geo informe

7/26/2019 geo informe

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CENTRO

GEOTECNICOINTERNACIONAL

FRANK FIGALLO LIZANO

CURSO

VIRTUAL

SOTFWARE

Rocdata


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Informe Tcnico de Sustentacin SotwareRocdata

1. RESUMEN EJECUTIVO

El presente Informe Consiste en el desarrollo y sustentacin del Curso de

Especializacin Software Rocdata.

El objetivo central es presentar al Centro Geotcnico Internacional un

informe detallando lo aprendido en la clases IR!"#$%&''$I(E) profundizando

mis conocimientos e interpretacin de datos en el desarrollo del software.

Se pretende no solo sustentar lo aprendido) tambin mediante la

investi*acin profundizar en ciertos puntos de los temas tratados.

+ara lo*rar lo anteriormente descrito) se recopilo informacin tanto del

curso como de la biblio*raf,a.

El informe consta de Cuatro cap,tulos en los -ue se estudiaron distintos

tpicos se*n la importancia -ue reportaran al estudio) este se limito a

informacin y biblio*raf,a del curso.

El Capitulo uno describe en su totalidad los CRI!ERI&S /E '#$$#

correspondientes a los c0lculos de la resistencia de la 1asa Rocosa.

El Capitulo dos describe en su totalidad los CRI!ERI&S /E '#$$#

correspondiente a los c0lculos de la resistencia de las /iscontinuidades.

El Capitulo !res se desarrolla el software Rocdata) demostrando todas sus

funciones.

El Capitulo cuatro se efecta el software Rocdata mediante el desarrollo

de casos.

1


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2. INTRODUCCION

Este Curso tiene una introduccin del comportamiento y caracterizacin

de macizos rocosos en lo -ue concierne a al*unas indicaciones sobre su

comportamiento post%rotura en funcin de los ltimos art,culos presentados por

e2pertos en la materia y se incluye finalmente una discusin sobre la naturaleza

de los macizos rocosos en lo referente a su continuidad. +ara ello se presentan

las tcnicas de obtencin de par0metros de macizos rocosos se*n los trabajos

desarrollados por diversos investi*adores) entre los -ue cabe destacar

principalmente a 3oe4 y 5rown.

+ara caracterizar un macizo rocoso donde se pretende insertar una

e2cavacin) se re-uiere conocer los par0metros b0sicos de la roca y de las

discontinuidades as, como la estructura del macizo -ue incluye aspectos como el

nmero de familias de discontinuidades e2istentes) el espaciado medio de los

planos de discontinuidad) las caracter,sticas *eomec0nicas b0sicas de las

discontinuidades.

/esde el punto de vista de su aplicacin en In*enier,a) las propiedades

mec0nicas de las rocas y de las discontinuidades *eol*icas) se pueden

considerar suficientemente conocidas. Sin embar*o los complejos entramados de

rocas y discontinuidades -ue se 6an dado en llamar macizos rocosos) aun-ue se

6a 6ec6o un *ran esfuerzo para investi*arlos) todav,a no se pueden considerar

bien conocidos. Esta falta de conocimiento se debe en muc6os casos a su

in6erente complejidad) a las dificultades de la observacin de los macizos)

siempre *randes) as, como a la 6etero*eneidad -ue les es propia.

/entro de las carencias de conocimiento de los macizos rocosos)

asociadas a la complejidad de los mismos) e2isten distintos *rados. En *eneral) el

comportamiento el0stico de los macizos rocosos as, como su criterio de rotura) sepueden estimar con un nivel de apro2imacin razonable. Esto junto con el 6ec6o

de -ue la mayor parte de los dise7os en In*enier,a lo -ue pretenden es evitar -ue


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se produzca la rotura) 6a dado lu*ar a -ue la investi*acin de lo -ue pasa tras la

rotura 6aya sido muc6o menor -ue la enfocada a evitarla. Ciertamente el

comportamiento de los macizos rocosos una a vez sobrepasado su l,mite de

resistencia tensional 8criterio de rotura de pico9) y -ue vendr,a en trminos

mec0nicos marcado por el criterio de rotura residual y el potencial o re*la de flujo

pl0stico resultan por a6ora insuficientemente conocidos.

+or eso $a utilidad de los modelos constitutivos elaborados del material y

de los pro*ramas de an0lisis numrico de avanzada disponible actualmente) est0

enormemente limitada si el analista no dispone de datos fiables referentes a las

propiedades del macizo rocoso.

El Software Rocdata ayuda a remediar esta situacin. +roporciona

6erramientas r0pidas y f0ciles de 6iptesis de las cuatro modelos ampliamente

utilizados y aceptados para calcular la resistencia para suelos y rocas.

El pro*rama se puede utilizar para determinar los modelos de resistencia

tanto para datos de laboratorio o de campo.

Roc/ata est0 dise7ado para ayudar a los in*enieros) sobre todo en la

etapa preliminar del dise7o.

El pro*rama proporciona implementaciones sencillas e intuitivas de los

criterios de falla como el mtodo *eneralizado de 3oe4% 5rown) 5arton % 5andis)

+ower Curve y 1o6r%Coulomb. El pro*rama permite a los usuarios visualizar

f0cilmente los efectos de los cambios en los par0metros de entrada en caso de

roca y suelo de las envolventes de falla.


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3. DESARROLLO

CAPITULO I

CRITERIOS DE FALLA

Clculos de la Ress!e"ca de la Masa Rocosa

De#"c$" de u" c%!e%o de %o!u%a &e"e%al

E2isten dos formas para definir el comportamiento de una roca en rotura:

mediante el estado de tensiones o mediante el de deformaciones. (ormalmente

se utiliza la primera 8Gonz0lez allejo) ;) =;) =?. En

este caso se define como criterio de rotura a la superficie f) -ue delimita en el

espacio de tensiones principales 8=>) =;) =?9 un cierto dominio -ue llamamos

dominio el0stico viene e2presado por la si*uiente ecuacin:

f

(1,2 ,3 ) =0


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7/23

En *eneral) los e-uipos utilizados para la obtencin de resultados

e2perimentales nos dan datos sobre las tensiones principales) si a esto le a7adimos

-ue la tensin intermedia 8=;9 se suele i*norar) el criterio de rotura se define

bidimensionalmente en funcin de la tensin mayor 8=>9) y la tensin menor 8=?9)

como:

f (1,3 ) =0

f es la superficie -ue limita el dominio el0stico del material) en el espacio

bidimensional de tensiones principales) y la ecuacin -ue describe esta superficie

de fluencia es el criterio de rotura 8ver 'i*ura ?.>9.

Figura 3.1: Representacin del criterio de rotura en trinos !idiensionales."odi#cada de seg$n "elenti%e&ic, 2''(.

C%!e%o de %o!u%a "o l"eal de 'oe()*%o+"

El criterio de rotura de 3oe4@5rown su versin ori*inal fue introducida en

el >AB< 83oe4 y 5rown) >ABAB


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Se trata de un criterio no lineal) puramente emp,rico) -ue permite valorar)

de manera sencilla) la rotura de un medio rocoso mediante la introduccin de las

principales caracter,sticas *eol*icas y *eotcnicas.

En la 'i*ura ?.? se representa las tensiones de rotura para el criterio de

rotura de 3oe4@5rown. En la fi*ura se aprecia -ue la funcin -ue define el

dominio el0stico es no lineal. !al y como se 6a indicado para el criterio de rotura

de 1o6r%Coulomb 8ver apartado ?.;9) los estados de tensiones encima de la curva

est0n en rotura) mientras -ue los interiores est0n en el dominio el0stico) y los

estados tensionales por encima de la curva son inaccesibles para este

determinado caso.

Figura 3.3: Representacin del criterio de rotura de )oe*+ro-n, en el espacio detensiones noral y tangencial.

# continuacin se e2plica el criterio de rotura ori*inal de 3oe4@5rown y

su ltima versin) esto se realiza por-ue ser0 de inters en el transcurso de esta

tesina.

El criterio ori*inal) es un criterio emp,rico para el estudio de macizos

rocosos duros. Su e2presin es


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Son las tensiones principales mayor y menor en el momento de rotura

Ci es la resistencia a compresin unia2ial del material intacto


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m y s son constantes del material) -ue dependen de las

propiedades de la roca y del *rado de fracturacin de la roca

antes de someterla a las tensiones de rotura. El par0metro s es la

medida de disminucin de la resistencia a compresin simple de

la roca debido a la fracturacin. +or su parte) m influye en la

resistencia al corte del material. #mbos par0metros se pueden

obtener a partir de la clasificacin *eomec0nica Roc4 1as Ratin*

8R1R9) introducida por 5ieniaws4i) >AD y -ue se e2pone

apropiadamente m0s adelante 8apartado ?.F.>9.

El uso del criterio no solo en macizos rocosos duros, sino tambin en macizos de rocas

dbiles, ha supuesto una reformulacin del criterio, as como la introduccin de nuevosparmetros !u "ltima versin se e#presa

a

'3 (3.7)

1'='3 +.i .

!

.i

+s

donde mb es un valor reducido de la constante del material mi $ est dado por%

/01 100

(3.8)

! =i exp

&' 1(D

donde !* (eolo+ical !tren+th *nde#) es una clasificacin +eomecnica (oe-, 1../

oe-, aiser $ a2den, 1..),s $ a son constantes del macizo rocoso dadas por lassi+uientes relaciones%

/01 100

s =exp

9 3

(3.9)

a =1+

1(e/0 /15

e20 / 3

)

(3.10)

& 4

D es un factor 5ue depende sobre todo del +rado de alteracin al 5ue ha sido sometido el


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macizo rocoso por los efectos de las e#cavaciones (mecnicas o por voladuras) o por la

rela6acin de esfuerzos 7ara desde 0 para macizos rocosos in situ inalterados hasta 1

para macizos rocosos mu$ alterados 8as adelante se e#plica detalladamente como

obtener el factor de alteracinD

9abe destacar, 5ue en este caso $a no se utiliza el :oc- 8as :atin+, sino 5ue se adopta

el eolo+ical !tren+th *nde# (!*)

;a resistencia a la compresin unia#ial se obtiene haciendo


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d '1d '3

d '1d '31

=s

i

!

(3.12)

la ecuacin se obtiene haciendo

condicin de tensin bia#ial'1 ='3 =t en la ecuacin(3.. !"#$%ep%e"en#a una

;as tensiones normal $ tan+encial en funcin de las tensiones principales tienen la

si+uiente e#presin (almer, 1.&)

'+'

'' d'1 1

d '

' = 1 3 1 3 . 3 (3.13)n

2 2 d'1 +1d '

3

=('1

'3 )(3.14)

d

'1

d

'3

=1+a!

(!

'3

/i

+

s)a1

(3.15

)

Estimacin del factor de alteracin del criterio de rotura de Hoek&Brown, D

El factor de alteracin del criterio de rotura de oe->ro2n D, tal $ como se ha

e#plicado antes, es un factor 5ue depende principalmente de el +rado de alteracin al

5ue ha sido sometido el macizo ?lteraciones debidas a la rela6acin de esfuerzos,

causados por e#cavaciones por voladura, mecnicas, o por otras causas

El factor fue introducido en la ultima versin del criterio de rotura de oe->ro2n

(oe- et al, &00&), por5ue se detect 5ue para el caso de macizos de rocas no alteradas

(D@0), el criterio daba parmetros resistentes demasiado optimistas El factor adopta

valores desde 0 para la roca no alterada en condiciones in situ, hasta el valor de 1 para la

roca mu$ alterada

En la Aabla 31 se muestran los valores de el factor de alteracin D, para las distintas

situaciones del macizo

t


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a!la 3.1: /u4as para la estiacin del factor de alteracin del criterio de roturade )oe*+ro-n, . 5xtra4da de )oe* et al., 2''2.

?pariencia del

macizo rocoso

Bescripcin del macizo rocoso 7alorB

su+eri

E#celente calidad de voladura controlada o e#cavacin contuneladora, A8, con resultados de alteracin mnima del

macizo rocoso confinado circundante al t"nelB@0

E#cavacin mecnica o manual en macizos rocosos de malacalidad (sin voladuras) con una alteracin mnima en el macizo

circundante

9uando aparezcan problemas de deformacin en el piso duranteel avance la alteracin puede ser severa a menos 5ue se

colo5uen una contrabveda temporal, tal como se muestra en la

B@0

B@0Co

invert

7oladura de mu$ mala calidad en un t"nel en roca competentecon daDos locales severos, e#tendindose & o 3m en el macizo

rocoso circundante B@0'

e5ueDas voladuras en taludes de in+eniera civil dan lu+ar ape5ueDos daDos al macizo rocoso, particularmente si se usanvoladuras de contorno como se muestra en el lado iz5uierdo dela foto+rafa !in embar+o la liberacin de tensin resulta en

al+una alteracin

B@0=

oodblastin+

B@1

;os taludes en las +randes minas a cielo abierto sufrenalteraciones si+nificativas debido a las +randes voladuras de

produccin $ tambin debido a la rela6acin de tensiones alretirar el estril de recubrimiento

En al+unas rocas blandas la e#cavacin puede llevarse a cabomediante el ripado $ empu6e con tractores de oru+as $ el +radode afeccin a los taludes ser menor

B@10

roduction

blastin+

B@0=

8echanical

Obtencin de la envolvente de rotura de Mohr-Coulomb a artir de

la envolvente de Hoek&Brown!

?l analizar la estabilidad de un talud rocoso, es habitual la linealizacin del criterio derotura de oe->ro2n para obtener la envolvente de rotura de 8ohrF9oulomb

e5uivalente ? continuacin se presentan los distintos mtodos de linealizacin del


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criterio de rotura de oe->ro2n (los mtodos de linealizacin han sido estudiados de

uell et al, &00), 5ue permiten la obtencin del n+ulo de friccin $ el valor de la

cohesin para la aplicacin del criterio de 8ohrF9oulomb

M"todo de la tan#ente

El mtodo de la tan+ente proporciona la resistencia al corte del terreno para un

determinado estado tensional mediante la correspondiente envolvente de 8ohrF

9oulomb, tan+ente a la envolvente de rotura de oe->ro2n (Gi+ura 3)

Es un mtodo difcil de aplicar, debido a 5ue los pro+ramas de clculo suelen

caracterizar el terreno mediante un n+ulo de friccin $ una cohesin constantes, en vez

de hacerlo para una pare6a de valores 5ue varan en funcin de la tensin normal en cada

punto

M"todo de la secante

El mtodo de la secante consiste en linealizar la envolvente de rotura de oe->ro2nmediante una recta secante a sta ;a recta secante cortara la envolvente de

oe->ro2n en los puntos correspondientes a H3@0 $ Href, donde Href es la presin de

confinamiento del macizo en cada caso de estudio (Gi+ura 3)

Figura 3.6: a7 Representacin gr8#ca de linealizacin del criterio rotura de de)oe*+ro-n ediante el todo de la tangente. !7 Representacin gr8#ca de

linealizacin del criterio de rotura de )oe*+ro-n ediante el todo de lasecante.1y 3 son las tensiones principales ayor y enor9 c resistencia a

copresin siple del acizo rocoso9ref.presin de con#naiento de los distintoscasos.

5xtra4do de uell et al.,2''6.

!e trata de un mtodo 5ue conserva el valor de la resistencia a compresin simple, pero

es mu$ conservador, pues la recta estimada 5ueda por deba6o de la envolvente de

oe->ro2n

M"todo de la bilineali$acin

El mtodo de la bilinealizacin consiste en sustituir la envolvente de rotura de

oe->ro2n por una envolvente bilineal 5ue se a6usta a la envolvente curva (Gi+ura


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3) 9ada se+mento lineal corresponde a una envolvente de 8ohrF9oulomb El punto


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intermedio de la bilineal, es a5uel 5ue corresponde a la menor rea entre la evolvente

curva i la bilineal Es necesario definir un valor de tensin de referencia, el criterio para

su obtencin se valora en cada caso

?l i+ual 5ue en el caso de la secante, se mantiene el valor de la resistencia a compresin

simple del macizo, $ continua siendo un mtodo conservador, aun5ue tiene una me6orapro#imacin 5ue el de la secante

M"todo de la re#resin lineal

Esta mtodo consiste en linealizar la envolvente de rotura de oe->ro2n mediante

una re+resin lineal ? partir de la envolvente de oe->ro2n obtenemos la tensin

principal menor (H3), $ a partir de esta la ma$or (H1) ;a re+resin lineal se realiza con

estas pare6as de valores (Gi+ura 3)

Figura 3.(: a7 Representacin gr8#ca de linealizacin del criterio de )oe*+ro-nediante el todo de !ilinealizacin. !7 Representacin gr8#ca de linealizacin

del criterio de )oe*+ro-n ediante el todo de la regresin lineal. 1 y 3 sonlas tensiones principales ayor y enor9 c resistencia a copresin siple delacizo rocoso9ref. tensin de referencia, ;ue tendr8 ;ue ser estiada en cada

caso9ci. resistencia a copresin siple de la roca atriz. 5xtra4do de uell et al,2''6.

El mtodo es mu$ sensible a los valores de la tensin principal menor 5ue se esco+enpara la re+resin ;os autores encontraron 5ue los me6ores resultados se obtienen para '

pare6as de valores (H1, H3), e5uiespaciados en un ran+o de valores 0IH3I0&Hci, donde

Hci es la resistencia a compresin simple de la roca matriz

M"todo de la e%uivalencia de reas

El mtodo de la e5uivalencia de reas consiste en enca6ar una recta 5ue e5uilibre las

reas entre la envolvente curva de oe->ro2n $ la linealizacin de 8ohrF9oulomb,

para un determinado ran+o de tensiones, HtIH3IHm# (Gi+ura 34) Ht es la resistencia a

traccin, $ Hm# es la m#ima tensin de confinamiento 5ue se espera, sta tendr 5ue

ser determinada en cada caso, $ su valor tendr +ran influencia en los valores obtenidos

Este mtodo es el 5ue se emplear al realizar esta tesina, puesto 5ue es el mtodo

adoptado por el pro+ramaRocLab (oe- et al, &00&)


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Figura 3.


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(3)!"paciad$ de la di"c$n#inuidade", -ace %ee%encia a lal$n&i#ud en#%e di"c$n#inuidade" den#%$ de la $na a e"#udi$

()$ndicin de la" di"c$n#inuidade", ue incluye

i. $n&i#ud de la di"c$n#inuidad

ii. 4*e%#u%a

iii. u&$"idad

i. ellen$

. 4l#e%acin

(5)6%e"encia de a&ua "u*#e%%7nea

? cada uno de los parmetros anteriores se le asi+na un valor, el :8: se obtiene como

la suma de todos ellos

RMR =(1) +(&) +(3) +() +

()

(3.18)

a$ 5ue tener en cuenta 5ue e#isten dos versiones para la obtencin del :8:, el

:8:=4, del aDo 1.=4,$ el :8:'., del aDo 1.'. ;a diferencia reside en los valores 5ue

se le asi+nan a los parmetros de% presencia de a+ua subterrnea, condicin de las

discontinuidades, $ :JB con6untamente con el espaciado de las discontinuidades En la

Aabla 3& se muestra la diferencia entre valores 5ue se le dan a los parmetros se+"n el

criterio

a!la 3.2: iferencias de &alores entre R"R>


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a!la 3.3: ar8etros y rango de &alores para la clasi#cacin geoec8nica R"R?@

armetro :an+o de

1

:es

iste

nci

ade

Ensa$oL 10 F10 8a &F 8a 1F& 8a

9ompresin

sim le

L &0

8a

100F&0

8a

0F100 8a &F0 8a F&

8

1F

I1

8

va 1 1& = & 1 0

&: .0F100M =F.0M 0F=M &F0M I&M

va &0 1= 13 ' 3

3

Espaciado de

lasL & m 0,4F& m 0,&F0,4 m 4F&0 cm I 4 cm

va &0 1 10 '

Estadodelasdiscontin

uidades ;on+itud

de laI 1 m 1 K 3 m 3 K 10 m 10 K &0 m L &0 m

7alo 4 & 1 0

?bertura Cada I 01 mm 01 K 10 1 K mm L mm

7alo 4 3 1 0

:u+osida

d8u$ :u+osa

;i+erame

nteNndulada !uave

7alo 4 3 1 0

:elle

noCin+uno

:ellenoduro

:ellenoduro

:ellenoblando

:ellenoblando

7alo 4 & & 0

?lteracin

*nalterad;i+erame

nte

8oderadame

nte8u$ Bescompuesta

valor 4 3 1 0

G

lu

6o

d

e

a+

:elacin

a+ua O0 0F0,1 0,1F0,& 0,&F0, L 0,

9ondicio

nes

enerale

s

9ompletam

ent e

secas

;i+erame

nte

h"med

"medas oteando ?+ua flu$endo

va 1 10 = 0

.

Pna vez obtenido el :8: para el macizo, se pueden obtener los parmetros resistentes,

cohesin $ el n+ulo de friccin, mediante las ecuaciones 314 $ 31=

ndice de calidad de las rocas R!"

El :JB (:oc- 5ualit$ desi+nation inde#) fue desarrollado por Beere et al (1.4=), para

estimar cuantitativamente la cualidad del macizo rocoso basndose en la recuperacin

de un testi+o Bepende indirectamente del n"mero de fracturas $ del +rado de alteracin

del macizo

El dimetro del testi+o tiene 5ue ser i+ual o superior a = mm, $ tiene 5ue serperforado con un doble tubo de e#traccin de testi+o El :JB es el porcenta6e de


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+ (8) alidad de %$ca

25 uy ala

25 : 50 ala

50 : 5 %e&ula%

5 : 90 *uena

90 : 100 excelen#e

fra+mentos de lon+itud superior a 10 cm, sobre la lon+itud total del testi+o !u

e#presin es%

RA=

longitud; de; fragentos 10

; c.100

longitud; total;perforada

(3.19

)

!i no se disponen de sondeos, una alternativa para el clculo del :JB es a partir de las

ecuaciones%

RA =115 3.3BCBC

RA =100 BC .5

> (3.20)

donde Q7 es el numero de 6untas identificadas en el macizo rocoso por m3

Pna vez obtenido el valor de :JB, la calidad de la roca viene dada se+"n la Aabla 3

a!la 3.6: Relacin entre el &alor del RA y la calidad de la roca

*eolo#ical +tren#th nde/ *+.

9on la aparicin del criterio de rotura de oe->ro2n el uso del :8: $a no es

adecuado, sobretodo para el caso de rocas dbiles, $ se introduce de esta forma la

clasificacin +eomecnica !* (oe-, 1../ oe- et al 1..)

El !* es un sistema para la estimacin de las propiedades +eomecnicas del macizo

rocoso a partir de observaciones +eol+icas de campo

;as observaciones se basan en la apariencia del macizo a nivel de estructura $ a nivel decondicin de la superficie ? nivel de estructura se tiene en cuenta el nivel de alteracin

5ue sufren las rocas, la unin 5ue e#iste entre ellas, 5ue viene dada por las formas $

aristas 5ue presentan, as como de su cohesin ara las condiciones de la superficie, se


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tiene en cuenta si sta esta alterada, si ha sufrido erosin o 5ue tipo de te#tura presenta,

$ el tipo de recubrimiento e#istente

Pna vez realizadas las observaciones se esco+e en la Aabla 3 la situacin 5ue ms se

acerca a la realidad del macizo a estudio, obteniendo de esta forma, el valor del !*


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Aal $ como se observa en la Aabla 3 los valores del !* varan desde 1 hasta 100 ;os

valores cercanos al 1 corresponden a las situaciones del macizo rocoso de menor

calidad, es decir con la superficie mu$ erosionada, con arcilla blanda en las 6untas, $

con una estructura poco resistente debido a las formas redondas, $ a la +ran cantidad de

fra+mentacin 5ue sufre el macizo or el contrario, valores de !* cercanos a 100,

implican macizos de +ran calidad, $a 5ue si+nifica una estructura marcada por unape5ueDa fra+mentacin en la 5ue abundan las formas prismticas $ superficies ru+osas

sin erosin

a!la 3.(: 5stiacin del /0, !asado en o!ser&aciones geolgicas. 5xtra4do de

)oe* et al., 2''2.


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(elaciones entre (M( ) *+

;as relaciones e#istentes entre !* $ :8:, dependiendo de el :8: utilizado, se

detallan a continuacin%

ara el caso de :8:=4

R"R< >1= /0 =R"R

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