224501612 El Indice de Resistencia Geologica Gsi Una Herramienta de Caracterizacion Para Evaluar Las Propiedades Ingenieriles de Macizos Rocosos

EL ÍNDICE DE RESISTENCIA GEOLÓGICA (GSI): UNA HERRAMIENTA DE CARACTERIZACIÓN PARA LA EVALUACIÓN DE LAS PROPIEDADES INGENIERILES DE MACIZOS ROCOSOS 1

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Por Paul G. Marinos, Ph.D., Vassilis Marinos, and Evert Hoek, Ph.D. 1

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Catedrático, Universidad Técnica Nacional de Atenas, Escuela de Ingeniería Civil, Atenas, Grecia.

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Asistente de Investigación, Universidad Técnica Nacional de Atenas, Escuela de Ingeniería Civil, Atenas, Grecia. 3 Consultor, Vancouver, Columbia Británica, Canadá. RESÚMEN EL ÍNDICE DE RESISTENCIA GEOLÓGICO (GSI) El Índice Geológico de Resistencia (GSI) es un sistema de caracterización de macizos rocoso que ha sido desarrollado en la ingeniería de mecánica de rocas para satisfacer la necesidad de datos de entrada confiables relacionados con las propiedades del macizo rocoso requeridos para el análisis numérico o soluciones de diseño para el diseño de túneles taludes o cimentaciones en rocas. El carácter geológico del material rocoso, junto con la valoración visual del mismo, son usados directamente como datos de entrada para la selección de los parámetros para predecir la resistencia y deformabilidad del macizo rocoso. Esto también provee un método en campo para caracterizar macizos rocosos difíciles de describir. (Marinos, P; Marinos, V. y Hoek, E. 2007). A continuación se darán recomendaciones en el uso del GSI y además se discutirán casos donde el GSI no es aplicable. INTRODUCCIÓN Unas décadas atrás, las herramientas para el diseño de túneles empezaron a cambiar. Los métodos numéricos empezaron a ser desarrollados y ofrecían la promesa para un análisis más detallado de problemas de excavaciones subterráneas difíciles. Las herramientas numéricas son ahora disponibles en el diseño de túneles para analizar el proceso de fallamiento y la instalación secuencial de reforzamientos y soportes necesarios para mantener la estabilidad del túnel en construcción hasta que el reforzamiento o estructuras de soporte finales sean instalados. Sin embargo, estas herramientas numéricas requieren información de entrada confiable de la resistencia y características de deformación del macizo rocoso alrededor del túnel. Como es prácticamente imposible determinar esta información por pruebas directas in situ (excepto por análisis posteriores cuando el túnel ya está construido), hubo una incremento de la necesidad de estimar las propiedades del macizo rocoso desde las propiedades de la roca intacta hasta las características de las discontinuidades en el macizo rocoso. Esto resultó en el desarrollo del criterio de rotura de Hoek y Brown en 1980.

Hoek y Brown reconocieron que un criterio de rotura de macizos rocosos no tendría un valor práctico a menos que esté relacionado con las observaciones geológicas que pudieran ser hechas rápidamente y fácilmente por un ingeniero geólogo o geólogo en campo. Ellos consideraron desarrollar un nuevo sistema de clasificación durante el desarrollo del criterio a finales de los 70s, pero pronto descartaron la idea y usaron el sistema RMR ya publicado. Se apreció que el sistema RMR (y el sistema Q) [Bieniawski 1973; Barton et al. 1974] fueron desarrollados para la estimación de excavaciones y cimentaciones y que incluían parámetros que no eran requerido por la estimación de las propiedades del macizo rocoso. El agua freática y la orientación estructural, parámetros en el RMR, y el agua freática y los parámetros tensionales, en el sistema Q, son tratados explícitamente con análisis numéricos de tensiones efectivas, y la incorporación de estos parámetros dentro de los resultados de la estimación las propiedades del macizo rocosos resulta inapropiada. Así, fue recomendable que solo los cuatro parámetros del sistema RMR (resistencia de la roca intacta, ratio discontinuidades, y discontinuidades) deben ser usados para la estimación de las propiedades del macizo rocoso si este sistema tendría que ser usado. Luego de varios años de uso, se volvió obvio que el sistema RMR era difícil para aplicarlo en macizos rocoso que eran de muy pobre calidad. La relación entre el RMR y las constantes “m” y “s” del criterio de fractura de Hoek-Brown empezaba a destruirse en macizos rocosos severamente fracturados y débiles. Adicionalmente, siempre que el RQD es esencialmente cero en la mayoría de macizos rocosos débiles, esto vuelve necesario considerar un sistema de clasificación alternativa. El sistema requerido debería tomar mayor énfasis en observaciones geológicas básicas de las características de los macizos rocosos; reflejando el material, su estructura y su historia geológica; y sería desarrollada específicamente para la estimación de las propiedades 1

del macizo rocoso antes que en soportes y reforzamientos de túneles. Esta nueva clasificación, ahora llamada GSI, empezó a surgir en Toronto, Canadá, con los aportes del ingeniero geólogo David Wood [Hoek et al. 1992]. El índice y su uso para el criterio de fractura fue luego desarrollada por Hoek [1994] y presentada en Hoek et al. [1995] y Hoek y Brown [1997], pero fue aun un sistema para rocas duras más o menos equivalente al RMR. Desde 1998, Evert Hoek y Paul Marinos trabajaron con materiales increíblemente difíciles encontrados en obras de tonelería en Grecia, desarrollando el sistema GSI hasta su forma actual para incluir macizos rocoso de calidad pobre (Figura 1) [Hoek et al. 1998; Marinos y Hoek 2000, 2001]. Ahora el GSI continúa evolucionando como el principal vehículo para datos geológicos de entrada para el criterio de Hoek-Brown.

herramienta para diseñar túneles; solo tiene la función de estimar las propiedades del macizo rocoso. Está íntimamente relacionado con la resistencia intacta de las rocas y nunca debe ser usado como un parámetro independiente. El índice está basado en una valoración de la litología, la estructura y las condiciones de las superficies de discontinuidades dentro del macizo rocoso, y es estimada por una examinación visual de macizo rocoso en los afloramientos, en excavaciones superficiales como en cortes de carretera, y en las caras de túneles y núcleos de testigos. El GSI, por la combinación de dos parámetros fundamentales del proceso geológico –la blocosidad del macizo y las condiciones de las discontinuidades– representa las constantes geológicas que gobiernan el macizo. Así, es un índice geológico que es simple de aplicar en el campo. Cabe resaltar que se intenta “cuantificar” la clasificación GSI para satisfacer la percepción que “los ingenieros son más felices con números” [Cari et al. 2004; Sonmez y Ulusay 1999], esto es interesante, pero se debe aplicar con precaución en orden de no perder la lógica geológica del sistema GSI. Los procesos de cuantificación usados están relacionados a la frecuencia y la orientación de las discontinuidades y están limitadas a los macizos rocosos en los que estos números pueden ser fácilmente medidos. Esta cuantificación no trabaja bien en macizos rocosos disturbados tectónicamente en donde la estructura original ha sido destruida. En ese ejemplo de macizos rocosos, los autores recomiendan el uso de la aproximación cualitativa original basada en observaciones visuales cuidadosas. Así, el sistema de “cuantificación” es solo válida en los rangos de 35