Ing. VICTOR TOLENTINO YPARRAGUIRRE Msc.
APLICACIÓN DE LA MECANICA DE
LAS ROCAS EN TUNELERIA
Lo que nos crea problemas no son las cosas que no
conocemos; sino las que creemos conocer con certeza.
Presidente Dwight Eisenhowe
•CURSO METODOS DE
EXCAVACION DE TUNELES
En mecánica de rocas que están sobre todo interesados
en predecir el futuro. ¿Qué pasará si un túnel o
caverna de un tamaño específico se construye en este
macizo rocoso en esta orientación? ¿Qué pasaría si el
túnel o caverna se construyeron en una orientación
diferente o una diferentes profundidades?
Las respuestas a este tipo de preguntas son necesarias
para rocas de diseño de ingeniería. El ingeniero de
rocas tiene que tener una capacidad de predicción: sin
ella no hay ninguna base para diseño coherente.
HUDSON, 2010
- Geología
- Tensión de Rocas
- Roca intacta
- Fracturas
- Propiedades del macizo rocoso
- Flujo de agua
- Ingeniería de las actividades
- Modelado
LOS FACTORES IMPORTANTES EN MECANICA DE ROCAS
SON:
La caracterización de roca
tensionada en un sitio
Tensión Natural: La tensión in Situ que existe previa para ingeniería. Tensión Inducida: El estado de tensión natural perturbada por la ingeniería. Tensión Gravitacional: El estado de tensión causado por el peso de encima de la roca. Tensión Tectónico: El estado de tensión causado por el movimiento de las placas tectónicas. Tensión Residual: El estado de tensión causado por la actividad tectónica anterior. Tensión Térmica: El estado de tensión causado por el cambio de temperatura. Paleo Tensión: Una tensión natural anterior que ya no está actuando. Cerca a la tensión de campo: El estado de tensión en la región de una perturbación de la ingeniería. Tensión de campo lejano: El estado de tensión más allá del campo cercano. Tensión Local: El estado de tensión en una región de interés.
Se producen desprendimientos de roca?
La fuerza de la roca en comparación
con los valores de tensión local.
Túneles paralelos para la
tensión principal en Situ,
están sujetos para menor
concentración de tensiones.
El desprendimiento puede
comenzar para producirse
aproximadamente la mitad de
la resistencia a la compresión
uniaxial.
•Excavación
con tensiones
inducidas
alrededor de la
excavación
Diagrama de tensión en el trabajo por el Dr. Erik Johansson, Saanio y
Riekkola, Finlandia
•H/W=3 •H/W=1.5 •H/W=1 •H/W=2 •H/W=0.5
•Rock Failure Process Analysis (RFPA)
•Simulando con
RFPA
Los avances en los conocimientos de las propiedades de la roca intacta
Capacidad de modelar numéricamente roca transversalmente isótropo
con fallas.
Los principales problemas de estabilidad mecánica están relacionadas con la
liberación de bloques roca y tensión inducido por desprendimiento
•la gravedad inducida
estructuralmente controla el
movimiento del bloque.
•generalmente se encuentra en
roca frágil, bloques y macizo
rocoso.
La formación de bloques de roca – bloques tetraédricos
están formados por tres planos de fractura
y la superficie de la excavación
Caracterización de las fracturas en un sitio
Chile --- continuo, homogéneo, isótropo - lineal y elástico. Diane --- Discotinuous, no homogénea, y no anisotrópico – Elástico.
Caracterización de las fracturas en un sitio
Permeabilidad
Hardarson y Haraldsson (1998) describir la construcción de un túnel de carretera en el oeste de Islandia hacia el norte. Las aguas subterráneas corre a lo largo de los contactos de lava y enfriamiento de las articulaciones, las fallas y diques siendo el principal drenaje natural.
Túnel de entradas de hasta 50 l / s / km. Sin embargo, el flujo de agua de 2500 - 3000 l / s se encontró inesperadamente de un conducto natural abierto en asociación con una gran falla NW-SE y un dique basáltico de intersección.
•Hidrogeológicamente el modelo puede ser complicado!
Cuando una excavación se realiza en un
macizo rocoso, hay tres efectos
principales:
1. La roca se mueve hacia el interior
2. El estado de tensión se altera
3. La presión del agua se reduce para
la presión atmosférica en la excavación
•El EDZ (zona de excavación de Disturbios)
se genera por dos tipos de perturbaciones.
•a) las perturbaciones inevitables para la
masa de rocosa: causadas por el espacio
excavado ,movimiento de rocas, los cambios
de tensión, y la alteración de la
circunstancias hidrogeológicas, como se
ilustra para la izquierda;
•b) la perturbación adicional a la masa de
roca causado por el método de excavación:
es decir, por el utilización de una tuneladora
o perforación / voladura.
•Cuando una excavación se realiza en un macizo
rocoso, hay tres efectos principales:
1.La roca se mueve hacia el interior
•2.El estado de tensión se altera
3.La presión del agua se reduce para
la presión atmosférica en la excavación
Comprender LA MECANICA DE ROCAS y el sistema de
ingeniería de la roca con todas sus variables, las interacciones y
el funcionamiento, es crucial para establecer un modelo predictivo
adecuado y por lo tanto, se creara un diseño de ingeniería
adecuado para la roca. Sabemos que un modelo simple CHILE
puede no ser suficiente. Sabemos que todavía no han creado
códigos numéricos menos termo-hidro-mecánico-químico.
Por lo tanto, la capacidad para considerar todas las variables
posibles realizar las interacciones y luego seleccionar las que
consideramos relevantes para el diseño de ingeniería de detalle
es una de las formas de avanzar aunque sea recopilando la
historia de casos que proporcionen la gran parte de la justificación
lo cual se convertirá en un componente fundamental para futuros
procedimientos de ingeniería de túneles.
Ing. VICTOR TOLENTINO YPARRAGUIRRE Msc.
CLASIFICACION GEOMECANICA DE
LAS ROCAS
USO Y MAL USO
•CURSO METODOS DE
EXCAVACION DE TUNELES
HISTORIA DE LAS CLASIFICACIONES
“LAS CLASIFICACIONES GEOMECANICAS SON UN METODO DE INGENIERIA GEOLOGICA QUE PERMITE EVALUAR EL COMPORTAMIENTO GEOMECANICO DE LOS MACIZOS ROCOSOS, Y DE AQUÍ ESTIMAR LOS PARAMETROS GEOTECNICOS DE DISEÑO Y EL TIPO DE SOSTENIMIENTO DE UN TUNEL”
HISTORIA DE LAS CLASIFICACIONES
• LAS CLASFICACIONES LLEVAN MAS DE 100 AÑOS EN USO, PERO ES A PARTIR DE LA DECADA DE LOS AÑOS 70 CUANDO SE EXTIENDEN MAS INTERNACIONALMENTE.
• SE INICIA CON LA CLASIFICACIÓN DE BIENIASWSKI (1973) Y BARTON, LIEN Y LUNDE (1974) QUIENES CONTRIBUYERON DEFINITIVAMENTE A SU RAPIDA ACEPTACION Y EXPANSION.
HISTORIA DE LAS CLASIFICACIONES • 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 BIENIAKSKI.
• INDICE 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.
22
PRINCIPALES
CLASIFICACIONES
GEOMECANICAS
EN LA INGENIERIA
LA CLASIFICACION DE LAS ROCAS
DE TERZAGHI • PROPUSO ESTA CLASIFICACION PARA CALCULAR LAS CARGAS
QUE DEBEN SOPORTAR LOS MARCOS DE ACERO EN LOS TUNELES.
• EXPERIMENTO EN TUNELES FERROCARRILEROS CON REFUERZO DE ACERO EN LOS ALPES.
• DESTACA LA IMPORTANCIA DE LA EXPLORACION GEOLOGICA QUE DEBERA HACERSE ANTES QUE SE TERMINE EL DISEÑO Y SOBRE TODO INSISTE EN CONSEGUIR INFORMACION SOBRE LOS DEFECTOS EN LA FORMACION DE LA ROCA.
“DESDE EL PUNTO DE VISTA DE INGENIERIA, EL CONOCIMIENTO DEL TIPO DE DEFECTO EN LA ROCA Y EN SU INTENSIDAD PUEDE SER MAS IMPORTANTE QUE EL TIPO DE ROCA QUE SE PUEDA ENCONTRAR. POR LO TANTO, DURANTE LA EXPLORACION HAY QUE DAR ESPECIAL ATENCION A LOS DEFECTOS DE LA ROCA. EL INFORME GEOLOGICO DEBERA CONTENER UNA DESCRIPCION DETALLADA DE LOS EFECTOS OBSERVADOS EN TERMINOS GEOLOGICOS. TAMBIEN DEBERA MENCIONAR LA ROCA DEFECTUOSA EN TERMINOS DE TUNELEO, COMO POR EJEMPLO: ROCA EN BLOQUE, JUNTEADA, ROCA QUE SE COMPRIME O EXPANDE.”
INQUIETUD DE TERZAGHI??
INQUIETUD DE TERZAGHI?
LA CLASIFICACION DE LAS ROCAS
DE TERZAGHI DEFINE LOS TERMINOS DE TUNELEO COMO SIGUE:
ROCA INALTERADA, no tiene fisuras ni ramales. Por lo tanto, cuando se rompe, lo hace a través de la roca sana. Debido al daño que se hace a la roca con el uso de explosivos, pueden caer del techo desgajes de roca varias horas o varios dias despues de la voladura. Esta condición se llama desprendido. La roca dura, inalterada, también puede verse afectada por chasquidos, lo que implica la separación espontánea y violenta de láminas de roca de las paredes o del techo.
ROCA ESTRATIFICADA, esta constituída por capas unitarias con pocas o ninguna resistencia a la separación a lo largo del plano limítrofe entre estratos. La capa puede haberse debilitado o no debido a fracturas transversales. Los desprendimientos son comunes en este tipo de rocas.
ROCA MEDIANAMENTE FISURADA, tiene fisuras y ramaleos pero los bloques entre las juntas están soldados o tan intimamente embonados que las paredes verticales no necesitan refuerzo. En rocas de este tipo, se puede encontrar a la vez el desprendimiento y el chasquido.
LA CLASIFICACION DE LAS ROCAS
DE TERZAGHI DEFINE LOS TERMINOS DE TUNELEO COMO SIGUE:
ROCA AGRIETADA EN BLOQUES, es una roca químicamente inalterada o casi inalterada, cuyos fragmentos se encuentran totalmente separados unos de otros y no embonan. Esta clase de rocas puede necesitar además laterales en las paredes.
ROCA TRITURADA, pero químicamente sana tiene la apariencia de ser un producto de trituradora. Si los fragmentos, en su mayoría o todos son del tamaño de arena y no ha habido recementación, la roca triturada que esta abajo del nivel de las aguas freáticas tienen las propiedades de una arena saturada.
ROCA COMPRIMIDA, avanza lentamente en el túnel sin aumento perceptible de volumen. Un prerequisito de compresión es un porcentaje elevado de partículas microscópicas o submicrocópicas de micas o de minerales arcillosos de poca expansibilidad.
ROCA EXPANSIVA, avanza básicamente en el túnel debido a su propia expansión. La capacidad de esponjamiento parece estar limitada a las rocas que contienen minerales arcillosos como la montmorillonita, con una alta capacidad de expandirse.
DIAGRAMA DE CARGA DE ROCA SOBRE UN
TUNEL (TERZAGHI,1946)
DIAGRAMA DE CARGA DE ROCA SOBRE
UN TUNEL (TERZAGHI,1946)
LA CLASIFICACION DE LAS ROCAS
DE TERZAGHI EL CONCEPTO USADO POR TERZAGHI REPRESENTA EL
MOVIMIENTO DE ROCA SUELTA HACIA EL TUNEL.
Durante la construcción del Túnel habrá algun rejalamiento de la cohesion de la formación rocosa arriba y en los lados del túnel.
La rocas suelta dentro del área a c d b tendera a interrumpir en el túnel.
A este esfuerzo se opondran fuerzas de fricción a lo largo de los límites laterales a c y b d y estas fuerzas de fricción transfieren la parte más importante del peso de la carga de roca W al material de los lados del túnel.
El techo y los lados del túnel no tienen que soportar más que elresto de la carga que equivale a una altura Hp.
El ancho B1 de la zona de la roca donde existe movimiento, dependerá de las caracteristicas de la roca y de las dimensiones Ht y B del túnel.
TERZAGHI REALIZO MUCHAS PRUEBAS EN MAQUETAS, UTILIZANDO ARENA SIN COHESION PARA ESTUDIAR LA FORMA DE LO QUE EL LLAMABA EL “ARCO DEL SUELO” ENCIMA DEL TUNEL.
LA CLASIFICACION DE LAS ROCAS TERZAGHI
CLASIFICA LOS TERRENO EN 9 TIPOS ATENDIENDO ESENCIALMENTE A LAS CONDICIONES DE FRACTURACION EN LAS ROCAS Y A LA COHESION O EXPANSIVIDAD EN LOS SUELOS.
Considera la disposicion de la estratificación respecto al túnel en la previsión de desprendimientos que se resumen en tres normas especificas:
Con estratificación vertical el techo sera estable en general, pero se puedne producir caidas de bloques en una altura de 0.25 B (B es el ancho del túnel).
Con estratificación horizontal de gran potencia y con pocas juntas, la la excavación sera estable sin roturas.
Con estratificación horizontal de pequeña potencia y/o gran cantidad de juntas, en el techo se desarrollarán roturas, formándose un arco apuntándo sobre el túnel, con anchura la de este y altura la mitad de la dimensión anterior. Este proceso es progresivo y se detendrá si se coloca rápidamente un sostenimiento.
LO VALORES DE TERZAGHI SON DE APLICACIÓN PARA DIMENSIONES DE SOSTENIMIENTOS CLASICOS CERCHA Y HORMIGON, QUE SE CONSIDERAN CONSERVADORES PARA ROCAS DE BUENA CALIDAD Y SU CAMPO DE APLICACIÓN ES PARA TUNELES DE TAMAÑO MEDIO DEL ORDEN DE 8 METROS.
CLASIFICACION DE TERZAGHI (1946)
ESTADO DE LA ROCA CARGA DE ROCA Hp
(pies) OBSERVACIONES
DURA Y MASIVA CERO Sólo se necesita refuerzo escaso si hay
desprendimiento o chasquido
DURA PERO ESTRATIFICADA O
ESQUISTOSA 0 a 0.5 B Refuerzo escaso más que nada como
protección contra desprendimientos
La carga puede cambiar en forma errática de
un punto a otro. MASIVA, LIGERAMENTE
FISURADA 0 a 0.25 B
MEDIANAMENTE FRACTURADA
EN BLOQUES ALGO ABIERTOS 0.25 B a 0.35 (B + Ht) No hay presión lateral.
MUY FRACTURADA EN BLOQUES
Y LAS FRACTURAS ABIERTAS (0.35 a 1.10) (B + Ht) Poca o ninguna presión lateral.
TOTALMENTE TRITURADAS
PERO QUIMICAMENTE
INALTERADA
1.10 (B + Ht)
Presiones laterales considerables. Los
efectos de las infiltraciones hacia el piso del
túnel requieren apoyo contínuo para las
partes bajas de los marcos o bien marco
circulares.
ROCA COMPRIMIDA
PROFUNIDIDAD MODERADA (1.10 a 2.20)(B + Ht) Considerable presión lateral. Se requiere
plantilla apuntalada. Es preferible usar
marcos circulares. ROCA COMPRIMIDA A GRAN
PROFUNDIDAD (2.10 a 4.50)(B + Ht)
ROCA EXPANSIVA
Hasta 250 pies,
independientemente del
valor (B + Ht)
Marcos circulares indispensables. En casos
extremos, usese refuerzo elástico.
CLASIFICACION DE TERZAGHI (1946)
CLA
SE TERRENO
TIPO DE
TERRENO
CARGA DE ROCA Hp (m) OBSERVACIONES
INICIAL FINAL
1 ROCA DURA Y SANA CERO CERO Revestimiento solo si hay caida de bloques.
2 ROCA
DURA.
ESTRATIFICADA O
ESQUISTOSA
...... ------------- Depende de buzamiento. Caida de bloques
probable.
3 ROCA
MASIVA.
MODERADAMENTE
DIACLASADA.
---------- 0 a 0.25 B Caida de bloques probable. Empuje lateral si
hay estaratos inclinados.
4 ROCA
MODERADAMENTE
FRACTURADA.
BLOQUES Y LAJAS
---------- 0.25 B a 0.35 (B +
Ht)
Necesita entibación rápida. Empuje lateral
pequeño.
5 ROCA MUY FRACTURADA --------- (0.35 a 1.10) (B +
Ht)
Entibación inmediata. Empuje lateral
pequeño.
6 ROCA COMPLETAMENTE
FRACTURADA PERO SIN
METEORIZACION ---------- 1.10 (B + Ht)
Entibación continua. Empuje lateral
cosiderable.
6´ GRAVA
ARENA DENSA
0.54 a 1.2
(B+H) 0.62 a 1.38 (B+H)
Los valores mas altos corresponden a
grandes deformaciones que aflojan el terreno.
6” GRAVA
ARENA SUELTA
0.94 a 1.2
(B+H) 1.08 a 1.38 (B+H) Empuje lateral. Ph=3.0 y (Hr Ho,5H)
7 SUELO
COHESIVO
PROFUNDIDAD
MODERADA 1.1 a 2.1 (B+H) Fuerte empuje lateral.
8 SUELO
COHESIVO
PROFUNDIDAD
GRANDE 2.1 A 4.5 (B+H) Entibación contínua con cierre en la base
9 SUELO O
ROCA
EXPANSIVA EXPANSIVO
Hasta 80 m. Sea
cual sea (B+H)
Entibación contínua y circular (y deformable
en casos extremos)
LA CLASIFICACION DE LAS ROCAS DE STINI Y LAUFFER STINI, EN SU MANUAL DE GEOLOGIA DE TUNELES PROPUSO UNA
CLASIFICACIÓN DE LOS MACIZOS ROCOSOS (1958) Y COMENTO MUCHAS DE LAS CONDICIONES ADVERSAS QUE PUEDEN ENCONTRASE EN A CONSTRUCCION DE TUNELES. INSISTIO SOBRE LA IMPORTANCIA DE LOS DEFECTOS ESTRUCTURALES DE LA ROCA Y DESACONSEJO QUE SE EXCAVARA PARALEO AL RUMBO DE DISCONTINUIDADES MUY INCLINADAS.
MIENTRAS QUE TERZAGHI Y STINI ESTUDIABAN LA INESTABILIDAD EN RELACION CON EL TIEMPO EN LOS TUNELES, FUE LAUFFER QUIEN LLAMO LA ATENCION SOBRE LA IMPORTANCIA DEL TIEMPO QUE PERMANECIAN ESTABLES LAS EXCAVACIONES EN DIFERENTES TIPOS DE ROCA, INCLUSO EN MINAS ABANDONADAS.
EL TIEMPO DE SOSTEN ES EL LAPSO DURANTE EL CUAL UNA EXCAVACION SERA CAPAZ DE MANTENERSE ABIERTA SIN ADEME, MIENTRAS QUE EL CLARO ACTIVO ES EL CLARO SIN ADEME MAS GRANDE EN EL TUNEL ENTRE EL FRENTE Y LOS REFUERZOS.
LAUFFER PENSO QUE EL TIEMPO SE SOSTEN ES UN CLARO ACTIVO CUALQUIERA ESTA RELACIONADO CON LAS CARACTERISTICAS DE LA ROCA
EL TRABAJO DE STINIY LAUFFER QUE SE PUBLICO EN ALEMAN HA DESPERTADO POCO INTERES EN EL MEDIO DE HABLA INGLESA. SIN EMBARGO HA TENIDO UNA INFLUENCIA DTERMINANTE EN LOS SISTEMAS DE CLASIFICACION MAS RECIENTES COMOLOS QUE PROPUSIERON BREKKE Y HOWARD Y BIENIAWSKI.
LA CLASIFICACION ORIGINAL FUE MODIFICADA TAMBIEN POR PACHER et al. (1974) QUE AHORA FORMA PARTE DE LA PROPUESTA GENERAL DE TUNELERIA CONOCIDA COMO EL METODO AUSTRIACO DE TUNELERIA.
LA CLASIFICACION DE LAS ROCAS DE STINI Y LAUFFER
< S
> S
RELACION ENTRE LA LONGITUD LIBRE Y EL TIEMPO
NECESARIO PARA SOSTENIMIENTO (LAUFFER)
LA CLASIFICACION DE LAS ROCAS DE STINI Y
LAUFFER
TIPO LONGITUD
LIBRE
TIEMPO
ESTABLE DESCRIPCION
A 4 m. 20 AÑOS SANA
B 4 m. 6 MESES ALGO
FRACTURADA
C 3 m. 1 SEMANA FRACTURADA
D 1.5 m. 5 HORAS FRIABLE
E 0.8 m. 20 MINUTOS MUY FRIABLE
F 0.4 m. 2 MINUTOS DE EMPUJE
INMEDIATO
G 0.15 m. 10 SEGUNDOS
DE EMPUJE
INMEDIATO
FUERTE
SEGÚN LAUFFER, EL TIPO A NO NECESITA SOSTENIMIENTO, LOS TIPOS B Y
C NECESITAN SOSTENIMIENTO DE TECHO, EL TIPO D REQUIERE CERCHAS
LIGERAS, EL TIPO E CERCHAS PESADAS, Y LOS TIPOS F Y G REQUIEREN
SOSTENIMIENTO PESADO INMEDIATO EN EL FRENTE.
INDICE DE DESIGNACION DE LA CALIDAD
DE LA ROCA (R.Q.D.) DESARROLLADO POR DEERE EN 1967.
SE DESARROLLO PARA PROVEER UN ESTIMADO CUANTITATIVO DE LA CALIDAD DE LA MASA ROCOSA, A PARTIR DE LOS TESTIGOS DE PERFORACION DIAMANTINA.
EL RQD ES DEFINIDO COMO PORCENTAJES DE PIEZAS DE TESTIGOS INTACTOS MAYORES DE 100 mm (4 PULGADAS) EN LA LONGITUD DEL TESTIGO.
EL TESTIGO DEBERA TENER POR LO MENOS UN TAMAÑO NX (54.7 mm O 2.15 PULGADAS DE DIAMETRO) Y DEBERA SER PERFORADO CON UN CILINDRO DE DOBLE TUBO DE PERFORACION.
PALMSTRON (1982) SUGIRIO QUE, CUANDO NO SE TIENE TESTIGOS DE PERFORACION PERO LAS TRAZAS DE LAS DISCONTINUIDADES SON VISIBLES EN AFLORAMIENTOS SUPERFICIALES O EN SOCAVONES EXPLORATORIOS, EL RQD PUEDE SER ESTIMADO A PARTIR DEL NUMERO DE DISCONTINUIDADES POR UNIDAD DE VOLUMEN.
LA REALACION SUGERIDA PARA MASAS ROCOSAS LIBRES DE ARCILLA ES: RQD = 115 – 3.3 Jv
DONDE Jv ES LA SUMA DEL NUMERO DE DISCONTINUIDADES POR UNIDAD DE LONGITUD DE TODAS LAS FAMILIAS DE DISCONTINUIDADES, CONOCIDO COMO EL CONTEO VOLUMETRICO DE DISCONTINUIDADES.
INDICE DE DESIGNACION DE LA CALIDAD
DE LA ROCA (R.Q.D.) (Jv)
PARA REALIZAR EL CALCULO DEL RQD TAMBIEN SE PUEDE
UTILIZAR EL CONTEO O COMPUTO VOLUMETRICO (CANTERAS)
El cómputo volumétrico de diaclasamiento es la suma del número de
diaclasas por metro para cada familia de diaclasas. Se selecciona la
cara de un talud así como para la determinación del índice del tamaño
del bloque. Para cada familia de diaclasas se calculan los
espaciamientos promedio verdaderos de las diaclasas en dicha familia
a partir del número de diaclasas que se encuentran sobre una
distancia específica medida normal a la familia. El conteo volumétrico
de diaclasas es la suma del número de diaclasas por unidad de
longitud para todas las familias. Por ejemplo,
Familia 1 : 6 diaclasas en 20 m
Familia 2 : 2 diaclasas en 10 m
Familia 3 : 20 diaclasas en 10 m
Familia 4 : 20 diaclasas en 5 m
Cómputo volumétrico de diaclasas:
6/20 + 2/10 + 20/10 + 20/5 = 0.3 + 0.2 + 2.0 + 4.0 = 6.5 diaclasas / m3
INDICE DE DESIGNACION DE LA CALIDAD
DE LA ROCA (R.Q.D.)
PARA REALIZAR EL CALCULO DEL RQD CUANDO NO SE TIENE
TESTIGOS DE PERFORACION SE PUEDE REALIZAR DE UTILIZANDO
FORMULAS EMPIRICAS COMO:
RQD = 100 x e (0.1 + 1)
DONDE:
= Numero de discontinuidades por metro lineal
Ejemplo:
Numero de discontinuidades = 228
Longitud de la línea = 24
Entonces = 228/24 = 9.50 disc/m.
RQD = 100 x e (0.1x 9.50 + 1)
RQD = 75.42 = 75%
-0.1(9.50)
-0.1( )
INDICE DE DESIGNACION DE LA CALIDAD
DE LA ROCA (R.Q.D.)
INDICE DE DESIGNACION DE LA
CALIDAD DE LA ROCA (R.Q.D.)
INDICE DE DESIGNACION DE LA CALIDAD
DE LA ROCA (R.Q.D.) EL RQD ES UN PARAMETRO DIRECCIONALMENTE DEPENDIENTE Y
SU VALOR PUEDE CAMBIAR SIGNIFICATIVAMENTE, DEPENDIENDO SOBRE TODO DE LA ORIENTACION DEL TALADRO.
EL USO DEL CONTEO VOLUMETRICO DE DISCONTINUIDADES PUEDE SER MUY UTIL EN LA REDUCCION DE ESTA DEPENDENCIA DIRECCIONAL.
HAY QUE TENER MUY PRESENTE IDENTIFICAR LAS DISCONTINUIDADES NATURALES DE LAS FRACTURAS CAUSADAS POR LA PERFORACION PARA QUE SEAN IGNORADAS.
EL RQD DE DEERE SE USA EN NORTEAMERICA DESDE LOS ULTIMOS 25 AÑOS.
MUCHOS HAN INTENTADO RELACIONAR EL RQD A LOS FACTORES DE CARGA ROCOSA DE TERZAGHI Y A LOS REQUERIMIENTOS DEL EMPERNADO DE TUNELES. CORDING Y DEERE (1972), MERROT (1972) Y DEERE AND DEERE (1988).
SE DICE QUE EL ESPACIAMIENTO ENTRE LAS FRACTURAS DECRECE CON EL INCREMENTO DE LA METEORIZACIÓN, POR LO QUE EL R Q D CRECERÍA. ¿ Y EL DETERIORO DEL MACIZO?
INDICE DE DESIGNACION DE LA CALIDAD
DE LA ROCA (R.Q.D.)
DETERIORO DEL MACIZO ROCOSO.
Para la valoración del grado de deterioro de los macizos rocosos, son
empleados diferentes criterios que se sustentan en distintos
parámetros; por ejemplo: grado de decoloración, grado de
descomposición química y física , relación roca – suelo, los que
pueden ser obtenidos de estudios visuales y pérdida de resistencia de
la roca, disminución de su modulo de elasticidad, incremento de la
porosidad, disminución de la densidad y variación del R Q D, los que
se determinan experimentalmente.
Para valorar la pérdida de resistencia se puede utilizar el Coeficiente
de Tesura que indica la disminución de la resistencia de la roca ( por la
erosión, disolubilidad, etc) en un determinado intervalo de tiempo:
Kt = Rc – Rc1 Rc1
Rc- Limite de resistencia a compresión de la roca inmediatamente
después de su denudamiento
Rc1- Limite de resistencia a la compresión al cabo de un tiempo dado .
SOSTENIMIENTO MEDIANTE EL USO
DEL RQD Y ANCHO DEL TUNEL (PIES)
EXTRACCIÓN DE LOS TESTIGOS
TOMA DE MUESTRAS
VALORACION DE LA ESTRUCTURA ROCOSA R.S.R.
POR WICKHAM (1972)
WICKHAM, UTILIZO PARA EL DESARROLLO DE ESTE SISTEMA SU EXPERINCIA PERO TUNELES RELATIVAMENTE PEQUEÑOS SOSTENIDOS POR MEDIO DE ARCOS METALICOS (CERCHAS), AUNQUE FUE ESTE SISTEMA EL PRIMERO EN HACER REFERENCIA AL SHOTCRETE COMO SOSTENIMIENTO.
ESTE SISTEMA DEMUESTRA LA LOGICA INVOLUCRADA EN EL DESARROLLO DE UN SISTEMA DE CLASIFICACION DEL MACIZO ROCOSO CUASI-CUANTITATIVO Y LA UTILIZACION DEL INDICE RESULTANTE PARA ESTIMAR EL SOSTENIMIENTO.
LA IMPORTANCIA DEL SISTEMA RSR, ES QUE INTRODUCE EL CONCEPTO DE VALORACION DE CADA UNO DE LOS COMPONENTES DE ACUERDO A UN VALOR NUMERICO:
RSR = A + B + C
VALORACION DE LA ESTRUCTURA ROCOSA R.S.R.
POR WICKHAM (1972)
LOS PARAMETROS A , B Y C SON LOS SIGUIENTES:
PARAMETRO A; GEOLOGIA: APRECIACION GENERAL DE LA ESTRUCTURA GEOLOGICA EN BASE A:
a) Origen del tipo de roca (ígnea, metamórfica, sedimentaria).
b) Dureza de la roca (dura, mediana, suave, descompuesta).
c) Estructura geológica (masiva, ligeramente fallada/plegada, moderadamente fallada/plegada, intensamente fallada/plegada.
PARAMETRO B; GEOMETRIA: EFECTO DEL ARREGLO DE LAS DISCONTINUIDADES CON RESPECTO A LA DIRECCION DE AVANCE DEL TUNEL, EN BASE A:
a) Espaciamiento de las discontiunidades.
b) Orientación de las dscontinuidades (rumbo y buzamiento).
c) Dirección del avance del túnel.
PARAMETRO C; EFECTO DEL FLUJO DE AGUA SUBTERRANEA Y DE LA CONDICION DE LAS DISCONTINUIDADES, EN BASE A:
a) Calidad de la masa rocosa en base de A y B combinados.
b) Condición de las dscontinuidades (Bueno, regular, pobre).
c) Cantidad de flujo de agua (en galones por minuto por 1000 pies de túnel).
NOTE QUE LA CLASIFICACION RSR UTILIZA UNIDADES IMPERIALES
PARAMETRO A: GEOLOGIA GENERAL DEL AREA
TIPO DE ROCA BASICO
DUR
O MEDIO SUAVE DESCOMP. ESTRUCTURA GEOLOGICA
IGNEO 1 2 3 4
MASIV
A
LIGERAMEN.
PLEGADA O
FALLADA
MODERAD
PLEGADA
O
FALLADA
INTENSA
MENTE
PLEGADA
O
FALLADA
METAMORFICO 1 2 3 4
SEDIMENTARIO 2 3 4 4
TIPO 1 30 22 15 9
TIPO 2 27 20 13 8
TIPO 3 24 18 12 7
TIPO 4 19 15 10 6
PARAMETRO B: MODELO DE DISCONTINUIDADES
ESPACIAMIENTO
PROMEDIO DE LAS
DIACLASAS O JUNTAS
RUMBO PERPENDICULAR AL EJE RUMBO PARALELO AL EJE
DIRECCION DE AVANCE DIRECCION DE AVANCE
AMBOS CON EL
BUZAMIENTO
CONTRA EL
BUZAMIENTO CUALQUIER DIRECCION
BUZAMIENTO DE LAS DIACLASAS
IMPORTANTES*
BUZAMIENTO DE LAS
DIACLASAS
IMPORTANTES
BAJO MEDIANO ALTO MEDIANO ALTO BAJO MEDIANO ALTO
1.DIACLASADO MUY CERCANO,
<2 9 11 13 10 12 9 9 7
2.DIACLASADO CERCANO, 2-6
PULG. 13 16 19 15 17 14 14 11
3.DIACLASADO MODERADO, 6-12 23 24 28 19 22 23 23 19
4.MODERADO A BLOQUEADO 1-2
PIES 30 32 36 25 28 30 28 24
5. BLOQUEADO A MASIVO, 2-4
PIES 36 38 40 33 35 36 24 28
6. MASIVO, > 4 PIES 40 43 45 37 40 40 38 34
* BUZAMIENTO: BAJO: 0-20°, Y VERTICAL: 50-90°
PARAMETRO C: AGUA SUBTERRANEA,
CONDICION DE LAS DISCONTINUIDADES
FLUJO DE AGUA ANTICIPADO
gpm/1000 PIES DE TUNEL
SUMA DE PARAMETROS A + B
13 - 14 45 - 75
CONDICION DE JUNTAS *
BUENO REGULAR MALO BUENO REGULAR MALO
NINGUNO 22 18 12 25 22 18
LIGERO, < 200 gpm 19 15 9 23 19 14
MODERADO, 200 – 1000 gpm 15 22 7 21 16 12
SEVERO, > 1000 gpm 10 8 6 18 14 10
* CONDICION DE JUNTAS: BUENO = AJUSTADO; REGULAR = LIGERAMENTE
INTEMPERIZADA O ALTERADA; MALO = SEVERAMENTE INTEMPERIZADO, LTERADO O
ABIERTO.
ESTIMADOS DEL SOSTENIMIENTO RSR
PARA TUNEL CIRCULAR DE 24 PIES (7.3 m)
DIAMETRO. WICKHAM, 1972
VALORACION DE LA ESTRUCTURA ROCOSA R.S.R.
POR WICKHAM (1972)
EN FUNCION A DESARROLLAR UNA RELACION ENTRE RSR Y EL SOPORTE DEL TUNEL NACE EL CONCEPTO DE UN ESTÁNDAR DATUM SUPPORT (SDS)
ESTE SDS ESTA IDENTIFICADO POR UNA CIMBRA DE ACERO, CUYAS MEDIDAS EN SU SECCION TRANSVERSAL Y LONGITUD DEL ESPACIAMIENTO ENTRE EJES EN SU INSTALACION TIENEN LA CAPACIDAD DE SOPORTR UNA CARGA PATRON, IGUAL AL PESO DE UNA COLUMNA DE ARENA SUELTA Y SATURADA CON AGUA BAJO UNA NAPA FREATICA.
EL AREA QUE OCUPA ESTA COLUMNA SE SITUA EN LA PROYECCION SUPERIOR DEL ANCHO DEL TUNEL HASTA LA SUPERFICIE Y ESTA SE DA POR LA ECUACION EMPIRICA DE TERZAGHI.
Hp = 1.38 (B + H)
Donde:
Hp = Carga (m)
B = Ancho del túnel (m)
H = Altura del túnel (m)
VALORACION DE LA ESTRUCTURA ROCOSA R.S.R.
POR WICKHAM (1972)
PARA UN DETERMINADO DIAMETRO DE TUNEL Y FIJADAS LAS
CARACTERISTICAS DE LA SECCION TRANSVERSAL DE LA CIMBRA DE
ACERO POR UNA SIMPLE RELACION DE CALCULO SE PUEDE DETERMNAR
EL ESPACIAMIENTO ENTRE CIMBRAS NECESARIAS PARA SOPORTAR LA
CARGA REFERENCIAL NORMALIZADA.
A ESTA RELACIONE SE DENOMINA RIB RATIO (RR) Y PUEDE SER USADA
PARA COMPARAR EL ACTUAL ESPACIAMIENTO FIJADO, CON EL
ESPACIAMIENTO FIJADO POR LA NORMA DE CARGUIO REFERENCIAL.
RR = SDS x 100/Espaciemiento real fijado
EN EL GRAFIO SIGUIENTE, CONOCIDO EL VALOR RSR, SE PUEDE
DETERMINAR EL VALOR RR Y CON ESTE SE DETERMINA LA CIMBRA DE
ACERO REQUERIDA PARA UN DIAMETRO O ANCHO DE TUNEL DADO.
ESTA RELACION LA DETERMINO WICKHAM, DISEÑANDO DIAGRAMAS PARA
PREDECIR EL SOPORTE EN LOS TUNELES.
LA RELACION DEL GRAFICO NOS PERMITE DESARROLLAR LA SIGUIENTE
ECUACION EMPIRICA, DONDE PUEDE PREDECIRSE EL EMPUJE DE ROCA
(WR), POR CONOCIMIENTO DEL RSR Y LAS MEDIDAS DEL TUNEL ECAVADO
EN METROS:
WR = 26 (B + H)[(8800/RSR+30) - 80] en Kg/cm²
CORRELACION ENTRE VALORES R.R. Y R.S.R.
DETERMINANTES PARA LA CALIFICACION DEL TIPO DE
SOPORTE
LA CURVA EMPIRICA PROVIENE DE UNA MEDIA ESTADISTICA DE TODOS LOS PUNTOS
CONSIDERADOS POR WIKCHAM.
(RR + 80) (RSR + 30) = 8800
CLASIFICACION CSIR
SOUTH AFRICAN COUNCIL FOR
SCIENTIFIC AND INDUSTRIAL
RESEARCH
(CONSEJO DE SUDAFRICA DEL SUR
PARA LA INVESTIGACION CIENTIFICA E
INDUSTRIA)
CLASIFICACION CSIR DE LOS
MACIZOS ROCOSOS FISURADOS • Se dice que “errar es humano” (Alexander Pope, 1688-1744) y que “Los
científicos e ingenieros aprenden de sus errores” (Henry Petroski,
1991) pero llega un momento en que debemos revisar nuestros errores y
efectuar las correcciones necesarias para evitarlos en el futuro.
“ Por mi parte, he recopilado una cantidad
significativa de material que demuestra que los mitos
(o errores de concepto) todavía persisten cuando
se usan las clasificaciones geomecánicas y me
gustaría ofrecer algunas soluciones que emergieron
a lo largo de los 10 años que pasaron entre mis dos
Doctor Honoris Causa y que siguen desarrollándose .
Richard Z. Bieniaswki , junio 2011
CLASIFICACION CSIR DE LOS
MACIZOS ROCOSOS FISURADOS ES NECESARIO UNA COMBINACION DE LOS FACTORES COMO
EL RQD Y LA INFLUENCIA DE RELLENOS ARCILLOSOS Y DELA METEORIZACION.
ES AQUÍ CUANDO APARECE BIENIAWSKI (1974), QUE TRABAJANDO PARA EL CSIR PROPUSO UNA CLASIFICACION DE ESTE TIPO.
PROPONE:
1. “DIVIDIR EL MACIZO EN GRUPOS DE COMPORTAMIENTO PARECIDO
2. PROPORCIONAR UNA BUENA BASE PARA LA COMPRENSION DE LAS CARACTERISTICAS DEL MACIZO.
3. FACILITAR LA PLANEACION Y EL DISEÑO DE ESTRUCTURAS EN LA ROCA AL PROPORCIOAR DATOS CUANTITATIVOS QUE NECESITAN PARA LA SOLUCION DE PROBLEMAS DE INGENIERIA.
4. PROPORCIONAR UNA BASE COMUN DE COMUNICACIÓN EFECTIVA PARA TODAS LAS PERSONAS INTERESADAS EN UN PROBLEMA DE GEOMECANICA”
CLASIFICACION CSIR DE LOS
MACIZOS ROCOSOS FISURADOS ESTE PROPOSITO SE LOGRARIA SI LA CLASIFICACION:
1. “ES SENCILLA Y SIGNIFICATIVA EN SUS TERMINOS; Y
2. SE APOYE EN PARAMETROS QUE SE DEJEN MEDIR Y PUEDAN ESTABLECERSE EN EL CAMPO DE MANERA RAPIDA Y ECONOMICA”.
PARA CUMPLIR ESTOS REQUISITOS, BIENIASWSKI PROPUSO ORIGINALMENTE QUE SU “CLASIFICACION GEOMECANICA” COMPRENDIERA LOS SIGUIENTES PARAMETROS:
1. RQD (INDICE DE CALIDAD DE LA ROCA)
2. GRADO DE METEORIZACION.
3. RESISTENCIA A LA COMPRESION UNIAXIAL DE LA ROCA INALTERADA.
4. DISTANCIA ENTRE SI DE FISURAS Y ESTRATIFICACION.
5. ORIENTACION DEL RUMBO Y EL ECHADO.
6. SEPARACION DE LAS FISURAS.
7. CONTINUIDAD DE LAS FISURAS
8. INFILTRACION DE AGUAS SUBTERRANEAS.
CLASIFICACION CSIR DE LOS MACIZOS
ROCOSOS FISURADOS
DESPUES DE LOGRAR ALGO DE EXPERIENCIA EN LA APLICACIÓN
PRACTICA DE LA CLASIFICACION GEOMECANICA (CSIR) ORIGINAL
BIENIAWSKI (1976) MODIFICO SU SISTEMA, ELIMNANDO EL GRADO
DE METEORIZACION COMO PARAMETRO SEPARADO, YA QUE SU
EFECTO ESTA TOMADO EN CUENTA EN LA RESISTENCIA A LA
COMPRESION UNIAXIAL E INCLUYENDO LA SEPARACION Y LA
CONTINUIDAD DE LAS FISURAS EN UN NUEVO PARAMETRO: EL
ESTADO DE LAS FISURAS.
ELIMINO LOS PARAMETROS BASICOS COMO LA ORIENTACION DEL
RUMBO Y EL ECHADO YSUS EFECTOS SE TOMAN EN CUENTA CON
EL AJUSTE A LA CLASIFICACION DESPUES DE EVALUAR LOS
PARAMETROS BASICOS.
FINALMENTE LOS 5 PARAMETROS BASICOS DE LA CLASIFICIACION
QUEDARON COMO SIGUE:
CLASIFICACION CSIR DE LOS MACIZOS ROCOSOS FISURADOS
1. RESISTENCIA DE LA ROCA INALTERADA
Bieniawski emplea la clasificacion de la resistencia a la compresión uniaxial de la roca que propone Deere y Miller (1966). Como alternativa se podra utilizar la “Clasificacion de carga puntual”, para cualquier tipo de roca excepto la muy frágil.
2. RQD (Indice de calidad de la roca según Deere).
3. ESPACIAMIENTO DE FISURAS
Fisuras se utiliza para toda clase de discontinuidades: fisuras, planos de estartificacion y otros. De nuevo Bieniawski utiliza la clasificación propuesta por Deere.
4. EL ESTADO DE LAS FISURAS
Este parámetro toma en cuenta la separación o abertura de las fisuras, su continuidad, la rugosidad de la superficie, el estado de las paredes (duras o blandas) y la presencia de relleno en las fisuras.
5. CONDICIONES DE AGUA SUBTERRÁNEA
Se hace un intento de medir la influencia del flujo de aguas subterráneas sobre la estabilidad de excavaciones en términos del caudal observado que penetra en la excavación y de la relación que existe entre la presión del agua en las fisuras y el esfuerzo general principal, o con alguna observación cualitativa relacionada con el agua subterránea.
CLASIFICACION DE LA RESISTENCIA DE
ROCA INALTERADA DE DEERE Y MILLER
DESCRIPCION
RESISTENCIA A LA COMPRESION
UNIAXIAL EJEMPLOS DE ROCA
CARACTERISTICA Lfb/pulg² Kgf/cm² MPa
RESISTENCIA MUY
BAJA 150 – 3500 10 – 250 1 – 25 Yeso, sal de roca
RESISTENCIA BAJA 3500 – 7500 250 – 500 25 – 50 Carbón, limolita,
esquisto
RESISTENCIA MEDIA 7500 – 15000 500 – 1000 50 – 100 Arenisca, pizarra, lutita
RESISTENCIA ALTA 15000 – 30000 1000 – 2000 100 – 200 Mármol, granito, gneiss
RESISTENCIA MUY
ALTA > 30000 > 2000 > 200
Cuarcita, dolerita,
gabro, basalto.
CLASIFICACION DEL ESPACIAMIENTO DE
FISURAS DE DEERE
DESCRIPCION ESPARCIMIENTO DE FISURAS APRECIACION
DE LA ROCA
MUY SEPARADO > 3 m > 10 pie SOLIDA
SEPARADO 1 m a 3 m. 3 pie a 10 pie MASIVA
MEDIANAMENTE
CERCA 0.3 m a 1 m. 1 pie a 3 pie
BLOQUES
JUNTEADOS
CERCA 50 mm a 300
mm 2 pulg a 1 pie FRACTURADA
MUY CERCA < 50 mm < 2 pulg TRITURADA Y
MOLIDA
SISTEMA DE CLASIFICACION DE
BIENIAWSKI (1989)
ORIENTACION DE LAS DIACLASAS
CORRECCION POR ORIENTACION DE LAS DIACLASAS
CLASIFICACION DE BIENIAWSKI
CARACTERISTICAS DEL SOSTENIMIENTO
PAUTAS PARA LA EXCAVACION Y SOSTENIMIENTO DE UN TUNEL
DE 10 m DE ANCHO DE ACUERDO AL SISTEMA RMR
CLASE DE
MASA
ROCOSA
EXCAVACION
PERNOS DE ROCA (20 mm
DE COMPLETAMENTE
INYECTADOS
SHOTCRETE CIMBRAS
I . ROCA MUY
BUENA
RMR: 81 – 100
FRENTE COMPLETO, 3 m DE
AVANCE
Generalmente no se requiere nigun sostenimiento excepto pernos
esporádicos
II. ROCA
BUENA
RMR: 61 – 80
FEENTE COMPLETO, 1- 1.5 m
DE AVANCE. SOSTENIMIENTO
COMPLETO A 20 m DEL
FRENTE
Localmente pernos de 3 m
en la corona, espaciados a
2.5 m con malla de alambre
ocasionalmente
50 mm en la
corona, donde
sea requerido
Ninguno
III. ROCA
REGULAR
RMR: 41 – 60
Socavón en el tope y banqueo 1.5
– 3 m de avance en el socavón.
Iniciar el sostenimiento después
de cada voladura
Pernos sistemáticos de 4 m
de longitud, espaciados 1.5 –
2.0 m en la corona y en las
paredes, con malla de
alambres en la corona.
50 – 100 mm en
la corona y 30
mm en las
paredes.
Ninguno
IV. ROCA
MALA
RMR: 21 – 40
Socavón en el tope y banqueo 1.0
– 1.5 m de avance en el socavón.
Instalar el sostenimiento con el
avance de la excavación 10 m del
frente de avance
Pernos sistemáticos de 4.5
m de longitud espaciados a 1
– 1.5 m en la corona y en las
paredes con malla de
alambres
100-150 mm en
la corona y 100
mm en las
paredes.
Arcos ligeros a
medianos espaciados a
1.5 m donde sean
necesarios.
V. ROCA MUY
MALA
RMR: < 20
Galerías múltiples, 0.5 – 1.0 m de
avance en el socavón de tope.
Instalar el sostenimiento con el
avance de la excavación.
Shotcrete tan pronto como sea
posible después de la voladura
Pernos sistemáticos de 5 – 6
m de longitud espaciados 1 –
1.5 m en la corona y en las
paredes. Pernos en el piso.
150-200 mm en
la corona, 150
mm en las
paredes y 50 mm
en el frente
Arcos medianos a
pesados espaciados a
0.75 m con encostillado
de acero y
marchavantis de ser
necesario cerrar la
sección (Invert)
MITOS FRECUENTES EN LAS
CLASIFICACIONES GEOMECANICAS
PROF. RICHARD Z.T. BIENIAWSKI (JUNIO, 2011)
MITOS FRECUENTES EN LAS
CLASIFICACIONES GEOMECANICAS
BIENIAWSKI (JUNIO, 2011)
MITOS FRECUENTES EN LAS
CLASIFICACIONES GEOMECANICAS
72
MITO Nº1 LOS TÚNELES PUEDEN DISEÑARSE USANDO BIEN
LAS CLASIFICACIONES GEOMECÁNICAS, BIEN LOS
MODELOS NUMÉRICOS, O BIEN A PARTIR DE LOS
DATOS DE LA INSTRUMENTACIÓN.
•No es cierto. Hacerlo así es un grave error.
MITO Nº1
LOS TÚNELES PUEDEN DISEÑARSE USANDO BIEN LAS
CLASIFICACIONES GEOMECÁNICAS, BIEN LOS MODELOS NUMÉRICOS,
O BIEN A PARTIR DE LOS DATOS DE LA INSTRUMENTACIÓN.
No es cierto. Hacerlo así es un grave error
Este mito se refiere al diseño de túneles en general, que implica
tres formas de aproximarse al problema que deberían ir de la
mano para formar parte de un único proceso de diseño de
ingeniería, como por ejemplo la Metodología de Bieniawski (1992)
Metodología de
Diseño y principios
de Ingeniería de
Rocas Bieniawski
(1992)
MITO Nº1
LOS TÚNELES PUEDEN DISEÑARSE USANDO BIEN LAS
CLASIFICACIONES GEOMECÁNICAS, BIEN LOS MODELOS NUMÉRICOS,
O BIEN A PARTIR DE LOS DATOS DE LA INSTRUMENTACIÓN.
No es cierto. Hacerlo así es un grave error
•Es primordial evitar elegir un único método de diseño,
justificándolo con no teníamos el tiempo y el dinero” para afrontar
la aproximación correcta.
Los tres métodos señalados son: el Empírico (por ejemplo la
clasificación RMR o la Q), el Analítico (por ejemplo, las
soluciones concretas que se obtienen en los modelos
numéricos de ordenador), y el Observacional (por ejemplo, las
mediciones MONITOREOS que se realizan durante la
construcción o el Nuevo Método Austriaco NMA)
MITO Nº1
LOS TÚNELES PUEDEN DISEÑARSE USANDO BIEN LAS
CLASIFICACIONES GEOMECÁNICAS, BIEN LOS MODELOS NUMÉRICOS,
O BIEN A PARTIR DE LOS DATOS DE LA INSTRUMENTACIÓN.
No es cierto. Hacerlo así es un grave error
Es asombroso ver cómo en muchas publicaciones se han escrito
argumentos en contra de las Clasificaciones Geomecánicas como
método exclusivo para el diseño de túneles, y sin embargo
¡nunca pretendí esta exclusividad cuando desarrollé el índice
RMR hace 38 años! Siempre he enfatizado que las
clasificaciones geomecánicas deben usarse en conjunto con los
otros dos métodos de aproximación. Por el mismo argumento
estas no deben desestimarse en el proceso de diseño pues
juegan un papel crucial en la caracterización de macizos rocosos,
que es servir de puente entre las descripciones geológicas
cualitativas y los datos cuantitativos que se requieren en la
ingeniería. Bieniawski, 2011
MITO Nº1
LOS TÚNELES PUEDEN DISEÑARSE USANDO BIEN LAS
CLASIFICACIONES GEOMECÁNICAS, BIEN LOS MODELOS NUMÉRICOS,
O BIEN A PARTIR DE LOS DATOS DE LA INSTRUMENTACIÓN.
No es cierto. Hacerlo así es un grave error
Por último, ¡una advertencia! Cuando hablamos sobre los métodos empíricos y
considerando como ejemplo las clasificaciones geomecánicas, debe tenerse
en cuenta que estas clasificaciones no son iguales; ¡Se desarrollaron para
distintos propósitos y a partir de distintas bases de datos! En esencia el RMR y
la Q están sin duda en la misma categoría de evaluar la calidad del
macizo rocoso con el propósito de construir túneles y proporcionar datos para
el proyecto y la construcción. En consecuencia, “se complementan y
correlacionan entre sí” (Barton y Bieniawski, 2007). El índice de resistencia
geológica GSI es diferente de estos dos; “no tiene otro uso que el de
proporcionar datos al criterio de Hoek-Brown” (Hoek et al, 1995) siendo
un índice de caracterización de macizos rocosos.
La clasificación NMA difiere también del RMR y la Q; forma parte de un
método observacional de construir túneles que no se propone caracterizar
geotécnicamente el terreno pero que proporciona “unas bases objetivas para
calcular el coste de los túneles y las velocidades de avance” (Galler, 2010), es
decir, establecer “clases de excavación” a efectos de compensaciones
contractuales.
MITOS FRECUENTES EN LAS
CLASIFICACIONES GEOMECANICAS
77
MITO Nº2 PARA MACIZOS ROCOSOS DE MUY MALA CALIDAD, NO ES
APLICABLE LA CATEGORÍA INFERIOR DE LA CLASIFICACIÓN
RMR.
No es cierto, son ideas equivocadas sobre los hechos.
Los hechos son que el RMR continua usándose con
éxito incluso para “rocas de muy mala calidad”, Clase 5
con RMR<20, cuando los datos se determinan de
manera adecuada.
MITO Nº2
PARA MACIZOS ROCOSOS DE MUY MALA CALIDAD, NO ES APLICABLE
LA CATEGORÍA INFERIOR DE LA CLASIFICACIÓN RMR.
78
No es cierto, son ideas equivocadas sobre los hechos. Los hechos son que el RMR continua
usándose con éxito incluso para “rocas de muy mala calidad”, Clase 5 con RMR<20, cuando
los datos se determinan de manera adecuada.
Este mito se deriva de hábitos erróneos que utilizan las
clasificaciones geomecánicas como un “libro de cocina” del que
se espera obtener “recetas” válidas para todas las situaciones
de proyecto. En una publicación del año 1991, advertí a
ingenieros y geólogos de que los macizos rocosos de
mala calidad requieren especial atención y una cuidadosa
caracterización geotécnica, puesto que la precisión del
RMR, dependiendo de la pericia, puede estar dentro de un
rango de 2-3 puntos (lo mismo que sucede en otras
clasificaciones). Pero esto no significa que el RMR no pueda
aplicarse para evaluar macizos rocosos de muy mala calidad.
Después de todo, tenemos numerosos casos históricos donde
se registra un RMR = 0 a 3.
MITO Nº2
PARA MACIZOS ROCOSOS DE MUY MALA CALIDAD, NO ES APLICABLE
LA CATEGORÍA INFERIOR DE LA CLASIFICACIÓN RMR.
79
No es cierto, son ideas equivocadas sobre los hechos. Los hechos son que el
RMR continua usándose con éxito incluso para “rocas de muy mala calidad”,
Clase 5 con RMR<20, cuando los datos se determinan de manera adecuada.
•El malentendido más grave que se reprodujo en la
literatura en la década pasada fue que no se
entendió claramente que las puntuaciones para los
parámetros del RMR son cero en sus valores
mínimos. Se pasó por alto que las puntuaciones
de la tabla original del RMR – Tabla 1 –
representan el valor promedio de cada parámetro,
y no el valor mínimo, como se deduce de Hoek et al
(1995).
MITO Nº2
PARA MACIZOS ROCOSOS DE MUY MALA CALIDAD, NO ES APLICABLE
LA CATEGORÍA INFERIOR DE LA CLASIFICACIÓN RMR.
80
No es cierto, son ideas equivocadas sobre los hechos. Los hechos son que el RMR continua
usándose con éxito incluso para “rocas de muy mala calidad”, Clase 5 con RMR<20, cuando
los datos se determinan de manera adecuada.
MITO Nº2
PARA MACIZOS ROCOSOS DE MUY MALA CALIDAD, NO ES APLICABLE
LA CATEGORÍA INFERIOR DE LA CLASIFICACIÓN RMR.
81
No es cierto, son ideas equivocadas sobre los hechos. Los hechos son que el RMR continua
usándose con éxito incluso para “rocas de muy mala calidad”, Clase 5 con RMR<20, cuando
los datos se determinan de manera adecuada.
•Sin embargo, existían en la literatura gráficas para la valoración de los
parámetros, preparadas para facilitar los análisis con ordenadores (Figura
2), que muestran claramente que las curvas comienzan en cero. Por lo
tanto, el macizo rocoso de peor calidad tiene un valor de RMR=0, que
significa que en tal caso se trata de un suelo y no de una roca.
Este malentendido surgió cuando Hoek et al. (1995), actuando de
buena fe para tratar con macizos rocosos de muy mala calidad,
presentó un ejemplo donde en la aplicación del RMR se asumían
condiciones secas en el macizo y una orientación de las
discontinuidades muy favorable para un macizo rocoso de muy mala
calidad con resistencia insignificante σc. En tal caso, y según la Tabla
1, el mínimo valor de RMR que se tomó erróneamente fue de 8 (3+5)
concluyendo que el índice RMR no funcionaba para macizos rocoso
de muy mala calidad. Para superar estas supuestas limitaciones se
introdujo el Geological Strength Index (GSI).
MITO Nº2
PARA MACIZOS ROCOSOS DE MUY MALA CALIDAD, NO ES APLICABLE
LA CATEGORÍA INFERIOR DE LA CLASIFICACIÓN RMR.
82
No es cierto, son ideas equivocadas sobre los hechos. Los hechos son que el RMR continua
usándose con éxito incluso para “rocas de muy mala calidad”, Clase 5 con RMR<20, cuando
los datos se determinan de manera adecuada.
MITO Nº2
PARA MACIZOS ROCOSOS DE MUY MALA CALIDAD, NO ES APLICABLE
LA CATEGORÍA INFERIOR DE LA CLASIFICACIÓN RMR.
83
No es cierto, son ideas equivocadas sobre los hechos. Los hechos son que el RMR continua
usándose con éxito incluso para “rocas de muy mala calidad”, Clase 5 con RMR<20, cuando
los datos se determinan de manera adecuada.
•Además, se especulaba que en esas condiciones, con RMR<15,
podría
aplicarse la siguiente ecuación aproximada: GSI = RMR - 5,
puesto que los parámetros del RMR relativos a la densidad de
discontinuidades (RQD + espaciamiento de juntas) y a las
condiciones de las discontinuidades serían aproximadamente
iguales a los dos parámetros del GSI relativos a la estructura del
macizo y las condiciones de las superficies (cuyos valores se
obtuvieron de todos modos de la clasificación RMR).
El problema de este razonamiento es que dicha equivalencia solo
es de aplicación en el rango inferior de los macizos rocosos de
muy mala calidad
(clase V del RMR).
MITO Nº2
PARA MACIZOS ROCOSOS DE MUY MALA CALIDAD, NO ES APLICABLE
LA CATEGORÍA INFERIOR DE LA CLASIFICACIÓN RMR.
84
No es cierto, son ideas equivocadas sobre los hechos. Los hechos son que el RMR continua usándose
con éxito incluso para “rocas de muy mala calidad”, Clase 5 con RMR<20, cuando los datos se
determinan de manera adecuada.
Desafortunadamente, estas ideas se aplicaron de forma errónea por
muchos geólogos e ingenieros a macizos de mejor calidad con RMR>>20,
puesto que era más fácil realizar una aproximación descriptiva mediante
el GSI que una cuantitativa mediante el RMR, donde hay que medir los
parámetros que lo componen. En este proceso se obtuvieron resultados
inexactos que fueron tomados como “fiables” al introducirlos en
sofisticados análisis por ordenador. De hecho, cuando el GSI se introdujo
en 1995, las herramientas geológicas no estaban tan avanzadas como lo
están hoy y su lema “no intente ser preciso” condujo a estimaciones
rápidas. Los que desarrollaron el GSI señalaron que es un índice de
caracterización de los macizos rocosos y no pretende sustituir a
sistemas de clasificación del tipo del RMR o el Q – pero esto se pasa
por alto, incluso al día de hoy. Hay que tener en cuenta que la única
función que se le exigió al GSI fue la de estimar la resistencia del
macizo rocoso utilizando el criterio de Hoek-Brown, específicamente
para macizos rocosos de muy mala calidad.
MITO Nº2
PARA MACIZOS ROCOSOS DE MUY MALA CALIDAD, NO ES APLICABLE
LA CATEGORÍA INFERIOR DE LA CLASIFICACIÓN RMR.
85
No es cierto, son ideas equivocadas sobre los hechos. Los hechos son que el RMR continua
usándose con éxito incluso para “rocas de muy mala calidad”, Clase 5 con RMR<20, cuando
los datos se determinan de manera adecuada.
MITO Nº2 PARA MACIZOS ROCOSOS DE MUY MALA CALIDAD, NO ES APLICABLE LA CATEGORÍA
INFERIOR DE LA CLASIFICACIÓN RMR.
86
No es cierto, son ideas equivocadas sobre los hechos. Los hechos son que el RMR continua
usándose con éxito incluso para “rocas de muy mala calidad”, Clase 5 con RMR<20, cuando
los datos se determinan de manera adecuada.
Por último, una prueba de la aplicabilidad de la clasificación RMR para evaluar los
macizos rocosos de muy mala calidad se obtiene de la observación de los numerosos
casos históricos de la Figura 4, donde se muestra una correlación entre el RMR y el
Q publicada en un año tan temprano como 1976. En la gráfica se observa una
notable dispersión de resultados. Por lo tanto, en un proyecto determinado deben
emplearse ambas clasificaciones para comprobar que es aplicable la correlación:
RMR = 9 ln Q + 44
(la misma correlación figura también en la literatura como RMR = 9 log Q + 44). Esta
expresión no resulta válida cuando se utiliza el GSI en lugar del RMR.
MITOS FRECUENTES EN LAS
CLASIFICACIONES GEOMECANICAS
87
MITO Nº3 EL CRITERIO DE HOEK-BROWN Y EL CRITERIO DE
MOHR-COULOMB SON LOS ÚNICOS PARA ESTIMAR LA
RESISTENCIA DE LOS MACIZOS ROCOSOS Y EL
FACTOR DE SEGURIDAD.
No es cierto, el criterio de Mohr-Coulomb, que se
remonta a 1773, sirve para bastantes cosas, en particular
para el análisis de la estabilidad de taludes, pero existen
otros criterios de resistencia de pico – igualmente
efectivos por ejemplo, el criterio de Yudhbir-Bieniawski
(1983) que se utiliza para cotejar los resultados del
criterio de Hoek-Brown (Edelbro et al, 2006).
MITOS FRECUENTES EN LAS
CLASIFICACIONES GEOMECANICAS
88
MITO Nº4 LA MEJOR FORMA DE ESTIMAR EL MÓDULO DE
DEFORMACIÓN ES A PARTIR DE CUALQUIERA DE LAS
CORRELACIONES QUE SE ENCUENTRAN EN LA
LITERATURA DE LA MECÁNICA DE ROCAS
•No es cierto, unas correlaciones están mejor
sustentadas que otras, y algunas correlaciones deben
evitarse si no se confirman con ensayos in situ. Pero
hay una gran diferencia entre “determinar” y “estimar”
la deformabilidad del macizo rocoso: determinar es muy
deseable; estimar se hace en ausencia de datos in situ
fiables y para diseños preliminares.
MITOS FRECUENTES EN LAS
CLASIFICACIONES GEOMECANICAS
89
MITO Nº5 ES SUFICIENTE CON BASARSE EN EJEMPLOS
ESTUDIADOS Y DESARROLLADOS EN EL CAMPO DE
LA INGENIERÍA CIVIL DE TÚNELES
Una gran equivocación! Hay una gran cantidad de
valiosa información que obtener de “nuestros primos”
los ingenieros de minas, para aplicarla a la Ingeniería
Civil.
MITOS FRECUENTES EN LAS CLASIFICACIONES
GEOMECANICAS
90
MITO Nº5
ES SUFICIENTE CON BASARSE EN EJEMPLOS ESTUDIADOS Y DESARROLLADOS
EN EL CAMPO DE LA INGENIERÍA CIVIL DE TÚNELES
MITOS FRECUENTES EN LAS CLASIFICACIONES
GEOMECANICAS
91
MITO Nº5
ES SUFICIENTE CON BASARSE EN EJEMPLOS ESTUDIADOS Y DESARROLLADOS
EN EL CAMPO DE LA INGENIERÍA CIVIL DE TÚNELES
MITOS FRECUENTES EN LAS CLASIFICACIONES
GEOMECANICAS
92
MITO Nº5
ES SUFICIENTE CON BASARSE EN EJEMPLOS ESTUDIADOS Y DESARROLLADOS
EN EL CAMPO DE LA INGENIERÍA CIVIL DE TÚNELES
MITOS FRECUENTES EN LAS CLASIFICACIONES
GEOMECANICAS
93
MITO Nº5
ES SUFICIENTE CON BASARSE EN EJEMPLOS ESTUDIADOS Y DESARROLLADOS
EN EL CAMPO DE LA INGENIERÍA CIVIL DE TÚNELES
MITOS FRECUENTES EN LAS CLASIFICACIONES
GEOMECANICAS
94
MITO Nº5
ES SUFICIENTE CON BASARSE EN EJEMPLOS ESTUDIADOS Y DESARROLLADOS EN EL
CAMPO DE LA INGENIERÍA CIVIL DE TÚNELES
MITOS FRECUENTES EN LAS CLASIFICACIONES
GEOMECANICAS
95
MITO Nº5
ES SUFICIENTE CON BASARSE EN EJEMPLOS ESTUDIADOS Y DESARROLLADOS
EN EL CAMPO DE LA INGENIERÍA CIVIL DE TÚNELES
MITOS FRECUENTES EN LAS CLASIFICACIONES
GEOMECANICAS
96
MITO Nº5
ES SUFICIENTE CON BASARSE EN EJEMPLOS ESTUDIADOS Y DESARROLLADOS
EN EL CAMPO DE LA INGENIERÍA CIVIL DE TÚNELES
MITOS FRECUENTES EN LAS CLASIFICACIONES
GEOMECANICAS
97
MITO Nº5
ES SUFICIENTE CON BASARSE EN EJEMPLOS ESTUDIADOS Y DESARROLLADOS
EN EL CAMPO DE LA INGENIERÍA CIVIL DE TÚNELES
LOS 10 MANDAMIENTOS PARA USAR LAS
CLASIFICACIONES RMR Y Q
98
1.0 ASEGURAR QUE LOS PARAMETROS DE LA C.G. SON
CUANTITATIVOS (ESTAN MEDIDOS NO SOLO DESCRITOS), SEAN
ADECUADOS, PROVENGAN DE ENSAYOS NORMALIZADOS,
PERTENECEN A CADA REGION ESTRUCTURAL GEOLOGICA, SE BASAN
EN SONDEOS, GALERIAS DE EXPLORACION Y CARTOGRAFIA
GEOLOGICA DE SUPERFICIE, ADEMAS EN SISMICA DE REFRACCION
QUE PERMITA INTERPOLAR ENTRE LOS INEVVITABLE NUMERO DE
SONDEOS.
2.0 SIGA LOS PROCEDIMIENTOS ESTABLECIDOS PARA CLASIFICAR
LOS MACIZOS ROCOSOS CON EL RMR Y EL Q, Y ADEMAS LOS RANGOS
DE VARIACION TIPICOS Y LOS VALORES PROMEDIOS.
3.0 UTILIZAR LAS DOS CLASIFICACIONES Y COMPRUEBE LOS
VALORES OBTENIDOS CON LAS CORRELACIONES PUBLICADAS
ENTRE AMBOS AUTORES.
4.0 ESTIMAR LAS PROPIEDADES DEL MACIZO ROCOSO, EN
PARTICULAR EL MODULO DEL MACIZO (PARA USO EN MODELO
NUMERICOS)
LOS 10 MANDAMIENTOS PARA USAR LAS CLASIFICACIONES RMR Y Q
99
4.0 ESTIMAR LAS PROPIEDADES DEL MACIZO ROCOSO, EN PARTICULAR EL MODULO
DEL MACIZO (PARA USO EN MODELO NUMERICOS)
LOS 10 MANDAMIENTOS PARA USAR LAS
CLASIFICACIONES RMR Y Q
100
5.0 ESTIMAR LAS NECESIDADES PRELIMINARES DE SOSTENIMIENTO
APLICANDO LAS DOS CORRELACIONES
LOS 10 MANDAMIENTOS PARA USAR LAS CLASIFICACIONES RMR Y Q
101
6.0 UTILIZAR LA MODELIZACION NUMERICA, OBTENIENDO FACTORES
DE SEGURIDAD, Y COMPRUEBE QUE SE DISPONE DE SUFICIENTE
INFORMACION. USAR POR LO MENOS DOS CRITERIOS DE
COMPARACION Y COTEJAR LOS RESULTADOS PROPORCIONADOS
POR EL CRITERIO DE HOEK-BROWN.
7.0 SI NO SE DISPONE DE INFORMACION SUFICIENTE, ADMITE QUE EL
METODO DE DISEÑO INTERACTIVO DE UNA EXPLORACION GEOLOGICA
MAS INTENSIVA Y DE NUEVOS ENSAYOS, POR EJEMPLO MEDIDAS DE
ESTADO TENSIONAL SI FUERA NECESARIO.
8.0 TEN EN CUENTA EL PROCESO CONSTRUCTIVO, Y EN EL CASO DE
LOS ESTUDIOS DE VIABILIDAD DE LAS TUNELADORAS, ESTIMA LAS
VELOCIDADES DE AVANCE USANDO EL QTBM Y EL INDICE DE
EXCAVABILIDAD DE MACIZOS ROCOSOS. RME.
9.0 ASEGURATE QUE LA INFORMACION DE LA CARACTERIZACION DEL
M.R. ESTE INCLUIDO EN EL INFORME GEOTECNICO PARA
ESPECIFICACIONES DEL DISEÑO.
10.0 REALIZAR LOS LEVANTAMIENTOS DEL RMR Y EL Q A MEDIDA QUE
AVANCE LA CONSTRUCCION, PARA COMPARAR CON LAS
CONDICIONES INDICADAS EN EL DISEÑO.
INSTITUTO GEOTECNICO DE NORUEGA
INDICE DE CALIDAD TUNELERA
DE LA ROCA Q
Q = RQD x Jr x Jw
Jn Ja SRF
SISTEMA DE CLASIFICACION DE BARTON
RQD = Representa la Estructura de la masa rocosa, la cual es medida del tamaño
Jn del bloque o de la partícula, con dos valores extremos (100/0.5 y 10/20).
TAMAÑO DE BLOQUES
Jr = Representa la rugosidad y características friccionantes de las paredes de
Ja la junta o los materiales de relleno (4/0.75 y 0.5/20).
RESISTENCIA AL CORTE ENTRE LOS BLOQUES
Jw = Consiste en dos parámetros de esfuerzos. SRF es una medida de:
SRF 1) La carga de aflojamiento en el caso de una excavación a través de
zonas de corte y rocas portadoras de arcilla.
2) Esfuerzos rocosos en rocas competentes.
3) Cargas de alta deformación en rocas plásticas incompetentes. Esto
puede ser considerado como un parámetro de esfuerzo total.
4) El parámetro Jw es una medida de presión de agua, la cual tiene un
efecto adverso sobre la resistencia al corte de las juntas, debido a la
reducción del esfuerzo normal efectivo.
ESFUERZO EFECTIVO (1/0.5 y 0.05/20)
Q = RQD x Jr x Jw
Jn Ja SRF
SISTEMA DE CLASIFICACION DE BARTON
EL RANGO DE VARIACION DE LOS PARAMETROS ES EL SIGUIENTE:
RQD = Entre 0 y 100
Jn = Entre 0.5 Y 20
Que nos da dos valores extremos (100/0.5 y 10/20).
Jr = Entre 0.5 y 4
Ja = Entre 0.75 y 20
Que nos dos valores extremos (4/0.75 y 0.5/20).
Jw = Entre 0.05 y 1
SRF = Entre 0.5 y 20
Que nos da dos valores extremos (1/0.5 y 0.05/20)
Q = RQD x Jr x Jw
Jn Ja SRF
SISTEMA DE CLASIFICACION DE BARTON
EL RANGO DE VARIACION DE LOS PARAMETROS ES EL SIGUIENTE:
RQD = Entre 0 y 100
Jn = Entre 0.5 Y 20
Que nos da dos valores extremos (100/0.5 y 10/20).
Jr = Entre 0.5 y 4
Ja = Entre 0.75 y 20
Que nos dos valores extremos (4/0.75 y 0.5/20).
Jw = Entre 0.05 y 1
SRF = Entre 0.5 y 20
Que nos da dos valores extremos (1/0.5 y 0.05/20)
SISTEMA DE CLASIFICACION DE BARTON
RQD
SISTEMA DE CLASIFICACION DE BARTON
Jn
SISTEMA DE CLASIFICACION DE BARTON
Jr
SISTEMA DE CLASIFICACION DE BARTON
Ja
SISTEMA DE CLASIFICACION DE BARTON
Jw
S
R
F
SISTEMA DE CLASIFICACION DE BARTON
TIPOS DE ROCAS
De = Ancho,diámetro altura excavación(m)
Relación de sostenimiento (ESR)
DIMENSION EQUIVALENTE De
EL VALOR DE ESR ESTA RELACIONADO AL USO QUE SE LE DARA
A LA EXCAVACION Y AL GRADO DE SEGURIDAD QUE ESTA
DEMANDE DEL SISTEMA DE SOSTENIMIENTO INSTALADO PARA
MANTENER LA ESTABILIDAD DE LA EXCAVACION
RELACIONANDO EL INDICE Q A LA ESTABILIDAD Y A LOS
REQUERIMIENTOS DE SOSTENIMIENTO DE EXCAVACIONES
SUBTERRÁNEAS, BARTON LIEN Y LUNDE, DEFINIERON UN
PARÁMETRO ADICIONAL AL QUE DENOMINARON DIMENSION
EQUIVALENTE De DE LA EXCAVACIÓN.
ESTA DIMENSION ES OBTENIDA DIVIDIENDO EL ANCHO, DIAMETRO O
ALTRURA DE LA PARED DE LA EXCAVACION POR UNA CANTIDAD
LLAMADA RELACION DE SOSTENIMIENTO DE LA EXCAVACION, ESR. :
VALORES DE ESR, BARTON et.al (1974)
CATEGORIA DE
EXCAVACIONES DESCRIPCION ESR
A Excavaciones mineras temporales
3- 5
B
Aberturas mineras permanentes, túneles de agua
para hidroeléctricas (excluyendo conductos
forzados de alta presion), tuneles, galerías y
sovavones para grandes excavaciones.
1.6
C
Cámaras de almacenamiento, plantas de
tratamiento de agua, túneles carreteros y
ferrocarrileros menores, camaras de equilibrio,
tuneles de acceso.
1.3
D Casas de máquinas, túneles carreteros y
ferocarriles mayores, refugios de defensa civil,
portales y cruces de túnel. 1.0
E Estaciones nucleoeléctricas subterráneas,
estaciones de ferrocarril, instalaciones para
deportes y reuniones, fábricas. 0.80
CATEGORIAS DE SOSTENIMIENTO
BASADAS EN INDICE DE CALIDAD Q
SOSTENIMIENTOS SEGÚN EL INDICE Q
SOSTENIMIENTOS SEGÚN EL INDICE Q
TIPOS DE SOSTENIMIENTO
(BARTON et at,1974)
PRESIONES SOBRE EL SOSTENIMIENTO
(BARTON et al, 1974)
CORRELACION ENTRE LOS INDICES
RMR Vs. Q
SE HAN PROPUESTO DISTINTAS CORRELACIONES EMPIRICAS PARA RMR Y Q, ALGUNA DE LAS MAS CARACTERISTICAS SON LAS SIGUIENTES:
• RMR = 9 Ln Q + 44 (BIENIAWSKI, 1979, SUDAFRICA)
• RMR = 5.9 Ln Q + 43 (RULEDGE Y PRESTON, 1980, NUEVA ZELANDIA)
• RMR = 5.4 Ln Q + 55.2 (MORENO, E. 1981, ASTURIAS)
• RMR = 10.5 Ln Q + 41.8 (ABAD, J. Et Al 1983, ASTURIAS)
• RMR = 5 Ln Q + 60.8 (CAMERON CLARK Y BUDAVARI 1981, SUDAFRICA)
TANTO EN LAS CLASIFICACIONES EMPIRICAS COMO EN LA DESCRIPCIÓN
CUALITATIVA NO COINCIDEN NI EN SUS CLASES NI EN SUS COEFICIENTES
DE REGRESIÓN. KAISER Y GALE (1985), BASÁNDOSE EN LOS ESTUDIOS
PROBABILÍSTICOS HA PROPUESTO UNA ÚNICA RELACIÓN: RMR = 8.5
Ln Q + 35
CORRELACION ENTRE CLASIFICACIONES
GEOMECANICAS (BIENIAWSKI,1979)
CORRELACION ENTRE CLASIFICACIONES
GEOMECANICAS (BIENIAWSKI,1979)
CLASES
RMR
VALORES
RMR
CLASES
Q
VALORES
Q
I 90 ± 10 Muy buena Extremadamente o
excepcionalmente buena
> 200
II 70 ± 10 Buena Buena a muy buena 20 – 20
III 50 ± 10 Regular Muy mala a buena 0.3 – 20
IV 30 ± 10 Mala Extremadamente mala 0.003 – 0.3
V 10 ± Muy Mala Excepcionalmente mala < 0.003
SEGÚN EL GRAFICO ANTERIOR AMBAS CLASIFICACIONES TENDRIAN LAS
SIGUIENTES EQUIVALENCIAS:
CORRELACION ENTRE CLASIFICACIONES
GEOMECANICAS
MODULO DEFORMACION IN SITU Em
QTBM MODELO (PR) Y PRONÓSTICO (AR) Y
ESTIMACIONES DE EJECUCION
• El objetivo del modelo de QTBM, que muy brevemente será descrito aquí,
es permitir al que utilizar la Tala de q de base, o la velocidad sísmica solo
con el fin de reproducir tanto PR (la tasa de penetración) y AR (la tasa de
avance real) para los distintos ámbitos, tipos de roca, o longitudes de túnel.
Naturalmente, hay interacciones importantes entre la roca y la que deben
ser incluidos.
125
126
127
CLASIFICACION DE LAUBSCHER
SISTEMA DE CLASIFICACION DE
LAUBSCHER
SISTEMA DE CLASIFICACION DE
LAUBSCHER
SISTEMA DE CLASIFICACION DE
LAUBSCHER
SISTEMA DE CLASIFICACION DE
LAUBSCHER
CORRECCCION DE LAUBSCHER Y TAYLOR
LAUBSCHER y TAYLOR, han propuesto algunas
modificaciones a la clasificación geomecánica de Bieniawski
y recomendaciones para el sostenimiento.
Los ajuste que proponen Laubscher y taylor, consisten en la
modificación del valor original, siendo los siguientes:
Meteorización
Esfuerzos In situ e inducidos
Cambios de los esfuerzos
Influencia de las orientaciones del rumbo y buzamiento
Efectos de Voladura
Ajustes Combinados
RMR + Ajustes = MRMR
CORRECCCION DE LAUBSCHER Y TAYLOR
Algunos tipos de roca se meteorizan rápidamente cuando entran en contacto con el aire, afectando algunos Parámetros:
Meteorización. Afecta al IRS, RQD, JC. Rangos entre 50% a 100%.
Orientación de fracturas. (Estabilidad de Caserones, Taludes, Hundibilidad).
PARAMETRO METEORIZACION OBSERVACION
dc DISMINUYE HASTA 96% AFECTA MICROFISURAS DE LA ROCA
R.Q.D. DISMINUYE HASTA 95% LA ROCA AUMENTA SUS FRACTURAS
CONDICION DE
JUNTAS SE REDUCE HASTA 82% SI METEORIZACION MOTIVO DETERIORO EN
SUPERFICIES DE LA FISURA O SU RELLENO
CLASIFICACIÓN DE LAUBSCHER Y TAYLOR
AJUSTES – ESFUERZOS INDUCIDOS
Los esfuerzos, tanto In Situ como
inducidos pueden incidir sobre las fisuras,
manteniendo sus superficies en
compresión o permitiendo que las fisuras
se aflojen, y aumenten el riesgo de un
movimiento cortante.
PARAMETRO ESFUERZOS IN
SITU E INDUCIDOS OBSERVACION
CONDICION DE
JUNTAS
AUMENTA HASTA 120% LAS JUNTAS QUEDAN EN COMPRESION
DISMINUYE HASTA 90% SI EL RIESGO DE UN MOVIIENTO CORTANTE
AUMENTA
DISMINUYE HASTA 76% SI LAS FISURAS ESTAN ABIERTAS Y CON
RELLENO DELGADO.
Se requiere conocer
Razón de esfuerzos
Magnitud de esfuerzos
Redistribución de esfuerzos se obtiene de
modelamiento de diagramas publicados.
Interesan:
Esfuerzos máximos
Esfuerzos mínimos
Diferencias (s1 - s3).
CLASIFICACIÓN DE LAUBSCHER Y TAYLOR
AJUSTES – ESFUERZOS INDUCIDOS
Esfuerzos inducidos.
Esfuerzos Máximos (s1)
Esfuerzos compresivos normales a fracturas hasta 120%
Esfuerzos Mínimos (s3)
Bajo confinamiento, mayor probabilidad de falla.
s3 < 0, falla traccional.
Diferencia entre esfuerzos (s1 - s3)
(s1 - s3) elevado cizalle por planos de discontinuidad. Ajuste hasta 60%
CLASIFICACIÓN DE LAUBSCHER Y TAYLOR
AJUSTES – ESFUERZOS INDUCIDOS
CLASIFICACIÓN DE LAUBSCHER Y TAYLOR
AJUSTES – CAMBIOS DE LOS ESFUERZOS
Cuando hay cambios importante por
operaciones mineras, la situación de las
fisuras es afectada.
PARAMETRO CAMBIO DE
ESFUERZOS OBSERVACION
CONDICION DE
JUNTAS
AUMENTA HASTA 120% LAS SIEMPRE ESTAN EN COMPRESION
DISMINUYE HASTA 60% CAUSA MOVIMIENTOS CORTANTES
IMPORTANTES.
CLASIFICACIÓN DE LAUBSCHER Y TAYLOR
AJUSTES – INFLUENCIA Rb. Y Bz. El tamaño, la forma y la dirección del avance de una excavación subterránea tendrá una influencia sobre la estabilidad cuando se considera en función del sistema de fisuras del macizo rocoso.
Laubscher y Taylor opinan, que para garantizar la estabilidad de una excavación subterránea en una roca fisurada depende de la cantidad de fisuras y de los frentes de excavación que se desvían de la vertical y recomiendan los siguientes ajustes: (ajustes en porcentaje dependiendo de la cantidad de frentes inclinados en la excavación).
34
5
6
5
6
43
4
5
3
2.1
13
4
2
2
3
2
# de fracturas que
definen bloque
a la vertical y porcentajes de ajuste
# de planos con inclinaciones distintas
70% 75% 80% 85% 90%
CLASIFICACIÓN DE LAUBSCHER Y TAYLOR
AJUSTES – INFLUENCIA Rb. Y Bz.
ORIENTACIÓN DE FRACTURAS
Se propone además los siguientes ajustes para los
valores del espaciado de juntas, para las zonas de
cortantes que se ubican en operaciones mineras:
(*) No aplicable a roca fracturada
0 - 15°
Porcentaje(túneles) (*)cizalladas c/r al avance
Orientación de zonas
15° - 45°
45° - 75°
76%
84%
92%
CLASIFICACIÓN DE LAUBSCHER Y TAYLOR
AJUSTES – INFLUENCIA Rb. Y Bz.
Orientación de fracturas. Caso pilares y paredes caserones. Cuando las fracturas definen una cuña inestable, cuya base está en la pared.
0 - 5
5 - 10
10 - 15
15 - 20
Rating J.C. Buzamiento de intersección y % ajuste
30 - 40
20 - 30
10 - 30 = 85%
10 - 20 = 90%
20 - 30 = 90%
30 - 40 = 90%
30 - 50 = 90%
40 - 60 = 95%
40 - 60 = 85%
> 50 = 85%
> 60 = 90%
20 - 40 = 80%
30 - 50 = 80%
30 - 40 = 75%
> 60 = 80%
> 50 = 75%
>40 = 70%
> 40 = 70%
CLASIFICACIÓN DE LAUBSCHER Y TAYLOR
AJUSTES – EFECTOS DE LA VOLADURA
Efectos de Voladuras
Técnica Ajuste %
Máquinas Tuneleras (TBM) 100%
Voladuras controlada 97%
Voladuras convencional buena 94%
Malas prácticas de Voladura 80%
Las voladuras crean nuevas fracturas y provocan movimientos en las fisuras existentes. Se propone las siguientes reducciones para los valores del RQD y la condición de juntas.
CLASIFICACIÓN DE LAUBSCHER Y TAYLOR
AJUSTES COMBINADOS
RESUMEN
Meteorización 75% - 100%
Orientación 63% - 100%
Esfuerzos 60% - !20%
Voladura 80% - 100%
Ajustes combinados
En algunos casos la clasificación geomecánica se
encuentra sujeta a más de un ajuste. El ajuste total
no debe pasar de un 50 %.
CLASIFICACIÓN DE LAUBSCHER
Y TAYLOR – RECOM. PARA EL SOSTENIMIENTO
Considerando los valores de la clasificación ajustados y tomando en cuenta practicas normales de sostenimiento en minas se propone:
VALORES
AJUSTADOS VALORES GEOMECANICOS ORIGINALES - BIENIAWSKI
90-100 80-90 70-80 60-70 50-60 40-50 30-40 20-30 10-20 0-10
70 - 100
50 – 60 a a a a
40 – 50 b b b b
30 – 40 c,d c,d c,d,e d,e
20 – 30 e f,g f,g,j f,h,j
10 – 20 i i h,i,j h,j
0 - 10 k k l l
CLASIFICACIÓN DE LAUBSCHER-TAYLOR – SOSTENIMIENTO • a.- Generalmente no hay sostenimiento, pero algunas intersecciones de fisuras
pueden necesitar pernos.
• b.- Cuadricula de pernos cemntados con espaciamiento de 1 m.
• c.- Cuadricula de pernos cementados con espaciamiento de 0.75 m.
• d.- Cuadricula de pernos cementados con espaciamiento de 1 m y 100 mm de concreto lanzado.
• e.- Cuadricula de pernos cementados con espcaiamiento de 1 m y concreto colado de 300 mm y que solo se usara si los cambios de los esfuerzos no son excesivos.
• f.- Cuadricula de pernos cementados con espaciamiento de 0.75 y 100 mm de concreto lanzado.
• g.- Cuadricula de pernos cementados con espaciamiento de 0.75 m y 100 mm de concreto lanzado y malla.
• h.- Concreto colado de 450 mm de espesor con una cuadricula de pernos cementados con espcaimiento de 1 m si los cambios de los esfuerzos no son excesivos.
• i.- Pernos cementados con espaciamiento de 0.75 m si hay un esfuerzo potencial a la mano, y 100 mm de concreto lanzado, luego cibras de acero a manera de técnica de reparación si los cambios en los esfuerzos son excesivos.
• j.- estabilizar con refuerzos de cable protector y concreto de 450 mm de espesor si los cambios en los esfuerzos no son excesivos.
• k.- Estabilizar con resfuerzo de cable protector seguido de concreto lanzado hasta e incluyendo el frente si es necesario y luego cimbras de acero poco seprados, como tecnica de reparación donde los cambios en los esfuerzos soon excesivos.
• l.- No trabajar en este terreno, o usar las técnicas j ó k.
CLASIFICACION SRC DE LUIS
GONZALES VALEJOS
1985
CLASIFICACION GEOMECANICA SRC
• ESTA CLASIFICACION SALE A CONSECUENCIA DE QUERER BUSCAR UN METODO DE CLASIFICACION DE MACIZOS ROCOSOS QUE TENGAN EN CUENTA LA EXTRAPOLACION DE LOS DATOS DE SUPERFICIE, SU VARIACION DE LAS PROPIEDADES CON LA PROFUNDIDAD Y LOS DISTINTOS CONDICIONANTES GEOMECANICOS QUE INTERVIENEN EN UN DISEÑO DE TÚNEL Y POSTERIOR COMPORTAMIENTO DURANTE LA EXCAVACION.
• LA CLASIFICACION SRC SE BASA EN LA CLASIFICACION DE BIENIAWSKI (1979) Y REUNE TAMBIEN EXPERIENCIAS DE LA CLASIFICACION DE BARTON et al (1974), SIN EMBARGO SE DIFERENCIA DE ELLAS POR INTRODUCIR FACTORES DE CORRECCION PARA EL USO DE DATOS DE SUPERFICIEE INCORPORA NUEVOS INDICES COMO EL ESTADO TENSIONAL E INFLUENCIA DE LAS CONDICIONES CONSTRUCTIVAS.
CLASIFICACION GEOMECANICA SRC
PARAMETROS DE CLASIFICACION A. RESISTENCIA DE LA MATRIZ ROCOSA
B. ESPACIADO DE LAS DISCONTINUIDADES Y RQD
C. CONDICION DE LAS DISCONTINUIDADES
D. FILTRACIONES
E. ESTADO TENSIONAL
FACTOR DE COMPETENCIA (CF)
(Definido como el cociente de la resistencia de la compresión uniaxial y la tensión máxima vertical debido peso recubrimiento)
FACTOR DE RELAJACION TENSIONAL (SRF)
(Definido por cociente edad última deformación tectónica principal en años x 10-³ y la máxima carga litostatica vertical)
ACCIDENTES TECTONICOS
(Los accidentes tectónicos importantes pueden dar lugar a marcadas anisotropías direccionales y concentración esfuerzos)
ACTIVIDAD NEOTECTONICA
Tambien puede ser causa de importantes anisotropías tensionales. Ubicación a zona sísmica activa)
F. PROCESO CONSTRUCTIVO
CLASIFICACION GEOMECANICA SRC
INDICE DE CALIDAD VALORES
1. RESISTENCIA MATRIZ ROCOSA
Carga Puntual (Mpa)
Compresión Simple (Mpa)
Puntuación
> 8
> 250
20
8 a 4
259 a 100
15
4 a 2
100 a 50
7
2 a 1
50 a 25
4
No aplicable
25 a 5 5 a 1 < 1
2 1 1
2. ESPACIADO RQD
Espaciado (m)
RQD (%)
Puntuación
> 2
100 a 90
25
2 a 0.6
90 a 75
20
0.6 a 0.2
75 a 50
15
0.2 a 0.06
50 a 25
8
< 0.06
< 25
5
3. DISCONTINUIDADES
Condiciones
Puntuación
Muy rugosas. Discontínuas.
Sin separación. Bordes poco
alterados y duros.
30
Algo rugosas.
Discontinuas.
Separación < 1 mm.
Bordes duros y poco
alterados.
25
Algo rugosas.
Discontínuas.Separaci
ón 1 mm. Bordes
blandos y alterados.
20
Lisas o con
slickensides.
Contínuas.
Abiertas a 1 a
5 mm. Con
rellenos.
10
Lisas o con
slickensides.
Contínuas.
Abiertas mas de 5
mm. Con rellenos.
0
4. FILTRACIONES
Caudal po 10 m de túnel (l/min)
Condiciones
Puntuación
Inapreciable
Seco
15
< 10
Algo húmedo
10
10 – 25
Algunas filtraciones
7
25 – 125
Frecuentes
filtraciones
4
> 125
Abundantes
filtraciones
0
5. ESTADO TENSIONAL
Factor de competencia
Puntuación
Accidentes tectónicos
Puntuación
Factor de Relajación tensional
Puntuación
Actividad neotectónica
Puntuación
> 10
10
10 a 5
5
5 a 3
-5
<3
- 10 -
Zonas de fallas/cabalgamiento de alcance regional y
áreas cercanas
- 5
Tectónica compresiva
- 2
Tectónica distensiva
0
> 200
0
200 a 80 80 a 10 < 10
-5 -8 -10
Zona afectada por laderas o talude
200 a 80 79 a 10 <10
-10 -13 -15
Desestimada o desconocida
0
Supuesta
-5
Confirmada
-10
CLASE DE ROCA
Clase SRC
Puntuación
I
Muy Buena
100 a 81
II
Buena
80 a 61
III
Media
80 a 41
IV
Mala
40 a 21
V
Muy Mala
< 20
INFLUENCIA RELATIVA DE LOS PARAMETROS
GEOMECANICOS EN LAS CLASIFICACIONES
OTRAS CLASIFICACIONES
CLASIFICACION SEGÚN RABCEWICZ
• DESARROLLADA POR EL AUTOR, COMO BASE PARA EL NUEVO METODO AUSTRIACO DE TUNELERIA (N.A.T.M.), SU EMPLEO ESTA MUY DIFUNDIDO EN ALEMANIA, AUSTRIA Y FRANCIA.
• ESTA CLASIFICACION RECOGE LAS EXPERIENCIAS OBTENIDAS EN LA CONSTRUCCION DE TUNELES, DONDE LA MASA ROCOSA PRESENTA DIVERSOS GRADOS DE OPOSICION AL AVANCE DE EXCAVACION DEL TUNEL, Y SE HACE NECESARIO EFECTUAR SU CORRESPONDIENTE SOSTENIMIENTO, EN TERRENOS MUY DIFICILES, EJECUTAR METODOS DE SOSTENIMIENTO PARCIAL, CON EL CONSIGUIENTE TIPO DE SOSTENIMIENTO.
• ESTE TIPO DE CLASIFICACION TIENE VALOR IMPORTANTE, CUANDO SE EJECUTAN EXCAVACIONES DE GRAN SECCION, MAYORES DE 50 METROS CUADRADOS.
CLASIFICACION SEGÚN
RABCEWICZ
CLASIFICACION DE PROTODIAKONOV
• ES UNA CLASIFICACION BASTANTE EXTENDIDA EN LOS PAISES DEL ESTE DE EUROPA, EN LOS QUE SE UTILIZA PARA EL DIMENSIONAMIENTO DE SOSTENIMIENTOS DE TUNELES, Y QUE EN 1976 FUE ADOPTADO POR LA AFTES EN FRANCIA, JUNTO CON LA DE DEERE PARA PREDIMENSIONADO EN ESTE PAÍS.
• PROTODIAKONOV CLASIFICA LOS TERRENOS, ASIGNANDOLES UN PARAMETRO “f” LLAMADO COEFICIENTE DE RESISTENCIA, A PARTIR DEL CUAL, Y DE LAS DIMENSIONES DEL TUNEL, DEFINE LAS CARGAS DEL CALCULO PARA DIMENSIONAR EL SOSTENIMIENTO.
GRADO DE
RESISTENCIA TIPO DE ROCA O SUELO
m
Kg/m3
q uc
Kg/m²
FACTOR
MUY ALTO Granitos masivos. Cuarcitas o basaltos sanos y en
general, rocas duras sanas y muy resistentes. 2800-3000 2000 20
MUL ALTO Granitos prácticamente masivos, porfidos, pizarras,
arenisca y calizas sanas. 2600-2700 1500 15
ALTO Granitos y formaciones similares, areniscas y calizas
prácticamente sanas conglomerados muy resistente,
limolitas resistente.
2500-2600 1000 10
ALTO Calizas en general, granitos meteorizados, limolitas,
areniscas relativamente resistes, mármoles, pirita. 2500 800 8
MODERADAMENTE ALTO Areniscas normales 2400 600 6
MODERADAMENTE ALTO Pizarras 2300 500 5
MEDIO Lutitas, calizas y areniscas de baja resistencia,
conglomerado no muy duros 2400-2800 400 4
MEDIO Lutitas, pizarras arcillosas, margas 2400-2600 300 3
MODERADAMENTE BAJO Lutitas blandas, calizas muy fracturadas, yesos,
areniscas en bloques, gravas cementadas. 2200-2600
200-
150 2-1.5
MODERADAMENTE BAJO Gravas, lutitas y pizarras fragmentadas, depósitos de
talud duros, arcillas duras. 2000 -- 1.5
BAJO Arcilla firme, suelos arcillosos 1700-2000 -- 1.0
BAJO Loes, formaciones de arena y grava, suelos areno-
arcillosos o limo-arcillosos 1700-1900 -- 0.8
SUELOS Suelos con vegetación, turba, arenas húmedas. 1600-1800 -- 0.6
SUELOS GRANULARES Arenas y gravas 1400-1600 -- 0.5
SUELOS PLASTICOS Limos y arcillas blandos. 0.3 PROTODIAKONOV
CLASIFICACION DE PROTODIAKONOV
• DA UNAS REGLAS PARA LA DETERMINACION
DE “f” EN FUNCION DE LA RESISTENCIA A LA
COMPRESION SIMPLE, EL ANGULO DE
ROZAMIENTO INTERNO Y LA COHESION,
ESTAS SON:
• PARA ROCAS: f = c/10
• PARA SUELOS: f = tg + C/c
• DONDE:
c = Resistencia compresion simple (Mpa)
= Angulo de rozamiento interno a largo plazo
C = Cohesion a largo plazo (Mpa).
CLASIFICACION DE PROTODIAKONOV • LA DISTRIBUCION DE LAS CARGAS SOBRE UN TUNEL PARA EL
DIMENSIONAMIENTO DEL SOSTENIMIENTO SE HACE SUPONIENDO:
• Presión uniforme vertical sobre clave
Pv = . h
• Presión uniforme horizontal lateral
Pl = (h + 0.5 m)tg² (45 + /2)
donde:
h = B/2f
B = b + 2m.tg (45 - /2)
siendo:
b = anchura
m = altura del túnel
f = coeficiente de resistencia (Protodiakonov)
= angulo de rozamiento interno.
= densidad del terreno.
CLASIFICACION SEGÚN NORMA
ALEMANA (B – 2203)
• Esta es un Clasificación eminentemente
práctica. Norma la ejecución de obras
subterráneas en Alemania, es adaptación de la
clasificación de rabcewicz a la realidad Alemana
y cubre excavaciones en diversas secciones.
• En esta Clasificaicón existen 7 tipos de terrenos
diferentes.
CLASIFICACION SEGÚN NORMA ALEMANA (B – 2203)
TIPO CARACTERES
DE LA ROCA EXCAVACION Y SOSTENIMIENTO
1 Terreno Estable Excavación en una unica fase, sin sostenimiento.
2 Roca poco
fracturada
Excavación en una única fase, sostenimiento
donde se requiera.
3 Roca algo más
fracturada
Excavación en una única fase, sostenimiento en la
bóveda.
4 Roca fracturada y
poco friable
Excavacion en dos fases y contrabóveda,
sosteniiento sistemático en toda la sección.
5 Roca muy friable,
empuje inmediato
Excavación en dos o tres fases, dependiendo de la
sección, sostenimiento con cerchas metálicas.
6
Roca de empuje
inmediato fuerte
Excavación en varias fases(núcleo central) y
contrabóveda. Sostenimiento sistemático en toda
la sección.
7
Terreno sis
cohesión
Excavación en varias fases, con núcleo central y
contrabóveda concreto rociado en frente inmediato
y sostenimiento sistemático en toda la sección.
COMPARACION ENTRE LA CLASIFICACION
RABCEWICZ Y O – Norm B – 2203)
CLASIFICACION
RABCEWIZC
O – NORM B - 2203
1 2 3 4 5 6 7
I
II
III
IV
V
INDICES DE RESISTENCIA DEL
MACIZO ROCOSO
INDICE DE RESISTENCIA DEL MACIZO
ROCOSO DE PALMSTROM
• Basa su clasificación en el RMI, el que considera la reducción de la resistencia de las rocas provocada por el agrietamiento y se expresa mediante la siguiente ecuación.
RMI = Rc JP
• Donde:
• RC = Resistencia a compresión uniaxial de la roca intacta en muestras de 50 mm de diámetro.
• JP = Parámetro dependiente del agrietamiento. Es un factor de reducción que representa el tamaño de los bloques y el estado de las caras de los mismos, definidas por la fricción y el tamaño de las grietas.
• En el esquema que se ofrece a continuación se dan los parámetros principales que intervienen en la propuesta de Palmstrom para la valoración de estabilidad en los macizos rocosos.
INDICE DEL MACIZO ROCOSO RMi
RUGOSIDAD DE
LAS GRIETAS
ALTERACIÓN DE
LAS GRIETAS
TAMAÑO Y
CONTINUIDAD DE
LAS GRIETAS
FACTOR DE
ESTADO DE LAS
GRIETAS
JC
DENSIDAD DE
GRIETAS
MATERIAL
ROCOSO
VOLUMEN DEL
BLOQUE
Vb
PARÁMETRO DE
AGRIETAMIENTO
JP
RESISTENCIA A
COMPRESIÓN
SIMPLE
ÍNDICE DEL
MACIZO ROCOSO
RMi
INDICE DEL MACIZO ROCOSO RMi
• El valor de JP se puede determinar, según Palmstrom por la siguiente expresión
D
JP = 0.2JC*Vb
• El valor del coeficiente D se puede calcular por tablas elaboradas por Palmstrom o por la expresión D= 0,37 JC-0,2
• El valor de JP varía desde valores próximos a 0, para rocas muy fracturadas, hasta 1 en rocas intactas. La forma exponencial de su expresión de cálculo coincide perfectamente con los datos experimentales que indican que el espacio entre grietas tiene una representación estadística de tipo exponencial, como se indica en los estudios de Merritt y Baecher (1981).
• El factor de estado de las grietas se expresa según la ecuación siguiente:
jC = jL (jR / jA), donde jL, jR, y jA son factores que describen la longitud y la continuidad, la rugosidad y la alteración del plano de grietas respectivamente. Los valores correspondientes a estos parámetros se encuentran reflejados en Tablas. Los factores jR y jA son similares a los valores de jR y jA que se utilizan para obtener el valor de Q. El factor de tamaño y continuidad de las grietas (jL) se ha introducido en el sistema Rmi para representar el efecto que producen las grietas a diferentes escalas.
INDICE DEL MACIZO ROCOSO RMi
• Comúnmente, el factor de estado de las juntas jC tienen un valor entre 1 y 2; y consecuentemente el parámetro de grieta JP estará comprendido entre 0,2 Vb
0,37 y 0,28 Vb0,32 .
Para jC = 1,75 el parámetro de grieta se pueden expresar de la forma siguiente:
JP = 0.25Vb
• Con mucha frecuencia se deben considerar los efectos de escala, que son significativos cuando se extrapolan los resultados de ensayos de laboratorio a volúmenes de ensayos de campo. Como se indicó anteriormente, el Rmi se ajusta fácilmente cuando se incluyen efectos de escala en JP. En cambio, para macizos rocosos masivos, el efecto de escala para los ensayos de compresión uniaxial ( RC ) no se tiene en cuenta, ya que los ensayos se realizan sobre muestras de 50 mm de diámetro.
3
RELACION ENTRE EL JP, JC Y Vb
INDICE Rmi
DE PALMSTROM
VENTAJAS DE USAR EL RMi El Rmi mejora significativamente el uso de datos geológicos,
principalmente a través del empleo sistemático de parámetros predefinidos en este sistema en el que el carácter tridimensional de un macizo rocoso viene representado por el volumen del bloque.
El Rmi se puede usar fácilmente para establecer estimaciones groseras disponiendo tan sólo de una información básica del macizo rocoso. Por ejemplo, en el período inicial de un proyecto usando la expresión para el cálculo de JP para el valor de JC de 1,75...
El Rmi es un método bastante cómodo a la hora de establecer comparaciones e intercambio de información de diferentes puntos o zonas. En este sentido, es una herramienta muy útil para intercambiar información y conocimientos (mejorar la comunicación) entre los profesionales que se dedican a la ingeniería y el diseño de obras civiles.
El RMI ofrece un sistema de caracterización del macizo rocoso bastante útil en ingeniería. El Rmi es un parámetro que, en líneas generales, caracteriza la resistencia inherente de un macizo rocoso y se puede aplicar en ingeniería para establecer la calidad de este material en construcción. En el trabajo de campo se usa fácilmente , ya que el RMI viene definido por el volumen de los bloques y por los parámetros de fracturación del macizo rocoso.
LIMITACIONES DEL RMi • El rango y tipos de macizos rocosos que se pueden clasificar
mediante el RMI. Tanto la roca intacta como las grietas muestran grandes variaciones direccionales en composición y estructura, proporcionando un amplio rango de composiciones y propiedades de los macizos rocosos. No es posible caracterizar todas las combinaciones que se presentan en la naturaleza con un solo número. Sin embargo, el sistema Rmi, muy probablemente caracteriza el rango más amplio de materiales comparado con los demás métodos de clasificación existentes.
• La precisión de la expresión RMI. El valor del parámetro de grietas(JP) se calibra con unos pocos ensayos de compresión a gran escala. La evaluación de los diversos factores (jR, jA y Vb) utilizados para la obtención de JP y el tamaño de las muestras ensayadas, que en algunos casos no es representativo por el reducido número de bloques que presenta, puede generar una serie de errores sistemáticos en el cálculo del parámetro JP, por lo que se obtiene un valor de Rmi aproximado. Sin embargo, en algunos casos, los errores cometidos en algunas mediciones pueden compensar otros, dando finalmente resultados coherentes.
RELACION DEL Rmi CON OTROS INDICES
• PALMSTROM DEFINIO UN RELACION ENTRE LOS
VALORES DE Rmi Y LOS VALORES USADOS EN
EL CRITERIO DE FALLA DE HOEK Y BROWN, QUE
SON LOS SIGUIENTES:
s = JP²
mb = mi X JP 0,64 (PARA MACIZOS ROCOSOS NO DISTURBADOS)
mb = mi X JP 0,857(PARA MACIZOS ROCOSOS DISTURBADOS)
RELACION Rmi CON OTROS INDICES Y SU
APLICACION
CRITERIO DE FALLA DE
E. HOEK Y E.T. BROWM
σ n= tensión normal sobre el plano de rotura
τ= tensión tangencial sobre el plano de rotura
C= cohesión
Ø= ángulo de resistencia interna del material o ángulo de rozamiento de la matriz rocosa
CRITERIO DE MOHR – COULOMB
PROPIEDADES COHESION Y ANGULO FRICCION
SUELOS Y ROCAS
La gran ventaja de este criterio es su sencillez. Sin embargo presenta inconvenientes a que:
Los envolventes de la resistencia en roca no son lineales.
Aplicado para suelos
No se aplica a material rocoso con discontinuidades.
Las rocas a diferencia de los suelos presentan un comportamiento mecánico NO LINEAL, por lo que los criterios de rotura lineales, a pesar de la ventaja de su simplicidad, no son muy adecuados en cuanto que pueden proporcionar datos erróneos a la hora de evaluar el estado de deformaciones de las rocas.
CRITERIO DE MOHR – COULOMB
“El criterio de Mohr – Coulomb no se ajusta al
comportamiento real de los materiales rocosos,
tanto de la matriz rocosa, como de los macizos
rocosos y de las discontinuidades”
CRITERIO DE MOHR – COULOMB
CRITERIO DE HOEK – BROWN
• El criterio de rotura de Hoek – Brown es un
criterio que permite la estimación de la
resistencia al corte de roca intacta y de los
macizos rocosos.
• Uno de los aspectos particulares del criterio de
rotura de Hoek – Brown es la posibilidad de
normalizar los términos, que involucran los
esfuerzos, en expresiones matemáticas.
• Es posible escribir la forma genérica del criterio
en términos de esfuerzos de corte y normales
trasformados en el plano de rotura.
CRITERIO DE HOEK – BROWN
La forma generalizada define la combinación de esfuerzos
principales en la rotura para el caso de macizos rocosos.
Esto esta basado en la suposición de que las diaclasas están
cercanamente espaciadas y que las mismas no tienen una
orientación preferente, de tal forma que el macizo rocoso
puede ser asumido como homogéneo e isotrópico.
EL criterio obedece:
EN donde mb, s y a son parámetros que dependen de la
estructura de las discontinuidades en el macizo rocoso.
Estos parámetros se correlacionan con el GSI
RESISTENCIA DEL MACIZO ROCOSO
CRITERIOS DE FALLA HOEK Y BROWN
(1980)
c 1' mb 3' c = + 3' + S
a
[ ]
1' = Esfuerzo Efectivo Principal Axial
3' = Esfuerzo Efectivo Principal Confinante
c = Resistencia Compresiva Uniaxial de la Roca Intacta
Mb = Valor de constante m para la masa rocosa
Donde:
S y a = Constantes q´dependen caract. de la Masa rocosa
Ec. 01
RESISTENCIA DEL MACIZO ROCOSO
CRITERIOS DE FALLA HOEK Y BROWN
c 1' mb 3' c = + 3' + S
½
[ ]
Para macizos rocosos de BUENA a RAZONABLES
CALIDAD, la falla puede ser definida estableciendo:
a = 0.5 en la ecuacion 01
Para macizos rocosos de MALA CALIDAD, la masa
Rocosa no tiene resistencia a la tracción o “cohesión”
Fallando los especimenes
Ec. 02
RESISTENCIA DEL MACIZO ROCOSO
CRITERIOS DE FALLA HOEK Y BROWN
c 1' mb 3' c = + 3'
a
[ ] Ec. 03
Para macizos rocosos de MALA CALIDAD, la masa
Rocosa no tiene resistencia a la tracción o “cohesión”
Y los especímenes fallarán sin confinamiento.
Para estos macizos rocosos se establece un valor para
s = 0 , obteniéndose la ecuación 3
CRITERIO ACTUALIZADO DE HOEK -
BROWN
• La actualización se centró también en los
métodos para determinar m y s.
• Una parte de dicha actualización consistió en
presentar la ecuación original en tensiones
efectivas.
• Respecto a la determinación de los valores de
m y s se presentaron las siguientes relaciones
empíricas.
CRITERIO DE ROTURA DE HOECK Y
BROWN GENERALIZADO (2002)
31 3
a
ci b
ci
m s
15 20 3
100exp
28 14
100exp
9 3
1 1
2 6
b i
GSI
GSIm m
D
GSIs
D
a e e
mi = para roca intacta
mb = para roca fracturada
GSI = Geological Strength Index
D = factor que depende del
grado de alteración a que el
macizo ha sido sometido debido
a explosiones y relajación de
tensiones
• Para el caso de roca no alterada:
• Para el caso de roca alterada o, por ejemplo,
afectada por el efecto de voladura:
• Para roca intacta, s=1 y mb = mi, escribiéndose
la ecuación como sigue:
• En Hoek – Brown se dan las instrucciones para
obtener mi por medio de ensayos triaxiales.
• Hoek y Brown aportaron las siguientes
relaciones a partir del índice GSI de calidad
geomecánica del macizo rocoso.
• Para GSI > 25
• Para GSI < 25
• La resistencia a la compresión uniaxial se
obtiene haciendo σ3 = 0, en la ecuación (1):
• Y la resistencia a tracción se obtiene haciendo
σ’1 = σ’3 = σt, lo que representa una condición
de tensión biaxial.
• Para túneles:
Donde:
• σ’cm es la resistencia del macizo rocoso
• γ es el peso unitario del macizo rocoso
• H es la profundidad del túnel desde la superficie.
• Para taludes:
Siendo H la altura del talud.
INDICE DE RESISTENCIA
GEOLOGICA
GSI
INDICE DE RESISTENCIA GEOLOGICA
GSI
• El Geological Strength Index (GSI), fue propuesto por Hoek (1995) y Hoek, Kaiser & Badwen (1995) que provee un sistema, para estimar la reducción de la resistencia del macizo rocoso para diferentes condiciones geológicas.
• La resistencia de un macizo rocoso fracturado depende de las propiedades de los bloques de roca intacta y, también, de la libertad de éstos para deslizar y girar bajo distintas condiciones de esfuerzo. Esta libertad está controlada por el perfil geométrico de los bloques de roca intacta, así como también, por la condición de las superficies que separan dichos trozos o bloques. Los trozos de roca angulosos, con caras definidas por superficies lisas y abruptas, producen un macizo rocoso mucho más competente que uno que contenga bloques completamente rodeados por material intemperizado y/o alterado.
INDICE DE RESISTENCIA GEOLOGICA
(GIS)
• Uno de los problemas prácticos surge cuando se fija el valor del GSI en terreno, está relacionado con el daño por voladura. Donde sea posible, se debería usar la superficie no dañada para estimar el valor GSI, ya que el propósito principal es determinar las propiedades del macizo rocoso no perturbado. En todos aquellas superficies visibles que se hayan dañado a causa de la voladura, se debería de intentar hacer algo para compensar los valores del GSI más bajos obtenidos de esas caras libres. En caras libres recientemente voladas, se crearán nuevas discontinuidades por efecto de la voladura, las cuales resultan en un valor GSI que puede llegar a ser nada menos 10 puntos más bajo que el correspondiente al mismo macizo rocoso no perturbado por la voladura.
RELACIONES ENTRE mb/mi, s y a Y EL
INDICE DE RESISTENCIA GEOLOGICA (GSI)
PARA MASA ROCOSA NO DISTURBADA
VALORES DE GSI > 25
exp mb/mi 100
28 GSI Ec. 06
100 exp 9
GSI s Ec. 07
0.5 a Ec. 08
RELACIONES ENTRE mb/mi, s y a Y EL
INDICE DE RESISTENCIA GEOLOGICA (GSI)
PARA MASA ROCOSA NO DISTURBADA
VALORES DE GSI < 25
Ec. 09 0 s
Ec. 10 0.65 200
GS I a
CRITERIO DE ROTURA DE HOECK Y
BROWN GENERALIZADO (2002)
• GSI: Geological Strength Index
• 0 ≤ GSI ≤ 100
• Si GSI = 100, roca intacta: se recupera el criterio H-B original
• Depende de las condiciones en la superficie y de la estructura del macizo
a
1’ = 3’ + c (mb (3’ / c ) + S)
1’ = Esfuerzo efectivo principal máximo en la falla
3’ = Esfuerzo efectivo principal mínimo en la falla
c = Resistencia compresiva uniaxial de las piezas de roca intacta
mb, s, a son las constantes de la composición, estructura y
condiciones superficiales de la masa rocosa
CRITERIO
GENERALIZADO DE
HOECK – BROWN
ESTRUCTURA
CO
NDI
CIO
N
DE
LA
SUP
ERF
ICIE
MUY
BUENA Superficies
rugosas y de
cajas
frescas(sin
señales de
intemperizaci
on ni de
alteración)
BUENA Superficies
rugosas,
cajas
levemente
intemprizadas
y/o alteradas,
con patinas
de oxido de
hierro
REGULA
R Superficies
lisas, cajas
moderadam
ente
intemperiza
das y/o
alteradas
MALA Superficies lisas y
cizalladas, cajas
intemperizadas
y/o alteradas, con
rellenos de
fragmentos
granulares y/o
arcillosos firmes
MUY MALA Superficies
lisas y
cizalladas,
cajas muy
intemperizada
s y/o
alteradas, con
rellenos
arcillosos
blandos
FRACTURADO EN BLOQUES
(BLOCKY) MACIZO ROCOSO CONFORMADO POR TROZOS
O BLOQUES DE ROCA BIEN TRABAJADOS, DE
FORMA CUBICA Y DEFINIDOS POR TRES SETS
DE ESTRUCTURAS, ORTOGONALES ENTRE SI
mb/
mi
S
a
Em
Y
GSI
0.600
0.190
0.500
75,000
0.200
85
0.400
0.062
0.500
40,000
0.200
75
0.260
0.015
0.500
20,000
0.250
62
0.160
0.003
0.500
9,000
0.250
48
0.080
0.0004
0.500
3,000
0.250
34
FUERTEMENTE FRACTURADO EN
BLOQUES
(VERY BLOCKY) MACIZO ROCOSO ALGO PERTURBADO,
CONFORMADO POR TROZOS O BLOQUES DE
ROCA TRABADOS, DE VARIAS CARAS,
ANGULOSOS Y DEFINIDOS POR CUATRO O MAS
SETS DE ESTRUCTURAS
mb/
mi
S
a
Em
Y
GSI
0.400
0.062
0.500
40,000
0.200
75
0.290
0.021
0.500
24,000
0.250
65
0.160
0.003
0.500
9,000
0.250
48
0.100
0.001
0.500
5,000
0.250
38
0.070
0.000
0.530
2,500
0.300
25
FRACTURADO Y PERTURBADO
(BLOCKY/DISTURBED) MACIZO ROCOSO PLEGADO Y/O AFECTADO
POR FALLAS, CONFORMADO POR TROZOS O
BLOQUES DE ROCA DE VARIAS CARAS,
ANGULOSOS Y DEFINIDOS POR LA
INTERSECCIÓN DE NUMEROSOS SETS DE
ESTRUCTURAS
mb/
mi
S
a
Em
Y
GSI
0.240
0.012
0.500
18,000
0.250
60
0.170
0.004
0.500
10,000
0.250
50
0.120
0.001
0.500
6,000
0.250
40
0.080
0.000
0.500
3,000
0.300
30
0.060
0.000
0.550
2,000
0.300
20
DESISNTEGRADO
(DESINTEGRATED) MACIZO ROCOSO MUY FRACTURADO Y
QUEBRADO, CONFORMADO POR UN CONJUNTO
POBREMENTE TRABADO DE BLOQUES Y
TROZOS DE ROCA, ANGULOSOS Y TAMBIEN
REDONDEADOS
mb/
mi
S
a
Em
Y
GSI
0.170
0.004
0.500
10,000
0.250
50
0.120
0.001
0.500
6,000
0.250
40
0.080
0.000
0.500
3,000
0.300
30
0.060
0.000
0.550
2,000
0.300
20
0.040
0.000
0.600
1,000
0.300
10
CARACTERIZACION GEOTECNICA DEL MACIZO ROCOSO
INDICE GEOLOGICO DE RESISTENCIA DEL MACIZO ROCOSO
CARACTERISTICAS
DE LA MASA
ROCOSA
INDICE DE
RESISTENCIA
GEOLOGICA
(GIS)
CRITERIO
GENERALIZADO
DE HOEK Y
BROWN
INDICE DE
RESISTENCIA
GEOLOGICA
(GIS)
APLICACIÓN
01
INDICE DE
RESISTENCIA
GEOLOGICA
(GIS)
APLICACIÓN
02
INDICE DE
RESISTENCIA
GEOLOGICA
(GIS)
APLICACIÓN
02
CONDICIONES TIPICAS DE TUNELES (3 A 10 m DE LUZ)
INDICE DE
RESISTENCIA
GEOLOGICA
(GIS)
APLICACIÓN
03
INDICE DE
RESISTENCIA
GEOLOGICA
(GIS)
APLICACIÓN
04
INDICE DE
RESISTENCIA
GEOLOGICA
(GIS)
APLICACIÓN
05
G.S.I. MODIFICADO
COMPARACION ENTRE
SISTEMAS DE CLASIFICACION
DE MACIZOS ROCOSOS
COMPARACION ENTRE SISTEMAS DE
CLASIFICACION DE MACIZOS ROCOSOS TODOS LOS SISTEMAS DE CLASIFICACION DE MACIZOS ROCOSOS
SON PRODUCTOS DE OBSERVACIONES Y SE HAN DESARROLLADO EMPIRICAMENTE PLANTEANDO PARAMETROS DE CALIDAD DE ROCA SOBRE LA BASE DE SUS CARACTERISTICAS MECANICAS, DE SU CAPACIDAD DE SOPORTE A LAS SOLICITACIONES DE CARGA Y SU COMPORTAMIENTO POR UN DETERMINADO TIEMPO.
LOS SISTEMAS RQD Y Q (NGI) INCLUYEN UN NUMERO SUFICIENTE DE DATOS FISICOS Y MECANICOS DE LA ROCA PARA EVALUAR TODOS LOS FACTORES QUE INFLUYEN EN LA ESTABILIDAD DE UNA EXCAVACION SUBTERRANEA.
EL SISTEMA SRC INCLUYE DATOS SUPERFICIALES DE ASPECTOS GEOLOGICOS Y GEOMECANICOS. INCLUYE LA NEOTECTONICA.
EN CAMBIO EL SISTEMA RSR INCIDE EN LA CAPACIDAD DEL TIPO DE SOPORTE Y LAS DIMENSIONES DE LA EXCAVACION.
EN OTRO SENTIDO LAUFFER DESARROLLA EL COMPORTAMIENTO DE LA EXCAVACION POR SUS DIMENSIONES, Y POR UN TIEMPO DETERMINADO.
RABCEWICZ Y LAS NORMAS ALEMANAS (B-2203) E BASAN EN EL COMPORTAMIENTO DEL MACIZO ROCOSO Y LAS DIFICULTADES QUE OPONEN AL AVANCE DE UNA EXCAVACION.
CONCEPTOS SOBRE LAS CLASIFICACIONES
GEOMECANICAS “LAS CLASIFICACIONES GEOMECANICAS SON UN METODO DE
INGENIERIA GEOLOGICA QUE PERMITE EVALUAR EL COMPORTAMIENTO GEOMECANICO DE LOS MACIZOS ROCOSOS, Y DE AQUÍ ESTIMAR LOS PARAMETROS GEOTECNICOS DE DISEÑO Y EL TIPO DE SOSTENIMIENTO DE UN TUNEL” SUDAFRICA, BIENIAWSKI, 1989
“LAS CLASIFICACIONES GEOMECANICAS SON PROCEDIMIENTOS EMPIRICOS QUE NOS AYUDAN A EVALUAR EL COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL DE LAS ROCAS Y CON AYUDA DE ENSAYOS DE LABORATORIO ESTIMAR PARAMETROS GEOTECNICOS , PARA OBTENER UN GRADO MINIMO DE SEGURIDAD EN EL DISEÑO DE LA EXCAVACION DE TUNELES EN ROCAS “ PERU, 2001
“LAS CLASIFICACIONES GEOMECANICAS NO DEBEN SER UTILIZADAS PARA REALIZAR DISEÑOS DE SOSTENIMIENTOS EN LAS EXCAVACIONES DE TUNELES” PERU, 2004
“SE NECESITA DE POR LO MENOS LA UTILIZACION DE 02 PROCEDIMIENTOS DE CLASIFICACION PARA EVALUAR UN ESTUDIO” PERU, 2002
HISTORIA DE LAS CLASIFICACIONES • 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 BIENIAWSKI.
• INDICE 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.
LA CLASIFICACION DE LAS ROCAS
DE TERZAGHI • PROPUSO ESTA CLASIFICACION PARA CALCULAR LAS CARGAS
QUE DEBEN SOPORTAR LOS MARCOS DE ACERO EN LOS TUNELES.
• EXPERIMENTO EN TUNELES FERROCARRILEROS CON REFUERZO DE ACERO EN LOS ALPES.
• DESTACA LA IMPORTANCIA DE LA EXPLORACION GEOLOGICA QUE DEBERA HACERSE ANTES QUE SE TERMINE EL DISEÑO Y SOBRE TODO INSISTE EN CONSEGUIR INFORMACION SOBRE LOS DEFECTOS EN LA FORMACION DE LA ROCA.
“DESDE EL PUNTO DE VISTA DE INGENIERIA, EL CONOCIMIENTO DEL TIPO DE DEFECTO EN LA ROCA Y EN SU INTENSIDAD PUEDE SER MAS IMPORTANTE QUE EL TIPO DE ROCA QUE SE PUEDA ENCONTRAR. POR LO TANTO, DURANTE LA EXPLORACION HAY QUE DAR ESPECIAL ATENCION A LOS DEFECTOS DE LA ROCA. EL INFORME GEOLOGICO DEBERA CONTENER UNA DESCRIPCION DETALLADA DE LOS EFECTOS OBSERVADOS EN TERMINOS GEOLOGICOS. TAMBIEN DEBERA MENCIONAR LA ROCA DEFECTUOSA EN TERMINOS DE TUNELEO, COMO POR EJEMPLO: ROCA EN BLOQUE, JUNTEADA, ROCA QUE SE COMPRIME O EXPANDE.”
LA CLASIFICACION DE LAS ROCAS
DE TERZAGHI DEFINE LOS TERMINOS DE TUNELEO COMO SIGUE:
ROCA INALTERADA, no tiene fisuras ni ramales. Por lo tanto, cuando se rompe, lo hace a través de la roca sana. Debido al daño que se hace a la roca con el uso de explosivos, pueden caer del techo desgajes de roca varias horas o varios dias despues de la voladura. Esta condición se llama desprendido. La roca dura, inalterada, también puede verse afectada por chasquidos, lo que implica la separación espontánea y violenta de láminas de roca de las paredes o del techo.
ROCA ESTRATIFICADA, esta constituída por capas unitarias con pocas o ninguna resistencia a la separación a lo largo del plano limítrofe entre estratos. La capa puede haberse debilitado o no debido a fracturas transversales. Los desprendimientos son comunes en este tipo de rocas.
ROCA MEDIANAMENTE FISURADA, tiene fisuras y ramaleos pero los bloques entre las juntas están soldados o tan intimamente embonados que las paredes verticales no necesitan refuerzo. En rocas de este tipo, se puede encontrar a la vez el desprendimiento y el chasquido.
LA CLASIFICACION DE LAS ROCAS
DE TERZAGHI DEFINE LOS TERMINOS DE TUNELEO COMO SIGUE:
ROCA AGRIETADA EN BLOQUES, es una roca químicamente inalterada o casi inalterada, cuyos fragmentos se encuentran totalmente separados unos de otros y no embonan. Esta clase de rocas puede necesitar además laterales en las paredes.
ROCA TRITURADA, pero químicamente sana tiene la apariencia de ser un producto de trituradora. Si los fragmentos, en su mayoría o todos son del tamaño de arena y no ha habido recementación, la roca triturada que esta abajo del nivel de las aguas freáticas tienen las propiedades de una arena saturada.
ROCA COMPRIMIDA, avanza lentamente en el túnel sin aumento perceptible de volumen. Un prerequisito de compresión es un porcentaje elevado de partículas microscópicas o submicrocópicas de micas o de minerales arcillosos de poca expansibilidad.
ROCA EXPANSIVA, avanza básicamente en el túnel debido a su propia expansión. La capacidad de esponjamiento parece estar limitada a las rocas que contienen minerales arcillosos como la montmorillonita, con una alta capacidad de expandirse.
DIAGRAMA DE CARGA DE ROCA SOBRE UN
TUNEL (TERZAGHI,1946)
Hp
Ht
H b
W
B
218
DIAGRAMA DE CARGA DE ROCA SOBRE UN
TUNEL (TERZAGHI,1946)
LA CLASIFICACION DE LAS ROCAS
DE TERZAGHI EL CONCEPTO USADO POR TERZAGHI REPRESENTA EL
MOVIMIENTO DE ROCA SUELTA HACIA EL TUNEL.
Durante la construcción del Túnel habrá algún relajamiento de la cohesión de la formación rocosa arriba y en los lados del túnel.
La rocas suelta dentro del área a c d b tendera a interrumpir en el túnel.
A este esfuerzo se opondrán fuerzas de fricción a lo largo de los límites laterales a c y b d y estas fuerzas de fricción transfieren la parte más importante del peso de la carga de roca W al material de los lados del túnel.
El techo y los lados del túnel no tienen que soportar más que el resto de la carga que equivale a una altura Hp.
El ancho B1 de la zona de la roca donde existe movimiento, dependerá de las características de la roca y de las dimensiones Ht y B del túnel.
TERZAGHI REALIZO MUCHAS PRUEBAS EN MAQUETAS, UTILIZANDO ARENA SIN COHESION PARA ESTUDIAR LA FORMA DE LO QUE EL LLAMABA EL “ARCO DEL SUELO” ENCIMA DEL TUNEL.
LA CLASIFICACION DE LAS ROCAS TERZAGHI
CLASIFICA LOS TERRENO EN 9 TIPOS ATENDIENDO ESENCIALMENTE A LAS CONDICIONES DE FRACTURACION EN LAS ROCAS Y A LA COHESION O EXPANSIVIDAD EN LOS SUELOS.
Considera la disposición de la estratificación respecto al túnel en la previsión de desprendimientos que se resumen en tres normas especificas:
Con estratificación vertical el techo será estable en general, pero se pueden producir caídas de bloques en una altura de 0.25 B (B es el ancho del túnel).
Con estratificación horizontal de gran potencia y con pocas juntas, la excavación será estable sin roturas.
Con estratificación horizontal de pequeña potencia y/o gran cantidad de juntas, en el techo se desarrollarán roturas, formándose un arco apuntando sobre el túnel, con anchura la de este y altura la mitad de la dimensión anterior. Este proceso es progresivo y se detendrá si se coloca rápidamente un sostenimiento.
LO VALORES DE TERZAGHI SON DE APLICACIÓN PARA DIMENSIONES DE SOSTENIMIENTOS CLASICOS CERCHA Y HORMIGON, QUE SE CONSIDERAN CONSERVADORES PARA ROCAS DE BUENA CALIDAD Y SU CAMPO DE APLICACIÓN ES PARA TUNELES DE TAMAÑO MEDIO DEL ORDEN DE 8 METROS.
CLASIFICACON DE TERZAGHI,1946
ORIGINAL
CLASIFICACON DE
TERZAGHI,1946
MODIFICADO POR
DEERE 1970
CLASIFICACION DE TERZAGHI (1946) MODIFICADO POR
DEERE Y ROSE 1982
CLASIFICACION DE TERZAGHI (1946) MODIFICADO
CLA
SE TERRENO
TIPO DE
TERRENO
CARGA DE ROCA Hp (m) OBSERVACIONES
INICIAL FINAL
1 ROCA DURA Y SANA CERO CERO Revestimiento solo si hay caida de bloques.
2 ROCA
DURA.
ESTRATIFICADA O
ESQUISTOSA
...... ------------- Depende de buzamiento. Caida de bloques
probable.
3 ROCA
MASIVA.
MODERADAMENTE
DIACLASADA.
---------- 0 a 0.25 B Caida de bloques probable. Empuje lateral si
hay estaratos inclinados.
4 ROCA
MODERADAMENTE
FRACTURADA.
BLOQUES Y LAJAS
---------- 0.25 B a 0.35 (B +
Ht)
Necesita entibación rápida. Empuje lateral
pequeño.
5 ROCA MUY FRACTURADA --------- (0.35 a 1.10) (B +
Ht)
Entibación inmediata. Empuje lateral
pequeño.
6 ROCA COMPLETAMENTE
FRACTURADA PERO SIN
METEORIZACION ---------- 1.10 (B + Ht)
Entibación continua. Empuje lateral
cosiderable.
6´ GRAVA
ARENA DENSA
0.54 a 1.2
(B+H) 0.62 a 1.38 (B+H)
Los valores mas altos corresponden a
grandes deformaciones que aflojan el terreno.
6” GRAVA
ARENA SUELTA
0.94 a 1.2
(B+H) 1.08 a 1.38 (B+H) Empuje lateral. Ph=3.0 y (Hr Ho,5H)
7 SUELO
COHESIVO
PROFUNDIDAD
MODERADA 1.1 a 2.1 (B+H) Fuerte empuje lateral.
8 SUELO
COHESIVO
PROFUNDIDAD
GRANDE 2.1 A 4.5 (B+H) Entibación contínua con cierre en la base
9 SUELO O
ROCA
EXPANSIVA EXPANSIVO
Hasta 80 m. Sea
cual sea (B+H)
Entibación contínua y circular (y deformable
en casos extremos)
CLASIFICACION DE TERZAGHI (1946) MODIFICADO POR
MANUEL ROMANA 2000
LA CLASIFICACION DE LAS ROCAS DE STINI Y LAUFFER STINI, EN SU MANUAL DE GEOLOGIA DE TUNELES PROPUSO UNA
CLASIFICACIÓN DE LOS MACIZOS ROCOSOS (1958) Y COMENTO MUCHAS DE LAS CONDICIONES ADVERSAS QUE PUEDEN ENCONTRASE EN A CONSTRUCCION DE TUNELES. INSISTIO SOBRE LA IMPORTANCIA DE LOS DEFECTOS ESTRUCTURALES DE LA ROCA Y DESACONSEJO QUE SE EXCAVARA PARALEO AL RUMBO DE DISCONTINUIDADES MUY INCLINADAS.
MIENTRAS QUE TERZAGHI Y STINI ESTUDIABAN LA INESTABILIDAD EN RELACION CON EL TIEMPO EN LOS TUNELES, FUE LAUFFER QUIEN LLAMO LA ATENCION SOBRE LA IMPORTANCIA DEL TIEMPO QUE PERMANECIAN ESTABLES LAS EXCAVACIONES EN DIFERENTES TIPOS DE ROCA, INCLUSO EN MINAS ABANDONADAS.
EL TIEMPO DE SOSTEN ES EL LAPSO DURANTE EL CUAL UNA EXCAVACION SERA CAPAZ DE MANTENERSE ABIERTA SIN ADEME, MIENTRAS QUE EL CLARO ACTIVO ES EL CLARO SIN ADEME MAS GRANDE EN EL TUNEL ENTRE EL FRENTE Y LOS REFUERZOS.
LAUFFER PENSO QUE EL TIEMPO SE SOSTEN ES UN CLARO ACTIVO CUALQUIERA ESTA RELACIONADO CON LAS CARACTERISTICAS DE LA ROCA
EL TRABAJO DE STINIY LAUFFER QUE SE PUBLICO EN ALEMAN HA DESPERTADO POCO INTERES EN EL MEDIO DE HABLA INGLESA. SIN EMBARGO HA TENIDO UNA INFLUENCIA DTERMINANTE EN LOS SISTEMAS DE CLASIFICACION MAS RECIENTES COMOLOS QUE PROPUSIERON BREKKE Y HOWARD Y BIENIAWSKI.
LA CLASIFICACION ORIGINAL FUE MODIFICADA TAMBIEN POR PACHER et al. (1974) QUE AHORA FORMA PARTE DE LA PROPUESTA GENERAL DE TUNELERIA CONOCIDA COMO EL METODO AUSTRIACO DE TUNELERIA.
LA CLASIFICACION DE LAS ROCAS DE STINI Y LAUFFER
< S
> S
RELACION ENTRE LA LONGITUD LIBRE Y EL TIEMPO
NECESARIO PARA SOSTENIMIENTO (LAUFFER)
RELACION ENTRE LA LONGITUD LIBRE Y EL TIEMPO
NECESARIO PARA SOSTENIMIENTO (LAUFFER)
LA CLASIFICACION DE LAS ROCAS DE STINI Y
LAUFFER
TIPO LONGITUD
LIBRE
TIEMPO
ESTABLE DESCRIPCION
A 4 m. 20 AÑOS SANA
B 4 m. 6 MESES ALGO
FRACTURADA
C 3 m. 1 SEMANA FRACTURADA
D 1.5 m. 5 HORAS FRIABLE
E 0.8 m. 20 MINUTOS MUY FRIABLE
F 0.4 m. 2 MINUTOS DE EMPUJE
INMEDIATO
G 0.15 m. 10 SEGUNDOS
DE EMPUJE
INMEDIATO
FUERTE
SEGÚN LAUFFER, EL TIPO A NO NECESITA SOSTENIMIENTO, LOS TIPOS B Y
C NECESITAN SOSTENIMIENTO DE TECHO, EL TIPO D REQUIERE CERCHAS
LIGERAS, EL TIPO E CERCHAS PESADAS, Y LOS TIPOS F Y G REQUIEREN
SOSTENIMIENTO PESADO INMEDIATO EN EL FRENTE.
RELACION ENTRE LA LONGITUD LIBRE Y EL TIEMPO
NECESARIO PARA SOSTENIMIENTO (LAUFFER)
RELACION ENTRE LA LONGITUD LIBRE Y EL TIEMPO
NECESARIO PARA SOSTENIMIENTO (LAUFFER)
RELACION ENTRE LA LONGITUD LIBRE Y EL TIEMPO
NECESARIO PARA SOSTENIMIENTO (LAUFFER)
CUADRO ESQUEMATICO DE TIPOS REVESTIMIENTOS NATM SEGÚN
CLASIFICACION DE LAUFFER
INDICE DE DESIGNACION DE LA CALIDAD
DE LA ROCA (R.Q.D.) DESARROLLADO POR DEERE EN 1967.
SE DESARROLLO PARA PROVEER UN ESTIMADO CUANTITATIVO DE LA CALIDAD DE LA MASA ROCOSA, A PARTIR DE LOS TESTIGOS DE PERFORACION DIAMANTINA.
EL RQD ES DEFINIDO COMO PORCENTAJES DE PIEZAS DE TESTIGOS INTACTOS MAYORES DE 100 mm (4 PULGADAS) EN LA LONGITUD DEL TESTIGO.
EL TESTIGO DEBERA TENER POR LO MENOS UN TAMAÑO NX (54.7 mm O 2.15 PULGADAS DE DIAMETRO) Y DEBERA SER PERFORADO CON UN CILINDRO DE DOBLE TUBO DE PERFORACION.
PALMSTRON (1982) SUGIRIO QUE, CUANDO NO SE TIENE TESTIGOS DE PERFORACION PERO LAS TRAZAS DE LAS DISCONTINUIDADES SON VISIBLES EN AFLORAMIENTOS SUPERFICIALES O EN SOCAVONES EXPLORATORIOS, EL RQD PUEDE SER ESTIMADO A PARTIR DEL NUMERO DE DISCONTINUIDADES POR UNIDAD DE VOLUMEN.
LA REALACION SUGERIDA PARA MASAS ROCOSAS LIBRES DE ARCILLA ES: RQD = 115 – 3.3 Jv
DONDE Jv ES LA SUMA DEL NUMERO DE DISCONTINUIDADES POR UNIDAD DE LONGITUD DE TODAS LAS FAMILIAS DE DISCONTINUIDADES, CONOCIDO COMO EL CONTEO VOLUMETRICO DE DISCONTINUIDADES.
INDICE DE DESIGNACION DE LA CALIDAD
DE LA ROCA (R.Q.D.)
INDICE DE DESIGNACION DE LA
CALIDAD DE LA ROCA (R.Q.D.)
INDICE DE DESIGNACION DE LA CALIDAD
DE LA ROCA (R.Q.D.) EL RQD ES UN PARAMETRO DIRECCIONALMENTE DEPENDIENTE Y
SU VALOR PUEDE CAMBIAR SIGNIFICATIVAMENTE, DEPENDIENDO SOBRE TODO DE LA ORIENTACION DEL TALADRO.
EL USO DEL CONTEO VOLUMETRICO DE DISCONTINUIDADES PUEDE SER MUY UTIL EN LA REDUCCION DE ESTA DEPENDENCIA DIRECCIONAL.
HAY QUE TENER MUY PRESENTE IDENTIFICAR LAS DISCONTINUIDADES NATURALES DE LAS FRACTURAS CAUSADAS POR LA PERFORACION PARA QUE SEAN IGNORADAS.
EL RQD DE DEERE SE USA EN NORTEAMERICA DESDE LOS ULTIMOS 25 AÑOS.
MUCHOS HAN INTENTADO RELACIONAR EL RQD A LOS FACTORES DE CARGA ROCOSA DE TERZAGHI Y A LOS REQUERIMIENTOS DEL EMPERNADO DE TUNELES. CORDING Y DEERE (1972), MERROT (1972) Y DEERE AND DEERE (1988).
SE DICE QUE EL ESPACIAMIENTO ENTRE LAS FRACTURAS DECRECE CON EL INCREMENTO DE LA METEORIZACIÓN, POR LO QUE EL R Q D CRECERÍA. ¿ Y EL DETERIORO DEL MACIZO?
INDICE DE DESIGNACION DE LA CALIDAD
DE LA ROCA (R.Q.D.) (Jv)
PARA REALIZAR EL CALCULO DEL RQD TAMBIEN SE PUEDE
UTILIZAR EL CONTEO O COMPUTO VOLUMETRICO (CANTERAS)
El cómputo volumétrico de diaclasamiento es la suma del número de
diaclasas por metro para cada familia de diaclasas. Se selecciona la
cara de un talud así como para la determinación del índice del tamaño
del bloque. Para cada familia de diaclasas se calculan los
espaciamientos promedio verdaderos de las diaclasas en dicha familia
a partir del número de diaclasas que se encuentran sobre una
distancia específica medida normal a la familia. El conteo volumétrico
de diaclasas es la suma del número de diaclasas por unidad de
longitud para todas las familias. Por ejemplo,
Familia 1 : 6 diaclasas en 20 m
Familia 2 : 2 diaclasas en 10 m
Familia 3 : 20 diaclasas en 10 m
Familia 4 : 20 diaclasas en 5 m
Cómputo volumétrico de diaclasas:
6/20 + 2/10 + 20/10 + 20/5 = 0.3 + 0.2 + 2.0 + 4.0 = 6.5 diaclasas / m3
INDICE DE DESIGNACION DE LA CALIDAD
DE LA ROCA (R.Q.D.)
PARA REALIZAR EL CALCULO DEL RQD CUANDO NO SE TIENE
TESTIGOS DE PERFORACION SE PUEDE REALIZAR DE UTILIZANDO
FORMULAS EMPIRICAS COMO:
RQD = 100 x e (0.1 + 1)
DONDE:
= Numero de discontinuidades por metro lineal
Ejemplo:
Numero de discontinuidades = 228
Longitud de la línea = 24
Entonces = 228/24 = 9.50 disc/m.
RQD = 100 x e (0.1x 9.50 + 1)
RQD = 75.42 = 75%
-0.1(9.50)
-0.1( )
RELACION ENTRE EL TAMAÑO DE LOS BLOQUES
EN LOS SISTEMAS CLASIFICACON
EL TAMAÑO DE BLOQUE ES UN ESTA REPRESENTADO EN LOS
PRNCIPALES SISTEMAS DE CLASIFCACION INGENIERILES Y CUALITATIVOS DE MACIZOS ROCOSOS TALES COMO:
EL SISTEMA Q, LA RELACON ENTR EL RQD Y UN FACTOR PARA EL NUMERO DE FAMILIAS DE DIACLASA (Jn).
EN EL SISTEMA RMR, EL RQD Y EL ESPACIAMIENTO DENTRE LAS DIACLASAS (S)
EN EL Rmi (ROCK MASS NDEX), EL VOLUMEN DE BLOQUE (Vb) Y EL NUMERO DE FAMILIAR DE DACLASAS, Y EL NUMERO DE FAMILIAS DE DIACLASAS (nj) CUANDO EL Rmi ES APLICADO EN LA EVALUACION DEL SOSTENIMIENTO DE ROCAS.
TAMBIEN EL SSTEMA CUALITATIVO GSI (GEOLOGICAL STRENGTH INDEX) APLICA EL TAMAÑO DE BLOQUE, EXPRESADO COMO DVERSOS GRADOS DE BLOQUEADO Y ROTURA DE MACIZOS ROCOSOS, PARA LA DETERMINACION DE SUS VALORES PARA LA RESISTENCIA DEL MACIZO ROCOSO.
RELACION ENTRE EL TAMAÑO DE LOS
BLOQUES Y EL (R.Q.D.)
RELACION ENTRE EL TAMAÑO DE LOS BLOQUES
EN LOS SISTEMAS CLASIFICACON
MEDIDAS SOBRE
SUPERFICIES
ROCOSAS
MEDIDAS SOBRE
TESTIGOS DE
SONDEO
MEDIDAS SISMICAS
DE REFRACCON
Tamaño de bloque
(volumen de bloque)
(Vb)
Rock Quality
Designation (RQD)
Velocidades sísmicas
del macizo rocoso
Numero volumétrico de
diaclasas (Jv)
Frecuencia de fracturas
Espaciamiento entre
diaclasas (S)
Diaclasas interceptadas
Densidad ponderada de
diaclasado (wJd)
Densidad ponderada de
diaclasado (wJd)
Rock Quality
Designation (RQD)
Volumen de bloque (Vb)
METODOS PRINCIPALES DE MEDIDA DEL TAMAÑO DE
BLOQUES
RELACION ENTRE EL TAMAÑO DE LOS BLOQUES
EN LOS SISTEMAS CLASIFICACON
“ES AMPLIAMENTE ACEPTADO QUE EL ESPACIAMIENTO ENTRE
DIACLASAS ES DE GRAN MPORTANCIA EN LA VALORACION DE LA ESTRUCTURA DE UN MACIZO ROCOSO. LA PRESENCIA DE DIACLASAS REDUCE LA RESISTENCIA DE UN MACIZO ROCOSO Y SU ESPACIAMIENTO GOBIERNA EL GRADO DE TAL REDUCCION” (BIENIAWSKI, 1973).
EL RMR APLICA CALIFICACIONES AL ESPACIAMIENTO ENTRE DIACLASAS SEGÚN CLASIFICACION DE DEERE (1968). CUANDO SE TENE UNA SOLA FAMILIA DE DIACLASAS, COMO EN LA FIG. 3 (IZQUIERDA), ES FACIL MEDIR EL ESPACIAMIENTO. PERO SE TIENE MAS DE UNA FAMILIA, COMO OCURRE EN LA FIG.3 (DERECHA), O SE TIENE UN ESQUEMA DE DIACLASADO COMPLICADO COMO EN LAS FIG. 1 Y 2, BIENIAWSKI (1973) NO EXPLICA COMO CALCULA EL ESPACIAMIENTO.
SEGÚN EDELBRO (2003) “SERA CONSIDERADA LA MENOR CALIFICACION SI HAY MAS DE UNA FAMILIA Y EL ESPACIAMIENTO DE DIACLASAS VARIA”
RELACION ENTRE EL TAMAÑO DE LOS BLOQUES
EN LOS SISTEMAS CLASIFICACON
EN CASOS CUANDO ES USADO UN
ESPACIAMIENTO MEDIO ENTRE DIACLASAS Y
EXISTE MAS DE UNA FAMILIA, PUEDE EMPLEARSE
LA SGUIENTE EXPRESION
DONDE Vb = VOLUMEN DE
BLOQUE (m3)
RELACION ENTRE EL TAMAÑO DE LOS BLOQUES
EN LOS SISTEMAS CLASIFICACON
ALGUNOS GEOTECNICOS APLICAN LA EXPRESION
SIGUIENTE: DONDE S1,S2,S3 ETC, SON
ESPACIAMIENTOS MEDIOS DE CADA
UNA DE LAS FAMLIAS DE DIACLASAS.
PERO LA EC. ADJUNTA NO
CARACTERIZA CORRECTAMENTE EL
ESPACIAMIENTO ENTRE DIACLASAS
RELACION ENTRE EL TAMAÑO DE LOS BLOQUES
EN LOS SISTEMAS CLASIFICACON
RELACION ENTRE EL TAMAÑO DE LOS BLOQUES
EN LOS SISTEMAS CLASIFICACON
ALGUNOS GEOTECNICOS APLICAN LA EXPRESION
SIGUIENTE: DONDE S1,S2,S3 ETC, SON
ESPACIAMIENTOS MEDIOS DE CADA
UNA DE LAS FAMLIAS DE DIACLASAS.
PERO LA EC. ADJUNTA NO
CARACTERIZA CORRECTAMENTE EL
ESPACIAMIENTO ENTRE DIACLASAS
RELACION ENTRE EL TAMAÑO DE LOS BLOQUES
EN LOS SISTEMAS CLASIFICACON
ALGUNOS GEOTECNICOS APLICAN LA EXPRESION
SIGUIENTE: DONDE S1,S2,S3 ETC, SON
ESPACIAMIENTOS MEDIOS DE CADA
UNA DE LAS FAMLIAS DE DIACLASAS.
PERO LA EC. ADJUNTA NO
CARACTERIZA CORRECTAMENTE EL
ESPACIAMIENTO ENTRE DIACLASAS
RELACION ENTRE EL TAMAÑO DE LOS BLOQUES
EN LOS SISTEMAS CLASIFICACON
ALGUNOS GEOTECNICOS APLICAN LA EXPRESION
SIGUIENTE: DONDE S1,S2,S3 ETC, SON
ESPACIAMIENTOS MEDIOS DE CADA
UNA DE LAS FAMLIAS DE DIACLASAS.
PERO LA EC. ADJUNTA NO
CARACTERIZA CORRECTAMENTE EL
ESPACIAMIENTO ENTRE DIACLASAS
RELACION RQD – LUZ – TIPO
SOSTENMIENTO (Merrit, 1972)
RQD – RELACION FACTOR CARGA TERZAGHI-RQD
– RELACION RD-LUZ Y TIPO DE SOSTENIMIENTO
(Metros)
SOSTENIMIENTO MEDIANTE EL USO DEL
RQD Y ANCHO DEL TUNEL (PIES)
SOSTENIMIENTO MEDIANTE EL USO
DEL RQD
VALORACION DE LA ESTRUCTURA ROCOSA R.S.R.
POR WICKHAM (1972)
WICKHAM, UTILIZO PARA EL DESARROLLO DE ESTE SISTEMA SU EXPERINCIA PERO TUNELES RELATIVAMENTE PEQUEÑOS SOSTENIDOS POR MEDIO DE ARCOS METALICOS (CERCHAS), AUNQUE FUE ESTE SISTEMA EL PRIMERO EN HACER REFERENCIA AL SHOTCRETE COMO SOSTENIMIENTO.
ESTE SISTEMA DEMUESTRA LA LOGICA INVOLUCRADA EN EL DESARROLLO DE UN SISTEMA DE CLASIFICACION DEL MACIZO ROCOSO CUASI-CUANTITATIVO Y LA UTILIZACION DEL INDICE RESULTANTE PARA ESTIMAR EL SOSTENIMIENTO.
LA IMPORTANCIA DEL SISTEMA RSR, ES QUE INTRODUCE EL CONCEPTO DE VALORACION DE CADA UNO DE LOS COMPONENTES DE ACUERDO A UN VALOR NUMERICO:
RSR = A + B + C
VALORACION DE LA ESTRUCTURA ROCOSA R.S.R.
POR WICKHAM (1972)
LOS PARAMETROS A , B Y C SON LOS SIGUIENTES:
PARAMETRO A; GEOLOGIA: APRECIACION GENERAL DE LA ESTRUCTURA GEOLOGICA EN BASE A:
a) Origen del tipo de roca (ígnea, metamórfica, sedimentaria).
b) Dureza de la roca (dura, mediana, suave, descompuesta).
c) Estructura geológica (masiva, ligeramente fallada/plegada, moderadamente fallada/plegada, intensamente fallada/plegada.
PARAMETRO B; GEOMETRIA: EFECTO DEL ARREGLO DE LAS DISCONTINUIDADES CON RESPECTO A LA DIRECCION DE AVANCE DEL TUNEL, EN BASE A:
a) Espaciamiento de las discontiunidades.
b) Orientación de las dscontinuidades (rumbo y buzamiento).
c) Dirección del avance del túnel.
PARAMETRO C; EFECTO DEL FLUJO DE AGUA SUBTERRANEA Y DE LA CONDICION DE LAS DISCONTINUIDADES, EN BASE A:
a) Calidad de la masa rocosa en base de A y B combinados.
b) Condición de las dscontinuidades (Bueno, regular, pobre).
c) Cantidad de flujo de agua (en galones por minuto por 1000 pies de túnel).
NOTE QUE LA CLASIFICACION RSR UTILIZA UNIDADES IMPERIALES
PARAMETRO A: GEOLOGIA GENERAL DEL AREA
TIPO DE ROCA BASICO
DUR
O MEDIO SUAVE DESCOMP. ESTRUCTURA GEOLOGICA
IGNEO 1 2 3 4
MASIV
A
LIGERAMEN.
PLEGADA O
FALLADA
MODERAD
PLEGADA
O
FALLADA
INTENSA
MENTE
PLEGADA
O
FALLADA
METAMORFICO 1 2 3 4
SEDIMENTARIO 2 3 4 4
TIPO 1 30 22 15 9
TIPO 2 27 20 13 8
TIPO 3 24 18 12 7
TIPO 4 19 15 10 6
PARAMETRO B: MODELO DE DISCONTINUIDADES
ESPACIAMIENTO
PROMEDIO DE LAS
DIACLASAS O JUNTAS
RUMBO PERPENDICULAR AL EJE RUMBO PARALELO AL EJE
DIRECCION DE AVANCE DIRECCION DE AVANCE
AMBOS CON EL
BUZAMIENTO
CONTRA EL
BUZAMIENTO CUALQUIER DIRECCION
BUZAMIENTO DE LAS DIACLASAS
IMPORTANTES*
BUZAMIENTO DE LAS
DIACLASAS
IMPORTANTES
BAJO MEDIANO ALTO MEDIANO ALTO BAJO MEDIANO ALTO
1.DIACLASADO MUY CERCANO,
<2 9 11 13 10 12 9 9 7
2.DIACLASADO CERCANO, 2-6
PULG. 13 16 19 15 17 14 14 11
3.DIACLASADO MODERADO, 6-12 23 24 28 19 22 23 23 19
4.MODERADO A BLOQUEADO 1-2
PIES 30 32 36 25 28 30 28 24
5. BLOQUEADO A MASIVO, 2-4
PIES 36 38 40 33 35 36 24 28
6. MASIVO, > 4 PIES 40 43 45 37 40 40 38 34
* BUZAMIENTO: BAJO: 0-20°, Y VERTICAL: 50-90°
PARAMETRO C: AGUA SUBTERRANEA,
CONDICION DE LAS DISCONTINUIDADES
FLUJO DE AGUA ANTICIPADO
gpm/1000 PIES DE TUNEL
SUMA DE PARAMETROS A + B
13 - 14 45 - 75
CONDICION DE JUNTAS *
BUENO REGULAR MALO BUENO REGULAR MALO
NINGUNO 22 18 12 25 22 18
LIGERO, < 200 gpm 19 15 9 23 19 14
MODERADO, 200 – 1000 gpm 15 22 7 21 16 12
SEVERO, > 1000 gpm 10 8 6 18 14 10
* CONDICION DE JUNTAS: BUENO = AJUSTADO; REGULAR = LIGERAMENTE
INTEMPERIZADA O ALTERADA; MALO = SEVERAMENTE INTEMPERIZADO, LTERADO O
ABIERTO.
ESTIMADOS DEL SOSTENIMIENTO RSR
PARA TUNEL CIRCULAR DE 24 PIES (7.3 m)
DIAMETRO. WICKHAM, 1972
VALORACION DE LA ESTRUCTURA ROCOSA R.S.R.
POR WICKHAM (1972)
EN FUNCION A DESARROLLAR UNA RELACION ENTRE RSR Y EL SOPORTE DEL TUNEL NACE EL CONCEPTO DE UN ESTÁNDAR DATUM SUPPORT (SDS)
ESTE SDS ESTA IDENTIFICADO POR UNA CIMBRA DE ACERO, CUYAS MEDIDAS EN SU SECCION TRANSVERSAL Y LONGITUD DEL ESPACIAMIENTO ENTRE EJES EN SU INSTALACION TIENEN LA CAPACIDAD DE SOPORTR UNA CARGA PATRON, IGUAL AL PESO DE UNA COLUMNA DE ARENA SUELTA Y SATURADA CON AGUA BAJO UNA NAPA FREATICA.
EL AREA QUE OCUPA ESTA COLUMNA SE SITUA EN LA PROYECCION SUPERIOR DEL ANCHO DEL TUNEL HASTA LA SUPERFICIE Y ESTA SE DA POR LA ECUACION EMPIRICA DE TERZAGHI.
Hp = 1.38 (B + H)
Donde:
Hp = Carga (m)
B = Ancho del túnel (m)
H = Altura del túnel (m)
VALORACION DE LA ESTRUCTURA ROCOSA R.S.R.
POR WICKHAM (1972)
PARA UN DETERMINADO DIAMETRO DE TUNEL Y FIJADAS LAS
CARACTERISTICAS DE LA SECCION TRANSVERSAL DE LA CIMBRA DE
ACERO POR UNA SIMPLE RELACION DE CALCULO SE PUEDE DETERMNAR
EL ESPACIAMIENTO ENTRE CIMBRAS NECESARIAS PARA SOPORTAR LA
CARGA REFERENCIAL NORMALIZADA.
A ESTA RELACIONE SE DENOMINA RIB RATIO (RR) Y PUEDE SER USADA
PARA COMPARAR EL ACTUAL ESPACIAMIENTO FIJADO, CON EL
ESPACIAMIENTO FIJADO POR LA NORMA DE CARGUIO REFERENCIAL.
RR = SDS x 100/Espaciemiento real fijado
EN EL GRAFIO SIGUIENTE, CONOCIDO EL VALOR RSR, SE PUEDE
DETERMINAR EL VALOR RR Y CON ESTE SE DETERMINA LA CIMBRA DE
ACERO REQUERIDA PARA UN DIAMETRO O ANCHO DE TUNEL DADO.
ESTA RELACION LA DETERMINO WICKHAM, DISEÑANDO DIAGRAMAS PARA
PREDECIR EL SOPORTE EN LOS TUNELES.
LA RELACION DEL GRAFICO NOS PERMITE DESARROLLAR LA SIGUIENTE
ECUACION EMPIRICA, DONDE PUEDE PREDECIRSE EL EMPUJE DE ROCA
(WR), POR CONOCIMIENTO DEL RSR Y LAS MEDIDAS DEL TUNEL ECAVADO
EN METROS:
WR = 26 (B + H)[(8800/RSR+30) - 80] en Kg/cm²
CORRELACION ENTRE VALORES R.R. Y R.S.R.
DETERMINANTES PARA LA CALIFICACION DEL TIPO DE
SOPORTE
LA CURVA EMPIRICA PROVIENE DE UNA MEDIA ESTADISTICA DE TODOS LOS PUNTOS
CONSIDERADOS POR WIKCHAM.
(RR + 80) (RSR + 30) = 8800
CLASIFICACION CSIR
SOUTH AFRICAN COUNCIL FOR
SCIENTIFIC AND INDUSTRIAL
RESEARCH
(CONSEJO DE SUDAFRICA DEL SUR
PARA LA INVESTIGACION CIENTIFICA E
INDUSTRIA)
CLASIFICACION CSIR DE LOS
MACIZOS ROCOSOS FISURADOS • Se dice que “errar es humano” (Alexander Pope, 1688-1744) y que “Los
científicos e ingenieros aprenden de sus errores” (Henry Petroski,
1991) pero llega un momento en que debemos revisar nuestros errores y
efectuar las correcciones necesarias para evitarlos en el futuro.
“ Por mi parte, he recopilado una cantidad
significativa de material que demuestra que los mitos
(o errores de concepto) todavía persisten cuando
se usan las clasificaciones geomecánicas y me
gustaría ofrecer algunas soluciones que emergieron
a lo largo de los 10 años que pasaron entre mis dos
Doctor Honoris Causa y que siguen desarrollándose .
Richard Z. Bieniaswki , junio 2011
CLASIFICACION CSIR DE LOS MACIZOS ROCOSOS FISURADOS
1. RESISTENCIA DE LA ROCA INALTERADA
Bieniawski emplea la clasificacion de la resistencia a la compresión uniaxial de la roca que propone Deere y Miller (1966). Como alternativa se podra utilizar la “Clasificacion de carga puntual”, para cualquier tipo de roca excepto la muy frágil.
2. RQD (Indice de calidad de la roca según Deere).
3. ESPACIAMIENTO DE FISURAS
Fisuras se utiliza para toda clase de discontinuidades: fisuras, planos de estartificacion y otros. De nuevo Bieniawski utiliza la clasificación propuesta por Deere.
4. EL ESTADO DE LAS FISURAS
Este parámetro toma en cuenta la separación o abertura de las fisuras, su continuidad, la rugosidad de la superficie, el estado de las paredes (duras o blandas) y la presencia de relleno en las fisuras.
5. CONDICIONES DE AGUA SUBTERRÁNEA
Se hace un intento de medir la influencia del flujo de aguas subterráneas sobre la estabilidad de excavaciones en términos del caudal observado que penetra en la excavación y de la relación que existe entre la presión del agua en las fisuras y el esfuerzo general principal, o con alguna observación cualitativa relacionada con el agua subterránea.
SISTEMA DE CLASIFICACION DE
BIENIAWSKI (1989)
SISTEMA DE CLASIFICACION DE BIENIAWSKI (1989)
ORIENTACION DE LAS DIACLASAS
CORRECCION POR ORIENTACION DE LAS DIACLASAS
CLASIFICACION DE BIENIAWSKI
CARACTERISTICAS DEL SOSTENIMIENTO
SISTEMA DE
CLASIFICACION
DE BIENIAWSKI
(1989)
Corregido,
Geocontrol S.A.
SISTEMA DE CLASIFICACION DE BIENIAWSKI
(1989)
Corregido, Geocontrol S.A.
PAUTAS PARA LA EXCAVACION Y SOSTENIMIENTO DE UN TUNEL
DE 10 m DE ANCHO DE ACUERDO AL SISTEMA RMR
CLASE DE
MASA
ROCOSA
EXCAVACION
PERNOS DE ROCA (20 mm
DE COMPLETAMENTE
INYECTADOS
SHOTCRETE CIMBRAS
I . ROCA MUY
BUENA
RMR: 81 – 100
FRENTE COMPLETO, 3 m DE
AVANCE
Generalmente no se requiere nigun sostenimiento excepto pernos
esporádicos
II. ROCA
BUENA
RMR: 61 – 80
FEENTE COMPLETO, 1- 1.5 m
DE AVANCE. SOSTENIMIENTO
COMPLETO A 20 m DEL
FRENTE
Localmente pernos de 3 m
en la corona, espaciados a
2.5 m con malla de alambre
ocasionalmente
50 mm en la
corona, donde
sea requerido
Ninguno
III. ROCA
REGULAR
RMR: 41 – 60
Socavón en el tope y banqueo 1.5
– 3 m de avance en el socavón.
Iniciar el sostenimiento después
de cada voladura
Pernos sistemáticos de 4 m
de longitud, espaciados 1.5 –
2.0 m en la corona y en las
paredes, con malla de
alambres en la corona.
50 – 100 mm en
la corona y 30
mm en las
paredes.
Ninguno
IV. ROCA
MALA
RMR: 21 – 40
Socavón en el tope y banqueo 1.0
– 1.5 m de avance en el socavón.
Instalar el sostenimiento con el
avance de la excavación 10 m del
frente de avance
Pernos sistemáticos de 4.5
m de longitud espaciados a 1
– 1.5 m en la corona y en las
paredes con malla de
alambres
100-150 mm en
la corona y 100
mm en las
paredes.
Arcos ligeros a
medianos espaciados a
1.5 m donde sean
necesarios.
V. ROCA MUY
MALA
RMR: < 20
Galerías múltiples, 0.5 – 1.0 m de
avance en el socavón de tope.
Instalar el sostenimiento con el
avance de la excavación.
Shotcrete tan pronto como sea
posible después de la voladura
Pernos sistemáticos de 5 – 6
m de longitud espaciados 1 –
1.5 m en la corona y en las
paredes. Pernos en el piso.
150-200 mm en
la corona, 150
mm en las
paredes y 50 mm
en el frente
Arcos medianos a
pesados espaciados a
0.75 m con encostillado
de acero y
marchavantis de ser
necesario cerrar la
sección (Invert)
MITOS FRECUENTES EN LAS
CLASIFICACIONES GEOMECANICAS
PROF. RICHARD Z.T. BIENIAWSKI (JUNIO, 2011)
MITOS FRECUENTES EN LAS
CLASIFICACIONES GEOMECANICAS
277
MITO Nº1 LOS TÚNELES PUEDEN DISEÑARSE USANDO BIEN
LAS CLASIFICACIONES GEOMECÁNICAS, BIEN LOS
MODELOS NUMÉRICOS, O BIEN A PARTIR DE LOS
DATOS DE LA INSTRUMENTACIÓN.
•No es cierto. Hacerlo así es un grave error.
MITO Nº1
LOS TÚNELES PUEDEN DISEÑARSE USANDO BIEN LAS
CLASIFICACIONES GEOMECÁNICAS, BIEN LOS MODELOS NUMÉRICOS,
O BIEN A PARTIR DE LOS DATOS DE LA INSTRUMENTACIÓN.
No es cierto. Hacerlo así es un grave error
Este mito se refiere al diseño de túneles en general, que implica
tres formas de aproximarse al problema que deberían ir de la
mano para formar parte de un único proceso de diseño de
ingeniería, como por ejemplo la Metodología de Bieniawski (1992)
Metodología de
Diseño y principios
de Ingeniería de
Rocas Bieniawski
(1992)
MITO Nº1
LOS TÚNELES PUEDEN DISEÑARSE USANDO BIEN LAS
CLASIFICACIONES GEOMECÁNICAS, BIEN LOS MODELOS NUMÉRICOS,
O BIEN A PARTIR DE LOS DATOS DE LA INSTRUMENTACIÓN.
No es cierto. Hacerlo así es un grave error
•Es primordial evitar elegir un único método de diseño,
justificándolo con no teníamos el tiempo y el dinero” para afrontar
la aproximación correcta.
Los tres métodos señalados son: el Empírico (por ejemplo la
clasificación RMR o la Q), el Analítico (por ejemplo, las
soluciones concretas que se obtienen en los modelos
numéricos de ordenador), y el Observacional (por ejemplo, las
mediciones MONITOREOS que se realizan durante la
construcción o el Nuevo Método Austriaco NMA)
MITO Nº1
LOS TÚNELES PUEDEN DISEÑARSE USANDO BIEN LAS
CLASIFICACIONES GEOMECÁNICAS, BIEN LOS MODELOS NUMÉRICOS,
O BIEN A PARTIR DE LOS DATOS DE LA INSTRUMENTACIÓN.
No es cierto. Hacerlo así es un grave error
Es asombroso ver cómo en muchas publicaciones se han escrito
argumentos en contra de las Clasificaciones Geomecánicas como
método exclusivo para el diseño de túneles, y sin embargo
¡nunca pretendí esta exclusividad cuando desarrollé el índice
RMR hace 38 años! Siempre he enfatizado que las
clasificaciones geomecánicas deben usarse en conjunto con los
otros dos métodos de aproximación. Por el mismo argumento
estas no deben desestimarse en el proceso de diseño pues
juegan un papel crucial en la caracterización de macizos rocosos,
que es servir de puente entre las descripciones geológicas
cualitativas y los datos cuantitativos que se requieren en la
ingeniería. Bieniawski, 2011
MITO Nº1
LOS TÚNELES PUEDEN DISEÑARSE USANDO BIEN LAS
CLASIFICACIONES GEOMECÁNICAS, BIEN LOS MODELOS NUMÉRICOS,
O BIEN A PARTIR DE LOS DATOS DE LA INSTRUMENTACIÓN.
No es cierto. Hacerlo así es un grave error
Por último, ¡una advertencia! Cuando hablamos sobre los métodos empíricos y
considerando como ejemplo las clasificaciones geomecánicas, debe tenerse
en cuenta que estas clasificaciones no son iguales; ¡Se desarrollaron para
distintos propósitos y a partir de distintas bases de datos! En esencia el RMR y
la Q están sin duda en la misma categoría de evaluar la calidad del
macizo rocoso con el propósito de construir túneles y proporcionar datos para
el proyecto y la construcción. En consecuencia, “se complementan y
correlacionan entre sí” (Barton y Bieniawski, 2007). El índice de resistencia
geológica GSI es diferente de estos dos; “no tiene otro uso que el de
proporcionar datos al criterio de Hoek-Brown” (Hoek et al, 1995) siendo
un índice de caracterización de macizos rocosos.
La clasificación NMA difiere también del RMR y la Q; forma parte de un
método observacional de construir túneles que no se propone caracterizar
geotécnicamente el terreno pero que proporciona “unas bases objetivas para
calcular el coste de los túneles y las velocidades de avance” (Galler, 2010), es
decir, establecer “clases de excavación” a efectos de compensaciones
contractuales.
MITOS FRECUENTES EN LAS
CLASIFICACIONES GEOMECANICAS
282
MITO Nº2
PARA MACIZOS ROCOSOS DE MUY MALA CALIDAD, NO ES
APLICABLE LA CATEGORÍA INFERIOR DE LA CLASIFICACIÓN
RMR.
No es cierto, son ideas equivocadas sobre los hechos.
Los hechos son que el RMR continua usándose con
éxito incluso para “rocas de muy mala calidad”, Clase 5
con RMR<20, cuando los datos se determinan de
manera adecuada.
MITO Nº2
PARA MACIZOS ROCOSOS DE MUY MALA CALIDAD, NO ES APLICABLE
LA CATEGORÍA INFERIOR DE LA CLASIFICACIÓN RMR.
283
No es cierto, son ideas equivocadas sobre los hechos. Los hechos son
que el RMR continua usándose con éxito incluso para “rocas de muy
mala calidad”, Clase 5 con RMR<20, cuando los datos se determinan de
manera adecuada.
Este mito se deriva de hábitos erróneos que utilizan las
clasificaciones geomecánicas como un “libro de cocina” del que
se espera obtener “recetas” válidas para todas las situaciones de
proyecto. En una publicación del año 1991, advertí a ingenieros
y geólogos de que los macizos rocosos de mala calidad
requieren especial atención y una cuidadosa caracterización
geotécnica, puesto que la precisión del RMR, dependiendo
de la pericia, puede estar dentro de un rango de 2-3 puntos (lo
mismo que sucede en otras clasificaciones). Pero esto no
significa que el RMR no pueda aplicarse para evaluar macizos
rocosos de muy mala calidad. Después de todo, tenemos
numerosos casos históricos donde se registra un RMR = 0 a 3.
MITO Nº2
PARA MACIZOS ROCOSOS DE MUY MALA CALIDAD, NO ES APLICABLE
LA CATEGORÍA INFERIOR DE LA CLASIFICACIÓN RMR.
284
No es cierto, son ideas equivocadas sobre los hechos. Los hechos son
que el RMR continua usándose con éxito incluso para “rocas de muy
mala calidad”, Clase 5 con RMR<20, cuando los datos se determinan de
manera adecuada.
•El malentendido más grave que se reprodujo en la
literatura en la década
•pasada fue que no se entendió claramente que las
puntuaciones para los parámetros del RMR son cero
en sus valores mínimos. Se pasó por alto que las
puntuaciones de la tabla original del RMR – Tabla 1 –
representan el valor promedio de cada parámetro, y
no el valor mínimo, como se deduce de Hoek et al
(1995).
MITO Nº2
PARA MACIZOS ROCOSOS DE MUY MALA CALIDAD, NO ES APLICABLE
LA CATEGORÍA INFERIOR DE LA CLASIFICACIÓN RMR.
285
No es cierto, son ideas equivocadas sobre los hechos. Los hechos son
que el RMR continua usándose con éxito incluso para “rocas de muy
mala calidad”, Clase 5 con RMR<20, cuando los datos se determinan de
manera adecuada.
MITO Nº2
PARA MACIZOS ROCOSOS DE MUY MALA CALIDAD, NO ES APLICABLE
LA CATEGORÍA INFERIOR DE LA CLASIFICACIÓN RMR.
286
No es cierto, son ideas equivocadas sobre los hechos. Los hechos son
que el RMR continua usándose con éxito incluso para “rocas de muy
mala calidad”, Clase 5 con RMR<20, cuando los datos se determinan de
manera adecuada.
•Sin embargo, existían en la literatura gráficas para la valoración de los
parámetros, preparadas para facilitar los análisis con ordenadores (Figura 2),
que muestran claramente que las curvas comienzan en cero. Por lo tanto, el
macizo rocoso de peor calidad tiene un valor de RMR=0, que significa que
en tal caso se trata de un suelo y no de una roca.
Este malentendido surgió cuando Hoek et al. (1995), actuando de buena
fe para tratar con macizos rocosos de muy mala calidad, presentó un
ejemplo donde en la aplicación del RMR se asumían condiciones secas
en el macizo y una orientación de las discontinuidades muy favorable
para un macizo rocoso de muy mala calidad con resistencia insignificante
σc. En tal caso, y según la Tabla 1, el mínimo valor de RMR que se tomó
erróneamente fue de 8 (3+5) concluyendo que el índice RMR no
funcionaba para macizos rocoso de muy mala calidad. Para superar estas
supuestas limitaciones se introdujo el Geological Strength Index (GSI).
MITO Nº2
PARA MACIZOS ROCOSOS DE MUY MALA CALIDAD, NO ES APLICABLE
LA CATEGORÍA INFERIOR DE LA CLASIFICACIÓN RMR.
287
No es cierto, son ideas equivocadas sobre los hechos. Los hechos son
que el RMR continua usándose con éxito incluso para “rocas de muy
mala calidad”, Clase 5 con RMR<20, cuando los datos se determinan de
manera adecuada.
MITO Nº2
PARA MACIZOS ROCOSOS DE MUY MALA CALIDAD, NO ES APLICABLE
LA CATEGORÍA INFERIOR DE LA CLASIFICACIÓN RMR.
288
No es cierto, son ideas equivocadas sobre los hechos. Los hechos son
que el RMR continua usándose con éxito incluso para “rocas de muy
mala calidad”, Clase 5 con RMR<20, cuando los datos se determinan de
manera adecuada.
•Además, se especulaba que en esas condiciones, con RMR<15, podría
aplicarse la siguiente ecuación aproximada: GSI = RMR - 5, puesto que los
parámetros del RMR relativos a la densidad de discontinuidades (RQD +
espaciamiento de juntas) y a las condiciones de las discontinuidades serían
aproximadamente iguales a los dos parámetros del GSI relativos a la
estructura del macizo y las condiciones de las superficies (cuyos valores se
obtuvieron de todos modos de la clasificación RMR).
El problema de este razonamiento es que dicha equivalencia solo es de
aplicación en el rango inferior de los macizos rocosos de muy mala calidad
(clase V del RMR).
MITO Nº2
PARA MACIZOS ROCOSOS DE MUY MALA CALIDAD, NO ES APLICABLE
LA CATEGORÍA INFERIOR DE LA CLASIFICACIÓN RMR.
289
No es cierto, son ideas equivocadas sobre los hechos. Los hechos son
que el RMR continua usándose con éxito incluso para “rocas de muy
mala calidad”, Clase 5 con RMR<20, cuando los datos se determinan de
manera adecuada.
Desafortunadamente, estas ideas se aplicaron de forma errónea por muchos
geólogos e ingenieros a macizos de mejor calidad con RMR>>20, puesto que era
más fácil realizar una aproximación descriptiva mediante el GSI que una cuantitativa
mediante el RMR, donde hay que medir los parámetros que lo componen. En este
proceso se obtuvieron resultados inexactos que fueron tomados como “fiables” al
introducirlos en sofisticados análisis por ordenador. De hecho, cuando el GSI se
introdujo en 1995, las herramientas geológicas no estaban tan avanzadas como lo
están hoy y su lema “no intente ser preciso” condujo a estimaciones rápidas. Los que
desarrollaron el GSI señalaron que es un índice de caracterización de los
macizos rocosos y no pretende sustituir a sistemas de clasificación del tipo del
RMR o el Q – pero esto se pasa por alto, incluso a día de hoy. Hay que tener en
cuenta que la única función que se le exigió al GSI fue la de estimar la resistencia del
macizo rocoso utilizando el criterio de Hoek-Brown, específicamente para macizos
rocosos de muy mala calidad.
MITO Nº2
PARA MACIZOS ROCOSOS DE MUY MALA CALIDAD, NO ES APLICABLE
LA CATEGORÍA INFERIOR DE LA CLASIFICACIÓN RMR.
290
No es cierto, son ideas equivocadas sobre los hechos. Los hechos son
que el RMR continua usándose con éxito incluso para “rocas de muy
mala calidad”, Clase 5 con RMR<20, cuando los datos se determinan de
manera adecuada.
MITO Nº2
PARA MACIZOS ROCOSOS DE MUY MALA CALIDAD, NO ES APLICABLE
LA CATEGORÍA INFERIOR DE LA CLASIFICACIÓN RMR.
291
No es cierto, son ideas equivocadas sobre los hechos. Los hechos son que el RMR continua
usándose con éxito incluso para “rocas de muy mala calidad”, Clase 5 con RMR<20, cuando
los datos se determinan de manera adecuada.
Por último, una prueba de la aplicabilidad de la clasificación RMR para evaluar los
macizos rocosos de muy mala calidad se obtiene de la observación de los numerosos
casos históricos de la Figura 4, donde se muestra una correlación entre el RMR y el
Q publicada en un año tan temprano como 1976. En la gráfica se observa una
notable dispersión de resultados. Por lo tanto, en un proyecto determinado deben
emplearse ambas clasificaciones para comprobar que es aplicable la correlación:
RMR = 9 ln Q + 44
(la misma correlación figura también en la literatura como RMR = 9 loge Q + 44). Esta
expresión no resulta válida cuando se utiliza el GSI en lugar del RMR.
MITOS FRECUENTES EN LAS
CLASIFICACIONES GEOMECANICAS
292
MITO Nº3 EL CRITERIO DE HOEK-BROWN Y EL CRITERIO DE
MOHR-COULOMB SON LOS ÚNICOS PARA ESTIMAR LA
RESISTENCIA DE LOS MACIZOS ROCOSOS YEL FACTOR
DE SEGURIDAD.
No es cierto, el criterio de Mohr-Coulomb, que se
remonta a 1773, sirve para bastantes cosas, en particular
para el análisis de la estabilidad de taludes, pero existen
otros criterios de resistencia de pico – igualmente
efectivos por ejemplo, el criterio de Yudhbir-Bieniawski
(1983) que se utiliza para cotejar los resultados del
criterio de Hoek-Brown (Edelbro et al, 2006).
MITOS FRECUENTES EN LAS
CLASIFICACIONES GEOMECANICAS
293
MITO Nº4 LA MEJOR FORMA DE ESTIMAR EL MÓDULO DE
DEFORMACIÓN ES A PARTIR DE CUALQUIERA DE LAS
CORRELACIONES QUE SE ENCUENTRAN EN LA
LITERATURA DE LA MECÁNICA DE ROCAS
•No es cierto, unas correlaciones están mejor
sustentadas que otras, y algunas correlaciones deben
evitarse si no se confirman con ensayos in situ. Pero
hay una gran diferencia entre “determinar” y “estimar”
la deformabilidad del macizo rocoso: determinar es muy
deseable; estimar se hace en ausencia de datos in situ
fiables y para diseños preliminares.
MITOS FRECUENTES EN LAS
CLASIFICACIONES GEOMECANICAS
294
MITO Nº5 ES SUFICIENTE CON BASARSE EN EJEMPLOS
ESTUDIADOS Y DESARROLLADOS EN EL CAMPO DE
LA INGENIERÍA CIVIL DE TÚNELES
Una gran equivocación! Hay una gran cantidad de
valiosa información que obtener de “nuestros primos”
los ingenieros de minas, para aplicarla a la Ingeniería
Civil.
MITOS FRECUENTES EN LAS CLASIFICACIONES
GEOMECANICAS
295
MITO Nº5
ES SUFICIENTE CON BASARSE EN EJEMPLOS ESTUDIADOS Y DESARROLLADOS
EN EL CAMPO DE LA INGENIERÍA CIVIL DE TÚNELES
MITOS FRECUENTES EN LAS CLASIFICACIONES
GEOMECANICAS
296
MITO Nº5
ES SUFICIENTE CON BASARSE EN EJEMPLOS ESTUDIADOS Y DESARROLLADOS
EN EL CAMPO DE LA INGENIERÍA CIVIL DE TÚNELES
MITOS FRECUENTES EN LAS CLASIFICACIONES
GEOMECANICAS
297
MITO Nº5
ES SUFICIENTE CON BASARSE EN EJEMPLOS ESTUDIADOS Y DESARROLLADOS
EN EL CAMPO DE LA INGENIERÍA CIVIL DE TÚNELES
MITOS FRECUENTES EN LAS CLASIFICACIONES
GEOMECANICAS
298
MITO Nº5
ES SUFICIENTE CON BASARSE EN EJEMPLOS ESTUDIADOS Y DESARROLLADOS
EN EL CAMPO DE LA INGENIERÍA CIVIL DE TÚNELES
MITOS FRECUENTES EN LAS CLASIFICACIONES
GEOMECANICAS
299
MITO Nº5
ES SUFICIENTE CON BASARSE EN EJEMPLOS ESTUDIADOS Y DESARROLLADOS EN EL
CAMPO DE LA INGENIERÍA CIVIL DE TÚNELES
MITOS FRECUENTES EN LAS CLASIFICACIONES
GEOMECANICAS
300
MITO Nº5
ES SUFICIENTE CON BASARSE EN EJEMPLOS ESTUDIADOS Y DESARROLLADOS
EN EL CAMPO DE LA INGENIERÍA CIVIL DE TÚNELES
MITOS FRECUENTES EN LAS CLASIFICACIONES
GEOMECANICAS
301
MITO Nº5
ES SUFICIENTE CON BASARSE EN EJEMPLOS ESTUDIADOS Y DESARROLLADOS
EN EL CAMPO DE LA INGENIERÍA CIVIL DE TÚNELES
MITOS FRECUENTES EN LAS CLASIFICACIONES
GEOMECANICAS
302
MITO Nº5
ES SUFICIENTE CON BASARSE EN EJEMPLOS ESTUDIADOS Y DESARROLLADOS
EN EL CAMPO DE LA INGENIERÍA CIVIL DE TÚNELES
LOS 10 MANDAMIENTOS PARA USAR LAS
CLASIFICACIONES RMR Y Q
303
1.0 ASEGURAR QUE LOS PARAMETROS DE LA C.G. SON
CUANTITATIVOS (ESTAN MEDIDOS NO SOLO DESCRITOS), SEAN
ADECUADOS, PROVENGAN DE ENSAYOS NORMALIZADOS,
PERTENECEN A CADA REGION ESTRUCTURAL GEOLOGICA, SE BASAN
EN SONDEOS, GALERIAS DE EXPLORACION Y CARTOGRAFIA
GEOLOGICA DE SUPERFICIE, ADEMAS EN SISMICA DE REFRACCION
QUE PERMITA INTERPOLAR ENTRE LOS INEVVITABLE NUMERO DE
SONDEOS.
2.0 SIGA LOS PROCEDIMIENTOS ESTABLECIDOS PARA CLASIFICAR
LOS MACIZOS ROCOSOS CON EL RMR Y EL Q, Y ADEMAS LOS RANGOS
DE VARIACION TIPICOS Y LOS VALORES PROMEDIOS.
3.0 UTILIZAR LAS DOS CLASIFICACIONES Y COMPRUEBE LOS
VALORES OBTENIDOS CON LAS CORRELACIONES PUBLICADAS
ENTRE AMBOS AUTORES.
4.0 ESTIMAR LAS PROPIEDADES DEL MACIZO ROCOSO, EN
PARTICULAR EL MODULO DEL MACIZO (PARA USO EN MODELO
NUMERICOS)
LOS 10 MANDAMIENTOS PARA USAR LAS CLASIFICACIONES RMR Y Q
304
4.0 ESTIMAR LAS PROPIEDADES DEL MACIZO ROCOSO, EN PARTICULAR EL MODULO
DEL MACIZO (PARA USO EN MODELO NUMERICOS)
LOS 10 MANDAMIENTOS PARA USAR LAS
CLASIFICACIONES RMR Y Q
305
5.0 ESTIMAR LAS NECESIDADES PRELIMINARES DE SOSTENIMIENTO
APLICANDO LAS DOS CORRELACIONES
LOS 10 MANDAMIENTOS PARA USAR LAS CLASIFICACIONES RMR Y Q
306
6.0 UTILIZAR LA MODELIZACION NUMERICA, OBTENIENDO FACTORES
DE SEGURIDAD, Y COMPRUEBE QUE SE DISPONE DE SUFICIENTE
INFORMACION. USAR POR LO MENOS DOS CRITERIOS DE
COMPARACION Y COTEJAR LOS RESULTADOS PROPORCIONADOS
POR EL CRITERIO DE HOEK-BROWN.
7.0 SI NO SE DISPONE DE INFORMACION SUFICIENTE, ADMITE QUE EL
METODO DE DISEÑO INTERACTIVO DE UNA EXPLORACION GEOLOGICA
MAS INTENSIVA Y DE NUEVOS ENSAYOS, POR EJEMPLO MEDIDAS DE
ESTADO TENSIONAL SI FUERA NECESARIO.
8.0 TEN EN CUENTA EL PROCESO CONSTRUCTIVO, Y EN EL CASO DE
LOS ESTUDIOS DE VIABILIDAD DE LAS TUNELADORAS, ESTIMA LAS
VELOCIDADES DE AVANCE USANDO EL QTBM Y EL INDICE DE
EXCAVABILIDAD DE MACIZOS ROCOSOS. RME.
9.0 ASEGURATE QUE LA INFORMACION DE LA CARACTERIZACION DEL
M.R. ESTE INCLUIDO EN EL INFORME GEOTECNICO PARA
ESPECIFICACIONES DEL DISEÑO.
10.0 REALIZAR LOS LEVANTAMIENTOS DEL RMR Y EL Q A MEDIDA QUE
AVANCE LA CONSTRUCCION, PARA COMPARAR CON LAS
CONDICIONES INDICADAS EN EL DISEÑO.
INSTITUTO GEOTECNICO DE NORUEGA
INDICE DE CALIDAD TUNELERA
DE LA ROCA Q
Q = RQD x Jr x Jw
Jn Ja SRF
SISTEMA DE CLASIFICACION DE BARTON
RQD = Representa la Estructura de la masa rocosa, la cual es medida del tamaño
Jn del bloque o de la partícula, con dos valores extremos (100/0.5 y 10/20).
TAMAÑO DE BLOQUES
Jr = Representa la rugosidad y características friccionantes de las paredes de
Ja la junta o los materiales de relleno (4/0.75 y 0.5/20).
RESISTENCIA AL CORTE ENTRE LOS BLOQUES
Jw = Consiste en dos parámetros de esfuerzos. SRF es una medida de:
SRF 1) La carga de aflojamiento en el caso de una excavación a través de
zonas de corte y rocas portadoras de arcilla.
2) Esfuerzos rocosos en rocas competentes.
3) Cargas de alta deformación en rocas plásticas incompetentes. Esto
puede ser considerado como un parámetro de esfuerzo total.
4) El parámetro Jw es una medida de presión de agua, la cual tiene un
efecto adverso sobre la resistencia al corte de las juntas, debido a la
reducción del esfuerzo normal efectivo.
ESFUERZO EFECTIVO (1/0.5 y 0.05/20)
Q = RQD x Jr x Jw
Jn Ja SRF
SISTEMA DE CLASIFICACION DE BARTON
EL RANGO DE VARIACION DE LOS PARAMETROS ES EL SIGUIENTE:
RQD = Entre 0 y 100
Jn = Entre 0.5 Y 20
Que nos da dos valores extremos (100/0.5 y 10/20).
Jr = Entre 0.5 y 4
Ja = Entre 0.75 y 20
Que nos dos valores extremos (4/0.75 y 0.5/20).
Jw = Entre 0.05 y 1
SRF = Entre 0.5 y 20
Que nos da dos valores extremos (1/0.5 y 0.05/20)
Q = RQD x Jr x Jw
Jn Ja SRF
SISTEMA DE CLASIFICACION DE BARTON
EL RANGO DE VARIACION DE LOS PARAMETROS ES EL SIGUIENTE:
RQD = Entre 0 y 100
Jn = Entre 0.5 Y 20
Que nos da dos valores extremos (100/0.5 y 10/20).
Jr = Entre 0.5 y 4
Ja = Entre 0.75 y 20
Que nos dos valores extremos (4/0.75 y 0.5/20).
Jw = Entre 0.05 y 1
SRF = Entre 0.5 y 20
Que nos da dos valores extremos (1/0.5 y 0.05/20)
SISTEMA DE CLASIFICACION DE BARTON
RQD
SISTEMA DE CLASIFICACION DE BARTON
Jn
SISTEMA DE CLASIFICACION DE BARTON
Jr
SISTEMA DE CLASIFICACION DE BARTON
Ja
SISTEMA DE CLASIFICACION DE BARTON
Jw
S
R
F
SISTEMA DE CLASIFICACION DE BARTON
TIPOS DE ROCAS
De = Ancho,diámetro altura excavación(m)
Relación de sostenimiento (ESR)
DIMENSION EQUIVALENTE De
EL VALOR DE ESR ESTA RELACIONADO AL USO QUE SE LE DARA
A LA EXCAVACION Y AL GRADO DE SEGURIDAD QUE ESTA
DEMANDE DEL SISTEMA DE SOSTENIMIENTO INSTALADO PARA
MANTENER LA ESTABILIDAD DE LA EXCAVACION
RELACIONANDO EL INDICE Q A LA ESTABILIDAD Y A LOS
REQUERIMIENTOS DE SOSTENIMIENTO DE EXCAVACIONES
SUBTERRÁNEAS, BARTON LIEN Y LUNDE, DEFINIERON UN
PARÁMETRO ADICIONAL AL QUE DENOMINARON DIMENSION
EQUIVALENTE De DE LA EXCAVACIÓN.
ESTA DIMENSION ES OBTENIDA DIVIDIENDO EL ANCHO, DIAMETRO O
ALTRURA DE LA PARED DE LA EXCAVACION POR UNA CANTIDAD
LLAMADA RELACION DE SOSTENIMIENTO DE LA EXCAVACION, ESR. :
VALORES DE ESR, BARTON et.al (1974)
CATEGORIA DE
EXCAVACIONES DESCRIPCION ESR
A Excavaciones mineras temporales
3- 5
B
Aberturas mineras permanentes, túneles de agua
para hidroeléctricas (excluyendo conductos
forzados de alta presion), tuneles, galerías y
sovavones para grandes excavaciones.
1.6
C
Cámaras de almacenamiento, plantas de
tratamiento de agua, túneles carreteros y
ferrocarrileros menores, camaras de equilibrio,
tuneles de acceso.
1.3
D Casas de máquinas, túneles carreteros y
ferocarriles mayores, refugios de defensa civil,
portales y cruces de túnel. 1.0
E Estaciones nucleoeléctricas subterráneas,
estaciones de ferrocarril, instalaciones para
deportes y reuniones, fábricas. 0.80
SOSTENIMIENTO BASADAS EN INDICE Q
CATEGORIAS DE SOSTENIMIENTO
BASADAS EN INDICE DE CALIDAD Q
SOSTENIMIENTOS SEGÚN EL INDICE Q
SOSTENIMIENTOS SEGÚN EL INDICE Q
TIPOS DE SOSTENIMIENTO
(BARTON et at,1974)
PRESIONES SOBRE EL SOSTENIMIENTO
(BARTON et al, 1974)
CORRELACION ENTRE LOS INDICES
RMR Vs. Q SE HAN PROPUESTO DISTINTAS CORRELACIONES EMPIRICAS
PARA RMR Y Q, ALGUNA DE LAS MAS CARACTERISTICAS SON LAS SIGUIENTES:
CORRELACION ENTRE LOS INDICES
RMR Vs. Q
SE HAN PROPUESTO DISTINTAS CORRELACIONES EMPIRICAS PARA RMR Y Q, ALGUNA DE LAS MAS CARACTERISTICAS SON LAS SIGUIENTES:
• RMR = 9 Ln Q + 44 (BIENIAWSKI, 1979, SUDAFRICA)
• RMR = 5.9 Ln Q + 43 (RULEDGE Y PRESTON, 1980, NUEVA ZELANDIA)
• RMR = 5.4 Ln Q + 55.2 (MORENO, E. 1981, ASTURIAS)
• RMR = 10.5 Ln Q + 41.8 (ABAD, J. Et Al 1983, ASTURIAS)
• RMR = 5 Ln Q + 60.8 (CAMERON CLARK Y BUDAVARI 1981, SUDAFRICA)
TANTO EN LAS CLASIFICACIONES EMPIRICAS COMO EN LA DESCRIPCIÓN
CUALITATIVA NO COINCIDEN NI EN SUS CLASES NI EN SUS COEFICIENTES
DE REGRESIÓN. KAISER Y GALE (1985), BASÁNDOSE EN LOS ESTUDIOS
PROBABILÍSTICOS HA PROPUESTO UNA ÚNICA RELACIÓN: RMR = 8.5
Ln Q + 35
CORRELACION ENTRE CLASIFICACIONES
GEOMECANICAS (BIENIAWSKI,1979)
CORRELACION ENTRE CLASIFICACIONES
GEOMECANICAS (BIENIAWSKI,1979)
CLASES
RMR
VALORES
RMR
CLASES
Q
VALORES
Q
I 90 ± 10 Muy buena Extremadamente o
excepcionalmente buena
> 200
II 70 ± 10 Buena Buena a muy buena 20 – 20
III 50 ± 10 Regular Muy mala a buena 0.3 – 20
IV 30 ± 10 Mala Extremadamente mala 0.003 – 0.3
V 10 ± Muy Mala Excepcionalmente mala < 0.003
SEGÚN EL GRAFICO ANTERIOR AMBAS CLASIFICACIONES TENDRIAN LAS
SIGUIENTES EQUIVALENCIAS:
CORRELACION ENTRE CLASIFICACIONES
GEOMECANICAS
MODULO DEFORMACION IN SITU Em
QTBM MODELO (PR) Y PRONÓSTICO (AR) Y
ESTIMACIONES DE EJECUCION
• El objetivo del modelo de QTBM, que muy brevemente será descrito aquí,
es permitir al que utilizar la Tala de q de base, o la velocidad sísmica solo
con el fin de reproducir tanto PR (la tasa de penetración) y AR (la tasa de
avance real) para los distintos ámbitos, tipos de roca, o longitudes de túnel.
Naturalmente, hay interacciones importantes entre la roca y la que deben
ser incluidos.
332
333
334
CLASIFICACION DE LAUBSCHER
SISTEMA DE CLASIFICACION DE
LAUBSCHER
SISTEMA DE CLASIFICACION DE
LAUBSCHER
SISTEMA DE CLASIFICACION DE
LAUBSCHER
SISTEMA DE CLASIFICACION DE
LAUBSCHER
CORRECCCION DE LAUBSCHER Y TAYLOR
LAUBSCHER y TAYLOR, han propuesto algunas
modificaciones a la clasificación geomecánica de Bieniawski
y recomendaciones para el sostenimiento.
Los ajuste que proponen Laubscher y taylor, consisten en la
modificación del valor original, siendo los siguientes:
Meteorización
Esfuerzos In situ e inducidos
Cambios de los esfuerzos
Influencia de las orientaciones del rumbo y buzamiento
Efectos de Voladura
Ajustes Combinados
RMR + Ajustes = MRMR
CORRECCCION DE LAUBSCHER Y TAYLOR
Algunos tipos de roca se meteorizan rápidamente cuando entran en contacto con el aire, afectando algunos Parámetros:
Meteorización. Afecta al IRS, RQD, JC. Rangos entre 50% a 100%.
Orientación de fracturas. (Estabilidad de Caserones, Taludes, Hundibilidad).
PARAMETRO METEORIZACION OBSERVACION
dc DISMINUYE HASTA 96% AFECTA MICROFISURAS DE LA ROCA
R.Q.D. DISMINUYE HASTA 95% LA ROCA AUMENTA SUS FRACTURAS
CONDICION DE
JUNTAS SE REDUCE HASTA 82% SI METEORIZACION MOTIVO DETERIORO EN
SUPERFICIES DE LA FISURA O SU RELLENO
CLASIFICACIÓN DE LAUBSCHER Y TAYLOR
AJUSTES – ESFUERZOS INDUCIDOS
Los esfuerzos, tanto In Situ como
inducidos pueden incidir sobre las fisuras,
manteniendo sus superficies en
compresión o permitiendo que las fisuras
se aflojen, y aumenten el riesgo de un
movimiento cortante.
PARAMETRO ESFUERZOS IN
SITU E INDUCIDOS OBSERVACION
CONDICION DE
JUNTAS
AUMENTA HASTA 120% LAS JUNTAS QUEDAN EN COMPRESION
DISMINUYE HASTA 90% SI EL RIESGO DE UN MOVIIENTO CORTANTE
AUMENTA
DISMINUYE HASTA 76% SI LAS FISURAS ESTAN ABIERTAS Y CON
RELLENO DELGADO.
Se requiere conocer
Razón de esfuerzos
Magnitud de esfuerzos
Redistribución de esfuerzos se obtiene de
modelamiento de diagramas publicados.
Interesan:
Esfuerzos máximos
Esfuerzos mínimos
Diferencias (s1 - s3).
CLASIFICACIÓN DE LAUBSCHER Y TAYLOR
AJUSTES – ESFUERZOS INDUCIDOS
Esfuerzos inducidos.
Esfuerzos Máximos (s1)
Esfuerzos compresivos normales a fracturas hasta 120%
Esfuerzos Mínimos (s3)
Bajo confinamiento, mayor probabilidad de falla.
s3 < 0, falla traccional.
Diferencia entre esfuerzos (s1 - s3)
(s1 - s3) elevado cizalle por planos de discontinuidad. Ajuste hasta 60%
CLASIFICACIÓN DE LAUBSCHER Y TAYLOR
AJUSTES – ESFUERZOS INDUCIDOS
CLASIFICACIÓN DE LAUBSCHER Y TAYLOR
AJUSTES – CAMBIOS DE LOS ESFUERZOS
Cuando hay cambios importante por
operaciones mineras, la situación de las
fisuras es afectada.
PARAMETRO CAMBIO DE
ESFUERZOS OBSERVACION
CONDICION DE
JUNTAS
AUMENTA HASTA 120% LAS SIEMPRE ESTAN EN COMPRESION
DISMINUYE HASTA 60% CAUSA MOVIMIENTOS CORTANTES
IMPORTANTES.
CLASIFICACIÓN DE LAUBSCHER Y TAYLOR
AJUSTES – INFLUENCIA Rb. Y Bz. El tamaño, la forma y la dirección del avance de una excavación subterránea tendrá una influencia sobre la estabilidad cuando se considera en función del sistema de fisuras del macizo rocoso.
Laubscher y Taylor opinan, que para garantizar la estabilidad de una excavación subterránea en una roca fisurada depende de la cantidad de fisuras y de los frentes de excavación que se desvían de la vertical y recomiendan los siguientes ajustes: (ajustes en porcentaje dependiendo de la cantidad de frentes inclinados en la excavación).
34
5
6
5
6
43
4
5
3
2.1
13
4
2
2
3
2
# de fracturas que
definen bloque
a la vertical y porcentajes de ajuste
# de planos con inclinaciones distintas
70% 75% 80% 85% 90%
CLASIFICACIÓN DE LAUBSCHER Y TAYLOR
AJUSTES – INFLUENCIA Rb. Y Bz.
ORIENTACIÓN DE FRACTURAS
Se propone además los siguientes ajustes para los
valores del espaciado de juntas, para las zonas de
cortantes que se ubican en operaciones mineras:
(*) No aplicable a roca fracturada
0 - 15°
Porcentaje(túneles) (*)cizalladas c/r al avance
Orientación de zonas
15° - 45°
45° - 75°
76%
84%
92%
CLASIFICACIÓN DE LAUBSCHER Y TAYLOR
AJUSTES – INFLUENCIA Rb. Y Bz.
Orientación de fracturas. Caso pilares y paredes caserones. Cuando las fracturas definen una cuña inestable, cuya base está en la pared.
0 - 5
5 - 10
10 - 15
15 - 20
Rating J.C. Buzamiento de intersección y % ajuste
30 - 40
20 - 30
10 - 30 = 85%
10 - 20 = 90%
20 - 30 = 90%
30 - 40 = 90%
30 - 50 = 90%
40 - 60 = 95%
40 - 60 = 85%
> 50 = 85%
> 60 = 90%
20 - 40 = 80%
30 - 50 = 80%
30 - 40 = 75%
> 60 = 80%
> 50 = 75%
>40 = 70%
> 40 = 70%
CLASIFICACIÓN DE LAUBSCHER Y TAYLOR
AJUSTES – EFECTOS DE LA VOLADURA
Efectos de Voladuras
Técnica Ajuste %
Máquinas Tuneleras (TBM) 100%
Voladuras controlada 97%
Voladuras convencional buena 94%
Malas prácticas de Voladura 80%
Las voladuras crean nuevas fracturas y provocan movimientos en las fisuras existentes. Se propone las siguientes reducciones para los valores del RQD y la condición de juntas.
CLASIFICACIÓN DE LAUBSCHER Y TAYLOR
AJUSTES COMBINADOS
RESUMEN
Meteorización 75% - 100%
Orientación 63% - 100%
Esfuerzos 60% - !20%
Voladura 80% - 100%
Ajustes combinados
En algunos casos la clasificación geomecánica se
encuentra sujeta a más de un ajuste. El ajuste total
no debe pasar de un 50 %.
CLASIFICACIÓN DE LAUBSCHER
Y TAYLOR – RECOM. PARA EL SOSTENIMIENTO
Considerando los valores de la clasificación ajustados y tomando en cuenta practicas normales de sostenimiento en minas se propone:
VALORES
AJUSTADOS VALORES GEOMECANICOS ORIGINALES - BIENIAWSKI
90-100 80-90 70-80 60-70 50-60 40-50 30-40 20-30 10-20 0-10
70 - 100
50 – 60 a a a a
40 – 50 b b b b
30 – 40 c,d c,d c,d,e d,e
20 – 30 e f,g f,g,j f,h,j
10 – 20 i i h,i,j h,j
0 - 10 k k l l
CLASIFICACIÓN DE LAUBSCHER-TAYLOR – SOSTENIMIENTO • a.- Generalmente no hay sostenimiento, pero algunas intersecciones de fisuras
pueden necesitar pernos.
• b.- Cuadricula de pernos cemntados con espaciamiento de 1 m.
• c.- Cuadricula de pernos cementados con espaciamiento de 0.75 m.
• d.- Cuadricula de pernos cementados con espaciamiento de 1 m y 100 mm de concreto lanzado.
• e.- Cuadricula de pernos cementados con espcaiamiento de 1 m y concreto colado de 300 mm y que solo se usara si los cambios de los esfuerzos no son excesivos.
• f.- Cuadricula de pernos cementados con espaciamiento de 0.75 y 100 mm de concreto lanzado.
• g.- Cuadricula de pernos cementados con espaciamiento de 0.75 m y 100 mm de concreto lanzado y malla.
• h.- Concreto colado de 450 mm de espesor con una cuadricula de pernos cementados con espcaimiento de 1 m si los cambios de los esfuerzos no son excesivos.
• i.- Pernos cementados con espaciamiento de 0.75 m si hay un esfuerzo potencial a la mano, y 100 mm de concreto lanzado, luego cibras de acero a manera de técnica de reparación si los cambios en los esfuerzos son excesivos.
• j.- estabilizar con refuerzos de cable protector y concreto de 450 mm de espesor si los cambios en los esfuerzos no son excesivos.
• k.- Estabilizar con resfuerzo de cable protector seguido de concreto lanzado hasta e incluyendo el frente si es necesario y luego cimbras de acero poco seprados, como tecnica de reparación donde los cambios en los esfuerzos soon excesivos.
• l.- No trabajar en este terreno, o usar las técnicas j ó k.
CLASIFICACION SRC DE LUIS
GONZALES VALEJOS
1985
CLASIFICACION GEOMECANICA SRC
• ESTA CLASIFICACION SALE A CONSECUENCIA DE QUERER BUSCAR UN METODO DE CLASIFICACION DE MACIZOS ROCOSOS QUE TENGAN EN CUENTA LA EXTRAPOLACION DE LOS DATOS DE SUPERFICIE, SU VARIACION DE LAS PROPIEDADES CON LA PROFUNDIDAD Y LOS DISTINTOS CONDICIONANTES GEOMECANICOS QUE INTERVIENEN EN UN DISEÑO DE TÚNEL Y POSTERIOR COMPORTAMIENTO DURANTE LA EXCAVACION.
• LA CLASIFICACION SRC SE BASA EN LA CLASIFICACION DE BIENIAWSKI (1979) Y REUNE TAMBIEN EXPERIENCIAS DE LA CLASIFICACION DE BARTON et al (1974), SIN EMBARGO SE DIFERENCIA DE ELLAS POR INTRODUCIR FACTORES DE CORRECCION PARA EL USO DE DATOS DE SUPERFICIEE INCORPORA NUEVOS INDICES COMO EL ESTADO TENSIONAL E INFLUENCIA DE LAS CONDICIONES CONSTRUCTIVAS.
CLASIFICACION GEOMECANICA SRC
PARAMETROS DE CLASIFICACION A. RESISTENCIA DE LA MATRIZ ROCOSA
B. ESPACIADO DE LAS DISCONTINUIDADES Y RQD
C. CONDICION DE LAS DISCONTINUIDADES
D. FILTRACIONES
E. ESTADO TENSIONAL
FACTOR DE COMPETENCIA (CF)
(Definido como el cociente de la resistencia de la compresión uniaxial y la tensión máxima vertical debido peso recubrimiento)
FACTOR DE RELAJACION TENSIONAL (SRF)
(Definido por cociente edad última deformación tectónica principal en años x 10-³ y la máxima carga litostatica vertical)
ACCIDENTES TECTONICOS
(Los accidentes tectónicos importantes pueden dar lugar a marcadas anisotropías direccionales y concentración esfuerzos)
ACTIVIDAD NEOTECTONICA
Tambien puede ser causa de importantes anisotropías tensionales. Ubicación a zona sísmica activa)
F. PROCESO CONSTRUCTIVO
CLASIFICACION GEOMECANICA SRC
INDICE DE CALIDAD VALORES
1. RESISTENCIA MATRIZ ROCOSA
Carga Puntual (Mpa)
Compresión Simple (Mpa)
Puntuación
> 8
> 250
20
8 a 4
259 a 100
15
4 a 2
100 a 50
7
2 a 1
50 a 25
4
No aplicable
25 a 5 5 a 1 < 1
2 1 1
2. ESPACIADO RQD
Espaciado (m)
RQD (%)
Puntuación
> 2
100 a 90
25
2 a 0.6
90 a 75
20
0.6 a 0.2
75 a 50
15
0.2 a 0.06
50 a 25
8
< 0.06
< 25
5
3. DISCONTINUIDADES
Condiciones
Puntuación
Muy rugosas. Discontínuas.
Sin separación. Bordes poco
alterados y duros.
30
Algo rugosas.
Discontinuas.
Separación < 1 mm.
Bordes duros y poco
alterados.
25
Algo rugosas.
Discontínuas.Separaci
ón 1 mm. Bordes
blandos y alterados.
20
Lisas o con
slickensides.
Contínuas.
Abiertas a 1 a
5 mm. Con
rellenos.
10
Lisas o con
slickensides.
Contínuas.
Abiertas mas de 5
mm. Con rellenos.
0
4. FILTRACIONES
Caudal po 10 m de túnel (l/min)
Condiciones
Puntuación
Inapreciable
Seco
15
< 10
Algo húmedo
10
10 – 25
Algunas filtraciones
7
25 – 125
Frecuentes
filtraciones
4
> 125
Abundantes
filtraciones
0
5. ESTADO TENSIONAL
Factor de competencia
Puntuación
Accidentes tectónicos
Puntuación
Factor de Relajación tensional
Puntuación
Actividad neotectónica
Puntuación
> 10
10
10 a 5
5
5 a 3
-5
<3
- 10 -
Zonas de fallas/cabalgamiento de alcance regional y
áreas cercanas
- 5
Tectónica compresiva
- 2
Tectónica distensiva
0
> 200
0
200 a 80 80 a 10 < 10
-5 -8 -10
Zona afectada por laderas o talude
200 a 80 79 a 10 <10
-10 -13 -15
Desestimada o desconocida
0
Supuesta
-5
Confirmada
-10
CLASE DE ROCA
Clase SRC
Puntuación
I
Muy Buena
100 a 81
II
Buena
80 a 61
III
Media
80 a 41
IV
Mala
40 a 21
V
Muy Mala
< 20
INFLUENCIA RELATIVA DE LOS PARAMETROS
GEOMECANICOS EN LAS CLASIFICACIONES
OTRAS CLASIFICACIONES
CLASIFICACION SEGÚN RABCEWICZ
• DESARROLLADA POR EL AUTOR, COMO BASE PARA EL NUEVO METODO AUSTRIACO DE TUNELERIA (N.A.T.M.), SU EMPLEO ESTA MUY DIFUNDIDO EN ALEMANIA, AUSTRIA Y FRANCIA.
• ESTA CLASIFICACION RECOGE LAS EXPERIENCIAS OBTENIDAS EN LA CONSTRUCCION DE TUNELES, DONDE LA MASA ROCOSA PRESENTA DIVERSOS GRADOS DE OPOSICION AL AVANCE DE EXCAVACION DEL TUNEL, Y SE HACE NECESARIO EFECTUAR SU CORRESPONDIENTE SOSTENIMIENTO, EN TERRENOS MUY DIFICILES, EJECUTAR METODOS DE SOSTENIMIENTO PARCIAL, CON EL CONSIGUIENTE TIPO DE SOSTENIMIENTO.
• ESTE TIPO DE CLASIFICACION TIENE VALOR IMPORTANTE, CUANDO SE EJECUTAN EXCAVACIONES DE GRAN SECCION, MAYORES DE 50 METROS CUADRADOS.
CLASIFICACION SEGÚN
RABCEWICZ
CLASIFICACION DE PROTODIAKONOV
• ES UNA CLASIFICACION BASTANTE EXTENDIDA EN LOS PAISES DEL ESTE DE EUROPA, EN LOS QUE SE UTILIZA PARA EL DIMENSIONAMIENTO DE SOSTENIMIENTOS DE TUNELES, Y QUE EN 1976 FUE ADOPTADO POR LA AFTES EN FRANCIA, JUNTO CON LA DE DEERE PARA PREDIMENSIONADO EN ESTE PAÍS.
• PROTODIAKONOV CLASIFICA LOS TERRENOS, ASIGNANDOLES UN PARAMETRO “f” LLAMADO COEFICIENTE DE RESISTENCIA, A PARTIR DEL CUAL, Y DE LAS DIMENSIONES DEL TUNEL, DEFINE LAS CARGAS DEL CALCULO PARA DIMENSIONAR EL SOSTENIMIENTO.
GRADO DE
RESISTENCIA TIPO DE ROCA O SUELO
m
Kg/m3
q uc
Kg/m²
FACTOR
MUY ALTO Granitos masivos. Cuarcitas o basaltos sanos y en
general, rocas duras sanas y muy resistentes. 2800-3000 2000 20
MUL ALTO Granitos prácticamente masivos, porfidos, pizarras,
arenisca y calizas sanas. 2600-2700 1500 15
ALTO Granitos y formaciones similares, areniscas y calizas
prácticamente sanas conglomerados muy resistente,
limolitas resistente.
2500-2600 1000 10
ALTO Calizas en general, granitos meteorizados, limolitas,
areniscas relativamente resistes, mármoles, pirita. 2500 800 8
MODERADAMENTE ALTO Areniscas normales 2400 600 6
MODERADAMENTE ALTO Pizarras 2300 500 5
MEDIO Lutitas, calizas y areniscas de baja resistencia,
conglomerado no muy duros 2400-2800 400 4
MEDIO Lutitas, pizarras arcillosas, margas 2400-2600 300 3
MODERADAMENTE BAJO Lutitas blandas, calizas muy fracturadas, yesos,
areniscas en bloques, gravas cementadas. 2200-2600
200-
150 2-1.5
MODERADAMENTE BAJO Gravas, lutitas y pizarras fragmentadas, depósitos de
talud duros, arcillas duras. 2000 -- 1.5
BAJO Arcilla firme, suelos arcillosos 1700-2000 -- 1.0
BAJO Loes, formaciones de arena y grava, suelos areno-
arcillosos o limo-arcillosos 1700-1900 -- 0.8
SUELOS Suelos con vegetación, turba, arenas húmedas. 1600-1800 -- 0.6
SUELOS GRANULARES Arenas y gravas 1400-1600 -- 0.5
SUELOS PLASTICOS Limos y arcillas blandos. 0.3 PROTODIAKONOV
CLASIFICACION DE PROTODIAKONOV
• DA UNAS REGLAS PARA LA DETERMINACION
DE “f” EN FUNCION DE LA RESISTENCIA A LA
COMPRESION SIMPLE, EL ANGULO DE
ROZAMIENTO INTERNO Y LA COHESION,
ESTAS SON:
• PARA ROCAS: f = c/10
• PARA SUELOS: f = tg + C/c
• DONDE:
c = Resistencia compresion simple (Mpa)
= Angulo de rozamiento interno a largo plazo
C = Cohesion a largo plazo (Mpa).
CLASIFICACION DE PROTODIAKONOV • LA DISTRIBUCION DE LAS CARGAS SOBRE UN TUNEL PARA EL
DIMENSIONAMIENTO DEL SOSTENIMIENTO SE HACE SUPONIENDO:
• Presión uniforme vertical sobre clave
Pv = . h
• Presión uniforme horizontal lateral
Pl = (h + 0.5 m)tg² (45 + /2)
donde:
h = B/2f
B = b + 2m.tg (45 - /2)
siendo:
b = anchura
m = altura del túnel
f = coeficiente de resistencia (Protodiakonov)
= angulo de rozamiento interno.
= densidad del terreno.
CLASIFICACION SEGÚN NORMA
ALEMANA (B – 2203)
• Esta es un Clasificación eminentemente
práctica. Norma la ejecución de obras
subterráneas en Alemania, es adaptación de la
clasificación de rabcewicz a la realidad Alemana
y cubre excavaciones en diversas secciones.
• En esta Clasificaicón existen 7 tipos de terrenos
diferentes.
CLASIFICACION SEGÚN NORMA ALEMANA (B – 2203)
TIPO CARACTERES
DE LA ROCA EXCAVACION Y SOSTENIMIENTO
1 Terreno Estable Excavación en una unica fase, sin sostenimiento.
2 Roca poco
fracturada
Excavación en una única fase, sostenimiento
donde se requiera.
3 Roca algo más
fracturada
Excavación en una única fase, sostenimiento en la
bóveda.
4 Roca fracturada y
poco friable
Excavacion en dos fases y contrabóveda,
sosteniiento sistemático en toda la sección.
5 Roca muy friable,
empuje inmediato
Excavación en dos o tres fases, dependiendo de la
sección, sostenimiento con cerchas metálicas.
6
Roca de empuje
inmediato fuerte
Excavación en varias fases(núcleo central) y
contrabóveda. Sostenimiento sistemático en toda
la sección.
7
Terreno sis
cohesión
Excavación en varias fases, con núcleo central y
contrabóveda concreto rociado en frente inmediato
y sostenimiento sistemático en toda la sección.
COMPARACION ENTRE LA CLASIFICACION
RABCEWICZ Y O – Norm B – 2203)
CLASIFICACION
RABCEWIZC
O – NORM B - 2203
1 2 3 4 5 6 7
I
II
III
IV
V
RESISTENCIA DE LAS
DISCONTINUIDADES EN
ROCAS
• Experimentalmente, se encuentra que la resistencia al corte entre superficies lisas de mineral o roca, sigue una ley linear del tipo:
= So + m s (Jaeger, 1959)
So: Resistencia inherente a la superficie de contacto, equivalente a la cohesión en mecánica de suelos.
s: stress normal a la superficie.
m: coeficiente de fricción.
En el caso estático, t representa la resistencia para iniciar a deslizar. Sin embargo, cuando hay deslizamiento a velocidad constante, el coeficiente de fricción es distinto al estático, típicamente menor y depende de la velocidad de deslizamiento.
• El coeficiente de fricción no es constante, a bajo stress
normal suele ser mayor. También influye la humedad.
DETERMINACION EXPERIMENTAL
RESISTENCIA AL CORTE
a) Ensayos de corte directo (varios tipos)
b) Ensayo de bloques simétricos.
c) Ensayo de torsión.
d) Ensayos triaxiales.
Resistencia de las paredes de discontinuidades (terreno)
Se mide en base a la tabla de resistencia R0 a R6
González de Vallejo, 2002
CRITERIO DE FALLA
• Típicamente, una curva esfuerzo de corte vs. desplazamiento en
una superficie planar tendrá un peak y luego una resistencia
residual (Fig. A). Una serie de ensayos resulta en una
envolvente de fractura del tipo Mohr-Coulomb:
= cp + tan p, Resistencia peak
= tan r Resistencia residual
INFLUENCIA DEL AGUA
• Si la discontinuidad está húmeda, la resistencia puede disminuir por la lubricación producida en la superficie.
• Dependiendo del material, la incorporación de agua en la roca puede a su vez producir cambios en los valores de c y f. En especial en rocas con alto contenido de arcillas.
• Si hay una presión de agua (ej. hidrostática), entonces el stress normal se reduce a un stress efectivo y
t = c + (s-u) tan f
INFLUENCIA DE LA RUGOSIDAD
• Las discontinuidades naturales no son
lisas, sino presentan asperidades. Una
discontinuidad rugosa tendrá una
resistencia al cizalle mayor que una
lisa en la misma roca. Al cizallarse, las
asperidades se irán a su vez puliendo
y la resistencia se aproximará a la de
la superficie lisa.
MODELO DE PATTON
• Patton (1966) modeló
una discontinuidad con
asperidades, usando
un ángulo único que
representa la
asperidad. Los
componentes de las
fuerzas de corte y
normal se pueden
expresar como:
S*= S cos i – N sen i;
N*= N cos i + S sen i
MODELO DE PATTON
• Asumiendo solo fricción, se puede probar que la relación de fuerzas normal y de corte en la discontinuidad es:
S= N tan (f + i) (Ley de Patton)
• El efecto de las asperidades se mantiene solo con stresses normales bajo un cierto umbral sobre el cual el trabajo requerido para cizallar las asperidades es menor que el trabajo requerido para sobrepasarlas.
CRITERIO BILINEAR DE PATTON
• Bajo el umbral,
tp=s tan (fb + i)
• Sobre el umbral, tp=Cj + s tan fr
fb: Angulo de fricción interna puro o básico del material
Cj: Cohesión aparente derivada de las asperidades
Normal Stress
Shear
Str
ess
Rough Joint
Smooth Joint
b
i
r
b= Joint basic friction angle
r = Residual friction angle
i = Asperity angle
Cj
• Otros estudios han intentado “suavizar”
la curva bilinear de Patton, basados en
modelos experimentales. Ej: Jaeger
(1971)
MODELO DE BARTON
• En un modelo empírico, Barton (1976) determinó la
resistencia al corte de las discontinuidades como:
t = sn tan [JRC log10 (JCS/sn) + fb]
El modelo considera cambios en la resistencia con
el stress normal y la rugosidad. Efectos de
cohesión aparente están incorporados en la
fórmula.
MODELO DE BARTON
• JRC: Joint Roughness Coefficient.
• JCS: Joint Compressive Strength.
• JRC: Expresión del nivel de rugosidad de la discontinuidad, se obtiene por comparación con una tabla. Hay correcciones por efectos de escala.
• JCS: Resistencia de la discontinuidad, se puede obtener de ensayos con martillo de Schmidt. Si la pared es fresca, JCS es similar a compresión uniaxial de la roca (UCS).
t = sn tan [JRC log10 (JCS/sn) + fb]
JRC
(Barton & Choubey, 1977)
Cálculo de
JCS con
Martillo de
Schmidt
Efectos de
escala en
JRC
(Barton, 1982)
AJUSTES A ESCALA JRC y JCS
• Barton & Bandis (1982) propusieron los siguientes ajustes:
Donde JRCn, JCSn se refieren a muestras in situ para bloques de tamaño Ln, y JRC0, JCS0 se refieren a muestras de laboratorio de tamaño 100 mm (L0).
0
0
0
02,0 JRC
L
LJRCJRC
nn
0
0
0
03,0 JRC
L
LJCSJCS
nn
RELLENO
• La presencia del relleno gobierna el
comportamiento de la discontinuidad, por
lo que deben ser reconocido.
• Las características que deben ser
descritas son: su naturaleza, espesor o
anchura, resistencia al corte y
permeabilidad
• Rellenos comunes: arcillas, óxidos de
hierro, salbanda de falla, suelos, calcita.
EFECTOS DEL RELLENO
• Si la discontinuidad está rellena por
materiales blandos (ej: arcillas) y el
espesor del relleno es superior a la
amplitud de las asperidades, la
resistencia pasa a ser controlada
por el material de relleno, pudiendo
bajar drásticamente.
INDICES DE RESISTENCIA DEL
MACIZO ROCOSO
INDICE DE RESISTENCIA DEL MACIZO
ROCOSO DE PALMSTROM
• Basa su clasificación en el RMI, el que considera la reducción de la resistencia de las rocas provocada por el agrietamiento y se expresa mediante la siguiente ecuación.
RMI = Rc JP
• Donde:
• RC = Resistencia a compresión uniaxial de la roca intacta en muestras de 50 mm de diámetro.
• JP = Parámetro dependiente del agrietamiento. Es un factor de reducción que representa el tamaño de los bloques y el estado de las caras de los mismos, definidas por la fricción y el tamaño de las grietas.
• En el esquema que se ofrece a continuación se dan los parámetros principales que intervienen en la propuesta de Palmstrom para la valoración de estabilidad en los macizos rocosos.
INDICE DEL MACIZO ROCOSO RMi
RUGOSIDAD DE
LAS GRIETAS
ALTERACIÓN DE
LAS GRIETAS
TAMAÑO Y
CONTINUIDAD DE
LAS GRIETAS
FACTOR DE
ESTADO DE LAS
GRIETAS
JC
DENSIDAD DE
GRIETAS
MATERIAL
ROCOSO
VOLUMEN DEL
BLOQUE
Vb
PARÁMETRO DE
AGRIETAMIENTO
JP
RESISTENCIA A
COMPRESIÓN
SIMPLE
ÍNDICE DEL
MACIZO ROCOSO
RMi
INDICE DEL MACIZO ROCOSO RMi
• El valor de JP se puede determinar, según Palmstrom por la siguiente expresión
D
JP = 0.2JC*Vb
• El valor del coeficiente D se puede calcular por tablas elaboradas por Palmstrom o por la expresión D= 0,37 JC-0,2
• El valor de JP varía desde valores próximos a 0, para rocas muy fracturadas, hasta 1 en rocas intactas. La forma exponencial de su expresión de cálculo coincide perfectamente con los datos experimentales que indican que el espacio entre grietas tiene una representación estadística de tipo exponencial, como se indica en los estudios de Merritt y Baecher (1981).
• El factor de estado de las grietas se expresa según la ecuación siguiente:
jC = jL (jR / jA), donde jL, jR, y jA son factores que describen la longitud y la continuidad, la rugosidad y la alteración del plano de grietas respectivamente. Los valores correspondientes a estos parámetros se encuentran reflejados en Tablas. Los factores jR y jA son similares a los valores de jR y jA que se utilizan para obtener el valor de Q. El factor de tamaño y continuidad de las grietas (jL) se ha introducido en el sistema Rmi para representar el efecto que producen las grietas a diferentes escalas.
INDICE DEL MACIZO ROCOSO RMi
• Comúnmente, el factor de estado de las juntas jC tienen un valor entre 1 y 2; y consecuentemente el parámetro de grieta JP estará comprendido entre 0,2 Vb
0,37 y 0,28 Vb0,32 .
Para jC = 1,75 el parámetro de grieta se pueden expresar de la forma siguiente:
JP = 0.25Vb
• Con mucha frecuencia se deben considerar los efectos de escala, que son significativos cuando se extrapolan los resultados de ensayos de laboratorio a volúmenes de ensayos de campo. Como se indicó anteriormente, el Rmi se ajusta fácilmente cuando se incluyen efectos de escala en JP. En cambio, para macizos rocosos masivos, el efecto de escala para los ensayos de compresión uniaxial ( RC ) no se tiene en cuenta, ya que los ensayos se realizan sobre muestras de 50 mm de diámetro.
3
RELACION ENTRE EL JP, JC Y Vb
INDICE Rmi
DE PALMSTROM
VENTAJAS DE USAR EL RMi El Rmi mejora significativamente el uso de datos geológicos,
principalmente a través del empleo sistemático de parámetros predefinidos en este sistema en el que el carácter tridimensional de un macizo rocoso viene representado por el volumen del bloque.
El Rmi se puede usar fácilmente para establecer estimaciones groseras disponiendo tan sólo de una información básica del macizo rocoso. Por ejemplo, en el período inicial de un proyecto usando la expresión para el cálculo de JP para el valor de JC de 1,75...
El Rmi es un método bastante cómodo a la hora de establecer comparaciones e intercambio de información de diferentes puntos o zonas. En este sentido, es una herramienta muy útil para intercambiar información y conocimientos (mejorar la comunicación) entre los profesionales que se dedican a la ingeniería y el diseño de obras civiles.
El RMI ofrece un sistema de caracterización del macizo rocoso bastante útil en ingeniería. El Rmi es un parámetro que, en líneas generales, caracteriza la resistencia inherente de un macizo rocoso y se puede aplicar en ingeniería para establecer la calidad de este material en construcción. En el trabajo de campo se usa fácilmente , ya que el RMI viene definido por el volumen de los bloques y por los parámetros de fracturación del macizo rocoso.
LIMITACIONES DEL RMi • El rango y tipos de macizos rocosos que se pueden clasificar
mediante el RMI. Tanto la roca intacta como las grietas muestran grandes variaciones direccionales en composición y estructura, proporcionando un amplio rango de composiciones y propiedades de los macizos rocosos. No es posible caracterizar todas las combinaciones que se presentan en la naturaleza con un solo número. Sin embargo, el sistema Rmi, muy probablemente caracteriza el rango más amplio de materiales comparado con los demás métodos de clasificación existentes.
• La precisión de la expresión RMI. El valor del parámetro de grietas(JP) se calibra con unos pocos ensayos de compresión a gran escala. La evaluación de los diversos factores (jR, jA y Vb) utilizados para la obtención de JP y el tamaño de las muestras ensayadas, que en algunos casos no es representativo por el reducido número de bloques que presenta, puede generar una serie de errores sistemáticos en el cálculo del parámetro JP, por lo que se obtiene un valor de Rmi aproximado. Sin embargo, en algunos casos, los errores cometidos en algunas mediciones pueden compensar otros, dando finalmente resultados coherentes.
RELACION DEL Rmi CON OTROS INDICES
• PALMSTROM DEFINIO UN RELACION ENTRE LOS
VALORES DE Rmi Y LOS VALORES USADOS EN
EL CRITERIO DE FALLA DE HOEK Y BROWN, QUE
SON LOS SIGUIENTES:
s = JP²
mb = mi X JP 0,64 (PARA MACIZOS ROCOSOS NO DISTURBADOS)
mb = mi X JP 0,857(PARA MACIZOS ROCOSOS DISTURBADOS)
RELACION Rmi CON OTROS INDICES Y SU
APLICACION
CRITERIO DE FALLA DE
E. HOEK Y E.T. BROWM
σ n= tensión normal sobre el plano de rotura
τ= tensión tangencial sobre el plano de rotura
C= cohesión
Ø= ángulo de resistencia interna del material o ángulo de rozamiento de la matriz rocosa
CRITERIO DE MOHR – COULOMB
PROPIEDADES COHESION Y ANGULO FRICCION
SUELOS Y ROCAS
La gran ventaja de este criterio es su sencillez. Sin embargo presenta inconvenientes a que:
Los envolventes de la resistencia en roca no son lineales.
Aplicado para suelos
No se aplica a material rocoso con discontinuidades.
Las rocas a diferencia de los suelos presentan un comportamiento mecánico NO LINEAL, por lo que los criterios de rotura lineales, a pesar de la ventaja de su simplicidad, no son muy adecuados en cuanto que pueden proporcionar datos erróneos a la hora de evaluar el estado de deformaciones de las rocas.
CRITERIO DE MOHR – COULOMB
“El criterio de Mohr – Coulomb no se ajusta al
comportamiento real de los materiales rocosos,
tanto de la matriz rocosa, como de los macizos
rocosos y de las discontinuidades”
CRITERIO DE MOHR – COULOMB
CRITERIO DE HOEK – BROWN
• El criterio de rotura de Hoek – Brown es un
criterio que permite la estimación de la
resistencia al corte de roca intacta y de los
macizos rocosos.
• Uno de los aspectos particulares del criterio de
rotura de Hoek – Brown es la posibilidad de
normalizar los términos, que involucran los
esfuerzos, en expresiones matemáticas.
• Es posible escribir la forma genérica del criterio
en términos de esfuerzos de corte y normales
trasformados en el plano de rotura.
CRITERIO DE HOEK – BROWN
La forma generalizada define la combinación de esfuerzos
principales en la rotura para el caso de macizos rocosos.
Esto esta basado en la suposición de que las diaclasas están
cercanamente espaciadas y que las mismas no tienen una
orientación preferente, de tal forma que el macizo rocoso
puede ser asumido como homogéneo e isotrópico.
EL criterio obedece:
EN donde mb, s y a son parámetros que dependen de la
estructura de las discontinuidades en el macizo rocoso.
Estos parámetros se correlacionan con el GSI
RESISTENCIA DEL MACIZO ROCOSO
CRITERIOS DE FALLA HOEK Y BROWN
(1980)
c 1' mb 3' c = + 3' + S
a
[ ]
1' = Esfuerzo Efectivo Principal Axial
3' = Esfuerzo Efectivo Principal Confinante
c = Resistencia Compresiva Uniaxial de la Roca Intacta
Mb = Valor de constante m para la masa rocosa
Donde:
S y a = Constantes q´dependen caract. de la Masa rocosa
Ec. 01
RESISTENCIA DEL MACIZO ROCOSO
CRITERIOS DE FALLA HOEK Y BROWN
c 1' mb 3' c = + 3' + S
½
[ ]
Para macizos rocosos de BUENA a RAZONABLES
CALIDAD, la falla puede ser definida estableciendo:
a = 0.5 en la ecuacion 01
Para macizos rocosos de MALA CALIDAD, la masa
Rocosa no tiene resistencia a la tracción o “cohesión”
Fallando los especimenes
Ec. 02
RESISTENCIA DEL MACIZO ROCOSO
CRITERIOS DE FALLA HOEK Y BROWN
c 1' mb 3' c = + 3'
a
[ ] Ec. 03
Para macizos rocosos de MALA CALIDAD, la masa
Rocosa no tiene resistencia a la tracción o “cohesión”
Y los especímenes fallarán sin confinamiento.
Para estos macizos rocosos se establece un valor para
s = 0 , obteniéndose la ecuación 3
CRITERIO ACTUALIZADO DE HOEK -
BROWN
• La actualización se centró también en los
métodos para determinar m y s.
• Una parte de dicha actualización consistió en
presentar la ecuación original en tensiones
efectivas.
• Respecto a la determinación de los valores de
m y s se presentaron las siguientes relaciones
empíricas.
CRITERIO DE ROTURA DE HOECK Y
BROWN GENERALIZADO (2002)
31 3
a
ci b
ci
m s
15 20 3
100exp
28 14
100exp
9 3
1 1
2 6
b i
GSI
GSIm m
D
GSIs
D
a e e
mi = para roca intacta
mb = para roca fracturada
GSI = Geological Strength Index
D = factor que depende del
grado de alteración a que el
macizo ha sido sometido debido
a explosiones y relajación de
tensiones
• Para el caso de roca no alterada:
• Para el caso de roca alterada o, por ejemplo,
afectada por el efecto de voladura:
• Para roca intacta, s=1 y mb = mi, escribiéndose
la ecuación como sigue:
• En Hoek – Brown se dan las instrucciones para
obtener mi por medio de ensayos triaxiales.
• Hoek y Brown aportaron las siguientes
relaciones a partir del índice GSI de calidad
geomecánica del macizo rocoso.
• Para GSI > 25
• Para GSI < 25
• La resistencia a la compresión uniaxial se
obtiene haciendo σ3 = 0, en la ecuación (1):
• Y la resistencia a tracción se obtiene haciendo
σ’1 = σ’3 = σt, lo que representa una condición
de tensión biaxial.
• Para túneles:
Donde:
• σ’cm es la resistencia del macizo rocoso
• γ es el peso unitario del macizo rocoso
• H es la profundidad del túnel desde la superficie.
• Para taludes:
Siendo H la altura del talud.
INDICE DE RESISTENCIA
GEOLOGICA
GSI
INDICE DE RESISTENCIA GEOLOGICA
GSI
• El Geological Strength Index (GSI), fue propuesto por Hoek (1995) y Hoek, Kaiser & Badwen (1995) que provee un sistema, para estimar la reducción de la resistencia del macizo rocoso para diferentes condiciones geológicas.
• La resistencia de un macizo rocoso fracturado depende de las propiedades de los bloques de roca intacta y, también, de la libertad de éstos para deslizar y girar bajo distintas condiciones de esfuerzo. Esta libertad está controlada por el perfil geométrico de los bloques de roca intacta, así como también, por la condición de las superficies que separan dichos trozos o bloques. Los trozos de roca angulosos, con caras definidas por superficies lisas y abruptas, producen un macizo rocoso mucho más competente que uno que contenga bloques completamente rodeados por material intemperizado y/o alterado.
INDICE DE RESISTENCIA GEOLOGICA
(GIS)
• Uno de los problemas prácticos surge cuando se fija el valor del GSI en terreno, está relacionado con el daño por voladura. Donde sea posible, se debería usar la superficie no dañada para estimar el valor GSI, ya que el propósito principal es determinar las propiedades del macizo rocoso no perturbado. En todos aquellas superficies visibles que se hayan dañado a causa de la voladura, se debería de intentar hacer algo para compensar los valores del GSI más bajos obtenidos de esas caras libres. En caras libres recientemente voladas, se crearán nuevas discontinuidades por efecto de la voladura, las cuales resultan en un valor GSI que puede llegar a ser nada menos 10 puntos más bajo que el correspondiente al mismo macizo rocoso no perturbado por la voladura.
RELACIONES ENTRE mb/mi, s y a Y EL
INDICE DE RESISTENCIA GEOLOGICA (GSI)
PARA MASA ROCOSA NO DISTURBADA
VALORES DE GSI > 25
exp mb/mi 100
28 GSI Ec. 06
100 exp 9
GSI s Ec. 07
0.5 a Ec. 08
RELACIONES ENTRE mb/mi, s y a Y EL
INDICE DE RESISTENCIA GEOLOGICA (GSI)
PARA MASA ROCOSA NO DISTURBADA
VALORES DE GSI < 25
Ec. 09 0 s
Ec. 10 0.65 200
GS I a
CRITERIO DE ROTURA DE HOECK Y
BROWN GENERALIZADO (2002)
• GSI: Geological Strength Index
• 0 ≤ GSI ≤ 100
• Si GSI = 100, roca intacta: se recupera el criterio H-B original
• Depende de las condiciones en la superficie y de la estructura del macizo
a
1’ = 3’ + c (mb (3’ / c ) + S)
1’ = Esfuerzo efectivo principal máximo en la falla
3’ = Esfuerzo efectivo principal mínimo en la falla
c = Resistencia compresiva uniaxial de las piezas de roca intacta
mb, s, a son las constantes de la composición, estructura y
condiciones superficiales de la masa rocosa
CRITERIO
GENERALIZADO DE
HOECK – BROWN
ESTRUCTURA
CO
NDI
CIO
N
DE
LA
SUP
ERF
ICIE
MUY
BUENA Superficies
rugosas y de
cajas
frescas(sin
señales de
intemperizaci
on ni de
alteración)
BUENA Superficies
rugosas,
cajas
levemente
intemprizadas
y/o alteradas,
con patinas
de oxido de
hierro
REGULA
R Superficies
lisas, cajas
moderadam
ente
intemperiza
das y/o
alteradas
MALA Superficies lisas y
cizalladas, cajas
intemperizadas
y/o alteradas, con
rellenos de
fragmentos
granulares y/o
arcillosos firmes
MUY MALA Superficies
lisas y
cizalladas,
cajas muy
intemperizada
s y/o
alteradas, con
rellenos
arcillosos
blandos
FRACTURADO EN BLOQUES
(BLOCKY) MACIZO ROCOSO CONFORMADO POR TROZOS
O BLOQUES DE ROCA BIEN TRABAJADOS, DE
FORMA CUBICA Y DEFINIDOS POR TRES SETS
DE ESTRUCTURAS, ORTOGONALES ENTRE SI
mb/
mi
S
a
Em
Y
GSI
0.600
0.190
0.500
75,000
0.200
85
0.400
0.062
0.500
40,000
0.200
75
0.260
0.015
0.500
20,000
0.250
62
0.160
0.003
0.500
9,000
0.250
48
0.080
0.0004
0.500
3,000
0.250
34
FUERTEMENTE FRACTURADO EN
BLOQUES
(VERY BLOCKY) MACIZO ROCOSO ALGO PERTURBADO,
CONFORMADO POR TROZOS O BLOQUES DE
ROCA TRABADOS, DE VARIAS CARAS,
ANGULOSOS Y DEFINIDOS POR CUATRO O MAS
SETS DE ESTRUCTURAS
mb/
mi
S
a
Em
Y
GSI
0.400
0.062
0.500
40,000
0.200
75
0.290
0.021
0.500
24,000
0.250
65
0.160
0.003
0.500
9,000
0.250
48
0.100
0.001
0.500
5,000
0.250
38
0.070
0.000
0.530
2,500
0.300
25
FRACTURADO Y PERTURBADO
(BLOCKY/DISTURBED) MACIZO ROCOSO PLEGADO Y/O AFECTADO
POR FALLAS, CONFORMADO POR TROZOS O
BLOQUES DE ROCA DE VARIAS CARAS,
ANGULOSOS Y DEFINIDOS POR LA
INTERSECCIÓN DE NUMEROSOS SETS DE
ESTRUCTURAS
mb/
mi
S
a
Em
Y
GSI
0.240
0.012
0.500
18,000
0.250
60
0.170
0.004
0.500
10,000
0.250
50
0.120
0.001
0.500
6,000
0.250
40
0.080
0.000
0.500
3,000
0.300
30
0.060
0.000
0.550
2,000
0.300
20
DESISNTEGRADO
(DESINTEGRATED) MACIZO ROCOSO MUY FRACTURADO Y
QUEBRADO, CONFORMADO POR UN CONJUNTO
POBREMENTE TRABADO DE BLOQUES Y
TROZOS DE ROCA, ANGULOSOS Y TAMBIEN
REDONDEADOS
mb/
mi
S
a
Em
Y
GSI
0.170
0.004
0.500
10,000
0.250
50
0.120
0.001
0.500
6,000
0.250
40
0.080
0.000
0.500
3,000
0.300
30
0.060
0.000
0.550
2,000
0.300
20
0.040
0.000
0.600
1,000
0.300
10
CARACTERIZACION GEOTECNICA DEL MACIZO ROCOSO
INDICE GEOLOGICO DE RESISTENCIA DEL MACIZO ROCOSO
CARACTERISTICAS
DE LA MASA
ROCOSA
INDICE DE
RESISTENCIA
GEOLOGICA
(GIS)
CRITERIO
GENERALIZADO
DE HOEK Y
BROWN
INDICE DE
RESISTENCIA
GEOLOGICA
(GIS)
APLICACIÓN
01
INDICE DE
RESISTENCIA
GEOLOGICA
(GIS)
APLICACIÓN
02
INDICE DE
RESISTENCIA
GEOLOGICA
(GIS)
APLICACIÓN
02
CONDICIONES TIPICAS DE TUNELES (3 A 10 m DE LUZ)
INDICE DE
RESISTENCIA
GEOLOGICA
(GIS)
APLICACIÓN
03
INDICE DE
RESISTENCIA
GEOLOGICA
(GIS)
APLICACIÓN
04
INDICE DE
RESISTENCIA
GEOLOGICA
(GIS)
APLICACIÓN
05
G.S.I. MODIFICADO
COMPARACION ENTRE
SISTEMAS DE CLASIFICACION
DE MACIZOS ROCOSOS
COMPARACION ENTRE SISTEMAS DE
CLASIFICACION DE MACIZOS ROCOSOS TODOS LOS SISTEMAS DE CLASIFICACION DE MACIZOS ROCOSOS
SON PRODUCTOS DE OBSERVACIONES Y SE HAN DESARROLLADO EMPIRICAMENTE PLANTEANDO PARAMETROS DE CALIDAD DE ROCA SOBRE LA BASE DE SUS CARACTERISTICAS MECANICAS, DE SU CAPACIDAD DE SOPORTE A LAS SOLICITACIONES DE CARGA Y SU COMPORTAMIENTO POR UN DETERMINADO TIEMPO.
LOS SISTEMAS RQD Y Q (NGI) INCLUYEN UN NUMERO SUFICIENTE DE DATOS FISICOS Y MECANICOS DE LA ROCA PARA EVALUAR TODOS LOS FACTORES QUE INFLUYEN EN LA ESTABILIDAD DE UNA EXCAVACION SUBTERRANEA.
EL SISTEMA SRC INCLUYE DATOS SUPERFICIALES DE ASPECTOS GEOLOGICOS Y GEOMECANICOS. INCLUYE LA NEOTECTONICA.
EN CAMBIO EL SISTEMA RSR INCIDE EN LA CAPACIDAD DEL TIPO DE SOPORTE Y LAS DIMENSIONES DE LA EXCAVACION.
EN OTRO SENTIDO LAUFFER DESARROLLA EL COMPORTAMIENTO DE LA EXCAVACION POR SUS DIMENSIONES, Y POR UN TIEMPO DETERMINADO.
RABCEWICZ Y LAS NORMAS ALEMANAS (B-2203) E BASAN EN EL COMPORTAMIENTO DEL MACIZO ROCOSO Y LAS DIFICULTADES QUE OPONEN AL AVANCE DE UNA EXCAVACION.
MAPA
GEOLOGICO
DEL PERU
MUCHAS
GRACIAS