28/03/2013 1

GEOMECANICA DE ROCAS

CLASIFICACION RMi

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO

FACULTAD DE INGENIERIA GEOLOGICA Y GEOGRAFIA

CARRERA PROFESIONAL DE ING GEOLÓGICA

R LOPEZ Z

INTRODUCCION

La clasificación o el método de sostenimiento RMi

(Índice del Macizo Rocoso –Rock Mass index-) fue

introducido en 1995 , por Palmström Arild

PUBLICACIONES

Papers and articles

1. Barkey H. and Palmström A.: Some results of an engineering geological investigation in the Breiskar discharge tunnel, Norway. First International Congress of the International Association of Engineering Geology, Paris 1970, pp. 1160 – 1171.

2. Palmström A.: Characterization of jointing density and the quality of rock masses.) Internal report, A.B. Berdal, Norway, 1974, 26 p.

3. Torblaa I., Schieldrop B. and Palmström A.: Dam Tunsbergsdalsvatn, a dam subjected to waves generated by avalanches and to extreme floods from a glacier lake. Int. Congr. on Large Dams 12 Mexico 1976, Transactions, Vol. III p. 861 -875

89. Palmstrom A. (2013): Geo-registrations, rockmass conditions and ground quality. Published in www.rockmass.net, 32p

90. Olsson R. and Palmström A.: Critical review of EC7 concerning prescriptive measures for rock mechanics design. Int. Conf. EUROCK 2014, Vigo, Spain, pp. 1493 - 1498

91. Palmström A.: Norwegian tunnel builders are the world's best – a myth? (In Norwegian) Annual Conf. on Fjellsprengningsteknikk / Bergmekanikk / Geoteknikk 2014, Oslo, pp.5.1 – 5.19. 92. Palmstrom A. and Stille H.: Rock Engineering, second edition. Book published by ICE. Publishing (Thomas Telford) 2014, London. 444 p

PUBLICACIONES Ingeniería de la Roca, Segunda edición: 2014

Esboza estrategias para la investigación de diferentes condiciones del terreno • discute la nueva tecnología y metodología para la detección y análisis de riesgos, y la garantía de la seguridad, la responsabilidad y la sostenibilidad se mantiene

• Aplica los principios geológicos en ingeniería de rocas para que se detallan ejemplos de estudios de caso

• Explica los principios fundamentales del diseño de estructuras superficiales y subterráneas

• Evalúa las incertidumbres en las condiciones del terreno geológicos Roca Ingeniería es una valiosa herramienta de referencia para los ingenieros geotécnicos, geólogos, consultores, contratistas, y estudiantes avanzados en cursos de ingeniería de roca y geología de ingeniería.

ANTECEDENTES DEL RMI

Palmström (1995, 1996) autor de la clasificación Rmi,

Es el resultado de una Tesis Doctoral que optaba al grado de Ph.D.,

llevada a cabo en la Universidad de Oslo, Noruega.

Posteriormente en 1996 lo expone en una Conferencia de tuneles.

Un nuevo método para caracterizar las masas de roca para

aplicaciones en ingeniería de rocas . conferencia nacional anual de

túneles Bergmekanikkdagen , Oslo, 1996 , pp 38,1 - . 38.27 .

Continua con sus investigaciones y publicaciones respecto a su

clasificación.

CLASIFICACION RMI

PALSTROM, precisa que, puede utilizarse en varias

aplicaciones, adicionales a su uso en la estimación del

sostenimiento, tales como:

Caracterización de la resistencia y deformabilidad

del macizo rocoso.

Cálculo de las constantes del criterio de rotura de

Hoek y Brown para macizos rocosos y

- Valoración o estimación del grado de penetración

de máquinas tuneladoras a sección completa (TBM).

La clasificación RMi (Índice del macizo rocoso) pide como datos de entrada: el tamaño del bloque, características del diaclasamiento y la resistencia de la roca intacta.

La estimación del sostenimiento primario puede hacerse, a partir de la entrada de los datos del tamaño de bloque y del tamaño del túnel; en aquellas situaciones cuando el conocimiento disponible de las condiciones del terreno es limitado.

Luego, cuando sea disponible más información del terreno, puede realizarse una estimación del sostenimiento más precisa

CLASIFICACION RMI

EL ÍNDICE DEL MACIZO ROCOSO

(RMI, ROCK MASS INDEX).

El índice del macizo rocoso es un parámetro

volumétrico que indica, de forma aproximada,

la resistencia uniaxial a la compresión de un

macizo rocoso. Se expresa cómo:

Para rocas diaclasadas:

Para rocas masivas:

DONDE:

σc = La resistencia a la compresión uniaxial de la roca

intacta, medida sobre muestras de 50 mm de diámetro.

jC = Factor de estado (o condición) de las diaclasas, el

cual es una medida combinada de: el factor de tamaño y

continuidad de las diaclasas (jL), el factor de rugosidad

de las diaclasas (jR), y del factor de la alteración de las

diaclasas; expresado como:

jC = jL* jR/jA

Vb = El volumen del bloque medido o expresado en m3;

generalmente se utiliza el volumen promedio. (

representa el diámetro equivalente del bloque, medido

en m).

JP = El parámetro del diaclasado, el cual

incorpora los principales rasgos del macizo

rocoso.

fσ : Representa un ajuste por el efecto de escala en la

resistencia a compresión en una roca masiva.

Generalmente existen rocas masivas cuando Db >2 m

aproximadamente, para el cual fc ≈ 0.5. Cuando JP < fσ

(esto es cuando JP<0.5 aproximadamente), se utiliza la ecuación (1). Véase la parte baja del diagrama de la

siguiente figura:

Muy bajo RMi <0.01 Bajo RMi = 0.01 – 0.1

Moderado RMi = 0.1 – 1

Alto RMi = 1 – 10

Muy alto RMi >10

PARÁMETROS DE ENTRADA UTILIZADOS

EN EL SISTEMA DE CLASIFICACIÓN RMI

Para las características más comunes de las diaclasas jC = 1.75, con lo

cual se obtiene:

PARAMETROS DE ENTRADA AL RMI

Tabla Nº 01

PARAMETROS DE ENTRADA AL RMI

Tabla Nº 01

EL MÉTODO RMI PARA SOSTENIMIENTO DE ROCA

Principios del

método RMi

para el

sostenimien

to de roca

INESTABILIDAD Y COMPORTAMIENTO DEL MACIZO ROCOSO, DETERMINADO A PARTIR DE LAS

CONDICIONES DE TENSIÓN Y DE CONTINUIDAD DEL TERRENO (CF) (I.E., EL NÚMERO DE

BLOQUES EN LA PERIFERIA DEL TÚNEL).

. De la Figura 3, se establece que el número de bloques en la periferia de una apertura subterránea determinará, en su mayor parte, sí los alrededores del terreno se comportarán:

1) Como un continuo: masa de material donde la magnitud de las tensiones de la roca es importante; o

2) Como un material diaclasado (en bloques), dominado por bloques individuales y las características de las diaclasas o juntas.

Lo anterior puede ser evaluado de la relación CF=diámetro del túnel (Dt)/diámetro equivalente del bloque (Db);

TERRENO DIACLASADO (EN BLOQUES) La estabilidad de un terreno rocoso diaclasado (en bloques) está

influenciado principalmente por:

El tamaño y la forma del bloque

Por la resistencia a la cizalladura de las discontinuidades

Por la orientación de las diaclasas o juntas en relación a la

orientación que lleve el eje de la excavación.

Los siguientes dos parámetros de sostenimiento (Gc y Sr), Se usan para

entrar en el ábaco de sostenimiento de la Figura(diapo 7).

Los parámetros son:

La calidad del terreno, dado como el factor de calidad (estado) del

terreno (Gc).

Gc = RMi x (SLxC) = σc x JP x (SL x C) (4)

El factor de escala, expresado como relación de tamaños (Sr).

Sr = CF x (Co /Nj) = (Dt /Db) x (Co/Nj) (5)

Donde:

Dt = Diámetro o luz del túnel o excavación, en metros. (Para hastiales, en vez del diámetro (Dt), se usa la altura del mismo (Wt)).

Db = Diámetro equivalente del bloque (en metros)

C = Factor de ajuste por la gravedad para el sostenimiento en el techo o en los hastiales. Su valoración depende de la inclinación de los hastiales y del techo; y pueden leerse sus valores en la Tabla 2, u obtenerse de la expresión C = 5–4 cosδ, donde δ = ángulo del buzamiento (inclinación) de la superficie de la excavación medida con respecto a la horizontal.

SL =Factor de ajuste por nivel de tensiones, ver Tabla 2.

Co, Cos = Factor de ajuste por la orientación de la principal familia de diaclasas, o diques (vetas, grietas, fisuras); ver Tabla 2.

Nj = Factor de ajuste por el número de familias de diaclasas; se considera aquí el grado de libertad de los bloques a fallar. Su valoración en la Tabla 2, se obtiene de:

Donde nj = al número de familias de diaclasas. (nj=1 para una familia;

nj=1,5 para una familia más diaclasas aleatorias; nj=2 para dos familias; nj=2,5 para dos familias más diaclasas aleatorias; etc.).

Tz = Potencia o espesor de la zona de debilidad, en la ecuación (7).

CF= condiciones de tensión y continuidad del terreno

FACTORES DE AJUSTE PARA SOSTENIMIENTO

EN ROCA

Tabla 2. Valoraciones de los factores de ajuste para la estimación del sostenimiento de rocas

en terrenos diaclasados (en bloques). Téngase en cuenta que los factores tienen valores

unitarios para sus ocurrencias comunes.

VALORACIÓN PARA CONDICIONES TÍPICAS

Las valoraciones en la Tabla 2, para los factores de ajuste

referidos SL, C, Co y Nj, presentan valores unitarios para

sus condiciones más comunes o típicas. Así, las ecuaciones

(4) y (5) pueden expresarse como:

El factor de calidad (estado) del terreno (Gc) es el mismo

que para el terreno diaclasado (en bloques), mientras la relación de tamaños (Sr) para zonas débiles es:

TERRENOS CONTINUOS.

Los terrenos continuos ocurren cuando CF < 5 aproximadamente (roca masiva), en la cual dominan las propiedades de la roca intacta; y cuando CF > 100 aproximadamente (roca altamente diaclasada o particulada -tectonizada), donde el terreno se comporta como una masa material. En estos tipos de terrenos la principal influencia en el comportamiento dentro de una excavación subterránea viene dada por las tensiones. Por tanto, se usa un factor de competencia (Cg = resistencia del macizo rocoso / tensión tangencial aplicada), expresado como:

En terrenos rocosos masivos

(8)

En terrenos altamente diaclasados (fragmentados)

VALORES TÍPICOS DEL ÍNDICE DEL MACIZO

ROCOSO (RMIZ) UTILIZADOS PARA DISTINTOS

TIPOS DE ZONAS TRITURADAS O TECTONIZADAS.

Donde

σØ= La tensión tangencial aplicada en el macizo rocoso alrededor de la excavación.

Se considera un terreno competente cuando ocurre Cg >1; de otro modo, el terreno es

considerado sobretensionado (incompetente). Cg es aplicado en el ábaco de sostenimiento de

terrenos continuos

Para el caso de los terrenos masivos competentes, generalmente son estables (véase Figura 3)

y no necesitan ningún sostenimiento, excepto algunos trabajos de saneo (scaling) en túneles

avanzados con perforación y voladura. No obstante, los terrenos masivos incompetentes

(sobretensionados) requieren de sostenimiento porque pueden tener lugar los siguientes tipos

de deformación tiempo-dependiente y/o roturas:

- Deformación plástica y/o viscosa (squeezing) en rocas dúctiles sobretensionadas (tales como

esquistos).

- Rotura en lajas o rotura violenta (spalling o rock burst, respectivamente) en rocas

sobretensionadas frágiles y duras (tales como granitos y neis).

En el caso del material particulado (rocas altamente diaclasadas) se requiere generalmente

sostenimiento inmediato. Su comportamiento inicial es, a menudo, similar al terreno

diaclasado; i.e., el ábaco de sostenimiento en la Figura 4 puede ser utilizado para CF = 1 a 600.

En terrenos altamente diaclasados y sobretensionados (incompetentes), la deformación

plástica y/o viscosa tiempo dependiente tendrá lugar a continuación de la inestabilidad inicial.

No obstante, para este tipo de terrenos, el ábaco de sostenimiento de la Figura 5 necesita de

una actualización, cuando se disponga de más experiencia en este tipo de terrenos.

ABACOS PARA SOSTENIMIENTO

ABACOS DE SOSTENIMIENTO

Aplicación recomendada de los dos ábacos de sostenimiento, para materiales

diaclasados (terrenos discontinuos en bloques) (ábaco anterior), y para terrenos

continuos

FACTOR DE COMPETENCIA CG=RMI /ΣE

Ábaco para estimar el sostenimiento en terrenos continuos (masivos, y los altamente

diaclasados – o triturados-). Debe tenerse en cuenta que el sostenimiento indicado

para materiales particulados (altamente diaclasados) y sobretensionados es

aproximado, ya que se basa en un número limitado de casos en los cuales han sido

usados.

COMPARACION

DE

PARAMETROS

Q,RMR Y RMI

E

J

E

M

P

L

O

PARAMETROS DE SOSTENIMIENTO PARA EL Rmi

DATOS DE ENTRADA simbolo Valores o valoraciones

Diámetro o luz del túnel (m) Dt Dt 6

Altura del hastial del tunel Wt 5,5

Resistencia a la compresión de la roca intacta (Mpa) σc σc 160

Factor de rugosidad de las juntas jR 1,75

Factor de alteración de las juntas jA 1

Factor de longitud y continuidad de juntas jL 1

Volumen del bloque ( m3 ) Vb 0,5

Factor por número de familias de juntas Nj 1

Factor de orientación de la principal -en techo Co 1

Familia de juntas -en hastial Co 1

Factor de orientación de la principal -en techo Co 1

Zona de debilidad -en hastial Co 1

Espesor de la zona de debilidad (m) Tz 5

Factor del nivel de tensiones SL 1

Tensión tangencial (Mpa) -en techo σθ 102

-en hastial σθ

CÁLCULOS DE Rsultados

Diámetro equivalente del bloque Db 0,793718865

Factor de estado de la junta jC 1,75

Parámetro del diaclasado JP 0,210359309

Índice del macizo rocoso Rmi Rmi 33,6574895

Factor de condición (estado) -en techo Gc 33,6574895

del terreno -en hastial Gc 168,2874475

Relación de tamaños -en techo Sr 7,559351639

-en hastial Sr 6,929405669

Relación de tamaños para -en techo Sr 6,299459699

Zonas débiles -en hastial Sr 6,299459699

Factor de competencia -en techo Cg 0,329975387

-en hastial Cg

D21-02 0,894112961