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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA TRABAJO DE CAMPO N°1
Esaú Vargas S.
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA
TRABAJO DE CAMPO N°1
CURSO:
MECÁNICA DE ROCAS
DOCENTE:
ING. DIANA CALDERÓN CAHUANA
ALUMNOS:
VARGAS SUMARRIVA, Esaú 20094135G
VEGA TORRES, Jean Pierre 20101090J
ALCARRAZ MUCHA, Frank 20102519J
CHAVARRÍA CORMAN, Eder 20101107J
CASTAÑEDA MONZÓN, Alex 20101152E
FECHA:
09/10/2014
2014
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pág. 1
INDICE 1. OBJETIVOS ................................................................................................................... 2
2. FUNDAMENTO TEÓRICO ............................................................................................... 2
2.1 Características de discontinuidades ............................................................................ 4
2.2 Orientación de discontinuidades ................................................................................. 4
2.3 Formas de rotura en taludes rocosos .......................................................................... 5
3. DESCRIPCIÓN DEL CAMPO ............................................................................................ 6
4. PROCEDIMIENTO DE LA TOMA DE DATOS ................................................................... 10
4.1 ORIENTACIÓN DE LAS DISCONSTINUIDADES .............................................................. 10
5. PRESENTACION DE DATOS TOMADOS EN CAMPO ....................................................... 18
5.1 PARAMETROS TOMADOS EN CAMPO PARA LA DETERMINACION DE LOS INDICES
GEOMECANICOS DEL MAZICO ROCOSO .......................................................................... 18
5.2 DISCONTINUIDADES TOMADOS EN CAMPO DEL MACIZO ROCOSO............................. 19
6. ANALISIS DE LOS PARAMETROS PARA LA DETERMINACION DE LOS INDICES
GEOMECANICOS DEL MAZICO ROCOSO .............................................................................. 24
6.1 DETERMINACION DEL RMR 1989 ............................................................................... 24
6.2 DETERMINACION DEL SMR 1989 ............................................................................... 25
7. ANALISIS DE LAS ORIENTACIONES DE LAS DISCONTINUIDADES TOMADAS EN CAMPO
CON EL PROGRAMA DIPS ................................................................................................... 28
8. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ....................................................................... 30
9. BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................................ 30
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1. OBJETIVOS Clasificar el macizo rocoso de la UNI a través del sistema de macizos rocosos RMR.
Comprender los manejos básicos del programa DIPS para la clasificación.
2. FUNDAMENTO TEÓRICO Desarrollado por Bieniawski, (1989) constituye un sistema de clasificación de macizos rocosos que permite a su vez relacionar índices de calidad con parámetros de diseño y de sostenimiento de túneles. El parámetro que define la clasificación es el denominado índice RMR (ROCK MASS RATING), que indica la calidad del macizo rocoso en cada dominio estructural a partir de los siguientes parámetros: 1.-Resistencia a la compresión simple de la matriz rocosa. 2.-R.Q.D. Grado de fracturación del macizo rocoso. La calidad de roca R.Q.D se puede determinar:
Trozos de rocas testigos mayores de 10cm recuperados en sondeos. Número total de discontinuidades que interceptan una unidad de volumen (1m3) del
macizo rocoso, definido mediante el parámetro Jv. Teóricamente a partir de la densidad de las discontinuidades o frecuencia de las
discontinuidades (λ) por Hudson, 1989.
El valor obtenido en las formulas A, B o C son comparados con la siguiente tabla:
Asimismo, se puede buscar la valoración para el RQD, a partir del siguiente gráfico:
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3.-Espaciado de las discontinuidades. 4.-Condiciones de las discontinuidades, el cual consiste en considerar los siguientes parámetros:
Abertura de las caras de la discontinuidad. Continuidad o persistencia de la discontinuidad. Rugosidad. Alteración de la discontinuidad. Relleno de las discontinuidades.
5.-Presencia del Agua, en un macizo rocoso, el agua tiene gran influencia sobre su comportamiento, la descripción utilizada para este criterio son: completamente seco, húmedo, agua a presión moderada y agua a presión fuerte. 6.-Orientación de las discontinuidades. Para obtener el Índice RMR de Bieniawski se realiza lo siguiente:
Se suma los 5 variables o parámetros calculados, eso da como resultado un valor índice (RMR básico)
El parámetro 6 que se refiere a la orientación de las discontinuidades respecto a la
excavación. El valor del RMR varía entre 0 a 100
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2.1 Características de discontinuidades
Orientación y número de discontinuidades Orientación y número de discontinuidades
Frecuencia o espaciado de las juntas (distancia entre dos discontinuidades)
Grado de apertura o separación (abierto o cerrado)
Extensión, persistencia, continuidad
Rugosidad o textura superficial (pulida, lisa o rugosa) y
relleno (sin o con relleno, tipo de relleno)
2.2 Orientación de discontinuidades
Para la valoración de este parámetro se debe clasificar la roca de acuerdo al rumbo y
buzamiento con respecto a la obra civil que se va a ejecutar, esta clasificación se
especifica a continuación:
Tabla de clasificación para la determinación de los buzamientos con respecto al efecto
relativo con relación al eje de la obra.
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2.3 Formas de rotura en taludes rocosos
Roturas planas, “plane” según juntas predominantes y/o continuas que buzan hacia el talud.
Roturas en cuña, “wedge” según dos juntas de diferentes familias cuya intersección buce hacia el talud.
Roturas por vuelco, “toppling” según una familia de juntas predominantes y/o continuas que buzan contra el talud y cuyo rumbo es casi paralelo al de la cara del talud.
Roturas globales (tipo suelo) según superficies que pueden desarrollarse parcialmente a lo largo de juntas.
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3. DESCRIPCIÓN DEL CAMPO
La zona de trabajo está ubicada en el cerro de arrastre dentro del campus de la UNI. Cuyas coordenadas aproximadas son 277196.00 E 8670446.00 S UTM zona 18L
El acceso a la zona estudiada es por una carretera escarpada. Que se encuentra tras la facultad de Ingeniería de Minas.
Esta presencia geológica forma parte de las estribaciones de la costa, cuya cadena montañosa divide geográficamente los distritos del Rímac e Independencia.
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Otra característica resaltante es que se puede ver la continuidad hacia el océano en forma de LOMOS, característicos también en Chorrillos.
Podemos apreciar los TALUDES realizados por los trabajos de construccion del lab de la facultad de minas(parte baja) y el talud debido al acceso a las zonas elevadas del cerro.
Este cerro es fuente de aprendizaje a los estudiantes de diversas facultades, tales como su exploración y modelado
TERRENO NATURAL
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MODELADO DEL TERRENO
CONTRUCCION ANTIGUA
MACISO ROCOSO
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Estructura del trabajo, es sobre un talud cuya pendiente es casi vertical.
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Aca se muestra el trabajo realizado hallando las direcciones de los distintos planos y luago a ser procesados por el DIPS
4. PROCEDIMIENTO DE LA TOMA DE DATOS El material utilizado fue una brújula, tiza y una cinta métrica para la marcación de rumbo y la
dirección del buzamiento.
4.1 ORIENTACIÓN DE LAS DISCONSTINUIDADES
Para el caso de las discontinuidades lo más habitual es definirlas mediante el rumbo y la
pendiente del plano con la horizontal (buzamiento).
Para realizar la medida del rumbo se coloca la brújula en posición horizontal hasta que el la
burbuja en los niveles se encuentren lo suficientemente alineada al centro de cada una, cundo
se logre una adecuada posición de la burbuja, se procede a dar lectura a la brújula la cual nos
indicara el rumbo de la discontinuidad.
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Para localizar la dirección de buzamiento se traza una línea perpendicular a la línea marcada con
la tiza, luego se coloca la brújula apoyada sobre uno de sus bordes este u oeste dependiendo de
la posición del lector, sobre la línea perpendicular trazada que nos indica la dirección de
buzamiento
En el caso de que la discontinuidad buce hacia fuera (hacia fuera del talud), la medida de la aguja
que marca al norte será la dirección de buzamiento de la discontinuidad, en el caso de que la
discontinuidad buce hacia el macizo, la dirección de buzamiento vendrá marcada por la aguja
que buza al sur.
Finalmente el procedimiento se repite para cada una de las discontinuidades encontradas en el
macizo rocoso a estudiar.
RMR
El procedimiento de recoleccion de datos del se dio atravez de uso de las tablas para la
designacion de cada uno de los valores que se aplican a la formula final de RMR
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Para ello se realizo tambien el calculo del RQD usando la siguientes formula
𝑅. 𝑄. 𝐷 = 115 – 3.3 × 𝐽𝑣
El valor obtenido en la formula anterior puede ser comparado con la siguiente tabla:
Índice de Calidad Calidad
R.Q.D. (%)
0 -25 Muy mala
25 – 50 Mala
50 – 75 Regular
75 – 90 Buena
90 - 100 Excelente.
El parámetro que define la clasificación es el denominado índice RMR ( ROCK MASS RATING ),
que indica la calidad del macizo rocoso en cada dominio estructural a partir de los siguientes
parámetros:
1. Resistencia a la compresión simple de la roca intacta, es decir de la parte de la roca que
no presenta discontinuidades estructurales.
2. R.Q.D. este parámetro se considera de gran interés, para seleccionar el revestimiento
de los túneles.
3. Espaciado de las diaclasas o discontinuidades, que es la distancia medida entre los
planos de discontinuidad de cada familia.
4. Naturaleza de las Diaclasas el cual consiste en considerar los siguientes parámetros:
Apertura de las caras de la Discontinuidad.
Continuidad de las Diaclasas o discontinuidad según su rumbo y buzamiento.
Rugosidad.
Dureza de las caras de la Discontinuidad.
Relleno de las Juntas.
5. Presencia del Agua, en un macizo rocoso diaclasado, el agua tiene gran influencia sobre
su comportamiento, la descripción utilizada para este criterio son: completamente seco,
húmedo, agua a presión moderada y agua a presión fuerte.
6. Orientación de las discontinuidades.
Para obtener el Índice RMR de Bieniawski se realiza lo siguiente:
Se suma los 5 variables o parámetros calculados, eso da como resultado un valor índice.
El parámetro 6 que se refiere a la orientación de las discontinuidades, esta clasificación
considera que este parámetro es desfavorable, por lo tanto, cuando se obtiene este valor índice
de la orientación de las discontinuidades, este se les sustrae al valor índice obtenido cuando se
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suma los 5 primeros parámetros, al realizar dicha operación se obtiene el ÍNDICE RMR y se busca
ese valor en la tabla que más adelante en la guía se describe.
1ER PARÁMETRO CLASIFICACIÓN POR RESISTENCIAS DE ROCAS SANAS
Índice del ensayo de carga
puntual (MPa)
Resistencia a Compresión
Simple RCS (MPa)
Puntaje
>10 > 250 15
4-10 Mpa 100 - 250 12
2 - 4 Mpa 50 - 100 7
1 - 2 Mpa 25 - 50 4
-- 5 - 25 2
-- 1 - 5 1
-- < 1 0
2DO PARÁMETRO PARA CALCULAR EL RMR. CALCULO DE R.Q.D.
El R.Q.D. se calcula como se indicó anteriormente cuando se tiene el valor, se debe buscar el
índice para el cálculo del RMR, y para ello se utiliza la siguiente tabla:
R.Q.D. % Puntaje
90 - 100 100
75 - 90 90
50 -75 13
25 - 50 50
< 25 3
3ER PARÁMETRO PARA CALCULAR EL RMR. ESPACIAMIENTO DE LAS DISCONTINUIDADES.
El espaciamiento de las discontinuidades está clasificada según la tabla que a continuación se
expresa:
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Espaciami
ento [m] Puntaje
>2 20
0,6 – 2,0 15
0,2 – 0,6 10
0,06 – 0,2 8
< 0,06 5
4TO PARÁMETRO PARA CALCULAR EL RMR. NATURALEZA DE LAS JUNTAS.
Tabla N° 1 muestra la clasificación según las aberturas de las discontinuidades
GRADO DESCRIPCIÓN
SEPARACIÓN
DE LAS
CARAS
RANGO
RMR
1 Abierta > 5mm 0
2 Moderadamente
abierta 1 – 5 mm 1
3 Cerrada 0.1 – 1 mm 4
4 Muy cerrada < 0.1 mm 5
5 No tiene 0 6
Tabla N° 2 muestra la clasificación según la continuidad de las discontinuidades
Grado Descripción Continuidad Rango RMR
1 Muy pequeña < 1 mts 6
2 Pequeña 1 – 3 mts. 4
3 Media 3 – 10 mts. 2
4 Alta 10 – 20 mts. 1
5 Muy alta > 20 mts. 0
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Tabla N° 3 muestra la clasificación según la Rugosidad de las discontinuidades
Grado Descripción Rango RMR
1 Muy rugosa 6
2 Rugosa 5
3 Ligeramente rugosa 2
4 Suave 1
5 Espejo de falla 0
Tabla N° 4 muestra la clasificación según el relleno de las discontinuidades
Grado Descripción Rango RMR
1 Relleno blando > 5 mm 0
2 Relleno blando < 5mm 2
3 Relleno duro > 5mm. 2
4 Relleno duro < 5 mm 4
5 ninguno 6
Tabla N° 5 muestra la clasificación según la meteorización de las discontinuidades
Grado Descripción Rango RMR
1 Descompuesta 0
2 Muy meteorizada 1
3 Moderadamente meteorizada 3
4 Ligeramente meteorizada 5
5 No meteorizada 6
Para calcular el Puntaje según la naturaleza de las Discontinuidades se calcula la suma de los RMR obtenidos en las 5 tablas descritas anteriormente.
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5TO PARÁMETRO PARA CALCULAR EL RMR. SEGÚN LA PRESENCIA DEL AGUA. Para calcular el RMR según la presencia del agua se toma como referencia la tabla que a continuación se especifica.
Tabla para obtener el rango RMR según el parámetro de la presencia del agua
Grado Descripción Rango RMR
1 Completamente seco 15
2 Semi húmedo 10
3 húmedo 7
4 Mojado 4
5 Flujo de agua 0
6TO PARÁMETRO PARA CALCULAR EL RMR. SEGÚN LA ORIENTACIÓN DE LAS DISCONTINUIDADES (Rumbo y Buzamiento). Para calcular este Rango RMR se debe clasificar la roca de acuerdo al rumbo y buzamiento con respecto a la obra civil que se va a ejecutar, esta clasificación se especifica a continuación: Tabla de clasificación para la determinación de los buzamientos con respecto al efecto relativo con relación al eje de la obra.
Rumbo Perpendicular al Eje de la
obra Rumbo Paralelo al Buzamiento
Eje de la obra 0 -20°
Dirección según Dirección contra Independiente
buzamiento buzamiento del Rumbo.
Buzam Buzam Buzam Buzam Buzam Buzam
45° - 90° 20° - 45° 45° - 90° 20° - 45° 45° - 90° 20° – 45°
Muy favorable regular desfavorable Muy Regular desfavorable favorable desfavorable
Cuando se tiene la calificación del rumbo y buzamiento de la roca con respecto al eje de la
obra, se procede a calcular con ese calificativo, el Rango RMR, dependiendo del tipo de obra
civil a ejecutar.
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Tabla N° 1 Rango RMR para obras de tipo Túneles y Minas.
Calificativo Rango RMR
Muy favorable 0
Favorable -2
Regular -5
Desfavorable -10
Muy desfavorable -12
Tabla N° 2 Rango RMR para obras de tipo Fundaciones.
Calificativo Rango RMR
Muy favorable 0
Favorable -2
Regular -7
Desfavorable -15
Muy desfavorable -25
Tabla N° 3 Rango RMR para obras de tipo Taludes.
Calificativo Rango RMR
Muy favorable 0
Favorable -5
Regular -25
Desfavorable -50
Muy desfavorable -60
Este puntaje 6 se le debe restar a la suma de los otros 5 puntajes descritos anteriormente y el
resultado es el ÍNDICE RMR general del macizo rocoso.
Al obtener ese índice de RMR, se busca en la tabla que a continuación se especifica.
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Calidad del macizo rocoso con relación al Índice RMR
CLASE CALIDAD VALORACIÓN RMR COHESIÓN ÁNGULO DE ROZAMIENTO
I Muy buena 100-81 4 Kg/cm2 > 45º
II Buena 80-61 3– 4 Kg/cm2 35º - 45º
III Media 60-41 2– 3 Kg/cm2 25º - 35º
IV Mala 40-21 1– 2 Kg/cm2 15º- 25º
V Muy mala < 20 < 1 Kg/cm2 <15º
5. PRESENTACIÓN DE DATOS TOMADOS EN CAMPO 5.1 PARÁMETROS TOMADOS EN CAMPO PARA LA DETERMINACIÓN DE LOS ÍNDICES
GEOMECÁNICOS DEL MAZICO ROCOSO
1 Resistencia
del Material
de roca
intacta
Índice de Resistencia a
la carga puntual (Mpa)
Resistencia Compresiva
Uniaxial (Mpa)
60
2 Calidad del Testigo de Perforación
20 RQD (%)
3 Espaciamiento de discontinuidades (m) 0.15
4
Condición
de las
disconti-
nuidades
Longitud de la disconti-
nuidad (m)
0.5
Separación (mm) 2
Rugosidad ligeramente
Relleno (mm) ninguno blando
Meteorización moderadamente
5 Agua Sub-
terranea
Condiciones Generales
completamente seco
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5.2 DISCONTINUIDADES TOMADOS EN CAMPO DEL MACIZO ROCOSO
Discontinuidades tomadas de 0 a 5 metros (primer tramo)
N°Punto Buzamiento Direc. Buzamiento
1 56 320
2 59 318
3 71 324
4 65 293
5 70 295
6 86 288
7 62 272
8 50 322
9 85 255
10 85 313
11 90 323
12 63 304
13 56 314
14 78 240
15 63 290
16 46 300
17 48 292
18 25 302
19 32 302
20 51 300
21 54 299
22 49 295
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Discontinuidades tomadas de 5 a 10 metros (segundo tramo)
N°Punto Buzamiento Direc. Buzamiento
1 52 294
2 47 291
3 45 305
4 51 299
5 78 231
6 48 224
7 53 302
8 61 220
9 49 324
10 55 323
11 82 352
12 75 212
13 45 309
14 86 224
15 58 226
16 50 237
17 70 234
18 89 155
19 62 286
20 59 289
21 55 295
22 74 344
23 56 291
24 74 333
25 79 350
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Discontinuidades tomadas de 10 a 15 metros (tercer tramo)
N°Punto Buzamiento Direc. Buzamiento
1 51 296
2 43 303
3 55 307
4 64 295
5 65 291
6 63 318
7 65 292
8 89 334
9 65 299
10 55 318
11 61 288
12 90 240
13 65 276
14 90 15
15 88 339
16 49 327
17 44 340
18 42 322
19 90 248
20 90 15
21 35 311
22 85 2
23 74 358
24 89 330
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Discontinuidades tomadas de 15 a 20 metros (cuarto tramo)
N°Punto Buzamiento Direc. Buzamiento
1 37 272
2 84 198
3 64 307
4 47 316
5 39 323
6 38 318
7 44 333
8 42 326
9 43 330
10 41 332
11 45 320
12 46 323
13 46 324
14 52 323
15 44 325
16 51 320
17 44 322
18 76 334
19 54 293
20 70 342
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Discontinuidades tomadas de 20 a 25 metros (quinto tramo)
N°Punto Buzamiento Direc. Buzamiento
1 30 320
2 30 315
3 30 320
4 30 310
5 32 315
6 85 285
7 45 313
8 56 298
9 30 320
10 46 313
11 30 325
12 30 315
13 45 315
14 58 285
15 40 320
16 30 315
17 60 230
18 35 304
19 75 350
20 80 145
21 45 306
22 80 135
23 80 135
24 80 135
25 80 130
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6. ANÁLISIS DE LOS PARÁMETROS PARA LA DETERMINACIÓN DE LOS
ÍNDICES GEOMECÁNICOS DEL MAZICO ROCOSO
6.1 DETERMINACION DEL RMR 1989
A. PARAMETROS DE CLASIFICACION
1 Resistencia
del Material
de roca
intacta
Índice de Resistencia a
la carga puntual (Mpa)
Resistencia Compresiva
Uniaxial (Mpa)
40
2 Calidad del Testigo de Perforación
30 RQD (%)
3 Espaciamiento de discontinuidades (m) 0.15
4
Condición
de las
disconti-
nuidades
Longitud de la disconti-
nuidad (m)
0.5
Separación (mm) 0.5
Rugosidad ligeramente
Relleno (mm) ninguno blando
Meteorización moderadamente
5 Agua Sub-
terranea
Condiciones Generales
completamente seco
De la cual de los parámetros presentados obtenemos el RMR básico:
RMR BASICO = 53
26 80 130
27 64 317
28 89 135
29 55 285
30 46 208
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B. AJUSTE POR ORIENTACION DE LAS DISCONTINUIDADES
6 Aplicación de Ingeniería Rumbo y buzamiento
de las discontinuidades
TALUDES REGULAR
RMR FINAL = 33
C. CLASE DEL MACIZO ROCOSO
* Clase N° IV
* Descripción Roca mala
* Tiempo promedio de permanencia sin sost. 10 HORAS PARA 2.5m DE ABERT.
* Cohesión del macizo rocoso (kPa) 100 - 200
* Angulo de fricción del macizo rocoso (°) 15 - 25
6.2 DETERMINACION DEL SMR 1989
Se determinara con la siguiente expresión para realizar el ajuste por orientación de
discontinuidades.
Aplicación: Corte de talud
Dirección estimada del talud en estudio: N40ºE
Buzamiento estimado del talud en estudio: 72º
Con la ayuda del Dips encontramos la orientación de la familia principal de discontinuidades
del macizo rocoso y el ángulo de intersección de los direcciones entre el talud y la familia
principal de discontinuidades.
Dirección de buzamiento la discontinuidad en estudio: 320º
Buzamiento de la discontinuidad en estudio: 44º
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Figura 4.1. Determinación de familia principal de discontinuidades
. Figura 4.2. Determinación del ángulo de intercepción entre la orientación de la familia principal y la dirección
del talud.
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CÁLCULO DEL SMR
Funciones continuas según Tomás-2007
Localización:
A = Ángulo entre la dirección de buzamiento del talud y de la discontinuidad.
B = Ángulo de buzamiento de la discontinuidad.
C = Ángulo de buzamiento de la junta menos el del talud.
DATOS
Ängulos F1
A = 83 0.15
F2
B = 44 0.91
F3 - Planar F3 - Vuelco
C = -28 -59.32 -0.20
F1*F2*F3 = -8.20 -0.03
F4 = 0
RMRb = 53
RESULTADOS
PLANAR VUELCO
SMR = 44.8 53.0
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7. ANALISIS DE LAS ORIENTACIONES DE LAS DISCONTINUIDADES
TOMADAS EN CAMPO CON EL PROGRAMA DIPS
Ingreso de datos al software de Dips
Luego procedemos a plotear los polos de dichas discontinuidades.
Figura 4.3. Diagrama de frecuencias de polos
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Figura 4.4. Diagrama de contornos
Determinación de la orientación de la familia principal de discontinuidades
Figura 4.5. Orientación de la familia principal de discontinuidades.
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8. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Algunos errores observados para la toma de datos están dados por la linealidad en el
trazo de la referencia en conjunto con la brújula.
Otro error observado es la perpendicularidad con la que se traza a supuesta dirección
del buzamiento.
Del macizo rocoso se concluye que no tiene la calidad suficiente para obras de
cimentación ni presenta estabilidad para tenerlo como un talud de terreno natural.
9. BIBLIOGRAFÍA
Bieniawski, Z.T. (1989). Engineering Rock Mass Classifications. John Wiley & Sons
Hoek, E. and Brown, E. T. (1980). Underground Excavation in Rock. Stephen Austin and Sons Ltd.,Hertford, England.
Gonzáles de Vallejo, L., Ferrer, M., Ortuño, L., y Oteo, C. (2004) Ingeniería Geológica. Pearson Educación.