INDICE

1. Metodologa y sistemtica La descripcin y caracterizacin de los macizos rocosos en afloramientos es una labor necesaria en todos los estudios de ingeniera geolgica cuyo objetivo sea el conocimiento de las propiedades y caractersticas geotcnicas de los materiales rocosos. Estos trabajos se realizan durante las primeras etapas de las investigaciones in situ. EI desarrollo de los trabajos de campo en afloramientos permite obtener informacin necesaria para evaluar el comportamiento geotcnico de los macizos rocosos, planificar las fases de investigacin ms avanzadas e interpretar los resultados que se obtengan de las mismas. Debido a la gran variedad de condiciones y propiedades, la caracterizacin de los macizos puede ser una tarea compleja, sobre todo si se presentan conjuntamente materiales rocosos y suelos, zonas fracturadas, tectonizadas y/o meteorizadas. En la descripcin se deben incluir todos los aspectos y parmetros que puedan ser observados, deducidos y medidos en los afloramientos. Las descripciones de los macizos rocosos con fines geotcnicos precisan de observaciones y medidas adicionales a las geolgicas; de ah la necesidad de establecer una sistemtica que homogeneice criterios y facilite la comunicacin entre todos los profesionales que tengan que realizar los trabajos de descripcin de macizos rocosos a partir de afloramientos. Estas descripciones pueden implicar un cierto grado de subjetividad que debe evitarse, en la medida de lo posible, realizando observaciones sistemticas y utilizando una terminologa estandarizada, teniendo en cuenta los siguientes aspectos:

Todos los factores deben examinarse sistemticamente y en secuencia lgica. No debe omitirse ninguna informacin bsica sobre el afloramiento. Las descripciones deben comunicar una imagen mental precisa y permitir deducir

la informacin ms relevante. EI nmero de datos debe ser estadsticamente representativo.

La caracterizacin de campo del macizo rocoso es un ejercicio progresivo que comienza con una des- cripcin general de las condiciones del terreno, y con la identificacin y clasificacin de los materiales que forman los macizos. Las observaciones posteriores ms complejas sobre propiedades y factores concretos pueden aumentar el grado de interpretacin y por tanto de subjetividad. En general, el procedimiento a seguir parte de una descripcin general de los aspectos y caractersticas observables a simple vista, en base a los cuales se establecen distintas zonas ms o menos homogneas en base a la litologa, estructura tectnica, etc.; posteriormente, se describen y caracterizan con detalle los componentes de las diferentes zonas del macizo y sus propiedades; finalmente, a partir de todos los datas obtenidos, se clasifica geo mecnicamente el macizo rocoso. La caracterizacin de cada zona debe realizarse de forma objetiva e individualizada, e incluye el estudio de la matriz rocosa, de las discontinuidades y del conjunto del macizo, describiendo tanto sus propiedades intrnsecas como los factores externos que condicionan su comportamiento.

La sistemtica para la descripcin de los afloramientos de macizos rocosos se puede resumir en las siguientes etapas:

Descripcin de las caractersticas generales del afloramiento. Divisin en zonas y descripcin general de cada zona. Descripcin detallada de cada zona.

o Matriz rocosa. o Discontinuidades.

Descripcin de los parmetros del macizo rocoso. Caracterizacin global y clasificacin geomecnica del macizo rocoso.

La descripcin general del afloramiento debe incluir la identificacin, condiciones y caractersticas generales del afloramiento y la de cada uno de sus componentes: rocas, suelos, zonas con agua, discontinuidades singulares, etc. La divisin en zonas ms o menos homogneas se realiza a partir de criterios fundamentalmente litolgi- cos y estructurales. EI nmero de zonas que se establezca y la extensin de las mismas depender del grado de heterogeneidad de los materiales y estructuras que formen el macizo rocoso, de la extensin del afloramiento y del grado de detalle y finalidad de la investigacin. Se deben describir las caractersticas generales de cada zona (Figura 1). La descripcin de cada zona se lleva a cabo por separado y detalladamente, y deber ser lo ms objetiva y clara posible, utilizando terminologa estandarizada, de manera que distintos observadores lleguen a la misma descripcin, evitando que puedan aparecer diferencias en la interpretacin de las observaciones o medidas realizadas en una misma zona. A lo largo de esta fase se describen las caractersticas y propiedades fsicas y mecnicas de la matriz rocosa y de las discontinuidades; los aspectos y factores a describir son los del Cuadro 1. Las descripciones se efectan de forma cualitativa y, siempre que sea posible, cuantitativa. A tal efecto existen tablas, escalas, ndices y valores de referencia que se utilizan para cuantificar las diferentes propiedades y caractersticas del macizo o de sus elementos. La cuantificacin de los parmetros es til para establecer valores objetivos con los que trabajar, pero adems es necesaria para su introduccin en las clasificaciones geomecnicas de los macizos rocosos. Dado el gran nmero de parmetros a valorar, para la toma sistemtica de los datos resulta muy til utili- zar estadillos como el que se presenta en la Figura 2, que permiten anotar claramente las observaciones y medidas realizadas. En el caso de afloramientos extensos debern tomarse varios puntos o estaciones de medida en cada zona, en cada una de las cuales se realiza la toma de datos sistemtica. Cuanto mayor sea el nmero de medidas y estaciones realizadas, mayor ser la representatividad de los resultados obtenidos en cuanto a caracterizacin global del macizo rocoso. La descripcin de los parmetros del macizo rocoso se realiza a partir de los datos recogidos en cada estacin; se establecern los parmetros referentes al nmero de familias de discontinuidades, orientacin y caractersticas representativas de cada una de

ellas, determinando su importancia relativa, tamao y forma de los bloques que conforman el macizo, grado de fracturacin, etc., as como otros factores que influyen en el comportamiento, como el grado de meteorizacin y las propiedades hidrogeolgicas. En los apartados siguientes se tratan estos diferentes aspectos. La caracterizacin final del macizo rocoso depender de la valoracin adecuada de cada uno de ellos.

Trabajo:

Fase de estudio: Elemento investigado:

Localizacin y accesos: Autor: Fecha:

Observaciones:

FOTO ESQUEMA

DESCRIPCIN GEOLGICA GENERAL:

DESCRIPCIN BSICA DE CADA ZONA:

Zona I:

Zona II:

Zona III:

Figura 1. Estadillo para la descripcin y divisin en zonas del macizo rocoso.

La caracterizacin global del macizo rocoso constituye la fase final del proceso descriptivo, y debe proporcionar las condiciones geolgicas y geomecnicas del macizo en su conjunto. A partir de estos resultados se aplican las clasificaciones geomecnicas, que proporcionan informacin sobre la calidad y resistencia del macizo, as como datos cuantitativos para su aplicacin a diferentes fines constructivos (tneles, taludes, etc.). Esta ltima fase requiere una mayor experiencia, y debe integrar el conocimiento de la geologa regional y del emplazamiento. Los resultados de la caracterizacin geomecnica de afloramientos rocosos pueden presentarse en forma de cartografas de detalle y en perfiles geolgico- geotcnicos.

2. Descripcin y zonificacin del afloramiento

EI primer paso en el estudio de un afloramiento de un macizo rocoso debe ser la identificacin del mismo y su descripcin general. Posteriormente se lleva a cabo la divisin en zonas o sectorizacin y la descripcin de las mismas. Es muy til realizar fotografas y dibujos esquemticos del afloramiento, donde se pueden indicar las caractersticas bsicas de cada zona.

Por lo general, en un macizo rocoso pueden establecerse a simple vista, siempre que el afloramiento no sea muy amplio, distintas reas con diferente aspecto o tipos de materiales rocosos, por ejemplo, zonas con distinta litologa, elementos estructurales, grado de facturacin, grado de meteorizacin, etc., lo que permite una divisin inicial por zonas. Esto facilita las posteriores descripciones y la aplicacin sistemtica de los procedimientos en la toma de los datas y medidas. En ocasiones, si existen pocos afloramientos o stos presentan poca extensin, o si el macizo rocoso a caracterizar es muy amplio, esta tarea puede resultar difcil.

mbito de estudio

Caracterstica o propiedad

Mtodo

Clasificacin

Matriz rocosa

Identificacin Observaciones de visu y con lupa

Clasificacin geolgica y geotcnica

Meteorizacin Observaciones de visu ndices estndar

Resistencia ndices y ensayos de campo Clasificaciones empricas de resistencia

Discontinuidades

Orientacin Medida directa con brjula de gelogo

Espaciado Medidas de campo ndices y clasificaciones estndar

Continuidad

Rugosidad Observaciones y medidas de campo

Comparacin con perfiles estndar

Resistencia de las paredes

Martillo Schmidt ndices de campo

Clasificaciones empricas de resistencia

Abertura Observaciones y medidas de

campo

ndices estndar Relleno

Filtraciones

Macizo rocoso

Nmero de familias de discontinuidades

Medidas de campo

ndices y clasificaciones estndar

Tamao de bloque Intensidad de fracturacin

Grado de meteorizacin

Observaciones de campo Clasificaciones estndar

Cuadro 1 - Caractersticas y propiedades a describir en campo para la caracterizacin del macizo rocoso

Se recomienda seguir la siguiente secuencia (Ferrer y Gonzlez de Vallejo, 1999):

a) Identificacin del afloramiento

Localizacin, situacin geogrfica, accesos, extensin, caractersticas geomtricas, ele. Debe indicarse si es un afloramiento natural o corresponde a una excavacin y las condiciones en que se encuentra. b) Fotografas y esquemas b) Descripcin geolgica general

Formacin y edad geolgica

Litologas

Estructuras observables a gran escala

Rasgos estructurales generales: macizo estratificada, fallado, fracturado, masivo, etc.

Zonas alteradas y meteorizadas y espesor de las mismas

Presencia de agua, surgencias, etc.

Es recomendable incluir cuantos datas se aprecien, incluso los que puedan considerarse de inters secundaria. Si existe alguna duda sobre las condiciones del afloramiento tambin deben indicarse en la descripcin.

d) Divisin en zonas y descripcin general de cada zona

La zonificacin se realizar en base a criterios litolgicos y estructurales considerando los sectores ms o menos homogneos del afloramiento, no siendo conveniente establecer demasiadas zonas, aunque el nmero y la extensin de las mismas depender del grado de heterogeneidad de los materiales y estructuras que formen el macizo, de la extensin del afloramiento y del grado de detalle y finalidad de la investigacin. Se debe realizar una breve descripcin general de cada zona, sin entrar en detalles referentes a la matriz rocosa o a las discontinuidades, incluyendo datos sobre la litologa, estado de meteorizacin, fracturacin y presencia de agua. Estas descripciones cualitativas deben apartar una idea del material a estudiar, pero sin valorar cuantitativamente las propiedades del macizo y de sus componentes. Para la divisin en zonas del afloramiento y la descripcin general de cada una se recomienda utilizar estadillos como el de la Figura 1.

e) Identificacin de zonas singulares

Zonas singulares son aquellas zonas, elementos o estructuras no sistemticas, que no se repiten en el macizo, y que tienen influencia en sus propiedades y comportamiento mecnico, par ejemplo fallas, diques, zonas de brecha, cavidades, zonas de flujo de agua, etc. Estas zonas deben tratarse y describirse de forma individualizada, indicando la problemtica especfica que presentan, as como su influencia en el comportamiento general del macizo.

Fig. 2 Estadillo para toma de datos geomecnicos en campo (cortesa de Prospeccin y Geotecnia)

3. Caracterizacin de la matriz rocosa

Los aspectos que deben describirse en campo son:

Identificacin Meteorizacin o alteracin Resistencia a compresin simple

Identificacin La identificacin de visu de una roca se establece a partir de su composicin y de su textura o relaciones geomtricas de sus minerales. A estos criterios descriptivos se unen las caractersticas genticas, cuando stas pueden ser deducidas de la paragnesis mineral, composicin qumica, forma y estructura del yacimiento, y de las relaciones temporales y espaciales con otras rocas.

Las observaciones ms prcticas son:

Composicin mineralgica Forma y tamao de los granos Color y transparencia Dureza

Para la correcta observacin de estas propiedades es necesario limpiar la roca, eliminando la capa su- perficial de alteracin. Segn el tipo de roca, otros aspectos que pueden ser determinados son la presencia o ausencia de exfoliacin y la existencia de maclado y tipo de macla. La composicin mineralgica permite clasificar litolgicamente la roca. Los minerales ms comunes que forman las rocas se pueden identificar a nivel de muestra con una lupa, si las dimensiones del mineral lo permiten. La identificacin detallada de los minerales requiere un estudio petrogrfico mediante lmina delgada, que se realizar siempre que existan dudas en la identificacin de los mismos. Una vez descritos los minerales, se nombra y clasifica la roca. El sistema ms recomendable se basa en clasificaciones geolgicas enrocadas hacia usos geotcnicos. En el Cuadro 2 se incluye la clasificacin propuesta por la Sociedad Internacional de Mecnica de Rocas (ISRM). La identificacin de la roca se completa definiendo el tamao de grano y el color. En el Cuadro 2 de clasificacin de rocas para usos geotcnicos aparece el tamao de grano como criterio de clasificacin, adoptando las rocas sedimentarias una terminologa especfica en funcin de este parmetro. EI tamao de grano hace referencia a las dimensiones medias de los minerales o fragmentos de roca que componen la matriz rocosa. La estimacin del tamao de grano se realiza normalmente de visu, con una regla o con la ayuda de comparadores de tamao. En rocas de grano fino es til la ayuda de una lupa de mano. EI tamao de las partculas minerales que componen la roca puede ser homogneo (rocas equigranulares) o presentar variaciones importantes (heterogranulares). Los trminos utilizados y los intervalos de tamao reconocidos internacionalmente son los indicados en el Cuadro 3.

Descripcin Tamao del grano Equivalencia con los tipos de suelo

Grano grueso > 2 mm Gravas

Grano mdio 0,06 2 mm Arenas Grano fino < 0,06 mm Limos y arcillas

Cuadro 3 - Clasificacin del tamao de grano de las rocas

Cuadro 2 Clasificacin de las rocas para usos geotcnicos

EI color de una roca depende de los minerales que la componen. Algunos minerales tienen un color dis- tintivo, pero frecuentemente contienen sustancias o impurezas que lo modifican. El color se puede descri- bir de forma semejante al de los suelos, dando un color principal seguido de uno secundario e indicando, por ltimo, la intensidad que presenta (por ejemplo, granito gris verdoso claro). Existen cartas de colores que se emplean para la comparacin, evitando as cualquier grado de subjetividad en la descripcin. La observacin debe realizarse sobre la roca fresca, una vez retirada la capa superficial de alteracin. Cuando la roca no ha sufrido procesos de alteracin y presenta un colar original y caracterstico, se define como roca sana. Las variaciones de coloracin de la roca en el afloramiento indican que el material rocoso ha sufrido procesos de meteorizacin. La variacin en la coloracin puede afectar a todos los minerales constituyentes o solo a algunos, aspecto que ha de indicarse en la descripcin. La dureza es una propiedad directamente relacionada con la resistencia, que depende de la composicin mineralgica y del grado de alteracin que afecte a la roca. Su descripcin es cualitativa. Generalmente se adoptan como criterios la densidad y la resistencia de la roca, establecindose el grado 1 para la roca menos

densa y resistente ( = 1,5 t/m3 y (c = 50 kg/ cm2) y el grado 14 para la ms densa y resistente (

= 2,7 t/m3 y (c = 1.800 kg/cm2).

Para evaluar la dureza de los minerales se emplea la escala de Mohs, que asigna un valor de 1 para el mineral ms blando (talco) y un valor de 10 para el ms duro (diamante). Meteorizacin EI grado de meteorizacin de la roca es una observacin importante en cuanto que condiciona de forma definitiva sus propiedades mecnicas. Segn avanza el proceso de meteorizacin aumentan la porosidad, permeabilidad y deformabilidad del material rocoso, al tiempo que disminuye su resistencia. Los procesos de meteorizacin fsica y qumica que afectan a las rocas se describen en el Apartado 3.2 del Captulo 3. La identificacin del estado o grado de meteorizacin de la matriz rocosa se puede realizar de forma sistemtica a partir de las descripciones del Cuadro 4.

Trmino Descripcin

Fresca No se observan signos de meteorizacin en la matriz rocosa

Descolorada Se observan cambios en el color original de la matriz rocosa. Es conveniente indicar el grado de cambio. Si se observa que el cambio de color se restringe a uno o algunos minerales se debe mencionar.

Desintegrada La roca se ha alterado a un estado de suelo, mantenindose la fbrica original. La roca es friable, pero los granos minerales no estn decompuestos.

Decompuesta La roca se ha alterado al estado de un suelo, algunos o todos los minerales estn decompuestos

Cuadro 4 Descripcin del grado de meteorizacin

Las condiciones climticas son el principal agente en la meteorizacin, y el aspecto que ofrecen las rocas meteorizadas vara para las distintas regiones climticas. En la Figura 3 se presentan algunos ejemplos mostrando diferentes grados de meteorizacin de la matriz rocosa. Los distintos tipos de rocas son afec- tados desigualmente por los procesos de meteorizacin (como se describe en el Apartado 3.2 del Captu- lo 3), siendo stos ms intensos cuanto mayor es el tiempo de exposicin a los agentes atmosfricos.

Fig.3 - Diferentes grados de meteorizacin de matriz rocosa grantica. a) roca ligeramente decolorada, con cambios en el color original de la matriz rocosa; b) roca desintegrada, alterada al estado de suelo, manteniendo la fbrica original; c) roca descompuesta, con minerales descompuestos y prdida de la textura original. Los elementos de escala de las fotografas corresponden a 30 cm (a y b) y 2 m (c); (cortesa de Prospeccin y Geotecnia).

Resistencia

La resistencia de la matriz rocosa puede ser estimada en el afloramiento mediante ndices de campo o a partir de correlaciones con datos proporcionados por sencillos ensayos de campo, como el ensayo de carga puntual PLT o el martillo Schmidt. Los ndices de campo permiten una estimacin del rango de resistencia de la roca. Los criterios para su identificacin aparecen descritos en el Cuadro 7 del Captulo 3, y deben ser aplicados sobre la roca una vez limpiada la capa de alteracin superficial. EI ensayo de carga puntual o de rotura entre puntas, PLT, permite obtener un ndice, Is, correlacionable con

la resistencia a compresin simple. Mediante el martillo Schmidt o esclermetro se mide la resistencia al rebote de una superficie rocosa, que se correlaciona con la resistencia a compresin simple. En el Apartado 5 del Captulo 6 se describen ambos ensayos y sus aplicaciones; en las Figuras 6.68 y 6.69 de dicho captulo se muestran los dos aparatos de ensayo. En ambos casos es recomendable tomar un nmero elevado de medidas y realizar su anlisis estadstico. Con los valores de resistencia obtenidos con estos mtodos se puede clasificar la matriz rocosa en base a los criterios del Cuadro 5.

Resistencia a compresin simple (MPa) Descripcin

1-5 Muy blanda

5-25 Blanda

25-50 Moderadamente dura

50-100 Dura

100-250 Muy dura

> 250 Extremadamente dura

Cuadro 5 - Clasificacin en base a la resistencia de la roca