Ing. VICTOR TOLENTINO YPARRAGUIRRE Msc. APLICACI ÓN DE LA MECANICA DE LAS ROCAS EN TUNELERIA Lo que nos crea problemas no son las cosas que no conocemos; sino las que creemos conocer con certeza. Presidente Dwight Eisenhowe•CURSO METODOS DE EXCAVACION DE TUNELES
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En mecánica de rocas que están sobre todo interesadosen predecir el futuro. ¿Qué pasará si un túnel ocaverna de un tamaño específico se construye en este
macizo rocoso en esta orientación? ¿Qué pasaría si eltúnel o caverna se construyeron en una orientacióndiferente o una diferentes profundidades?
Las respuestas a este tipo de preguntas son necesariaspara rocas de diseño de ingeniería. El ingeniero derocas tiene que tener una capacidad de predicción: sin
ella no hay ninguna base para diseño coherente.HUDSON, 2010
Tensión Natural: La tensión in Situ que existe previa para ingeniería.Tensión Inducida: El estado de tensión natural perturbada por la ingeniería.Tensión Gravitacional: El estado de tensión causado por el peso de encima de la roca.Tensión Tectónico: El estado de tensión causado por el movimiento de las placas tectónicas.
Tensión Residual: El estado de tensión causado por la actividad tectónica anterior.Tensión Térmica: El estado de tensión causado por el cambio de temperatura.Paleo Tensión: Una tensión natural anterior que ya no está actuando.Cerca a la tensión de campo: El estado de tensión en la región de una perturbación de la ingeniería.Tensión de campo lejano: El estado de tensión más allá del campo cercano.Tensión Local: El estado de tensión en una región de interés.
describir la construcción de untúnel de carretera en el oeste deIslandia hacia el norte. Las aguassubterráneas corre a lo largo de loscontactos de lava y enfriamientode las articulaciones, las fallas y
diques siendo el principal drenajenatural.
Túnel de entradas de hasta 50 l / s/ km. Sin embargo, el flujo deagua de 2500 - 3000 l / s seencontró inesperadamente de un
conducto natural abierto enasociación con una gran falla NW-SE y un dique basáltico deintersección.
•El EDZ (zona de excavación de Disturbios)se genera por dos tipos de perturbaciones.
•a) las perturbaciones inevitables para lamasa de rocosa: causadas por el espacioexcavado ,movimiento de rocas, los cambiosde tensión, y la alteración de lacircunstancias hidrogeológicas, como seilustra para la izquierda;
•b) la perturbación adicional a la masa deroca causado por el método de excavación:es decir, por el utilización de una tuneladora
o perforación / voladura.
•Cuando una excavación se realiza en un macizorocoso, hay tres efectos principales:1.La roca se mueve hacia el interior
•2.El estado de tensión se altera3.La presión del agua se reduce parala presión atmosférica en la excavación
HISTORIA DE LAS CLASIFICACIONES• 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).
• 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 LOSDEFECTOS EN LA FORMACION DE LA ROCA.“DESDE EL PUNTO DE VISTA DE INGENIERIA, EL CONOCIMIENTODEL TIPO DE DEFECTO EN LA ROCA Y EN SU INTENSIDAD PUEDESER MAS IMPORTANTE QUE EL TIPO DE ROCA QUE SE PUEDAENCONTRAR. POR LO TANTO, DURANTE LA EXPLORACION HAY
QUE DAR ESPECIAL ATENCION A LOS DEFECTOS DE LA ROCA. ELINFORME GEOLOGICO DEBERA CONTENER UNA DESCRIPCIONDETALLADA DE LOS EFECTOS OBSERVADOS EN TERMINOSGEOLOGICOS. TAMBIEN DEBERA MENCIONAR LA ROCADEFECTUOSA EN TERMINOS DE TUNELEO, COMO POR EJEMPLO:ROCA EN BLOQUE, JUNTEADA, ROCA QUE SE COMPRIME O
ROCA INALTERADA, no tiene fisuras ni ramales. Por lo tanto,cuando se rompe, lo hace a través de la roca sana. Debido al dañoque se hace a la roca con el uso de explosivos, pueden caer deltecho desgajes de roca varias horas o varios dias despues de lavoladura. 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 delas paredes o del techo. ROCA ESTRATIFICADA, esta constituída por capas unitarias con
pocas o ninguna resistencia a la separación a lo largo del planolimítrofe entre estratos. La capa puede haberse debilitado o nodebido a fracturas transversales. Los desprendimientos soncomunes en este tipo de rocas.
ROCA MEDIANAMENTE FISURADA, tiene fisuras y ramaleos perolos bloques entre las juntas están soldados o tan intimamenteembonados que las paredes verticales no necesitan refuerzo. Enrocas de este tipo, se puede encontrar a la vez el desprendimiento
ROCA AGRIETADA EN BLOQUES, es una roca químicamenteinalterada o casi inalterada, cuyos fragmentos se encuentrantotalmente separados unos de otros y no embonan. Esta clase derocas puede necesitar además laterales en las paredes.
ROCA TRITURADA, pero químicamente sana tiene la apariencia deser un producto de trituradora. Si los fragmentos, en su mayoría o
todos son del tamaño de arena y no ha habido recementación, laroca triturada que esta abajo del nivel de las aguas freáticas tienenlas propiedades de una arena saturada.
ROCA COMPRIMIDA, avanza lentamente en el túnel sin aumentoperceptible de volumen. Un prerequisito de compresión es unporcentaje elevado de partículas microscópicas osubmicrocópicas de micas o de minerales arcillosos de pocaexpansibilidad.
ROCA EXPANSIVA, avanza básicamente en el túnel debido a supropia expansión. La capacidad de esponjamiento parece estarlimitada a las rocas que contienen minerales arcillosos como la
montmorillonita, con una alta capacidad de expandirse.
EL CONCEPTO USADO POR TERZAGHI REPRESENTA ELMOVIMIENTO DE ROCA SUELTA HACIA EL TUNEL.
Durante la construcción del Túnel habrá algun rejalamiento de lacohesion 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 eltúnel.
A este esfuerzo se opondran fuerzas de fricción a lo largo de loslímites laterales a c y b d y estas fuerzas de fricción transfieren laparte más importante del peso de la carga de roca W al material delos lados del túnel.
El techo y los lados del túnel no tienen que soportar más queelresto de la carga que equivale a una altura Hp.
El ancho B1 de la zona de la roca donde existe movimiento,dependerá de las caracteristicas de la roca y de las dimensiones Hty B del túnel.TERZAGHI REALIZO MUCHAS PRUEBAS EN MAQUETAS,UTILIZANDO ARENA SIN COHESION PARA ESTUDIAR LA FORMADE LO QUE EL LLAMABA EL “ARCO DEL SUELO” ENCIMA DELTUNEL.
LA CLASIFICACION DE LAS ROCAS TERZAGHICLASIFICA LOS TERRENO EN 9 TIPOS ATENDIENDOESENCIALMENTE A LAS CONDICIONES DE FRACTURACION EN LASROCAS Y A LA COHESION O EXPANSIVIDAD EN LOS SUELOS.
Considera la disposicion de la estratificación respecto al túnel en laprevisión de desprendimientos que se resumen en tres normasespecificas:
Con estratificación vertical el techo sera estable en general, pero sepuedne 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 arcoapuntándo sobre el túnel, con anchura la de este y altura la mitad dela dimensión anterior. Este proceso es progresivo y se detendrá si secoloca rápidamente un sostenimiento.LO VALORES DE TERZAGHI SON DE APLICACIÓN PARADIMENSIONES DE SOSTENIMIENTOS CLASICOS CERCHA YHORMIGON, QUE SE CONSIDERAN CONSERVADORES PARA
ROCAS DE BUENA CALIDAD Y SU CAMPO DE APLICACIÓN ESPARA TUNELES DE TAMAÑO MEDIO DEL ORDEN DE 8 METROS.
DURA Y MASIVA CEROSólo se necesita refuerzo escaso si haydesprendimiento o chasquido
DURA PERO ESTRATIFICADA OESQUISTOSA
0 a 0.5 B Refuerzo escaso más que nada comoprotección contra desprendimientos
La carga puede cambiar en forma errática deun punto a otro.
MASIVA, LIGERAMENTEFISURADA
0 a 0.25 B
MEDIANAMENTE FRACTURADAEN BLOQUES ALGO ABIERTOS
0.25 B a 0.35 (B + Ht) No hay presión lateral.
MUY FRACTURADA EN BLOQUESY LAS FRACTURAS ABIERTAS
(0.35 a 1.10) (B + Ht) Poca o ninguna presión lateral.
TOTALMENTE TRITURADASPERO QUIMICAMENTEINALTERADA
1.10 (B + Ht)
Presiones laterales considerables. Losefectos de las infiltraciones hacia el piso deltúnel requieren apoyo contínuo para laspartes bajas de los marcos o bien marcocirculares.
ROCA COMPRIMIDAPROFUNIDIDAD MODERADA
(1.10 a 2.20)(B + Ht) Considerable presión lateral. Se requiereplantilla apuntalada. Es preferible usarmarcos circulares.ROCA COMPRIMIDA A GRAN
PROFUNDIDAD(2.10 a 4.50)(B + Ht)
ROCA EXPANSIVAHasta 250 pies,independientemente del
LA CLASIFICACION DE LAS ROCAS DE STINI Y LAUFFERSTINI, EN SU MANUAL DE GEOLOGIA DE TUNELES PROPUSO UNACLASIFICACIÓN DE LOS MACIZOS ROCOSOS (1958) Y COMENTO MUCHASDE LAS CONDICIONES ADVERSAS QUE PUEDEN ENCONTRASE EN ACONSTRUCCION DE TUNELES. INSISTIO SOBRE LA IMPORTANCIA DE LOS
DEFECTOS ESTRUCTURALES DE LA ROCA Y DESACONSEJO QUE SEEXCAVARA 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 LLAMOLA ATENCION SOBRE LA IMPORTANCIA DEL TIEMPO QUE PERMANECIANESTABLES LAS EXCAVACIONES EN DIFERENTES TIPOS DE ROCA, INCLUSO
EN MINAS ABANDONADAS. EL TIEMPO DE SOSTEN ES EL LAPSO DURANTE EL CUAL UNA EXCAVACIONSERA CAPAZ DE MANTENERSE ABIERTA SIN ADEME, MIENTRAS QUE ELCLARO ACTIVO ES EL CLARO SIN ADEME MAS GRANDE EN EL TUNELENTRE EL FRENTE Y LOS REFUERZOS.
LAUFFER PENSO QUE EL TIEMPO SE SOSTEN ES UN CLARO ACTIVO
CUALQUIERA ESTA RELACIONADO CON LAS CARACTERISTICAS DE LAROCAEL TRABAJO DE STINIY LAUFFER QUE SE PUBLICO EN ALEMAN HA DESPERTADOPOCO INTERES EN EL MEDIO DE HABLA INGLESA. SIN EMBARGO HA TENIDO UNAINFLUENCIA DTERMINANTE EN LOS SISTEMAS DE CLASIFICACION MAS RECIENTESCOMOLOS 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 CONOCIDACOMO EL METODO AUSTRIACO DE TUNELERIA.
SEGÚN LAUFFER, EL TIPO A NO NECESITA SOSTENIMIENTO, LOS TIPOS B YC NECESITAN SOSTENIMIENTO DE TECHO, EL TIPO D REQUIERE CERCHASLIGERAS, EL TIPO E CERCHAS PESADAS, Y LOS TIPOS F Y G REQUIEREN
INDICE DE DESIGNACION DE LA CALIDADDE LA ROCA (R.Q.D.)
DESARROLLADO POR DEERE EN 1967.
SE DESARROLLO PARA PROVEER UN ESTIMADO CUANTITATIVO DE LACALIDAD DE LA MASA ROCOSA, A PARTIR DE LOS TESTIGOS DEPERFORACION DIAMANTINA.
EL RQD ES DEFINIDO COMO PORCENTAJES DE PIEZAS DE TESTIGOSINTACTOS MAYORES DE 100 mm (4 PULGADAS) EN LA LONGITUD DELTESTIGO.
EL TESTIGO DEBERA TENER POR LO MENOS UN TAMAÑO NX (54.7 mm O2.15 PULGADAS DE DIAMETRO) Y DEBERA SER PERFORADO CON UNCILINDRO DE DOBLE TUBO DE PERFORACION.
PALMSTRON (1982) SUGIRIO QUE, CUANDO NO SE TIENE TESTIGOS DEPERFORACION PERO LAS TRAZAS DE LAS DISCONTINUIDADES SONVISIBLES EN AFLORAMIENTOS SUPERFICIALES O EN SOCAVONESEXPLORATORIOS, 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, CONOCIDOCOMO EL CONTEO VOLUMETRICO DE DISCONTINUIDADES.
INDICE DE DESIGNACION DE LA CALIDADDE 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 lacara de un talud así como para la determinación del índice del tamañodel bloque. Para cada familia de diaclasas se calculan los
espaciamientos promedio verdaderos de las diaclasas en dicha familiaa partir del número de diaclasas que se encuentran sobre unadistancia específica medida normal a la familia. El conteo volumétricode diaclasas es la suma del número de diaclasas por unidad delongitud para todas las familias. Por ejemplo,
Familia 1 : 6 diaclasas en 20 mFamilia 2 : 2 diaclasas en 10 m
INDICE DE DESIGNACION DE LA CALIDADDE LA ROCA (R.Q.D.)
DETERIORO DEL MACIZO ROCOSO.
Para la valoración del grado de deterioro de los macizos rocosos, sonempleados diferentes criterios que se sustentan en distintosparámetros; por ejemplo: grado de decoloración, grado dedescomposición química y física , relación roca – suelo, los quepueden ser obtenidos de estudios visuales y pérdida de resistencia de
la roca, disminución de su modulo de elasticidad, incremento de laporosidad, disminución de la densidad y variación del R Q D, los quese determinan experimentalmente.
Para valorar la pérdida de resistencia se puede utilizar el Coeficientede 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 inmediatamentedespués de su denudamiento
Rc1- Limite de resistencia a la compresión al cabo de un tiempo dado .
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 SOSTENIDOSPOR MEDIO DE ARCOS METALICOS (CERCHAS), AUNQUE FUE ESTESISTEMA EL PRIMERO EN HACER REFERENCIA AL SHOTCRETE COMOSOSTENIMIENTO.
ESTE SISTEMA DEMUESTRA LA LOGICA INVOLUCRADA EN ELDESARROLLO DE UN SISTEMA DE CLASIFICACION DEL MACIZO ROCOSO
CUASI-CUANTITATIVO Y LA UTILIZACION DEL INDICE RESULTANTE PARAESTIMAR EL SOSTENIMIENTO. LA IMPORTANCIA DEL SISTEMA RSR, ES QUE INTRODUCE EL CONCEPTO
DE VALORACION DE CADA UNO DE LOS COMPONENTES DE ACUERDO A UNVALOR NUMERICO:
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, moderadamentefallada/plegada, intensamente fallada/plegada.
PARAMETRO B; GEOMETRIA: EFECTO DEL ARREGLO DE LASDISCONTINUIDADES CON RESPECTO A LA DIRECCION DE AVANCE DELTUNEL, 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 LACONDICION 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
EN FUNCION A DESARROLLAR UNA RELACION ENTRE RSR Y ELSOPORTE DEL TUNEL NACE EL CONCEPTO DE UN ESTÁNDARDATUM SUPPORT (SDS)
ESTE SDS ESTA IDENTIFICADO POR UNA CIMBRA DE ACERO,CUYAS MEDIDAS EN SU SECCION TRANSVERSAL Y LONGITUD DELESPACIAMIENTO ENTRE EJES EN SU INSTALACION TIENEN LACAPACIDAD DE SOPORTR UNA CARGA PATRON, IGUAL AL PESO DE
UNA COLUMNA DE ARENA SUELTA Y SATURADA CON AGUA BAJOUNA NAPA FREATICA. EL AREA QUE OCUPA ESTA COLUMNA SE SITUA EN LA
PROYECCION SUPERIOR DEL ANCHO DEL TUNEL HASTA LASUPERFICIE Y ESTA SE DA POR LA ECUACION EMPIRICA DETERZAGHI.
Hp = 1.38 (B + H)Donde:
Hp = Carga (m)B = Ancho del túnel (m)H = Altura del túnel (m)
PARA UN DETERMINADO DIAMETRO DE TUNEL Y FIJADAS LASCARACTERISTICAS DE LA SECCION TRANSVERSAL DE LA CIMBRA DEACERO POR UNA SIMPLE RELACION DE CALCULO SE PUEDE DETERMNAREL ESPACIAMIENTO ENTRE CIMBRAS NECESARIAS PARA SOPORTAR LACARGA REFERENCIAL NORMALIZADA.
A ESTA RELACIONE SE DENOMINA RIB RATIO (RR) Y PUEDE SER USADAPARA 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 PUEDEDETERMINAR EL VALOR RR Y CON ESTE SE DETERMINA LA CIMBRA DEACERO REQUERIDA PARA UN DIAMETRO O ANCHO DE TUNEL DADO.
ESTA RELACION LA DETERMINO WICKHAM, DISEÑANDO DIAGRAMAS PARAPREDECIR EL SOPORTE EN LOS TUNELES.
LA RELACION DEL GRAFICO NOS PERMITE DESARROLLAR LA SIGUIENTEECUACION EMPIRICA, DONDE PUEDE PREDECIRSE EL EMPUJE DE ROCA(WR), POR CONOCIMIENTO DEL RSR Y LAS MEDIDAS DEL TUNEL ECAVADOEN 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
CLASIFICACION CSIR DE LOSMACIZOS ROCOSOS FISURADOS
• Se dice que “errar es humano” (Alexander Pope, 1688 - 1744) y que “Los
científicos e ingenieros aprenden de sus errores” (Henry Petroski,1991) pero llega un momento en que debemos revisar nuestros errores yefectuar las correcciones necesarias para evitarlos en el futuro.
“ Por mi parte, he recopilado una cantidadsignificativa de material que demuestra que los mi tos
(o erro res de concep to ) todavía pers isten cuando
se usan las clasificaciones geomecánicas y me
gustaría ofrecer algunas soluc iones que emergierona lo largo de los 10 años que pasaron entre mis dosDoctor Honoris Causa y que siguen desarrollándose .
CLASIFICACION CSIR DE LOSMACIZOS ROCOSOS FISURADOS
ES NECESARIO UNA COMBINACION DE LOS FACTORES COMO
EL RQD Y LA INFLUENCIA DE RELLENOS ARCILLOSOS Y DELAMETEORIZACION. ES AQUÍ CUANDO APARECE BIENIAWSKI (1974), QUE
TRABAJANDO PARA EL CSIR PROPUSO UNA CLASIFICACIONDE ESTE TIPO.
PROPONE:
1. “DIVIDIR EL MACIZO EN GRUPOS DE COMPORTAMIENTOPARECIDO2. PROPORCIONAR UNA BUENA BASE PARA LA COMPRENSIONDE LAS CARACTERISTICAS DEL MACIZO.3. FACILITAR LA PLANEACION Y EL DISEÑO DE ESTRUCTURAS
EN LA ROCA AL PROPORCIOAR DATOS CUANTITATIVOS QUENECESITAN PARA LA SOLUCION DE PROBLEMAS DEINGENIERIA.4. PROPORCIONAR UNA BASE COMUN DE COMUNICACIÓNEFECTIVA PARA TODAS LAS PERSONAS INTERESADAS EN UNPROBLEMA DE GEOMECANICA”
CLASIFICACION CSIR DE LOSMACIZOS 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 YECONOMICA”.
PARA CUMPLIR ESTOS REQUISITOS, BIENIASWSKI PROPUSOORIGINALMENTE 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 ROCAINALTERADA.
4. DISTANCIA ENTRE SI DE FISURAS Y ESTRATIFICACION.5. ORIENTACION DEL RUMBO Y EL ECHADO.6. SEPARACION DE LAS FISURAS.7. CONTINUIDAD DE LAS FISURAS8. INFILTRACION DE AGUAS SUBTERRANEAS.
CLASIFICACION CSIR DE LOS MACIZOSROCOSOS FISURADOS
DESPUES DE LOGRAR ALGO DE EXPERIENCIA EN LA APLICACIÓNPRACTICA DE LA CLASIFICACION GEOMECANICA (CSIR) ORIGINALBIENIAWSKI (1976) MODIFICO SU SISTEMA, ELIMNANDO EL GRADODE METEORIZACION COMO PARAMETRO SEPARADO, YA QUE SUEFECTO ESTA TOMADO EN CUENTA EN LA RESISTENCIA A LA
COMPRESION UNIAXIAL E INCLUYENDO LA SEPARACION Y LACONTINUIDAD DE LAS FISURAS EN UN NUEVO PARAMETRO: ELESTADO DE LAS FISURAS.
ELIMINO LOS PARAMETROS BASICOS COMO LA ORIENTACION DELRUMBO Y EL ECHADO YSUS EFECTOS SE TOMAN EN CUENTA CON
EL AJUSTE A LA CLASIFICACION DESPUES DE EVALUAR LOSPARAMETROS BASICOS.
FINALMENTE LOS 5 PARAMETROS BASICOS DE LA CLASIFICIACIONQUEDARON COMO SIGUE:
CLASIFICACION CSIR DE LOS MACIZOS ROCOSOS FISURADOS
1. RESISTENCIA DE LA ROCA INALTERADABieniawski emplea la clasificacion de la resistencia a la compresiónuniaxial de la roca que propone Deere y Miller (1966). Como alternativa
se podra utilizar la “Clasificacion de carga puntual”, para cualquier tipode roca excepto la muy frágil.2. RQD (Indice de calidad de la roca según Deere).3. ESPACIAMIENTO DE FISURAS
Fisuras se utiliza para toda clase de discontinuidades: fisuras, planosde estartificacion y otros. De nuevo Bieniawski utiliza la clasificaciónpropuesta por Deere.
4. EL ESTADO DE LAS FISURASEste 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.
5. CONDICIONES DE AGUA SUBTERRÁNEASe hace un intento de medir la influencia del flujo de aguassubterráneas sobre la estabilidad de excavaciones en términos delcaudal observado que penetra en la excavación y de la relación queexiste entre la presión del agua en las fisuras y el esfuerzo generalprincipal, o con alguna observación cualitativa relacionada con el agua
CLASIFICACIONES GEOMECÁNICAS, BIEN LOS MODELOS NUMÉRICOS,
O BIEN A PARTIR DE LOS DATOS DE LA INSTRUMENTACIÓN.
No es cierto. Hacerlo así es un grave error
Este mito se refiere al diseño de túneles en general, que implicatres formas de aproximarse al problema que deberían ir de lamano para formar parte de un único proceso de diseño deingeniería, como por ejemplo la Metodología de Bieniawski (1992)
Metodología deDiseño y principios
de Ingeniería deRocas Bieniawski(1992)
MITO Nº1LOS TÚNELES PUEDEN DISEÑARSE USANDO BIEN LAS
CLASIFICACIONES GEOMECÁNICAS, BIEN LOS MODELOS NUMÉRICOS,
O BIEN A PARTIR DE LOS DATOS DE LA INSTRUMENTACIÓN.
No es cierto. Hacerlo así es un grave error
Por último, ¡una advertencia! Cuando hablamos sobre los métodos empíricos yconsiderando como ejemplo las clasificaciones geomecánicas, debe tenerseen cuenta que estas clasificaciones no son iguales; ¡Se desarrollaron paradistintos propósitos y a partir de distintas bases de datos! En esencia el RMR yla Q están sin duda en la misma categoría de evaluar la calidad del
macizo rocoso con el propósito de construir túneles y proporcionar datos parael proyecto y la construcción. En consecuencia, “se complementan y
correlacionan entre sí” (Barton y Bieniawski, 2007). El índice de resistenciageológica GSI es diferente de estos dos; “no tiene otro uso que el deproporcionar datos al criterio de Hoek-Brown” (Hoek et al, 1995) siendo
un índice de caracterización de macizos rocosos.La clasificación NMA difiere también del RMR y la Q; forma parte de unmétodo observacional de construir túneles que no se propone caracterizargeotécnicamente el terreno pero que proporciona “unas bases objetivas para
calcular el coste de los túneles y las velocidades de avance” (Galler, 2010), es
decir, establecer “clases de excavación” a efectos de compensaciones
MITO Nº2PARA MACIZOS ROCOSOS DE MUY MALA CAL IDAD, NO ES
APL ICAB LE LA CATEGORÍA INFERIOR DE LA CLASIFICACIÓN
RMR .
No es cierto, son ideas equivocadas sobre los hechos.Los hechos son que el RMR continua usándose conéxito incluso para “rocas de muy mala calidad”, Clase 5con RMR<20, cuando los datos se determinan de
manera adecuada.
MITO Nº2PARA MACIZOS ROCOSOS DE MUY MALA CALIDAD, NO ES APL ICAB LE
No es cierto, son ideas equivocadas sobre los hechos. Los hechos son que el RMR continuausándose con éxito incluso para “rocas de muy mala calidad”, Clase 5 con RMR<20, cuando
los datos se determinan de manera adecuada.Este mito se deriva de hábitos erróneos que utilizan lasclasificaciones geomecánicas como un “libro de cocina” del que
se espera obtener “recetas” válidas para todas las situaciones
de proyecto. En una publicación del año 1991, advertí aingenieros y geólogos de que los macizos rocosos demala calidad requieren especial atención y una cuidadosacaracterización geotécnica, puesto que la precisión delRMR, dependiendo de la pericia, puede estar dentro de unrango de 2-3 puntos (lo mismo que sucede en otrasclasificaciones). Pero esto no significa que el RMR no puedaaplicarse para evaluar macizos rocosos de muy mala calidad.Después de todo, tenemos numerosos casos históricos donde
se registra un RMR = 0 a 3.
MITO Nº2PARA MACIZOS ROCOSOS DE MUY MALA CALIDAD, NO ES APL ICAB LE
No es cierto, son ideas equivocadas sobre los hechos. Los hechos son que elRMR continua usándose con éxito incluso para “rocas de muy mala calidad”,
Clase 5 con RMR<20, cuando los datos se determinan de manera adecuada.
•El malentendido más grave que se reprodujo en laliteratura en la década pasada fue que no seentendió claramente que las puntuaciones para losparámetros del RMR son cero en sus valoresmínimos. Se pasó por alto que las puntuaciones
de la tabla original del RMR – Tabla 1 – representan el valor promedio de cada parámetro,y no el valor mínimo, como se deduce de Hoek et al(1995).
MITO Nº2PARA MACIZOS ROCOSOS DE MUY MALA CALIDAD, NO ES APL ICAB LE
No es cierto, son ideas equivocadas sobre los hechos. Los hechos son que el RMR continuausándose con éxito incluso para “rocas de muy mala calidad”, Clase 5 con RMR<20, cuando
los datos se determinan de manera adecuada.
MITO Nº2PARA MACIZOS ROCOSOS DE MUY MALA CALIDAD, NO ES APL ICAB LE
No es cierto, son ideas equivocadas sobre los hechos. Los hechos son que el RMR continuausándose con éxito incluso para “rocas de muy mala calidad”, Clase 5 con RMR<20, cuando
los datos se determinan de manera adecuada.•Sin embargo, existían en la literatura gráficas para la valoración de losparámetros, preparadas para facilitar los análisis con ordenadores (Figura2), que muestran claramente que las curvas comienzan en cero. Por lotanto , el macizo rocoso de peor cal idad t iene un valor de RMR=0, que
signif ic a que en tal caso se trata de un suelo y no de una roca.Este malentendido surgió cuando Hoek et al. (1995), actuando debuena fe para tratar con macizos rocosos de muy mala calidad,presentó un ejemplo donde en la aplicación del RMR se asumíancondiciones secas en el macizo y una orientación de las
discontinuidades muy favorable para un macizo rocoso de muy malacalidad con resistencia insignificante σc. En tal caso, y según la Tabla1, el mínimo valor de RMR que se tomó erróneamente fue de 8 (3+5)concluyendo que el índice RMR no funcionaba para macizos rocosode muy mala calidad. Para superar estas supuestas limitaciones se
introdujo el Geological Strength Index (GSI).
MITO Nº2PARA MACIZOS ROCOSOS DE MUY MALA CALIDAD, NO ES APL ICAB LE
No es cierto, son ideas equivocadas sobre los hechos. Los hechos son que el RMR continuausándose con éxito incluso para “rocas de muy mala calidad”, Clase 5 con RMR<20, cuando
los datos se determinan de manera adecuada.
MITO Nº2PARA MACIZOS ROCOSOS DE MUY MALA CALIDAD, NO ES APL ICAB LE
No es cierto, son ideas equivocadas sobre los hechos. Los hechos son que el RMR continuausándose con éxito incluso para “rocas de muy mala calidad”, Clase 5 con RMR<20, cuando
los datos se determinan de manera adecuada.• Además, se especulaba que en esas condiciones, con RMR<15,podría
aplicarse la siguiente ecuación aproximada: GSI = RMR - 5,
puesto que los parámetros del RMR relativos a la densidad dediscontinuidades (RQD + espaciamiento de juntas) y a lascondiciones de las discontinuidades serían aproximadamenteiguales a los dos parámetros del GSI relativos a la estructura delmacizo y las condiciones de las superficies (cuyos valores se
obtuvieron de todos modos de la clasificación RMR).El problema de este razonamiento es que dicha equivalencia soloes de aplicación en el rango inferior de los macizos rocosos demuy mala calidad
(clase V del RMR).
MITO Nº2PARA MACIZOS ROCOSOS DE MUY MALA CALIDAD, NO ES APL ICAB LE
No es cierto, son ideas equivocadas sobre los hechos. Los hechos son que el RMR continua usándosecon éxito incluso para “rocas de muy mala calidad”, Clase 5 con RMR<20, cuando los datos sedeterminan de manera adecuada.
Desafortunadamente, estas ideas se aplicaron de forma errónea pormuchos geólogos e ingenieros a macizos de mejor calidad con RMR>>20,puesto que era más fácil realizar una aproximación descriptiva medianteel GSI que una cuantitativa mediante el RMR, donde hay que medir los
parámetros que lo componen. En este proceso se obtuvieron resultadosinexactos que fueron tomados como “fiables” al introducirlos en
sofisticados análisis por ordenador. De hecho, cuando el GSI se introdujoen 1995, las herramientas geológicas no estaban tan avanzadas como loestán hoy y su lema “no intente ser preciso” condujo a estimaciones
rápidas.Los que desar ro llaron el GSI señalaron que es u n índ ice decaracter ización de los macizos ro cos os y no pretende sust i tu i r a
sistemas de clasi f icación del t ipo del RMR o el Q – pero esto s e pasa
por alto , inc luso al día de hoy . Hay que tener en cuenta que la únicafunción que se le exigió al GSI fue la de estimar la resistencia delmacizo rocoso utilizando el criterio de Hoek-Brown, específicamente
ara macizos rocosos de mu mala calidad.
MITO Nº2PARA MACIZOS ROCOSOS DE MUY MALA CALIDAD, NO ES APL ICAB LE
No es cierto, son ideas equivocadas sobre los hechos. Los hechos son que el RMR continuausándose con éxito incluso para “rocas de muy mala calidad”, Clase 5 con RMR<20, cuando
los datos se determinan de manera adecuada.
MITO Nº2PARA MACIZOS ROCOSOS DE MUY MALA CALIDAD, NO ES APLICABLE LA CATEGORÍA
No es cierto, son ideas equivocadas sobre los hechos. Los hechos son que el RMR continuausándose con éxito incluso para “rocas de muy mala calidad”, Clase 5 con RMR<20, cuandolos datos se determinan de manera adecuada.
Por último, una prueba de la aplicabilidad de la clasificación RMR para evaluar losmacizos rocosos de muy mala calidad se obtiene de la observación de los numerososcasos históricos de la Figura 4, donde se muestra una correlación entre el RMR y elQ publicada en un año tan temprano como 1976. En la gráfica se observa unanotable dispersión de resultados. Por lo tanto, en un proyecto determinado deben
emplearse ambas clasificaciones para comprobar que es aplicable la correlación:RMR = 9 ln Q + 44
(la misma correlación figura también en la literatura como RMR = 9 log Q + 44). Esta
expresión no resulta válida cuando se utiliza el GSI en lugar del RMR.
MITOS FRECUENTES EN LASCLASIFICACIONES GEOMECANICAS
MITO Nº3EL CRITERIO DE HOEK-BROWN Y EL CRITERIO DEMOHR-COULOMB SON LOS ÚNICOS PARA ESTIMAR LA
RESISTENCIA DE LOS MACIZOS ROCOSOS Y EL
FACTOR DE SEGURIDAD.No es cierto, el criterio de Mohr-Coulomb, que seremonta a 1773, sirve para bastantes cosas, en particularpara el análisis de la estabilidad de taludes, pero existenotros criterios de resistencia de pico – igualmenteefectivos por ejemplo, el criterio de Yudhbir-Bieniawski(1983) que se utiliza para cotejar los resultados delcriterio de Hoek-Brown (Edelbro et al, 2006).
MITOS FRECUENTES EN LASCLASIFICACIONES GEOMECANICAS
MITO Nº4LA MEJOR FORMA DE ESTIMAR EL MÓDULO DEDEFORMACIÓN ES A PARTIR DE CUALQUIERA DE LAS
CORRELACIONES QUE SE ENCUENTRAN EN LA
LITERATURA DE LA MECÁNICA DE ROCAS
•No es cierto, unas correlaciones están mejorsustentadas que otras, y algunas correlaciones deben
evitarse si no se confirman con ensayos in situ. Perohay una gran diferencia entre “determinar” y “estimar”la deformabilidad del macizo rocoso: determ inar es muy
deseable; est imar se hace en ausencia de datos in situfiables y para diseños preliminares.
MITOS FRECUENTES EN LASCLASIFICACIONES GEOMECANICAS
MITO Nº5ES SUFICIENTE CON BASARSE EN EJEMPLOSESTUDIADOS Y DESARROLLADOS EN EL CAMPO DELA INGENIERÍA CIVIL DE TÚNELES
Una gran equivocación! Hay una gran cantidad devaliosa información que obtener de “nuestros primos”los ingenieros de minas, para aplicarla a la Ingeniería
Civil.
MITOS FRECUENTES EN LAS CLASIFICACIONESGEOMECANICAS
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 dezonas de corte y rocas portadoras de arcilla.
2) Esfuerzos rocosos en rocas competentes.
3) Cargas de alta deformación en rocas plásticas incompetentes. Estopuede ser considerado como un parámetro de esfuerzo total.
4) El parámetro Jw es una medida de presión de agua, la cual tiene unefecto adverso sobre la resistencia al corte de las juntas, debido a lareducción del esfuerzo normal efectivo.
De = Ancho,diámetro altura excavación(m) Relación de sostenimiento (ESR)
EL VALOR DE ESR ESTA RELACIONADO AL USO QUE SE LE DARAA LA EXCAVACION Y AL GRADO DE SEGURIDAD QUE ESTADEMANDE DEL SISTEMA DE SOSTENIMIENTO INSTALADO PARAMANTENER LA ESTABILIDAD DE LA EXCAVACION
RELACIONANDO EL INDICE Q A LA ESTABILIDAD Y A LOSREQUERIMIENTOS DE SOSTENIMIENTO DE EXCAVACIONESSUBTERRÁNEAS, BARTON LIEN Y LUNDE, DEFINIERON UN
PARÁMETRO ADICIONAL AL QUE DENOMINARON DIMENSIONEQUIVALENTE De DE LA EXCAVACIÓN.ESTA DIMENSION ES OBTENIDA DIVIDIENDO EL ANCHO, DIAMETRO OALTRURA DE LA PARED DE LA EXCAVACION POR UNA CANTIDADLLAMADA RELACION DE SOSTENIMIENTO DE LA EXCAVACION, ESR. :
Aberturas mineras permanentes, túneles de aguapara hidroeléctricas (excluyendo conductosforzados de alta presion), tuneles, galerías ysovavones para grandes excavaciones.
1.6
C
Cámaras de almacenamiento, plantas detratamiento de agua, túneles carreteros yferrocarrileros menores, camaras de equilibrio,tuneles de acceso.
1.3
D Casas de máquinas, túneles carreteros yferocarriles mayores, refugios de defensa civil,portales y cruces de túnel.
1.0
EEstaciones nucleoeléctricas subterráneas,estaciones de ferrocarril, instalaciones para
deportes y reuniones, fábricas.
0.80
CATEGORIAS DE SOSTENIMIENTOBASADAS EN INDICE DE CALIDAD Q
• El objetivo del modelo de QTBM, que muy brevemente será descrito aquí,
es permitir al que utilizar la Tala de q de base, o la velocidad sísmica solocon el fin de reproducir tanto PR (la tasa de penetración) y AR (la tasa deavance real) para los distintos ámbitos, tipos de roca, o longitudes de túnel.Naturalmente, hay interacciones importantes entre la roca y la que debenser incluidos.
modificaciones a la clasificación geomecánica de Bieniawski
y recomendaciones para el sostenimiento.Los ajuste que proponen Laubscher y taylor, consisten en lamodificación del valor original, siendo los siguientes:
Meteorización
Esfuerzos In situ e inducidosCambios de los esfuerzos
Influencia de las orientaciones del rumbo y buzamiento
Efectos de Voladura Ajustes Combinados
RMR + Ajustes = MRMR
CORRECCCION DE LAUBSCHER Y TAYLORAlgunos tipos de roca se meteorizaná id t d t
El tamaño, la forma y la dirección del avance de una excavaciónsubterránea 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 deuna excavación subterránea en una roca fisurada depende de lacantidad de fisuras y de los frentes de excavación que se desvían
de la vertical y recomiendan los siguientes ajustes: (ajustes enporcentaje dependiendo de la cantidad de frentes inclinados en laexcavación).
34
5
6
5
6
43
4
5
3
2.1
13
4
2
2
3
2
# de fracturas que
definen bloque
a la vertical y porcentajes de ajuste
# de planos con inclinaciones distintas
70% 75% 80% 85% 90%
CLASIFICACIÓN DE LAUBSCHER Y TAYLORAJUSTES – INFLUENCIA Rb. Y Bz.
CLASIFICACIÓN DE LAUBSCHER-TAYLOR – SOSTENIMIENTO• a.- Generalmente no hay sostenimiento, pero algunas intersecciones de fisuraspueden necesitar pernos.
• b.- Cuadricula de pernos cemntados con espaciamiento de 1 m.C d i l d d i i d 0 75
• 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 espcaiamiento 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 espcaimiento de 1 m si los cambios de los esfuerzos no sonexcesivos.
• i.- Pernos cementados con espaciamiento de 0.75 m si hay un esfuerzo potencial ala mano, y 100 mm de concreto lanzado, luego cibras 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 resfuerzo de cable protector seguido de concreto lanzado hasta e
incluyendo el frente si es necesario y luego cimbras de acero poco seprados, comotecnica de reparación donde los cambios en los esfuerzos soon excesivos.
• l - No traba ar en este terreno o usar las técnicas ó k
QUERER BUSCAR UN METODO DE CLASIFICACION DEMACIZOS ROCOSOS QUE TENGAN EN CUENTA LAEXTRAPOLACION DE LOS DATOS DE SUPERFICIE, SUVARIACION DE LAS PROPIEDADES CON LAPROFUNDIDAD Y LOS DISTINTOS CONDICIONANTESGEOMECANICOS QUE INTERVIENEN EN UN DISEÑO DE
TÚNEL Y POSTERIOR COMPORTAMIENTO DURANTE LAEXCAVACION.• LA CLASIFICACION SRC SE BASA EN LA CLASIFICACION
DE BIENIAWSKI (1979) Y REUNE TAMBIEN EXPERIENCIASDE LA CLASIFICACION DE BARTON et al (1974), SIN
EMBARGO SE DIFERENCIA DE ELLAS POR INTRODUCIRFACTORES DE CORRECCION PARA EL USO DE DATOS DESUPERFICIEE INCORPORA NUEVOS INDICES COMO ELESTADO TENSIONAL E INFLUENCIA DE LASCONDICIONES CONSTRUCTIVAS.
CLASIFICACION GEOMECANICA SRCPARAMETROS DE CLASIFICACION A. RESISTENCIA DE LA MATRIZ ROCOSA
C. CONDICION DE LAS DISCONTINUIDADESD. FILTRACIONESE. 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 enaños x 10-³ y la máxima carga litostatica vertical)
ACCIDENTES TECTONICOS
(Los accidentes tectónicos importantes pueden dar lugar a marcadasanisotropías direccionales y concentración esfuerzos) ACTIVIDAD NEOTECTONICATambien puede ser causa de importantes anisotropías tensionales.Ubicación a zona sísmica activa)
F PROCESO CONSTRUCTIVO
CLASIFICACION GEOMECANICA SRCINDICE DE CALIDAD VALORES
NUEVO METODO AUSTRIACO DE TUNELERIA(N.A.T.M.), SU EMPLEO ESTA MUY DIFUNDIDO EN
ALEMANIA, AUSTRIA Y FRANCIA.• ESTA CLASIFICACION RECOGE LAS EXPERIENCIAS
OBTENIDAS EN LA CONSTRUCCION DE TUNELES,DONDE LA MASA ROCOSA PRESENTA DIVERSOS
GRADOS DE OPOSICION AL AVANCE DE EXCAVACIONDEL TUNEL, Y SE HACE NECESARIO EFECTUAR SUCORRESPONDIENTE SOSTENIMIENTO, EN TERRENOSMUY DIFICILES, EJECUTAR METODOS DESOSTENIMIENTO PARCIAL, CON EL CONSIGUIENTE
TIPO DE SOSTENIMIENTO.• ESTE TIPO DE CLASIFICACION TIENE VALOR
IMPORTANTE, CUANDO SE EJECUTANEXCAVACIONES DE GRAN SECCION, MAYORES DE 50METROS CUADRADOS.
• Basa su clasificación en el RMI, el que considera la reducción
de la resistencia de las rocas provocada por el agrietamiento yse expresa mediante la siguiente ecuación.
RMI = Rc JP• Donde:
• RC = Resistencia a compresión uniaxial de la roca intacta enmuestras de 50 mm de diámetro.• JP = Parámetro dependiente del agrietamiento. Es un factor de
reducción que representa el tamaño de los bloques y el estadode las caras de los mismos, definidas por la fricción y eltamaño de las grietas.
• En el esquema que se ofrece a continuación se dan losparámetros principales que intervienen en la propuesta dePalmstrom para la valoración de estabilidad en los macizos
• El valor del coeficiente D se puede calcular por tablas elaboradas porPalmstrom o por la expresión D= 0,37 JC-0,2
• El valor de JP varía desde valores próximos a 0, para rocas muyfracturadas, hasta 1 en rocas intactas. La forma exponencial de su
expresión de cálculo coincide perfectamente con los datos experimentalesque indican que el espacio entre grietas tiene una representaciónestadística de tipo exponencial, como se indica en los estudios de Merritt yBaecher (1981).
• El factor de estado de las grietas se expresa según la ecuación siguiente: jC = jL (jR / jA), donde jL, jR, y jA son factores que describen la longitud y lacontinuidad, la rugosidad y la alteración del plano de grietasrespectivamente. Los valores correspondientes a estos parámetros seencuentran reflejados en Tablas. Los factores jR y jA son similares a losvalores de jR y jA que se utilizan para obtener el valor de Q. El factor detamaño y continuidad de las grietas (jL) se ha introducido en el sistema Rmi
para representar el efecto que producen las grietas a diferentes escalas
INDICE DEL MACIZO ROCOSO RMi• Comúnmente, el factor de estado de las juntas jC tienen un
valor entre 1 y 2; y consecuentemente el parámetro de
Para jC = 1,75 el parámetro de grieta se pueden expresarde la forma siguiente:
JP = 0.25Vb
• Con mucha frecuencia se deben considerar los efectos deescala, que son significativos cuando se extrapolan losresultados de ensayos de laboratorio a volúmenes deensayos de campo. Como se indicó anteriormente, el Rmise ajusta fácilmente cuando se incluyen efectos de escala
en JP. En cambio, para macizos rocosos masivos, el efectode escala para los ensayos de compresión uniaxial ( RC ) nose tiene en cuenta, ya que los ensayos se realizan sobremuestras de 50 mm de diámetro.
predefinidos en este sistema en el que el carácter tridimensional de unmacizo rocoso viene representado por el volumen del bloque.
El Rmi se puede usar fácilmente para establecer estimaciones groserasdisponiendo tan sólo de una información básica del macizo rocoso. Porejemplo, en el período inicial de un proyecto usando la expresión para elcálculo de JP para el valor de JC de 1,75...
El Rmi es un método bastante cómodo a la hora de establecer
comparaciones e intercambio de información de diferentes puntos ozonas. En este sentido, es una herramienta muy útil para intercambiarinformación y conocimientos (mejorar la comunicación) entre losprofesionales que se dedican a la ingeniería y el diseño de obras civiles.
El RMI ofrece un sistema de caracterización del macizo rocoso bastanteútil en ingeniería. El Rmi es un parámetro que, en líneas generales,
caracteriza la resistencia inherente de un macizo rocoso y se puedeaplicar en ingeniería para establecer la calidad de este material enconstrucción. En el trabajo de campo se usa fácilmente , ya que el RMIviene definido por el volumen de los bloques y por los parámetros defracturación del macizo rocoso.
LIMITACIONES DEL RMi• El rango y tipos de macizos rocosos que se pueden clasificar
mediante el RMI. Tanto la roca intacta como las grietas muestrangrandes variaciones direccionales en composición y estructura
grandes variaciones direccionales en composición y estructura,proporcionando un amplio rango de composiciones y propiedades delos macizos rocosos. No es posible caracterizar todas lascombinaciones que se presentan en la naturaleza con un solonúmero. Sin embargo, el sistema Rmi, muy probablementecaracteriza el rango más amplio de materiales comparado con losdemás métodos de clasificación existentes.
• La precisión de la expresión RMI. El valor del parámetro degrietas(JP) se calibra con unos pocos ensayos de compresión agran escala. La evaluación de los diversos factores (jR, jA y Vb)utilizados para la obtención de JP y el tamaño de las muestrasensayadas, que en algunos casos no es representativo por el
reducido número de bloques que presenta, puede generar una seriede errores sistemáticos en el cálculo del parámetro JP, por lo que seobtiene un valor de Rmi aproximado. Sin embargo, en algunoscasos, los errores cometidos en algunas mediciones puedencompensar otros, dando finalmente resultados coherentes.
g jembargo presenta inconvenientes a que:Los envolventes de la resistencia en roca no son
lineales. Aplicado para suelosNo se aplica a material rocoso con discontinuidades.
Las rocas a diferencia de los suelos presentan uncomportamiento mecánico NO LINEAL, por lo que loscriterios de rotura lineales, a pesar de la ventaja de su
simplicidad, no son muy adecuados en cuanto quepueden proporcionar datos erróneos a la hora deevaluar el estado de deformaciones de las rocas.
criterio que permite la estimación de laresistencia al corte de roca intacta y de losmacizos rocosos.
• Uno de los aspectos particulares del criterio derotura de Hoek – Brown es la posibilidad denormalizar los términos, que involucran losesfuerzos, en expresiones matemáticas.
• Es posible escribir la forma genérica del criterioen términos de esfuerzos de corte y normalestrasformados en el plano de rotura.
La forma generalizada define la combinación de esfuerzos principales en la rotura para el caso de macizos rocosos.
Esto esta basado en la suposición de que las diaclasas están
cercanamente espaciadas y que las mismas no tienen una
(1995) y Hoek, Kaiser & Badwen (1995) que provee unsistema, para estimar la reducción de la resistencia del macizorocoso para diferentes condiciones geológicas.
• La resistencia de un macizo rocoso fracturado depende de laspropiedades de los bloques de roca intacta y, también, de la
libertad de éstos para deslizar y girar bajo distintas condicionesde esfuerzo. Esta libertad está controlada por el perfilgeométrico de los bloques de roca intacta, así como también,por la condición de las superficies que separan dichos trozos obloques. Los trozos de roca angulosos, con caras definidas por
superficies lisas y abruptas, producen un macizo rocoso muchomás competente que uno que contenga bloquescompletamente rodeados por material intemperizado y/oalterado.
INDICE DE RESISTENCIA GEOLOGICA(GIS)
• Uno de los problemas prácticos surge cuando se fija el
Uno de los problemas prácticos surge cuando se fija el
valor del GSI en terreno, está relacionado con el daño porvoladura. Donde sea posible, se debería usar lasuperficie no dañada para estimar el valor GSI, ya que elpropósito principal es determinar las propiedades delmacizo rocoso no perturbado. En todos aquellas
superficies visibles que se hayan dañado a causa de lavoladura, se debería de intentar hacer algo paracompensar los valores del GSI más bajos obtenidos deesas caras libres. En caras libres recientemente voladas,se crearán nuevas discontinuidades por efecto de la
voladura, las cuales resultan en un valor GSI que puedellegar a ser nada menos 10 puntos más bajo que elcorrespondiente al mismo macizo rocoso no perturbadopor la voladura.
RELACIONES ENTRE mb/mi, s y a Y ELINDICE DE RESISTENCIA GEOLOGICA (GSI)
c = Resistencia compresiva uniaxial de las piezas de roca intacta
mb, s, a son las constantes de la composición, estructura ycondiciones superficiales de la masa rocosa
ESTRUCTURA
SUPERF
ICIE
intemperizacion ni de
alteración)
con patinasde oxido de
hierro
das y/oalteradas
granulares y/oarcillosos firmes
alteradas, conrellenos
arcillososblandos
FRACTURADO EN BLOQUES
(BLOCKY) MACIZO ROCOSO CONFORMADO POR TROZOSO BLOQUES DE ROCA BIEN TRABAJADOS, DEFORMA CUBICA Y DEFINIDOS POR TRES SETSDE ESTRUCTURAS, ORTOGONALES ENTRE SI
mb/mi
S
a
Em
Y
GSI
0.600
0.190
0.500
75,000
0.200
85
0.400
0.062
0.500
40,000
0.200
75
0.260
0.015
0.500
20,000
0.250
62
0.160
0.003
0.500
9,000
0.250
48
0.080
0.0004
0.500
3,000
0.250
34
FUERTEMENTE FRACTURADO ENBLOQUES
(VERY BLOCKY) MACIZO ROCOSO ALGO PERTURBADO,
CONFORMADO POR TROZOS O BLOQUES DEROCA TRABADOS, DE VARIAS CARAS,
ANGULOSOS Y DEFINIDOS POR CUATRO O MASSETS DE ESTRUCTURAS
mb/mi
S
a
Em
Y
GSI
0.400
0.062
0.500
40,000
0.200
75
0.290
0.021
0.500
24,000
0.250
65
0.160
0.003
0.500
9,000
0.250
48
0.100
0.001
0.500
5,000
0.250
38
0.070
0.000
0.530
2,500
0.300
25
FRACTURADO Y PERTURBADO
(BLOCKY/DISTURBED) MACIZO ROCOSO PLEGADO Y/O AFECTADOPOR FALLAS, CONFORMADO POR TROZOS O
BLOQUES DE ROCA DE VARIAS CARAS, ANGULOSOS Y DEFINIDOS POR LA
INTERSECCIÓN DE NUMEROSOS SETS DEESTRUCTURAS
mb/mi
S a
Em
Y
GSI
0.240
0.012 0.500
18,000
0.250
60
0.170
0.004 0.500
10,000
0.250
50
0.120
0.001 0.500
6,000
0.250
40
0.080
0.000 0.500
3,000
0.300
30
0.060
0.000 0.550
2,000
0.300
20
DESISNTEGRADO
(DESINTEGRATED) MACIZO ROCOSO MUY FRACTURADO Y
QUEBRADO, CONFORMADO POR UN CONJUNTOPOBREMENTE TRABADO DE BLOQUES Y
SOBRE LA BASE DE SUS CARACTERISTICAS MECANICAS, DE SUCAPACIDAD DE SOPORTE A LAS SOLICITACIONES DE CARGA Y SUCOMPORTAMIENTO POR UN DETERMINADO TIEMPO.
LOS SISTEMAS RQD Y Q (NGI) INCLUYEN UN NUMERO SUFICIENTEDE DATOS FISICOS Y MECANICOS DE LA ROCA PARA EVALUARTODOS LOS FACTORES QUE INFLUYEN EN LA ESTABILIDAD DE UNA
EXCAVACION SUBTERRANEA. EL SISTEMA SRC INCLUYE DATOS SUPERFICIALES DE ASPECTOS
GEOLOGICOS Y GEOMECANICOS. INCLUYE LA NEOTECTONICA. EN CAMBIO EL SISTEMA RSR INCIDE EN LA CAPACIDAD DEL TIPO DE
SOPORTE Y LAS DIMENSIONES DE LA EXCAVACION.
EN OTRO SENTIDO LAUFFER DESARROLLA EL COMPORTAMIENTODE LA EXCAVACION POR SUS DIMENSIONES, Y POR UN TIEMPODETERMINADO.
RABCEWICZ Y LAS NORMAS ALEMANAS (B-2203) E BASAN EN ELCOMPORTAMIENTO DEL MACIZO ROCOSO Y LAS DIFICULTADES QUEOPONEN AL AVANCE DE UNA EXCAVACION.
CONCEPTOS SOBRE LAS CLASIFICACIONESGEOMECANICAS “LAS CLASIFICACIONES GEOMECANICAS SON UN METODO DE
INGENIERIA GEOLOGICA QUE PERMITE EVALUAR ELCOMPORTAMIENTO GEOMECANICO DE LOS MACIZOS ROCOSOS Y
COMPORTAMIENTO GEOMECANICO DE LOS MACIZOS ROCOSOS, Y
DE AQUÍ ESTIMAR LOS PARAMETROS GEOTECNICOS DE DISEÑO YEL TIPO DE SOSTENIMIENTO DE UN TUNEL” SUDAFRICA, BIENIAWSKI, 1989
“LAS CLASIFICACIONES GEOMECANICAS SON PROCEDIMIENTOS
EMPIRICOS QUE NOS AYUDAN A EVALUAR EL COMPORTAMIENTOESTRUCTURAL DE LAS ROCAS Y CON AYUDA DE ENSAYOS DE
LABORATORIO ESTIMAR PARAMETROS GEOTECNICOS , PARAOBTENER UN GRADO MINIMO DE SEGURIDAD EN EL DISEÑO DE LAEXCAVACION DE TUNELES EN ROCAS “ PERU, 2001
“LAS CLASIFICACIONES GEOMECANICAS NO DEBEN SER
UTILIZADAS PARA REALIZAR DISEÑOS DE SOSTENIMIENTOS ENLAS EXCAVACIONES DE TUNELES” PERU, 2004 “SE NECESITA DE POR LO MENOS LA UTILIZACION DE 02
PROCEDIMIENTOS DE CLASIFICACION PARA EVALUAR UNESTUDIO” PERU, 2002
HISTORIA DE LAS CLASIFICACIONES• 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 BIENIAWSKI.• 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 ROCASDE TERZAGHI
• PROPUSO ESTA CLASIFICACION PARA CALCULAR LAS CARGASQUE DEBEN SOPORTAR LOS MARCOS DE ACERO EN LOS TUNELES.
• EXPERIMENTO EN TUNELES FERROCARRILEROS CON REFUERZODE ACERO EN LOS ALPES.• DESTACA LA IMPORTANCIA DE LA EXPLORACION GEOLOGICA QUE
DEBERA HACERSE ANTES QUE SE TERMINE EL DISEÑO Y SOBRETODO INSISTE EN CONSEGUIR INFORMACION SOBRE LOSDEFECTOS EN LA FORMACION DE LA ROCA.“DESDE EL PUNTO DE VISTA DE INGENIERIA, EL CONOCIMIENTODEL TIPO DE DEFECTO EN LA ROCA Y EN SU INTENSIDAD PUEDESER MAS IMPORTANTE QUE EL TIPO DE ROCA QUE SE PUEDAENCONTRAR. POR LO TANTO, DURANTE LA EXPLORACION HAYQUE DAR ESPECIAL ATENCION A LOS DEFECTOS DE LA ROCA. EL
INFORME GEOLOGICO DEBERA CONTENER UNA DESCRIPCIONDETALLADA DE LOS EFECTOS OBSERVADOS EN TERMINOSGEOLOGICOS. TAMBIEN DEBERA MENCIONAR LA ROCADEFECTUOSA EN TERMINOS DE TUNELEO, COMO POR EJEMPLO:ROCA EN BLOQUE, JUNTEADA, ROCA QUE SE COMPRIME OEXPANDE.”
LA CLASIFICACION DE LAS ROCASDE TERZAGHIDEFINE 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
cuando se rompe, lo hace a través de la roca sana. Debido al dañoque se hace a la roca con el uso de explosivos, pueden caer deltecho desgajes de roca varias horas o varios dias despues de lavoladura. Esta condición se llama desprendido. La roca dura,inalterada, también puede verse afectada por chasquidos, lo queimplica la separación espontánea y violenta de láminas de roca delas paredes o del techo.
ROCA ESTRATIFICADA, esta constituída por capas unitarias conpocas o ninguna resistencia a la separación a lo largo del planolimítrofe entre estratos. La capa puede haberse debilitado o nodebido a fracturas transversales. Los desprendimientos soncomunes en este tipo de rocas.
ROCA MEDIANAMENTE FISURADA, tiene fisuras y ramaleos perolos bloques entre las juntas están soldados o tan intimamenteembonados que las paredes verticales no necesitan refuerzo. Enrocas de este tipo, se puede encontrar a la vez el desprendimientoy el chasquido.
LA CLASIFICACION DE LAS ROCASDE TERZAGHIDEFINE LOS TERMINOS DE TUNELEO COMO SIGUE: ROCA AGRIETADA EN BLOQUES, es una roca químicamente
inalterada o casi inalterada cuyos fragmentos se encuentran
inalterada o casi inalterada, cuyos fragmentos se encuentrantotalmente separados unos de otros y no embonan. Esta clase derocas puede necesitar además laterales en las paredes.
ROCA TRITURADA, pero químicamente sana tiene la apariencia deser un producto de trituradora. Si los fragmentos, en su mayoría otodos son del tamaño de arena y no ha habido recementación, la
roca triturada que esta abajo del nivel de las aguas freáticas tienenlas propiedades de una arena saturada. ROCA COMPRIMIDA, avanza lentamente en el túnel sin aumento
perceptible de volumen. Un prerequisito de compresión es unporcentaje elevado de partículas microscópicas osubmicrocópicas 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 estarlimitada a las rocas que contienen minerales arcillosos como lamontmorillonita, con una alta capacidad de expandirse.
DIAGRAMA DE CARGA DE ROCA SOBRE UNTUNEL (TERZAGHI,1946)
Durante la construcción del Túnel habrá algún relajamiento de lacohesión 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 eltúnel.
A este esfuerzo se opondrán fuerzas de fricción a lo largo de loslímites 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 delos 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 Hty B del túnel.TERZAGHI REALIZO MUCHAS PRUEBAS EN MAQUETAS,UTILIZANDO ARENA SIN COHESION PARA ESTUDIAR LA FORMADE LO QUE EL LLAMABA EL “ARCO DEL SUELO” ENCIMA DELTUNEL.
LA CLASIFICACION DE LAS ROCAS DE STINI Y LAUFFERSTINI, EN SU MANUAL DE GEOLOGIA DE TUNELES PROPUSO UNACLASIFICACIÓN DE LOS MACIZOS ROCOSOS (1958) Y COMENTO MUCHASDE LAS CONDICIONES ADVERSAS QUE PUEDEN ENCONTRASE EN ACONSTRUCCION DE TUNELES. INSISTIO SOBRE LA IMPORTANCIA DE LOSDEFECTOS ESTRUCTURALES DE LA ROCA Y DESACONSEJO QUE SEEXCAVARA PARALEO AL RUMBO DE DISCONTINUIDADES MUY INCLINADAS.
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 LLAMOLA ATENCION SOBRE LA IMPORTANCIA DEL TIEMPO QUE PERMANECIANESTABLES LAS EXCAVACIONES EN DIFERENTES TIPOS DE ROCA, INCLUSOEN MINAS ABANDONADAS.
EL TIEMPO DE SOSTEN ES EL LAPSO DURANTE EL CUAL UNA EXCAVACION
SERA CAPAZ DE MANTENERSE ABIERTA SIN ADEME, MIENTRAS QUE ELCLARO ACTIVO ES EL CLARO SIN ADEME MAS GRANDE EN EL TUNELENTRE EL FRENTE Y LOS REFUERZOS.
LAUFFER PENSO QUE EL TIEMPO SE SOSTEN ES UN CLARO ACTIVOCUALQUIERA ESTA RELACIONADO CON LAS CARACTERISTICAS DE LAROCA
EL TRABAJO DE STINIY LAUFFER QUE SE PUBLICO EN ALEMAN HA DESPERTADOPOCO INTERES EN EL MEDIO DE HABLA INGLESA. SIN EMBARGO HA TENIDO UNAINFLUENCIA DTERMINANTE EN LOS SISTEMAS DE CLASIFICACION MAS RECIENTESCOMOLOS 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 CONOCIDACOMO EL METODO AUSTRIACO DE TUNELERIA.
SEGÚN LAUFFER, EL TIPO A NO NECESITA SOSTENIMIENTO, LOS TIPOS B YC NECESITAN SOSTENIMIENTO DE TECHO, EL TIPO D REQUIERE CERCHASLIGERAS, EL TIPO E CERCHAS PESADAS, Y LOS TIPOS F Y G REQUIERENSOSTENIMIENTO PESADO INMEDIATO EN EL FRENTE.
RELACION ENTRE LA LONGITUD LIBRE Y EL TIEMPONECESARIO PARA SOSTENIMIENTO (LAUFFER)
PERFORACION DIAMANTINA. EL RQD ES DEFINIDO COMO PORCENTAJES DE PIEZAS DE TESTIGOS
INTACTOS MAYORES DE 100 mm (4 PULGADAS) EN LA LONGITUD DELTESTIGO.
EL TESTIGO DEBERA TENER POR LO MENOS UN TAMAÑO NX (54.7 mm O2.15 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 SONVISIBLES EN AFLORAMIENTOS SUPERFICIALES O EN SOCAVONESEXPLORATORIOS, EL RQD PUEDE SER ESTIMADO A PARTIR DEL NUMERODE 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, CONOCIDOCOMO EL CONTEO VOLUMETRICO DE DISCONTINUIDADES.
INDICE DE DESIGNACION DE LA CALIDADDE LA ROCA (R.Q.D.)
SOBRE TODO DE LA ORIENTACION DEL TALADRO. EL USO DEL CONTEO VOLUMETRICO DE DISCONTINUIDADES PUEDE
SER MUY UTIL EN LA REDUCCION DE ESTA DEPENDENCIADIRECCIONAL.
HAY QUE TENER MUY PRESENTE IDENTIFICAR LAS
DISCONTINUIDADES NATURALES DE LAS FRACTURAS CAUSADASPOR 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 DELEMPERNADO DE TUNELES. CORDING Y DEERE (1972), MERROT(1972) Y DEERE AND DEERE (1988).
SE DICE QUE EL ESPACIAMIENTO ENTRE LAS FRACTURASDECRECE CON EL INCREMENTO DE LA METEORIZACIÓN, POR LOQUE EL R Q D CRECERÍA. ¿ Y EL DETERIORO DEL MACIZO?
INDICE DE DESIGNACION DE LA CALIDADDE LA ROCA (R.Q.D.)PARA REALIZAR EL CALCULO DEL RQD CUANDO NO SE TIENETESTIGOS DE PERFORACION SE PUEDE REALIZAR DE UTILIZANDOFORMULAS EMPIRICAS COMO:
CUALITATIVOS DE MACIZOS ROCOSOS TALES COMO: EL SISTEMA Q, LA RELACON ENTR EL RQD Y UN FACTOR PARA EL
NUMERO DE FAMILIAS DE DIACLASA (Jn). EN EL SISTEMA RMR, EL RQD Y EL ESPACIAMIENTO DENTRE LAS
DIACLASAS (S)
EN EL Rmi (ROCK MASS NDEX), EL VOLUMEN DE BLOQUE (Vb) Y ELNUMERO DE FAMILIAR DE DACLASAS, Y EL NUMERO DE FAMILIASDE DIACLASAS (nj) CUANDO EL Rmi ES APLICADO EN LAEVALUACION DEL SOSTENIMIENTO DE ROCAS.
TAMBIEN EL SSTEMA CUALITATIVO GSI (GEOLOGICAL STRENGTH
INDEX) APLICA EL TAMAÑO DE BLOQUE, EXPRESADO COMODVERSOS GRADOS DE BLOQUEADO Y ROTURA DE MACIZOSROCOSOS, PARA LA DETERMINACION DE SUS VALORES PARA LARESISTENCIA DEL MACIZO ROCOSO.
RELACION ENTRE EL TAMAÑO DE LOSBLOQUES Y EL (R.Q.D.)
ESTRUCTURA DE UN MACIZO ROCOSO. LA PRESENCIA DEDIACLASAS REDUCE LA RESISTENCIA DE UN MACIZO ROCOSO YSU ESPACIAMIENTO GOBIERNA EL GRADO DE TAL REDUCCION”(BIENIAWSKI, 1973).
EL RMR APLICA CALIFICACIONES AL ESPACIAMIENTO ENTRE
DIACLASAS SEGÚN CLASIFICACION DE DEERE (1968). CUANDO SETENE UNA SOLA FAMILIA DE DIACLASAS, COMO EN LA FIG. 3(IZQUIERDA), ES FACIL MEDIR EL ESPACIAMIENTO. PERO SE TIENEMAS DE UNA FAMILIA, COMO OCURRE EN LA FIG.3 (DERECHA), O SETIENE UN ESQUEMA DE DIACLASADO COMPLICADO COMO EN LASFIG. 1 Y 2, BIENIAWSKI (1973) NO EXPLICA COMO CALCULA EL
ESPACIAMIENTO. SEGÚN EDELBRO (2003) “SERA CONSIDERADA LA MENOR
CALIFICACION SI HAY MAS DE UNA FAMILIA Y EL ESPACIAMIENTODE DIACLASAS VARIA”
RELACION ENTRE EL TAMAÑO DE LOS BLOQUESEN LOS SISTEMAS CLASIFICACONEN CASOS CUANDO ES USADO UNESPACIAMIENTO MEDIO ENTRE DIACLASAS YEXISTE MAS DE UNA FAMILIA, PUEDE EMPLEARSELA SGUIENTE EXPRESION
VALORACION DE LA ESTRUCTURA ROCOSA R.S.R.POR WICKHAM (1972)
WICKHAM, UTILIZO PARA EL DESARROLLO DE ESTE SISTEMA SUEXPERINCIA PERO TUNELES RELATIVAMENTE PEQUEÑOS SOSTENIDOSPOR MEDIO DE ARCOS METALICOS (CERCHAS), AUNQUE FUE ESTESISTEMA EL PRIMERO EN HACER REFERENCIA AL SHOTCRETE COMO
SISTEMA EL PRIMERO EN HACER REFERENCIA AL SHOTCRETE COMOSOSTENIMIENTO.
ESTE SISTEMA DEMUESTRA LA LOGICA INVOLUCRADA EN ELDESARROLLO DE UN SISTEMA DE CLASIFICACION DEL MACIZO ROCOSOCUASI-CUANTITATIVO Y LA UTILIZACION DEL INDICE RESULTANTE PARAESTIMAR EL SOSTENIMIENTO.
LA IMPORTANCIA DEL SISTEMA RSR, ES QUE INTRODUCE EL CONCEPTODE VALORACION DE CADA UNO DE LOS COMPONENTES DE ACUERDO A UNVALOR NUMERICO:
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, moderadamentefallada/plegada, intensamente fallada/plegada.
PARAMETRO B; GEOMETRIA: EFECTO DEL ARREGLO DE LASDISCONTINUIDADES 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 LACONDICION 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
ESTE SDS ESTA IDENTIFICADO POR UNA CIMBRA DE ACERO,CUYAS MEDIDAS EN SU SECCION TRANSVERSAL Y LONGITUD DELESPACIAMIENTO ENTRE EJES EN SU INSTALACION TIENEN LACAPACIDAD DE SOPORTR UNA CARGA PATRON, IGUAL AL PESO DEUNA COLUMNA DE ARENA SUELTA Y SATURADA CON AGUA BAJOUNA NAPA FREATICA.
EL AREA QUE OCUPA ESTA COLUMNA SE SITUA EN LAPROYECCION SUPERIOR DEL ANCHO DEL TUNEL HASTA LASUPERFICIE Y ESTA SE DA POR LA ECUACION EMPIRICA DETERZAGHI.
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 LASCARACTERISTICAS DE LA SECCION TRANSVERSAL DE LA CIMBRA DEACERO POR UNA SIMPLE RELACION DE CALCULO SE PUEDE DETERMNAR
EL ESPACIAMIENTO ENTRE CIMBRAS NECESARIAS PARA SOPORTAR LA
EL ESPACIAMIENTO ENTRE CIMBRAS NECESARIAS PARA SOPORTAR LACARGA REFERENCIAL NORMALIZADA.
A ESTA RELACIONE SE DENOMINA RIB RATIO (RR) Y PUEDE SER USADAPARA COMPARAR EL ACTUAL ESPACIAMIENTO FIJADO, CON ELESPACIAMIENTO FIJADO POR LA NORMA DE CARGUIO REFERENCIAL.
RR = SDS x 100/Espaciemiento real fijado
EN EL GRAFIO SIGUIENTE, CONOCIDO EL VALOR RSR, SE PUEDEDETERMINAR EL VALOR RR Y CON ESTE SE DETERMINA LA CIMBRA DEACERO REQUERIDA PARA UN DIAMETRO O ANCHO DE TUNEL DADO.
ESTA RELACION LA DETERMINO WICKHAM, DISEÑANDO DIAGRAMAS PARAPREDECIR EL SOPORTE EN LOS TUNELES.
LA RELACION DEL GRAFICO NOS PERMITE DESARROLLAR LA SIGUIENTEECUACION EMPIRICA, DONDE PUEDE PREDECIRSE EL EMPUJE DE ROCA(WR), POR CONOCIMIENTO DEL RSR Y LAS MEDIDAS DEL TUNEL ECAVADOEN 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 DESOPORTE
1991) pero llega un momento en que debemos revisar nuestros errores yefectuar las correcciones necesarias para evitarlos en el futuro.
“ Por mi parte, he recopilado una cantidad
significativa de material que demuestra que los mi tos(o erro res de concep to ) todavía pers isten cuando
se usan las clasificaciones geomecánicas y megustaría ofrecer algunas soluc iones que emergieron
a lo largo de los 10 años que pasaron entre mis dosDoctor Honoris Causa y que siguen desarrollándose .Richard Z. Bieniaswki , junio 2011
CLASIFICACION CSIR DE LOS MACIZOS ROCOSOS FISURADOS
1. RESISTENCIA DE LA ROCA INALTERADABieniawski emplea la clasificacion de la resistencia a la compresiónuniaxial de la roca que propone Deere y Miller (1966). Como alternativase podra utilizar la “Clasificacion de carga puntual”, para cualquier tipode roca excepto la muy frágil.
2. RQD (Indice de calidad de la roca según Deere).3. ESPACIAMIENTO DE FISURAS
Fisuras se utiliza para toda clase de discontinuidades: fisuras, planosde estartificacion y otros. De nuevo Bieniawski utiliza la clasificaciónpropuesta por Deere.
4. EL ESTADO DE LAS FISURASEste 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.
5. CONDICIONES DE AGUA SUBTERRÁNEA
Se hace un intento de medir la influencia del flujo de aguassubterráneas sobre la estabilidad de excavaciones en términos delcaudal observado que penetra en la excavación y de la relación queexiste entre la presión del agua en las fisuras y el esfuerzo generalprincipal, o con alguna observación cualitativa relacionada con el aguasubterránea.
FEENTE COMPLETO, 1- 1.5 mDE AVANCE. SOSTENIMIENTOCOMPLETO A 20 m DELFRENTE
Localmente pernos de 3 men la corona, espaciados a2.5 m con malla de alambreocasionalmente
50 mm en lacorona, dondesea requerido
Ninguno
III. ROCA
REGULARRMR: 41 – 60
Socavón en el tope y banqueo 1.5
– 3 m de avance en el socavón.Iniciar el sostenimiento despuésde cada voladura
Pernos sistemáticos de 4 mde longitud, espaciados 1.5 –
2.0 m en la corona y en lasparedes, con malla dealambres en la corona.
50 – 100 mm en
la corona y 30mm en lasparedes.
Ninguno
IV. ROCAMALA
RMR: 21 – 40
Socavón en el tope y banqueo 1.0 – 1.5 m de avance en el socavón.Instalar el sostenimiento con elavance de la excavación 10 m delfrente de avance
Pernos sistemáticos de 4.5m de longitud espaciados a 1
– 1.5 m en la corona y en lasparedes con malla dealambres
100-150 mm enla corona y 100mm en lasparedes.
Arcos ligeros amedianos espaciados a1.5 m donde seannecesarios.
V. ROCA MUYMALA
RMR: < 20
Galerías múltiples, 0.5 – 1.0 m deavance en el socavón de tope.Instalar el sostenimiento con elavance de la excavación.Shotcrete tan pronto como seaposible después de la voladura
Pernos sistemáticos de 5 – 6m de longitud espaciados 1 –
1.5 m en la corona y en lasparedes. Pernos en el piso.
150-200 mm enla corona, 150mm en lasparedes y 50 mmen el frente
Arcos medianos apesados espaciados a0.75 m con encostilladode acero ymarchavantis de sernecesario cerrar lasección (Invert)
tres formas de aproximarse al problema que deberían ir de lamano para formar parte de un único proceso de diseño deingeniería, como por ejemplo la Metodología de Bieniawski (1992)
Metodología deDiseño y principiosde Ingeniería de
Rocas Bieniawski(1992)
MITO Nº1
LOS TÚNELES PUEDEN DISEÑARSE USANDO BIEN LASCLASIFICACIONES GEOMECÁNICAS, BIEN LOS MODELOS NUMÉRICOS,
O BIEN A PARTIR DE LOS DATOS DE LA INSTRUMENTACIÓN.
No es cierto. Hacerlo así es un grave error
•Es primordial evitar elegir un único método de diseño
Es primordial evitar elegir un único método de diseño, justificándolo con no teníamos el tiempo y el dinero” para afrontar
la aproximación correcta.
Los tres métodos señalados son: el Empírico (por ejemplo la
clasificación RMR o la Q), el Analítico (po r ejem plo , lassolu ciones concretas que se obt ienen en los modelosnuméricos de ordenador), y el Observacional (por ejemplo, lasmediciones MONITOREOS que se realizan durante la
construcción o el Nuevo Método Austriaco NMA)
MITO Nº1
LOS TÚNELES PUEDEN DISEÑARSE USANDO BIEN LASCLASIFICACIONES GEOMECÁNICAS, BIEN LOS MODELOS NUMÉRICOS,
O BIEN A PARTIR DE LOS DATOS DE LA INSTRUMENTACIÓN.
No es cierto. Hacerlo así es un grave error
Es asombroso ver cómo en muchas publicaciones se han escrito
Es asombroso ver cómo en muchas publicaciones se han escritoargumentos en contra de las Clasificaciones Geomecánicas comométodo exclusivo para el diseño de túneles, y sin embargo¡nunca pretendí esta exclusividad cuando desarrollé el índice
RMR hace 38 años! Siempre he enfatizado que lasclasificaciones geomecánicas deben usarse en conjunto con losotros dos métodos de aproximación. Por el mismo argumentoestas no deben desestimarse en el proceso de diseño pues
juegan un papel crucial en la caracterización de macizos rocosos,
que es servir de puente entre las descripciones geológicascualitativas y los datos cuantitativos que se requieren en laingeniería. Bieniawski, 2011
MITO Nº1
LOS TÚNELES PUEDEN DISEÑARSE USANDO BIEN LASCLASIFICACIONES GEOMECÁNICAS, BIEN LOS MODELOS NUMÉRICOS,
O BIEN A PARTIR DE LOS DATOS DE LA INSTRUMENTACIÓN.
No es cierto. Hacerlo así es un grave error Por último, ¡una advertencia! Cuando hablamos sobre los métodos empíricos y
considerando como ejemplo las clasificaciones geomecánicas, debe tenerseen cuenta que estas clasificaciones no son iguales; ¡Se desarrollaron para
j p g ,en cuenta que estas clasificaciones no son iguales; ¡Se desarrollaron paradistintos propósitos y a partir de distintas bases de datos! En esencia el RMR yla Q están sin duda en la misma categoría de evaluar la calidad delmacizo rocoso con el propósito de construir túneles y proporcionar datos para
el proyecto y la construcción. En consecuencia, “se complementan ycorrelacionan entre sí” (Barton y Bieniawski, 2007). El índice de resistenciageológica GSI es diferente de estos dos; “no tiene otro uso que el deproporcionar datos al criterio de Hoek-Brown” (Hoek et al, 1995) siendoun índice de caracterización de macizos rocosos.
La clasificación NMA difiere también del RMR y la Q; forma parte de unmétodo observacional de construir túneles que no se propone caracterizargeotécnicamente el terreno pero que proporciona “unas bases objetivas para
calcular el coste de los túneles y las velocidades de avance” (Galler, 2010), esdecir, establecer “clases de excavación” a efectos de compensaciones
MITOS FRECUENTES EN LASCLASIFICACIONES GEOMECANICAS
MITO Nº2
PARA MACIZOS ROCOSOS DE MUY MALA CAL IDAD, NO ES
APLICABLE LA CATEGORÍA INFERIOR DE LA CLASIFICACIÓNRMR
No es cierto, son ideas equivocadas sobre los hechos.
Los hechos son que el RMR continua usándose conéxito incluso para “rocas de muy mala calidad”, Clase 5con RMR<20, cuando los datos se determinan demanera adecuada.
MITO Nº2
PARA MACIZOS ROCOSOS DE MUY MALA CALIDAD, NO ES APL ICAB LELA CATEGORÍA INFERIOR DE LA CLASIFICACIÓN RMR.
No es cierto, son ideas equivocadas sobre los hechos. Los hechos sonque el RMR continua usándose con éxito incluso para “rocas de muymala calidad”, Clase 5 con RMR<20, cuando los datos se determinan de
Este mito se deriva de hábitos erróneos que utilizan lasclasificaciones geomecánicas como un “libro de cocina” del que
se espera obtener “recetas” válidas para todas las situaciones de
proyecto. En una publicación del año 1991, advertí a ingenierosy geólogos de que los macizos rocosos de mala calidadrequieren especial atención y una cuidadosa caracterizacióngeotécnica, puesto que la precisión del RMR, dependiendode la pericia, puede estar dentro de un rango de 2-3 puntos (lomismo que sucede en otras clasificaciones). Pero esto nosignifica que el RMR no pueda aplicarse para evaluar macizosrocosos de muy mala calidad. Después de todo, tenemosnumerosos casos históricos donde se registra un RMR = 0 a 3.
MITO Nº2
PARA MACIZOS ROCOSOS DE MUY MALA CALIDAD, NO ES APL ICAB LELA CATEGORÍA INFERIOR DE LA CLASIFICACIÓN RMR.
No es cierto, son ideas equivocadas sobre los hechos. Los hechos sonque el RMR continua usándose con éxito incluso para “rocas de muymala calidad”, Clase 5 con RMR<20, cuando los datos se determinan de
•El malentendido más grave que se reprodujo en laliteratura en la década
•pasada fue que no se entendió claramente que laspuntuaciones para los parámetros del RMR son ceroen sus valores mínimos. Se pasó por alto que laspuntuaciones de la tabla original del RMR – Tabla 1 –
representan el valor promedio de cada parámetro, yno el valor mínimo, como se deduce de Hoek et al(1995).
MITO Nº2
PARA MACIZOS ROCOSOS DE MUY MALA CALIDAD, NO ES APL ICAB LELA CATEGORÍA INFERIOR DE LA CLASIFICACIÓN RMR.
No es cierto, son ideas equivocadas sobre los hechos. Los hechos sonque el RMR continua usándose con éxito incluso para “rocas de muymala calidad”, Clase 5 con RMR<20, cuando los datos se determinan de
PARA MACIZOS ROCOSOS DE MUY MALA CALIDAD, NO ES APL ICAB LELA CATEGORÍA INFERIOR DE LA CLASIFICACIÓN RMR.
No es cierto, son ideas equivocadas sobre los hechos. Los hechos sonque el RMR continua usándose con éxito incluso para “rocas de muymala calidad”, Clase 5 con RMR<20, cuando los datos se determinan de
•Sin embargo, existían en la literatura gráficas para la valoración de losparámetros, preparadas para facilitar los análisis con ordenadores (Figura 2),que muestran claramente que las curvas comienzan en cero. Por lo tanto , elmacizo ro cos o de peor cal idad t iene un v alor de RMR=0, que signi f ica que
en tal caso se trata de un suelo y no de una roca.Este malentendido surgió cuando Hoek et al. (1995), actuando de buenafe para tratar con macizos rocosos de muy mala calidad, presentó unejemplo donde en la aplicación del RMR se asumían condiciones secasen el macizo y una orientación de las discontinuidades muy favorable
para un macizo rocoso de muy mala calidad con resistencia insignificanteσc. En tal caso, y según la Tabla 1, el mínimo valor de RMR que se tomóerróneamente fue de 8 (3+5) concluyendo que el índice RMR nofuncionaba para macizos rocoso de muy mala calidad. Para superar estassupuestas limitaciones se introdujo el Geological Strength Index (GSI).
MITO Nº2
PARA MACIZOS ROCOSOS DE MUY MALA CALIDAD, NO ES APL ICAB LELA CATEGORÍA INFERIOR DE LA CLASIFICACIÓN RMR.
No es cierto, son ideas equivocadas sobre los hechos. Los hechos sonque el RMR continua usándose con éxito incluso para “rocas de muymala calidad”, Clase 5 con RMR<20, cuando los datos se determinan de
PARA MACIZOS ROCOSOS DE MUY MALA CALIDAD, NO ES APL ICAB LELA CATEGORÍA INFERIOR DE LA CLASIFICACIÓN RMR.
No es cierto, son ideas equivocadas sobre los hechos. Los hechos sonque el RMR continua usándose con éxito incluso para “rocas de muymala calidad”, Clase 5 con RMR<20, cuando los datos se determinan de
• Además, se especulaba que en esas condiciones, con RMR<15, podría
aplicarse la siguiente ecuación aproximada: GSI = RMR - 5, puesto que losparámetros del RMR relativos a la densidad de discontinuidades (RQD +
espaciamiento de juntas) y a las condiciones de las discontinuidades seríanaproximadamente iguales a los dos parámetros del GSI relativos a laestructura del macizo y las condiciones de las superficies (cuyos valores seobtuvieron de todos modos de la clasificación RMR).
El problema de este razonamiento es que dicha equivalencia solo es de
aplicación en el rango inferior de los macizos rocosos de muy mala calidad(clase V del RMR).
MITO Nº2
PARA MACIZOS ROCOSOS DE MUY MALA CALIDAD, NO ES APL ICAB LELA CATEGORÍA INFERIOR DE LA CLASIFICACIÓN RMR.
No es cierto, son ideas equivocadas sobre los hechos. Los hechos sonque el RMR continua usándose con éxito incluso para “rocas de muymala calidad”, Clase 5 con RMR<20, cuando los datos se determinan de
Desafortunadamente, estas ideas se aplicaron de forma errónea por muchos
geólogos e ingenieros a macizos de mejor calidad con RMR>>20, puesto que eramás fácil realizar una aproximación descriptiva mediante el GSI que una cuantitativamediante el RMR, donde hay que medir los parámetros que lo componen. En este
proceso se obtuvieron resultados inexactos que fueron tomados como “fiables” alintroducirlos en sofisticados análisis por ordenador. De hecho, cuando el GSI seintrodujo en 1995, las herramientas geológicas no estaban tan avanzadas como loestán hoy y su lema “no intente ser preciso” condujo a estimaciones rápidas. Los que
desarrollaron el GSI señalaron que es un índi ce de carac teri zación de los
macizos ro cosos y no pretende sust i tu i r a s is temas de clasi f icación del t ipo del
RMR o el Q – pero esto se pasa po r alto , in clu so a día de hoy. Hay que tener encuenta que la única función que se le exigió al GSI fue la de estimar la resistencia delmacizo rocoso utilizando el criterio de Hoek-Brown, específicamente para macizosrocosos de muy mala calidad.
MITO Nº2
PARA MACIZOS ROCOSOS DE MUY MALA CALIDAD, NO ES APL ICAB LELA CATEGORÍA INFERIOR DE LA CLASIFICACIÓN RMR.
No es cierto, son ideas equivocadas sobre los hechos. Los hechos sonque el RMR continua usándose con éxito incluso para “rocas de muymala calidad”, Clase 5 con RMR<20, cuando los datos se determinan de
PARA MACIZOS ROCOSOS DE MUY MALA CALIDAD, NO ES APL ICAB LELA CATEGORÍA INFERIOR DE LA CLASIFICACIÓN RMR.
No es cierto, son ideas equivocadas sobre los hechos. Los hechos son que el RMR continuausándose con éxito incluso para “rocas de muy mala calidad”, Clase 5 con RMR<20, cuandolos datos se determinan de manera adecuada.Por último, una prueba de la aplicabilidad de la clasificación RMR para evaluar los
macizos rocosos de muy mala calidad se obtiene de la observación de los numerososcasos históricos de la Figura 4, donde se muestra una correlación entre el RMR y el
casos históricos de la Figura 4, donde se muestra una correlación entre el RMR y elQ publicada en un año tan temprano como 1976. En la gráfica se observa unanotable dispersión de resultados. Por lo tanto, en un proyecto determinado debenemplearse ambas clasificaciones para comprobar que es aplicable la correlación:
RMR = 9 ln Q + 44
(la misma correlación figura también en la literatura como RMR = 9 loge Q + 44). Esta
expresión no resulta válida cuando se utiliza el GSI en lugar del RMR.
MITOS FRECUENTES EN LASCLASIFICACIONES GEOMECANICAS
MITO Nº3
EL CRITERIO DE HOEK-BROWN Y EL CRITERIO DEMOHR-COULOMB SON LOS ÚNICOS PARA ESTIMAR LA
MOHR-COULOMB SON LOS ÚNICOS PARA ESTIMAR LARESISTENCIA DE LOS MACIZOS ROCOSOS YEL FACTOR
DE SEGURIDAD.
No es cierto, el criterio de Mohr-Coulomb, que seremonta a 1773, sirve para bastantes cosas, en particularpara el análisis de la estabilidad de taludes, pero existenotros criterios de resistencia de pico – igualmenteefectivos por ejemplo, el criterio de Yudhbir-Bieniawski
(1983) que se utiliza para cotejar los resultados delcriterio de Hoek-Brown (Edelbro et al, 2006).
MITOS FRECUENTES EN LASCLASIFICACIONES GEOMECANICAS
MITO Nº4
LA MEJOR FORMA DE ESTIMAR EL MÓDULO DEDEFORMACIÓN ES A PARTIR DE CUALQUIERA DE LAS
DEFORMACIÓN ES A PARTIR DE CUALQUIERA DE LASCORRELACIONES QUE SE ENCUENTRAN EN LA
LITERATURA DE LA MECÁNICA DE ROCAS
•No es cierto, unas correlaciones están mejorsustentadas que otras, y algunas correlaciones debenevitarse si no se confirman con ensayos in situ. Perohay una gran diferencia entre “determinar” y “estimar”la deformabilidad del macizo rocoso: determ inar es muy
deseable; est imar se hace en ausencia de datos in situfiables y para diseños preliminares.
MITOS FRECUENTES EN LASCLASIFICACIONES GEOMECANICAS
MITO Nº5
ES SUFICIENTE CON BASARSE EN EJEMPLOSESTUDIADOS Y DESARROLLADOS EN EL CAMPO DE
ESTUDIADOS Y DESARROLLADOS EN EL CAMPO DELA INGENIERÍA CIVIL DE TÚNELES
Una gran equivocación! Hay una gran cantidad devaliosa información que obtener de “nuestros primos”los ingenieros de minas, para aplicarla a la IngenieríaCivil.
MITOS FRECUENTES EN LAS CLASIFICACIONES
GEOMECANICAS
MITO Nº5
ES SUFICIENTE CON BASARSE EN EJEMPLOS ESTUDIADOS Y DESARROLLADOSEN EL CAMPO DE LA INGENIERÍA CIVIL DE TÚNELES
DIMENSION EQUIVALENTE DeRELACIONANDO EL INDICE Q A LA ESTABILIDAD Y A LOSREQUERIMIENTOS DE SOSTENIMIENTO DE EXCAVACIONESSUBTERRÁNEAS, BARTON LIEN Y LUNDE, DEFINIERON UNPARÁMETRO ADICIONAL AL QUE DENOMINARON DIMENSIONEQUIVALENTE De DE LA EXCAVACIÓN.ESTA DIMENSION ES OBTENIDA DIVIDIENDO EL ANCHO, DIAMETRO OALTRURA DE LA PARED DE LA EXCAVACION POR UNA CANTIDAD
QTBM MODELO (PR) Y PRONÓSTICO (AR) YESTIMACIONES DE EJECUCION
• El objetivo del modelo de QTBM, que muy brevemente será descrito aquí,es permitir al que utilizar la Tala de q de base, o la velocidad sísmica solocon el fin de reproducir tanto PR (la tasa de penetración) y AR (la tasa deavance real) para los distintos ámbitos, tipos de roca, o longitudes de túnel.Naturalmente, hay interacciones importantes entre la roca y la que deben
AUMENTA HASTA 120% LAS SIEMPRE ESTAN EN COMPRESION
DISMINUYE HASTA 60%CAUSA MOVIMIENTOS CORTANTESIMPORTANTES.
CLASIFICACIÓN DE LAUBSCHER Y TAYLOR
AJUSTES – INFLUENCIA Rb. Y Bz.El tamaño, la forma y la dirección del avance de una excavaciónsubterránea tendrá una influencia sobre la estabilidad cuando seconsidera en función del sistema de fisuras del macizo rocoso. Laubscher y Taylor opinan, que para garantizar la estabilidad deuna excavación subterránea en una roca fisurada depende de la
cantidad de fisuras y de los frentes de excavación que se desvíande la vertical y recomiendan los siguientes ajustes: (ajustes enporcentaje dependiendo de la cantidad de frentes inclinados en laexcavación).
3
4
5
6
5
6
4
3
4
5
3
2.1
13
4
2
2
3
2
# de fracturas que
definen bloque
a la vertical y porcentajes de ajuste
# de planos con inclinaciones distintas
70% 75% 80% 85% 90%
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 decortantes que se ubican en operaciones mineras:
CLASIFICACIÓN DE LAUBSCHER-TAYLOR – SOSTENIMIENTO• a.- Generalmente no hay sostenimiento, pero algunas intersecciones de fisuras
pueden necesitar pernos.• b.- Cuadricula de pernos cemntados 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 espcaiamiento 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 pernoscementados con espcaimiento de 1 m si los cambios de los esfuerzos no sonexcesivos.
• i.- Pernos cementados con espaciamiento de 0.75 m si hay un esfuerzo potencial ala mano, y 100 mm de concreto lanzado, luego cibras de acero a manera de técnicade reparación si los cambios en los esfuerzos son excesivos.
• j.- estabilizar con refuerzos de cable protector y concreto de 450 mm de espesor silos cambios en los esfuerzos no son excesivos.• k.- Estabilizar con resfuerzo de cable protector seguido de concreto lanzado hasta e
incluyendo el frente si es necesario y luego cimbras de acero poco seprados, comotecnica de reparación donde los cambios en los esfuerzos soon excesivos.
• l.- No traba ar en este terreno, o usar las técnicas ó k.
• ESTA CLASIFICACION SALE A CONSECUENCIA DEQUERER BUSCAR UN METODO DE CLASIFICACION DEMACIZOS ROCOSOS QUE TENGAN EN CUENTA LAEXTRAPOLACION DE LOS DATOS DE SUPERFICIE, SU
VARIACION DE LAS PROPIEDADES CON LAPROFUNDIDAD Y LOS DISTINTOS CONDICIONANTESGEOMECANICOS QUE INTERVIENEN EN UN DISEÑO DE
GEOMECANICOS QUE INTERVIENEN EN UN DISEÑO DETÚNEL Y POSTERIOR COMPORTAMIENTO DURANTE LAEXCAVACION.
• LA CLASIFICACION SRC SE BASA EN LA CLASIFICACIONDE BIENIAWSKI (1979) Y REUNE TAMBIEN EXPERIENCIASDE LA CLASIFICACION DE BARTON et al (1974), SINEMBARGO SE DIFERENCIA DE ELLAS POR INTRODUCIR
FACTORES DE CORRECCION PARA EL USO DE DATOS DESUPERFICIEE INCORPORA NUEVOS INDICES COMO ELESTADO TENSIONAL E INFLUENCIA DE LASCONDICIONES CONSTRUCTIVAS.
CLASIFICACION GEOMECANICA SRC
PARAMETROS DE CLASIFICACION A. RESISTENCIA DE LA MATRIZ ROCOSAB. ESPACIADO DE LAS DISCONTINUIDADES Y RQDC. CONDICION DE LAS DISCONTINUIDADESD. FILTRACIONESE. ESTADO TENSIONAL
(Definido como el cociente de la resistencia de la compresión uniaxial y latensión máxima vertical debido peso recubrimiento)
FACTOR DE RELAJACION TENSIONAL (SRF)(Definido por cociente edad última deformación tectónica principal enaños x 10-³ y la máxima carga litostatica vertical)
ACCIDENTES TECTONICOS(Los accidentes tectónicos importantes pueden dar lugar a marcadasanisotropías direccionales y concentración esfuerzos)
ACTIVIDAD NEOTECTONICATambien puede ser causa de importantes anisotropías tensionales.Ubicación a zona sísmica activa)
F. PROCESO CONSTRUCTIVO
CLASIFICACION GEOMECANICA SRCINDICE DE CALIDAD VALORES
1. RESISTENCIA MATRIZ ROCOSA
Carga Puntual (Mpa)
Compresión Simple (Mpa)
Puntuación
> 8
> 250
20
8 a 4
259 a 100
15
4 a 2
100 a 50
7
2 a 1
50 a 25
4
No aplicable
25 a 5 5 a 1 < 1
2 1 1
2. ESPACIADO RQD
Espaciado (m)
RQD (%)
Puntuación
> 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
< 0.06
< 25
5
3. DISCONTINUIDADES
Condiciones
P t ió
Muy rugosas. Discontínuas.Sin separación. Bordes poco
DONDE LA MASA ROCOSA PRESENTA DIVERSOSGRADOS DE OPOSICION AL AVANCE DE EXCAVACIONDEL TUNEL, Y SE HACE NECESARIO EFECTUAR SUCORRESPONDIENTE SOSTENIMIENTO, EN TERRENOSMUY DIFICILES, EJECUTAR METODOS DESOSTENIMIENTO PARCIAL, CON EL CONSIGUIENTETIPO DE SOSTENIMIENTO.
• ESTE TIPO DE CLASIFICACION TIENE VALORIMPORTANTE, CUANDO SE EJECUTANEXCAVACIONES DE GRAN SECCION, MAYORES DE 50METROS CUADRADOS.
resistencia al cizalle mayor que unalisa en la misma roca. Al cizallarse, lasasperidades se irán a su vez puliendoy la resistencia se aproximará a la dela superficie lisa.
MODELO DE PATTON
• Patton (1966) modelóuna discontinuidad con
asperidades, usandoun ángulo único querepresenta la
• El efecto de las asperidades se mantienesolo con stresses normales bajo un ciertoumbral sobre el cual el trabajo requerido paracizallar las asperidades es menor que eltrabajo requerido para sobrepasarlas.
• RC = Resistencia a compresión uniaxial de la roca intacta en
muestras de 50 mm de diámetro.• JP = Parámetro dependiente del agrietamiento. Es un factor dereducción que representa el tamaño de los bloques y el estadode las caras de los mismos, definidas por la fricción y eltamaño de las grietas.
• En el esquema que se ofrece a continuación se dan losparámetros principales que intervienen en la propuesta dePalmstrom para la valoración de estabilidad en los macizosrocosos.
• Con mucha frecuencia se deben considerar los efectos deescala, que son significativos cuando se extrapolan losresultados de ensayos de laboratorio a volúmenes deensayos de campo. Como se indicó anteriormente, el Rmise ajusta fácilmente cuando se incluyen efectos de escalaen JP. En cambio, para macizos rocosos masivos, el efecto
de escala para los ensayos de compresión uniaxial ( RC ) nose tiene en cuenta, ya que los ensayos se realizan sobremuestras de 50 mm de diámetro.
VENTAJAS DE USAR EL RMi El Rmi mejora significativamente el uso de datos geológicos,
principalmente a través del empleo sistemático de parámetrospredefinidos en este sistema en el que el carácter tridimensional de unmacizo rocoso viene representado por el volumen del bloque.
El Rmi se puede usar fácilmente para establecer estimaciones groseras
disponiendo tan sólo de una información básica del macizo rocoso. Porejemplo, en el período inicial de un proyecto usando la expresión para elcálculo de JP para el valor de JC de 1,75...
El Rmi es un método bastante cómodo a la hora de establecercomparaciones e intercambio de información de diferentes puntos o
comparaciones e intercambio de información de diferentes puntos ozonas. En este sentido, es una herramienta muy útil para intercambiar
información y conocimientos (mejorar la comunicación) entre losprofesionales que se dedican a la ingeniería y el diseño de obras civiles. El RMI ofrece un sistema de caracterización del macizo rocoso bastante
útil en ingeniería. El Rmi es un parámetro que, en líneas generales,caracteriza la resistencia inherente de un macizo rocoso y se puedeaplicar en ingeniería para establecer la calidad de este material enconstrucción. En el trabajo de campo se usa fácilmente , ya que el RMIviene definido por el volumen de los bloques y por los parámetros defracturación del macizo rocoso.
LIMITACIONES DEL RMi• El rango y tipos de macizos rocosos que se pueden clasificar
mediante el RMI. Tanto la roca intacta como las grietas muestrangrandes variaciones direccionales en composición y estructura,proporcionando un amplio rango de composiciones y propiedades delos macizos rocosos. No es posible caracterizar todas las
combinaciones que se presentan en la naturaleza con un solonúmero. Sin embargo, el sistema Rmi, muy probablementecaracteriza el rango más amplio de materiales comparado con losdemás métodos de clasificación existentes.
• La precisión de la expresión RMI. El valor del parámetro de
grietas(JP) se calibra con unos pocos ensayos de compresión agran escala. La evaluación de los diversos factores (jR, jA y Vb)utilizados para la obtención de JP y el tamaño de las muestrasensayadas, que en algunos casos no es representativo por elreducido número de bloques que presenta, puede generar una serie
de errores sistemáticos en el cálculo del parámetro JP, por lo que seobtiene un valor de Rmi aproximado. Sin embargo, en algunoscasos, los errores cometidos en algunas mediciones puedencompensar otros, dando finalmente resultados coherentes.
RELACION DEL Rmi CON OTROS INDICES
• PALMSTROM DEFINIO UN RELACION ENTRE LOSVALORES DE Rmi Y LOS VALORES USADOS ENEL CRITERIO DE FALLA DE HOEK Y BROWN, QUESON LOS SIGUIENTES:
Las rocas a diferencia de los suelos presentan uncomportamiento mecánico NO LINEAL, por lo que loscriterios de rotura lineales, a pesar de la ventaja de susimplicidad, no son muy adecuados en cuanto quepueden proporcionar datos erróneos a la hora deevaluar el estado de deformaciones de las rocas.
“El criterio de Mohr – Coulomb no se ajusta alcomportamiento real de los materiales rocosos,
p y g jde esfuerzo. Esta libertad está controlada por el perfil
geométrico de los bloques de roca intacta, así como también,por la condición de las superficies que separan dichos trozos obloques. Los trozos de roca angulosos, con caras definidas porsuperficies lisas y abruptas, producen un macizo rocoso muchomás competente que uno que contenga bloquescompletamente rodeados por material intemperizado y/oalterado.
INDICE DE RESISTENCIA GEOLOGICA
(GIS)• Uno de los problemas prácticos surge cuando se fija el
valor del GSI en terreno, está relacionado con el daño porvoladura. Donde sea posible, se debería usar lasuperficie no dañada para estimar el valor GSI, ya que elpropósito principal es determinar las propiedades delmacizo rocoso no perturbado. En todos aquellassuperficies visibles que se hayan dañado a causa de la
superficies visibles que se hayan dañado a causa de lavoladura, se debería de intentar hacer algo paracompensar los valores del GSI más bajos obtenidos deesas caras libres. En caras libres recientemente voladas,se crearán nuevas discontinuidades por efecto de lavoladura, las cuales resultan en un valor GSI que puede
llegar a ser nada menos 10 puntos más bajo que elcorrespondiente al mismo macizo rocoso no perturbadopor la voladura.
1’ = Esfuerzo efectivo principal máximo en la falla
3’ = Esfuerzo efectivo principal mínimo en la falla
c = Resistencia compresiva uniaxial de las piezas de roca intacta
mb, s, a son las constantes de la composición, estructura ycondiciones superficiales de la masa rocosa
CRITERIOGENERALIZADO DE
HOECK – BROWN
ESTRUCTURA
CO
NDICION
DELA
SUPERFICIE
MUY
BUENA Superficies
rugosas y decajas
frescas(sinseñales de
intemperizacion ni de
alteración)
BUENA
Superficiesrugosas,
cajaslevemente
intemprizadasy/o alteradas,con patinasde oxido de
hierro
REGULA
R Superficieslisas, cajasmoderadam
enteintemperiza
das y/oalteradas
MALA
Superficies lisas ycizalladas, cajasintemperizadas
y/o alteradas, conrellenos defragmentos
granulares y/oarcillosos firmes
MUY MALA
Superficieslisas y
cizalladas,cajas muy
intemperizadas y/o
alteradas, conrellenos
arcillososblandos
FRACTURADO EN BLOQUES
(BLOCKY) MACIZO ROCOSO CONFORMADO POR TROZOSO BLOQUES DE ROCA BIEN TRABAJADOS, DEFORMA CUBICA Y DEFINIDOS POR TRES SETSDE ESTRUCTURAS, ORTOGONALES ENTRE SI
CLASIFICACION DE MACIZOS ROCOSOS TODOS LOS SISTEMAS DE CLASIFICACION DE MACIZOS ROCOSOSSON PRODUCTOS DE OBSERVACIONES Y SE HAN DESARROLLADOEMPIRICAMENTE PLANTEANDO PARAMETROS DE CALIDAD DE ROCASOBRE LA BASE DE SUS CARACTERISTICAS MECANICAS, DE SUCAPACIDAD DE SOPORTE A LAS SOLICITACIONES DE CARGA Y SU
COMPORTAMIENTO POR UN DETERMINADO TIEMPO. LOS SISTEMAS RQD Y Q (NGI) INCLUYEN UN NUMERO SUFICIENTE
DE DATOS FISICOS Y MECANICOS DE LA ROCA PARA EVALUARTODOS LOS FACTORES QUE INFLUYEN EN LA ESTABILIDAD DE UNAEXCAVACION SUBTERRANEA.
EL SISTEMA SRC INCLUYE DATOS SUPERFICIALES DE ASPECTOSGEOLOGICOS Y GEOMECANICOS. INCLUYE LA NEOTECTONICA. EN CAMBIO EL SISTEMA RSR INCIDE EN LA CAPACIDAD DEL TIPO DE
SOPORTE Y LAS DIMENSIONES DE LA EXCAVACION. EN OTRO SENTIDO LAUFFER DESARROLLA EL COMPORTAMIENTO
DE LA EXCAVACION POR SUS DIMENSIONES, Y POR UN TIEMPODETERMINADO.
RABCEWICZ Y LAS NORMAS ALEMANAS (B-2203) E BASAN EN ELCOMPORTAMIENTO DEL MACIZO ROCOSO Y LAS DIFICULTADES QUEOPONEN AL AVANCE DE UNA EXCAVACION.