1 Tabla de contenido INTRODUCCION..................................................... 2 ANTECEDENTES..................................................... 4 Ubicacion.......................................................4 Tipo de suelo...................................................5 ESCURRIMIENTO SUPERFICIAL PRECIPITACION MEDIA ANUAL.............8 DETERMINACIÓN DEL ESCURRIMIENTO...............................9 CUENCA HIDROLOGICA.............................................16 METODOLOGIA..................................................... 19 Clasificación Clasificación geomecánica geomecánica - Rock Mass Rating (RMR) Rock Mass Rating (RMR) (Bieniawski Bieniawski 1976) 19 INDICE Q DE BARTON.............................................. 21
Transcript
1
Tabla de contenidoINTRODUCCION..................................................................................................................................2
Clasificación Clasificación geomecánica geomecánica - Rock Mass Rating (RMR) Rock Mass Rating (RMR) (Bieniawski Bieniawski 1976)................................................................................................19
INDICE Q DE BARTON.......................................................................................................................21
2
INTRODUCCION
Las clasificaciones geomecánicas tienen por objeto caracterizar un determinado macizo rocoso en función de una serie de parámetros a los que se les asigna un cierto valor. Por medio de la clasificación se llega a calcular un índice característico de la roca, que permite describir numéricamente la calidad de la misma. Es una herramienta muy útil en el diseño y construcción de obras subterráneas, pero debe ser usada con cuidado para su correcta aplicación, pues exige conocimientos y experiencia por parte de quien la utiliza. Las clasificaciones pueden ser usadas en la etapa de Proyecto y también durante la Obra. En la etapa de Proyecto, permiten estimar el sostenimiento necesario en base a las propuestas del autor de cada sistema de clasificación, mientras que durante la Obra, permiten evaluar la calidad del terreno que se va atravesando conforme avanza la excavación del túnel y aplicar el sostenimiento correcto en cada caso.
FUNDAMENTO TEORICO:
ÍNDICE DE CALIDAD DE LAS ROCAS, RQD
Se basa en la recuperación modificada de un testigo (El porcentaje de la recuperación del testigo de un sondeo)
Depende indirectamente del número de fracturas y del grado de la alteración del macizo rocoso.
Se cuenta solamente fragmentos iguales o superiores a 100 mm de longitud.
El diámetro del testigo tiene que ser igual o superior a 57.4 mm y tiene que ser perforado con un doble tubo de extracción de testigo.
CLASIFICACION DE BIENIAWSKI (R.M.R)
El sistema de clasificación Rock Mass Rating o sistema RMR fue desarrollado por Z.T. Bieniawski durante los años 1972- 73, y ha sido modificado en 1976 y 1979, en base a más de 300 casos reales de túneles, cavernas, taludes y cimentaciones. Actualmente se usa la edición de 1989, que coincide sustancialmente la con de 1979. Para determinar el índice RMR de calidad de la roca se hace uso de los seis parámetros del terreno siguientes:
3
La resistencia a compresión simple del material.
El RQD (Rock Quality Designation).
El espaciamiento de las discontinuidades.
El estado de las discontinuidades.
La presencia de agua.
La orientación de las discontinuidades.
RESISTENCIA DE LA ROCA.- Tiene una valoración máxima de 15 puntos, y puede utilizarse
como criterio el resultado del ensayo de resistencia a compresión simple o bien el
ensayo de carga puntual (Point Load).
RQD.- Tiene una valoración máxima de 20 puntos. Se denomina RQD de un cierto tramo
de un sondeo a la relación en tanto por ciento entre la suma de las longitudes de los
trozos de testigo mayores de 10 cm y la longitud total del sondeo.
SEPARACION ENTRE DISCONTINUIDADES.- Tiene una valoración máxima de 20 puntos. El parámetro considerado es la separación en metros entre juntas de la familia principal de
diaclasas la de roca.
ESTADO DE LAS DISCONTINUIDADES.- Es el parámetro que más influye, con una
valoración máxima de 30 puntos. Pueden aplicarse los criterios generales, en la que el estado de las diaclasas se descompone en otros cinco parámetros: persistencia, apertura, rugosidad, relleno y alteración de la junta.
PRESENCIA DE AGUA.- La valoración máxima es de 15 puntos. La ofrece tres posibles criterios de valoración: estado general, caudal cada 10 metros de túnel y relación entre la presión del agua y la tensión principal mayor en la roca.
ORIENTACION DE LAS DISCONTINUIDADES.- Este parámetro tiene una valoración
negativa, y oscila para túneles entre O y -12 puntos. En función del buzamiento de la
familia de diaclasas y de su rumbo, en relación con el eje del túnel (paralelo o perpendicular), se establece una clasificación de la discontinuidad en cinco tipos: desde muy favorable hasta muy desfavorable
El RMR se obtiene como suma de unas puntuaciones que corresponden a los valores de cada uno de los seis parámetros enumerados. El valor del RMR oscila entre O y 100, y es mayor cuanto mejor es la calidad de la roca.
4
ANTECEDENTES
UbicacionLa ubicación de nuestro corte de estudio se encuentra ubicado en la Calle 20 de Noviembre (entre Calle Potosí y 57ª ), CHIHUAHUA, CHIHUAHUA, MEXICO.
5
Tipo de suelo
Rocas ígneas, en geología, rocas formadas por el enfriamiento y la solidificación de materia rocosa fundida, conocida como magma. Según las condiciones bajo las que el magma se enfríe, las rocas que resultan pueden tener granulado grueso o fino. Las rocas ígneas se subdividen en dos grandes grupos: las rocas plutónicas o intrusivas, formadas a partir de un enfriamiento lento y en profundidad del magma; y las rocas volcánicas o extrusivas formadas por el enfriamiento rápido y en superficie, o cerca de ella, del magma. Las rocas plutónicas, como el granito y la sienita, se formaron a partir de magma enterrado a gran profundidad bajo la corteza terrestre. Las rocas se enfriaron muy despacio, permitiendo así el crecimiento de grandes cristales de minerales puros. Las rocas volcánicas, como el basalto y la riolita se formaron al ascender magma fundido desde las profundidades llenando grietas próximas a la superficie, o al emerger magma a través de los volcanes. El enfriamiento y la solidificación posteriores fueron muy rápidas, dando como resultado la formación de minerales con grano fino o de rocas parecidas al vidrio. Existe una correspondencia mineralógica entre la serie de rocas plutónicas y la serie volcánica, de forma que la riolita y el granito tienen la misma composición, del mismo modo que el gabro y el basalto. Sin embargo, la textura y el aspecto de las rocas plutónicas y volcánicas son diferentes.
6
Las rocas ígneas, compuestas casi en su totalidad por minerales silicatos, pueden clasificarse según su contenido de sílice. Las principales categorías son ácidas o básicas. La razón de ello estriba en que proceden del enfriamiento de magmas con composición diferente y mayor o menor enriquecimiento en sílice. En el extremo de las rocas ácidas o silíceas están el granito y la riolita, mientras que entre las básicas se encuentran el gabro y el basalto. Son de tipo intermedio las dioritas y andesitas.
En nuestro corte de estudio, de acuerdo a las cartas topográficas del Instituto Nacional de Estadística y Geografía (INEGI), la roca ígnea predominante fue la Riolita.
La riolita es una roca volcánica, de grano fino, que presenta la misma composición que el granito. Es una roca rica en cuarzo y feldespatos potásicos.Riolita, roca volcánica clara de grano fino, encontrada sobre todo en la lava volcánica. Su composición química es idéntica a la del granito, está compuesta en esencia por feldespato y cuarzo. Entre los minerales oscuros contenidos en algunos especímenes, la biotita castaño oscura es el más común. Algunas muestras tienen aspecto estriado o rayado y otras son uniformes. Las variedades porfídicas son abundantes y, a veces, contienen cristales incrustados de cuarzo, de ortoclasa y de oligoclasa. La pasta de los pórfidos es vítrea en parte o en su totalidad. Una variedad de riolita no cristalina, vítrea y, en general, negra se llama obsidiana. El llamado vidrio volcánico se parece a la obsidiana excepto en su color que es castaño muy oscuro; la pumita, otro tipo de riolita vítrea, contiene numerosas burbujas grandes y pequeñas que fueron causadas por gas en expansión. Estas cavidades forman el grueso de la roca, que es ligera y se usa como abrasivo. El término liparita se aplica a veces a las riolitas porque muchas lavas de las islas Lípari, cerca del sur de Italia, contienen muestras excelentes de esta roca. El término nevadita se aplica a un tipo de riolita porfídica característica de Nevada (EEUU) en la que los cristales incrustados son numerosos y la pasta es poco visible. Existen diferentes tipos de riolitas, las cuales presentaremos a continuación.
7
PIRITA, O FERROPIRITA, mineral compuesto por sulfuro de hierro, FeS2, mineral sulfuroso más común. Cristaliza en el sistema cúbico y se encuentra, con frecuencia, en forma de cristales bien definidos tanto como en formaciones masivas. El mineral es amarillo latón, opaco y tiene un brillo metálico. El parecido de la pirita con el oro hizo que muchos buscadores lo confundieran con este metal. Se distingue por su brillo y por su dureza que varía entre 6 y 6,5. Su densidad relativa se sitúa entre 4,95 y 5,1.
DIORITA, nombre dado a varias rocas ígneas relacionadas entre sí, en general de color gris o gris oscuro. Las rocas son cristalinas, tienen grano grueso y se componen en su mayor parte de sílice y alúmina, con algunos óxidos de hierro, cal y magnesio. Las especies más comunes de diorita contienen feldespato de plagioclasa y hornblenda. Otros tipos incluyen biotita, cuarzo o diversos silicatos magnesianos. La diorita es una roca ígnea, de grano medio a grueso y de color gris a gris oscuro, compuesta en su mayor parte por sílice.
OLIVINO, mineral, silicato de magnesio y hierro, (Mg, Fe)2 SiO4. Forma cristales en el sistema ortorrómbico y suele encontrarse en masas granulares. Su color varía entre el verde oliva o grisáceo hasta el castaño. Tiene una dureza de 6,5 a 7 y una densidad relativa de entre 3 y 4. Exhibe fractura concoidea, tiene brillo vítreo y es transparente o translúcido. Se encuentra principalmente en rocas ígneas como el basalto y la peridotita, en las lavas del Vesubio, cerca de Nápoles, y en Noruega, Alemania y Estados Unidos.
PÓRFIDO (del griego porphyros, 'púrpura'), término aplicado originalmente a una roca egipcia compuesta por cristales prominentes de feldespato incrustados en una matriz roja o púrpura, pero hoy se aplica a cualquier roca ígnea que tenga cristales bien definidos incrustados en una masa relativamente fina de materia granulada. Esta matriz de grano fino se llama pasta y los cristales grandes son los fenocristales. Rocas ígneas con cualquier composición pueden tener variedades porfídicas. La sustancia llamada cobre pórfido consiste en minerales de cobre distribuidos en un cuerpo de pórfido.
8
ESCURRIMIENTO SUPERFICIAL PRECIPITACION MEDIA ANUAL
La precipitación es cualquier producto de la condensación del vapor de agua atmosférico que se deposita en la superficie de la Tierra. Ocurre cuando la atmósfera (que es una gran solución gaseosa) se satura con el vapor de agua, y el agua se condensa y cae de la solución (es decir, precipita). El aire se satura a través de dos procesos: por enfriamiento y añadiendo humedad.
La precipitación que alcanza la superficie de la tierra puede producirse en muchas formas diferentes, como lluvia, lluvia congelada, llovizna, nieve, aguanieve y granizo. La virga es la precipitación que comienza a caer a la tierra pero que se evapora antes de alcanzar la superficie.
La precipitación es un componente principal del ciclo hidrológico, y es responsable de depositar la mayor parte del agua dulce en el planeta. Aproximadamente 505000 km³ de agua caen como precipitación cada año, y de ellos 398000 km³ caen sobre los océanos. Dada el área superficial de la Tierra, eso significa que la precipitación anual promediada globalmente es más o menos de 1 m, y la precipitación anual media sobre los océanos de 1.1 m.
El método estándar de medir la lluvia o nevada es un pluviómetro estándar, que puede ser de plástico o metal, y de entre 100 mm y 200 mm. El cilindro interior se llena con 25 mm de lluvia, que al desbordar fluye en el cilindro externo. Los calibradores plásticos tienen marcas en el cilindro interior con una resolución de 0.25 mm, mientras que los calibradores metálicos requieren el uso de un palo diseñado con marcas de 0.25 mm. Estos calibradores se adaptan para el invierno quitando el embudo y el cilindro interior y permitiendo que la lluvia de nieve entre en el cilindro externo. Una vez que la nevada o hielo termina de
9
acumularse, o cuando se acerca a 300 mm, se retira para que se derrita, o se usa agua caliente para llenar el cilindro interior a fin de derretir la precipitación congelada en el cilindro externo, guardando la cantidad de fluido caliente añadido, que luego se resta del total general una vez que todo el hielo o nieve se ha derretido.
Otros tipos de calibradores incluyen el pluviómetro de cuña (el pluviómetro más barato y más frágil), el pluviómetro de cubeta basculante y el pluviómetro pesado. Los pluviómetros de cuña y de cubeta basculante tienen problemas con la nieve. Las tentativas de compensar la nieve o hielo calentando la cuña basculante tienen un éxito limitado, ya que la nieve puede sublimar si el calibrador se guarda por encima de la temperatura de congelación. Los pluviómetros pesados con anticongelante son más apropiados para la nieve, pero hay que quitarles el embudo antes de que comience la precipitación. Para quienes quieren medir la precipitación de una forma casera y económica, es posible hacerlo con una lata cilíndrica con lados rectos, pero su exactitud dependerá de la regla que se use para medir la lluvia. Cualquiera de los pluviómetros mencionados puede ser construido en casa.
Hay varias redes de mediciones de precipitación repartidas por todo el mundo, que comparten sus datos a través de Internet o de oficinas meteorológicas locales. Los datos de precipitación son importantes para pronosticar los flujos de los ríos y la calidad del agua del río, usando modelos de transporte hidrológicos como SWMM, SHE o el modelo DSSAM.
DETERMINACIÓN DEL ESCURRIMIENTO
El escurrimiento es la parte de la precipitación que aparece en las corrientes fluviales superficiales, perennes, intermitentes o efímeras, y que regresa al mar o a los cuerpos de agua interiores. Dicho de otra manera, es el deslizamiento virgen del agua, que no ha sido afectado por obras artificiales hechas por el hombre. De acuerdo con las partes de la superficie terrestre en las que se realiza el escurrimiento, éste se puede dividir en: superficial, subsuperficial y subterráneo.
- Escurrimiento o escorrentía superficial. Es la parte del agua que escurre sobre el suelo y después por los cauces de los ríos.
- Escurrimiento subsuperficial. Es la parte del agua que se desliza a través de los horizontes superiores del suelo hacia las corrientes. Una parte de este tipo de
10
escurrimiento entra rápidamente a formar parte de las corrientes superficiales y a la otra le toma bastante tiempo el unirse a ellas.
- Escurrimiento subterráneo. Es aquél que, debido a una profunda percolación del agua infiltrada en el suelo, se lleva a cabo en los mantos subterráneos y que, posteriormente, por lo general, descarga a las corrientes fluviales. A la parte de la precipitación que contribuye directamente al escurrimiento superficial se le llama precipitación en exceso. El escurrimiento subterráneo y la parte retardada del escurrimiento subsuperficial constituyen el escurrimiento base de los ríos. La parte de agua de escurrimiento que entra rápidamente en el cauce de las corrientes es a lo que se llama escurrimiento directo y es igual a la suma del escurrimiento subsuperficial más la precipitación que cae directamente en los cauces.
El coeficiente de escurrimiento depende de las características y condiciones del suelo; a continuación se hace mención de algunos de los procesos más importantes del ciclo hidrológico para reconocer la cantidad de factores involucrados en el Ce; en principio, se tienen: intercepción, detención superficial, almacenamiento de la humedad en el suelo, escurrimiento superficial, infiltración, flujo subsuperficial, evapotranspiración y percolación. La intercepción es el primer proceso que actúa redistribuyendo y modificando la precipitación sobre un área. La cantidad de precipitación que finalmente llega a la superficie del terreno depende en gran parte de la naturaleza y de la densidad de la cubierta vegetal (si existe), o de las características de la cobertura artificial (casas, edificios, estacionamientos, carreteras con pavimentos, etc). La cobertura, natural o artificial, intercepta parte de la precipitación, deteniéndola temporalmente en su superficie, de donde se evapora para regresar a la atmósfera durante o después de la tormenta, o bien cae al terreno. Otros factores que influyen en el coeficiente de escurrimiento son: intensidad de la lluvia, pendiente del terreno y proximidad del nivel freático; por todo lo anterior, debe seleccionarse con rigurosidad un coeficiente de escurrimiento razonable que logre representar los efectos integrados de todos estos factores. Uno de los métodos para calcular el coeficiente de escurrimiento fue desarrollado por los hidrólogos del U.S. Soil Conservation Service (Servicio de Conservación del Suelo de los Estados Unidos) y es conocido como el “Método del número de curva” o “N” (valor relativo de escurrimiento directo que produce cada complejo hidrológico). Entre mayor sea el “N”, mayor será el volumen de escurrimiento de una tormenta en la cuenca. Por comodidad, los números de curva se tabulan en un rango de 0 a 100; para condiciones combinadas o especiales de la cuenca, los
11
“N” pueden ser “pesados” o estimados por interpolación (SARH, 1982, Maidment, 1993). Para calcular el “N” (escurrimiento directo o lluvia en exceso) por este método, se necesitan datos de: uso del terreno, tratamiento o práctica, condición hidrológica y tipos de suelo (Tabla 3). El uso del terreno se refiere a la cobertura de cualquier material (generalmente vegetal) que cubre el suelo y lo protege del impacto de la lluvia. El tratamiento tiene que ver con las diversas prácticas agrícolas usadas en los ranchos (surco, nivel, terraza). La condición hidrológica indica el efecto que tienen en la infiltración y el escurrimiento, el tipo de cubierta y tratamiento; generalmente se estima de la densidad y cubierta de plantas. Una condición hidrológica “buena” indica que el suelo favorece la infiltración, por lo que tiene un potencial bajo de escurrimiento; una condición “pobre” tiene baja infiltración, por lo que se incrementa el escurrimiento. Los tipos de suelo a partir de los cuales se obtiene “N”, pueden ser 4 de acuerdo a la velocidad con que se infiltra el agua: A (alta), B (moderada), C (baja) y D (muy baja).
Hoyt (1942) describe el ciclo del escurrimiento en cinco fases:
Primera fase 1. Comprende la época seca en la que la precipitación es escasa o nula. 2. La corriente de los ríos es alimentada por los mantos de agua subterránea. 3. La evapotranspiración es bastante intensa, y si esta fase no fuera interrumpida, llegarían a secarse las corrientes. 4. En regiones de clima frío, donde la precipitación es en forma de nieve, si la temperatura permite el deshielo, habrá agua disponible para mantener las corrientes fluviales, interrumpiéndose así la primera fase e iniciándose la segunda.
Segunda fase 1. Caen las primeras precipitaciones cuya misión principal es la de satisfacer la humedad del suelo. 2. Las corrientes superficiales, si no se han secado, siguen siendo alimentadas por el escurrimiento subterráneo. 3. Si se presenta escurrimiento superficial, éste es mínimo. 4. La evapotranspiración se reduce. 5. Cuando existe nieve, ésta absorbe parte de la lluvia caída y su efecto de almacenamiento alargará este segundo período. 6. A través del suelo congelado puede infiltrarse el agua precipitada si su contenido de humedad es bajo.
Tercera fase 1. Comprende el período húmedo en una etapa más avanzada. 2. El agua de infiltración satura la capa del suelo y pasa, por gravedad, a aumentar las reservas de agua subterránea. 3. Se presenta el escurrimiento superficial, que puede o no llegar a los cauces de las corrientes, lo cual depende de las características del suelo sobre el que el agua se desliza. 4. Si el cauce de las
12
corrientes aún permanece seco, el aumento del manto freático puede ser, en esta fase, suficiente para descargar en los cauces. 5. Si la corriente de agua sufre un aumento considerable, en lugar de que sea alimentada por el almacenamiento subterráneo (corriente efluente), la corriente contribuirá al incremento de dicho almacenamiento (corriente influente).6. La evapotranspiración es lenta. 7. En caso de que exista nieve y su capacidad para retener la lluvia haya quedado satisfecha, la lluvia caída se convertirá directamente en escurrimiento superficial. 8. Si el suelo permanece congelado, retardará la infiltración, lo que favorecerá al escurrimiento, pero en cuanto se descongele, el escurrimiento superficial disminuirá y aumentará el almacenamiento subterráneo.
Cuarta fase 1. Continúa el período húmedo. 2. La lluvia ha satisfecho todo tipo de almacenamiento hidrológico. 3. En algunos casos el escurrimiento subsuperficial llega a las corrientes tan rápido como el escurrimiento superficial. 4. El manto freático aumenta constantemente y puede llegar a alcanzar la superficie del suelo, o bien la velocidad de descarga hacia las corrientes puede llegar a ser igual a la de recarga. 5. Los efectos de la nieve y el hielo son semejantes a los de la tercera fase.
Quinta fase 1. El período de lluvia cesa. 2. Las corrientes de agua se abastecen del escurrimiento subsuperficial, del subterráneo y del almacenamiento efectuado por el propio cauce. 3. La evapotranspiración empieza a incrementarse. 4. En caso de existir nieve, cuando la temperatura está bajo 0º C, produce la prolongación de esta fase. 5. Esta fase termina cuando las reservas de agua quedan reducidas de tal forma que se presentan las características de la primera fase.
Los factores que afectan al escurrimiento se refieren a las características del terreno (cuencas hidrográficas), y se dividen en dos grandes grupos: los climáticos y los relacionados con la fisiografía.
Son aquéllos que determinan, de la cantidad de agua precipitada, la destinada al escurrimiento. Entre éstos se encuentran la lluvia y otros factores climáticos (temperatura, viento, etc). –
Precipitación. Es el elemento climático de más importancia para el escurrimiento, debido a que depende de ella. Varios de los aspectos de este elemento son importantes para el conocimiento del escurrimiento.
a) Forma de precipitación. Si la precipitación es en forma líquida, el escurrimiento se presenta con relativa rapidez; si es en forma sólida no hay ningún efecto, a menos que la temperatura permita la rápida licuefacción.
13
b) Intensidad de la precipitación. Cuando la precipitación es suficiente para exceder la capacidad de infiltración del suelo, se presenta el escurrimiento superficial y cualquier aumento en la intensidad repercute rápidamente en dicho escurrimiento.
c) Duración de la precipitación. Entre más dure la precipitación mayor será el escurrimiento, independientemente de su intensidad. Una lluvia prolongada, aun cuando no sea muy intensa, puede causar gran escurrimiento superficial, ya que con la lluvia decrece la capacidad de infiltración.
d) Distribución de la precipitación en el espacio. Generalmente la lluvia nunca abarca toda la superficie de la cuenca; para cuencas pequeñas, los mayores escurrimientos superficiales resultan de tormentas que abarcan áreas pequeñas, y para cuencas grandes, resultan de aguaceros poco intensos que cubren una mayor superficie.
e) Dirección del movimiento de la precipitación. La dirección del centro de la perturbación atmosférica que causa la precipitación tiene influencia en la lámina y duración del escurrimiento superficial. Si la tormenta se mueve dentro del área de la cuenca, el escurrimiento será mayor que si únicamente la atraviesa. Por otro lado, si el temporal avanza en sentido contrario al drenaje, el escurrimiento será más uniforme y moderado que si se mueve en el sentido de la corriente.
f) Precipitación antecedente y humedad del suelo. Cuando el suelo posee un alto contenido de humedad, la capacidad de infiltración es baja y se facilita el escurrimiento. –
Otras condiciones del clima. Además de la precipitación existen otros elementos que se deben tomar en cuenta, pues aunque indirectamente, también afectan al escurrimiento; entre ellos la temperatura, el viento, la presión y la humedad relativa.
Se relacionan por una parte con la forma y características físicas del terreno y por la otra con los canales que forman el sistema fluvial. Entre los factores fisiográficos se tienen los morfométricos, los físicos y la red de drenaje.
- Factores morfométricos. Son aquellas particularidades de las formas terrestres que influyen en el agua de la lluvia al caer a la superficie, por la velocidad que adquiere, por los efectos que produce y por el tiempo que tarda en llegar al punto de desagüe.
a) Superficie. La superficie de las cuencas hidrográficas está limitada por la divisoria topográfica o parteaguas que determina el área de la cual se derive el
14
escurrimiento superficial. Las cuencas pequeñas se comportan de manera distinta a las cuencas grandes en lo que se refiere al escurrimiento. No existe una extensión definida para diferenciar a las cuencas pequeñas de las grandes, sin embargo, hay ciertas características que distinguen a unas de otras. Las cuencas pequeñas son más sensibles al uso del suelo y a las precipitaciones de gran intensidad que abarcan zonas de poca extensión. En las cuencas grandes es muy importante el efecto de almacenamiento en los cauces de las corrientes.
b) Forma. Interviene principalmente en la manera como se presenta el volumen de agua escurrido a la salida de la cuenca. Generalmente los volúmenes escurridos en cuencas alargadas son más uniformes a lo largo del tiempo, en cambio, en cuencas compactas el agua tarda menos en llegar a la salida, en donde se concentra en un tiempo relativamente corto. Existen índices que expresan la forma de las cuencas hidrográficas, como el de Gravelius y el factor de forma.
c) Pendiente. La pendiente del terreno está relacionada con la infiltración, con el escurrimiento superficial, con la contribución del agua subterránea a la corriente y con la duración del escurrimiento.
d) Orientación. La orientación de la cuenca y la de sus vertientes se relaciona con el tipo de precipitación, los vientos predominantes y la insolación.
e) Altitud. Influye principalmente en la temperatura y en la forma de precipitación.
- Factores físicos. Se refieren a las características físicas del terreno con su estructura y utilización. a) Uso y cubierta del suelo. Cuando el terreno es virgen y está cubierto por vegetación, especialmente de bosques, contribuye a la estabilización de los regímenes de las corrientes; cuando el terreno está desforestado, el agua corre rápidamente por la superficie. Por otra parte, también son importantes las obras que se efectúan en los mismos cauces de las corrientes, por ejemplo la construcción de una presa puede producir una sobreelevación del nivel del agua en el tramo anterior al embalse, esto genera un aumento en el nivel del cauce por el depósito de acarreo (azolve), lo cual influye aguas arriba de la corriente; además, afecta el perfil de las capas freáticas.
b) Tipo de suelo. Se refiere a la capacidad de infiltración del suelo. Entre más poroso sea y menor contenido de material coloidal posea, tendrá una mayor capacidad de infiltración, lo cual retardará la aparición del escurrimiento superficial.
15
c) Geología. Condiciona el escurrimiento en cuanto a la permeabilidad de las estructuras que forman el terreno. Cuando el terreno es permeable, el sistema fluvial, durante la época de estiaje, se encuentra bien abastecido por el escurrimiento subterráneo. Cuando el terreno es impermeable, el volumen de escurrimiento se concentra más pronto en el punto de desagüe y en la época de estiaje el nivel de la corriente disminuye considerablemente o bien desaparece.
d) Topografía. A este respecto son importantes las ondulaciones del terreno y los límites superficiales de la cuenca hidrográfica. Las ondulaciones pueden ser la causa de la presencia de depresiones en donde se acumula el agua, disminuyendo la cantidad destinada al escurrimiento. En relación con la divisoria topográfica, puede ser que haya disparidad entre ésta y la freática, de manera que parte del escurrimiento subterráneo contribuya al escurrimiento de la cuenca vecina atravesando el límite topográfico o bien que reciba parte del escurrimiento subterráneo de esa cuenca vecina.
- Red de drenaje. Se refiere a las características de los canales que comprenden el sistema fluvial de la cuenca. Refleja las condiciones del terreno sobre el que se desarrolla. a) Densidad hidrográfica. Es la relación de la cantidad de corrientes que existen en la cuenca entre la superficie de ésta. Uno de los métodos para ordenar y contar el número de canales es el de Strahler (1964), que considera canales de primer orden a las corrientes formadoras. Cuando se unen dos canales de primer orden, forman otro de segundo orden, cuando se unen dos canales de segundo orden, forman otro de tercer orden y así sucesivamente.
b) Densidad de drenaje. Resulta de dividir la longitud total de las corrientes de agua entre la superficie de la cuenca. Entre mayor sea este índice, más desarrollada estará la red de drenaje.
c) Otras características relacionadas con la red de drenaje. Son las que se refieren a la capacidad de almacenamiento de las corrientes y a la capacidad de transporte de las mismas.
16
CUENCA HIDROLOGICA
El río Conchos es el principal río del estado mexicano de Chihuahua y el principal de los afluentes mexicanos delrío Bravo.
Tiene varios embalses para aprovechar su corriente para el riego, cerca de la mitad del territorio de Chihuahua son drenados por su cuenca, que a su vez pertenece a la cuenca del río Bravo, es junto con éste, el río San Pedro, elrío Papigochic y el río Santa Isabel, los únicos ríos permanentes del estado de Chihuahua.
El río Conchos nace en la Sierra Madre Occidental, en el municipio de Bocoyna, Chihuahua, 15 kilómetros al noreste de la localidad de San Juanito, a una altitud de 2.825 msnm. De ahí discurre en dirección sur-sureste, recibiendo corrientes procedentes de la misma sierra atraviesa la localidad de Bocoyna y Sisoguichi. Es represado por la presa San Juanito que provee de agua a esta comunidad. Suele recibir importantes precipitaciones en los meses de verano y en los meses de invierno en forma de nieve, las temperaturas en esta zona suelen alcanzar los -20 °C.
El río zigzaguea entre peñascos y cañones y describe irregulares trazos mientras tuerce hacia el oeste y atraviesa el municipio de Carichí. El caudal del río en esta zona es a veces escaso e intermitente, la anchura del río va aumentando conforme va recibiendo diferentes arroyos de montaña y riachuelos al dejar esta zona su anchura es de aproximadamente 15 metros.
17
Curso medio:
La meseta se interna en la región de la meseta, donde recibe varios tributarios, como el río Nonoava y el río Valle del Rosario, en esta zona el clima se vuelve más árido, sin embargo el río lleva ya algunos ejemplares de mojarra, lobina y bagres de agua dulce, su caudal ha aumentado y ahora tiene en promedio unos 100 metros de ancho, es en este punto donde el río logra su mayor caudal antes de ser sobreexplotado para las regiones agrícolas del desierto. Es en el municipio de San Francisco de Conchos que es represado en la presa de la Boquilla, la más grande del estado de Chihuahua y que forma el lago Toronto, originalmente, esta presa junto a otras dos subsiguientes, producía energía hidroeléctrica, pero actualmente su almacenamiento está destinado al riego agrícola, del valle de Camargo-Delicias.
El valle agrícola
Tras la Presa de la Boquilla el río es nuevamente represado, formado el lago Colina y luego pasa por la ciudad deCamargo. Este es el principal centro agrícola de la región del Conchos y junto a la ciudad recibe como tributario alrío Florido, que recoge las aguas de varios tributarios del sur del estado como el río Parral, y otros ríos del norte deDurango.
A partir de ese punto el río Conchos torna su curso hacia el norte, formando posteriormente la presa Rosetilla y luego recibiendo por su margen izquierda al segundo principal río del estado, el río San Pedro, en la cercanía deDelicias. Del río son extraídos diferentes canales de riego que reducen notablemente su caudal y lo van mermando entre las tierra de cultivo hasta que termina encajonado y reducido a menos de la mitad de lo que era. Tras dejar esta zona agrícola, su curso se interna en el desierto de Chihuahua y cambia su dirección definitivamente hacia el noreste.
Curso bajo: el desierto
Cruza los municipios de Julimes, Aldama, Coyame del Sotol y Ojinaga, en Aldama recibe el agua por su margen izquierda de otro importante tributario, el río Chuvíscar; posteriormente es embalsado en la presa Luis L. León, mejor conocida como El Granero, la segunda más importante del estado, y luego atraviesa elcañón del Pegüis, forma una última presa, la presa Toribio Ortega en las cercanías de Ojinaga, y en la orilla de esta última ciudad se une al río Bravo.
18
Desembocadura
El río Conchos desemboca en el río Bravo, a una altura de 782 m, siendo el principal tributario del lado mexicano, en este punto el río se ha explotado intensamente, ha dado agua para cientos de localidades y varias ciudades como Camargo, Delicias, y Ojinaga, ha provisto de agua para regar la mayor zona agrícola del estado, su caudal se ha mermado notablemente sin embargo el río aun consigue desembocar el río Bravo con una anchura de 35 metros, reforzando el también mermado caudal de este al pasar por este punto.
19
METODOLOGIA
Clasificación Clasificación geomecánica geomecánica - Rock Mass Rating (RMR) Rock Mass Rating (RMR) (Bieniawski Bieniawski 1976)
El sistema de clasificación RMR o Rock Mass Rating fue desarrollado por Z.T. Bieniawski durante los años 1972- 73, y modificado posteriormente en 1976 y 1979, en base a más de 300 casos reales de túneles, cavernas, taludes y cimentaciones. Actualmente se usa la edición de 1989, que coincide sustancialmente con la de 1979.
Para determinar el índice RMR de calidad de la roca se hace uso de los seis parámetros del terreno siguientes:
o La resistencia a compresión simple del material
o El RQD (Rock Quality Designation)
o El espaciamiento de las discontinuidades
o El estado de las discontinuidades
o La presencia de agua
o La orientación de las discontinuidades, según sea para cimentaciones,
tuneles o taludes.
El RMR se obtiene como suma de unas puntuaciones que corresponden a los valores de cada uno de los seis parámetros y oscila entre 0 y 100, y que es mayor cuanto mejor es la calidad de la roca. Bieniawski distingue cinco tipos o clases de roca según el valor del RMR:
20
o CLASE I: RMR>80, Roca muy buena
o CLASE II: 80<RMR<60, Roca buena
o CLASE III: 60<RMR<40, Roca media
o CLASE IV: 40<RMR<20, Roca mala
o CLASE V: RMR<20, Roca muy mala
En función de la clase obtenida, se puede estabecer una estimación de las características geotécnicas (angulo y cohesión) y de su comportamiente frente a excavaciones
21
INDICE Q DE BARTON
Esta clasificación geomecánica se basa en el índice de calidad “Q” denominado también índice de Calidad tunelera, que da una estimación de la calidad del macizo rocoso, teniendo en cuenta los siguientes
Donde :
RQD : Rock Quality Designation
Jn : Joint Set Number, Índice de diaclasado que tiene en cuenta el número de Familias.
Jr : Joint roughness number, índice de rugosidad de las juntas.
Ja : Joint alteration number, índice de alteración de las juntas.
Jw : Joint water reduction factor, factor de reducción por presencia de agua en las juntas.
SRF : Stress reduction factor, factor de reducción por esfuerzos.
Al aplicar la formula descrita en la parte superior obtendremos el Valor de Q que varia y clasifica al macizo rocoso segun la tabla siguiente:
A.- Muy mala 0 – 25 1.- cuando RQD 10, incluyendo cero; se puede utilizar el valor 10 para el RQD. 2.- Intervalos de 5 para RQD, ó sea 100, 95, 90 son precisos.
Número de Familias Jn Observaciones A.- Masivo, sin o con pocas juntas 0.5 -
11.- Para cruces en túneles utilizar
( 3 x Jn)
2.- Para Portales utilizar (2 x Jn)
B.- Una familia de juntas 2 C.- Una familia y algunas juntas ocasionales 3 D.- Dos familias de juntas 4 E.- Dos familias y algunas juntas 6 F.- Tres familias de juntas 9 G.-Tres familias y algunas juntas 12 H.-Cuatro familias o más, roca muy fracturada, Terrones de azúcar
15
I.- Roca triturada terrosa 20
Número de rugosidad de las Juntas Jr Observaciones- Contacto entre las dos caras de la junta 1.- Se añade 1.0 si el
espaciamiento medio juntas es mayor de 3 m.
- Contacto entre las dos caras de la junta mediante un desplazamiento lateral 10 cm
23
2.- Jr = 0.5 se puede usar para juntas de fricción planas y que tengan alineaciones orientadas para la resistencia mínima
A.- Juntas discontinuas 4 B.- Junta rugosa o irregular ondulada 3 C.- suave ondulada 2 D.- Espejo de falla, ondulada 1.5 E.- Rugosa o irregulares plana 1.5 F.- Suave plana 1 G.- Espejo de falla o superficie de fricción plana. 0.5*Sin contacto entre las dos caras de la Junta desplazados lateralmente
H.- Zona que contiene minerales arcillosos de espesor suficientemente gruesa para impedir el contacto entre las dos caras.
1
I.- Zona arenosa de grava o roca triturada suficientemente gruesa para impedir el contacto entre las dos caras de la junta
1
Número de alteración de las juntas Ja ør (aprox.)
Observación
- Contacto entre las dos caras de la junta.
A.- Junta sellada, dura, sin reblandamiento relleno impermeable, ej. Cuarzo.
0.75
B.- Caras de la junta únicamente 1 25º -
24
manchadas. 35º
1.- Los valores de ør el ángulo de fricción residual, se indican como guía aproximadades mineralógicas de los productos de la alteración si es que están presentes.
C.- Las caras de la junta están alteradas ligeramente y contienen minerales no reblandecibles, partículas de arena, roca desintegrada libre de arcilla.
2 25º - 30º
D.- Recubrimiento de limo o arena arcillosa,pequeña fracción arcillosa no reblandecible
3 20º - 25º
E.-Recubrimiento de minerales arcillosos blandos o de baja fricción, ej. Caolinita,mica,clorita,alco, y pequeñas cantidades de arcillas expansivas, los recubrimientos son discontinuos con espesores de 1ó2 mm
4 8º - 16º
- Contacto entre las dos caras de la junta con menos de 10 cm de desplazamiento lateral. F.- Partículas de arena, roca desintegrada, libre de arcilla.
4 25º - 30º
G.- Fuertemente sobreconsolidados, rellenos de minerales arcillosos no reblandecidos. Los recubrimientos son continuos menores de 5 mm. de espesor.
6 16º - 24º
H.- Sobreconsolidación media a baja, reblan decimiento, relleno de mineral arcilloso Los recubrimientos son continuos menores de 5 mm. de espesor.
8 8º - 16º
I.- Relleno de arcillas expansivas ej. Montmo- rillonita, de espesor continuo de 5mm. El Valor Ja depende del porcentaje de particulas del tamaño de la arcilla expansiva.
8 - 12
6º - 12º
- No existe contacto entre las dos caras de la junta cuando esta es cizallada. J.- Zonas o bandas de roca desintegrada o machacada y arcilla.
6 - 88 - 12
6º - 24º
K.- Zonas blandas de arcilla limosa o arenosacon pequeña fracción de arcilla sin reblandamiento.
5 6º - 24º
L.- Zonas o capas gruesas de arcilla. 10 - 13
13 - 20
6º - 24º
Factor de reducción por presencia de Jw Presión Observaciones
25
agua en las juntas. agua A.- Excavaciones secas o de fluencia poco importante, menos de 5 l/min. localmente.
1 < 1 1.- Los factores de C a E, son estimaciones aproximadas aumenta Jw si se instalan drenes. 2.- Los problemas especiales causados por la presencia de hielo no se toman en consideración.
B.- Fluencia o presión media, ocasional lavado de los rellenos de las juntas.
0.66 1 - 2.5
C.- Fluencia grande o presión alta, considerable lavado de los rellenos de las juntas.
0.33 2.5 - 10
D.- Fluencia o presión de agua excepcionalmente altas con las voladuras diminuyendo con el tiempo.
0.1 - 0.2 > 10
E.- Fluencia o presión de agua excepcionalmente altas y continuas, sin disminución.
0.05 - 0.1 > 10
Factor de Reducción de esfuerzos SRF
Observaciones
Zonas débiles que intersectan la excavación y pueden causar caídas de bloques, según avanza la misma.
1.- Redúzcanse estos valores SRF de 25%-50% si las zonas de fractura solo se intersectan pero no cruzan la excavación. 2.- Para un campo virgen de esfuerzos fuertemente anisotropico, medidas:
cuando 5 <δ1/δ3 < 10, redúzcase: a 0.8
A.- Varias zonas débiles conteniendo arcilla o roca desintegrada químicamente, roca muy suelta alrededor (cualquier profundidad).
10
B.- Solo una zona débil conteniendo arcilla o roca desintegrada químicamente ( profundidad de excavación menor de 50 m.).
5
C.- Solo una zona débil conteniendo arcilla o roca desintegrada químicamente (profundidad de excavación mayor de 50 m.).
2.5
26
la δc y el δt.
Cuando δ1 y δ3 >10, redúzcase: a 0.6 la δc y el δt.
donde:
δc = ResistenciaCompresiv
D.- Varias zonas de fractura en roca competente (libre de arcilla), roca suelta alrededor (cualquier profundidad).
7.5
E.- Solo una zona fracturada en roca competente (libre de arcilla), (profundidad de excavación menor de 50 m.).
5
F.- Solo una zona fracturada en roca competente (libre de arcilla), (profundidad de excavación mayor de 50 m.).
2.5
G.- Juntas abiertas sueltas, muy fracturadas, etc. (cualquier profundidad).
5
Factor de Reducción de esfuerzos
δc / δ1
δt / δ1
SRF Observaciones
- Roca Competente, problemas de esfuerzos.
3.- Hay pocos casos repor tados donde el techo debajo de la superficie sea menor que el ancho del claro. Se sugiere Que el SRF sea aumentado de 2.5 a 5 para estos casos, ver H
H.- Esfuerzo bajo, cerca de la superficie.
> 200 > 13 2.5
I.- Esfuerzo medio. 200-10 13-0.66
1
J.- Esfuerzo grande, estructura muy cerrada (generalmente favorable para la estabilidad.Pude ser desfavorable para la estabilidad de los hastíales.
10-5 0.66-0.33
0.5-2
K.- Desprendimiento moderado de la 5-2.5 0.33- 05-10
27
roca masiva. 0.16L.- Desprendimiento intenso de la roca masiva.
< 2.5 < 0.16 10-20
- Roca fluyente, flujo plástico de roca incompetente bajo la influencia de altas presiones litostaticas. M.- Presión de flujo moderado. 05-10
N.- Presión de Flujo Intenso. 10-20
- Roca expansiva, actividad actividad química expansiva dependiendo de la presencia de agua. O.- Presión de expansión Moderado.
