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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ
Facultad de Ingeniería de Minas
CURSO: Mecánica de Rocas I
TEMA: Clasificación de BARTON
2011 - II
Docente : José AVELLANEDA PURI
2
7.1. Introducción7.1. Introducción7.1. IntroducciónCapít
ulo
7:
CLASIF
ICACIO
NES G
EO
MECÁN
ICAS
Capít
ulo
7:
CLASIF
ICACIO
NES G
EO
MECÁN
ICAS
77..11.. IntroducciónIntroducción
Las clasificaciones geomecánicas constituyen
actualmente un método fundamental para la
caracterización geomecánica de los macizos rocosos ya
que permiten obtener parámetros de resistencia y
deformabilidad del macizo y estimar los sostenimientos
de un túnel.
Las clasificaciones geomecánicas más utilizadas en
túneles son la RMR y la Q. Si bien ambas fueron
desarrolladas para estimar sostenimientos, el
parámetro RMR se ha ido consolidando como un índice
geomecánico para la evaluación de las propiedades del
macizo rocoso, usándose igualmente para la evaluación
del sostenimiento.
3
7.2. Clasificación Q7.2. Clasificación Q7.2. Clasificación QCapít
ulo
7:
CLASIF
ICACIO
NES G
EO
MECÁN
ICAS
Capít
ulo
7:
CLASIF
ICACIO
NES G
EO
MECÁN
ICAS
77..22.. ClasificaciónClasificación QQ
Desarrollada por Barton, Lien y Lunde en 1974, a partir
del estudio de un gran número de túneles, constituye
un sistema de clasificación de macizos rocosos que
permite estimar parámetros geotécnicos del macizo y
diseñar sostenimientos para túneles y cavernas
subterráneas. El índice Q está basado en una
evaluación numérica de seis parámetros dados por la
expresión:
Q = RQD x Jr x Jw
Jn Ja SRF
Donde:
Jn = índice de diaclasado que indica el grado de
fracturación del macizo rocoso (número de familias).
4
7.2. Clasificación Q7.2. Clasificación Q7.2. Clasificación QCapít
ulo
7:
CLASIF
ICACIO
NES G
EO
MECÁN
ICAS
Capít
ulo
7:
CLASIF
ICACIO
NES G
EO
MECÁN
ICAS Jr = índice de rugosidad de las discontinuidades
o juntas (coeficiente de rugosidad de la junta).
Ja = índice que indica la alteración de las
discontinuidades (coeficiente de alteración de la junta).
Jw = coeficiente reductor por la presencia de agua.
Jn, Jr y Ja se aplican a las juntas estructuralmente
más desfavorables.
SRF (stress reduction factor “factor reductor por tensiones en el macizo rocoso”) =
coeficiente que tiene en cuenta la influencia del estado
tensional del macizo rocoso.
Los tres factores de la expresión representan:
(RQD/Jn): el tamaño de los bloques
(Jr/Ja) : la resistencia al corte entre los bloques
(Jw/SRF): la influencia del estado tensional
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7.2. Clasificación Q7.2. Clasificación Q7.2. Clasificación QCapít
ulo
7:
CLASIF
ICACIO
NES G
EO
MECÁN
ICAS
Capít
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7:
CLASIF
ICACIO
NES G
EO
MECÁN
ICAS
El índice Q obtenido varía entre 0,001 y 1000, con la
siguiente clasificación del macizo rocoso:
Entre 0,001 y 0,01: roca excepcionalmente mala
0,01 y 0,1: roca extremadamente mala
0,1 y 1: roca muy mala
1 y 4: roca mala
4 y 10: roca media
10 y 40: roca buena
40 y 100: roca muy buena
100 y 400: roca extremadamente buena
400 y 1000: roca excepcionalmente buena
EJEMPLO:
Una cámara de chancadoras de 15 m de vano
6
7.2. Clasificación Q7.2. Clasificación Q7.2. Clasificación QCapít
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CLASIF
ICACIO
NES G
EO
MECÁN
ICAS
Capít
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CLASIF
ICACIO
NES G
EO
MECÁN
ICAS (abertura) para una mina subterránea va a ser excavada
en norita a una profundidad de 2100 m debajo de la
superficie. El macizo rocoso contiene dos familias de
juntas que controlan la estabilidad. Estas juntas son
onduladas, rugosas y no están meteorizadas,
presentando manchas de óxido de poca importancia en
la superficie. Los valores RQD varían entre 85% y
95% y los ensayos de laboratorio sobre muestras de
testigos de roca intacta arrojan una resistencia a la
compresión simple promedio de 170 MPa. Las
direcciones del esfuerzo principal son aproximadamente
verticales horizontales y la magnitud del esfuerzo
principal horizontal es de aproximadamente 1.5 veces la
del esfuerzo principal vertical. El macizo rocoso está
localmente húmedo pero no presenta evidencias de flujo
de agua.
7
7.2. Clasificación Q7.2. Clasificación Q7.2. Clasificación QCapít
ulo
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CLASIF
ICACIO
NES G
EO
MECÁN
ICAS
Capít
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CLASIF
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NES G
EO
MECÁN
ICAS
SOLUCIÓN:
Para una profundidad por debajo de la superficie de
2100 m, el esfuerzo de sobrecarga será
aproximadamente:
1 = 2100 m * 2,7 ton/m3 * (1 Mpa/100 ton/m2)
= 56,7 MPa (esfuerzo principal vertical)
La magnitud del esfuerzo principal horizontal es de
aproximadamente 1,5 veces la del esfuerzo principal
vertical.
3 = 56,7 MPa * 1,5 = 85 MPa (esfuerzo principal horizontal)
c/3 = (170 Mpa/85 Mpa) = 2
8
7.2. Clasificación Q7.2. Clasificación Q7.2. Clasificación QCapít
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NES G
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ICAS
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CLASIF
ICACIO
NES G
EO
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ICAS
1 2 3
2
1
3
Esfuerzos principales:
Z = 2100 m
3
1
Cámara de chancadora
h==v
9
7.2. Clasificación Q7.2. Clasificación Q7.2. Clasificación QCapít
ulo
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CLASIF
ICACIO
NES G
EO
MECÁN
ICAS
Capít
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CLASIF
ICACIO
NES G
EO
MECÁN
ICAS Resistencia de la matriz rocosa
La resistencia de la matriz rocosa influye en forma
decisiva en el método de excavación, y es un factor
importante en la estabilidad de la misma.
A partir del factor de competencia Fc = ci/v (donde ci
es la resistencia de la matriz rocosa y v es la tensión o
esfuerzo máximo vertical), se diferencian tres
condiciones de estabilidad:
Fc10: la matriz rocosa tiene una resistencia muy
superior a las tensiones del macizo y la excavación es
estable.
10Fc2: la estabilidad está condicionada por el
tiempo y las propiedades de la roca, pudiéndose
10
7.2. Clasificación Q7.2. Clasificación Q7.2. Clasificación QCapít
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CLASIF
ICACIO
NES G
EO
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ICAS
Capít
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CLASIF
ICACIO
NES G
EO
MECÁN
ICAS establecer tres tipos de deformaciones: elástica,
plástica y rotura frágil con riesgo de explosión de roca
(rock burst).
Fc2: la excavación puede ser inestable al sobrepasar
las tensiones de la resistencia de la matriz rocosa.
La estabilidad estimada a partir de Fc no tiene en cuenta
la presencia de discontinuidades. Esta situación es poco
común, pero puede darse en macizos muy
homogéneos, rocas masivas cristalinas, sales, etc., o
bien en rocas situadas a grandes profundidades, en
donde las discontinuidades están muy cerradas.
11
7.2. Clasificación Q7.2. Clasificación Q7.2. Clasificación QCapít
ulo
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CLASIF
ICACIO
NES G
EO
MECÁN
ICAS
Capít
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CLASIF
ICACIO
NES G
EO
MECÁN
ICAS Q de Barton: Estimación del parámetro Jn
Jn número de familias VALOR
Roca masiva 0.5 – 1
Una familia de juntas 2
Id. con otras juntas ocasionales 3
Dos familias de juntas 4
Id. con otras juntas ocasionales 6
Tres familias de juntas 9
Id. con otras juntas ocasionales 12
Cuatro o más familias, roca muy
fracturada
15
Roca triturada 20
12
7.2. Clasificación Q7.2. Clasificación Q7.2. Clasificación QCapít
ulo
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CLASIF
ICACIO
NES G
EO
MECÁN
ICAS
Capít
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ICACIO
NES G
EO
MECÁN
ICAS Q de Barton: Estimación del parámetro Jr
Jr coeficiente de
rugosidad de la junta
VALOR
Juntas rellenas 1
Juntas limpias
Discontinuas 4
Onduladas, rugosas 3
Onduladas, lisas 2
Planas, rugosas 1.5
Planas, lisas 1
Lisos o espejos de falla
Ondulados 1.5
Planos 0.5
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7.2. Clasificación Q7.2. Clasificación Q7.2. Clasificación QCapít
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ICAS Q de Barton: Estimación del parámetro Ja
Ja coeficiente de
alteración de la junta
VALOR
Juntas de paredes sanas 0.75 – 1
Ligera alteración 2
Alteraciones arcillosas 4
Con detritus arenosos 4
Con detritus arcillosos
pre-consolidados
6
Id. Poco consolidados 8
Id. Expansivos 8 – 12
Milonitos de roca y arcilla 6 – 12
Milonitos de arcilla limosa 5
Milonitos arcillosos-
gruesos
10-20
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7.2. Clasificación Q7.2. Clasificación Q7.2. Clasificación QCapít
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ICACIO
NES G
EO
MECÁN
ICAS
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CLASIF
ICACIO
NES G
EO
MECÁN
ICAS Q de Barton: Estimación del parámetro Jw
Jw coeficiente reductor por
la presencia de agua
VALOR
Excavaciones secas o con <5
l/min localmente
1
Afluencia media con lavado
de algunas juntas
0.66
Afluencia importante por
juntas limpias
0.5
Id. Con lavado de juntas 0.33
Afluencia excepcional inicial,
decreciente con el tiempo
0.2 – 0.1
Id. mantenida 0.1 – 0.05
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NES G
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NES G
EO
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ICAS
Q de Barton: Estimación del parámetro SRF
SRF VALOR
ZONAS DÉBILES
Multitud de zonas débiles o milonitos 10
Zonas débiles aisladas, con arcilla o roca descompuesta
(cobertura <50 m)
5
Id. con cobertura >50 m 2.5
Abundantes zonas débiles en roca competente 7.5
Zonas débiles aisladas en roca competente (cobertura <50 m) 5
Id. con cobertura >50 m 2.5
ROCA COMPETENTE
Pequeña cobertura 2.5
Cobertura media 1
Gran cobertura 0.5 – 2
TERRENO FLUYENTE
Con bajas presiones 5 – 10
Con altas presiones 10 – 20
TERRENO EXPANSIVO
Con presión de hinchamiento moderada 5 – 10
Con presión de hinchamiento alta 10 - 15
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Capít
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NES G
EO
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Capít
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ICACIO
NES G
EO
MECÁN
ICAS Tabla 3.6 Clasificación de parámetros individuales utilizados en el
Índice de Calidad de Excavación de Túneles Q (Según
Barton et al1974)
DESCRIPCIÓN VALOR NOTAS
1. ÍNDICE DE CALIDAD DE ROCA
RQD (%)
1. Cuando se obtienen valores del RQD inferiores o iguales a 10, se toma un valor de 10 para calcular el índice Q.
2. Los intervalos de 5 unidades para el RQD, es decir, 100, 95, 90 etc.,
tienen suficiente precisión.
A. Muy mala 0-25
B. Mala 25-50
C. Regular 50-75
D. Buena 75-90
E. Excelente 90-100
2. NUMERO DE FAMILIAS DE JUNTAS
Jn NOTAS
A. Masivo o con pocas juntas 0.5-1.0
1. En intersecciones de túneles se utiliza la expresión (3.0 x Jn) 2. En las bocaminas de los túneles se utiliza la expresión (2.0 x Jn)
B. Una familia de juntas 2
C. Una familia de juntas + una
aislada 3
D. Dos familias de juntas 4
E. Dos familias de juntas + una aislada
6
F. Tres familias de juntas 9
G. Tres familias y algunas juntas aleatorias
12
H. Cuatros familias, juntas
aleatorias, roca muy fracturada, roca en terrones, etc.
15
I. Roca triturada, terrosa. 20
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Capít
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NES G
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MECÁN
ICAS
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EO
MECÁN
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3. RUGOSIDAD DE LAS JUNTAS Jr
a) Contacto con las paredes b) Contacto con las paredes antes de un corte
de 10 cm
A. Juntas sin continuidad 4
B. Rugosa e irregulares, onduladas 3
C. Lisa, ondulantes 2
D. Pulidas, ondulantes 1.5
E. Rugosas o irregulares, planares 1.5
F. Lisas, planares 1.0
G. Pulidas, planares 0.5
1. Las descripciones se refieren a caracterizaciones a pequeña escala y a escala intermedia, por este orden.
c) Sin contacto con roca después de corte de 10 cm
H. Zonas que contienen minerales arcillosos, de espesor suficiente para impedir el contacto de paredes.
1.0
I. Zona arenosa, gravosa o de roca triturada, de espesor suficiente para impedir el contacto de paredes.
1.0
1. Si el espaciado de la principal familia de discontinuidades es superior a 3m, se debe aumentar el índe Jr, en una unidad.
2. En el caso de diaclasas planas perfectamente lisas que presenten lineaciones, y que dichas lineaciones estén orientadas según la dirección de mínima resistencia, se puede utilizar el valor Jr=0,5..
4. ALTERACIÓN DE LAS JUNTAS Ja r, grados aproximadamente
a) Contacto con las paredes de roca
A. Relleno soldado, duro, inablandable, impermeable.
0.75
B. Paredes de juntas inalteradas, sólo con manchas de oxidación.
1.0 (25°-30°)
C. Paredes ligeramente alteradas, con recubrimiento de minerales inablandables, partículas arenosas, roca desintegradazo no arcillosa.
2.0 (25°-30°)
D. Recubrimientos limosos o arenoso-arcillosos, con una pequeña fracción de arcilla (inablandable).
3.0 (20°-25°)
E. Recubrimientos ablandables o con arcilla de baja fricción o sea kaolinita o mica. También clorita, talco, yeso, grafito, etc., y pequeñas cantidades de arcillas expansivas (recubrimiento discontinuo de 1-2 mm de espesor menos)
4.0 (8°-16°)
1. Los valores de r, ángulo de fricción residual, dan
una guía aproximada de las propiedades mineralógicas de los productos de alteración, si éstos están presentes.
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Capít
ulo
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NES G
EO
MECÁN
ICAS
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NES G
EO
MECÁN
ICAS
b) Contacto con las paredes antes de un corte de 10 cm
Ja r NOTAS
F. Partículas arenosas, roca desintegrada, sin arcilla, etc.
4.0 (25°-30°)
G. Rellenos de minerales arcillosos muy sobreconsolidados e inablandables (continuos 5 mm
de espesor)
6.0 (16°-24°)
H. Rellenos de minerales arcillosos de sobreconsolidación media a baja (continuos 5 mm de
espesor)
8.0 (12°-16°)
I. Rellenos de arcilla expansiva, o sea montmorillonita (continuos 5 mm de espesor). El valor Ja
depende del porcentaje de partículas expansivas del tamaño de arcilla y del acceso al agua.
8.0-12.0 (6°-12°)
c) Sin contacto de las paredes después del corte
Ja r NOTAS
J. Zonas o capas de roca desintegrada o triturada y
6.0
K. arcilla (ver G, H e I para las condiciones de la
8.0
L. arcilla) 8.0-12.0 (6°-24°)
M. Zonas o capas de arcilla limosa o arenosa, pequeña fracción de arcilla (inablandable).
5.0
N. Zonas o capas gruesas y continuas de arcilla.
10.0-13.0
O. (ver G, H, I para las condiciones de la arcilla)
6.0-24.0
Nota: Los valores expresados para los parámetros Jr y Ja de aplican a las familias de diaclasas que son menos favorables con relación a la estabilidad, tanto por la orientación de las mismas como por su resistencia al corte (esta resistencia puede evaluarse mediante la expresión: T ~ n tg
-1(Jr/Ja).
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Capít
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CLASIF
ICACIO
NES G
EO
MECÁN
ICAS
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ICAS
5. REDUCCIÓN POR AGUA EN LAS JUNTAS
Jw Presión aproximada del Agua (Kgf/cm2)
A. Excavación seca o flujos bajos (5 L/min localmente)
1.0 1.0
B. Flujo o presión medios, con lavado ocasional de los rellenos.
0.66 1.0-2.5
C. Gran flujo o presión alta en roca competente con juntas sin relleno.
0.5 2.5-10.0
D. Gran flujo o presión alta, lavado considerable de los rellenos.
0.33 2.5-10.0
E. Flujo o presión excepcionalmente altos con las voladuras, disminuyendo con el tiempo.
0.2-0.1 10
F. Flujo o presión excepcionalmente altos en todo momento.
0.1-0.05
10
Nota: 1. Los factores C hasta F son estimaciones imprecisas. Aumentar
Jw, si se instala drenaje. 2. Los problemas especiales causados por la presencia de hielo
no se toman en consideración.
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Capít
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NES G
EO
MECÁN
ICAS
6. FACTOR DE REDUCCIÓN DE ESFUERZOS
SRF NOTAS
a) Zonas de debilidad que intersectan la excavación y pueden ser las causas de que el macizo se desestabilice se construya el túnel.
A. Múltiples zonas de debilidad con contenido de arcilla o roca químicamente desintegrada; roca circundante muy suelta (cualquier profundidad).
10.0
B. Zonas de debilidad aisladas que contengan arcilla o roca químicamente desintegrada (profundidad de excavación 50m).
5.0
C. Zonas de debilidad aisladas que contengan arcilla o roca químicamente desintegrada (profundidad de excavación 50m).
2.5
D. Múltiples zonas de corte en roca competente (sin arcilla), roca circundante suelta (cualquier profundidad).
7.5
E. Zonas de corte aisladas en roca competente (sin arcilla) (profundidad de excavación 50m).
5.0
F. Zonas de corte aisladas en roca competente (sin arcilla) (profundidad de excavación 50m)
2.5
G. Juntas abiertas sueltas, fisuración intensa (cualquier profundidad)
5.0
1. Reducir estos valores del SRF en un 25-50%, si las zonas de corte relevantes influencian pero no intersectan la excavación.
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Capít
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ICAS
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ICAS
b) Roca competente, problemas de esfuerzos c/1 t/1 SRF
NOTAS
A. Esfuerzo bajo, cerca de la superficie.
200 13 2.5
B. Esfuerzo medio 200-10 13-0.66 1.0
C. Esfuerzo elevado, estructura muy cerrada, generalmente favorable para la estabilidad, puede ser desfavorable para la estabilidad de las paredes.
10-5 0.66-0.33 0.5-2
D. Estallido de roca moderado (roca masiva)
5-2.5 0.33-0.16 5-10
E. Estallido de roca intenso (roca masiva).
2.5 0.16 10-20
2. Para un campo de tensiones muy anisotrópico (si es medido): cuando 51/310, reducir c a 0.8c
y t a 0.8 t donde:
c resistencia a la compresión sin confinar
t =resistencia a la tracción (carga puntual)
1 y 3 = esfuerzos principales mayor y menor.
c) Roca compresiva, flujo plástico de roca incompetente bajo la influencia de presiones altas de roca.
NOTAS
A. Presión moderada de roca extrusiva o
5-10
B. Presión alta de roca extrusiva 10-20
d) Roca expansiva, acción química expansiva, dependiendo de la presencia de agua
A. Presión moderada de roca expansiva
5-10
B. Presión alta de roca expansiva. 10-15
3. Hay pocos registros de casos donde la profundidad del techo debajo de la superficie sea menor que el ancho. Se sugiere que se incremente el SRF de 2.5 a 5 para esos casos (ver H).
22
7.2. Clasificación Q7.2. Clasificación Q7.2. Clasificación QCapít
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EO
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ICAS
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ICACIO
NES G
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ICAS
La Tabla 3.6.6 muestra que, para roca competente
con problemas de esfuerzo, se puede esperar que estevalor de c/1 produzca fuertes condiciones de estallido
de la roca y que el valor SRF debe estar entre 10 y 20.
Para este cálculo se asumirá un valor de SRF = 15.
Utilizando estos valores se tiene:
Q = RQD * Jr * Jw = 90 * 3 * 1 = 4.5
Jn Ja SRF 4 1 15
77..33.. SostenimientosSostenimientos aa partirpartir deldel índiceíndice QQ
Para la estimación de los sostenimientos a partir de Q,
se definen los siguientes parámetros:
23
7.2. Clasificación Q7.2. Clasificación Q7.2. Clasificación QCapít
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NES G
EO
MECÁN
ICAS
Capít
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ICACIO
NES G
EO
MECÁN
ICAS
a) Diámetro equivalente del túnel (De)
Para relacionar el valor del índice Q a la estabilidad y
requerimiento de sostenimiento de excavaciones
subterráneas, Barton et al (1974) definió un parámetro
adicional al que se denominó la Dimensión Equivalente
“De” de la excavación. Esta dimensión se obtiene
dividiendo el vano, diámetro o la altura de la pared de la
excavación entre una cantidad llamada la Relación de
Sostenimiento ESR. Entonces:
De = vano, diámetro o altura de la excavación (m)
ESR
b) Relación de sostenimiento de excavación (ESR)
24
7.2. Clasificación Q7.2. Clasificación Q7.2. Clasificación QCapít
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ICACIO
NES G
EO
MECÁN
ICAS
Capít
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CLASIF
ICACIO
NES G
EO
MECÁN
ICAS La estación de chancado yace dentro de la categoría de
excavaciones mineras permanentes (Tabla 1) y se le
asigna una relación de sostenimiento de excavación
ESR = 1.6.
En consecuencia, para un vano de excavación de 15 m,
la dimensión equivalente es:
De = 15/1.6 = 9.4
La “De” es utilizada para definir una serie de categorías
de sostenimiento mediante un gráfico publicado en texto
original preparado por Barton et al (1974). Este gráfico
ha sido actualizado por Grimstad y Barton (1993) para
reflejar el uso progresivo del shotcrete reforzado con
fibra de acero en el sostenimiento de excavaciones
subterráneas (Figura 1).
25
7.2. Clasificación Q7.2. Clasificación Q7.2. Clasificación QCapít
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ICACIO
NES G
EO
MECÁN
ICAS
Capít
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7:
CLASIF
ICACIO
NES G
EO
MECÁN
ICAS De la Figura 1, un valor de “De” de 9.4 y un valor de Q
de 4.5 coloca a esta excavación para la chancadora
dentro de la categoría (4) la cual requiere de un patrón
de pernos de roca (espaciados 2.3 m) y 40 a 50 mm de
shotcrete no armado.
Tabla 1 Categoría de excavación
CATEGORÍA DE EXCAVACIÓN ESR
A Excavación mineras temporales 3-5
B Excavaciones mineras permanentes, túneles de conducción de agua para proyectos hidroeléctricos (excluyendo tuberías forzadas de alta presión), galerías, túneles piloto y galerías de avance.
1.6
C Cámaras de almacenamiento, plantas de tratamiento de agua, túneles menores para carreteras o vías férreas, cámaras de equilibrio, túneles de acceso.
1.3
D Estaciones de energía, túneles grandes para carreteras y vías férreas, refugios de defensa civiles, intersecciones de portales.
1.0
E Estaciones de energía nuclear subterráneas, estaciones ferroviarias, instalaciones deportivas y públicas, fábricas.
0.8
26
7.2. Clasificación Q7.2. Clasificación Q7.2. Clasificación QCapít
ulo
7:
CLASIF
ICACIO
NES G
EO
MECÁN
ICAS
Capít
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CLASIF
ICACIO
NES G
EO
MECÁN
ICAS
Longitud d
e los p
ern
os e
n
m para
ESR=
1
2
5
10
20
50
100
1
Excepcionalmente
Mala
0.004 0.01 0.04 0.1 0.4 1 4 10 40 100 400 1000
Extremadamente
MalaMuy Mala Mala Regular Buena Muy
Buena
Ext.
Buena
Exc.
Buena
20
10
5
3
2.4
1.5
7
Espacio entre pernos en el Area del Concreto Lanzado
Espacia
mie
nto e
ntre p
ernos f
uera d
el
Area d
el Concr
eto L
anzado
(9) (8) (7) (6) (5) (4) (3) (2) (1)
250
mm
150
mm
120
mm
90
mm
50 m
m
40 m
m
4.0 m
3.0 m
2.0 m
1.5 m
1.3 m
1.0 m
1.0m
1.3m1.2m
1.5m 1.7m
2.1m2.3m
2.5m
D=e
Ancho o
Altura
en m
ESR
Calidad del Macizo Rocoso Q =RQD
Jn Ja SRF
J r Jwx x
Figura 1 Categorías de sostenimiento estimadas en base al índice
Q (Según Grimstad y Barton 1993)
27
7.2. Clasificación Q7.2. Clasificación Q7.2. Clasificación QCapít
ulo
7:
CLASIF
ICACIO
NES G
EO
MECÁN
ICAS
Capít
ulo
7:
CLASIF
ICACIO
NES G
EO
MECÁN
ICAS
CATEGORÍAS DE REFUERZO:
1) Sin sostenimiento.
2) Empernado puntual.
3) Empernado sistemático.
4) Empernado sistemático con 40-100 mm de shotcrete
sin refuerzo.
5) Shotcrete reforzado con fibra, de 50-90 mm, y
empernado.
6) Shotcrete reforzado con fibra, de 90-120 mm y
empernado.
7) Shotcrete reforzado con fibra, de 120-150 mm, y
empernado.8) Shotcrete reforzado con fibras, 150 mm, con
cerchas reforzadas de shotcrete y empernado.
9) Revestimiento de concreto moldeado.
28
7.2. Clasificación Q7.2. Clasificación Q7.2. Clasificación QCapít
ulo
7:
CLASIF
ICACIO
NES G
EO
MECÁN
ICAS
Capít
ulo
7:
CLASIF
ICACIO
NES G
EO
MECÁN
ICAS
Figura 1 Sostenimiento según el índice Q (Barton, 2000)
29
7.2. Clasificación Q7.2. Clasificación Q7.2. Clasificación QCapít
ulo
7:
CLASIF
ICACIO
NES G
EO
MECÁN
ICAS
Capít
ulo
7:
CLASIF
ICACIO
NES G
EO
MECÁN
ICAS
Figura 1 Diseño de sostenimiento en labores mineras subterráneas SMP
PERNO DE 1.5 X 1.5 m
LONGITUD DE PERNOS
labor menor 2.5 m= 1.2m
labor entre 2.5m y 3.5m =1.5m
labor entre 3.5m y 4.5m =1.8m
labor mayor de 5.5m = 3.0m
labor entre 4.5m y 5.5m =2.4m
DISEÑO DE SOSTENIMIENTO EN LABORES MINERAS SUBTERRANEAS
LUZ____
ESR
1
8
MF/MP
TIPO DE ROCA SEGUN INDICE G.S.I. (modificado)
T/MP
IF/MP
T/P IF/P
F/P
MF/R
IF/B
SPM
F/MP
MF/P
IF/R
F/R
MF/B
LF/P
PER
NO
D
E 1.0 X
1.0 m
y SH
(f) (5 cm
)
PERN
O DE 1.0 X 1.0 m
Y SH
(5 cm
)
PER
NO
D
E 1.0 X
1.0 m
y SH
(f) (10 cm
)
O C
IM
BR
A a 1.5m
o C
UA
DR
O a 1.5m
PERN
O DE 1.0 X 1.0 m
y SH
(f) (15 cm
)
CIM
BRA a 1.0m
o CU
ADRO
A 1.0m
RECO
MEN
DABLE
EXCAVACIO
N N
O
5
2
PERNO DE 1.2
X 1
.2 m
PERNO DE 1.0 X 1.0 m
CON M
ALLA
Q=
RMR=
Indice Q = RQD/Jn * Jr/Ja * Jw/SRF
Indice RMR = 9 LnQ + 44
Indice GSI = RMR (seco) -5
(RELACIONES EMPIRICAS APROX.)
0.01
15
SH(f) = SHOTCRETE CON
ESR=1.6(Lab. Perm.)
=3.0(Lab. Temp.) =2.0(Lab. Vert.)
FIBRA DE REFUERZO
0.1
25
1
45
10
65
LF/R
F/B
M/R
LF/B
SIN SOPORTE O
PERNO OCACIONAL
100
85
30
7.2. Clasificación Q7.2. Clasificación Q7.2. Clasificación QCapít
ulo
7:
CLASIF
ICACIO
NES G
EO
MECÁN
ICAS
Capít
ulo
7:
CLASIF
ICACIO
NES G
EO
MECÁN
ICAS Loset (1992) sugiere que, para rocas con 4 < Q < 30, los
daños por voladura producirán, la creación de nuevas
"juntas" con una consiguiente reducción local en el valor
de “Q” para la roca que circunda la excavación. Se
sugiere que esto puede justificarse reduciendo el valor
de RQD para la zona dañada por la voladura.
Asumiendo que el valor de RQD para la roca
descomprimida alrededor de la cámara de
chancadoras baja al 50 %, el valor resultante de Q es:
Q = RQD * Jr * Jw = 50 * 3 * 1 = 2.5
Jn Ja SRF 4 1 15
De la Figura 1, este valor de Q, para una dimensión
equivalente “De” de 9.4, pone a la excavación justo
dentro de la categoría (5) la cual requiere de pernos de
31
7.2. Clasificación Q7.2. Clasificación Q7.2. Clasificación QCapít
ulo
7:
CLASIF
ICACIO
NES G
EO
MECÁN
ICAS
Capít
ulo
7:
CLASIF
ICACIO
NES G
EO
MECÁN
ICAS roca, espaciados aproximadamente 2 m, y una capa
gruesa de 50 mm de shotcrete reforzado con fibra de
acero.
c) Longitud de pernos (L)
Barton et al (1980) proporciona información adicional
acerca de la longitud de los pernos, la longitud “L” de los
pernos de roca pueden estimarse a partir del ancho de
excavación “B” y la Relación de Sostenimiento de la
Excavación ESR:
L = 2 + 0.15B
ESR
d) Máximo vano sin sostener (longitud pase)
32
7.2. Clasificación Q7.2. Clasificación Q7.2. Clasificación QCapít
ulo
7:
CLASIF
ICACIO
NES G
EO
MECÁN
ICAS
Capít
ulo
7:
CLASIF
ICACIO
NES G
EO
MECÁN
ICAS El ancho de luz máxima sin sostenimiento puede
estimarse a partir de:
Ancho o luz máxima (sin sostenimiento)=2 ESR Q0.4 (m)
e) Carga de roca sobre el techo (Pr) (kp/cm2)
En base a los análisis de los registros de casos,
Grimstad y Barton (1993) sugirieron que la relación
entre el valor de “Q” y la presión de sostenimiento
permanente del techo “Pr” es estimada a partir de:
Pr = 2 Jn Q-1/3Para macizos con menos de tres familias de discontinuidades
3 Jr
Pr = 2 Q-1/3Para macizos con tres o más familias de discontinuidades
Jr
33
7.2. Clasificación Q7.2. Clasificación Q7.2. Clasificación QCapít
ulo
7:
CLASIF
ICACIO
NES G
EO
MECÁN
ICAS
Capít
ulo
7:
CLASIF
ICACIO
NES G
EO
MECÁN
ICAS
f) Carga de roca en hastiales (Ph) (kp/cm2)
Para Q 10 Ph = 5Q
Para 0.1 Q 10 Ph = 2.5Q
Para Q 0.1 Ph = Q
34
7.2. Clasificación Q7.2. Clasificación Q7.2. Clasificación QCapít
ulo
7:
CLASIF
ICACIO
NES G
EO
MECÁN
ICAS
Capít
ulo
7:
CLASIF
ICACIO
NES G
EO
MECÁN
ICAS
Clasificación Q’ modificada de Barton, Lien y Lunde
Para estimar el valor de GSI utilizando esta clasificación,
el Índice de Calidad Tunelera Modificada (Q’) es
calculado a partir de:
Q = RQD * Jr
Jn Ja
Siendo RQD la Designación de la Calidad de la Roca,
(Jn) el número de sistemas de juntas, (Jr) el número de
la rugosidad de las juntas y (Ja) el número de alteración
de las juntas, exactamente como están definidas en las
tablas publicadas por Barton et. Al (1974).
Para efectos del factor de reducción por agua en juntas
(Jw) y el factor de reducción por esfuerzos (SRF),
35
7.2. Clasificación Q7.2. Clasificación Q7.2. Clasificación QCapít
ulo
7:
CLASIF
ICACIO
NES G
EO
MECÁN
ICAS
Capít
ulo
7:
CLASIF
ICACIO
NES G
EO
MECÁN
ICAS
se debe utilizar un valor 1 para ambos parámetros, lo
que equivale a condiciones secas de la masa rocosa
sometida a esfuerzos medianos.
La influencia tanto de la presión de agua como de los
esfuerzos deberán ser incluidas en el análisis de
esfuerzos actuando sobre una masa rocosa para la cual
la falla es definida en términos de criterio de falla de
Hoek y Brown.
Este valor de Q’ puede ser utilizado para estimar el valor
de GSI a partir de:
GSI = 9 Log Q’ + 44
El valor de Q’ es 0.0208, el cual da un valor de GSI de
aproximadamente 9 para una falla con relleno de arcilla
o zona de corte, potentes.
36
7.2. Clasificación Q7.2. Clasificación Q7.2. Clasificación QCapít
ulo
7:
CLASIF
ICACIO
NES G
EO
MECÁN
ICAS
Capít
ulo
7:
CLASIF
ICACIO
NES G
EO
MECÁN
ICAS
Correlaciones entre las clasificaciones de
Bieniawski (RMR) y Barton (Q)
RMR = 9 ln Q + 44 Bieniawski (1976)
RMR = 13.5 log Q + 43 Rutledge (1978)
37
Capít
ulo
7:
CLASIF
ICACIO
NES G
EO
MECÁN
ICAS
Capít
ulo
7:
CLASIF
ICACIO
NES G
EO
MECÁN
ICAS
Correlación entre RMR, Q y el Módulo de Deformación
in-situ
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