MECÁNICA DE ROCAS: ESTIMACIÓN DE LA RESISTENCIA DE LOS MACIZOS ROCOSOS MEDIANTE ENSAYO DE RUGOSIDAD

Si hablamos de la aplicación del Peine de Barton se viene la idea el estudio de las discontinuidades en el interior de la masa rocosa, ya que ahí el macizo presenta una resistencia al corte y a la comprensión menor.

Para estimar la resistencia de los macizos rocosos, caracterizados por la existencia de las discontinuidades geológicas, es necesario conocer las propiedades mecánicas de las rocas, las características de discontinuidades, el estado y comportamiento mecánico–estructural del macizo rocoso.

Por ende la resistencia al corte nos ayuda para analizar los problemas de capacidad de carga, estabilidad de taludes y presiones laterales sobre estructuras de contención.

La rugosidad de la junta:

El paramento de rugosidad superficial de la junta se obtiene con el Peine De Barton, se obtiene una línea que se compara con una escala de perfiles, propuesta por Barton. Cada perfil tiene asignado un numero de clasificación JRC que varía entre 0 y 20 (JRC = coeficiente de rugosidad de la junta).

Rugosidad superficial de la junta

El parámetro de rugosidad superficial de la junta se obtiene con el peine de Barton (rugosímetro 45-D0556), utilizado para reproducir el perfil de rugosidad. La línea obtenida se compara con una escala de perfiles de rugosidad, propuesta por Barton.

Cada perfil lleva asignado un número de clasificación JRC que puede variar entre 0 y 20 (JRC = Coeficiente de Rugosidad de la Junta)

El perfilómetro y la rugosidad de la junta

En mecánica de rocas, la rugosidad de las juntas desempeña un papel muy importante, especialmente cuando se trata de juntas cerradas. A mayor rugosidad, también mayor resistencia a corte, lo cual permite, junto con la cohesión (o resistencia a corte bajo tensión normal nula) y los “puentes de roca”, que cosas como ésta puedan mantenerse en su sitio sin caer sobre la calzada.

Los primeros criterios de rotura de mecánica de rocas, como los de Patton (1966), Ladanyi y Archambault (1969) o Jaeger (1971), trataban la rugosidad de la junta como un incremento del ángulo de rozamiento pero, poco a poco, la rugosidad fue ganando importancia hasta convertirse en el parámetro JRC (Joint Roughness Coefficient) del criterio de Barton (1973 → 1990), o el Jr de la clasificación geomecánica Q de Barton, Lien y Lunde (1974 → 2002).

Dependiendo de la escala se habla de aspereza o de rugosidad propiamente dicha. A pequeña escala (milimétrica o centimétrica), la aspereza de una junta puede ser rugosa, suave o pulida. A mayor escala (decimétrica o métrica), la rugosidad puede ser plana, ondulada o escalonada. Así, dependiendo del problema, la rugosidad debería calcularse teniendo en cuenta el factor de escala existente entre la muestra y el macizo (sin olvidar el sentido común) pero, ¿cómo cuantificamos la rugosidad de la muestra?

Hay varios métodos, los perfiles tipo de Barton y Choubey de la figura superior (con el JRC para longitudes de junta de 20 cm y 1 m), barras graduadas, discos con brújula, ensayos in situ -como el de inclinación o Tilttest-, ensayos de corte directo y, por supuesto, métodos modernos mediante fotointerpretación, laser escáner y análisis fractal de imagen… pero si no estamos muy seguros, siempre podemos hacer uso de métodos simplificados como, por ejemplo, el perfilómetro.

Como se puede ver, el perfilómetro no es ninguna maravilla de la tecnología, pero ayuda en esos casos en los que la observación visual resulta complicada, permitiendo “calcar” el perfil real de la junta para estudiarlo con tranquilidad y ver si se ajusta a alguno de los perfiles tipo o requiere un cálculo más detallado.

Método empírico para la evaluación del índice de JRC: 𝐽𝑅𝐶 = α – φRLog (JCS/σ) ΦR = Angulo de fricción de corte residual σ = presión normal en la superficie de la junta generada por el peso de la parte superior de la muestra. JCS = resistencia de la junta medida con el martillo de Schmidt.

Influencias de las rugosidades: Øp = Øb +i Øp = irregularidad de la superficie (30º A 70º). i = ángulo de rugosidad (0º A 40º) Øb = ángulo básico de fricción.

Criterio de Barton y Choubey: T = σn tag [JRC log 10 (JCS/σn) + Ør] T y σn = esfuerzos tangencial y normal efectivo sobre el plano de discontinuidad Ør = ángulo de rozamiento residual JRC = coeficiente de rugosidad de la discontinuidad (Joint Roughness Coefficient) JCS = resistencia a compresión de las paredes de las discontinuidades (Joint Wall Compression Strength).