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INTRODUCCION Se acepta que fue Terzaghi (1946) quien propuso la primera clasificación del terreno orientada a la construcción de túneles. Sus datos provenían de túneles sostenidos fundamentalmente por cerchas metálicas. A partir de los años 50 fue generalizándose la utilización del bulonado y el hormigón proyectado en la construcción de túneles para usos civiles. La clasificación de Lauffer de 1958 refleja perfectamente el uso combinado de cerchas, bulonado y hormigón proyectado en la construcción de túneles en roca. Esta clasificación está, por otra parte, muy vinculada al surgimiento del Nuevo Método Austriaco (NATM) en Centroeuropa. Su utilización requiere, sin embargo, la experiencia directa en obra y es poco práctica en las fases de proyecto y anteproyecto. Las que podemos denominar clasificaciones modernas (Sistema RMR (Bieniawski) y Q (Barton)) intentan un mayor grado de objetividad. Se trata en los dos casos de combinar atributos del macizo rocoso (de tipo geológico, geométrico y tensional) en un número único relacionado con la calidad global de la roca. A su vez, este número permite, a través de la experiencia recogida en su utilización en casos reales, la definición de un sostenimiento del túnel y la estimación de otros parámetros o datos de interés (resistencia del macizo rocoso, tiempo de estabilidad de una excavación no sostenida, etc.) La descripción y clasificación física y mecánica de un macizo rocoso es de gran importancia debido a la gran cantidad de obras que sobre estos se desarrollan, por tal motivo se hace necesario realizar una serie de estudios y pruebas con el fin de conocer las características del material sobre el cual se planea la obra de ingeniería. Tales estudios se complementan con estudios geológicos locales y en algunos casos regionales según sea la magnitud del proyecto, detallando en aspectos de tipo estructural (fallas, pliegues, formaciones, etc.). En el presente informe se explicara los pasos para hallar el número de familias en una roca, así como sus definiciones y aportes para el entendimiento del lector. Asimismo aprendimos como medir el rumbo y buzamiento de fallas y diaclasas, todos estos procedimientos fueron realizados con ayuda de una brújula.

OBJETIVOS INFORME DE MECANICA DE ROCAS

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- Reconocimiento de fallas y diaclasas además de presenciar su influencia sobre la región visitada. - Ser parte de una exploración, interactuar y dar el primer paso para el desarrollo de nuestra profesión, que según la escuela profesional, irá desde experiencias hasta un grado mayor de evaluación a nuestras capacidades, aptitudes y vocación para el futuro. - Motivar al grupo de alumnos en el estudio de la GEOLOGÍA como una herramienta importante en el desenvolvimiento profesional y su aplicación en las distintas ramas de la ingeniería.

CAPITULO 1: GENERALIDADES

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Resumen

El pasado 29 de octubre se inició el proyecto de elaboración de informes de líneas de detalle y dando por concluido el 27 de diciembre por encargo del Ing. Yonathan Aguirre, se realizó un estudio geo mecánico, en el CERRO ARRASTRE, ubicado dentro del perímetro de la Universidad Nacional de Ingeniería (UNI) en el distrito de Rímac, provincia y departamento de Lima. El proyecto consiste en la elaboración de líneas de detalles con 100 puntos de discontinuidades, para realizar un mapeo geo mecánico y la aplicación del RQD, RMR y GSI, esto nos permite comprender y analizar el comportamiento del macizo rocoso. A su vez el estudio se realizó en tres sesiones para tener un mejor detalle y entendimiento de las mismas.

Primera Visita: Siendo el día sábado 29 de octubre a las 9 am , nos dirigimos al cerro arrastre con el ing. Yonathan Aguirre Gonzales, donde él Ingeniero se encargó de explicarnos el uso adecuado de las herramientas (wincha, picota, brújula Brunton) para determinar el comportamiento de las discontinuidades. Segunda Visita: El sábado 12 de noviembre a las 10 am, regresamos al mismo punto de estudio para continuar con 25 puntos más del trabajo. A su vez el grupo de trabajo de reunió para dar más detalle sobre la investigación. Tercera Visita: El sábado 3 de diciembre a horas 10 am realizamos la última visita llegando a concluir con la investigación en curso de los 50 puntos restantes.

UBICACIÓN Y ACCESO Para llegar al cerro ARRASTRE, ingresamos por la puerta nro. 3 de la Universidad Nacional Ingeniería continuando con el recorrido nos dirigimos a la loza deportiva de la facultad de INFORME DE MECANICA DE ROCAS

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Universidad Nacional de Ingeniería Centro de Formación Técnica Minera ingeniería de minas y luego nos dirigimos por el acceso al ex planta procesadora de minerales para llegar al área de investigación.

MARCO GEOLOGICO GEOLOGIA REGIONAL Desde el punto de vista geomorfológico el área de Lima Metropolitana, se encuentra rodeada por colinas y montañas, con laderas de pendiente moderada a fuerte. La mayoría de los afloramientos INFORME DE MECANICA DE ROCAS

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Universidad Nacional de Ingeniería Centro de Formación Técnica Minera corresponden a rocas intrusivas tipo granodioritas y dioritas, seguidas por rocas volcánicas y en menor cantidad por rocas sedimentarias tipo calcáreas, lutitas y areniscas. Se encuentran disectados por los ríos Lurín, Rímac y Chillón y quebradas afluentes (río Seco, Huaycoloro, Jicamarca, Canto Grande, Collique, Caballero, Torre Blanca, etc) y en su desembocadura se han formado conos y terrazas extensas, donde se ha ubicado gran parte de la ciudad. El río Rímac, se empieza a abrir desde el sector de Chaclacayo hasta llegar a inmediaciones del Puente del Ejército, donde se han formado una extensa llanura inundable, en gran parte del tramo mencionado se ha controlado la inundación fluvial. Entre el tramo de Puente del EjércitoMorales Duárez (Carmen de la Legua), el río ha sufrido un rejuvenecimiento, formando un encañonamiento, predominando la erosión fluvial. Actualmente este tramo en parte se ha protegido con enrocado. El río en tiempos de crecidas excepcionales aumenta su poder erosivo, y en zonas no protegidas se pueden generar derrumbes. En el tramo Carmen de la Legua por los años 80 se generaron inundaciones, actualmente se ha construido diques en ambas márgenes como defensas ribereñas, y hay una constante limpieza del cauce, para evitar su colmatación. En lo que respecta al río Chillón se observa ha formado una extensa llanuras de inundación desde el sector de Trapiche hasta su desembocadura. Parte del cauce se ha canalizado con la construcción de diques en ambas márgenes. El río Lurín desde el sector de Puente de Manchay al sector de Picapiedra, recibe aporte de sus quebradas afluentes, donde se generan flujos de detritos de carácter excepcional. En este sector se forman terrazas bajas muy susceptibles a ser inundables. Siguiendo aguas abajo se observan en ambas márgenes, quebradas secas solo activas durante el fenómeno EL NIÑO. Primer Reporte de Zonas críticas por peligros geológicos en Lima Metropolitana INGEMMET DGAR En las quebradas Canto Grande, Collique, sector de Carabayllo, se observó rocas intrusivas de pendientes fuertes con procesos de erosión esferoidal que generan bloques sueltos. Por ello el área es susceptible a caídas de rocas por sismos, precipitaciones pluviales excepcionales o acción antrópica. El cerro arrastre está situado en las instalaciones de la UNI, en el distrito de Rímac, provincia y departamento de Lima. GEOLOGIA LOCAL La LITOLOGIA de la zona de estudio está conformado por rocas sedimentarias como lutitas,

areniscas y conglomerados; rocas metamórficas, cuarcitas y pizarras con abundancia de silicatos, esta alteración es producida por su bajo grado de metamorfismo.

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Pizarras A su vez encontramos cuerpos de óxidos en los que encontramos minerales como

Hematitas y Limonitas.

Hematitas

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CAPITULO 2: CONCEPTOS BÁSICOS SISTEMA RMR (Bieniawski 1973, 1989) La clasificación geo mecánica RMR, también conocida como clasificación geo mecánica de Bieniawski, fue presentada por el Ingeniero Bieniawski en 1973 y modificada sucesivamente en 1976, 1979, 1984 y 1989. Permite hacer una clasificación de las rocas 'in situ' y estimar el tiempo de mantenimiento y longitud de un vano. Se utiliza usualmente en la construcción de túneles, de taludes y de cimentaciones. Consta de un índice de calidad RMR (Rock Mass Rating), independiente de la estructura, y de un factor de corrección. 1

En este sistema el índice RMR se obtiene como suma de cinco números que son a su vez función de: • La resistencia a compresión simple de la roca matriz • RQD • Espaciamiento de las discontinuidades • Condición de las discontinuidades • Condición del agua • Orientación de las discontinuidades

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Una vez que se obtiene el RMR básico (un número entre 0 y 100), Bieniawski propone ajustarlo en función de la relación entre la orientación del túnel y de las discontinuidades La clasificación RMR proporciona también la calidad global de la roca, que se agrupa en cinco categorías y una indicación del tiempo de estabilidad de una excavación libre (concepto original de Lauffer) de la cohesión de la roca y de su ángulo de fricción.

A. PARÁMETROS DE CLASIFICACIÓN.

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Universidad Nacional de Ingeniería Centro de Formación Técnica Minera B. CORRECIÓN POR LA ORIENTACIÓN DE LAS DISCONTINUIDADES.

C.

CLASIFICACIÓN DE LAS ROCAS.

D. CARACTERÍSTICAS GEOTÉCNICAS.

Tabla para obtener el valor del RMR.

A partir del índice RMR es posible obtener: a) Una idea del tiempo de estabilidad de excavaciones sin soporte. b) Unas recomendaciones para el sostenimiento en túneles de forma de arco de herradura 10 m de ancho, construidos por el sistema convencional (voladura) 2 siempre que la presión vertical sea inferior a 25 MPa (250 kg/cm ) equivalente a 3 2 un recubrimiento de 100 m y asumiendo una γ = 2.7 T/m ; σV = 27 kg/cm (Fig.13). c) Correlaciones con otras propiedades del macizo rocoso. Algunas correlaciones ya formaban parte de la clasificación original.

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Guía para la excavación y soporte en túneles y obras de donde la condición de la roca es importante. (Según Bieniawski)

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SISTEMA Q (BARTON) El índice Q se obtiene mediante la siguiente expresión:

Donde, además del RQD, se introducen los parámetros iguales: 

Jn: parámetro para describir el número de familias de discontinuidades.



Jr: parámetro para describir la rugosidad de las juntas.



Ja: parámetro para describir la alteración de las juntas.



Jw: factor asociado al agua en juntas.



SRF factor asociado al estado tensional (zona de corte, fluencia, expansividad, tensiones “in situ”)

El rango de Variación de los parámetros es el siguiente: RQD: entre 0 y 100 Jn: entre 0,5 y 20 Jr: entre 0,5 y 4 Ja: entre 0,75 y 20 Jw: entre 0,05 y 1 SRF: entre 0,5 y 20 La asociación de factores permite dar un sentido físico a cada uno de ellos: 

RQD Jn



Jr Ja

: representa el tamaño del bloque medio. : reúne términos de rugosidad, fricción y relleno de las juntas y representa

la resistencia entre bloques.

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

Jw SRF

: combina condiciones de agua y tensión y, por tanto,

puede representar una tensión activa o eficaz. Aunque en el índice Q no se menciona explícitamente la orientación de las juntas, señalan sus autores que los valores de Jr y Ja se han de referir a la familia de juntas que con más probabilidad puedan permitir el inicio de la rotura. TABLAS USADAS PARA LA CLASIFICACIÓN DE BARTON

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Continuación del parámetro de la tabla……………….

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CLASIFICACIÓN DE BARTON DE LOS MACIZOS ROCOSOS. ÍNDICE DE CALIDAD Q

Macizo Rocoso Conjunto de los bloques de matriz rocosa y de discontinuidades. Mecánicamente son medios discontinuos, anisótropos y heterogéneos. Matriz Rocosa INFORME DE MECANICA DE ROCAS

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Material rocoso sin discontinuidades o bloques de roca intacta entre discontinuidades (muestra de mano o mayor). A pesar de considerarse continua es heterogénea y anisótropa, ligada a la fábrica, textura y estructura, mineral. Mecánicamente, la matriz rocosa se caracteriza por su densidad, resistencia y deformabilidad, dadas por parámetros de roca intacta: resistencia a la compresión simple (UCS) y a la tracción, módulo de Young, razón de Poisson, etc. Discontinuidad Cualquier separación en el continuo de roca que posee nula resistencia a la tracción. Puede ser de origen mecánico o sedimentario que separa bloques (o matriz rocosa): - Planos de estratificación - Diaclasas - Planos de foliación - Fallas - Vetas, etc. Características de las discontinuidades Orientación definida por: Rumbo y manteo del plano . La orientación media de cada familia o set se establece a partir de valores estadísticos: redes estereográficas (Schmidt). Rumbo: Angulo línea con el norte: Angulo línea con el norte (ortogonal al rumbo), medido en sentido horario (azimut).  1. Orientación  2. Espaciamiento  3. Persistencia INFORME DE MECANICA DE ROCAS

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     

 4. Rugosidad 5. Resistencia de las paredes 6. Apertura 7. Relleno 8. Filtraciones 9. Número de familias (sistemas) 10. Tamaño de bloques

CAPÍTULO III: CLASIFICACIÓN DE FAMILIAS POR MEDIO DEL SOFTWARE DIPS Metodología Usada El estudio geo mecánico se ha llevado a cabo mediante la técnica de Línea de Detalle el cual nos permitirá organizar datos como el Rumbo, Buzamiento, Dirección de Buzamiento para la utilización del Software Dips, con miras a determinar las familias de las discontinuidades. Este método permite además organizar datos de acuerdo a los parámetros de la clasificación R.M.R como el espaciamiento para determinar el R.Q.D de la estación en estudio, y para una posterior Zonificación geo mecánica. INFORME DE MECANICA DE ROCAS

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Para poder tomar los datos se hizo una visita de campo al cerro “ARRASTRE” para establecer las zonas más aptas para la realización del trabajo y se siguieron los siguientes pasos: 1. Visita a campo. 2. Observación de la posición y dirección de los estratos. 3. Determinación de diaclasas y toma de un número representativo de datos (dirección y buzamiento, rugosidad, espaciamiento, continuidad, infiltración, abertura.). 4. Recopilación y análisis de los datos. 5. Resultados y conclusiones. Para ello se necesitó lo siguiente:     

Brujula BRUNTON. Wincha. Picota. Tabla de datos geomecanicos. Liquid Paper, Tiza.

Para establecer las características de la distribución de discontinuidades tanto mayores como menores, el procesamiento de los datos orientacionales se realizó mediante técnicas de proyección estereográfica, utilizando el programa de computo DIPS. Aquí se incluyen a los diferentes tipos de discontinuidades registradas en toda el área de estudio: diaclasas o juntas, fallas, etc. A continuación se muestran los datos geo mecánicos: Los resultados del procesamiento de datos con el programa DIPS Versión 5.1, se presentan a continuación: respectivamente, los diagramas estereográficos de dispersión de polos, contornos y círculos máximos, y el diagrama de roseta.

DIAGRAMA DE POLOS

Se efectuó el mapeo a 100 discontinuidades.

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DIAGRAMA DE DENSIDADES INFORME DE MECANICA DE ROCAS

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DIAGRAMA ESTEREOGRÁFICO COMPÓSITO DE CONTORNOS

DIAGRAMA DE ROSETA DEL COMPÓSITO DE DISCONTINUIDADES ESTRUCTURALES INFORME DE MECANICA DE ROCAS

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RESULTADO DEL RQD

RQD = 377/786.5*100 RQD = 47.93%

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CONCLUSIONES 

De acuerdo a los datos tomados en campo y mediante la utilización del software Dips se determinaron dos familias de discontinuidades en el macizo, las cuales se pueden observar en los diagramas de polos, frecuencias y rosetas.



Según las clasificaciones RMR tiende a ser buena, Q, y el índice de calidad de la roca RQD, las propiedades geo mecánicas del macizo tienden a ser de regular calidad.



Se llegó a comprender y describir de manera simple las fallas y diaclasas existentes en las zonas. Por último, aprendimos a medir el rumbo y buzamientos de diferentes tipos de planos: Estratificación, de Falla y de Diaclasa. Todos estas mediciones lo hicimos con ayuda de una brújula (Brunton), a su vez también aprendimos a medir ángulos verticales.

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ANEXOS

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