Tablas Geomecanicas

2012 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA ORBASA

[TABLAS GEOMECÁNICAS] Tablas que se utilizan para la caracterización de una macizo rocoso en campo

TABLAS DETERMINATIVAS PARA LA CARACTERIZACIÓN GEOMECÁNICA DE UN MACIZO ROCOSO

Tabla 1. Corrección por la posición del martillo de Schmidt. REBOTE (R) 10 20 30 40 50 60

HACIA ABAJO A= - 90° a = - 45° 0 - 0.8 0 - 0.9 0 - 0.8 0 - 0.7 0 - 0.6 0 - 0.4

HACIA ARRIBA a = + 90° a = + 45° - 8.8 - 6.9 - 7.8 - 6.2 - 6.6 - 5.3 - 5.3 - 4.3 - 4.0 - 3.3

HORIZONTAL a = 0° - 3.2 - 3.4 - 3.1 - 2.7 - 2.2 - 1.7

Tabla 2. Determinación de la Resistencia en Campo.

*CLASE

RESISTEN CIA

RESISTENCIA UNIAXIAL MPa

ÍNDICE DE CARGA PUNTUAL MPa

R6

Extremada mente Resistente

> 250

> 10

R5

Muy Resistente

100 - 250

4 – 10

R4

Resistente

50 - 100

2–4

R3

Moderada mente Resistente

25 - 50

R2

Débil

5.0 - 25

1-2

** R1

Muy débil

1.0 - 5.0

Extremada 0.25 - 1 mente Débil * Clases según Brown (1981). R0

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ESTIMACIÓN DE LA RESISTENCIA EN EL CAMPO

Solo se pueden romper esquirlas de la roca con el martillo de geólogo. Se necesitan muchos golpes con el martillo de geólogo para romper la muestra. Se necesita más de un golpe con el martillo de geólogo para romper la muestra No se puede rayar o desconchar con una navaja, las muestras se pueden romper con un golpe firme con el martillo. Puede desconcharse con dificultad con Una navaja, se pueden hacer marcas poca profundas golpeando fuertemente la roca con la punta del martillo. Deleznable bajo golpes fuertes con la punta del martillo de geólogo puede desconcharse con una navaja. Rayado por la uña del dedo pulgar.

EJEMPLOS

Basalto, Diabasa Gneiss, Granito, curacita, Chert. Anfibolita, arenisca Gneiss, Grabo. Granodiorita, Basalto. Caliza, Mármol Esquisto, arenisca. Concreto, Esquisto, carbón, Siltstone.

Creta, marga, Yeso, Esquisto, Shale.

Roca alterada, Shale.

Falla delgada rígida.

1

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Tabla 3. Clasificación de Deere para el macizo rocoso por el espaciamiento de las discontinuidades. DESCRIPCIÓN ESPACIAMIENTO Muy ancho Ancho Moderadamente cerrado Cerrado Muy cerrado

ESPACIO DE JUNTAS >3m 1-3m 0.3 - 1 m 50 - 300 mm < 50 mm

TIPO MACIZO ROCOSO Sólido Masivo En bloques Fracturado Machacado

Tabla 4. Clasificación de las discontinuidades teniendo en cuenta su separación DESCRIPCIÓN Abierta Moderadamente abierta Cerrada Muy cerrada

SEPARACIÓN > 5 mm 1 - 5 mm 0.1 – 1 mm < 0.1

Figura 1. Esquema para la determinación del JRC. Barton, 1977 Tabla 5. Grados de rugosidad de las discontinuidades RUGOSIDAD MUY RUGOSA RUGOSA MODERADAMENTE RUGOSA SUPERFICIE SUAVE ESPEJO DE FALLA

ORBASA

VALOR 99 – 100 87 – 98 81 – 86 60 – 80 50 – 59

2

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Tabla 6. Grado de meteorización ISRM (1981) TÉRMINO

DESCRIPCIÓN No presenta signos visibles de meteorización en la roca: tal ROCA FRESCA vez una leve decoloración en las superficies de las discontinuidades mayores. La decoloración indica meteorización de lar roca y en las LEVEMENTE superdicies de las discontinuidades. La roca en su totalidad METEORIZADA puede estar decolorada po la meteorizacon u puede estar externamente algo más débil. Que en su condición fresca. Menos de la mitad de la roca está descompuesta y/o MODERADAMENTE desintegrada como un suelo. La roca fresca o decolorada se METEORIZADA puede presentar como colpas o testigos continuos. Más de la mitad de la roca está descompuesta y/o MUY desintegrada como un suelo. La roca fresca o decolorada se METEORIZADA puede presentar como colpas o testigos discontinuos. Toda la roca esta descompuesta está descompuesta y/o COMPLETAMENTE desintegrada como un suelo. La estructura original del METEORIZADA macizo aún se mantiene en gran parte intacta. Toda la roca está convertida como suelo. La estructura del macizo y la fábrica del material están destruidas. Existe un SUELO RESIDUAL gran cambio de volumen, sin embargo el suelo no ha sido transportado significativamente.

GRADO I

II

III

IV

V

VI

Tabla 7. Descripción del relleno de las discontinuidades. RELLENO FINO MEDIO

GRUESO

DESCRIPCIÓN Materia principalmente de grano fino con escasos fragmentos de mayor tamaño. Presenta limos y arcilla. Es aquel que presenta una mezcla de arenas o suelo y fragmentos de roca más grueso, siendo en general los fragmentos, menores o iguales al radio de la sección del testigo. Predominantemente los fragmentos de tamaño superior al radio del testigo, pero se presentan como trozos donde no se puede reconstruir el cilindro original de perforación.

Tabla 8. Clasificación de las discontinuidades según su orientación RUMBO PERPENDICULAR AL EJE Dirección según Dirección contra Buzamiento Buzamiento Buzamiento Buzamiento Buzamiento Buzamiento 45-90º 20-45º 45-90º 20-45º Muy Favorable Regular Desfavorable Favorable

RUMBO PARALELO AL EJE DEL TÚNEL Buzamiento 45-90º Muy Desfavorable

Buzamiento 20-45º Regular

BUZAMIENTO 0-20º (Independiente del Rumbo) Desfavorable

Esta clasificación no es aplicable a rocas expansivas fluyentes.

ORBASA

3

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RQD ∑(

)

(

)

Tabla 9. Calidad del macizo rocoso en función al RQD R.Q.D (%) < 25 25 – 50 50 – 75 75 – 90 90 – 100

CALIDAD DE LA ROCA Muy mala Mala Regular Buena Excelente

Q DE BARTON

Tabla 3. Índice de Calidad de la Roca (RQD) ÍNDICE DE CALIDAD A. Muy mala B. Mala C. Regular D. Buena E. Excelente

RQD 0 – 25 25 – 50 50 – 75 75 – 90 90 – 100

OBSERVACIONES 1.- cuando RQD 10, incluyendo cero; se puede utilizar el valor 10 para el RQD. 2.- Intervalos de 5 para RQD, ó sea 100, 95, 90 son precisos.

Tabla 4. Número de familias de discontinuidades. NUMERO DE FAMILIAS A.- Masivo, sin o con pocas juntas B.- Una familia de juntas C.- Una familia y algunas juntas ocasionales D.- Dos familias de juntas E.- Dos familias y algunas juntas F.- Tres familias de juntas G.-Tres familias y algunas juntas H.-Cuatro familias o más, roca muy fracturada. I.- Roca triturada terrosa

ORBASA

OBSERVACIONES 0.5 - 1 2 3 4 6 9 12 15 20

1.- Para cruces en túneles utilizar ( 3 ) 2.- Para Portales utilizar ( 2

)

4

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Tabla 5. Rugosidad de las discontinuidades RUGOSIDAD - Contacto entre las dos caras de la junta - Contacto entre las dos caras de la junta mediante un desplazamiento lateral 10 cm A.- Juntas discontinuas B.- Junta rugosa o irregular ondulada C.- Suave ondulada D.- Espejo de falla, ondulada E.- Rugosa o irregulares plana F.- Suave plana G.- Espejo de falla o superficie de fricción plana. - Sin contacto entre las dos caras de la junta desplazados lateralmente H.- Zona que contiene minerales arcillosos de espesor suficientemente gruesa para impedir el contacto entre las dos caras. I.- Zona arenosa con grava o roca triturada suficientemente gruesa para impedir el contacto entre las dos caras de la junta.

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OBSERVACIONES

4 3 2 1.5 1.5 1 0.5

1.-

Se añade 1.0 si el espaciamiento medio juntas es mayor de 3 m.

2.-

= 0.5 se puede usar Para juntas de fricción Planas y que tengan alineaciones orientadas para resistencia mínima.

1

1

5

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Tabla 6. Alteración de las discontinuidades ALTERACIÓN - Contacto entre las dos caras de la junta. A.- Junta sellada, dura, sin reblandecimiento, relleno impermeable, ej. Cuarzo. B.- Caras de la junta únicamente manchadas. C.- Las caras de la junta están alteradas ligeramente y contienen minerales no blandos, partículas de arena, roca desintegrada libre de arcilla. D.- Recubrimiento de limo o arena arcillosa, pequeña fracción arcillosa no blanda. E.- Recubrimiento de minerales arcillosos blandos o de baja fricción, ej. Caolinita, mica, clorita, talco, y pequeñas cantidades de arcillas expansivas, los recubrimientos son discontinuos con espesores de 1ó 2 mm - Contacto entre las dos caras de la junta con menos de 10 cm de desplazamiento lateral. F.- Partículas de arena, roca desintegrada, libre de arcilla. G.- Fuertemente sobreconsolidados, rellenos de minerales arcillosos no reblandecidos. Los recubrimientos son continuos menores de 5 mm de espesor. H.- Sobreconsolidación media a baja, reblandecimiento, relleno de mineral arcilloso. Los recubrimientos son continuos menores de 5 mm de espesor. I.- Relleno de arcillas expansivas ej. Montmorillonita, de espesor continuo de 5mm. El valor depende del porcentaje de partículas del tamaño de la arcilla expansiva. - No existe contacto entre las dos caras de la junta cuando esta es cizallada. J.- Zonas o bandas de roca desintegrada o machacada y arcilla. K.- Zonas blandas de arcilla limosa o arenosa con pequeña fracción de arcilla sin reblandecimiento. L.- Zonas o capas gruesas de arcilla.

ORBASA

φ (Aprox.)

OBSERVACIONES

0.75 1

25º - 35º

2

25º - 30º

3

20º - 25º

4

8º - 16º

4

25º - 30º

6

16º - 24º

8

8º - 16º

8 – 12

6º - 12º

6–8 8 - 12

6º - 24º

5

6º - 24º

10 – 13 13 - 20

6º - 24º

1.- Los valores de φ el ángulo De fricción residual, se indican como guía aproximada de las propiedades mineralógicas de los productos de la alteración si es que están presentes.

6

TABLAS DETERMINATIVAS PARA LA CARACTERIZACIÓN GEOMECÁNICA DE UN MACIZO ROCOSO

Tabla 14. Factor de reducción por presencia de agua en las discontinuidades. PRESENCIA DE AGUA EN LAS DISCONTINUIDADES A.- Excavaciones secas o de fluencia poco importante, menos de 5 l/min. Localmente. B.- Fluencia o presión media, ocasional lavado de los rellenos de las juntas. C.- Fluencia grande o presión alta, considerable lavado de los rellenos de las juntas. D.Fluencia o presión de agua excepcionalmente altas con las voladuras disminuyendo con el tiempo. E.Fluencia o presión de agua excepcionalmente alta y continua, sin disminución.

Presión del agua (Kg / cm2) 1

10

0.05 - 0.1

> 10

OBSERVACIONES 1.- Los factores de C a E, son estimaciones aproximadas aumenta si se instalan drenes. 2.- Los problemas especiales causados por la presencia de hielo no se toman en consideración.

Tabla 15. Factor de reducción de esfuerzos. FACTOR DE REDUCCIÓN DE ESFUERZOS Zonas débiles que intersectan la excavación y pueden causar caídas de bloques, según avanza la misma. A.- Varias zonas débiles conteniendo arcilla o roca desintegrada químicamente, roca muy suelta alrededor (cualquier profundidad). B.- Solo una zona débil conteniendo arcilla o roca

SRF

desintegrada químicamente (profundidad de excavación menor de 50 m.). C.- Solo una zona débil conteniendo arcilla o roca desintegrada químicamente (profundidad de excavación mayor de 50 m.). D.- Varias zonas de fractura en roca competente (libre de arcilla), roca suelta alrededor (cualquier profundidad). E.- Solo una zona fracturada en roca competente (libre de arcilla), (profundidad de excavación menor de 50 m.). F.- Solo una zona fracturada en roca competente (libre de arcilla), (profundidad de excavación mayor de 50 m.). G.- Juntas abiertas sueltas, muy fracturadas, etc. (cualquier profundidad). - Roca Competente, problemas de / / esfuerzos. H.- Esfuerzo bajo, cerca de la > 200 > 13 superficie. I.- Esfuerzo medio. 200-10 13-0.66 J.- Esfuerzo grande, estructura muy cerrada (generalmente favorable 0.66para la estabilidad. Pude ser des 10-5

5

OBSERVACIONES

10

1.- Redúzcanse estos valores zonas de fractura solo se

favorable para la estabilidad de los ORBASA hastíales) K.- Desprendimiento moderado de la roca masiva.

2.5

0.330.16

intersectan pero no cruzan la excavación.

7.5 5 2.5

5

2.5 1.0

0.5-2

0.33

5-2.5

SRF de 25%-50% si las

05-10

2.- Para un campo virgen de esfuerzos fuertemente anisotrópico, medidas: cuando 5 < / < 10, redúzcase: a 0.8 la y el . Cuando y >10, redúzcase: a 0.6 la y el .

donde: 7 = Resistencia Compresiva. = Esfuerzo a la tracción

TABLAS DETERMINATIVAS PARA LA CARACTERIZACIÓN GEOMECÁNICA DE UN MACIZO ROCOSO

- Roca fluyente, flujo plástico de roca incompetente bajo la influencia de altas presiones litostáticas. M.- Presión de flujo moderado. N.- Presión de Flujo Intenso. - Roca expansiva, actividad química expansiva dependiendo de la presencia de agua. O.- Presión de expansión Moderado. P.- Presión de expansión Intensa.

= Esfuerzo Principal Menor. 5-10 10-20

5-10 10-15

3.- Hay pocos casos reportados donde el techo debajo de la superficie sea menor que el ancho del claro. Se sugiere Que el SRF sea aumentado de 2.5 a 5 para estos casos, ver H

Tabla 16. Calidad del macizo rocoso mediante el cálculo de Q Q 0.001 – 0.01 0.01 – 0.1 0.1 – 1 1–4 4 – 10 10 – 40 40 – 100 100 – 400 400 -1000

CALIDAD Excepcionalmente mala Extremadamente mala Muy mala Mala Regular Buena Muy buena Extremadamente buena Excepcionalmente buena

RMR Tabla 17. Diferencias entre RMR76 Y RMR89 PARÁMETRO RQD y Espaciado de las discontinuidades Condición de las discontinuidades Presencia de agua subterránea

ORBASA

RMR76

RMR89

8 – 50

8 – 40

0 – 25

0 – 30

0 – 10

0 – 15

8

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Tabla 18. Parámetros y rango de valores para la clasificación geomecánica RMR76. Bieniawski. 1976

PARÁMETROS 1

2 3

4

5

Carga puntual Resistencia de la Compresión roca intacta simple VALOR RQD VALOR Espaciado de Juntas VALOR

Condición de Juntas

VALOR Cant. Infiltración 10 m. de túnel Aguas Presión de agua / Subterráneas Esfuer. principal Situación General VALOR

ORBASA

80 kg/cm² 2000 Kg/cm² 15 90 – 100 % 20 3m 30 Muy rugosas sin continuidad cerradas Paredes de roca dura 25

ESCALA DE VALORES 40 – 80 kg/cm² 20 – 40 kg/cm² 10 – 20 kg/cm² 1000 – 2000 500 – 1000 250 – 500 Kg/cm² Kg/cm² Kg/cm² 12 7 4 75 – 90 % 50 – 75 % 25 – 50 % 17 13 8 1–3m 0.3 – 1 m 50 – 300 mm 25 20 10 Ligeramente rugosa, < 1 mm de separación Paredes de roca dura

Ligeramente rugosa, < 1 mm de separación Paredes de roca suave

Espejo de falla o relleno de espesor < 5mm ó abiertos 1-5mm Fisuras Continuas

20

12

6 25 – 125 litros/min

Ninguna

25 litros/min

Cero

0.0 – 0.2

0.2 – 0.5

Solo húmedo agua insterst. 7

Ligera presión de agua 4

Totalmente Seco 10

10

10 kg/cm² 100 – 250 30 – 100 Kg/cm² Kg/cm² 2 1 25% 3 50 mm 5

10 – 30 Kg/cm² 0

Relleno blando de espesor >5mm. ó abiertas >5 mm Fisuras continuas 0 >125 litros/min. 0.5 Serios problemas de agua 0

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Tabla 19. Parámetros y rango de valores para la clasificación geomecánica RMR89. Bieniawski. 1989

PARÁMETRO 1

RANGO DE VALORES

Resistencia de la roca intacta

Ensayo Carga puntual

> 10 MPa

4 – 10 MPa

2 – 4 MPa

1 – 2 MPa

Compresión simple

> 250 MPa

100 – 250 MPa

50 – 100 MPa

25 – 50 MPa

15 90 – 100 % 20 >2m 20

12 75 – 90 % 17 0.6 – 2 m 15

7 50 – 75 % 13 0.2 – 0.6 m 10

4 25 – 50 % 8 6 – 20 cm 8

3 – 10 m

10 – 20 m

> 20 m

1 1 – 5 mm 1

0 > 5 mm 0

Ondulada

Suave

1 Relleno Blando < 5 mm 2

0 Relleno Blando > 5 mm 0

Muy alterada

Descompuesta

1 6

0 0

VALOR RQD VALOR Espaciado de las discontinuidades VALOR Longitud de la discontinuidad VALOR Abertura VALOR

2

Estado de las discontinuidades

3

4

5

4 < 0.1 mm 5

Rugosidad

Muy rugosa

Rugosa

VALOR

6

Relleno

Ninguno

VALOR

6

Alteración

Inalterada

VALOR

6 30

5 Relleno Duro < 5 mm 4 Ligeramente alterada 5 23

2 0.1 – 1.0 mm 3 Ligeramente rugosa 3 Relleno Duro > 5 mm 2 Moderadamente alterada 3 13

0

0 – 0.1

0.1 – 0.2

0.2 – 0.5

> 0.5

Completamente secas

Ligeramente Húmedas

Húmedas

Goteando

Agua fluyendo

15

10

7

4

0

Relación P agua / σ principal Condiciones Generales

VALOR

ORBASA

1–3m

1–5 < 1 MPa MPa 1 0 < 25% 3 < 6 cm 5

6 Nada 6

VALOR Flujo de agua en las discontinuidades

30º

30º - 20°

20º - 10º

10º - 5º

< 5º

0.15 < 20º 0.15 1 > 10º < 110º 0

0.40 20º - 30º 0.40 1 10º - 0º 110º -120º -6

0.70 30º - 35º 0.70 1 0º > 120º -25

0.85 35º - 45º 0.85 1 0º - (-10º) ---50

1.00 > 45º 1.00 1 < - 10º ---60

| |

P T P T P/T

Donde:

P = Falla Plana T = Falla por Vuelco.

= Dirección de Buzamiento del talud. = Dirección de Buzamiento de las discontinuidades.

= Buzamiento del talud. = Buzamiento de las discontinuidades.

Tabla 23. Factor de ajuste según el método de excavación (Romaña, 1992) FACTOR

TALUD NATURAL + 15

PRECORTE + 10

MÉTODO DE EXCAVACIÓN VOLADURA VOLADURA SUAVE NORMAL +8 0

Tabla 24.Clases de estabilidad según el SMR (Romaña, 1992) CLASE V IV 0 - 20 21 - 40 SMR Muy Mala Mala Descripción Totalmente Inestable Inestable Estabilidad Grandes roturas por planos Juntas o grandes Fallas continuos o por masa cuñas Reexcavación Corrección Tratamiento

ORBASA

VOLADURA DEFICIENTE -8

III 41 - 60 Normal Parcialmente Estable Algunas juntas o muchas cuñas Sistemático

12

EXCAVACIÓN MECÁNICA 0

II 61 - 80 Buena Estable

I 81 - 100 Muy Buena Totalmente Estable

Algunos bloques

Ninguna

Ocasional

Ninguno

TABLAS DETERMINATIVAS PARA LA CARACTERIZACIÓN GEOMECÁNICA DE UN MACIZO ROCOSO

Tabla 25. Estabilidad del talud en función de SMR SMR 81 – 100 61 – 80 41 - 60 21 – 60 < 20

ORBASA

ESTABILIDAD Totalmente estable Estable Parcialmente estable Inestable Totalmente inestable

13

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Tabla 26. Clasificación de la calidad del macizo rocoso según el GSI CLASE I II III IV V

ORBASA

GSI 81 – 100 61 – 80 41 - 60 21 – 40 0 – 20

CALIDAD DE LA ROCA Muy buena Buena Regular Mala Muy mala

14

TABLAS DETERMINATIVAS PARA LA CARACTERIZACIÓN GEOMECÁNICA DE UN MACIZO ROCOSO

RELACIONES ENTRE GSI Y RMR

RELACIONES ENTRE GSI Y Q

ORBASA

15