionesdepende de cada situacin espec#fica. 3os casos sern investigados$


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5'neles, donde el valor de maxes a&uel valor &ue da curvas caracter#sticassimilares para ambos criterios de rotura en el caso de t'neles profundos6 o&ue da perfiles de subsidencia e&uivalentes para t'neles superficiales.

5aludes, donde el factor de seguridad calculado y la forma y ubicacin dela superficie de rotura son e&uivalentes.

(ara el caso de t'neles profundos se han utilizado soluciones elasto1plsticas &ueincorporan los criterios de -oe1/ro0n 7eneralizado y Mohr1 2oulomb para generarcientos de resultados y para encontrar el valor de max &ue da las curvascaracter#sticas e&uivalentes.

Los resultados de los estudios para t'neles profundos se representan en la figura. Laecuacin a)ustada para ambos casos es$

donde cmes la resistencia del macizo rocoso, definida por la ecuacin, es el pesounitario del macizo rocoso yHes la profundidad del tnel desde la superficie. *ncasos donde la tensin horizontal es mayor &ue la tensin vertical, se usar el valor

de la tensin horizontal en lugar de H.

*studios similares en taludes, usando el anlisis de rotura circular de /ishop para unamplio rango de geometr#as de taludes y propiedades de macizo rocoso, dan

La experiencia en el diseo de taludes en grandes ra)os a cielo abierto ha mostrado&ue el criterio de -oe1/ro0n para macizos rocosos in situ no alterados 8D !" dlugar a parmetros de resistencia del macizo rocoso consideradas optimistas. Losefectos de los intensos daos de las voladuras, as# como de la relacin de esfuerzos


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debido a la retirada del estril de recubrimiento, provocan una alteracin del macizorocoso.

(ara estos macizos rocosos es ms apropiado considerar propiedades +alteradas del

macizo, es decirD # en las ecuaciones.9 partir de estas referencias, est claro &ue sobre el grado de alteracin en el macizorocoso circundante a una excavacin pueden influir un gran n'mero de factores y &uenunca es posible cuantificar estos factores de manera precisa. %in embargo, a partirde la experiencia y del anlisis de todos los detalles recogidos en estos art#culos, losautores han intentado establecer unas gu#as para estimar el factor D, $ue sonresumidas en la ta%la.

La influencia de este factor de alteracin puede ser grande. *sto se ilustra con une)emplo t#pico en el &ue ci &! '(a, mi #! ) *+ 4&.

(:;(


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*%5


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2;=%59=5*% *L9%5


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Muchas rocas muestran una disminucin significativa en su resistencia a medida &ueaumenta su contenido de humedad. *n algunos casos, como el de las pizarrasarcillosas montmorillon#ticas, la saturacin destruye las muestras completamente. *sms t#pico a'n, &ue muchas rocas sufran prdidas de resistencia de un " a un A""H

como resultado del deterioro &u#mico del cemento o de la arcilla cementante.Muestras &ue se han de)ado secar en una bodega de testigos de sonda)es por variosmeses, pueden dar una impresin engaosa de la resistencia de la roca. Los ensayosde laboratorio deber#an realizarse con contenidos de humedad &ue estn lo mscercanos posibles a a&uellos &ue ocurren en el terreno.

?n efecto ms importante es la reduccin en la resistencia, la cual ocurre comoresultado de las presiones de agua en los poros de la roca. 5erzaghi formul elconcepto del esfuerzo efectivo para medios porosos, como los suelos. La +ley deesfuerzo efectivo, como se llama frecuentemente, se puede expresar como ! - u,

donde es el esfuerzo intergranular efectivo, el cual controla la resistencia y ladeformacin del material, es el esfuerzo total aplicado a la muestra y u es lapresin de poros. *n una completa revisin de la aplicabilidad del concepto deesfuerzo efectivo para suelos, concreto y rocas, Lade y de /oer concluyen &ue larelacin propuesta por 5erzaghi funciona bien para las magnitudes de esfuerzo &ue seencuentran en la mayor#a de las aplicaciones geotcnicas, pero pueden ocurrirdivergencias significativas a niveles muy altos de esfuerzos.

Estiaci!" e" Te##e"o de la Resiste"cia e" Co$#esi!" %"ia&ial

'alo#es de la Co"sta"te i de la Roca I"tacta $a#a Disti"tos Ti$os de Roca


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:elacin entre la razn entre la cohesin y la resistencia uniaxial de la roca intacta,c(ciy el #ndice )SI, para distintos valores de i.

9ngulo de friccin IJ para distintos valores del #ndice )SI y de la constante i.


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*.1 +ACIOS DE +% %ENA CALIDAD )EOT/CNICA ROCA D%RA.

(ara los macizos de roca dura y de muy buena calidad geotcnica, tales como losgranitos masivos o las cuarcitas, el anlisis del fracturamiento en caras paralelas8spallingK en excavaciones sometidas a altos esfuerzos, sugiere &ue el macizo rocosose comporta de una manera elstica y frgil, como se muestra en la figura. 2uando laresistencia del macizo rocoso es excedida, ocurre una s'bita disminucin de suresistencia. *sto se asocia con una notable dilatancia de los trozos de roca &uebrada.%i esta roca &uebrada est confinada, por e)emplo por el soporte o fortificacin deuna excavacin subterrnea, entonces se puede suponer &ue se comportar como unenrocado con un ngulo de friccin I del orden de F y una cohesin nula. Las


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propiedades t#picas para este macizo de roca dura de muy buena calidad podr#an serlas siguientes $

2.2 MACIZOS DE REGULAR CALIDAD GEOTCNICA.

*n el caso de un macizo rocoso de regular calidad geotcnica, es razonable suponer

&ue las caracter#sticas de su comportamiento post1falla pueden ser estimadasreduciendo el valor del #ndice )SI, desde el valor in situ a un valor ms ba)o, el cualcaracteriza al macizo rocoso &uebrado. La disminucin de la resistencia de este tipode macizo rocoso, desde el estado in situ a la condicin &uebrada, corresponde a uncomportamiento del tipo reblandecimiento por deformacin 8strain softening

behaviourK, el cual se ilustra en figura. *n esta figura se ha supuesto &ue ladeformacin post1falla ocurre para un nivel de constante de esfuerzos, definido por laresistencia a la compresin del macizo rocoso &uebrado6 sin embargo, no se conocela validez de esta suposicin. Las propiedades t#picas para un macizo rocoso deregular calidad geotcnica podr#an ser las siguientes $


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2.3 MACIZOS DE MALA CALIDAD GEOTCNICA.

Los anlisis efectuados de la falla progresiva de macizos rocosos de muy malacalidad geotcnica &ue rodeaban t'neles, sugiere &ue las caracter#sticas post1falla deeste tipo de macizo rocoso &uedan adecuadamente representadas al suponer &ue el

macizo se comporta en forma perfectamente plstica. *sto significa &ue contin'adeformndose ba)o un nivel constante de esfuerzos, y &ue no se asocia ning'ncambio de volumen con esta falla progresiva. *ste tipo de comportamiento se ilustraen figura. Las propiedades t#picas para una macizo rocoso de mala calidad geotcnica

podr#an ser las siguientes $


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N s !O(G

N mb ! miPO(".DB8undisturbed roc massK

N mb ! miPO(".FEC8disturbed roc massK

N *d ! E.D:Mi".CE

3onde

mi, mb, s ! -oe and /ro0n costants, 8AQF"K6

4c, 4cm! intact strength, roc mass strength

*d ! deformability modulus


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CON0IAILIDAD DE LAS ESTI+ACIONES DE OE2-RON DE LAS4RO4IEDADES DEL +ACIO ROCOSO S% I+4ACTO EN EL DISE5O

-oe R /ro0n presentaron un procedimiento para estimar la resistencia y lascaracter#sticas de deformacin de los macizos rocosos fracturados decomportamiento isotrpico. 2uando se aplica este procedimiento a problemas dediseo en ingenier#a de rocas, la mayor#a de los usuarios del mtodo slo consideranlos valores +medios o +promedio de estas propiedades. (ero es un hecho &ue todasestas propiedades presentan una distribucin respecto a su valor medio, incluso encondiciones ideales, y estas distribuciones pueden tener un impacto significativo enlos anlisis y en el diseo resultante.


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*sta nota tcnica examina la confiabilidad del clculo de los resultados de un anlisisde estabilidad de taludes y del diseo del sistema de fortificacin para un t'nel. *ncada caso la resistencia y caracter#sticas de deformabilidad del macizo rocoso seeval'an mediante el mtodo de -oe1/ro0n, suponiendo &ue los tres parmetros &ue

constituyen la entrada de datos presentan una distribucin normal.

4AR6+ETROS DE ENTRADA

*n el criterio de -oe1/ro0n el Sndice 7eolgico de :esistencia 8 )SIK, es elparmetro de entrada ms importante en trminos de las relaciones entre los valoresde resistencia y deformabilidad determinados en el laboratorio y a&uellos estimados

para el macizo rocoso.

%e supone &ue los tres parmetros de entrada se pueden representar pordistribuciones normales, como se ilustra en >igura. Las desviaciones estndar

asignadas a estas tres distribuciones se basan en la experiencia del autor en estudiosgeotcnicos asociados a grandes proyectos, tanto relativos a obras civiles como a laminer#a, y donde de dispone de fondos suficientes para desarrollar una investigacingeotcnica de alto nivel. *n el caso de investigaciones asociadas a proyectos de

pe&ueo presupuesto o estudios preliminares, resulta prudente el suponer mayoresdesviaciones estndar para los parmetros de entrada.

4AR6+ETROS RES%LTANTES DE LA A4LICACI7N DEL +/TODO

Los valores del ngulo de friccin, I, de la cohesin, c, de la resistencia encompresin uniaxial, 4cm, y del mdulo de deformacin del macizo rocoso, * m,

fueron calculados seg'n el procedimiento descrito por-oe R /ro0n. *l programaT:


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3. RESISTENCIA AL CORTE DE DISCONTIN%IDADES

?na masa rocosa dura a poca profundidad, est generalmente dividida en blo&ues

separados por la interseccin de discontinuidades.3esde &ue los esfuerzos in1situ son ba)os a poca profundidad, la falla por esfuerzosinducidos de la roca intacta es usualmente m#nima y )uega un papel secundario.*l comportamiento de la masa rocosa estar dominado por el deslizamiento sobre lasdiscontinuidades y la rotacin de blo&ues rocosos individuales, ocasionados por lagravedad.9 fin de analizar la estabilidad de este sistema de blo&ues rocosos individuales, esnecesario entender los factores &ue controlan la resistencia al corte de lasdiscontinuidades &ue separan los blo&ues.

Resiste"cia al co#te e" su$e#ficies $la"a#es

*s&uema de un ensayo$


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2ada espcimen es sometido a un esfuerzo n normal a la supeficie planar y a un

esfuerzo de corte , re&uerido para causar un desplazamiento .

Relaci!" e"t#e esfue#8o de co#te 9 des$la8aie"to de co#te:

*l esfuerzo de corte se incrementar rpidamente hasta alcanzar una #esiste"cia$ico. *sto corresponde a la falla del material cementante &ue mantiene unidos las dosmitades del espcimen en el plano de la discontinuidad. 2onforme el desplazamientocontin'a, el esfuerzo cortante disminuir hasta un ;alo# #esidualel cual permanecerconstante a'n para grandes desplazamientos de corte.

)#


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donde ces la resistencia cohesiva de la superficie cementada y es el ngulo de

friccin.

*n el caso de la resistencia residual, la cohesin ccae a cero y la relacin entre rynpuede ser representada por$

donde res el ngulo de friccin residual.

*l ngulo de friccin bsico % es aproximadamente igual al ngulo de friccin

residual r , pero este es generalmente medido mediante ensayos aserrados o

superficie rocosa del terreno. *stos ensayos pueden ser efectuados sobre superficiestan pe&ueas como E" mm x E" mm, las cuales producen como grfico una l#nea

recta definida por la ecuacin$

Resiste"cia al co#te e" su$e#ficies #ugosasLa resistencia al corte de los espec#menes de +superficie dentada de (atton, puedeser representada por la ecuacin$

donde ?es el ngulo de friccin bsico de la superficie y i es el ngulo de lacara de la superficie dentada.*sta ecuacin es vlida para esfuerzos normales ba)os donde el desplazamiento decorte es debido al deslizamiento a lo largo de las superficies inclinadas. 9 esfuerzosnormales ms altos, la resistencia del material intacto ser excedida y los dientestendern a romperse, resultando en un comportamiento de la resistencia al corte &ueest ms cercanamente relacionado a la resistencia del material intacto &ue a lascaracter#sticas friccionales de las superficies.

Resiste"cia la co#te e" su$e#ficies #ugosas


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