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8/10/2019 Word. Geotecnia.

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Clasificacin Geomecnica De Protodyakonov (1976)

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CLASIFICACIN GEOMECNICA DEPROTODYAKONOV (1976)

HISTORIA DE LAS CLASIFICACIONES

Las Clasificaciones Geomecnicas surgieron a la necesidad de

parametrar las observaciones y datos empricos de forma integrada,

para evaluar las medidas de sostenimiento de tneles.

Estas clasificaciones a manera de esquemas han sido desarrollados

desde hace ms de 100 aos, desde que Ritter (1879) intento formalizar

un enfoque emprico para el diseo de tneles, en particular para

determinar los requerimientos del sostenimiento.

Al depender los tneles de muchas variables geolgicas y lo difcil que

era cuantificarlos, se vio como alternativa el uso de los mtodos

empricos (al que pertenecen las Clasificaciones Geomecnicas) fue de

gran ayuda desde el uno de los primeros sistemas de clasificacin del

siglo xx propuesto en 1946 por Terzaghi.

Las Clasificaciones Geomecnicas son un mtodo de ingeniera

geolgica que permite evaluar el comportamiento geomecnico de los

macizos rocosos, y de aqu estimar los parmetros geotcnicos dediseo y el tipo de sostenimiento de un tnel.


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Las clasificaciones llevan ms de 100 aos en uso, pero es a partir de la

dcada de los aos 70 cuando se extienden ms internacionalmente.

Se inicia con la clasificacin de Bieniaswski (1973) y Barton, Lien yLunde (1974) quienes contribuyeron definitivamente a su rpida

aceptacin y expansin.

CLASIFICACIONES GEOMECNICAS

Clasificacion de rocas de terzaghi (1946).

clasificacion de stini y lauffer (1958).

caterpillar tractor co.(1966)

obert & duval (1967) para mineria.

ege (1968) tuneles r.ristalinas.

kruse et al (1969) revestimiento tuneles.

goodman & duncan (1971) taludes.

laubasher (1974) para mineria.

clasificacion de wickham et al., 1972 r.s.r.

clasificacion csir de macizos rocosos fisurados (1973) coautor

bieniaksindice de calidad tunelera barton (1975).

clasificacion de protodiakonov (1976).

clasificacion de bieniawski (1979).

clasificacion src (1983) de gonzales de vallejo.

romana (1985).

clasificacion de bieniawski (1989).

palmstrom (1995) indice rmi.

clasificacion de rabcewicz (natm) norma alemana.


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CLASIFICACIN GEOMECANICA DE LAS ROCAS

Las Clasificaciones Geomecnicas se han convertido en una herramientahabitual para el reconocimiento de los macizos rocosos: obras de ingeniera,

tneles, obras subterrneas en minera y obras civiles.

til para valorar y seleccionar los sostenimientos ms adecuados, para el plan

de minado, para determinar el tipo de explosivo, la velocidad snica de roca y

su resistencia mecnica.

Mediante el anlisis litolgico estructural se establecen las caractersticas del

comportamiento mecnico del macizo rocoso, determinando las propiedades

fsicas, mecnicas y la resistencia compresiva del macizo rocoso y del mineral.

Finalmente se realiza la determinacin de los dominios estructurales.

CLASIFICACIN GEOMECNICA DE PROTODYAKONOV (1976)

Es una clasificacin bastante extendida en los pases del este de Europa, en

los que se utiliza para el dimensionamiento de sostenimientos de tneles.

Clasifica los terrenos, asignndoles una anchura del tnel (b) y un parmetro f

llamado coeficiente de resistencia, a partir del cual, y de las dimensiones del

tnel, define las cargas del clculo para dimensionar el sostenimiento.

Este coeficiente f ,depende de la resistencia a compresin simple (RCS), el

ngulo de rozamiento interno () y la cohesin (c) del terreno, de forma que

para rocas, "f" vale una dcima parte de la resistencia a compresin simple (en

MPa), mientras que para suelos se toma f = tg + c/RCS

Para rocas: f = c/10

Para suelos: f = tg + c/c

Donde:

c = Resistencia compresin simple (RCS) (Mpa)

= Angulo de rozamiento interno a largo plazo c = Cohesion a largo plazo (Mpa).


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La distribucin de las cargas sobre un tnel para el dimensionamiento del

sostenimiento se hace suponiendo:

Tensin uniforme vertical:

v = . Hp

Presin uniforme horizontal lateral.

h = (Hp + 0.5 Ht)tg(45 - /2)

Donde:

Hp = b/2f

b = B + 2Ht.tg (45 - /2)

Siendo:

B = anchura

Ht = altura del tnel

f = coeficiente de resistencia (protodiakonov)

= angulo de rozamiento interno.

= densidad del terreno.

El planteamiento terico del mtodo es similar al utilizado porTerzaghi,aunque

Protodyakonov simplifica mucho las expresiones al considerar que las cargas

de compresin creadas por el terreno se distribuyen de forma parablica.

A GRANDES RASGOS, LO QUE HACE ES:

Considerar un arco parablico triarticulado trabajando a compresin.

Plantear el equilibrio de fuerzas, compensando las cargas verticales y

horizontales mediante el factor "f" (como una especie de coeficiente de

rozamiento).

Buscar la mayor altura estable Hp" que puede desarrollar el terreno.
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Una vez conocida esa altura "auto-estable" (por llamarla de algn modo),tenemos delimitadas dos zonas con distinto comportamiento.

As, por encima de la parbola el terreno queda sustentado por un "efecto arco"

(tambin llamado "arqueo" o "efecto silo"), mientras que por debajo de la

parbola carga directamente sobre el sostenimiento.

Como se conoce la ecuacin de esa parbola, se puede medir esta cantidad de

terreno, obteniendo una carga total sobre el revestimiento de:

Q = (1/3) b/f

O, en trminos de tensin sobre la seccin:

= (1/3) b/f

(Siendo la densidad del material)


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Es decir, valores muy similares a los que se obtienen aplicando el mtodo de

Terzaghi.

De forma aproximada, Protodyakonov dio los siguientes valores para elcoeficiente de resistencia "f":
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ENSAYOS DE LABORATORIO

Con los bloques recogidos se han tallado una serie de probetas y preparado

muestras para el clculo de parmetros, como son el peso especfico, la

resistencia a compresin, resistencia a la traccin y los mdulos de Young y

Poisson.

ENSAYO DE COMPRESIN SIMPLE CON O SIN MEDIDA DE LA

DEFORMACIN

Denominado tambin ensayo de Compresin Uniaxial, este ensayo consiste en

aplicar cargas compresivas axiales cada vez mayores, a probetas rocosas y/o

minerales cilndricas, hasta producir su rotura la probeta rocosa y/o mineral a

ser ensayada debe tener la siguiente relacin:

L/D = 2

Donde:

L = Longitud de la probeta (cms).

D = Dimetro de la probeta (cms).


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FACTOR DE CORRECCIN DE PROTODYAKONOV

Cuando la relacin de L/D diferente de 2, se puede aplicar el factor de

correccin de Protodyakonov, cuya relacin matemtica es la siguiente:

O = Resistencia Compresiva uniaxial con L/D = 2.

C = Resistencia Compresiva uniaxial con L/D diferente a 2.

L = Longitud de la Probeta.

D = Dimetro de la Probeta.

APLICACIN DE LA CLASIFICACIN GEOMECNICA EN SUELOS

PROBLEMA:

Para la construccin de un tnel se llevaron a cabo los trabajos de exploracin,muestreo y pruebas de laboratorio que permitieron integrar el perfil geolgico.

Se localiz una formacin de arena suelta, cuyo ngulo de friccin es de 32,

cuya cohesin es nula y cuyo peso volumtrico es de 1.5ton/m3.

El tnel en proyecto tendr una seccin transversal circular de 4m. de radio y

se ubicar a una profundidad media de 20m.


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1) Hallando el f :

En suelos:

f = tg +

..(1)

Dato:

= 32

C= 0

Reemplazar en (1):

f = tg(32) = 0.625

Hallando la tensin vertical:

v = (1/3) B/f .(2)

Dato:

y = 1.5 Ton/m3

B = 8m.

f = 0.625

Reemplazar en (2):

v =1

3

1.5 ton.

m3

8m.

0.625= 6.4 Ton/m

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APLICACIN DE LA CLASIFICACIN GEOMECNICA PARAROCA

CALCULOS MECANICOS Y COMPORTAMIENTO GEOTECNICO DELA SECCION DEL TUNEL.

Para la realizacin de los clculos mecnicos del tnel se aplica la metodologa

expuesta en el libro Geotecnia y Cimientos III cuyo autor es Jimnez Salas.

La presin ejercida en el anillo de excavacin del tnel se determina aplicandola teora de PROTODYACONOV., por ser el mtodo ms contrastado y con

resultado fiables.

Con este mtodo obtenemos las tensiones vertical y horizontal a partir de un

factor f, que vara segn la calidad del material a perforar, y del ngulo de

rozamiento interno.

De la tabla de factor f de PROTODYAKONOV, buscamos el material ms

similar a nuestro material a perforar, los conglomerados del Time, material

sedimentario muy consolidado, la mayor similitud la encontramos en la

categora de materiales de resistencia media, y ms concretamente en el

apartado de caliza, granito algo alterado, areniscas, de esta manera, el valor

que utilizamos para los clculos f es de 8.

Para el clculo necesitamos el peso especfico, utilizamos como dato 2,4

TN/m3 (dato facilitado por ICINCO).

De esta manera aplicando PROTODYAKONOV obtenemos las tensiones

vertical y horizontal ejercidas en el tnel. El diagrama de tensiones segn

PROTODYAKONOV es el que se ve en el esquema siguiente.


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CALCULO DE LAS TENCIONES VERTICAL Y HORIZONTAL.

Tensin vertical:

v = h

Tensin horizontal:

h = (Hp + 0.5 Ht) tg (45 - /2)

Siendo:b = B + 2Ht.tg (45 - /2) ; Hp = b/2f

Siendo:

B= ancho del tnel.

m= altura del tnel.

= ngulo de rozamiento interno, consideramos 45.

f= factor de PROTODYAKONOV.

SECCIN 1

B=7.79

m=9.55

b = 7.79 + 2x9.55.tg (45 - 45/2) = 15.7

h= (15.70)/2x8=0.981

v = 2.4x0.981=2.35 TN/m2

h = 2.4 (0.981 + 0.5x9.55) tg (45 - 45/2)=2.37 TN/m2


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SECCIN 2

Se corresponde con la seccin de transicin desde la 1 a la 3, entendemos que

si las secciones 1 y 3 cumplen, la 2 tambin cumplir.

SECCIN 3

B= 6.8

m=7.7

b = 6.8 + 2x7.7.tg (45 - 45/2) = 13.18

h= (13.18)/2x8=0.824

v = 2.4x0.824=1.978 TN/m2

h = 2.4 (0.824 + 0.5x7.7) tg (45 - 45/2)=1.925 TN/m2


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CONCLUSIONES DE LOS RESULTADOS DE LAS TENSIONES.

Los valores de presin obtenidos son:

Los materiales a perforar, o sea, los sedimentos de Time, han sido estudiados

por los laboratorios ICINCO, estos laboratorios nos han facilitado los datos de

la resistencia de los mismos. Los valores de tensin admisible se encuentran

entre 1Kg/cm2 ms superficiales, mientras que a mayor profundidad, donde los

materiales se encuentran ms consolidados se alcanzan valores hasta

4Kg/cm2.

Comparando los resultados obtenidos tras el mtodo de PROTODYAKONOV

con los valores que nos facilita ICINCO se llega a la conclusin de que no ser

necesario ningn tratamiento en el tnel, salvo que se encuentren zonas dondeexistan materiales que puedan desprenderse y que puedan afectar a la

seguridad del personal.


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CONCLUSIONES

La experiencia en los pases soviticos muestra que este mtodo

funciona ms o menos bien para profundidades comprendidasentre B/(2tg ) y B/tg .

Inadecuada cuando se utilizan las tcnicas modernas de construccin de

tneles en roca que hacen uso intensivo de hormign proyectado y

bulonado.

Afirma que las tensiones sobre el revestimiento slo dependen de esa

altura autoestable y no de la profundidad total, pero no es algo vlido

para todos los terrenos.

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