Túneles 3era Aula-ejercicio

Capítulo 7: CLASIFICACIONES GEOMECÁNICAS

7.1. Introducción 7.1. Introducción Las clasificaciones geomecánicas constituyen actualmente un método fundamental para la caracterización geomecánica de los macizos rocosos ya que permiten obtener parámetros de resistencia y deformabilidad del macizo y estimar los sostenimientos de un túnel. Las clasificaciones geomecánicas más utilizadas en túneles son la RMR y la Q. Si bien ambas fueron desarrolladas para estimar sostenimientos, el parámetro RMR se ha ido consolidando como un índice geomecánico para la evaluación de las propiedades del macizo rocoso, usándose igualmente para la evaluación 2 del sostenimiento.

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7.2. Clasificación Q 7.2. Clasificación Q Desarrollada por Barton, Lien y Lunde en 1974, a partir del estudio de un gran número de túneles, constituye un sistema de clasificación de macizos rocosos que permite estimar parámetros geotécnicos del macizo y diseñar sostenimientos para túneles y cavernas subterráneas. El índice Q está basado en una evaluación numérica de seis parámetros dados por la expresión: Q = RQD x Jr x Jw Jn Ja SRF Donde: Jn = índice de diaclasado que indica el grado de fracturación del macizo rocoso.

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7.2. Clasificación Q Jr = índice de rugosidad de las discontinuidades o juntas. Ja = índice que indica la alteración de las discontinuidades. Jw = coeficiente reductor por la presencia de agua. SRF (stress reduction factor) = coeficiente que tiene en cuenta la influencia del estado tensional del macizo rocoso. Los tres factores de la expresión representan: (RQD/Jn): el tamaño de los bloques (Jr/Ja) : la resistencia al corte entre los bloques (Jw/SRF): la influencia del estado tensional 4

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7.2. Clasificación Q El índice Q obtenido varía entre 0,001 y 1.000, con la siguiente clasificación del macizo rocoso: Entre 0,001 y 0,01: roca excepcionalmente mala 0,01 y 0,1: roca extremadamente mala 0,1 y 1: roca muy mala 1 y 4: roca mala 4 y 10: roca media 10 y 40: roca buena 40 y 100: roca muy buena 100 y 400: roca extremadamente buena 400 y 1.000: roca excepcionalmente buena EJEMPLO: Una cámara de chancadoras de 15 m de vano

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7.2. Clasificación Q (abertura) para una mina subterránea va a ser excavada en norita a una profundidad de 2,100 m debajo de la superficie. El macizo rocoso contiene dos familias de juntas que controlan laestabilidad. Estas juntas son onduladas, rugosas y no están meteorizadas, presentando manchas de óxido de poca importancia en la superficie. Los valores RQD varían entre 85% y 95% y los ensayos de laboratorio sobre muestras de testigos de roca intacta arrojan una resistencia a la compresión simple promedio de 170 MPa. Las direcciones del esfuerzo principal son aproximadamente verticales horizontales y la magnitud del esfuerzo principal horizontal es de aproximadamente 1.5 veces la del esfuerzo principal vertical. El macizo rocoso está localmente húmedo pero no presenta evidencias de flujo 6 de agua.

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7.2. Clasificación Q SOLUCIÓN: Para una profundidad por debajo de la superficie de 2100 m, el esfuerzo de sobrecarga será aproximadamente: σ2 = 2100 m * 2.7 ton/m3 * (1 Mpa/100 ton/m2) = 56.7 MPa (esfuerzo principal vertical) σ1 = 56.7 MPa * 1.5 = 85 MPa (esfuerzo principal horizontal) La magnitud del esfuerzo principal horizontal es de aproximadamente 1.5 veces la de esfuerzo principal vertical. σC/σ1 = (170 Mpa/85 Mpa) = 2

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7.2. Clasificación Q

Z = 2100 m

σ2

σ1

Cámara de chancadora Esfuerzos principales: σ2 σ1

σ1 > σ2 > σ3

σ3 8

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Tabla 3.6 Clasificación de parámetros individuales utilizados en el Índice de Calidad de Excavación de Túneles Q (Según Barton et al.1974)

DESCRIPCIÓN 1. ÍNDICE DE CALIDAD DE ROCA A. Muy mala B. Mala C. Regular D. Buena E. Excelente 2. NUMERO DE FAMILIAS DE JUNTAS A. Masivo o con pocas juntas B. Una familia de juntas C. Una familia de juntas + una aislada D. Dos familias de juntas E. Dos familias de juntas + una aislada F. Tres familias de juntas G.Tres familias y algunas juntas aleatorias H. Cuatros familias, juntas aleatorias, roca muy fracturada, roca en terrones, etc. I. Roca triturada, terrosa.

VALOR

NOTAS

RQD (%) 0-25 25-50 50-75 75-90 90-100

1. Cuando se obtienen valores del RQD inferiores o iguales a 10, se toma un valor de 10 para calcular el índice Q. 2. Los intervalos de 5 unidades para el RQD, es decir, 100, 95, 90 etc., tienen suficiente precisión.

Jn

NOTAS

0.5-1.0 2 3 4 6 9

1. En intersecciones de túneles se utiliza la expresión (3.0 x Jn) 2. En las bocaminas de los túneles se utiliza la expresión (2.0 x Jn)

12 15 20

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3. RUGOSIDAD DE LAS JUNTAS a) Contacto con las paredes b) Contacto con las paredes antes de un corte de 10 cm A. Juntas sin continuidad B. Rugosa e irregulares, onduladas C. Lisa, ondulantes D. Pulidas, ondulantes E. Rugosas o irregulares, planares F. Lisas, planares G. Pulidas, planares c) Sin contacto con roca después de corte de 10 cm H. Zonas que contienen minerales arcillosos, de espesor suficiente para impedir el contacto de paredes. I. Zona arenosa, gravosa o de roca triturada, de espesor suficiente para impedir el contacto de paredes. 4. ALTERACIÓN DE LAS JUNTAS a) Contacto con las paredes de roca A. Relleno soldado, duro, inablandable, impermeable. B. Paredes de juntas inalteradas, sólo con manchas de oxidación. C. Paredes ligeramente alteradas, con recubrimiento de minerales inablandables, partículas arenosas, roca desintegradazo no arcillosa. D. Recubrimientos limosos o arenosoarcillosos, con una pequeña fracción de arcilla (inablandable). E. Recubrimientos ablandables o con arcilla de baja fricción o sea kaolinita o mica. También clorita, talco, yeso, grafito, etc., y pequeñas cantidades de arcillas expansivas (recubrimiento discontinuo de 1-2 mm de espesor menos)

Jr

4 3 2 1.5 1.5 1.0 0.5

1. Las descripciones se refieren a caracterizaciones a pequeña escala y a escala intermedia, por este orden.

1. 1.0

1.0

2.

Si el espaciado de la principal familia de discontinuidades es superior a 3m, se debe aumentar el índe Jr, en una unidad. En el caso de diaclasas planas perfectamente lisas que presenten lineaciones, y que dichas lineaciones estén orientadas según la dirección de mínima resistencia, se puede utilizar el valor Jr=0,5..

1.0

φr, grados aproximadamente 1. Los valores de φr, ángulo de fricción residual, dan una guía aproximada de las propiedades mineralógicas de los productos de alteración, si éstos están presentes. (25°-30°)

2.0

(25°-30°)

3.0

(20°-25°)

4.0

(8°-16°)

Ja 0.75

10

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b) Contacto con las paredes antes de un corte de 10 cm F. Partículas arenosas, roca desintegrada, sin arcilla, etc. G. Rellenos de minerales arcillosos muy sobreconsolidados e inablandables (continuos