7/26/2019 Tema i Mecanica de Rocas (2015). Parte 4

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INGENIERA GEOLOGICA

TEMA II

MECNICA DE ROCAS

PARTE 4Curso 2015

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MECNICA DE ROCAS

Clasificaciones geomecnicasIntroduccin

Las clasificaciones geomecnicas tienen por objeto caracterizar un determinadomacizo rocoso en funcin de una serie de parmetros a los que se les asigna un ciertovalor. Por medio de la clasificacin se llega a calcular un ndice caracterstico de laroca, que permite describir numricamente la calidad de la misma. Es una herramientamuy til en el diseo y construccin de obras subterrneas, pero debe ser usada concuidado para su correcta aplicacin, pues exige conocimientos y experiencia por partede quien la utiliza.

Las clasificaciones pueden ser usadas en la etapa de Proyecto y tambin durante laObra. En la etapa de Proyecto, permiten estimar el sostenimiento necesario en base a

las propuestas del autor de cada sistema de clasificacin, mientras que durante laObra, permiten evaluar la calidad del terreno que se va atravesando conforme avanzala excavacin del tnel y aplicar el sostenimiento correcto en cada caso.

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Clasificaciones geomecnicas

La necesidad de construir tneles y la estabilizacin de excavaciones, llev a losingenieros a buscar una forma prctica de evaluar la calidad de la roca a intervenirdesde el punto de vista ingenieril.

Diferentes criterios, todos ellos provenientes de expertos de indiscutible trayectoria,

dieron como resultante una serie de mtodos de evaluacin y valoracin.

Las clasificaciones geomecnicas tienen la siguientes caractersticas bsicas:

o Dan idea preliminar de la calidad del macizo rocoso y su variabilidad.

o Desarrollados para estimar soportes en tneles con bases empricas.

o Uso para etapas tempranas del proyecto.o Check list de las variables involucradas en el problema.

o No reemplazan mtodos mas detallados y especficos de diseo.

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MECNICA DE ROCAS

Clasificaciones geomecnicasPor lo tanto las clasificaciones geomecnicas aportan mediante, la observacin directade las caractersticas de los macizos rocosos y la realizacin de ensayos sencillos,ndices de calidad que relacionados con las caractersticas geomecnicas de unmacizo rocoso.El objetivo de las clasificaciones geomecnicas son:

o Proporcionar una evaluacin geomecnica global del macizo rocoso a partir deobservaciones en el campo y ensayos sencillos.

o Estimacin de la calidad del macizo rocoso (y de los parmetros de resistencia)

o Definir las necesidades de sostenimientos

Las clasificaciones geomcnicas existentes se pueden clasificar como mtodoscualitativos y mtodos cuantitativos:

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Clasificaciones geomecnicasClasificacin de macizos rocosos de Terzaghi (1946)

La clasificacin de Terzaghi consiste bsicamente en la descripcin del macizo rocoso,caracterizndolo segn las siguientes categoras (para c/u se determina la carga demacizo a tomar por el revestimiento del tnel):

o ROCA INTACTA. sin diaclasas, rotura por roca intacta, descascaramientoluegode las voladuras.

o ESTRATIFICADA. Estrato con baja resistencia en los lmites.

o MODERADAMENTE FISURADA. Los bloques entran diaclasas intertrabados.No requiere sostenimiento lateral.

o FRAGMENTADA Y FISURADA. Bloques mal intertrabados. Sosteniminento en

paredes.o TRITURADA. Fragmentos pequeos, tamao de arena.

o DESCOMPUESTA. Porcentaje alto de partculas arcillosas.

o ROCA con HINCHAMIENTO. Minerales arcillosos (montmorillonita) concapacidad de hinchamiento.

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MECNICA DE ROCAS

Clasificaciones geomecnicas

La necesidad de unificar criterios llev a la comparacin de los mtodos msconocidos y a establecer entre ellos equivalencias, lo cual permiti en cierta manerauniformar la concepcin de la calidad de los macizos rocosos o al menos poderefectuar calibraciones ms adecuadas.

Una de las equivalencias planteadas es la efectuada entre el mtodo de ndoledescriptivo de Terzaghi (1946) y el mtodo cualitativo de Lauffer (1958).

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Clasificaciones geomecnicasDEERE, RQD (1964)

La clasificacin de Deere o del RQD (RQD = Rock Quality Designation) se funda en lacuantificacin del grado de fractura de la roca.

RQD = ROCK QUALITY DESIGNATION

Permite la obtencin de un nd ice, que es un valor cuantitativo que representa lacalidad del macizo rocoso, teniendo en cuenta las caractersticas del testigorecuperado en una perforacin.

As, realizando una perforacin con maquinaria especficamente empleadas en estasoperaciones, puede evaluarse la calidad del macizo rocoso subyacente sobre la base

del anlisis del material que se obtiene de esa perforacin.Ordinariamente, se contempla entonces la planificacin de una serie de perforacionessegn el trayecto previsto del tnel o de la traza vial o ferroviaria y se obtienen lascaractersticas en cada punto.

En funcin de la homogeneridad o herterogeneidad observadas, se realizanperforaciones complementarias para clarificar la situacin en zonas que podran ser

consideradas a priori como crticas.

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MECNICA DE ROCAS

Clasificaciones geomecnicas.

Los testigos se van colocando en cajones especiales en cuyos bordes constan lasprogresivas de profundidad.

De una perforacin pueden extraerse trozos enteros de roca (donde la roca no estfracturada) hasta que se encuentra una discontinuidad en la masa rocosa (el testigo se

interrumpe).Esta llegada a una discontinuidad puede significar que es simplemente una fractura ouna diaclasa limpias o con algn material intermedio.

Pero tambin puede tratarse de una zona de roca muy fracturada, de la cual slo seextraen trozos de roca, contabilizndose el espacio de esta parte, si se trata de unatransicin.

Todos estos trozos enteros de testigo o estas partes de roca fracturada se miden y secontabilizan para entonces aplicarlos a una frmula de clculo.

La condicin para ser contabilizadas es que stas tengan una longitud mayor que 0,1m.

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CLASIFICACION DE BIENIAWSKY

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MECNICA DE SUELOS

Clasificacin de Bieniawsky

La clasificacin geomecnica RMR fue presentada por Bieniawski en 1973, siendomodificada sucesivamente por el autor en 1976, 1979, 1984 y 1989.

La clasificacin incluye un RMR bsico, independiente de la estructura de la roca, y deun factor de ajuste.

Este mtodo le da un peso a cada uno de una serie de parmetros que se hanintegrado a una frmula en la cual participan:

o El RQD.

o El grado de alteracin de la roca.

o La resistencia de la roca sana (compresin simple, en Kg/cm2).

o La separacin promedio entre diaclasas (espaciamiento en el juego msdesfavorable).

o La apertura de las diaclasas.

o La continuidad o extensin de las diaclasas (persistencia).

o El flujo del agua que pudiere observarse en las discontinuidades relevadas.

o La orientacin de las diaclasas (rumbo y buzamiento).

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Clasificacin de Bieniawsky

Desarrollado por Bieniawsky, (1989) constituye un sistema de clasificacin de macizosrocosos que permite a su vez relacionar ndices de calidad con parmetros de diseo yde sostenimiento de tneles.

El parmetro que define la clasificacin es el denominado ndice RMR (ROCK MASS

RATING), que indica la calidad del macizo rocoso en cada dominio estructural a partirde los siguientes parmetros:

1.-Resistencia a la compresin simple de la matriz rocosa.

2.-R.Q.D. Grado de fracturacin del macizo rocoso.

3.-Espaciado de las discontinuidades.

4.-Condiciones de las discontinuidades, el cual consiste en considerar los siguientesparmetros:

- Abertura de las caras de la discontinuidad.

- Continuidad o persistencia de la discontinuidad.

- Rugosidad.

- Alteracin de la discontinuidad.

- Relleno de las discontinuidades.

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Clasificacin de Bieniawsky

5.-Presencia del Agua, en un macizo rocoso, el agua tiene gran influencia sobre sucomportamiento, la descripcin utilizada para este criterio son: completamente seco,hmedo, agua a presin moderada y agua a presin fuerte.

6.-Orientacin de las discontinuidades.

Para obtener el ndice RMR de Bieniawski se realiza lo siguiente:

1. Se suma los 5 variables o parmetros calculados, eso da como resultadoun valor ndice (RMR bsico). RMRb= (1)+(2)+(3)+(4)+(5)

2.-El parmetro 6 que se refiere a la orientacin de las discontinuidades

respecto a la excavacin. RMR = RMRb+ (6)

El valor del RMR vara entre 0 a 100

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Clasificacin de BieniawskyResistencia a la compresin simple del macizo rocoso (1)

Para calcular el puntaje debido a la resistencia de la roca se puede estimarmediante el ensayo de carga puntual o la resistencia a compresin simple.

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Clasificacin de BieniawskyRQD (2)

Para calcular el puntaje debido al RQD

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Clasificacin de BieniawskyEspaciamiento de las discontinuidades (3)

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Clasificacin de BieniawskyCondiciones de las discontinuidades (4)

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Clasificacin de BieniawskyPresencia de agua (5)

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Clasificacin de BieniawskyOrientacin de las discontinuidades (6)

Para la valoracin de este parmetro se debe clasificar la roca de acuerdo alrumbo y buzamiento con respecto a la obra civil que se va a ejecutar, estaclasificacin se especifica a continuacin:

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Clasificacin de BieniawskyOrientacin de las discontinuidades (6)

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Clasificacin de BieniawskySumando todos los valores de puntajes de los diferentes parmetros delmacizo rocoso se obtiene el ndice RMR. El cual es el que define la calidaddel macizo rocoso.

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Clasificacin de Bieniawsky

Cabe destacar que a partir del ndice de calidad del macizo rocoso se pueden obtenercasi todos los parmetros geomecnicos del macizo rocoso mediante relacionesempricas.

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Clasificacin de Barton QDesarrollado por Barton, Lien y Lunde en 1974, constituye un sistema de clasificacinde macizos rocosos que permite establecer sistemas de sostenimientos para tneles ycavernas. El sistema Q esta basado en al evaluacin numrica de seis parmetros quedefinen el ndice Q. Este ndice viene dado por la siguiente expresin y representavalores numricos entre 0.001 y 1000.

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Clasificacin de Barton Q

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Clasificacin de Barton QCalculo de los parmetros para el ndice Q

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Clasificacin de Barton Qndice de alteracin Ja y Factor reductor por presencia de Agua.

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Clasificacin de Barton QSRF: Factor reductor de Esfuerzo.

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Clasificacin de Barton QCalculo de los parmetros para el ndice Q

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Relaciones entre el RMR y la Q de BartonExisten numerosos expresiones que relacionan el RMR con la Q de Barton, entre lasque destacan:

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Clculo de RMR de un Macizo Rocoso.

Se tiene un macizo rocoso con una resistencia a compresin simple de 180 MPa, conun RQD de 60 con presencia de juntas separadas 20 cm con hasta 4mm de abertura.Se puede observar que la persistencia de las diaclasas es baja con un relleno duro ycon las paredes muy rugosas y sin alteracin. Se considera adems que el macizo seencuentra seco.

Calcular el RMR bsico del macizo.Si se pretende construir un tnel con un buzamiento contra el macizo de 70, cualser el RMR para este macizo descrito anteriormente?.

Podras relacionar este RMR con la Q de Barton?.

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Clculo de Q de Barton para un Macizo Rocoso.

Se tiene un macizo rocoso con una resistencia a compresin simple de 180 MPa, conun RQD de 40 con presencia de 2 familias de diaclasas cuyas paredes se encuentrancon alteraciones arcillosas. El macizo se encuentra totalmente seco.

Calcular la Q si se pretende excavar un tnel en este macizo con una profundidad de

30m?.