Clasificación Geomecánica DE LAS Rocas PDF

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Warning: TT: undefined function: 32Contenido INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................  2  OBJETIVOS ......................................................................................

Description

Contenido 1.

INTRODUCCIÓN............................................................................................................................2

2.

OBJETIVOS.....................................................................................................................................2

3.

2.1.

OBJETIVO GENERAL............................................................................................................2

2.2.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS....................................................................................................2

CLASIFICACIÓN DE MACIZOS ROCOSOS................................................................................3 3.1.

CLASIFICACIÓN GEOMECÁNICA RQD............................................................................3

3.2.

CLASIFICACIÓN GEOMECÁNICA RMR..........................................................................11

3.3.

CLASIFICACIÓN GEOMECÁNICA SMR..........................................................................12

3.4.

CLASIFICACIÓN GEOMECÁNICA DE Q BARTON ET AL............................................15

3.5.

CLASIFICACIÓN GEOMECÁNICA DE TERZAGHI........................................................19

3.6.

CLASIFICACIÓN GEOMECÁNICA DE GSI HOEK Y BROWN......................................21

3.7.

CLASIFICACIÓN GEOMECÁNICA DE RSR WICKMAN ETAL.....................................23

3.8.

CLASIFICACIÓN GEOMECÁNICA DE PROTODYAKONOV........................................26

3.9.

CLASIFICACIÓN GEOMECÁNICA DE LAUFFER...........................................................29

3.10. 4.

CLASIFICACIÓN GEOMECÁNICA DE LOUIS.............................................................31

BIBLIOGRAFÍA................................................................................................................................33

P á g i n a 1|33 

1. INTRODUCCIÓN Las clasificaciones geomecánicas determinan la sistemática del estudio empírico en la Ingeniería de rocas y relacionan la experiencia de práctica ganada en diferentes proyectos con las condiciones existentes en determinado sitio. La utilización de las clasificaciones ha crecido de tal manera que ahora no solo se circunscribe a túneles, sino también a taludes, cimentaciones, minería, etc., debido a su proximidad con la realidad y a las ventajas que tiene con otros métodos utilizados. El propósito de la clasificación es proporcionar un índice numérico que nos indica la calidad del macizo rocoso, para luego recomendar el sostenimiento más adecuado. Es importante mencionar que se debe realizar un seguimiento durante la excavación, ya que los índices de calidad de macizos rocosos no son exactos y, por lo tanto, necesitan un monitoreo que nos permita asegurar la estabilidad de la excavación; para esto se pueden combinar algunos de los métodos que se mencionan a continuación. 2. OBJETIVOS 2.1. OBJETIVO GENERAL Analizar y evaluar las propiedades de un macizo rocoso, establecer su calidad cualitativamente y poder predecir de alguna manera su comportamiento o el tipo de sostenimiento. 2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS  Observar al macizo como un conjunto de bloques intactos  Entender qué relación existe entre la roca y el macizo rocoso

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 Descubrir cuál es más importante entre propiedades discontinuidades y las propiedades de la roca intacta. 3. CLASIFICACIÓN DE MACIZOS ROCOSOS De los tantos sistemas de clasificación en existencia, diez requieren una atención especial, debido a que son los más utilizados y tienen una relevancia histórica 3.1.

CLASIFICACIÓN GEOMECÁNICA RQD El índice RQD (Rock Quality Designation) desarrollado por Deere entre 1963 y 1967,

se define como el porcentaje de recuperación de testigos (el porcentaje de la recuperación del testigo de un sondeo) de más de 10 cm de longitud (en su eje) sin tener en cuenta las roturas frescas del proceso de perforación respecto de la longitud total del sondeo. Depende indirectamente del número de facturas y del grado de la alteración del macizo rocoso. Se cuenta solamente fragmentos iguales o superiores a 100 mm de longitud El diámetro del testigo tiene que ser igual o superior a 57.4 mm y tiene que ser perforado con un doble tubo de extracción de testigo. Se calcula midiendo y sumando el largo de todos los trozos de testigo mayores que 10 cm en el intervalo de testigo de 1.5m. a partir de los testigos obtenidos en la exploración. Medida del RQD en testigos de Exploración 150. Se deben incluir los discos del núcleo ocasionados por rotura mecánica de la roca como parte del RQD.

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 

∑󰇛  10󰇜  100  Fórmula 01 RQD

CALIDAD DE ROCA

400

> 45º

II

Buena

61-80

300-400

35-45

III

Regular

41-60

200-300

25-35

IV

Mala

21-40

100-200

15-25

V

Muy mala

0-20

250

250-100

100-50

50-25

25-5

5-1

1<

Puntuación

15

12

7

4

2

1

0

puntual

(MPa)

Tabla 05: Parámetro, Resistencia de la matriz rocosa (MPa)

RQD

90%-100%

75%-90%

50%-75%

25%-50%

2m

0.6-2m

0.2-0.6m

0.06-0.2m

125

litros/minuto

litros/minuto

litros/minuto

litros/minuto

0

0-0.1

0.1-0.2

0.2-0.5

>0.5

Seco

Ligeramente

Húmedo

Goteando

Agua

Nulo

Caudal por 10m del tunel

Relación: Presión de agua/tensión principal mayor Estado general

seco

Puntuación

15

10

fluyendo

7

4

0

Tabla 09: Parámetro: agua subterránea o freática

Dirección y buzamiento

Muy

Favorables

Medias

Desfavorables

favorables

Puntuación

Muy desfavorables

Túneles

0

-2

-5

-10

-12

Cimentaciones

0

-2

-7

-15

-25

Taludes

0

-5

-25

-50

-60

Tabla 10: Corrección por la orientación de las discontinuidades

P á g i n a 8|33 

Clase

I

II

III

IV

V

Calidad

Muy Buena

Buena

Media

Mala

Muy Mala

Puntuación

100-81

80-61

60-41

40-21

4 Kp/cm2

3-4 Kp/cm2

2-3 Kp/cm2

1-2 Kp/cm2

< 1 Kp/cm2

Ángulo de

>45°

35°-45°

25°-35°

15°-25°

4 kg/cm2

>45°

II

Buena

80-61

3-4 kg/cm2

35°-45°

III

Media

60-41

2-3 kg/cm2

25°-35°

IV

Mala

40-21

1-2 kg/cm2

15°-25°

V

Muy mala

< 20

< 1 kg/cm2

< 15°

Tabla 13: índice RMR

Dirección perpendicular al eje del túnel

Dirección paralela al eje

Buzamiento

del túnel

0°-20°.

Excavación con

Excavación contra

Qialquier

buzamiento

buzamiento

dirección

Buzamient

Buzamient

Buzamient

Buzamiento

Buzamiento

Buzamient

o 45-90

o 20-45

o 45-90

20-45

45-90

o 20-45

Muy

Favorable

Media

Desfavorabl

Muy

Media

e

desfavorabl

favorable

Desfavorabl e

e

Tabla 14: Orientación de las discontinuidades en el Túnel

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Procedimiento Para realizar la clasificación RMR, primeramente, se zonifica al macizo rocoso en tramos que tengan características geológicas similares o uniformes. Se realiza la recolección de los datos y medidas correspondientes a la tabla de clasificación geomecánica referentes a las propiedades y caracterización del macizo rocoso (matriz rocosa y discontinuidades). A continuación, se obtienen las puntuaciones que resultan de la aplicación de los cinco parámetros de clasificación, se ejecuta la corrección por orientación de discontinuidades y finalmente se obtiene un valor numérico que sirve para clasificar el macizo rocoso. 3.2.

CLASIFICACIÓN GEOMECÁNICA RMR El índice RMR distingue cinco clases que corresponden a la calidad de los macizos rocosos, relacionado características geotécnicas que se toman en cuenta para la aplicación de obras de ingeniería civil y minería, especialmente túneles o taludes. Índice RMR: calidad de macizos rocosos en relación al índice RMR

Clase

Calidad

Valoración RMR

Cohesión

Ángulo de rozamiento

I

Muy buena

100-81

> 4 kg/cm2

>45°

II

Buena

80-61

3-4 kg/cm2

35°-45°

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III

Media

60-41

2-3 kg/cm2

25°-35°

IV

Mala

40-21

1-2 kg/cm2

15°-25°

V

Muy mala

< 20

< 1 kg/cm2

< 15°

Tabla 15: Índice RMR (calidad de macizos rocosos en relación al índice RMR)

Es así que, un macizo rocoso Clase I será clasificado como Muy Bueno, es decir que es un macizo rocoso duro, poco fracturado, sin filtraciones representativas y leve o poco meteorizado, representa muy pocos problemas frente a su estabilidad y resistencia, por lo tanto, se deduce que tendrá una capacidad portante alta, permitirá la excavación de taludes con pendientes altas y no será necesario la implementación de medidas de estabilización y refuerzo en túneles.

3.3.

CLASIFICACIÓN GEOMECÁNICA SMR El índice SMR para la clasificación de taludes se obtiene del índice RMR básico, restando un “factor de ajuste” que es función de la orientación de las discontinuidades (y producto de tres subfactores) y sumando un “factor de excavación” que depende del método utilizado.

   á  󰇛1 ∗ 2 ∗ 3󰇜  4 Fórmula 02 P á g i n a 12|33 

RMR se calcula de acuerdo con los coeficientes de Bieniawaski, como la suma de las valoraciones correspondiente a 5 parámetros: 

Resistencia a compresión simple de la matriz rocosa.



RQD



Separación de las discontinuidades.



Condición de las discontinuidades.



Flujo de agua en las discontinuidades.

El rango del RMR es 0 -100 El factor de ajuste de las discontinuidades es producto de 3 subfactores: F1, depende del paralelismo entre el rumbo de las discontinuidades y la cara del talud. Varía entre 1,00 (cuando ambos rumbos son paralelos) y 0,15 (cuando el ángulo entre ambos rumbos es mayor de 30° y la probabilidad de rotura es muy baja). F2, depende del buzamiento de las discontinuidades en la rotura plana. Varía de 1 (para fracturas con buzamiento mayor de 45°), y 0.15 (para fracturas con buzamiento inferior a 20º). Para roturas de vuelco, el valor es de 1. F3, Refleja la relación entre los buzamientos de la junta y el talud. Se han mantenido los valores propuestos por Bieniawski, que son siempre negativos: 

Para roturas planas, expresa la probabilidad de que las juntas afloren en el talud. Se supone que las condiciones son normales cuando el buzamiento

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medio de la familia de discontinuidades es igual al del talud, y por lo tanto afloran algunas pocas discontinuidades. 

Para la rotura por vuelco no se supone que puedan existir condiciones desfavorables o muy desfavorables, ya que esta rara vez produce roturas bruscas y en muchos casos los taludes con vuelcos de estratos se mantienen.

El factor de ajuste según el método de excavación F4, ha sido establecido empíricamente como: 

Los taludes naturales, son más estables a causa de los procesos previos de erosión sufridos por el talud, y de los mecanismos internos de protección que muchos de ellos poseen (vegetación, desecación superficial, drenaje torrencial, etc). F4= +15.



Los precorte, aumentan la estabilidad de los taludes en media clase. F4= +10.



Las técnicas de voladura suave (recorte) bien ejecutadas, también aumentan la estabilidad de los taludes. F4= +8.



Las voladuras normales aplicadas con métodos razonables no modifican la estabilidad. F4=0.



Las voladuras defectuosas son muy frecuentes y pueden dañar seriamente a la estabilidad. F4=-8.



La excavación mecánica de los taludes por ripado solo es posible cuando es macizo rocoso está muy fracturado o la roca blanda. Con frecuencia se combina con prevoladuras poco cuidadosas. Las caras del talud presentan P á g i n a 14|33



dificultades de acabado. Por ello el método ni mejora no empeora la estabilidad

Tabla 16: Clasificación del índice SMR

3.4.

CLASIFICACIÓN GEOMECÁNICA DE Q BARTON ET AL El índice Q de clasificación de macizos rocosos fue desarrollado en Noruega en 1974 por Barton, Lien y Lunde, todos ellos del instituto Geotécnico de Noruega. Su desarrollo representó una mayor contribución al tema de clasificación de macizos rocosos debido a:

P á g i n a 15|33 



El sistema fue propuesto con base en el análisis de 212 casos históricos de túneles en Escandinavia.



Es un sistema de clasificación cuantitativa.



Es un sistema ingenieril que facilita el diseño de sostenimiento para túneles.

La evaluación del Índice Q es realizada a partir de la Tabla nn, en donde se obtienen los parámetros base para el cálculo de las relaciones que describen el tamaño de los bloques, la resistencia al corte de los mismos y la influencia del estado tensional, posteriormente es aplicada la ecuación 1 presentada en la tabla, obteniéndose el índice Q. La determinación del tipo de soporte a partir del índice Q, se realiza desde la Figura nn, ingresando la relación de diámetro equivalente: Altura/ESR (Excavación Support Radio) y el índice Q, encontrando un punto que pertenece a una región caracterizada por una calidad del macizo que sugiere a la vez un tipo de soporte.

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Tabla 17: Parámetros de clasificación del sistema Q, Barton P á g i n a 17|33 

Figura 02: Categorías de sostenimiento a partir del índice de Q, Barton El Índice Q varía entre 0.001 y1.000, asociado a la clasificación del macizo como se presenta a continuación. 

0,001 y 0,01:

excepcionalmente mala



0,01 y 0,1: extremadamente mala



0,1 y 1: muy mala



1 y 4: mala



4 y 10: media



10 y 40: buena



40 y 100: muy buena



100 y 400: extremadamente buena



400 y 1.000: excepcionalmente buena

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3.5.

CLASIFICACIÓN GEOMECÁNICA DE TERZAGHI La clasificación de Terzaghi enfoca el estudio de los macizos rocosos para la construcción de túneles soportados por marcos de acero. La carga y los efectos de solicitación se pueden mostrar en el esquema.

Figura 03: Diagrama simplificado que representa el movimiento de roca suelta hacia un túnel y la transferencia de carga a la roca circundante Si una formación consiste en una secuencia de capas horizontales de arenisca o caliza y de lutita inmadura, la excavación del túnel se complica muchas veces con una compresión progresiva de la roca en ambos lados del túnel provocando un movimiento descendente del techo. Además, una baja resistencia al deslizamiento en los límites entre la tal lutita y la roca, probablemente reducirá mucha la capacidad de apuntalar que tiene la roca encima del techo. Por lo tanto, en esta clase de formaciones, la presión sobre el techo puede ser tan grande como en una formación muy fracturada en bloques.

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Carga de roca (Hp en pies) sobre el techo del túnel con anchos B (en pies) y altura Ht (en pies) a una profundidad superior de más de 1.5 (B + Ht). Tipo/ condiciones de la roca

Carga de roca Hp en pies

Observaciones Solo se necesitara refuerzo escaso si hay desprendimiento o chasquidos (cuando la roca

Roca maciza

0

tiene un alto potencial de compresibilidad la roca empuja a expandirse y se produce estratificaciones y puede haber explosión) Refuerzo escaso más que nada como protección contra

Dura pero estratificada o esquistosa

0 – 0.5B

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

Maciza ligeramente fisurada

0 – 0.25B

desprendimiento. La carga puede cambiar en forma errática de un punto a otro punto

Medianamente fracturada en bloques algo abiertos Muy fracturada en bloques y las fracturas abiertas

0.25B – 0.35(B+Ht)

No hay presión lateral

0.35(B+Ht) - 1.10(B+Ht)

Poca o ninguna presión lateral Presiones laterales

Totalmente triturada pero químicamente inalterada

considerables, los efectos de 1.10(B+Ht)

las infiltraciones hacia el piso del túnel requiere apoyo continuo para las partes bajas

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de los marcos o marcos circulares Considerable presión lateral se Roca comprimida, profundidad moderada

1.10(B+Ht) – 2.10(B+Ht)

requiere plantilla apuntalada, es preferible utilizare marcos circulares Considerable presión lateral se

Roca comprimida a gran profundidad

2.10(B+Ht) – 4.5(B+Ht)

requiere plantilla apuntalada, es preferible utilizare marcos circulares

Hasta 250 ft Roca expansiva

independientemente del valor B+Ht

Marcos circulares indispensables, en casos extremos úsese refuerzo elástico

Tabla 18: Clasificación d...