Caracterizacion y Clasificacion Geomecanica Del Macizo Rocoso

CURSO DE GEOMECÁNICA GE-823 CARACTERIZACION Y CLASIFICACION GEOMECANICA DEL MACIZO ROCOSO

•Preparado por: Ing. Jhon Quijano Chávez •Escuela de Geología -FIGMM

HISTORIA DE LAS CLASIFICACIONES •

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LAS CLASIFICACIONES GEOMECANICAS SURGIERON A LA NECESIDAD DE PARAMETRAR LAS OBSERVACIONES Y DATOS EMPIRICOS DE FORMA INTEGRADA, PARA EVALUAR LAS MEDIDAS DE SOSTENIMIENTO DE TUNELES. ESTAS CLASIFICACIONES A MANERA DE ESQUEMAS HAN SIDO DESARROLLADOS DESDE HACE MÁS DE 100 AÑOS, DESDE QUE RITTER (1879) INTENTO FORMALIZAR UN ENFOQUE EMPIRICO PARA EL DISEÑO DE TUNELES, EN PARTICULAR PARA DETERMINAR LOS REQUERIMIENTOS DEL SOSTENIMIENTO.

HISTORIA DE LAS CLASIFICACIONES • AL DEPENDER LOS TUNELES DE MUCHAS VARIABLES GEOLOGICAS Y LO DIFICIL QUE ERA CUANTIFICARLOS, SE VIO COMO ALTERNATIVA EL USO DE LOS METODOS EMPIRICOS (AL QUE PERTENECEN LAS CLASIFICACIONES GEOMECANICAS) FUE DE GRAN AYUDA DESDE EL UNO DE LOS PRIMEROS SISTEMAS DE CLASIFICACION DEL SIGLO XX PROPUESTO EN 1946 POR TERZAGHI.

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 • • • • • • • • • •

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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.

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 días después 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 constituida 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 ramales pero los bloques entre las juntas están soldados o tan íntimamente 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 algún regalamiento 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 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 Sólo se necesita refuerzo escaso si hay desprendimiento o chasquido

DURA Y MASIVA

CERO

DURA PERO ESTRATIFICADA O ESQUISTOSA

0 a 0.5 B

MASIVA, LIGERAMENTE FISURADA

0 a 0.25 B

Refuerzo escaso más que nada como protección contra desprendimientos La carga puede cambiar en forma errática de un punto a otro.

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)

ROCA COMPRIMIDA A GRAN PROFUNDIDAD

(2.10 a 4.50)(B + Ht)

ROCA EXPANSIVA

Hasta 250 pies, independientemente del valor (B + Ht)

Considerable presión lateral. Se requiere plantilla apuntalada. Es preferible usar marcos circulares. Marcos circulares indispensables. En casos extremos, usese refuerzo elástico.

CLASIFICACION DE TERZAGHI (1946) CLA SE

TERRENO

TIPO DE TERRENO

CARGA DE ROCA Hp (m) INICIAL

OBSERVACIONES

FINAL

1

ROCA

DURA Y SANA

CERO

CERO

Revestimiento solo si hay caída de bloques.

2

ROCA

DURA. ESTRATIFICADA O ESQUISTOSA

......

-------------

Depende de buzamiento. Caída de bloques probable.

ROCA

MASIVA. MODERADAMENTE DIACLASADA.

----------

0 a 0.25 B

Caída de bloques probable. Empuje lateral si hay estratos 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 considerable.

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 continúa con cierre en la base

9

SUELO O ROCA EXPANSIVA

EXPANSIVO

Hasta 80 m. Sea cual sea (B+H)

Entibación continua y circular (y deformable en casos extremos)

3

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 COMO LOS 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

RELACION ENTRE LA LONGITUD LIBRE Y EL TIEMPO NECESARIO PARA SOSTENIMIENTO (LAUFFER)

LA CLASIFICACION DE LAS ROCAS DE STINI Y LAUFFER

TIPO

TIPO DE ROCA

CALIDAD DEL TERRENO

A

ROCAS SANA

MUY BUENO

B

ROCA SANA, COMPACTA POCO FRACTURADA

BUENO

C

ROCAS BASTANTE FRACTURADA O ALGO ALTERADA

MEDIO

D

ROCA MUY FRACTURADA O BASTANTE ALTERADA O BLANDA

MEDIOCRE

E

ROCA TRITURADA O MUY ALTERADA, CONJUNTOS RELLENOS DE MILONITO, ROCA MUY BLANDA. TERRENO ARCILLOSOS CON FUERTES EMPUJES

MALO

CARACTERISTICAS ANALOGAS A LOS SUELOS

MUY DIFICIL, REQUIERE METODOS ESPECIALES

F G

LA CLASIFICACION DE LAS ROCAS DE STINI Y LAUFFER TIPO

DESCRIPCION

SOSTENIMIENTO

LONGITUD LIBRE (L)

TIEMPO ESTABILIDAD

OBSERVACIONES

4 m.

20 AÑOS

TAMAÑO MUY BUENO, EXCAVACION NO REVESTIDA, LUZ LIBRE 12 m

DE TECHO

4 m.

6 MESES

TAMAÑO BUENO

FRACTURADA

DE TECHO

3 m.

1 SEMANA

TAMAÑO BUENO

FRIABLE

CERCHAS LIGERAS

1.5 m.

5 HORAS

TERRENO MEDIOCRES ROCAS BLANDAS

E

MUY FRIABLE

CERCHAS PESADAS

0.8 m.

20 MINUTOS

TERRENO MALO, ROCAS BLANDA POCA COHESION, FUERTES EMPUJES

F

DE EMPUJE INMEDIATO

PESADO Y DE FRENTE

0.4 m.

2 MINUTOS

G

DE EMPUJE INMEDIATO FUERTE

PESADO Y DE FRENTE

0.15 m.

10 SEGUNDOS

A

SANA

B

ALGO FRACTURADA

C D

SE CONSIDERAN MUY DIFICILES NECESITAN TRATAMIENTOS ESPECIALES, INYECCIONES, CONGELACION, ESCUDOS, ETC.

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: -0.1( )

 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. -0.1(9.50)

RQD = 100 x e RQD = 75.42 = 75%

(0.1x 9.50 + 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 .

INDICE DE DESIGNACION DE LA CALIDAD DE LA ROCA (R.Q.D.) DETERIORO DEL MACIZO ROCOSO.  En caso de afectación por el agua puede ser empleado el denominado coeficiente de reblandecimiento (Kr) que da la relación entre la resistencia de la roca saturada (Rcs) y la roca con su humedad normal Rcn), o sea:

 La porosidad y el contenido de humedad generalmente crece con el efecto de la meteorización, en tanto que la densidad de la roca decrece.  Otro aspecto a valorar seria el hinchamiento de las rocas, en particular para los macizos tipo arcilla.

SOSTENIMIENTO MEDIANTE EL USO DEL RQD Y ANCHO DEL TUNEL (PIES)

EXTRACCIÓN DE LOS TESTIGOS

TOMA DE MUESTRAS

ALMACENAMIENTO DE LOS TESTIGOS

ALMACENAMIENTO DE LOS TESTIGOS

ORDENAMIENTO DE TESTIGOS A

B

B Discontinuidad Línea de referencia Dirección de la perforación

A

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 CUASICUANTITATIVO 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

INQUIETUD DE WICKHAN

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

IGNEO

DUR O

MEDIO

SUAVE

DESCOMP.

1

2

3

4

ESTRUCTURA GEOLOGICA INTENSA MENTE PLEGADA O FALLADA

MASIV A

LIGERAMEN. PLEGADA O FALLADA

MODERAD PLEGADA O FALLADA

TIPO 1

30

22

15

9

TIPO 2

27

20

13

8

TIPO 3

24

18

12

7

TIPO 4

19

15

10

6

METAMORFICO

1

2

3

4

SEDIMENTARIO

2

3

4

4

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

CON EL BUZAMIENTO

AMBOS

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, 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 SUMA DE PARAMETROS A + B 13 - 14

FLUJO DE AGUA ANTICIPADO gpm/1000 PIES DE TUNEL

45 - 75

CONDICION DE JUNTAS * BUENO

REGULAR

NINGUNO

22

18

LIGERO, < 200 gpm

19

MODERADO, 200 – 1000 gpm SEVERO, > 1000 gpm

MALO

BUENO

REGULAR

MALO

12

25

22

18

15

9

23

19

14

15

22

7

21

16

12

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 “NO EXISTE CLASIFICACION SENCILLA ALGUNA QUE PUEDA DAR UNA IDEA DEL COMPORTAMIENTO COMPLEJO DE LA ROCA QUE RODEA UNA EXCAVACION Y ESTO ES LO QUE SE HABRA COMPRENDIDO DURANTE EL DESARROLLO DE LA PROBLEMÁTICA ANTERIORMENTE EXPUESTA”

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.

2. 3.

4.

5.

RESISTENCIA DE LA ROCA INALTERADA Bieniawski emplea la clasificación de la resistencia a la compresión uniaxial de la roca que propone Deere y Miller (1966). Como alternativa se podrá utilizar la “Clasificación de carga puntual”, para cualquier tipo de roca excepto la muy frágil. RQD (Indice de calidad de la roca según Deere). 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. 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. 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 Lfb/pulg²

Kgf/cm²

MPa

EJEMPLOS DE ROCA CARACTERISTICA

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

3 pie a 10 pie

MASIVA

1 pie a 3 pie

BLOQUES JUNTEADOS

1 m a 3 m.

MEDIANAMENTE 0.3 m a 1 m. CERCA 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

CARACTERISTICAS DEL SOSTENIMIENTO

CLASIFICACION DE BIENIAWSKI

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

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)

Pernos sistemáticos de 5 – 6 m de longitud espaciados 1 – 1.5 m en la corona y en las paredes. Pernos en el piso.

SOSTENIMIENTO CON RMR

INSTITUTO GEOTECNICO DE NORUEGA INDICE DE CALIDAD TUNELERA DE LA ROCA Q

SISTEMA DE CLASIFICACION DE BARTON

Q = RQD x Jr x Jw Jn Ja SRF 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)

SISTEMA DE CLASIFICACION DE BARTON

Q = RQD x Jr x Jw Jn Ja SRF 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 Ja

= Entre 0.5 y 4 = 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

DIMENSION EQUIVALENTE De 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. :

De = Ancho,diámetro altura excavación(m) Relación de sostenimiento (ESR) 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

VALORES DE ESR, BARTON et.al (1974) CATEGORIA DE EXCAVACIONES

A

DESCRIPCION

Excavaciones mineras temporales

ESR

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:

Ln Q + 35

RMR = 8.5

CORRELACION ENTRE CLASIFICACIONES GEOMECANICAS (BIENIAWSKI,1979)

CORRELACION ENTRE CLASIFICACIONES GEOMECANICAS (BIENIAWSKI,1979) SEGÚN EL GRAFICO ANTERIOR AMBAS CLASIFICACIONES TENDRIAN LAS SIGUIENTES EQUIVALENCIAS:

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 ±

Excepcionalmente mala

< 0.003

Muy Mala

CORRELACION ENTRE CLASIFICACIONES GEOMECANICAS MODULO DEFORMACION IN SITU Em

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 dc

R.Q.D.

CONDICION DE JUNTAS

METEORIZACION

OBSERVACION

DISMINUYE HASTA 96%

AFECTA MICROFISURAS DE LA ROCA

DISMINUYE HASTA 95%

LA ROCA AUMENTA SUS FRACTURAS

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

CONDICION DE JUNTAS

ESFUERZOS IN SITU E INDUCIDOS

OBSERVACION

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.

CLASIFICACIÓN DE LAUBSCHER Y TAYLOR AJUSTES – ESFUERZOS INDUCIDOS 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 – CAMBIOS DE LOS ESFUERZOS

Cuando hay cambios importante por operaciones mineras, la situación de las fisuras es afectada.

PARAMETRO

CAMBIO DE ESFUERZOS

OBSERVACION

AUMENTA HASTA 120%

LAS SIEMPRE ESTAN EN COMPRESION

DISMINUYE HASTA 60%

CAUSA MOVIMIENTOS CORTANTES IMPORTANTES.

CONDICION DE JUNTAS

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).

# de fracturas que definen bloque

# de planos con inclinaciones distintas a la vertical y porcentajes de ajuste

70%

75%

80%

85%

90%

1 2.1

3 4 5

3 4 5

2 3 4

3

2 2

6

6

5

4

3

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: Orientación de zonas cizalladas c/r al avance (túneles) (*)

Porcentaje

0 - 15° 15° - 45° 45° - 75° (*) No aplicable a roca fracturada

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. Rating J.C.

Buzamiento de intersección y % ajuste

0 - 5 5 - 10

10 - 30 = 85% 10 - 20 = 90%

30 - 40 = 75% 20 - 40 = 80%

> 40 = 70% >40 = 70%

10 - 15

20 - 30 = 90%

30 - 50 = 80%

> 50 = 75%

15 - 20 20 - 30

30 - 40 = 90% 30 - 50 = 90%

40 - 60 = 85% > 50 = 85%

> 60 = 80%

30 - 40

40 - 60 = 95%

>

60 = 90%

CLASIFICACIÓN DE LAUBSCHER Y TAYLOR AJUSTES – EFECTOS DE LA VOLADURA 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. Efectos de Voladuras Técnica Máquinas Tuneleras (TBM) Voladuras controlada Voladuras convencional buena Malas prácticas de Voladura

Ajuste % 100% 97% 94% 80%

CLASIFICACIÓN DE LAUBSCHER Y TAYLOR AJUSTES COMBINADOS 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 %.

Meteorización Orientación Esfuerzos Voladura

RESUMEN 75% - 100% 63% - 100% 60% - !20% 80% - 100%

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 40 – 50 30 – 40 20 – 30 10 – 20 0 - 10

a

a

a

a

b

b

b

b

c,d

c,d

c,d,e

d,e

e

f,g

f,g,j

f,h,j

i

i

h,i,j

h,j

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 cementados 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 espaciamiento 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 espaciamiento 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 cimbras 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 refuerzo de cable protector seguido de concreto lanzado hasta e incluyendo el frente si es necesario y luego cimbras de acero poco separados, como técnica de reparación donde los cambios en los esfuerzos son 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. B. C. D. E.

F.

RESISTENCIA DE LA MATRIZ ROCOSA ESPACIADO DE LAS DISCONTINUIDADES Y RQD CONDICION DE LAS DISCONTINUIDADES FILTRACIONES 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 También puede ser causa de importantes anisotropías tensionales. Ubicación a zona sísmica activa) PROCESO CONSTRUCTIVO

CLASIFICACION GEOMECANICA SRC INDICE DE CALIDAD 1. RESISTENCIA MATRIZ ROCOSA Carga Puntual (Mpa) Compresión Simple (Mpa) Puntuación 2. ESPACIADO RQD Espaciado (m) RQD (%) Puntuación

VALORES >8 > 250 20

8a4 259 a 100 15

4a2 100 a 50 7

2a1 50 a 25 4

>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

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

Inapreciable Seco 15

< 10 Algo húmedo 10

10 – 25 Algunas filtraciones 7

25 – 125 Frecuentes filtraciones 4

> 125 Abundantes filtraciones 0

> 10 10

10 a 5 5

5a3 -5

200 0

200 a 80 -5

Tectónica compresiva -2 80 a 10 -8

< 10 -10

Desestimada o desconocida 0 I Muy Buena 100 a 81

III Media 80 a 41

< 0.06 < 25 5

Tectónica distensiva 0 Zona afectada por laderas o talude 200 a 80 79 a 10