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ANÁLISIS DE LA SUSCEPTIBILIDAD EN MACIZOS ROCOSOS. ÍNDICESMR.
C. IrigaryDpto. Ingeniería Civil, Universidad de Granada
La susceptibilidad a la rotura de los taludes rocosos se puede analizar en función de laclasificación geomecánica SMR (Slope Mass Rating) (Romana, 1985; 1991; 1993). Unavez calculado el índice SMR para cada familia de discontinuidades, la susceptibilidad sevalora según el valor medio de todos ellos.
1. DEFINICIÓN DEL ÍNDICE SMR
El índice SMR se obtiene mediante la siguiente expresión:
SMR = RMR + (F1*F2*F3) + F4
Donde:
- RMR es el llamado índice RMR (Rock Mass Rating) básico de Bieniawski(Bieniawski, 1973; 1976; 1979). Este índice varía entre 0 y 100 y esindependiente de la estructura a construir en el macizo rocoso. Se obtienesumando 5 parámetros, que dependen de la resistencia de la matriz rocosa acompresión simple, RQD (Rock Quality Designation), espaciamiento oseparación de las discontinuidades, condición de las discontinuidades y flujo deagua dentro del macizo rocoso.
- (F1*F2*F3) es el factor de ajuste de las discontinuidades y se obtiene como el producto de tres subfactores:
- F1 depende del paralelismo entre la dirección de las discontinuidades y la
dirección de la superficie del talud. F2 depende del buzamiento de las discontinuidades. F3 depende de la relación entre los buzamientos de las discontinuidades y
el del talud.- F4 es el factor de excavación que depende método utilizado para excavar el
talud.
2. CÁLCULO DEL ÍNDICE SMR
2.1. Cálculo del índice RMR básico
El índice RMR básico se obtiene como la suma de 5 parámetros:
- V 1 : Parámetro de resistencia a la compresión simple. Bieniawski (1993) proponeuna curva para el cálculo de este parámetro:
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Esta curva se ajusta a las siguientes expresiones:
V1= 1 + 0,1 * Co Si Co < 40V1= 0,1 * Co Si 40 Co 120
Donde:Co es la resistencia a la compresión simple de la matriz rocosa, expresadaen MPa. Se obtiene como la media de los 5 mayores valores válidosobtenidos en el ensayo con esclerómetro (si la dispersión es importante,aumentar el número de ensayos).
La utilización de la curva proporciona una obtención más precisa del RMR y, porende, del SMR. Para resistencias a compresión simple inferiores a 25 MPa osuperiores a 250 MPa se utilizan directamente los valores puntuales propuestos por
Bieniawski:
Co (MPa) >250 250-100 100-50 50-25 25-5 5-1
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Esta curva se ajusta aproximadamente a las siguientes expresiones:
V2= 3 + 0,1 * RQD Si RQD 20V2= 2 + 0,15 * RQD Si 20 < RQD < 40V2= 0,2 * RQD Si RQD 40
El RQD varía entre 0 y 100 % y se suele obtener a partir del porcentaje derecuperación de testigos en sondeos (Deere et al., 1967). Dada la imposibilidadde efectuar sondeos en algunos trabajos, se puede estimar el RQD a partir de lafórmula propuesta por Palmstrom (1975):
RQD = 115 – 3,3 * Jv Donde:
Jv es el índice volumétrico y se obtiene como:
Jv = (1/SMi)
Siendo SMi el espaciamiento medio, expresado en metros, de cada una delas familias de discontinuidades existentes en el talud.
La utilización de la curva proporciona una obtención más precisa del RMR y, porende, del SMR. Para valores de RQD inferiores a 25 se utilizan directamente losvalores puntuales propuestos por Bieniawski:
RQD (%) 90-100 75-90 50-75 25-50
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- V 3 : Parámetro de separación entre discontinuidades. Como en los casosanteriores, Bieniawski (1993) propone una curva para el cálculo de este
parámetro en función del espaciamiento medio de cada familia dediscontinuidades, expresado en milímetros (s):
Esta curva se ajusta aproximadamente a las siguientes expresiones:
V3= -5,16667 * 10-6 * s2 + 0,0145667 * s + 5 Si 0
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Tabla 1. Valoración paramétrica de las condiciones de una discontinuidad. (tomado de
Romana, 1992).PERSISTENCIA
CONTINUIDAD
Categoría No persistente.
No continua
Subpersistente Persistente
ContinuaValoración 5 3 0RUGOSIDADRELLENO
Categoría Muyrugosa
Rugosa Algorugosa
Suave Lisa conrelleno
Relleno blando
Valoración 10 9 8 6 5 0GRADOMETEORIZACIÓN
Categoría Fresca Algometeorizada
Bastantemeteorizada
Muymeteorizada
Completam.Meteorizada
Valoración 6 5 3 1 0SEPARACIÓNABERTURA
Categoría Cerrada(< 0,1 mm)
Algo abierta(0,1-1 mm)
Abierta(1-5 mm)
Muy abierta(>0,5 mm)
Valoración 9 7 5 0
Las descripciones correspondientes al grado de meteorización se recogen en la tabla 2:
Tabla 2. Grado de meteorización en los bordes de las discontinuidades (ISRM, 1978)DENOMINACIÓN % ROCA
DESCOMPUESTADESCRIPCIÓN
Fresca - Sin signos de meteorización.Ligera decoloración
Algo meteorizada 90 Toda la roca está descompuesta,
pero persiste la estructura original
- V 5 : Parámetro de flujo de agua en las discontinuidades. Se cuantifica utilizandodirectamente los valores propuestos por Bieniawski (1979). Cuando sea posible,es conveniente estimar el parámetro Ru (Relación presión de agua en la
junta/tensión principal mayos), incluido por Bieniawski en las primerasversiones de su clasificación:
Tabla 3. Flujo de agua eb las juntas (tomado de Bieniawski,, 1979).
DESCRIPCIÓN VALORJUNTAS SIN RELLENO JUNTAS CON RELLENO
RuJUNTA FLUJO RELLENO FLUJOSeca 15 Seca No Seco No 0Ligeramente húmeda 10 Manchada No Húmedo No 0-0,1Húmeda 7 Húmeda No Saturado Alguna gota 0,1-0,2Goteando 4 Mojada Ocasional Semilavado Goteo 0,2-0,5Fluyendo 0 Mojada Continuo Lavado Continuo >0,5
Al igual que en los dos parámetros anteriores, el flujo de agua se determina paracada una de las familias de discontinuidades identificadas en el talud (V5i).
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En la tabla 4 se muestra un ejemplo en un talud de la carretera Calahonda-Castell deFerro (Irigaray et al., 2003).
Tabla 4. Caracterización geomecánica de un talud estudiado.
TALUD: T7cResistencia a compresión simple de la matriz rocosa: 40 MPaFAMILIA (i) 1 2 3 4
Buzamiento (º) 69 50 67 41Dirección del buzam. (º) 251 307 24 135Separación (m) 0,13 0,14 0,17 0,18Persistencia. Continuidad No continua-
Subpersistente (3) No continua (5) No continua (5) Subpersistente
(3)Rugosidad Algo rugosa (8) Algo rugosa (8) Algo rugosa (8) Algo rugosa (8)Relleno Duro No No NoGrado de meteorización Fresca (6) Algo
meteorizada (5)Algo
meteorizada (5)Algo
meteorizada (5)Separación. Abertura Cerrada (9) Algo abierta (7) Algo abierta (7) Cerrada (9)
Flujo de agua Seca (15) Seca (15) Seca (15) Seca (15)Tipo de discontinuidad Diaclasado Diaclasado Diaclasado Foliación Nº de medidas 60 25 9 13
El índice RMR básico para cada familia de discontinuidades (RMR i) se calculasumando los 5 parámetros anteriores; es decir:
RMR i = V1 + V2 + V3i + V4i + V5i
2.2. Cálculo del factor de ajuste de las discontinuidades (F1*F2*F3)
- F 1 : Subfactor de ajuste debido al paralelismo entre la dirección media de lafamilia de discontinuidades ( j) y la dirección de la superficie del talud (s). Fueestablecido de forma empírica con valores comprendidos entre 1 y 0,15(Romana, 1985), aunque para su cálculo automático se puede utilizar lasiguiente expresión (Romana, 1997):
F1 = (1-|sen j - s|)2
- F 2
: Subfactor de ajuste debido al buzamiento medio de la familia dediscontinuidades ( j). También fue establecido de forma empírica con valorescomprendidos entre 1 y 0,15 (Romana, 1985), pero puede ajustarseaproximadamente según la relación (Romana, 1997):
F2 = tg2 j
Para roturas por vuelco F2 toma el valor 1.
- F 3 : Subfactor de ajuste debido a la relación entre el buzamiento medio de lafamilia de discontinuidades ( j) y el buzamiento del talud (s). Se corresponde
con los valores propuestos por Bieniawski (1976) y son siempre negativos. Pararoturas planas F3 puede tomar los siguientes valores: – 60 para situaciones muy
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desfavorables, – 50 en condiciones desfavorables, – 25 en condiciones normales, – 6 en situaciones favorables y 0 en casos muy favorables. Para roturas porvuelco, sólo se consideran las condiciones normales ( – 25), favorables ( – 6) omuy favorables (0) (Romana, 1997).
Los tres subfactores indicados anteriormente se determinan para cada una de lasfamilias de discontinuidades (F1i, F2i y F3i).
2.3. Cálculo del factor de excavación (F4)
Este factor fue establecido empíricamente (Romana, 1985) y toma los siguientesvalores:
M. EXCAVACIÓN VALOR COMENTARIOSTaludes naturales 15 Son más estables a causa de los procesos de erosión
sufridos y a los mecanismos internos de protección(vegetación, desecación, drenaje, etc.)
Precorte 10 Se perfora una serie de taladros paralelos coplanares yequidistantes (40-80 cm) a lo largo de la superficiefinal del talud. Se rellenan con cargas ligeras deexplosivo que se disparan con anterioridad a la carga principal. Las medias cañas quedan marcadas en lasuperficie del talud. El frente constituye un plano bienmarcado y no deben aparecer rocas sueltas ni fisuras.Aumenta la estabilidad de los taludes.
Voladura suave (recorte) 8 Se perfora una serie de taladros paralelos, coplanares yequidistantes (60-150 cm) a lo largo de la superficiefinal del talud. La fila de recorte se dispara después de
la carga principal. Las medias cañas quedan marcadasen la superficie del talud. El frente constituye un plano bien marcado, sin bloques sueltos, aunque pueden
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aparecer en el fondo. Si está bien ejecutado tambiénaumentan la estabilidad de los taludes.
Voladura normal 0 Se perfora una serie de taladros razonablemente paralelos entre sí. Se dispara secuencialmente conretardos. Puede aparecer alguna fisura en las mediascañas. En el frente, aproximadamente un plano, nodeben aparecer áreas de roca muy fracturada. Si seaplican con métodos razonables no modifican laestabilidad.
Voladura defectuosa -8 Los taladros guardan escaso o nulo paralelismo y lascargas no son las mínimas posibles. El disparo no essecuencial y se produce mucho polvo. Con frecuenciaaparecen fisuras en las medias cañas y el frenteresultante es irregular. Pueden dañar seriamente laestabilidad.
Excavación mecánica 0 Sólo es posible cuando el macizo rocoso está muyfracturado o la roca es blanda., Las caras del talud
presentan dificultades de acabado., no empeora nimejora la estabilidad.
3. SUSCEPTIBILIDAD DEL TALUD ROCOSO
La susceptibilidad a la rotura del talud rocoso se evalúa en función de los valoresobtenidos de SMR según la tabla 3 (Romana, 1985)
Tabla 3. Clases de estabilidad según el SMR (Romana, 1985).CLASE SMR DESCRIPCION ESTABILIDAD ROTURAS TRATAMIENTO
I 0-20 Muy mala Totalmenteinestable Grandes roturas por planos continuos o por lamasa
Reexcavación
II 21-40 Mala Inestable Juntas o grandes cuñas CorrecciónIII 41-60 Normal Parcialmente
estableAlgunas juntas o muchas
cuñasSistemático
IV 61-80 Buena Estable Algunos bloques OcasionalV 81-100 Muy buena Totalmente
estable Ninguna Ninguno
4. REFERENCIAS
Bieniawski, Z.T. (1973). “Engineering classification of jointed rock masses”. Trans.South Afr. Inst. of Civ. Eng. Vol. 15, N12, 344-355.
Bieniawski, Z.T. (1976). “Rapid site appraisal for dam foundations by theGeomechanics Classification”. Proc. 12th Cong. On Large Dams. Mexico City, pp. 483-501. ICOLD.
Bieniawski, Z.T. (1979). “The Geomechanics Classification in rock engineeringapplications”. Proc. 4th Int. Cong. on Rock Mech. Chap. 5, 55-95. ISRM Montreux.Balkema, Rotterdam.
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Bieniawski, Z.T. (1993). “Classification of Rock Masses for engineering. The RMRsystem and future trends”. In: Comprehensive Rock Engineering, Vol. 3, 553 -574. J.Hudson Ed., Pergamon Press. London.
Deere, D.U.; Hendron, A.J.; Patton, F.D. and Cordin, E. (1967). “Design of surface and
near-surface construction rock”. Failure and Breakage of Rock, 8th
U.S. Symp. on RockMech., Minneapolis, Minesota, 237-302. American Institute of Minning, Metallurgicaland Petroleum Engineers.Irigaray, C; Fernández, T. y Chacón, J. (2003). “Preliminary Rock-Slope-SusceptibilityAssessment Using SIG and de SMR Classification. Natural Hazards: 30, 309-324.
ISRM suggested methods (1978). “Quantitative description of discontinuities in rock
masses”. Int. Jour. Rock Mech. and Min. Sci., Vol 15, 319 -368. Pergamon Press.London.
Palmstrom, A. (1975). “Characterizing the degree of jointing and rock mass quality”.
Internal report. Berdal. Oslo.
Romana, M. (1985). “New adjustment ratings for application of Bieniawskiclassification to slopes”. Int. Symp. on the role of rock mechanics ISRM, 49-53.Zacatecas.
Romana, M. (1991). “ SMR classification”. Proc. 7th Int. Cong. Rock Mech., 955 -960.Balkema, Rotterdam.
Romana, M. (1992). “Métodos de corrección de taludes según la clasificaciónGeomecánica SMR”. III Simposio Nacional sobre Taludes y Laderas Inestables. LaCoruña.
Romana, M. (1993). “A Geomechanical Classification for Slopes: Slope Mass Ratting”.Comprehensive Rock Engineering, Vol. 3, pp. 575-599. Pergamon Press. London.
Romana, M. (1997). “El papel de las clasificaciones geomecánicas en el estudio de laestabilidad de taludes”. IV Simposio nacional sobre taludes y laderas inestables,
Granada. Vol. III, 955-1011. Alonso et al. Eds.
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INVENTARIO DE TALUDES
1. TALUD:
2. SITUACIÓN:
3. MÉTODO DE EXCAVACIÓN:
4. FOTOGRAFÍAS:
5. CROQUIS:
6. FECHA:
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7. GEOMETRÍA:
Hmax:L:Orientación:Talud:Planta:
8. DESCRIPCIÓN:
9. MEDIDAS DE PROTECCION / SOSTENIMIENTO:
10. DAÑOS OBSERVADOS:
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11. RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN SIMPLE (MPa)Co: C1: C2: C3: C4: C5: C6: C7: C8: C9: C10:
12. ÁNGULO DE ROZAMIENTO BÁSICO DE LA ROCAФb:
13. ESTUDIO DE LAS JUNTAS Nº DIR. BUZ. BUZ. SEPAR. (cm) CONTINUIDAD RUGOSIDAD RELLENO METEORIZ. ABERTURA F. AGUA OBSERVACIONES
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3. MÉTODO DE EXCAVACIÓN:-
Talud natural- Precorte-
Recorte-
Voladura normal- Voladura defectuosa
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Excavación mecánica
12. ESTUDIO DE LAS JUNTAS
CONTINUIDAD:-
No continua- Subpersistente-
Continua
RUGOSIDAD:- Muy rugosa-
Rugosa-
Algo rugosa
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Suave-
Lisa con relleno-
Con relleno blando
RELLENO:-
< 5 mm relleno duro-
> 5 mm relleno duro- < 5 mm relleno blando-
> 5 mm relleno blando
METEORIZACIÓN:-
Fresca (ligera decoloración). %Roca descompuesta: 0-
Algo meteorizada (decoloración general). %RD: 90, pero persiste la estructura
ABERTURA:-
Cerrada (< 0,1 mm)-
Algo cerrada (0,1-1 mm)- Abierta (1-5 mm)- Muy abierta (> 5 mm)
FLUJO DE AGUASIN RELLENO CON RELLENO
Descripción Junta Flujo Relleno Flujo
Seca Seca No Seco NoLigeramente húmeda Manchada No Húmedo NoHúmeda Húmeda No Saturado Alguna gotaGoteando Mojada Ocasional Semilavado GoteoFluyendo Mojada Continuo Lavado Continuo
