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Clasificación de rocas (bieniawski, Barton y GSI)
Tipo: Monografías, Ensayos
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- RESUMEN CONTENIDO - INTRODUCCION FORMACION PISAC (PUENTE HUAMBOTIO) 4
La mecánica de rocas se ocupa del estudio teórico y práctico de las propiedades y comportamiento mecánico de los materiales rocosos, y de su respuesta ante la acción de fuerzas aplicadas en su entorno físico Los distintos ámbitos de aplicación de la mecánica de rocas se pueden agrupar en quellos en que el material rocoso constituye la estructura (excavación de túneles, galerías, taludes, etc.), aquellos en que la roca es el soporte de otras estructuras (cimentaciones de edificios, presas, etc.) y aquellos en los que las rocas se emplean como material de construcción (escolleras, pedraplenes, rellenos, etc.). Las masas rocosas aparecen en la mayoría de los casos afectadas por discontinuidades o superficies de debilidad que separan bloques de matriz rocosa o <<roca intacta» constituyendo en conjunto. La caracterización de las rocas y de los macizos rocosos y el estudio de su comportamiento mecánico y deformacional son complejos debido a la gran variabilidad de características y propiedades que presentan y al elevado número de factores que los condicionan. Las propiedades físicas controlan las características resistentes y deformacionales de la matriz rocosa (composición mineralógica, densidad, estructura y fábrica, porosidad, permeabilidad, alterabilidad, dureza, etc.), y son el resultado de la génesis, condiciones y procesos geológicos y tectónicos sufridos por las rocas a lo largo de su historia. La formación Pisac está aflorando en la carretera Huambutío - Pisac (en el puente Huambutío), en donde aflora como macizo rocoso en forma anticlinal del Vilcanota, su componente básicamente de esta zona es areniscas fluviales y lutitas de llanura de inundación
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La zona de muestreo se encuentra a 31 km al sureste de la ciudad de Cusco, en el Valle del Vilcanota.
✓ Poblado: Huambutio ✓ Distrito: Lucre ✓ Provincia: Quispicanchis ✓ Región: Cusco IMAGEN 1 : Ubicación política de la comunidad de Huambutío, en el cual es encuentra el afloramiento del macizo rocoso.
❖ Latitud: 13°3 4 ' 797 "S ❖ Longitud: 71° 42 ' 388 "W Altitud: 3101 m.s.n.m. COORDENADAS UTM: ❖ Zona:19L ❖ Este: 206294 ❖ Norte: 8497097 ❖ Altitud: 3101 m.s.n.m.
FORMACION PISAC (PUENTE HUAMBOTIO) 7 IMAGEN 4 : Mapa Geológico de la zona de estudio (Huambutio).
FORMACION PISAC (PUENTE HUAMBOTIO) 8 IMAGEN 5 : Mapa topográfico de la zona de estudio (Huambutio).
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La gran variabilidad de estas propiedades se refleja en comportamientos mecánicos diferentes frente a las fuerzas que se aplican sobre las rocas, comportamientos que quedan definidos por la resistencia del material y por su modelo de deformación; así mientras un granito sano se comporta de forma elástica y frágil frente a elevadas cargas, una marga o una lutita pueden presentar un comportamiento dúctil ante esfuerzos moderados o bajos. “Serán por tanto las propiedades físicas de las rocas las que determinen su comportamiento mecánico, como se ilustra en las figuras de este recuadro. La cuantificación de estas propiedades se lleva a cabo mediante técnicas específicas y ensayos de laboratorio (González de Vallejo, Luis I)” “Estas propiedades, denominadas propiedades índices, serán las que determinen en primera instancia, junto con la composición mineralógica y la fábrica, las propiedades y el comportamiento mecánico de la matriz rocosa (González de Vallejo, Luis I)” FIGURA 1 : Cuadro de control de las propiedades de la matris rocoso y del macizo rocoso. Fuete: (Vallejo, 2002).
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PROPIEDADES FISICAS DE LAS ROCAS Las propiedades físicas de las rocas son el resultado de su composición mineralógica, fábrica e historia geológica, deformacional y ambiental. Incluyendo los procesos De alteración y meteorización. La gran variabilidad de estas propiedades se refleja en comportamientos mecánico diferente frente a las fuerzas que se aplican sobre las rocas, comportamientos que quedan definidos por la resistencia del material y por su modelo de deformación. Serán por tanto las propiedades físicas de las rocas las que determinen su comportamiento mecánico. Por en la cuantificación de estas propiedades se lleva a cabo mediante técnicas específicas y ensayos de laboratorio (Cuadro 1). CUADRO 1 : Propiedades de la matriz rocosa y métodos para su determinación (Vallejo, 20 0 2). POROSIDAD (n) Es volumen de poros expresados en tanto porciento de volumen total. (Cuadro 2) 𝑛 = 𝑉𝑝 𝑉 ∗ 100 Donde: 𝑛: Porosidad 𝑉𝑝: Volumen de los poros 𝑉: Volumen total
FORMACION PISAC (PUENTE HUAMBOTIO) 13 PERMEABILIDAD Es la capacidad de transmitir agua de una roca. La mayoría de las rocas presentan permeabilidades bajas y muy bajas. La filtración y el flujo del agua a través de la matriz rocosa se producen a favor de los poros y fisuras, dependiendo la permeabilidad de la interconexión entre ellos y de otros factores como de la meteorización, la anisotropía o el estado de esfuerzos. IMAGEN 7 : Representación gráfica de la permeabilidad. Fuente: (htt3) LA DENSIDAD: Es una propiedad elemental y fundamental de los materiales, relacionada con la naturaleza de sus constituyentes y la existencia de espacios vacíos entre ellos. La densidad (ρ) se define como la masa (M) por unidad de volumen (V), y se expresa en kg/m3: 𝜌 = 𝑀^ ⁄𝑉 HUMEDAD Es la relación, expresada en porcentaje, entre la masa de agua contenida en la roca que se evapora a 105 a110° de temperatura y la masa de la muestra seca: 𝜌 =
Donde: 𝜌: tanto por ciento de humedad
𝑚𝑠: masa de roca seca
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Es la incorporación o asimilación de líquido en el interior del sistema poroso del material. %𝐴𝑏 =
Donde, %𝐴𝑏: tanto por ciento de absorción de agua 𝑚𝑠: masa de roca seca 𝑚𝑠𝑢 : masa de la roca sumergida o almacenada
FORMACIÓN PISAC: Triásico superior Definición y relaciones estratigráficas. La Formación Pisac (Gabelman y Jordan, 1964; Candia y Carlotto, 198 5), aflora en el anticlinal de Vilcanota, descansando en discordancia erosional sobre el Grupo Copacabana por intermedio de un nivel volcánico. Litología y ambiente sedimentario. La Formación Pisac se compone de un nivel volcánico, sobre el cual se encuentran secuencias grano estrato crecientes de brechas y conglomerados intercalados con areniscas y limolitas rojas Los conglomerados contienen clastos de calizas con fusulinas, volcánicos y cuarcitas Estas secuencias han sido interpretadas como originadas por conos aluviales, relacionadas a una tectónica sinsedimentaria intra-Mitu (Carlotto et al., 1988 ). Igualmente, esta unidad aflora en el núcleo del anticlinal de Rondobamba, donde resalta la presencia de niveles rojos de limolitas y lutitas de ambiente lacustre y llanura de inundación, intercalados con conglomerados aluviales. En los conglomerados del anticlinal de Rondobamba aparecen clastos de cuarcitas y gneises, lo que indica que un substrato antiguo se hallaba expuestoa la erosión durante la depositación de la Formación Pisac. El espesor de la unidad varía entre 200 y 400 m. Edad. Recientemente, trabajos de colaboración entre la Universidad de Ginebra y el INGEMMET han permitido obtener edades en zircones detríticos para el Grupo Mitu de las regiones Abancay-Cusco-Sicuani. Así, los espectros de zircones detríticos de las areniscas del Grupo Mitu cerca de la ciudad de Abancay (13. 6 °S; 72.9°O) indican edades de 225 Ma que se interpreta como el inicio de la sedimentación de esta unidad (Reitsma et al., 2010 ). La edad de base del Grupo Mitu es confirmada por otra datación U-Pb de 234 Ma para zircones de lava riolítica ubicada cerca de la ciudad de Sicuani (14. 3 °S;
FORMACION PISAC (PUENTE HUAMBOTIO) 16 FOTOGRAFIA 2 ✓ Se hizo reconocimiento del macizo y la matriz rocosa. ✓ Se extrajo 2 muestras, de las cuales para la determinación de las propiedades físicas fueron muestreados de la misma matriz rocosa. Algunas de estas eran diferente en composición y textura. ✓ Se etiquetó las muestras y se sacaron las coordenadas y otros datos secundarios. FOTOGRAFIA 3 : Observaciones de todos los tipos de estructuras del afloramiento de macizo rocoso.
FORMACION PISAC (PUENTE HUAMBOTIO) 17 FOTOGRAFIA 4 : Caracterizando las discontinuidades del macizo rocoso. GABINETE ✓ Realización de los diferentes ensayos para determinar las propiedades físicas de la roca. FOTOGRAFIA 5 : determinando el peso de la muestra y realización del secado de la muestra. ✓ Estructuración del informe a presentar ✓ Redacción final del informe
FORMACION PISAC (PUENTE HUAMBOTIO) 19 b) EJEMPLOS DE APLICACIONES DEL PESO ESPECIFICO O GRAVEDAD ESPECIFICA El valor de la gravedad específica es necesario para calcular la relación de vacíos de un suelo, se utiliza también en el análisis del hidrómetra y es útil para predecir el peso unitario del suelo. Ocasionalmente el valor de la gravedad específica puede utilizarse en la clasificación de los minerales del suelo, algunos minerales de hierro tienen un valor de gravedad específica mayor que los provenientes de sílice.
❖ Es el muestreo e investigación de suelos y rocas con base en procedimientos normales, mediante los cuales deben determinarse las condiciones de los suelos y rocas. FINALIDAD Y ALCANCE Establecer los procedimientos adecuados de muestreo de suelos y rocas, que permitirán la correlación de los respectivos datos con las propiedades del suelo, tales como plasticidad, permeabilidad, peso unitario, compresibilidad, resistencia y gradación; y de la roca, tales como resistencia, estratigrafía, estructura y morfología. REFERENCIAS NORMATIVAS: ASTM D 420: Standard Guide to Site Characterization for Engineering Design and Construction Purposes ❖ Deben obtenerse muestras representativas de suelo o roca, o de ambos, de cada material que sea necesario para la investigación. El tamaño y tipo de la muestra requerida, depende de los ensayos que se vayan a efectuar y del porcentaje de partículas gruesas en la muestra, y las limitaciones del equipo de ensayo a ser usado. Nota 1. El tamaño de las muestras alteradas, en bruto, puede variar a criterio del responsable de la investigación. Debe identificarse cuidadosamente cada muestra con la respectiva perforación o calicata y con la profundidad a la cual fue tomada. Colóquese una identificación dentro del recipiente o bolsa, ciérrese en forma segura, protéjase del manejo rudo y márquese exteriormente con una identificación apropiada. Guárdense muestras para la determinación de la humedad natural en recipientes de cierre hermético para evitar pérdidas de la misma. Cuando el secado de muestras puede afectar la clasificación y los resultados de los ensayos, las muestras deben ser protegidas para la pérdida de humedad. Deberá tomarse muestras de suelo y agua para determinar la acidez, el pH y el contenido de compuestos metálicos del material, cuando pueda esperarse que causen un cambio inaceptable en su medio ambiente. El tamaño de la muestra no deberá ser menor de 2,5 kg. CLASIFICACION DEL MATERIAL. Las muestras para ensayos de suelos y rocas deberán enviarse al laboratorio para los ensayos de clasificación física y mecánica respectiva, de acuerdo con las instrucciones del especialista geotécnico. Las muestras para los materiales pétreos a utilizarse en la elaboración de concretos asfálticos, deben provenir de materiales procesados en planta o laboratorio, y servirán como mínimo para la realización de los siguientes ensayos:
FORMACION PISAC (PUENTE HUAMBOTIO) 20 ❖ Petrografía, difracción de rayos X y polaridad de agregados (evaluación de petrografos) (1). ❖ Análisis granulométrico por tamizado MTC E 107. ❖ Análisis por hidrómetro del relleno mineral (material que pasa la malla No. 200) MTC E 109 ❖ Peso unitario y vacíos de los agregados MTC E 203. ❖ Gravedad específica y absorción de los agregados MTC E 205 y MTC E 206. ❖ Abrasión en la máquina de Los Ángeles MTC E 207. ❖ Durabilidad al sulfato de sodio y sulfato de magnesio MTC E 209. PROCEDIMIENTO: La investigación del suelo y roca comprenderá entre otros lo siguiente: ➢ Revisión de cualquier información disponible sobre la geología y la formación de la roca o del suelo, o de ambas, sobre las condiciones del nivel freático en el sitio y en las vecindades. ➢ Determinación del nivel freático y del material de fundación firme, bien sea roca o suelos de adecuada capacidad de soporte. ➢ Investigación en el sitio de los materiales superficiales y del subsuelo mediante perforaciones de percusión y lavado, rotación, barrenos manuales o mecánicos de espiral, calicatas y métodos geofísicos. ➢ Identificación del suelo y de los tipos de roca en el terreno con registros de la profundidad a la cual se presentan y de la localización de sus discontinuidades estructurales. ➢ Recuperación de muestras representativas inalteradas y remoldeadas para ensayos de caracterización del suelo o de la roca, y de los materiales para la construcción. ➢ Evaluación del comportamiento de instalaciones existentes en la vecindad inmediata del sitio propuesto, con respecto al material de fundación y el medio ambiente. ➢ Instrumentación en el sitio para medir movimientos por medio de inclinómetro, placa de asentamiento, etc. MTC E 117 ENSAYO PARA DETERMINAR LA DENSIDAD Y PESO UNITARIO DEL ROCAS INSITU MEDIANTE EL METODO DEL CONO DE ARENA OBJETO 1.1 Establecer el método de ensayo estándar para determinar la densidad y peso unitario del suelo insitu mediante el método del cono de arena. FINALIDAD Y ALCANCE ➢ Este método es usado para determinar la densidad de suelos compactados que se encuentran en el lugar durante la construcción de terraplenes de tierra, capas de rodadura, rellenos de carreteras y estructuras de contención. Es comúnmente utilizado como base de aceptación para suelos compactados a una densidad específica o a un porcentaje de densidad máxima determinada por un método de ensayo normado. ➢ Este método puede ser usado para determinar la densidad in-situ de depósitos de suelos naturales, agregados, mezcla de suelos u otro material similar. ➢ Este método de ensayo se aplica a suelos que no contengan una cantidad excesiva de roca o materiales gruesos con un diámetro mayor a 1 ½ pulg (38 mm). ➢ Esta norma también puede utilizarse para determinarla densidad y el peso unitario de suelos inalterados o suelos in-situ, que contengan vacíos naturales o cuando los poros sean lo suficientemente pequeños para prevenir que la arena usada en el ensayo penetre en los vacíos Naturales. El suelo u otro material que esté sometido a prueba