guia macizos rocosos

7/29/2019 Guia Macizos Rocosos

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UNIVERSIDAD DE LOS ANDES.FACULTAD DE INGENIERA.

ESCUELA DE ING. GEOLGICA.CATEDRA: GEOTECNIA.

NDICE DE CALIDAD DE LA ROCA RQD.CLASIFICACIONES DE LOS MACIZOS

ROCOSOS SEGN:BARTON.

BIENIAWSKI.HOEK Y BROWN.

ROMANA.

Profa. Norly Belandria


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CLASIFICACIN GEOMECNICA DE LOSMACIZOS ROCOSOS

CLASIFICACIN GEOMECNICA RMR

Desarrollado por Bieniawski, (1989) constituye un sistema declasificacin de macizos rocosos que permite a su vez relacionarndices de calidad con parmetros de diseo y de sostenimiento detneles.

El parmetro que define la clasificacin es el denominado ndice RMR

( ROCK MASS RATING ), que indica la calidad del macizo rocoso encada dominio estructural a partir de 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 considerarlos siguientes parmetros:

- Abertura de las caras de la discontinuidad.- Continuidad o persistencia de la discontinuidad.- Rugosidad.- Alteracin de la discontinuidad.- Relleno de las discontinuidades.

5.-Presencia del Agua, en un macizo rocoso, el agua tiene graninfluencia sobre su comportamiento, la descripcin utilizada para estecriterio son: completamente seco, hmedo, agua a presin moderada yagua 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 comoresultado un valor ndice (RMR bsico).2.-El parmetro 6 que se refiere a la orientacin de lasdiscontinuidades respecto a la excavacin.

El valor del RMR vara entre 0 a 100


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1ER PARMETRO PARA CALCULAR RMR. RESISTENCIA DE LAROCA SANA

DESCRIPCINRESISTENCIA ACOMPRESINSIMPLE ( Mpa)

ENSAYO DECARGA

PUNTUAL(MPa)

VALORACIN

Extremadamentedura

>250 > 10 15

Muy dura 100 250

4 10

12

Dura 50 100 2 4 7Moderadamentedura

25 50 1 2 4

BlandaMuy blanda

5 -251 5< 1

< 1210

Resistencia de algunas rocas sanas en (MPa)

Resistencia a la compresin simple

(MPa)Tipo de roca

Mnimo Mximo Medio

Creta 1 2 1.5Sal 15 29 22Carbn 13 41 31Limonita 25 38 32Esquisto 31 70 43Pizarra 33 150 70Arcillita 36 172 95Arenisca 40 179 95

Marga 52 152 99Mrmol 60 140 112Caliza 69 180 121Doloma 83 165 127Andesita 127 138 128Granito 153 233 188Gneis 159 256 195Basalto 168 359 252Cuarcita 200 304 252Dolerita 227 319 280

Gabro 290 326 298


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Taconita 425 475 450Slice 587 683 635

Grfico para calcular el ndice RMR por la Resistencia a laCompresin Simple.

2DO PARMETRO PARA CALCULAR EL RMR. CALCULO DE R.Q.D.

La calidad de roca R.Q.D se puede determinar a partir de trozos de rocastestigos mayores de 10cm recuperados en sondeos o a partir de juntas Jvque indican el nmero de juntas por m3 observadas en un afloramiento.Para el primer caso se utiliza la primera formula:

( )

nperforaciladeTotal

cmripiosRQD

>=

10

Para el segundo caso se utiliza la siguiente formula:

VJRQD = 3,3115

El valor obtenido en las formulas A y B son comparados con la siguientetabla:

ndice de CalidadR.Q.D. (%)

Calidad Valoracin

MPa

(A)

(B)


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0 -25 Muy mala 325 50 Mala 850 75 Regular 1375 90 Buena 1790 - 100 Excelente. 20

Asimismo, se puede buscar la valoracin para el clculo del RMR, a partirdel siguiente grafico:

Grafico para calcular el ndice RMR, para el parmetro R.Q.D

3er PARMETRO PARA CALCULAR EL RMR. SEPARACIN DE LASDISCONTINUIDADES.

El espaciamiento de las discontinuidades esta clasificada segn la tabla quea continuacin se observa:

DescripcinEspaciado de

las Juntas

Tipodemacizorocoso.

Valoracin

Muy ancho > 2 m Slido 20

Ancho 0,6 2 m. Masivo 15

Indice R.Q.D para calcular el RMR


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Moderadamentecerrado

200 600 mm. En bloques 10

Cerrado 60 200 mm. Fracturado 8Muy cerrado < 60 mm. Machacado 5

Para calcular el rango se utiliza el siguiente grafico:

Grafico Para calcular el ndice RMR, a partir del parmetro delespaciamiento de las discontinuidades.

4to PARMETRO PARA CALCULAR EL RMR. CONDICIONES DE LASDISCONTINUIDADES.

Tabla N 1 muestra la clasificacin segn las aberturas de lasdiscontinuidades

Grado Descripcin Separacinde las caras Valoracin

1 Abierta > 5mm 0

2Moderadamente

abierta1 5 mm 1

3 Cerrada 0,1 1 mm 44 Muy cerrada < 0,1 mm 55 Ninguna 0 6

Espaciamiento de las discontinuidades


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Tabla N 2 muestra la clasificacin segn la continuidad o persistenciade las discontinuidades

Grado Descripcin Continuidad Valoracin1 Muy pequea < 1 m 62 Pequea 1 3 m 43 Media 3 10 m 24 Alta 10 20 m 15 Muy alta > 20 m 0

Tabla N 3 muestra la clasificacin segn la Rugosidad de lasdiscontinuidades

Grado Descripcin Valoracin1 Muy rugosa 62 Rugosa 53 Ligeramente rugosa 34 Lisa 15 Plana (espejo de falla) 0

Tabla N 4 muestra la clasificacin segn el relleno de lasdiscontinuidades

Grado Descripcin Valoracin1 Blando > 5 mm 02 Blando < 5mm 23 Duro > 5mm. 24 Duro < 5 mm 45 Ninguno 6

Tabla N 5 muestra la clasificacin segn la alteracin de lasdiscontinuidades

Grado Descripcin RangoRMR

1 Descompuesta 02 Muy alterada 13 Moderadamente alterada 34 Ligeramente alterada 55 No alterada 6

Para calcular el RMR segn la condicin de las discontinuidades se toma elpromedio de la suma de los RMR obtenidos en las 5 tablas descritasanteriormente.


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5to PARMETRO PARA CALCULAR EL RMR. SEGN LA PRESENCIA DELAGUA.

Para calcular el RMR segn la presencia del agua se toma como referenciala tabla que a continuacin se especifica.

Tabla para obtener el rango RMR segn el parmetro de la presencia del

agua

Caudal por10 m de

tnel

RelacinPresin agua Tensin ppal

mayor

DescripcinRangoRMR

Nulo 0 Seco 15< 10 litros/min < 0,1 Ligeramente humedo 10

10-25 litros/min 0,1 0,2 Humedo 725-125 litros/min 0,2 0,5 Goteando 4>125 litros/min > 0,5 Fluyendo 0

6to PARMETRO PARA CALCULAR EL RMR. SEGN LA ORIENTACIN DELAS DISCONTINUIDADES (Rumbo y Buzamiento).

Para calcular este Rango RMR 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:

Tabla de clasificacin para la determinacin de los buzamientos conrespecto al efecto relativo con relacin al eje de la obra.

Direccin Perpendicular al Eje de laobra

Excav. Conbuzamiento.

Excav. Contrabuzamiento

Direccin Paraleloal

Eje de la obra.

Buz

45 - 90

Buz

20 - 45

Buz

45 - 90

Buz

20 - 45

Buz

45 - 90

Buz

20 45

Buzamiento0 -20

Cualquierdireccin.


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Muyfavorable

Favorable Medio DesfavorableMuy

desfavorableMedio Desfavorable

Cuando se tiene la calificacin del rumbo y buzamiento de la roca conrespecto al eje de la obra, se procede a calcular con ese calificativo, elRango RMR, dependiendo del tipo de obra civil a ejecutar.

Tabla N 1 Rango RMR para obras de tipo Tneles y Minas.

Calificativo Rango RMRMuy favorable 0

Favorable -2Medio -5

Desfavorable -10Muy desfavorable -12

Tabla N 2 Rango RMR para obras de tipo Fundaciones.




Tabla N 3 Rango RMR para obras de tipo Taludes.




Este parmetro 6 se le debe restar a la suma de los otros 5 parmetrosdescritos anteriormente y el resultado es el NDICE RMR general del macizorocoso.


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Al obtener ese ndice de RMR, se busca en la tabla que a continuacin seespecifica.

Calidad del macizo rocoso con relacin al Indice RMR

CLASE CALIDAD VALORACINRMR

COHESIN NGULO DEROZAMIENTO

I Muy buena 100-81 >4 Kg/cm2

> 45

II Buena 80-61 3 4 Kg/cm2

35 - 45

III Media 60-41 2 3 Kg/cm2

25 - 35

IV Mala 40-21 1 2 Kg/cm2

15- 25

V Muy mala < 20 < 1 Kg/cm2


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V. Roca muy

pobreRMR:< 20

Mltiples galerias

0.5-1.5 mts.deavance en la seccin

superior. Instalacinde soporte

conjuntamente con la

excavacin.

Concreto proyectado

tan pronto como sea

posible despus de

las voladuras.

Pernos

sistemticos , 5-6mts de longitud,

espaciados 1 1.5 mts en la

corona y hastiales

con malla. Pernos

invertidos.

150- 200 mm en

la corona, 150mm en los lados y

50 mm al frente

Costillas

medianas aresistentes,

espaciadas a 0.75mts con planchas

de acero y

tablestacas si se

requiere.

SISTEMA Q

Desarrollado por Barton, Lien y Lunde en 1974, constituye un sistema declasificacin de macizos rocosos que permite establecer sistemas desostenimientos para tneles y cavernas. El sistema Q esta basado en alevaluacin numrica de seis parmetros que definen el ndice Q. Este ndice

viene dado por la siguiente expresin.

SRF

J

J

J

J

RQDQ w

a

r

n

=

Como se analiza, la Clasificacin de Barton et al, se basa en 6 parmetros:

1.-R.Q.D : ndice de calidad de la roca.2.-Jn : ndice de diaclasado que indica el grado de fracturacin.

3.-Jr : ndice de que contempla la rugosidad, relleno y continuidad delas discontinuidades.

4.-Ja : ndice de alteracin de las discontinuidades.5.-Jw : Coeficiente reductor por la presencia de Agua.6.-SRF : (Stress reduction factor) Coeficiente que tiene en cuenta la

influencia del estado tensional sobre el macizo rocoso.

El primer coeficiente (R.Q.D./Jn) representa el tamao de los Bloques.El segundo coeficiente (Jr/Ja) representa la resistencia al corte entre losbloques.


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El tercer y ltimo coeficiente (Jw/SRF) representa el estado tensional delmacizo rocoso.

El rango de Variacin de los parmetros es el siguiente:

RQD: entre 0 y 100Jn: entre 0,5 y 20Jr: entre 0,5 y 4Ja: entre 0,75 y 20Jw: entre 0,05 y 1SRF: entre 0,5 y 20

TABLAS USADAS PARA LA CLASIFICACIN Q.

1er

Parmetro R.Q.D.

Descripcin de lacalidad del macizo

rocosoR Q D Observaciones.

Muy pobre 0-25Pobre 25-50Medio 50-75Bueno 75-90

Muy Bueno 90-100

Para R.Q.D < 10 se puedetomar R.Q.D.= 10 en la

ecuacin de Q.

2do Parmetro, ndice de diaclasado Jn.

Descripcin Jn

Roca masiva 0.5-1Una familia de discontinuidades. 2

Id. Con otras discontinuidades ocasionales. 3Dos familias de discontinuidades. 4

Id. Con otras discontinuidades ocasionales. 6Tres Familias de discontinuidades. 9

Id. Con otras discontinuidades ocasionales. 12


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Cuatro o ms familias, roca muy fracturada. 15Roca triturada. 20

En boquillas de tneles , 2 x Jn y en intersecciones de tneles 3 x Jn

3er Parmetro, ndice de rugosidad Jr.

Descripcin Jr

Discontinuidades rellenas sin contacto entre paredesDiscontinuidades limpias

DiscontinuasOnduladas, Rugosas

Onduladas, lisasPlanas, rugosasPlanas, lisas

Lisos o espejos de fallaOnduladosPlanos

1

43

21.51.0

1.50.5

(*) Cuyas caras estn o entran en contacto bajo solicitacin

4to Parmetro, ndice de alteracin de las discontinuidades Ja.

Descripcin Ja

Discontinuidad cerrada, paredes sanasInalterada ligeramente decoloradaLigera alteracinAlteraciones arcillosas limosas o arenosasAlteraciones arcillosas blandas

Relleno arenoso de pequeo espesorRelleno arcilloso duro sobreconsolidado (< 5mm)Id. Poco consolidado (< 5mm)Relleno de arcillas expansivas (< 5mm)Milonitos de roca y arcillaMilonitos de arcilla limosa o arenosaMilonitos arcillosos gruesos

0.751234

468

8 126 12

510 20


4to Parmetro, coeficiente reductor por la presencia de agua Jw.


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Jw Presindel aguaKg/cm2

Excavaciones secas o con afluencias locales.

Afluencia media con lavado de algunasdiscontinuidades.

Afluencia importante por discontinuidadeslimpias.

Id. Con lavado de rellenos de discontinuidades

Afluencia excepcionalmente alta inicialmente,

decreciente con el tiempo.

Id. Mantenida.

1

0.66

0.5

0.33

0.2 - 0.1

0.1 0.05

< 1

1 - 2.5

2.5 - 10

2.5 10

> 10

> 10


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6to Parmetro, condiciones tensionales S.R.F

Descripcin SRF

Zonas dbiles:- Multiples zonas dbiles o milonitos- Zonas dbiles aisladas, con arcilla o roca

descompuesta (cobertura 50 m)- Id. Con cobertura > 50 m- Abundantes zonas dbiles en roca copmpetente- Zonas de fractura aisladas en roca competente

(cobertura < 50 m)

- Id. Con cobertura > 50 m- Terreno en bloques muy fracturado, discontinuidadesabiertas.

Roca competente:- Tensiones pequeas, cerca de la superficie- Tensiones medias (cobertera media)- Tensiones elevadas (gran cobertera)

Rocas deformables:- Con presin de deformacin baja

_ Con presin de deformacin alta

Terreno expansivo- Con presin de hinchamiento baja- Con presin de hinchamiento alta

10

52.57.5

5

2.5

5

2.51

0.5 2

5 10

10 20

5 1010 15



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CLASIFICACIN DE BARTON DE LOS MACIZOS ROCOSOS. NDICEDE CALIDAD Q.

TIPO DE ROCA VALOR DE QExcepcionalmente mala.

Extremadamente mala.

Muy mala.

Mala.

Media.

Buena.

Muy buena.

Extremadamente Buena.

Excepcionalmente Buena.

0,001 0,01

0,01 0,1

0,1 1

1 4

4 10

10 40

40 100

100 400

400 - 1000

Sugerencias para el uso de las Tablas.

1.- Cuando no se disponen de sondeos, el RQD se estima a partir deafloramientos, mediante el ndice volumtrico de juntas Jv.

2.-En el parmetro Jn, puede estar afectado por la foliacin,esquistocidad, y laminaciones. Si las discontinuidades paralelasestn suficientemente desarrolladas, se contabilizan como unafamilia, si no se contabilizan cono discontinuidades ocasionales.

3.-Se tomaran los valores de los parmetros Jr y Ja de la familia dediscontinuidades rellenas de arcilla ms dbil de la zona, pero hayque elegir en primer lugar las discontinuidades de orientacindesfavorable aunque no den el valor mnimo del cociente Jr/Ja.

6.-En las rocas anistropas, la resistencia a la compresin simple dela roca, y la resistencia a la traccin, c y t , respectivamente seevalan en la zona ms desfavorable para la estabilidad de laestructura subterrnea.


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CLASIFICACIN DE HOEK Y BROWN (GSI)Hoek et al, (1995) han propuesto un ndice geolgico de resistencia, GSI(geological strength index), que evala la calidad del macizo rocoso enfuncin del grado y las caractersticas de la fracturacin, estructurageolgica, tamao de los bloques y alteracin de las discontinuidades.

Caracterizacin de macizos rocosos en base a su grado de fracturaciny estado de las discontinuidades.


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Estimacin del GSI, en base a descripciones geologicas.


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CLASIFICACIN GEOMECNICA DE ROMANA (SMR):

El ndice SMR para la clasificcin de taludes se obtiene del ndice RMR bsico,

restando un factor de ajuste que es funcin de la orientacin de las discontinuiddes (y

producto de tres subfactores) y sumando un factor de excavacin que depende del

mtodo utilizado.

SMR = RMR bsico + (F1 x F2 x F3) + F4

RMR se calcula de acuerdo con los coeficientes de Bieniawaski, como la suma de lasvaloraciones correspondientes a 5 parmetros:

Resistencia a compresin simple de la matriz rocosa,

RQD,

Separacin de las discontinuidades,

Condicin de las discontinuidades,

Flujo de agua en las discontinuidades.

El rango del RMR es 0 100.

El factor de ajuste de las discontinuidades es producto de tres subfactores:

F1, depende del paralelismo entre el rumbo de las discontinuidades y la cara deltalud. Vara entre 1,00 (cuando ambos rumbos son paralelos) y 0,15 (cuando el

ngulo entre ambos rumbos es mayor de 30 y la probabilidad de rotura es muy

baja. Estos valores establecidos empricamente ajustan aproximadamente a la

expresin:

F1 = (1 sen (j - s))2

Siendo j y s los valores de direccin de la discontinuidad (j) y del talud (s)

F2, depende del buzamiento de la discontinuidad en la rotura plana. Vara entre1,00 (para discontinuidades con buzamiento superior a 45) y 0,15 (para

discontinuidades con buzamiento inferior a 20). Puede ajustarse

aproximadamente segn la relacin:

F2 = tan2j

Donde j

es el buzamiento de la discontinuidad.


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F3, refleja la relacin entre los buzamientos de la discontinuidad y del talud.

El factor de ajuste segn el mtodo de excavacin. F4, ha sido establecidoempricamente como:

Los taludes naturales, son ms estables a causa de los procesos previos de erosinsufridos por el talud, y de los mecanismos internos de proteccin que muchos de ellos

poseen (vegetacin, desecacin superficial, drenaje torrencial, etc). F4 = +15.

Los precorte, aumentan la estabilidad de los taludes en media clase. F4 = +10.

Las tcnicas de voladura suave (recorte) bien ejecutadas, tambien aumentan laestabilidad de los taludes. F4 = +8.

Las voladuras normales aplicadas con mtodos razonables no modifican la estabilidad.

F4 = 0.

Las voladuras defectuosas son muy frecuentes y pueden daar seriamente a laestabilidad. F4 = -8.

La excavacin mecnica de los taludes por ripado solo es posible cuando el macizorocoso esta muy fracturado o la roca blanda. Con frecuencia se combina con

prevoladuras poco cuidadosas. Las caras del talud presentan dificultades de acabado.

Por ello el mtodo ni mejora ni empeora la estabilidad.


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