clasificaciones geomecanicas

CURSO :

MECANICAS DE ROCAS I

TEMA :

CLASIFICACION GEOMECANICAS

DOCENTE :

ING. MARCOS QUISPE PEREZ

ALUMNOS :

HUARAYA MANZANO ELVIS JOVITO

CICLO : V

MOQUEGUA-PERU

2014

CLASIFICACIONES GEOMECANICAS

Los macizos rocosos, como medios discontinuos presentan un comportamiento

geomecánico complejo que, de una forma simplificada, puede ser estudiado y

categorizado en función de su aptitud para distintas aplicaciones. Con este objetivo

surgieron las clasificaciones geomecánicas, que aportan, mediante la observación

directa de las características de los macizos rocosos y la realización de sencillos

ensayos, índices de calidad relacionados con los parámetros geomecánicos del

macizo y sus características frente a los sostenimientos de túneles y taludes y la

excavabilidad de las rocas, entre otros.

Las características de los macizos rocosos que se consideran en las distintas

clasificaciones son las siguientes

Resistencia del material rocoso

Índice RQD

Espaciado de las discontinuidades

Orientación de las discontinuidades

Condiciones de las discontinuidades

Estructura geológica y fallas

Filtraciones y presencia de agua

Estado tensional

Las clasificaciones geomecánicas mas utilizadas en la actualidad son la RMR y la Q.

La primera emplea tanto para la caracterización de los macizos rocosos y sus

propiedades como para su aplicación en túneles. La clasificación Q se emplea casi

exclusivamente para túneles.

CLASIFICACION RMR

Desarrollada por Bieniawski en 1973, con actualizaciones en 1979 y 1989, constituye

un sistema de clasificación de macizos rocosos que permite a su vez relacionar

índices de calidad con parámetros geotécnicos del macizo y de excavación y

sostenimientos en túneles. Esta clasificación tiene en cuenta los siguientes parámetros

geomecánicos:

Resistencia uniaxial de la matriz rocosa

Grado de fracturación en términos de RQD

Espaciado de las discontinuidades

Condiciones de las discontinuidades

Condiciones hidrogeológicas

Orientación de las discontinuidades con respectos a la excavación

La incidencia de estos parámetros en el comportamiento geomecánico de un macizo

rocoso se expresa por medio del índice de calidad RMR, Rock mass rating, que varía

de 0 a 100

Para aplicar la clasificación RMR se divide el macizo rocoso en zonas o tramos que

presenten características geológicas más o menos uniformes de acuerdo con las

observaciones hechas en campo, en las que se lleva a cabo la toma de datos y

medidas referentes a las propiedades y características de la matriz rocosa y de las

discontinuidades. Para calcular el índice RMR correspondiente a cada una de las

zonas se sigue el procedimiento señalado en el Cuadro 3.26.

Una vez obtenidas las puntuaciones que resultan de aplicas los cinco parámetros de

clasificación, se efectúa la corrección de orientación de discontinuidades y se obtiene

un valor numérico con el que se clasifica finalmente el macizo rocoso. Esta

clasificación distingue cinco clases, cuyo significado geotécnico se expresa en el

Cuadro 3.27; a cada clase de macizo se le asigna una calidad y unas características

geotécnicas.

Así, un macizo rocoso clasificado como Muy Bueno (clase I), será un macizo rocoso

duro, poco fracturado, sin filtraciones importantes y poco meteorizadas, presentando

muy pocos problemas frente a su estabilidad y resistencia. Se puede deducir que

tendrá una capacidad portante alta, permitirá la excavación de taludes con altas

pendientes y no precisara medidas de estabilización y refuerzo en túneles.

En el cuadro 3.26 se incluyen también las características del macizo con respecto al

tiempo de mantenimiento y longitud de túnel sin entibar, así como la influencia de la

orientación de las discontinuidades con respecto al túnel , aspectos que forma parte de

la clasificación de Bieniawski.

CLASIFICACION GEOMECANICAS EN LA PRÁCTICA

Las clasificaciones geomecánicas constituyen un procedimiento para la

caracterización de los macizos rocosos a partir de datos de afloramientos y sondeos, u

se aplican principalmente a los túneles, dada la dificultad del estudio de los macizos

rocosos en profundidad. Pero igualmente se aplican a la caracterización de los

macizos rocosos en general, como medio para clasificar geotécnicamente las rocas. El

cálculo del índice RMR permite estimar los parámetros de resistencia y deformabilidad

del macizo, y establecer su posible comportamiento frente a excavaciones.

Para su aplicación es necesario llevar a cabo una serie de observaciones y medidas

de campo, que constituyen la base y la sistemática practica de las clasificaciones. Las

clases de macizos rocosos que se obtienen se refieren a las condiciones previas a la

excavación, y en su descripción debe indicarse si se han aplicado correcciones por

orientación de discontinuidades y oras específicas para túneles. También debe

destacarse la presencia de estructuras o zonas geológicas singulares, como fallas,

pliegues u otras estructuras tectónicas, discordancias, zonas importantes de alteración

o de afluencia de agua, etc.

La principal ventaja de las clasificaciones geomecánicas es que proporcionan una

estimación inicial de los parámetros mecánicos del macizo a bajo coste y forma

sencilla. No obstante, debe ser considerada la excesiva simplificación que suponen a

la hora de trabajar con macizos rocosos blandos, tectonizados y alterados, para los

que, por los general, sobrevaloran las propiedades mecánicas y resistentes, sin tener

en cuenta los aspectos importantes como la deformabilidad de los macizos. Estas

limitaciones deben ser consideradas al aplicar las clasificaciones, debiendo interpretar

los resultados con criterio y siempre en base al conocimiento de las propiedades y del

comportamiento geomecánico de los diferentes tipos de macizos rocosos.

Clasificación Geomecánica RMR (Bieniawski. 1989)

CUADRO 3.26

1

Resistencia Ensayo de

>10 10.0 - 4.0 4.0 - 2.0 2.0 - 1.0Compresión

de la matriz carga puntual simple (MPa)

rocosa Compresión>250 250 - 100 100 - 50 50 - 25 25-5.0 5.0-1.0 <1

(MPa) simple

Puntuación 15 12 7 4 2 1 0

2RQD 90% - 100% 75% - 90% 50% - 75% 25% - 50% <25%

Puntuación 20 17 13 6 3

3Separación entre diaclasas >2m 0.6 - 2 m 0.2 - 0.6 m 0.06 - 0.2 m <0.06 m


4

Est

ado

de

las

disc

ontin

uida

des

Longitud de la < 1m 1 - 3m 3 - 10m 10 - 20m >20m

discontinuidad

Puntación 6 4 2 1 0

Abertura Nada <0.1 mm 0.1-1. mm 1 - 5mm > 5 mm


Rugosidad Muy rugosa RugosaLigeramente

Ondulada Suaverugosa


Relleno NingunoRelleno duro Relleno duro

Relleno Blando

Relleno Blando

<5 mm >5 mm <5 mm >5 mm


Alteración InalteradaLigeramente Moderadamente

Muy alterada Descompuestaalterada alterada


5Agua

Caudal porNulo <10 lts/min 10-25 lts/min

25-125 lts/min

> 125 lts/min10 m de túnel

Relación:

0 0 -0.1 0.1 - 0.2 0.2 - 0.5 > 0.5

Presión de

Agua/Tensión

freática principal

mayor

EstadoSeco

LigeramenteHúmedo Goteando Agua fluyendo

general húmedo

Puntación 15 10 7 4 0

Corrección por la orientación de las discontinuidades

Dirección y buzamiento Muy favorables Favorables Medias Desfavorables Muy desfavorables

PuntuaciónTúneles 0 -2 -5 -10 -12

Cimentaciones 0 -2 -7 -15 -25Taludes 0 -5 -25 -50 -60

Clasificación

Clase I II III IV VCalidad Muy buena Buena Media Mala Muy mala

Puntuación 100 - 81 80 - 61 60 - 41 40 - 21 < 20

Características geotécnicas

Clase I II III IV VTiempo de

10 años con15 m de vano

6 meses con8 m de vano

1 semana con5 m de vano

10 horas con2.5 m de vano

30 min con1 m de vanomantenimiento

y longitudCohesión > 4 Kp/cm2 3-4 Kp/cm2 2-3 Kp/cm2 1-2 Kp/cm2 < 1 Kp/cm2

Angulo de rozamiento > 45o 35 o - 45 o 25 o - 35 o 15 o - 25 o < 15 o

Orientación de las discontinuidades en el túnel

Dirección perpendicular al eje del túnel Buzamiento 0o – 20o,

cualquier dirección

Excavación con buzamiento Excavación contra el buzamiento

Dirección paralela al eje del túnel

Buz. 45 -90 Buz. 20 - 45 Buz. 45 -90 Buz. 20 - 45 Buz. 45 -90 Buz. 20 - 45

Muy favorable Favorable Media Desfavorable Muy desfavorable

Media Desfavorable

CUADRO 3.27

Calidad de macizos rocosos en relación al índice RMR

Clase Calidad Valoración RMR

Cohesión Angulo de rozamiento

I Muy buena 100 - 81 > 4 kg/cm3 >45o

II Buena 80 - 61 3-4 kg/cm3 35 o - 45 o

III Media 60 - 41 2-3 kg/cm3 25 o - 35 o

IV Mala 40 - 21 1-2 kg/cm3 15 o - 25 o

V Muy mala < 20 <1 kg/cm3 < 15 o

CLASIFICACION Q

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= RQDJn

×JrJa×JwSRF

Donde:

Jn = Índice de diaclasado que indica el grado de fracturación del macizo rocoso.

Jr = Índice de rugosidad de las discontinuidades o juntas.

Ja = Índice que indica la alteración de las discontinuidades.

Jw = coeficiente reductor por la presencia de agua.

SRF (stress reduction factor ) = coeficiente que tiene en cuenta la influencia del estado

tensional del macizo rocoso.

Los tres factores de la expresión representan:

RQDJn

: el tamaño de los bloques

JrJa

: la resistencia al corte entre los bloques

JwSRF

: la influencia del estado tensional.

En el cuadro 10.3 se indican los criterios de valoración de estos parámetros. El índice

Q obtenido a partir de ellos varía entre 0.001 y 1.000, 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

100 y 400: roca muy buena

400 y 1000: roca excepcionalmente buena

ÍNDICE DE CALIDAD DE LA ROCA (RQD)

El Rock Quality Designation (RQD), fue introducido hace 30 años como un Índice de

Calidad de la Roca, cuando la información de la calidad de la roca estaba usualmente

disponible solo a partir de las descripciones geológicas y del porcentaje de

recuperación (Deere 1988).

El RQD es una modificación del porcentaje de núcleos de recuperación, el cual solo

incorpora las piezas sanas de los núcleos que tienen una longitud igual o mayor a

100mm. Este índice cuantitativo ha sido ampliamente utilizado como un indicativo para

Identificar zonas de mala calidad de la roca, las mismas que necesitan un gran

escrutinio y aburridos estudios adicionales en los trabajos de exploración.

Para la determinación del RQD, la ISRM recomienda recuperar los núcleos con una

perforación de diamante de doble barril con un diámetro no menor al NX (54.7mm). La

siguiente relación entre el índice del RQD y la calidad de la roca fue propuesta por

Deere en 1968.

Se calcula con la siguiente fórmula:RQD (%) = 100 * (Recuperación real / Longitud del barreno)

Para el cálculo se debe indicar que los porcentajes del RQD incluyen solo las piezas

sanas de los núcleos con longitudes mayores o iguales a 100mm, los que son

sumados y divididos para su longitud total del muestreo que se realiza.

En tal virtud, las piezas de los núcleos que no son duras y sanas no deben ser

tomadas en cuenta aunque éstas cumplan con el requisito de la longitud. De esta

manera, rocas altamente meteorizadas tendrán un valor del RQD igual a cero.

Valores RQD de la calidad de la roca según Deere

Cuando no se dispone de núcleos de perforación, el RQD puede ser estimado a partir

de una línea o de un área de mapeo. Para una línea de mapeo, se puede obtener el

promedio del espaciado de las discontinuidades (número de discontinuidades divididas

para la longitud de la línea de muestreo). El RQD obtenido de esta manera, se puede

calcular con la siguiente ecuación:

RQD = 100e-0.1λ (0.1λ + 1)

Dónde:

λ : 1 / (frecuencia de discontinuidades)

Aunque esta ecuación es apropiada, sin embargo, también depende de la dirección de

la línea de mapeo.

Para un área de mapeo, Palmstrom (1982) sugirió que el RQD puede ser estimado a

partir del número de discontinuidades por unidad de volumen, en el cual el número de

discontinuidades por metro para cada familia es sumado. Este parámetro puede ser

utilizado en afloramientos y túneles. La fórmula se expresa de la siguiente manera:

RQD = 115 – 3.3 Jv

Dónde:Jv: representa el número de las discontinuidades por metro cúbico y es igual a:

Jv = Σ (1 / S)Dónde:

S: espaciado de las discontinuidades en metros para el sistema de discontinuidades actuales.

Además, Deere propone otra fórmula para conocer el RQD, la cual se presenta en

seguida:

RQD % = 100 ( t * λ + 1 ) e – t * λ

λ = N / L

Dónde:t espaciamiento mínimoN numero de discontinuidades interceptadasL longitud del levantamiento

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