GEOTECNIA I
Año Académico 2021-2022
Dr. Lorenzo Borselli
Instituto de Geología
Fac. De Ingeniería, UASLP
lborselli@gmail.com
www.lorenzo-borselli.eu
Parte II
Clasificación ingenieril
de los suelos y de los
macizos rocosos
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Objetivo de las clasificaciones ingenieril de los
Geomateriales:
• Desarrollar una forma sistemática de describir,
caracterizar y clasificar los geomateriales
• Agrupar geomateriales de características y
propiedades geotécnicas similares.
• Correlaciones entre categorías de clasificación
y propiedades geotécnicas relevantes.
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A) Clasificaciones de los Suelos
Foto: Hoyos Patiño 2006
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Clasificaciones de los Suelos
Hay dos sistemas de clasificación de suelos de uso común para
propósitos de ingeniería. 1) el Sistema Unificado de Clasificación del
suelo (SUCS o USCS) que se utiliza para casi todos los trabajos de
ingeniería geotécnica; 2) el sistema de clasificación AASHTO que se
usa por la construcción de carreteras y terraplenes.
Ambos sistemas utilizan los resultados del análisis granulométrico y
la determinación de los límites de Atterberg ( LL, LP, IP) para
determinar la clasificación del suelo.
Las fracciones texturales del suelo son: grava,
arena, limo,
arcilla. A un suelo que comprende uno o más de estos
componentes se le da un nombre descriptivo y una designación que
consta de letras o números y letras. Estas letras dependen de las
proporciones relativas de los componentes y de las características
de plasticidad del suelo.
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Clasificación USCS(separación en componente fina y gruesa.)
Fracción fina
Arcilla
Diametro
de los granos
Fracción gruesa
Limo
0.002
mm
Mas finos
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Arena
0.075
mm
Grava
4.75
mm
Bloques
75
mm
Diametro
de los granos
Mas grueso
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El sistema de clasificación USCS o SUCS
El Sistema Unificado de Clasificación del suelo (USCS o SUCS) se
basa en el sistema de clasificación desarrollado por Casagrande durante
la Segunda Guerra Mundial. Con algunas modificaciones fue aprobado
conjuntamente por varias agencias de gobierno de los EE.UU. en 1952.
Refinamientos adicionales fueron hechas y actualmente está
estandarizado como la norma ASTM D 2487-93.
Se utiliza en los EE.UU. y gran parte del mundo para trabajos
geotécnicos que no sean los caminos y carreteras.
los suelos de un sistema unificado se designan por un símbolo de dos
letras: el primero considera que el principal componente de la tierra, y
la segunda describe informaciónes de la curva granulometrica o
características de plasticidad.
Por ejemplo: la arena pobremente graduada se denomina SP y arcilla
con baja plasticidad es CL.
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SUCS – UCS: se utilizan los símbolos de cinco letras:
G por grava (gravel)
S por arena (sand)
M por limo (silt)
C por arcilla (clay)
O por suelos organico (organic soil)
P for turba (peat soils)
Regla n. 1
Si menor del 50% del suelo pasa la malla No. 200 (0.075 mm), el suelo es de
grano grueso, y la primera letra será G o S;
Regla. 2
si más del 50% pasa la malla No. 200(0.075 mm), el suelo es de grano fino y
la primera letra será M o C
Regla n. 3
Arenas y gravas limpias (con menos del 5% que pasa la malla No. 200): se les da una
segunda letra P si están mal graduadas o W si bien graduadas. Arenas y gravas, con
más de 12% en peso que pasa la malla No. 200: se les da una segunda letra M si son
limosas o C, si son arcillosos.
Arenas y gravas que tienen entre 5 y 12%: se dan clasificaciones dual como SP-SM.
Limos, arcillas y suelos orgánicos se les da la segunda letra H o L para designar a la
plasticidad de alta o baja.
Las normas específicas para la clasificación se describen detalladamente en la norma
ASTM D 2487 (se vea también la sucesiva imagen..)
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Primera letra
Segunda letra
Símbolos que se usan en el sistema SUCS
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Suelos finos – Carta de Casagrande – con y características de plasticidad
Limos, arcillas y suelos orgánicos se les da la segunda letra H o L para indicar la
plasticidad alta (H) o baja (L) dependiendo si el valor de LL es >=50% o <50%
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Grafico de clasificación de suelos finos (en ingles)
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Grafico de clasificación de suelos finos - ORGANICOS (en ingles)
Se indican como Suelos orgánicos de grano fino en
el USCS cuando el límite líquido LL del suelo
secado en horno (24h a 105°C) es inferior al 75
por ciento del límite líquido del suelo no secado
en horno
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LLsecado en Horno
 0.75
LLNo secado en Horno
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Grafo de clasificación de suelos finos y orgánicos
Se indican como Suelos orgánicos de grano fino en
el USCS cuando el límite líquido LL del suelo
secado en horno (24h a 105°C) es inferior al 75
por ciento del límite líquido del suelo no secado
en horno
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LLsecado en Horno
 0.75
LLNo secado en Horno
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Suelos gruesos : menor del 50% de suelo pasa la malla No. 200 (0.075 mm)
Distribución cumulada % en masa pasante a dato tamizado d en mm
(%)
100
EL coeficiente
de curvatura
Cc
(
D30 )
Cc =
2
60%
50
D60 D10
30%
El coeficiente de
uniformidad Cu
10%
D60
Cu =
D10
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0
D10
D30
D60
Log d (in mm)
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Ejemplo de distribución granulométrica de suelos gruesos
Como Ejercicio: calcular Cc y Cu de los diferentes suelos….
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Grafico de clasificación de suelos gruesos (en ingles)
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Grafico de clasificación de suelos gruesos
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GRUESOS
FINOS
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GRUESOS
FINOS
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Ejemplo resuelto 1
Clasificar el suelo de la muestra D que tiene estos valores de propiedad índice :
LL=55, IP=32
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% finos <0.075 mm = 72%
28 % fracción gruesa
Fracion gruesa
28% arena
0% grava
Indice plastico (IP)
Ejemplo 1
LL=55, IP=32
Arriba de linea A
Alta
Baja
plasticidad
plasticidad
OH
( LL )
Clasificación: CH (arcilla densa con arena, con alta plasticidad)
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Ejemplo resuelto 2
Clasificar el suelo de la muestra A que tiene esto valores de propiedad
índice : LL=25, IP=10
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% finos <0.075 mm = 48%
52 % fracción gruesa
Fracción gruesa
46% arena
6% grava
Indice plastico (IP)
Ejemplo 2
LL=25, IP=10
abajo de línea A
Alta
Baja
plasticidad
plasticidad
OH
( LL )
Clasificación: SC (arena arcillosa, con baja plasticidad)
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Ejercicio propuesto 1
Clasificar e suelo de las
muestras 1 y 2
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Muestra 2
(LL= 28 ; IP 15)
Muestra 1
(LL= 22 ; IP=8)
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Muestra 3
(LL= 45 ; IP 20)
Ejercicio propuesto 2
Clasificar el suelo de la
muestra 3
IMPORTANTE: para ejercicios adicionales .. estudiar y ver ejercicios en el
capitulo 5 de Das & Sobhan (Principles of Geotechnical Engineering)
(2018). (exemplos 5.7, 5.8, 5.9)
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B) Clasificaciones de los macizos rocosos
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Propiedades que influyen en el comportamiento mecánico de
un macizo rocoso:
Parámetros discontinuidades
Parámetros del material
• Numero de discontinuidades • Resistencia a la
• Orientación
compresión
• Espaciado
• Modulo de
• Abertura
elasticidad (o
• Rugosidad
deformación)
• Alteración (intemperismo)
Condiciones en
alrededor
• Flujo de agua y
presión de agua
• Presión geostatica en
sitio (stress)
Da:
http://lmrwww.epfl.ch/en/.../Rock.../ENS_080312_EN_JZ_Notes_Chapter_6.pdf
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Distribución de tamaño de bloques en un macizo rocoso
Discontinuidades y términos técnicos…
González de Vallejo, L. I., Ferrer, M., Ortuño, L., & Oteo, C. A. R. L. O. S. (2002).
Ingeniería geológica.
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Distribución de tamaño de bloques en un macizo rocoso
Discontinuidades y escala de medición
Ferrer et al. 1999
Ferrer et al. 1999
Las frecuencia de discontinuidad tienes una grande
efecto en la características mecánica y hidráulica de un
macizo rocoso
FERRER, Mercedes; DE VALLEJO, Luis I. González (ed.). Manual de campo para la
descripción y caracterización de macizos rocosos en afloramientos. Instituto
Tecnológico Geominero de España, 1999.
González de Vallejo, L. I., Ferrer, M., Ortuño, L., & Oteo, C. A. R. L. O. S. (2002).
Ingeniería geológica.
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Distribución de tamaño de bloques en un macizo rocoso
Unas de las características mas importante es la medición de frecuencia de la
discontinuidad y esto está relacionados inmediatamente a la dimensión de
bloque de rocas intacta.
Generalmente hay varias familias de discontinuidades:
Ferrer et al. 1999
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Distribución de tamaño de bloques en un macizo rocoso
Familias de discontinuidad:
Ferrer et al. 1999
2
3
Afloramiento con 3
familias principales
de discontinuidad
1
González de Vallejo, L. I., Ferrer, M., Ortuño, L., & Oteo, C. A. R. L. O. S. (2002).
Ingeniería geológica.
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Modelo de clasificaciones que vamos a tratar:
• RMR (rock mass rating, Beniawski (1989)
• GSI (Geological Strenght Index , Hoek 1994, 2002, 2006)
Modelo RMR
RMR= suma de puntuación de 5 factores que son
los parámetros base la clasificación :
• Resistencia a compresión simple de la roca intacta
• RQD
• Espaciado de las discontinuidades
• Condición de las discontinuidades (continuidad , rugosidad y
alteración)
• Condiciones de agua subterránea
• Orientación de las discontinuidades
Nota bien: La suma de estos factores es entre 0 y 100
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Versión 2.3 Last update 23-02-2022
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Clasificacion final RMR y propriedades mecanicas promedia
Versión 2.3 Last update 23-02-2022
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Tablas de clasificación
RMR (en ingles)
Da:
http://lmrwww.epfl.ch/en/.../Rock.../ENS_08031
2_EN_JZ_Notes_Chapter_6.pdf
Versión 2.3 Last update 23-02-2022
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Dos ejemplos de aplicación
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Ferrer et al. 1999
Ferrer et al. 1999
RMR Ejemplo 1
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RMR Ejemplo 2
Ferrer et al. 1999
Versión 2.3 Last update 23-02-2022
Ferrer et al. 1999
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Ferrer et al. 1999
Ferrer et al. 1999
RMR Ejemplo 3
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Correlación …. simplificada
El RMR está correlacionado empíricamente con el
módulo de deformación del macizo rocoso - Em:
Em = 10(RMR − 10) / 40
Versión 2.3 Last update 23-02-2022
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Correlación
estadística mas
precisa
El RMR está
correlacionado
empíricamente
con el módulo de
deformación del
macizo rocoso
Em (roca intacta
y discontinuidad )
Por RMR>55 (de
media a alta
calidad
En este caso se
considera el
modulo de
elasticidad de la
roca intacta
http://en.wikipedia.org/wiki/Rock_mass_rating
Versión 2.3 Last update 23-02-2022
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Ejercicio propuesto 3: calcular el índice RMR
usando las tablas RMR de clasificación:
•
•
•
•
•
•
•
•
Resistencia a compresión simple = 65 MPa
RQD=41%
Espaciado promedio discontinuidad =0.05 m
Discontinuidad continuas y abertura 1-5 mm
Discontinuidad Muy rugosa
Relleno blando
Discontinuidad. Muy alterada
Flujo de agua 50 l/min
Sugerencia: para ejercicios adicionales
.. estudiar y ver ejemplos en el capitulo
12 (Hudson & Harrison 1997) (en las
secciones 12.1 y 12.4)
Y Hunt (2007), capitulo 1 (secciones
1.2.6 y 1.2.7)
Versión 2.3 Last update 23-02-2022
Geotecnia I (2021/2022) – Docente: Dr. Lorenzo Borselli
Clasificación GSI (Hoek, 1994; Hoek et al. 1995;Hoek et al. 2002)
El GSI es un sistema para la estimación de las propiedades
geomecánicas del macizo rocoso a partir de observaciones
geológicas de campo.
Las observaciones de campo miran a la apariencia del macizo a nivel
de estructura y a nivel de condición de la superficies de
discontinuidad.
A nivel de estructura se tiene en cuenta el nivel de alteración que
sufren las rocas, la discontinuidades, la alteración y así la resistencia
a la compresión uniaxial (UCS) . Para las condiciones de la superficie,
se tiene en cuenta si esta ésta alterada. Si considera también si he
sufrido disturbo mecánico (excavación mecánica , acción de
explosivos etc.)
Pagina web con software para la clasificación GSI:
ORMAS 1.0 - http://www.roozbehgm.com/codes/ormas/ormas.html
Versión 2.3 Last update 23-02-2022
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Parametro
GSI
Ferrer et al. 1999
Ferrer et al. 1999
Versión 2.3 Last update 23-02-2022
Geotecnia I (2021/2022) – Docente: Dr. Lorenzo Borselli
Parametro GSI por formaciones geologicas en facies de flysh
( Facies turbiditica con estratos alternos ad es. de arenisca y lutite..)
Pagina web con software para la clasificación GSI:
ORMAS 1.0 http://www.roozbehgm.com/codes/ormas/ormas.html
Versión 2.3 Last update 23-02-2022
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da Russo. (2009)
GSI da volume
promedio Vb
de los bloques
Y index Jc
Versión 2.3 Last update 23-02-2022
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da Russo. (2009)
GSI da volume
promedio Vb
de los bloques
Y index Jc
JL
Jc = JR *
JA
Versión 2.3 Last update 23-02-2022
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da Cai & Kaiser (2006)
Versión 2.3 Last update 23-02-2022
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Ferrer et al. 1999
Versión 2.3 Last update 23-02-2022
Ferrer et al. 1999
Geotecnia I (2021/2022) – Docente: Dr. Lorenzo Borselli
Ferrer et al. 1999
Versión 2.3 Last update 23-02-2022
Ferrer et al. 1999
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Ferrer et al. 1999
Versión 2.3 Last update 23-02-2022
Ferrer et al. 1999
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Modulo de deformación a nivel de macizo rocoso según las varias clasificaciones
Versión 2.3 Last update 23-02-2022
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Motozintla – CHIAPAS
Mexico, 2003
1m
Granodoriorite
muy alterada
GSI 35
Versión 2.3 Last update 23-02-2022
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da Russo. (2009)
GSI da volume
promedio Vb
de los bloques
Y index Jc
Vol promedio
Vb= 10000 cm3
Jc = 0.7-0.6
Versión 2.3 Last update 23-02-2022
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1m
Contacto tectonico graniti /micascisti
Breccia di falla
GSI = 15
Versión 2.3 Last update 23-02-2022
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Tonalite roca ignea
muy resistente
Pero muy fracturada
GSI= 45
Versión 2.3 Last update 23-02-2022
Geotecnia I (2021/2022) – Docente: Dr. Lorenzo Borselli
Versión 2.3 Last update 23-02-2022
Geotecnia I (2021/2022) – Docente: Dr. Lorenzo Borselli
da Russo. (2009)
GSI da volume
promedio Vb
de los bloques
Y index Jc
Vol promedio
Vb= 50000-15000 cm3
Jc = 1.0-0.4
Versión 2.3 Last update 23-02-2022
Geotecnia I (2021/2022) – Docente: Dr. Lorenzo Borselli
Software QuickRMR (Freeware) : https://jkundu.com/quickrmr
Links con mas detalles acerca el sistema de clasificación GSI:
Geological Strength Index - an overview | ScienceDirect Topics
Geotechnical classification of weak and complex rock masses
The-GSI-Applications-and-Limitations.pdf - Rocscience
Versión 2.3 Last update 23-02-2022
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Block and ash flow deposit
Volcan Tacanà Chiapas :
Depositos volcanoclastico
Matriz fina cementada
bloques
GSI=??
GSI= 45
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C) Identificación de suelos en campo
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Método determinación rápida del contenido de arena, arcilla y limo del suelo
Material necesario:
Un puñado de tierra seca.
Un poco de agua.
Forma de hacerlo:
a) Toma la cantidad de tierra que cabe en el puño y desmenúzala con un cuchillo o espátula
b) Añade muy poco a poco agua, amasándola simultáneamente con la espátula o cuchillo, hasta llegar al punto
de adherencia o pegasidad, (no debe tener exceso de agua)
c) Con las manos intenta hacer un churro de 3 milímetros de diámetro.
Si esto no es posible la muestra contiene mas de del 80% de arena, no es plástica ni se pega cuando está
húmeda.
d) Si se han conseguido hacer el cilindro de 3 mm, intenta reducir su diámetro a un 1 mm de diámetro.
Si es imposible crear el de 1 mm la muestra tiene entre un 65 y un 80% de arena.
e) Si se puede crear el cilindro de 1 mm, intenta formar un circulo con el cilindro de 3 mmm y 10 centímetros de
longitud.
Si el aparecen grietas en la superficie del circulo, la muestra tiene entre un 40 y un 65% de arena.
f) Si se puede crear un anillo de 3 mm es posible, intenta formar un anillo con el de 1 mm. Si el anillo se agrieta,
la muestra tiene un mas limo que arcilla en caso contrario mas arcilla que limo
g) Si dejamos secar el anillo, en los de arcilla el circulo es mas duro y consistente, y al romperlo no se tiende a
disgregarse, cosa que si ocurre con los que tienen predominancia de limo Si predomina el limo, es untuosa. Al
humedecerla no es plástica y cuando se seca no se endurece tanto como la arcilla. La arcilla en seco forma
agregados muy duros que no se rompen entre el pulgar y el índice. Cuando está húmeda es muy plástica,
adherente entre los dedos.
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Método para evaluar la textura de un suelo de una manera
aproximada: Material didáctico audiovisual:
[1] http://www.youtube.com/watch?v=GWZwbVJCNec&NR=1
[2] https://www.youtube.com/watch?v=fufeaLBLGlk
Versión 2.3 Last update 23-02-2022
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SUCS clasificación sistema de identificación de campo de fracción dominante
gruesa
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SUCS clasificación sistema de identificación de campo de fracción dominante
fina
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Ejercicios adicionales
Versión 2.3 Last update 23-02-2022
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http://www.yourarticlelibrary.com/soil/soil-classification-and-identification-with-diagram/45407
Clasificar
los suelos
A,D y E
Usando
los
gráficos en
las
dispositiva
siguientes
A: LL=45 , IP =20
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D: LL=30,IP =9
D: LL=38,IP =7
Geotecnia I (2021/2022) – Docente: Dr. Lorenzo Borselli
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Suelos finos
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Suelos gruesos
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0.5 m
•
•
•
UCS=40 Mpa
RQD=65%
Espaciado discontinuidad = 0.2 m
•
•
•
•
•
Long discontinuidad : 2 m
Abertura: 2mm
Rugosidad: mediamente rugosa
Relleno: sin relleno
Alteracion: moderadamente
alterada
•
Agua: completamente seco
RMR= ??
https://www.researchgate.net/profile/Quan_Jiang3/publication/303392918/figure/fig11/
AS:668525127540738@1536400219070/Rock-mass-with-discontinuities.png
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0.5 m
GSI=?
https://www.researchgate.net/profile/Quan_Jiang3/publication/303392918/figure/fig11/
AS:668525127540738@1536400219070/Rock-mass-with-discontinuities.png
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•
•
•
UCS=10 Mpa
RQD=45%
Espaciado
discontinuidad = 0.05
m
•
Long discontinuidad :
<1m
Abertura: >5mm
Rugosidad: lisa
Relleno: blando >5mm
Alteracion:
mediamente alterada
•
•
•
•
10 cm
•
Agua: completamente
seco
RMR= ??
http://blogs.agu.org/mountainbeltway/2012/05/
18/friday-fold-bedford-canyon-fm-california/
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GSI=??
10 cm
http://blogs.agu.org/mountainbeltway/2012/05/
18/friday-fold-bedford-canyon-fm-california/
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Breccia de falla
RMR = Seguramente
en este caso muy
difícil da evaluar..
Porque??
http://www.rci.rutgers.edu/~schlisch/structureslides/rubblizedbasalt.html
GSI=?
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