clasificacion geomecanica de los macizos

HISTORIA DE LAS CLASIFICACIONESHISTORIA DE LAS CLASIFICACIONES

• LAS CLASFICACIONES LLEVAN MAS DE 100 AÑOS EN USO, PERO ES A PARTIR DE LA DECADA DE LOS AÑOS 70 CUANDO SE EXTIENDEN MAS INTERNACIONALMENTE.

• SE INICIA CON LA CLASIFICACIÓN DE BIENIASWSKI (1973) Y BARTON, LIEN Y LUNDE (1974) QUIENES CONTRIBUYERON DEFINITIVAMENTE A SU RAPIDA ACEPTACION Y EXPANSION.

HISTORIA DE LAS CLASIFICACIONESHISTORIA DE LAS CLASIFICACIONES• CLASIFICACION DE ROCAS DE TERZAGHI (1946).• CLASIFICACION DE STINI Y LAUFFER (1958).• CATERPILLAR TRACTOR Co.(1966)• OBERT & DUVAL (1967) PARA MINERIA.• EGE (1968) TUNELES R.RISTALINAS.• KRUSE et al (1969) REVESTIMIENTO TUNELES.• GOODMAN & DUNCAN (1971) TALUDES.• LAUBASHER (1974) PARA MINERIA.• CLASIFICACION DE WICKHAM et al., 1972 R.S.R.• CLASIFICACION CSIR DE MACIZOS ROCOSOS FISURADOS (1973)

COAUTOR BIENIAKSKI.• INDICE DE CALIDAD TUNELERA BARTON (1975).• CLASIFICACION DE PROTODIAKONOV (1976).• CLASIFICACION DE BIENIAWSKI (1979).• CLASIFICACION SRC (1983) DE GONZALES DE VALLEJO.• ROMANA (1985).• CLASIFICACION DE BIENIAWSKI (1989).• PALMSTROM ( 1995) INDICE Rmi.• CLASIFICACION DE RABCEWICZ (NATM)NORMA ALEMANA.

LA CLASIFICACION DE LAS ROCASLA CLASIFICACION DE LAS ROCASDE TERZAGHIDE TERZAGHI

• PROPUSO ESTA CLASIFICACION PARA CALCULAR LAS CARGAS QUE DEBEN SOPORTAR LOS MARCOS DE ACERO EN LOS TUNELES.

• EXPERIMENTO EN TUNELES FERROCARRILEROS CON REFUERZO DE ACERO EN LOS ALPES.

• DESTACA LA IMPORTANCIA DE LA EXPLORACION GEOLOGICA QUE DEBERA HACERSE ANTES QUE SE TERMINE EL DISEÑO Y SOBRE TODO INSISTE EN CONSEGUIR INFORMACION SOBRE LOS DEFECTOS EN LA FORMACION DE LA ROCA.“DESDE EL PUNTO DE VISTA DE INGENIERIA, EL CONOCIMIENTO DEL TIPO DE DEFECTO EN LA ROCA Y EN SU INTENSIDAD PUEDE SER MAS IMPORTANTE QUE EL TIPO DE ROCA QUE SE PUEDA ENCONTRAR. POR LO TANTO, DURANTE LA EXPLORACION HAY QUE DAR ESPECIAL ATENCION A LOS DEFECTOS DE LA ROCA. EL INFORME GEOLOGICO DEBERA CONTENER UNA DESCRIPCION DETALLADA DE LOS EFECTOS OBSERVADOS EN TERMINOS GEOLOGICOS. TAMBIEN DEBERA MENCIONAR LA ROCA DEFECTUOSA EN TERMINOS DE TUNELEO, COMO POR EJEMPLO: ROCA EN BLOQUE, JUNTEADA, ROCA QUE SE COMPRIME O EXPANDE.”

INQUIETUD DE TERZAGHI

INQUIETUD DE TERZAGHI??


DEFINE LOS TERMINOS DE TUNELEO COMO SIGUE: ROCA INALTERADA, no tiene fisuras ni ramales. Por lo tanto,

cuando se rompe, lo hace a través de la roca sana. Debido al daño que se hace a la roca con el uso de explosivos, pueden caer del techo desgajes de roca varias horas o varios dias despues de la voladura. Esta condición se llama desprendido. La roca dura, inalterada, también puede verse afectada por chasquidos, lo que implica la separación espontánea y violenta de láminas de roca de las paredes o del techo.

ROCA ESTRATIFICADA, esta constituída por capas unitarias con pocas o ninguna resistencia a la separación a lo largo del plano limítrofe entre estratos. La capa puede haberse debilitado o no debido a fracturas transversales. Los desprendimientos son comunes en este tipo de rocas.

ROCA MEDIANAMENTE FISURADA, tiene fisuras y ramaleos pero los bloques entre las juntas están soldados o tan intimamente embonados que las paredes verticales no necesitan refuerzo. En rocas de este tipo, se puede encontrar a la vez el desprendimiento y el chasquido.


DEFINE LOS TERMINOS DE TUNELEO COMO SIGUE: ROCA AGRIETADA EN BLOQUES, es una roca químicamente

inalterada o casi inalterada, cuyos fragmentos se encuentran totalmente separados unos de otros y no embonan. Esta clase de rocas puede necesitar además laterales en las paredes.

ROCA TRITURADA, pero químicamente sana tiene la apariencia de ser un producto de trituradora. Si los fragmentos, en su mayoría o todos son del tamaño de arena y no ha habido recementación, la roca triturada que esta abajo del nivel de las aguas freáticas tienen las propiedades de una arena saturada.

ROCA COMPRIMIDA, avanza lentamente en el túnel sin aumento perceptible de volumen. Un prerequisito de compresión es un porcentaje elevado de partículas microscópicas o submicrocópicas de micas o de minerales arcillosos de poca expansibilidad.

ROCA EXPANSIVA, avanza básicamente en el túnel debido a su propia expansión. La capacidad de esponjamiento parece estar limitada a las rocas que contienen minerales arcillosos como la montmorillonita, con una alta capacidad de expandirse.

DIAGRAMA DE CARGA DE ROCA SOBRE UN DIAGRAMA DE CARGA DE ROCA SOBRE UN TUNEL (TERZAGHI,1946)TUNEL (TERZAGHI,1946)

DIAGRAMA DE CARGA DE ROCA SOBRE DIAGRAMA DE CARGA DE ROCA SOBRE UN TUNEL (TERZAGHI,1946)UN TUNEL (TERZAGHI,1946)


EL CONCEPTO USADO POR TERZAGHI REPRESENTA EL MOVIMIENTO DE ROCA SUELTA HACIA EL TUNEL.

Durante la construcción del Túnel habrá algun rejalamiento de la cohesion de la formación rocosa arriba y en los lados del túnel.

La rocas suelta dentro del área a c d b tendera a interrumpir en el túnel.

A este esfuerzo se opondran fuerzas de fricción a lo largo de los límites laterales a c y b d y estas fuerzas de fricción transfieren la parte más importante del peso de la carga de roca W al material de los lados del túnel.

El techo y los lados del túnel no tienen que soportar más que elresto de la carga que equivale a una altura Hp.

El ancho B1 de la zona de la roca donde existe movimiento, dependerá de las caracteristicas de la roca y de las dimensiones Ht y B del túnel.TERZAGHI REALIZO MUCHAS PRUEBAS EN MAQUETAS, UTILIZANDO ARENA SIN COHESION PARA ESTUDIAR LA FORMA DE LO QUE EL LLAMABA EL “ARCO DEL SUELO” ENCIMA DEL TUNEL.

LA CLASIFICACION DE LAS ROCAS TERZAGHILA CLASIFICACION DE LAS ROCAS TERZAGHICLASIFICA LOS TERRENO EN 9 TIPOS ATENDIENDO ESENCIALMENTE A LAS CONDICIONES DE FRACTURACION EN LAS ROCAS Y A LA COHESION O EXPANSIVIDAD EN LOS SUELOS.Considera la disposicion de la estratificación respecto al túnel en la previsión de desprendimientos que se resumen en tres normas especificas:

Con estratificación vertical el techo sera estable en general, pero se puedne producir caidas de bloques en una altura de 0.25 B (B es el ancho del túnel).

Con estratificación horizontal de gran potencia y con pocas juntas, la la excavación sera estable sin roturas.

Con estratificación horizontal de pequeña potencia y/o gran cantidad de juntas, en el techo se desarrollarán roturas, formándose un arco apuntándo sobre el túnel, con anchura la de este y altura la mitad de la dimensión anterior. Este proceso es progresivo y se detendrá si se coloca rápidamente un sostenimiento.LO VALORES DE TERZAGHI SON DE APLICACIÓN PARA DIMENSIONES DE SOSTENIMIENTOS CLASICOS CERCHA Y HORMIGON, QUE SE CONSIDERAN CONSERVADORES PARA ROCAS DE BUENA CALIDAD Y SU CAMPO DE APLICACIÓN ES PARA TUNELES DE TAMAÑO MEDIO DEL ORDEN DE 8 METROS.

CLASIFICACION DE TERZAGHI (1946) CLASIFICACION DE TERZAGHI (1946)

ESTADO DE LA ROCAESTADO DE LA ROCA CARGA DE ROCA Hp CARGA DE ROCA Hp (pies)(pies) OBSERVACIONESOBSERVACIONES

DURA Y MASIVA CEROSólo se necesita refuerzo escaso si hay desprendimiento o chasquido

DURA PERO ESTRATIFICADA O ESQUISTOSA

0 a 0.5 B Refuerzo escaso más que nada como protección contra desprendimientos

La carga puede cambiar en forma errática de un punto a otro.

MASIVA, LIGERAMENTE FISURADA

0 a 0.25 B

MEDIANAMENTE FRACTURADA EN BLOQUES ALGO ABIERTOS

0.25 B a 0.35 (B + Ht) No hay presión lateral.

MUY FRACTURADA EN BLOQUES Y LAS FRACTURAS ABIERTAS

(0.35 a 1.10) (B + Ht) Poca o ninguna presión lateral.

TOTALMENTE TRITURADAS PERO QUIMICAMENTE INALTERADA

1.10 (B + Ht)

Presiones laterales considerables. Los efectos de las infiltraciones hacia el piso del túnel requieren apoyo contínuo para las partes bajas de los marcos o bien marco circulares.

ROCA COMPRIMIDA PROFUNIDIDAD MODERADA

(1.10 a 2.20)(B + Ht) Considerable presión lateral. Se requiere plantilla apuntalada. Es preferible usar marcos circulares.ROCA COMPRIMIDA A GRAN

PROFUNDIDAD(2.10 a 4.50)(B + Ht)

ROCA EXPANSIVAHasta 250 pies, independientemente del valor (B + Ht)

Marcos circulares indispensables. En casos extremos, usese refuerzo elástico.

CLASIFICACION DE TERZAGHI (1946) CLASIFICACION DE TERZAGHI (1946)

CLACLASESE TERRENOTERRENO

TIPO DE TIPO DE TERRENOTERRENO

CARGA DE ROCA Hp (m)CARGA DE ROCA Hp (m)

OBSERVACIONESOBSERVACIONESINICIALINICIAL FINALFINAL

1 ROCA DURA Y SANA CERO CERO Revestimiento solo si hay caida de bloques.

2 ROCADURA. ESTRATIFICADA O ESQUISTOSA

...... -------------Depende de buzamiento. Caida de bloques probable.

3 ROCAMASIVA. MODERADAMENTE DIACLASADA.

---------- 0 a 0.25 BCaida de bloques probable. Empuje lateral si hay estaratos inclinados.

4 ROCAMODERADAMENTE FRACTURADA. BLOQUES Y LAJAS

----------0.25 B a 0.35 (B + Ht)

Necesita entibación rápida. Empuje lateral pequeño.

5 ROCA MUY FRACTURADA ---------(0.35 a 1.10) (B + Ht)

Entibación inmediata. Empuje lateral pequeño.

6 ROCACOMPLETAMENTE FRACTURADA PERO SIN METEORIZACION

---------- 1.10 (B + Ht)Entibación continua. Empuje lateral cosiderable.

6´GRAVA ARENA

DENSA0.54 a 1.2 (B+H)

0.62 a 1.38 (B+H)Los valores mas altos corresponden a grandes deformaciones que aflojan el terreno.

6”GRAVA ARENA

SUELTA0.94 a 1.2 (B+H)

1.08 a 1.38 (B+H) Empuje lateral. Ph=3.0 y (Hr Ho,5H)

7SUELO COHESIVO

PROFUNDIDAD MODERADA

1.1 a 2.1 (B+H) Fuerte empuje lateral.

8SUELO COHESIVO

PROFUNDIDAD GRANDE

2.1 A 4.5 (B+H) Entibación contínua con cierre en la base

9SUELO O ROCA EXPANSIVA

EXPANSIVOHasta 80 m. Sea cual sea (B+H)

Entibación contínua y circular (y deformable en casos extremos)

LA CLASIFICACION DE LAS ROCAS DE STINI Y LAUFFERLA CLASIFICACION DE LAS ROCAS DE STINI Y LAUFFERSTINI, EN SU MANUAL DE GEOLOGIA DE TUNELES PROPUSO UNA CLASIFICACIÓN DE LOS MACIZOS ROCOSOS (1958) Y COMENTO MUCHAS DE LAS CONDICIONES ADVERSAS QUE PUEDEN ENCONTRASE EN A CONSTRUCCION DE TUNELES. INSISTIO SOBRE LA IMPORTANCIA DE LOS DEFECTOS ESTRUCTURALES DE LA ROCA Y DESACONSEJO QUE SE EXCAVARA PARALEO AL RUMBO DE DISCONTINUIDADES MUY INCLINADAS.

MIENTRAS QUE TERZAGHI Y STINI ESTUDIABAN LA INESTABILIDAD EN RELACION CON EL TIEMPO EN LOS TUNELES, FUE LAUFFER QUIEN LLAMO LA ATENCION SOBRE LA IMPORTANCIA DEL TIEMPO QUE PERMANECIAN ESTABLES LAS EXCAVACIONES EN DIFERENTES TIPOS DE ROCA, INCLUSO EN MINAS ABANDONADAS.

EL TIEMPO DE SOSTEN ES EL LAPSO DURANTE EL CUAL UNA EXCAVACION SERA CAPAZ DE MANTENERSE ABIERTA SIN ADEME, MIENTRAS QUE EL CLARO ACTIVO ES EL CLARO SIN ADEME MAS GRANDE EN EL TUNEL ENTRE EL FRENTE Y LOS REFUERZOS.

LAUFFER PENSO QUE EL TIEMPO DE SOSTEN ES UN CLARO ACTIVO CUALQUIERA ESTA RELACIONADO CON LAS CARACTERISTICAS DE LA ROCAEL TRABAJO DE STINIY LAUFFER QUE SE PUBLICO EN ALEMAN HA DESPERTADO POCO INTERES EN EL MEDIO DE HABLA INGLESA. SIN EMBARGO HA TENIDO UNA INFLUENCIA DTERMINANTE EN LOS SISTEMAS DE CLASIFICACION MAS RECIENTES COMOLOS QUE PROPUSIERON BREKKE Y HOWARD Y BIENIAWSKI.LA CLASIFICACION ORIGINAL FUE MODIFICADA TAMBIEN POR PACHER et al. (1974) QUE AHORA FORMA PARTE DE LA PROPUESTA GENERAL DE TUNELERIA CONOCIDA COMO EL METODO AUSTRIACO DE TUNELERIA.

LA CLASIFICACION DE LAS ROCAS DE STINI Y LAUFFERLA CLASIFICACION DE LAS ROCAS DE STINI Y LAUFFER

< S< S

> S> S

RELACION ENTRE LA LONGITUD LIBRE Y EL TIEMPO RELACION ENTRE LA LONGITUD LIBRE Y EL TIEMPO NECESARIO PARA SOSTENIMIENTO (LAUFFER)NECESARIO PARA SOSTENIMIENTO (LAUFFER)

LA CLASIFICACION DE LAS ROCAS DE STINI Y LA CLASIFICACION DE LAS ROCAS DE STINI Y LAUFFERLAUFFER

TIPOLONGITUD

LIBRETIEMPO

ESTABLEDESCRIPCION

A 4 m. 20 AÑOS SANA

B 4 m. 6 MESESALGO FRACTURADA

C 3 m. 1 SEMANA FRACTURADA

D 1.5 m. 5 HORAS FRIABLE

E 0.8 m. 20 MINUTOS MUY FRIABLE

F 0.4 m. 2 MINUTOSDE EMPUJE INMEDIATO

G 0.15 m. 10 SEGUNDOSDE EMPUJE INMEDIATO FUERTE

SEGÚN LAUFFER, EL TIPO A NO NECESITA SOSTENIMIENTO, LOS TIPOS B Y C NECESITAN SOSTENIMIENTO DE TECHO, EL TIPO D REQUIERE CERCHAS LIGERAS, EL TIPO E CERCHAS PESADAS, Y LOS TIPOS F Y G REQUIEREN SOSTENIMIENTO PESADO INMEDIATO EN EL FRENTE.

INDICE DE DESIGNACION DE LA CALIDAD INDICE DE DESIGNACION DE LA CALIDAD DE LA ROCA (R.Q.D.)DE LA ROCA (R.Q.D.)

DESARROLLADO POR DEERE EN 1967. SE DESARROLLO PARA PROVEER UN ESTIMADO CUANTITATIVO DE LA

CALIDAD DE LA MASA ROCOSA, A PARTIR DE LOS TESTIGOS DE PERFORACION DIAMANTINA.

EL RQD ES DEFINIDO COMO PORCENTAJES DE PIEZAS DE TESTIGOS INTACTOS MAYORES DE 100 mm (4 PULGADAS) EN LA LONGITUD DEL TESTIGO.

EL TESTIGO DEBERA TENER POR LO MENOS UN TAMAÑO NX (54.7 mm O 2.15 PULGADAS DE DIAMETRO) Y DEBERA SER PERFORADO CON UN CILINDRO DE DOBLE TUBO DE PERFORACION.

PALMSTRON (1982) SUGIRIO QUE, CUANDO NO SE TIENE TESTIGOS DE PERFORACION PERO LAS TRAZAS DE LAS DISCONTINUIDADES SON VISIBLES EN AFLORAMIENTOS SUPERFICIALES O EN SOCAVONES EXPLORATORIOS, EL RQD PUEDE SER ESTIMADO A PARTIR DEL NUMERO DE DISCONTINUIDADES POR UNIDAD DE VOLUMEN.

LA REALACION SUGERIDA PARA MASAS ROCOSAS LIBRES DE ARCILLA ES: RQD = 115 – 3.3 JvRQD = 115 – 3.3 Jv

DONDE JvJv ES LA SUMA DEL NUMERO DE DISCONTINUIDADES POR UNIDAD DE LONGITUD DE TODAS LAS FAMILIAS DE DISCONTINUIDADES, CONOCIDO COMO EL CONTEO VOLUMETRICO DE DISCONTINUIDADES.

INDICE DE DESIGNACION DE LA CALIDAD INDICE DE DESIGNACION DE LA CALIDAD DE LA ROCA (R.Q.D.) DE LA ROCA (R.Q.D.) (Jv)(Jv)

PARA REALIZAR EL CALCULO DEL RQD TAMBIEN SE PUEDE UTILIZAR EL CONTEO O COMPUTO VOLUMETRICO (CANTERAS)

El cómputo volumétrico de diaclasamiento es la suma del número de diaclasas por metro para cada familia de diaclasas. Se selecciona la cara de un talud así como para la determinación del índice del tamaño del bloque. Para cada familia de diaclasas se calculan los espaciamientos promedio verdaderos de las diaclasas en dicha familia a partir del número de diaclasas que se encuentran sobre una distancia específica medida normal a la familia. El conteo volumétrico de diaclasas es la suma del número de diaclasas por unidad de longitud para todas las familias. Por ejemplo,

Familia 1 : 6 diaclasas en 20 m



Familia 4 : 20 diaclasas en 5 m Cómputo volumétrico de diaclasas:

6/20 + 2/10 + 20/10 + 20/5 = 0.3 + 0.2 + 2.0 + 4.0 = 6.5 diaclasas / m3


PARA REALIZAR EL CALCULO DEL RQD CUANDO NO SE TIENE TESTIGOS DE PERFORACION SE PUEDE REALIZAR DE UTILIZANDO FORMULAS EMPIRICAS COMO:

RQD = 100 x e (0.1 + 1)

DONDE:

= Numero de discontinuidades por metro lineal

Ejemplo:

Numero de discontinuidades = 228

Longitud de la línea = 24

Entonces = 228/24 = 9.50 disc/m.

RQD = 100 x e (0.1x 9.50 + 1)

RQD = 75.42 = 75%

-0.1(9.50)

-0.1( )

INDICE DE DESIGNACION DE LA INDICE DE DESIGNACION DE LA CALIDAD DE LA ROCA (R.Q.D.)CALIDAD DE LA ROCA (R.Q.D.)


EL RQD ES UN PARAMETRO DIRECCIONALMENTE DEPENDIENTE Y SU VALOR PUEDE CAMBIAR SIGNIFICATIVAMENTE, DEPENDIENDO SOBRE TODO DE LA ORIENTACION DEL TALADRO.

EL USO DEL CONTEO VOLUMETRICO DE DISCONTINUIDADES PUEDE SER MUY UTIL EN LA REDUCCION DE ESTA DEPENDENCIA DIRECCIONAL.

HAY QUE TENER MUY PRESENTE IDENTIFICAR LAS DISCONTINUIDADES NATURALES DE LAS FRACTURAS CAUSADAS POR LA PERFORACION PARA QUE SEAN IGNORADAS.

EL RQD DE DEERE SE USA EN NORTEAMERICA DESDE LOS ULTIMOS 25 AÑOS.

MUCHOS HAN INTENTADO RELACIONAR EL RQD A LOS FACTORES DE CARGA ROCOSA DE TERZAGHI Y A LOS REQUERIMIENTOS DEL EMPERNADO DE TUNELES. CORDING Y DEERE (1972), MERROT (1972) Y DEERE AND DEERE (1988).

SE DICE QUE EL ESPACIAMIENTO ENTRE LAS FRACTURAS DECRECE CON EL INCREMENTO DE LA METEORIZACIÓN, POR LO QUE EL R Q D CRECERÍA. ¿ Y EL DETERIORO DEL MACIZO?

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