Manual de Campo Para La Descripcion y Caracterizacion de Macizos Rocosos

Manual de campo para la descripción y caracterización de macizos rocosos en afloramientos •

Mercedes Ferrer Luis l. Gonzalez de Vallejo

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Instituto Geológico y Minero de España

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n 11

Serie: GUÍAS Y MANUALES, Nº 4

MANUAL de campo para la descripción y caracterización de macizos rocosos en afloramientos I Luis l. González de Vallejo, dir. téc., Ferrer Gijón, M., superv. téc. - 2ª ed. - Madrid: Instituto Geológico y Minero de España, 2007. 134 pgs.; 24 cm. ISBN: 84--7840-708-1 - (Guías y Manuales; 4) 1 Macizo rocoso. 2 Mecánica roca. 3 Propiedad física. 4 Propiedad geotécnica. 5 Manual. l. Instituto Geológico y Minero de España, ed. 11. González de Vallejo, L.I., dir. téc. 111. Ferrer Gijón, M., superv. téc.

624.12

Portada: Macizo rocoso cuarcítico fracturado. Sierra de Albarracín. Foto: M. Ferrer.

Ninguna parte de este libro puede ser reproducida o transmitida en cualquier forma o por cualquier medio, electrónico, mecánico, incluido fotografias, grabación o por cualquier otro sistema de almacenar información sin el previo permiso escrito del autor o editor. La infracción de los derechos mencionados puede ser constitutiva de delito contra la propiedad intelectual (Art. 270 y siguientes del Código Penal).

© INSTITUTO TECNOLOGICO GEOMINERO DE ESPAÑA Ríos Rosas, 23. 28003 MADRID NIPO: 657-07·026-8 ISBN: 84-7840-708-1 Depósito Legal: M-43285-1999 Imprime: Soluciones Gráficas Chile, S.L.L. C/. Chile, 27 28016 MADRID Tel./Fax: 91 359 57 55 Impreso en pepet ecológico

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ÍNDICE Pág. PRESENTACIÓN

5

1. INTRODUCCIÓN

7

1.1. DEFINICIÓN

8

DE ROCAY SUELO

1.2. MATRIZ ROCOSA, DISCONTINUIDADES

Y MACIZO ROCOSO

11

2. SISTEMÁTICA EN LA DESCRIPCIÓNDE MACIZOS ROCOSOSEN AFLORAMIENTOS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1. INTRODUCCIÓN

....

. . . .. . . . . .

. . . . . .. . . . . . .. .. . .

13

.. . . . . . . .. . .. .

2.2. SISTEMÁTICA O PROCEDIMIENTO A SEGUIR . . .. . . . . . . ... . . . . . . . . . . . . ... 2.2.1. Descripción del afloramiento y división en zonas .. . . 2.2.2. Descripción detallada de cada zona . . . .. .... . . ........ .. . 2.2.3. Descripción de los parámetros de macizo rocoso .. 3. CARACTERIZACIÓN DE MACIZOS ROCOSOS..

. ..

....

......

15 16 17

20 21

3.1. CARACTERIZACIÓN DE LA MATRIZ ROCOSA 3.1.1. Identificación

21

3.1.2. Meteorización . . . . . .. . . . . . . . . ... .. .. . . . . . . .. . .. . .. . . . . .. .. . .... .. .. . . . . .. . 3.1.3. Resistencia . . . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . .. .. . . . .. .. . . . .. .. . . . . .. .. .. . .. . . . . . . . . . .. 3.2. DESCRIPCIÓN DE LAS DISCONTINUIDADES .. 3.2.1. Tipos de discontinuidades..............................................

13

. . .

21 24 27 33 33 3

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Pág. 3.2.2. Descripción de las discontinuidades .. . .. . . . . . ... . . . . . . .. . . . . . . . • 3.2.2.1. Orientación . . . . . .. . . . . . . . . . . . . .. .. . . . . . .. . . . . . . . . .. . . . . . . . .. .. . ... 3.2.2.2. Espaciado . . . . . . . . . . . . . .. . . . •• . . . . . . . . . . .. . . ... . .. . . . . . . . . .. .. . . . . 3.2.2.3. Continuidad . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. .. . . • 3.2.2.4. Rugosidad......................................................... 3.2.2.5. Resistencia de las paredes .. .. . . . . . 3.2.2.6. Abertura .. . . . . . . .. .. . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .. . . . . . .. . . . . .. .. .. . . . . 3.2.2. 7. Relleno . . .. .. . . . . . . .. . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . .. . . .. . . . . 3.2.2.8. Filtraciones . .. . . . .. . . .. .. .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. .. . . ....

37

. . . . . . . .. .

37 40 43 46 50 50 51 52 53

3.3. PARÁMETROS QUE CARACTERIZAN AL MACIZO ROCOSO . . .. . .. . . 3.3.1. Número de familias de discontinuidades .. . . . . .. . . . . . . . .. .. . . . . .. 3.3.2. Tamaño de bloque .. .. . . . . .. .. . . . .. . .. . . . .. .. . . .. . .. . . . . .. . . 3.3.3. Grado de fracturación .. . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . .. . . . . . . . .. . . .. 3.3.4. Meteorización . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . .. . . 3.3.5. Resistencia . .. . . .. .. . .. . . .. .. .. . . . . . . .. . . . . .. .. . . . . . .. .. . . . . . .. .. . . . . . . . . . .. . .

56 57 59 62 64 65

4. CLASIFICACIÓN GEOMECÁNICA DE MACIZOS ROCOSOS . . . . . . . . . . . . . . . . . .

69

3.2.3. Resistencia al corte de discontinuidades . .. .. .

4.1. INTRODUCCIÓN . .. . . .. . . . . . . .

. . .. .. .. .. . . . . . . . ..

69

. . . . . . .. . . . .. . . . . .. . .. . • . . . . . . . . . . . .. ....

70

4.3. SISTEMA Q . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . • . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

73

4.4. CLASIFICACIÓN SRC . . . .

. .•. .... . . . . . . ... . • .. .. . . . . .... . . . ..... . . . . . . .... .. . .

74

BIBLIOGRAFfA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . •

81

APÉNDICE 1:

FOTOGRAFÍAS 1 A 41 .. ..

85

APÉNDICE 2:

EJEMPLOS DE CLASIFICACIONES GEOMECÁNICAS DE MACIZOS ROCOSOS. FOTOGRAFIAS 42 A 84. . .

4.2. CLASIFICACIÓN

.. . . . . .. . .. . .

RMR . . . . . .

...

. .

..

. .

..

.. . .

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PRESENTACIÓN Esta segunda edición del Manual de campo para la Descripción y Caracterización de Macizos Rocosos en afloramientos responde a la demanda por parte de diferentes colectivos relacionados con los estudios de campo que en él se describen. En esta nueva publicación se han incluido las actualizaciones necesarias con respecto a la anterior edición. La caracterización de campo de los macizos rocosos es una labor necesaria en todos los estudios geológico-geotécnicos que implican el conocimiento de las propiedades y características geomecánicas de dichos materiales. El desarrollo completo de los trabajos de campo en afloramientos de roca permite obtener la información necesaria para evaluar el comportamiento de los macizos rocosos, así como para diseñar adecuadamente las fases de investigación más avanzadas y la interpretación de los resultados obtenidos en las mismas. El bajo coste de estos trabajos en comparación con los métodos de reconocimiento en profundidad (perforaciones, técnicas geofísicas, etc.) y la relevancia de los resultados hace que los trabajos de campo deban constituir la fase preliminar de los reconocimientos, con claras ventajas económicas y conceptuales. Este Manual presenta la sistemática para la descripción, medida y tratamiento de los datos de campo geológicos y geomecánicos necesarios para definir los parámetros representativos y característicos del macizo rocoso. A partir de estos datos y de la aplicación de clasificaciones geomecánicas junto con los criterios de resistencia y rotura se pueden obtener los parámetros básicos para los proyectos de ingeniería de rocas. El IGME, como organismo dedicado al estudio y aplicación de las Ciencias y Tecnologías de la Tierra, pretende con esta edición la difusión de una metodologia que ayudará a los profesionales en el desarrollo sistemático y completo de los trabajos de campo destinados a la evaluación geotécnica de los macizos rocosos. José Pedro Calvo Sorando Director General del Instituto Geológico y Minero de España

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1. INTRODUCCIÓN

La descripción y caracterización de macizos rocosos con fines geotécnicos tiene como objetivo identificar y determinar las condiciones y propiedades, observables en el campo, que posteriormente permitan con estudios adicionales prever el comportamiento de las rocas ante las excavaciones, cimentaciones o cualquier otra actuación con fines constructivos o extractivos que implique una alteración en su estado natural. El comportamiento de un macizo rocoso es función de las propiedades intrinsecas de los materiales que lo constituyen, como la estructura y resistencia, de los planos de discontinuidad que lo afectan, y de las condiciones geológicas y ambientales a que está y ha estado sometido, como los esfuerzos tectónicos, estados tensionales, condiciones hidrogeológicas y climáticas. Todo ello define las propiedades y características geotécnicas del terreno y, por tanto, su comportamiento mecánico. Debido a la variabilidad de propiedades y diversidad de condiciones, la caracterización de macizos rocosos a partir de afloramientos resulta compleja y difícil en muchas ocasiones, ya que además es frecuente la presencia conjunta de suelos y rocas con zonas fracturadas, tectonizadas y/o meteorizadas. En la descripción se deben incluir todos los aspectos y parámetros que puedan ser observados, deducidos y medidos en los afloramientos, siendo la primera labor la de identificación y clasificación del material o materiales que forman los macizos. En este sentido, las clasificaciones petrológicas de las rocas establecen criterios de división a partir de la composición, mineralogía y génesis. Sin embargo, las descripciones para fines geotécnicos precisan de observaciones y medi7 C opyrighted material

das adicionales a los parámetros geológicos. De ahí, la necesidad de establecer una sistemática que homogeneice criterios y facilite la comunicación entre todos los profesionales que tengan que realizar los trabajos de descripción de macizos rocosos a partir de afloramientos. De las diferentes fases que incluye la investigación y caracterización geomecánica completa de los macizos rocosos (descripciones de campo, ensayos e investigaciones in situ, ensayos de laboratorio, etc.), la observación, descripción y toma de datos superficiales en afloramientos es la de mejor relación coste-beneficio, siendo necesaria, además, para el diseño de las siguientes fases de la investigación. Las descripciones detalladas de campo sirven, además, para la correcta interpretación y extrapolación de los resultados obtenidos en los ensayos in situ y de laboratorio.

1.1. DEFINICIÓN

DE ROCA Y SUELO

Las rocas son agregados naturales compuestos de partículas de uno o más minerales, con fuertes uniones cohesivas permanentes, que constituyen masas geológicamente independientes y cartografíables. La composición de la mayoría de los materiales de construccron, tales como metales y hormigones, es uniforme y homogénea hasta el extremo de que las propiedades mecánicas de estos materiales, una vez que están emplazados, son virtualmente las mismas que se obtienen en ensayos de laboratorio. El caso de las rocas, la composición y propiedades son altamente variables, confiriendo a los materiales naturales un carácter heterogéneo, discontinuo y anisótropo. Además, las rocas están afectadas por procesos geológicos y ambientales (fracturación, alteración, etc.) que hacen que la reproducción de su comportamiento en el laboratorio sea una labor difícil, debido también a los problemas asociados a la obtención de muestras representativas y a la escala de trabajo, entre otros. De una forma simplificada las rocas pueden clasificarse en los siguientes grupos, basándose en la composición, relaciones geométricas de sus partículas (textura) y características genéticas: Rocas Ígneas: plutónicas y volcánicas Rocas Sedimentarias: detríticas y no detríticas Rocas Metamórficas Los suelos, según su acepción geotécnica, son agregados naturales de partículas minerales granulares y cohesivas separables por medios mecánicos de poca energía o por agitación en agua. Los suelos se originan

por la acción del conjunto

de los procesos geológicos

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externos sobre las rocas (Figura 1 ), pudiendo formarse suelos residuales, cuando el producto de descomposición y alteración de la roca permanece en el lugar

de origen, o suelos transportados, cuando no permanecen en su lugar de origen. Estos procesos comienzan en el momento en que una roca situada en la superficie terrestre sufre fragmentación mecánica o eliminación de sustancia, por fenómenos físicos o químicos que implican una pérdida de masa, y comprenden las siguientes etapas: a) Comienzo de la disgregación y removilización de sustancias por alteración y meteorización de la roca madre. b) Transporte del material disgregado y separado por agentes que se caracterizan por tener unos ciertos niveles de energía. c) Acumulación del material en zonas de bajo nivel energético, donde se inician los procesos de sedimentación controlados por las características mecánicas, físico-químicas y biológicas del ambiente.

Meteorización ' •· - •dación • --....i..H++-H+.

Roca

.

Cubierta de

meteorización ' Evolución física, química y biológica J 1

Sedimento

-

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Transporte

+-R-..1J_..__Sedimentación ,3 '" l

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Partículas de

Suelos enudación

sedimento

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Sedimentos 1~ Estratos . . lÍ4ll ·]: -...... . I v?m~ct~aon SEDIME~ 1• ~~; .----•.__-=D'-'1a,..1n'"''e,.,n.:.;es1s Rocas e•==:::>Integración en sedimentarias la corteza

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1

Figura 1. Procesos en relación con la formación de suelos y rocas sedimentarias (Agueda et al, 1977).

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Cuadro 1. Clasificación

Resistencia a la compresión simple (MPa)

de las rocas a partir de su resistencia (Gonzalez de Vallejo et al., 2004)

ISRM (1981)

200 > 250

Bieniawski (1973)

Ejemplos

Suelos

12.5 - 25 25- 50

100 - 200

Geological Society (1970)

a compresión simple

Extrem. dura

Blanda > 1.25 Mod. blanda Mod. dura

Muy baja

Baja

Dura

Media

Muy dura

Alta

Extrem. dura

Muy Alta

Sal, lutita, limolita, marga, toba, carbón Esquisto, pizarra Rocas metamórficas esquistosas •. marmol, granito, gnerss, arenisca, caliza oorosa Rocas ígneas y metamorficas duras, arenisca muy cementada, caliza, dolomía Cuarcita, gabro, basalto

1.2. MATRIZ ROCOSA, DISCONTINUIDADES Y MACIZO ROCOSO Matriz Rocosa es el material rocoso exento de discontinuidades, o los bloques de roca "intacta" que quedan entre ellas. Generalmente se caracteriza por su peso específico, deformabilidad y resistencia. Discontinuidad es cualquier plano de origen mecánico o sedimentario en un macizo rocoso, generalmente con una resistencia a la tracción muy baja o nula. La presencia de discontinuidades implica un comportamiento no continuo del macizo rocoso Macizo rocoso es el conjunto de matriz rocosa y discontinuidades. La presencia de discontinuidades de diverso tipo confiere al macizo rocoso un carácter heterogéneo y un comportamiento no continuo, condicionado por la naturaleza, frecuencia y orientación de los planos de discontinuidad, y condiciona su comportamiento geomecánico e hidráulico.

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También la propia matriz rocosa, a pesar de considerarse mecánicamente continua, presenta un comportamiento heterogéneo y anisótropo ligado a su fábrica y a su microestructura mineral. Todos estos factores constituyen, en conjunto, la estructura rocosa, y gobiernan el comportamiento global del macizo rocoso, predominando más uno u otro componente en función de sus propiedades respectivas y de la escala o ámbito de estudio en el macizo (Figura 3). Además de las propiedades intrínsecas del macizo rocoso asociadas a las características de la matriz rocosa y de las discontinuidades, y que definen en gran parte su resistencia, existen otros factores que afectan a su comportamiento geotécnico, como son: Las tensiones naturales (estado tensional). Los factores geoambientales. Estructuras tectónicas y sedimentarias no discontinuas (por ejemplo los pliegues).

en el macizo rocoso

Roca intacta

una discontinuidad

" dos discontinuidades

Excavación subterránea

varias discontinuidades

Macizo rocoso

Figure 3. Transición entre la roca intacta y el macizo rocoso altamente fracturado (Hoek, 1983).

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ramiento y la de cada uno de sus componentes: rocas, suelos, zonas con agua, discontinuidades singulares, etc. Es recomendable en esta fase incluir cuantos detalles se aprecien, incluso los que puedan considerarse de interés secundario. Si existe alguna duda sobre las condiciones del afloramiento es recomendable indicarlo en la descripción. En base a criterios litológicos y estructurales se realizará una división en zonas más o menos homogéneas del afloramiento. El número de zonas que se establezca y la extensión de las mismas dependerá del grado de heterogeneidad de los materiales y estructuras del macizo rocoso, de la extensión del afloramiento y del grado de detalle y finalidad de la investigación. 2) Descripción de cada una de las zonas Tras el establecimiento de las diferentes zonas en el afloramiento se llevará a cabo la descripción por separado de cada una de ellas, pudiendo aparecer diferencias en la interpretación de las distintas observaciones o medidas que se realicen en una misma zona debido a su variabilidad. Deberá tratar de ser lo más objetiva y clara posible, utilizando terminología estandarizada, de manera que distintos observadores lleguen a la misma descripción. 3) Descripción del macizo rocoso en su conjunto La fase final del proceso culmina en el conocimiento de las condiciones del macizo en su conjunto a partir de las observaciones y descripciones realizadas, pudiendo materializarse en perfiles geológico-geotécnicos y en clasificaciones geomecánicas de los macizos rocosos. Esta última fase requiere una mayor experiencia, e integra el conocimiento de la geología regional y del emplazamiento. A lo largo de estas etapas van entrando en juego los diferentes factores que caracterizan al macizo rocoso y que definen su comportamiento, corno son las características de la matriz rocosa y discontinuidades, el grado de fracturación y meteorización del macizo, sus propiedades hidrogeológicas, las tensiones a que está sometido, etc. En general, en un macizo rocoso pueden establecerse a simple vista, siempre que el ámbito a describir no sea muy amplio, distintas zonas con diferente aspecto o tipos de materiales rocosos (por ejemplo, zonas con diferente litología, grado de fracturación, grado de meteorización, etc.), lo que permite la división inicial por zonas o niveles que se proceden a describir más en detalle. Esto evita tener que realizar esta zonificación a posteriori, es decir, una vez realizadas las descripciones y toma de datos y medidas, lo que facilita enormemente el proceso de toma de datos y medidas, tal como se recoge en las etapas descritas anteriormente. No obstante, en macizos rocosos con pocos afloramientos o con muy amplia extensión, puede resultar dificil la división en zonas inicial. La descripción y caracterización del macizo rocoso puede ir dirigida hacia distintas aplicaciones geotécnicas como son:

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a} Condiciones para la cimentación de edificios. b} Estabilidad de taludes excavados o laderas naturales. c} Condiciones para construcción de muros y anclajes. 1

d) Terraplenes, pedraplenes, presas de tierras etc. e) Excavaciohes subterráneas y túneles. f) Obtención de materiales de construcción.

g} Tratamientos geotécnicos de mejora del terreno. h} Control de filtraciones y drenajes. En España no se cuenta con ninguna normativa propia referente a la descripción de macizos rocosos, Las descripciones se realizan frecuentemente a partir de clasificaciones ~eológicas, considerando, en el mejor de los casos, algunos aspectos geotécnicos. En el ámbito internacional los métodos recomendados se incluyen a continuación: ISRM (1981 ). Suggested methods for rock characterization, toring. Ed 1E.T. Brown. Pergamon Press, 211 pp.

testing and moni-

ISRM ( 1981 ). Basic Geotechnical Description of Rock Masses. lnt. J. Rock Mech. & Min. Sci. & Geomech. Abstr. Vol. 18. Pergamon Press. 8.S. 5930 (1981 }. Code of practice for site investigations. lnstitution, London.

British Standars

ISRM (1978). Suggested methods for the quantitative description of discontinuities in rock masses. lnt. Journal of Rock Mech. & Min. Sci., vol. 15. -

Working Party of the Geological Society (1977). The description of rock masses for engineering purposes. Quaterly Journal Eng. Geology, nº 10, 355-389. London.

-

Working Party of the Geological Society (1972). The preparation of maps and plans in terms of engineering geology. Quaterly Journal Eng. Geology, nº 5, 293-382. London.

2.2. SISTEMÁTICA O PROCEDIMIENTO A SEGUIR La descripción y caracterización de macizos rocosos incluye el estudio de la matriz rocosa, de las discontinuidades y del macizo rocoso en su conjunto, incluyendo tanto sus propiedades intrínsecas como los factores externos que los afectan y que condicionan su comportamiento. En general, el método a seguir parte de una descripción general de los aspectos y características observables a simple vista para, posteriormente, describir y caracterizar con detalle las diferentes zonas observadas; finalmente, a partir de todos los datos obtenidos, se caracteriza y clasifica el macizo rocoso: Caracteristicas generales del macizo rocoso y división en zonas. 15 Copyrighted material

Descripción y caracterización de cada zona. Descripción general. Matriz rocosa. Discontinuidades. Descripción de los parámetros del macizo rocoso. Caracterización global y clasificación geomecánica del macizo rocoso. Estos diferentes aspectos son tratados en los capítulos siguientes. Todos ellos han de valorarse adecuadamente para la caracterización final del macizo rocoso. Dada la gran variabilidad de tos factores a considerar, es necesario seguir una sistemática en ta toma de datos que permita la valoración integral del macizo.

2.2.1. Descripción general del afloramiento y división en zonas El primer paso en et estudio de un afloramiento amplio de un macizo rocoso ha de encaminarse a la identificación del mismo y su descripción general, indicando los siguientes datos: Nombre (litología). Edad. Rasgos estructurales generales

(estratificado,

fallado,

fracturado,

masivo,

etc.). Localización. Posteriormente se llevará a cabo la división en zonas o sectorización del mismo, diferenciando zonas homogéneas según criterios litológicos, estructurales o de otro tipo, como presencia de agua, zonas meteorizadas, faltas o zonas de brecha, etc. y procediendo a una descripción general de cada una. Es muy útil realizar una fotografía o secuencia de fotos del afloramiento y realizar un esquema del mismo, donde se indicarán las características básicas de cada zona. Se recomienda seguir ta siguiente secuencia: a) Identificación del afloramiento b) Fotografía y esquema del afloramiento Se incluirá la situación geográfica y una descripción geológica general, así como aquellas estructuras diferenciables a gran escala. Se diferenciarán las distintas zonas. c) Descripción general de cada zona

Para cada zona diferenciada se dará una breve descripción, donde se incluirán aspectos relacionados con ta litología, edad, estado de meteorización, fractura-

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Tipo de trabajo:

Elemento investigado:

Fase de estudio: Localización:

Obsel'Vcldor:

FOTO

Fecha:

ESQUEMA

DESCRIPCIÓN GEOLÓGICA GENERAL:

DESCRIPCIÓN BÁSICA DE CADA ZONA: ZONA 1:

ZONA 11:

ZONA 111:

Fígura 4. Estadillo para descripción y división en zonas de macizos rocosos

18 Copyrighted material

PROY.,,;TO; REALIZADO POR: FECHA:

ESTACION:

HOJA/PLANO:

LOCALIZACIÓN:

FOTOS:

LITOLOGIA

NATURALEZA

FORMACIONES SUPERFICIALES

NATURALEZA

MORFOLOGIA

ESPESOR

PLIEGUES

FALLAS

OTROS

ESTRUCTURA FAACTURACIÓN RESISTENCIA MATRIZ ROCOSA

G·-~

S

Muy grandes

J" Juntwm3 Extr. Blanda

o

1

METEORIZACIÓN HIOROGEOLOGIA

BLOQUES

una

uc

POTENCIA

Sana

' Sin presencia da agua

FORMACIÓN V EOAO

Grandes

< 1

1 .3

Medios 3-10

Muy blanda

Blanda Punta martillo

Media Golpe martillo J

,

Navaja

2

11 Algo me1eotizaoa

seco (con sellales da ogua)

iU Med. Meleorlz.

POQUellos 10. 30 Dura + 1 golpe marlilo 4

Muy pequet\os

Varioo golpes

Muy b60 Extrem. Owa Martillo solo raye

5

6

> 30

Muy dura

IV Muy meteorizada

V Compi. Meteorlz.

G-Oteos

Flujo

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VI

SUelo residual CAUOAl ESTIMADO

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Figura 5. Estadillo para la toma de datos de campo de la matriz y discontinuidades

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3. CARACTERIZACIÓN 3.1. CARACTERIZACIÓN

DE MACIZOS ROCOSOS DE LA MATRIZ ROCOSA

3.1.1. Identificación En primer lugar se reconocerán los minerales constituyentes de la roca, identificándolos y clasificándolos. Si existieran dudas en la identificación de la roca se recogerán muestras para su posterior estudio en lámina delgada. Se completará la identificación de la roca definiendo el tamaño de grano y el color. Para ello es necesario limpiar la roca, eliminando la capa superficial de alteración, y comparar el color de la roca con una tabla de colores. El tamaño de grano se puede medir con una simple regla o con la ayuda de comparadores de tamaño. Criterios petrológícos

La identificación de visu de una roca se establece a partir de su composición y de !as relaciones geométricas (textura) de sus minerales. A estos criterios descriptivos se unen las características genéticas, cuando estas pueden ser deducidas de la paragénesis mineral, composición química, forma y estructura del yacimiento, y de las relaciones temporales y espaciales con otras rocas. El proceso de identificación parte de la separación de los minerales constituyentes esenciales de las rocas, y cuya presencia implica el nombre de la misma, de aquellos que son accesorios. Los accesorios aparecen en un porcentaje menor y su presencia o ausencia no influye en el nombre. 21 Copyrighted material

Los minerales más comunes que forman las rocas a nivel de muestra se pueden identificar mediante una lupa, siempre que las dimensiones del mineral estén próximas a 1 milímetro como mínimo; con práctica, se pueden reconocer minerales de dimensiones menores. Las observaciones más prácticas son las siguientes: 1) 2) 3) 4) 5)

Forma general de los granos. Color y transparencia. Presencia o ausencia de exfoliación. Presencia o ausencia de maclado y tipo de macla. Dureza.

La identificación detallada de los minerales requiere un estudio petrográfico mediante lámina delgada, que se realizará siempre que existan dudas en la identificación de los mismos. Una vez descritos los minerales, se nombra y clasifica la roca. El sistema recomendado se basa en clasificaciones geológicas enfocadas hacia usos geotécnicos. En la Figura 6 se incluye la clasificación propuesta por la Sociedad Internacional de Mecánica de Rocas (ISRM).

Color Es uno de los factores más fácilmente identificables de visu. El color de una roca depende de los minerales que la componen. Algunos minerales tienen un color distintivo, por ejemplo el color verde de la clorita, pero en la mayor parte de los casos contienen sustancias o impurezas que lo modifican. Por otra parte, la variación en el color es un indicador básico del grado de la meteorización y alteración que presentan las rocas. Se hace referencia a una roca sana cuando ésta no ha sufrido procesos de alteración y presenta un color original y característico de dicha roca. Si en el afloramiento se observan variaciones en ese color es una evidencia de que el material rocoso ha sufrido procesos de meteorización. La variación en la coloración puede afectar a todos los minerales constituyentes o solo a algunos, aspecto que ha de indicarse en la descripción. El color de una roca se puede describir de forma semejante al de los suelos, dando un color principal seguido de uno secundario e indicando, por último, la intensidad que presentan. (Ej. granito gris verdoso claro). Existen cartas de colores que pueden ser utilizadas para evitar cualquier grado de subjetividad en ta asignación de una tonalidad determinada a ta roca. Tamaño de grano El tamaño de grano de una roca hace referencia a las dimensiones medias de los 22 Copyrighted ni aterial

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rocosa a la descomposición de los silicatos y otros minerales, aunque algunos de ellos, como el cuarzo, resisten bien estas acciones. Los procesos de disolución juegan un papel importante en la alteración química de las rocas, especialmente en materiales carbonatados y salinos. La acción biológica está regida por la presencia y actividad de los seres vivos, que producen destrucción física y descomposición química en los materiales rocosos; esta última es más evidente por la acción de los microorganismos. La acción y los efectos de la meteorización serán distintos dependiendo del tipo de material afectado, estando directamente relacionados con la composición mineralógica de ta roca y con sus propiedades texturales y estructurales. Las condiciones climáticas, definidas por sus principales variables (temperatura, humedad, precipitaciones, régimen de vientos), constituyen el principal factor de control en las transformaciones físicas y químicas que afectan a los materiales aflorantes. Las acciones de origen físico más importantes controladas por el clima, en especial por la temperatura y la humedad, son: Insolación: En climas áridos las acusadas diferencias térmicas que tienen lugar en periodos cortos de tiempo, producen tensiones importantes en las rocas, debidas a la dilatación y contracción sucesivas, que dan lugar a la fracturación de las mismas. Hidratación: Determinados tipos de materiales (arcillas, sulfatos) son susceptibles de hidratación, de tal forma que aumentan su volumen, produciéndose deformaciones importantes que pueden llevar a la fracturación mecánica. Capilaridad: Los minerales con estructuras hojosas (micas, yesos) o con fisuración, permiten la penetración de agua, que, frente a cambios de temperatura, puede producir roturas estructurales, al ser el coeficiente de dilatación del agua mayor que el de la roca o mineral. Fonnación de sales: La cristalización de sales en poros o grietas de tas rocas puede dar lugar a la rotura y disgregación. Fractura por heladas: El agua que rellena poros y grietas aumenta de volumen al bajar la temperatura y formarse hielo, pudiendo producir la fractura de tas rocas. Las acciones químicas tienen lugar en presencia de agua y están controladas por la temperatura, siendo más abundantes e intensas en regiones climáticas húmedas que en zonas de clima seco. Las más importantes son la oxidación, reduc-

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ción, hidratación, hidrólisis y disolución, y son procesos que dan lugar a la formación de nuevos minerales o compuestos a partir de los existentes. Oxidación: Combinación de un elemento o mineral con oxígeno, perdiendo sus átomos o iones uno o más electrones y fijando oxígeno. Todo proceso de oxidación es simultáneo a uno de reducción. Reducción: Reacción química o proceso por el que los átomos o iones de un elemento pierden oxígeno, tomando uno o más electrones. Hidratación: Incorporación o adición de agua a un mineral o compuesto para formar otro compuesto químico. Hidrólisis: Desdoblamiento o descomposición de un compuesto químico o sustancia por acción del agua. El grado de hidrólisis depende de la atracción que los iones del elemento ejerzan sobre las moléculas de agua. Disolución: Descomposición de minerales por acción del agua, teniendo como última consecuencia la desintegración del material. A pesar de ser considerada una acción física, la disolución suele ir acompañada de procesos o reacciones químicas. Dependiendo de las características climáticas de una zona predominarán más unas acciones que otras; así, en climas fríos o de alta montaña, con precipitaciones medias, predominará la meteorización física controlada básicamente por el hielo, mientras que en climas tropicales cálidos, con precipitaciones abundantes, las acciones químicas serán las dominantes. El clima es el factor que determina el tipo de meteorización en las rocas y la intensidad con que ésta se va a producir. A modo de síntesis, en la Figura 7 se incluyen los diferentes tipos de alteración predominantes y la intensidad con éstos se dan en función de la temperatura y precipitación de la zona. El grado de meteorización es un aspecto muy importante en la caracterización de la matriz rocosa, ya que, en función del mismo, se modifican sus propiedades mecánicas. Según avanza la meteorización aumentará la porosidad, permeabilidad y deformabilidad, al tiempo que disminuye la resistencia del material. Cada tipo de roca sufre estos procesos con mayor o menor intensidad, y cuanto más tiempo esté expuesta a los agentes causantes, más intensa será la meteorización sufrida. La Figura 8 ilustra la variación del grado de meteorización con la profundidad en macizos rocosos de diferente origen. Para la identificación del estado de meteorización de una roca se recomienda seguir las descripciones incluidas en el Cuadro 3.

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