Consideraciones_geologico-geotecnicas.pptx

Exposición brindada en el CONAEINGEO 2025

1. Consideraciones geológico-geotécnicas en suelos y rocas Laura Rojas 31 de Octubre

2. Mecánica del medio continuo Conjunto infinito de partículas , que forman un sólido o un fluido , el cual se estudiará macroscopicamente . Se consideran las fuerzas de masa y superficie . Los  postulados de Cauchy  para la  mecánica de medios continuos  son una serie de postulados de carácter matemático enunciados por el matemático francés  Augustin Louis Cauchy  sobre la actuación de  vectores  de tracción sobre una superficie. Las deducciones hechas a partir de esos postulados fundamentan parte de la teoría de  medios continuos  y  sólidos deformables . Vector tensión De cuál sea la partícula P considerada y, por tanto, de las coordenadas  r  de dicha partícula. De la orientación de la superficie (definida a través de la normal  n ) y, por tanto, de cuál sea la propia superficie de corte Centryclass , 2023

3. Teoría de Esfuerzo El tensor de esfuerzos, presenta valores con magnitud y orientación. Los esfuerzos en un punto se describen en términos de tres esfuerzos normales y seis componentes cortantes. Se puede resolver con tres esfuerzos normales principales en los que la componente de corte es cero. Considerando que la sumatoria de fuerzas y momentos =0, en equilibrio. Centryclass , 2023

4. Criterios de falla (“Criterios de fluencia) El criterio de falla puede clasificarse en dos principales: lineal y no lineal, parte de ecuaciones gobernantes, así como la consideración de la participación o no del esfuerzo intermedio principal, en un rango admisible. Elástico Plástico Mecánica de Fracturas Viscoelástico Mohr- Colulomb Hoek -Brown Superficie de fluencia Mohr-Coulomb con generatriz curva UBA, 2024

5. Principios en la mecánica de suelos Condiciones drenadas y no drenadas Las definiciones utilizadas en la mecánica de suelos están relacionadas con la facilidad y rapidez con que el agua puede moverse dentro o fuera del suelo, en comparación con el tiempo involucrado en la carga o descarga del suelo. La diferencia entre ambas condiciones es el tiempo. T99 es el tiempo requerido para que ocurra el 99 por ciento del cambio de volumen de equilibrio, D es la mayor distancia que el agua debe recorrer para salir de la masa de suelo (longitud), y cv es el coeficiente de consolidación del suelo. El esfuerzo total es la suma de todas las fuerzas, incluyendo aquellas transmitidas a través de los contactos de las partículas y aquellas transmitidas a través de las presiones del agua, dividida por el área total. El esfuerzo efectivo es igual a la tensión total menos la presión del agua. Es la fuerza transmitida a través de los contactos de las partículas, dividida por el área total. Fuentes de la resistencia del suelo Los dos factores más importantes que rigen la resistencia de los suelos son la magnitud de las fuerzas de contacto entre partículas y la densidad del suelo. Fuerzas de contacto entre partículas más grandes (valores mayores de tensión efectiva) y densidades más altas resultan en mayores resistencias. ductile (shear resistance remains high after failure) or brittle (shear resistance decreases after failure). effective normal stress 𝜎′ is given by. If the clay is normally consolidated, c′ will be equal to zero. The value of𝜙′ would probably be between 25 and 35 degrees for normally consolidated sandy or silty clay For the same reason, the tendency of heavily overconsolidated soils to dilate when sheared results in negative changes in pore pressures For the undrained case, an increase in pore pressure results in a decrease in the effective stress on the failure plane, and a lower shear strength results. Suelos parcialmente saturados presenta un componente extra debido a la succión. Es conservador ignorar esto . Duncan, 2014

6. Duncan, 2014 Modificado de Van Vliet-Lanoe , 2005) Rotura progresiva en arcillas frágiles. Lecciones de la rotura de una presa de residuos mineros

7. Suelos granulares Las características de resistencia de todos los tipos de materiales granulares (arenas, gravas y rellenos de rocas) son similares en muchos aspectos. Debido a que las permeabilidades de estos materiales son altas, generalmente están completamente drenados en el campo, como se discute en el Capítulo 3. Son materiales sin cohesión. Los factores más importantes que rigen los valores de 𝜙′ para suelos granulares son la densidad , la distribución del tamaño de grano y los factores que controlan la cantidad de fractura de partículas durante el corte, como la presión de confinamiento, los tipos de mineral, y los tamaños y formas de las partículas. Duncan, 2014

8. UBA, 2024 Talamantes, 2018

9. UBA, 2024.

10. Limos Las limos abarcan una amplia gama de comportamientos, desde un comportamiento muy similar al de las arenas finas en un extremo, hasta un comportamiento que es esencialmente el mismo que el de las arcillas en el otro extremo. Los limos no plásticos, como el limo con el que se construyó la presa Otter Brook, se comportan de manera similar a las arenas finas. Sin embargo, los limos no plásticos tienen algunas características únicas, como una menor permeabilidad, que influyen en su comportamiento y merecen una consideración especial. Un ejemplo de limo altamente plástico es el lodo de la bahía de San Francisco, que tiene un Límite Líquido cercano a 90, un Índice de Plasticidad cercano a 45, y se clasifica como MH (un limo "elástico") según el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos. El lodo de la bahía de San Francisco se comporta, para todos los efectos prácticos, como una arcilla normalmente consolidada. La perturbación durante la toma de muestras es un problema serio en los limos de baja plasticidad. Aunque estos materiales no son altamente sensibles según la medida convencional de sensibilidad (sensibilidad = resistencia no perturbada/resistencia remezclada), son muy fácilmente perturbados. En un estudio de un limo del Ártico de Alaska (Fleming y Duncan, 1990), se descubrió que la perturbación redujo las resistencias no drenadas medidas en ensayos no consolidados-no drenados hasta en un 40 por ciento, y aumentó las resistencias no drenadas medidas en ensayos consolidados-no drenados (CU) hasta en un 40 por ciento. Los limos abarcan una amplia gama de comportamientos, desde arenas finas hasta arcillas. Es útil considerar los limos en dos categorías: limos no plásticos, que se comportan más como arenas finas, y limos plásticos, que se comportan como arcillas. A menudo es difícil determinar si los limos estarán drenados o no drenados bajo condiciones de carga en el campo. En muchos casos, es prudente considerar ambas posibilidades. Arcillas Las propiedades de resistencia de las arcillas son complejas y están sujetas a cambios a lo largo del tiempo debido a la consolidación, la expansión, el desgaste, el desarrollo de superficies deslizantes y el fluencia. Las resistencias no drenadas de las arcillas son importantes para las condiciones de carga a corto plazo, mientras que las resistencias drenadas son importantes para las condiciones a largo plazo. La perturbación de las muestras de arcilla "no perturbadas" tiende a aumentar la presión del agua en los poros, lo que reduce la tensión efectiva después de la toma de la muestra. La resistencia no drenada de las arcillas es anisotrópica; es decir, varía según la orientación del plano de falla. La anisotropía en las arcillas se debe a dos efectos: la anisotropía inherente ( stiff-fisurated clays ) y la anisotropía inducida por el sistema de tensiones ( stresses during consolidation ). • For saturated clays, 𝜙 is zero, and the undrained strength can be expressed as s = su = c, 𝜙 = 𝜙u = 0. The normally consolidated peak strength, also called the fully softened strength, corresponds to strengths back-calculated from first-time slides in stiff-fissured clays • Once a failure has occurred and a continuous slickensided failure surface has developed, only the residual shear strength is available to resist sliding. Tests to measure fully softened and residual drained strengths of stiff clays can be performed on remolded test specimens. Las pruebas de corte en anillo son preferibles para medir las resistencias residuales al corte porque es posible un desplazamiento de corte ilimitado mediante rotación continua. ASTM D6467"Standard Test Method for Ring Shear Testing of Soil ", Duncan, 2014

11. UU strengths are not a good measure of strength at this site as a result of sample disturbance. Duncan, 2014

12. https://www.youtube.com/watch?v=sx555Wvmpg8

13. Relación con la resistencia al corte no drenado de campo La resistencia al corte no drenado Su aumenta con la profundidad. Esto se puede observar en pruebas de campo como la CPT. El ensayo CPT puede obtener y colectar data de manera continua cada 0.5 a 1.0 cm, a diferencia del SPT que colecta por intervalos. Cone tip resistance ( qc ) Duncan, 2014 https://www.youtube.com/watch?v=UuPNBE3rIBg&t=4015s

14. Correlaciones basados en ensayos dilatometricos Resumen de lo que se obtiene de un ensayo dilatométrico : Módulo de deformación : Rigidez del suelo frente a deformaciones. Resistencia al corte : Capacidad del suelo para resistir deslizamientos o fallas. Expansividad : Capacidad del suelo para expandirse o contraerse con cambios de humedad o carga. Módulo de elasticidad o cortante : Resistencia del suelo a deformaciones elásticas bajo cargas. Índice de compresibilidad : Capacidad del suelo para comprimirse bajo presión. Perfil de resistencia del suelo : Variación de resistencia con la profundidad. Comportamiento bajo cargas de corte : Estudio del comportamiento del suelo ante esfuerzos cortantes. Duncan, 2014

15. Principios en la geomecánica Importancia de conocer la geomecánica Duncan, 2004

16. Duncan, 2004

17. Criterio de falla de Hoek -Brown Superficie de fluencia Mohr-Coulomb con generatriz curva. UBA, 2024 Mohr-Coulomb Criterio de Hoek & Brown en Macizos Rocosos - Mecánica de Rocas

18. Fuente: 1997_Practical estimates of rock mass strength_Hoek & Brown

19. Estudio de Respuesta Peak y Post- Peak en Rocas Ígneas Región I existe un comportamiento ligeramente cóncavo. En esta región, microfallas , grietas y poros comienzan a cerrarse. La muestra presenta un comportamiento predominantemente deformable. En la Región II, el comportamiento lineal de la curva es un indicador de una deformación lineal elástica. El módulo de elasticidad es generalmente un indicador de este comportamiento y es en esta zona donde es obtenido. La Región III comienza por sobre el 50 % del esfuerzo máximo y llega hasta ese valor (punto C). Es en esta región donde aparecen grandes fallas a un ritmo de propagación estable. Estas fallas crecen hasta alcanzar un largo finito de acuerdo con un aumento del esfuerzo y los cambios experimentados en la estructura interna de la muestra son irreversibles en este punto, produciendo entonces una deformación dúctil en la muestra. Además, es en este estado donde comienza la expansión lateral de la muestra, asociada a un incremento en el volumen de esta. En la Región IV, comienza una propagación de fallas inestables que se interceptan entre ellas alcanzan los bordes de la muestra. La pendiente de la curva se vuelve negativa indicando que la muestra pierde la capacidad de mantener una carga, asociada a un aumento en la deformación. El comportamiento en esta región es característico de una deformación frágil. En la Región V, la deformación se mantiene a un nivel de esfuerzo constante, siendo este esfuerzo el esfuerzo residual Velasquez et al

20. Criterio de Hoek-Brown generalizado El criterio generalizado de Hoek -Brown para la estimación de la resistencia del macizo rocoso, introducido por Hoek (1994) y Hoek et al. (1995), se expresa como: where: GSI is the Geological Strength Index mi is a material constant for the intact rock (5-35) D is a "disturbance factor" which depends upon the degree of disturbance to which the rock mass has been subjected by blast damage and stress relaxation . It varies from for undisturbed in situ rock masses to 1 for very disturbed rock masses. Dependent on , etc.

21. Constante mi El UCS influye más en la resistencia; no obstante, el m i tiene participación y debe considerarse su valor sobre todo para valores grandes de UCS. Fuente: 2000_Predicting tunnel squeezing problems in weak heterogeneous rock masses_Hoek & Marinos 45MPa 5MPa

22.   Fuente: 2022_Determination of the constant mi in the Hoek-Brown criterion of rock based on drilling parameters_Wang et al.  

23. El mi depende de las microfracturas Fuente: 2022_Characterization of Hoek–Brown constant mi of quasi-isotropic intact rock using rigidity index approach_Morteza et al.

24. Fuente: 1997_Practical estimates of rock mass strength_Hoek & Brown S i se va a mandar mayores confinamientos ( σ ’ 3 ) a 0.5 UCS, verifica el R 2 de la curva, este debe ser cercano a 1.

25. Método A ASTM D7012: triaxial, pero solo parámetros de resistencia Método B ASTM D7012: triaxial, parámetros de resistencia + parámetros elásticos (esfuerzo-deformación) Método C ASTM D7012: UCS, pero solo parámetros de resistencia Método D ASTM D7012: UCS, parámetros de resistencia + parámetros elásticos (esfuerzo-deformación) Fuente: Curso “ Geomecánica aplicada a la estabilidad de estrcuturas mineras ”, Pangeo SAC

26. Biliografía Capitulo 1 mecánica de sólidos udec | PPT https://www.youtube.com/watch?v=S7N-3KUPCp0&list=WL&index=14&t=3021s https://www.youtube.com/watch?v=jyftlyH6_3s&list=WL&index=3 https://www.youtube.com/watch?v=zqqmPuHDfTI&list=WL&index=2 https://www.youtube.com/watch?v=NvqmmtMUfWI https://www.youtube.com/watch?v=sx555Wvmpg8 https://www.youtube.com/watch?v=3q-qfNlEP4A Rotura progresiva en arcillas frágiles. Lecciones de la rotura de una presa de residuos mineros Rock slope engineering 4th edition (Duncan, 2004) Soil strenght and slope stability (Duncan, 2014) Estabilidad de taludes mediante el método de equilibrio limite aplicado a estructuras mineras . Ms Camilo Morales https://www.youtube.com/watch?v=kzwS8ZrAduo&t=747s 2019_The Hoek-Brown failure criterion and GSI - 2018 edition_Hoek & Brown 2022_Characterization of Hoek –Brown constant mi of quasi-isotropic intact rock using rigidity index approach_Morteza et al.

27. Thank you