macizo rocoso y tuneles
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ingenieria civilconstrucciones de tunelesTRANSCRIPT
INTRODUCCIÓN
En el presente trabajo se pretende dar una explicación acerca del macizo rocoso
EI conocimiento geológico es fundamental para el proyecto de las obras de
infraestructura, edificación y explotaciones mineras, y para la ordenación territorial o
urbana. La interpretación de las condiciones geológicas, y su integración en el diseño y
construcción, mediante soluciones acordes a la naturaleza del terreno y al media ambiente,
es el principal objetivo de la ingeniería geológica, junto a la prevención y mitigación de los
danos causados por los desastres naturales de origen geológico.
En particular se busca observar las propiedades de la roca no como agregado sino
como una unidad individual de construcción y sus características para su utilización
adecuada en estructuras que puedan necesitar de estas, evaluar su resistencia debido a
los movimientos sísmicos y otros fenómenos naturales que pueden afectar en gran manera
su buen funcionamiento.
OBJETIVOS:
Evaluar la competición del macizo rocoso a partir de observaciones en el campo y
ensayos sencillos,
Definir las necesidades de sostenimientos
Se intenta dividir el macizo en grupos de comportamiento similar
INFORME 3 CLASIFICACION GEOMECANICA DEL MACIZO ROCOSO
INFORME 3 CLASIFICACION GEOMECANICA DEL MACIZO ROCOSO
1. RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN UNIXIAL(UCS)
ORIENTACIO
N DEL
MARTILLO
RESISTENCIA
A LA
COMPRESION
UNIAXIAL
(Mpa)
DISPERCION
TÍPICA EN
LA
RESITENCIA
(Mpa)
RESISTENCIA+
DISPERCIÓN
TÍPICA
40 64 27.78 91.78
48 100 38.88 138.88
35 59 22.22 81.22
43 74 30.55 104.55
PROMEDIO 104.1075
INFORME 3 CLASIFICACION GEOMECANICA DEL MACIZO ROCOSO
INFORME 3 CLASIFICACION GEOMECANICA DEL MACIZO ROCOSO
TABLA 1.
PUNTAJES ASOCIADOS A LA RESISTENCIA DE LA ROCA “INTACTA”
Para una resistencia de 104.1075 MPa el puntaje asociado es de 9.75, lo cual nos
indica que es un macizo rocoso con resistencia alta.
INFORME 3 CLASIFICACION GEOMECANICA DEL MACIZO ROCOSO
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2. INDICE DE CALIDAD DE LA ROCA (RQD)
RQD=∑ fragmentosde roca≥10cm
long. totalx100
RQD=20+25+28+10+15+12+22+30197
x100
RQD=82%
INFORME 3 CLASIFICACION GEOMECANICA DEL MACIZO ROCOSO
INFORME 3 CLASIFICACION GEOMECANICA DEL MACIZO ROCOSO
Para una resistencia de 104.1075 MPa el puntaje asociado es de 16.3, lo cual nos
indica que es un macizo rocoso con BUENA calidad geotécnica.
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3. ESPACIAMIENTO ENTRE ESTRUCTURAS (S)
FAMILIA 1
d1 2.00
d2 4.20
d3 4.70
d4 1.60
d5 2.35
d6 1.39
d7 1.65
PROMEDIO 2.56
ESCALA 1/10
(mm) 255.57
FAMILIA 2
d8 3.71
d9 2.70
PROMEDIO 3.21
ESCALA 1/10 (mm) 320.50
FAMILIA 3
d10 5.35
d11 2.55
d12 2.50
d13 4.60
d14 3.95
PROMEDIO 3.79
ESCALA 1/10 (mm) 379.00
FAMILIA 4
d15 0.75
d16 2.35
d17 6.20
d18 3.45
d19 1.32
d20 1.75
d21 0.65
INFORME 3 CLASIFICACION GEOMECANICA DEL MACIZO ROCOSO
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PROMEDIO 2.35
ESCALA 1/10 (mm) 235.29
FAMILIA 5
d15 1.10
d16 1.40
d17 2.35
PROMEDIO 1.62
ESCALA 1/10 (mm) 161.67
FAMILIA 6
d18 2.40
d19 1.10
d20 0.50
d21 0.40
d22 1.80
d23 1
d24 1.70
PROMEDIO 1.27
ESALA 1/10 (mm) 127.14
FAMILIASEspaciamiento
(mm)
fam 1 255.57
fam 2 320.50
fam 3 379.00
fam 4 235.29
fam 5 161.67
INFORME 3 CLASIFICACION GEOMECANICA DEL MACIZO ROCOSO
INFORME 3 CLASIFICACION GEOMECANICA DEL MACIZO ROCOSO
fam 6 127.14
PROMEDIO
TOTAL 246.53 mm
Como se observa para un espaciamiento de 246.43 mm se obtiene un puntaje de
8.4 considerándose según la tabla en un espaciamiento moderado.
INFORME 3 CLASIFICACION GEOMECANICA DEL MACIZO ROCOSO
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4. EVALUACIÓN DEL JC:
FAMILIA 1
Dist PERSISTENCIA
L1 6.7
L2 8.3
L3 16.1
L4 21
L5 12
L6 10.3
L7 4.9
PROMEDIO 11.33
ESCALA 1/10
(mm)1132.857143
FAMILIA 2
Dist PERSISTENCIA
L1 6.2
L2 4.3
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L3 9.2
PROMEDIO 6.57
ESCALA 1/10
(mm)656.6666667
FAMILIA 3
DistPERSISTENC
IA
L1 8.85
L2 14
L3 10.1
L4 15.1
L5 11
L6 5.9
PROMEDIO 10.83
ESCALA
1/10 (mm)1082.5
FAMILIA 4
Dist PERSISTENCIA
L1 4.5
L2 3.4
L3 2.5
L4 2
L5 2.1
INFORME 3 CLASIFICACION GEOMECANICA DEL MACIZO ROCOSO
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L6 2.5
L7 2.3
L8 3
PROMEDIO 2.79
ESCALA 1/10
(mm)278.75
FAMILIA 5
Dist PERSISTENCIA
L1 3.2
L2 6.3
L3 10.8
L4 12.2
PROMEDIO 8.13
ESCALA 1/10
(mm)812.5
FAMILIA 6
Dist PERSISTENCIA
L1 7
L2 6.1
L3 1.4
L4 3.5
L5 4.4
INFORME 3 CLASIFICACION GEOMECANICA DEL MACIZO ROCOSO
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L6 6
L7 6.1
L8 7.3
L9 5.5
PROMEDIO 5.26
ESCALA 1/10
(mm)525.5555556
FAMILI
A
PERSIS
TENCI
A (mm)
fam11132.85
7143
fam2656.666
6667
fam3 1082.5
fam4 278.75
fam5 812.5
fam6525.555
5556
PERSIS
TENCI
A
PROME
DIO
(mm)
748.138
2
INFORME 3 CLASIFICACION GEOMECANICA DEL MACIZO ROCOSO
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FAMILIA 1
Apertura
0.35
0.35 rellenos blandos
0.27 Puntaje 10
0.4
0.4
0.35
Promedio
=
0.3533333
3<5 mm
FAMILIA 3
Apertura
0.38
0.3 Rellenos arcillosos
0.35 Puntaje 10
0.3
0.5
Promedio= 0.366 <5mm
FAMILIA 2
aperturaestructura
s cerradas
PUNTAJE 30
FAMILIA 4
Apertura estructura
s cerradas
Puntaje 30
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FAMILIA 5
Apertura
0.1
0.15 Rellenos arcillosos
0
Puntaj
e 20
0
Promedio
= 0.0625< 1mm
FAMILIA 6
Aperturaestructura
s cerradas
Puntaje 30
Abertura
promedio (mm)=0.13030556mm
Promedio del
puntaje (JC)20
INFORME 3 CLASIFICACION GEOMECANICA DEL MACIZO ROCOSO
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Según el grafico nuestro puntaje promedio se encuentra dentro de una estructura rugosa,
estructura abierta con rellenos de espeso < 1mm.
5. EVALUACIÓN DE LA CONCIDIÓN WC
Q(caudal)
lts/mindescripción puntaje
Filtacion1 120
infiltracione
s0
Filtracion2 130
Filtracion3 135
Filtracion
4120
Promedio 126.25>125
lts/min0
INFORME 3 CLASIFICACION GEOMECANICA DEL MACIZO ROCOSO
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CALCULO DEL RMR
RMR=P (UCS )+P (RQD )+P (S )+P (JC )+P (Wc )
RMR=12+17+10+20+0
RMR=59
Teniendo en cuenta dichos parámetros para RMR se observa que el macizo rocoso
en estudio se encuentra en el intervalo (clase III , 40<RMR=59≤60), observando que
es un macizo rocoso de calidad Regular.
CLASIFICACIONES GEOMECÁNICA DELOS MACIZOS ROCOSOS SEGÚN:
BIENIAWSKI, BARTON, HOEK Y BROWN, ROMANA.
I. CLASIFICACIÓN GEOMECÁNICA RMR
Desarrollado por Bieniawski, (1989) constituye un sistema de clasificación de macizos
rocosos que permite a su vez relacionar índices de calidad con parámetros de diseño y
de sostenimiento de túneles.
El parámetro que define la clasificación es el denominado índice RMR ( ROCK MASS
RATING ), que indica la calidad del macizo rocoso en cada dominio estructural a partir
INFORME 3 CLASIFICACION GEOMECANICA DEL MACIZO ROCOSO
INFORME 3 CLASIFICACION GEOMECANICA DEL MACIZO ROCOSO
de los siguientes parámetros:
1 ) Resistencia a la compresión simple de la matriz rocosa.
2) R.Q.D. Grado de fracturación del macizo rocoso.
3) Espaciado de las discontinuidades.
4) Condiciones de las discontinuidades, el cual consiste en considerar los siguientes
parámetros:
- Abertura de las caras de la discontinuidad.
- Continuidad o persistencia de la discontinuidad.
- Rugosidad.
- Alteración de la discontinuidad.
- Relleno de las discontinuidades.
5) Presencia del Agua, en un macizo rocoso, el agua tiene gran influencia sobre su
comportamiento, la descripción utilizada para este criterio son: completamente seco,
húmedo, agua a presión moderada y agua a presión fuerte.
6) 6.-Orientación de las discontinuidades.
Para obtener el Índice RMR de Bieniawski se realiza lo siguiente:
1. Se suma los 5 variables o parámetros calculados, eso da como resultado un
valor índice (RMR básico).
2.-El parámetro 6 que se refiere a la orientación de las discontinuidades respecto a la
excavación.
El valor del RMR varía entre 0 a 100
1° PARÁMETRO: RESISTENCIA DE LA ROCA SANA
DESCRIPCIÓN
RESISTEN
CIA A
COMPRES
IÓN
SIMPLE (
Mpa)
ENSAYO
DE
CARGA
PUNTUAL
(MPa)
VALORACIÓN
INFORME 3 CLASIFICACION GEOMECANICA DEL MACIZO ROCOSO
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Extremadam
ente dura
>250 > 10 15
Muy dura 100 – 250 4 – 10 12Dura 50 – 100 2 – 4 7
Moderadamente
dura
25 – 50 1 – 2 4
Blanda Muy
blanda
5 -25
1 – 5 < 1
2
1
Resistencia de algunas rocas sanas en (MPa)
Tipo de roca Resistencia a la compresión simple
(MPa)Mínimo Máximo Medio
Creta 1 2 1.5Sal 15 29 22Carbón 13 41 31Limonita 25 38 32Esquisto 31 70 43Pizarra 33 150 70Arcillita 36 172 95Arenisca 40 179 95Marga 52 152 99Mármol 60 140 112Caliza 69 180 121Dolomía 83 165 127Andesita 127 138 128Granito 153 233 188Gneis 159 256 195Basalto 168 359 252Cuarcita 200 304 252Dolerita 227 319 280Gabro 290 326 298Taconita 425 475 450Sílice 587 683 635
Gráfico para calcular el parámetro de Resistencia a la Compresión
Simple.
INFORME 3 CLASIFICACION GEOMECANICA DEL MACIZO ROCOSO
INFORME 3 CLASIFICACION GEOMECANICA DEL MACIZO ROCOSO
2° PARÁMETRO: CÁLCULO DEL R.Q.D.
La calidad de roca R.Q.D se puede determinar:
- Trozos de rocas testigos mayores de 10cm recuperados en sondeos.
- Número total de discontinuidades que interceptan una unidad de volumen
(1m3) del macizo rocoso, definido mediante el parámetro Jv.
- Teóricamente a partir de la densidad de las discontinuidades o frecuencia de las
discontinuidades ( ) por Hudson, 1989.
Para el primer caso se utiliza la primera formula
Para el segundo caso se utiliza la siguiente fórmula
INFORME 3 CLASIFICACION GEOMECANICA DEL MACIZO ROCOSO
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Para el tercer caso se utiliza la siguiente fórmula
El valor obtenido en las formulas A, B o C son comparados con la siguiente tabla:
Índice de Calidad
R.Q.D. (%)Calidad Valoración
0 -25 Muy mala 325 – 50 Mala 850 – 75 Regular 1375 – 90 Buena 1790 - 100 Excelente 20
Asimismo, se puede buscar la valoración para el RQD, a partir del siguiente gráfico:
Grafico para calcular el parámetro de R.Q.D
INFORME 3 CLASIFICACION GEOMECANICA DEL MACIZO ROCOSO
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3er PARÁMETRO: SEPARACIÓN DE LAS DISCONTINUIDADES.
La separación o el espaciamiento de las discontinuidades están clasificada según la
tabla que a continuación se observa:
DescripciónEspaciado de
las Juntas
Tipo de
macizo
rocoso.
Valoración
Muy separadas > 2 m Sólido 20Separadas 0,6 – 2 m. Masivo 15
Moderadamente
juntas200– 600 mm. En bloques 10
Juntas 60 – 200 mm. Fracturado 8Muy juntas < 60 mm. Machacado 5
Para calcular el rango se utiliza el siguiente gráfico:
Grafico Para calcular el parámetro del espaciamiento de las
discontinuidades.
Espaciamiento de las discontinuidades mm
INFORME 3 CLASIFICACION GEOMECANICA DEL MACIZO ROCOSO
INFORME 3 CLASIFICACION GEOMECANICA DEL MACIZO ROCOSO
4to PARÁMETRO: CONDICIONES DE LAS DISCONTINUIDADES.
Aberturas de las discontinuidades.
Grado DescripciónSeparación
de las caras Valoración1 Abierta > 5mm 0
2Moderadamente
abierta1 – 5 mm 1
3 Cerrada 0,1 – 1 mm 44 Muy cerrada < 0,1 mm 55 Ninguna 0 6
Continuidad o persistencia de las discontinuidades.
Grado Descripción Continuidad Valoración
1 Muy baja < 1 m 62 Baja 1 – 3 m 43 Media 3 – 10 m 24 Alta 10 – 20 m 15 Muy alta > 20 m 0
Rugosidad de las discontinuidades.
Grado Descripción Valoración
1 Muy rugosa 62 Rugosa 53 Ligeramente rugosa 34 Lisa 15 Plana (espejo de falla) 0
Relleno de las discontinuidades.
Grado Descripción Valoración
1 Blando > 5 mm 02 Blando < 5mm 23 Duro > 5mm. 24 Duro < 5 mm 45 Ninguno 6
Alteración de las discontinuidades.
Grado Descripción Valoración
INFORME 3 CLASIFICACION GEOMECANICA DEL MACIZO ROCOSO
INFORME 3 CLASIFICACION GEOMECANICA DEL MACIZO ROCOSO
1 Descompuesta 02 Muy alterada 13 Moderadamente alterada 34 Ligeramente alterada 55 No alterada 6
5to PARÁMETRO: LA PRESENCIA DEL AGUA.
Para calcular la valoración según la presencia del agua se toma como
referencia la tabla que a continuación se especifica.
Tabla para obtener el parámetro de la presencia del agua
Caudal por
10 m de
túnel
Relación
Presión agua –
Tensión ppal
mayor
Descripción Valoración
Nulo 0 Seco 15
< 10 litros/min < 0,1 Ligeramente húmedo 10
10-25 litros/min 0,1 – 0,2 Húmedo 7
25-125 litros/min 0,2 – 0,5 Goteando 4
>125 litros/min > 0,5 Fluyendo 0
6to PARÁMETRO: ORIENTACIÓN DE LAS DISCONTINUIDADES.
Para la valoración de este parámetro se debe clasificar la roca de acuerdo al rumbo y
buzamiento con respecto a la obra civil que se va a ejecutar, esta clasificación se
especifica a continuación:
Tabla de clasificación para la determinación de los buzamientos con
respecto al efecto relativo con relación al eje de la obra.
Dirección Perpendicular al Eje de la obra
INFORME 3 CLASIFICACION GEOMECANICA DEL MACIZO ROCOSO
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Dirección Paralelo al
Eje de la obra. Buzamiento 0
-20°
Cualquier
dirección.
Excav. Con
buzamiento.
Excav. Contra
buzamiento
Buz
45° -
90°
Buz Buz Buz Buz Buz
Muy
favorabl Favorabl
e
Medio Desfavorabl
e
Muy
desfavorab Medio Desfavorable
Valoración para Túneles y Minas.
Calificativo Valoración
Muy favorable 0Favorable -2
Medio -5Desfavorable -10
Muy desfavorable -12
Valoración para Fundaciones.
Calificativo Valoración
Muy favorable 0Favorable -2
Medio -7Desfavorable -15
Muy desfavorable -25
Valoración para Taludes.
Calificativo Valoración
Muy favorable 0Favorable -5
Medio -25Desfavorable -50
Muy desfavorable -60
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Calidad del macizo rocoso con relación al Índice RMR
CLASE CALIDAD VALORACIÓN
RMR
COHESIÓN ÁNGULO DE
ROZAMIENTOI Muy buena 100-81
>4 Kg/cm2 > 45º
II Buena 80-613 – 4 Kg/cm
2 35º - 45º
III Media 60-412 – 3 Kg/cm
2 25º - 35º
IV Mala 40-211 – 2 Kg/cm
2 15º- 25º
V Muy mala < 20< 1 Kg/cm
2 <15º
Guía para la excavación y soporte en túneles y obras de ingeniería donde la
condición de la roca es importante. (Según Bieniawski)
Clase de
macizo
rocoso
Excavación Pernos (20
mm de
diámetro,
Soporte
con
concreto
Costillas
I. Roca muy
Buena,
RMR: 81-
A sección
completa.
Generalmente
no
Ninguno
II . Roca Buena,
RMR: 61 -
80
A sección
completa
1-1.5 mts de
avance. Soporte
Pernos en
la corona de
3 mts. de
longitud
50 mm en la
corona donde
se requiera
Ninguno
III. Roca regular,
RMR: 41 -
60
Frente superior
y destroza, 1.5-3
mts de avance
en media
sección. Inicio
del soporte
Pern
os
sistemáticos, 4
mts de
longitud,
espaciados
50 – 100 mm
en
la corona y
30 mm por los
lados
Ninguno
IV. Roca Pobre,
RMR: 21 -
40
Frente superior
y destroza, 1 –
1.5 mts de
avance en la
media sección
superior.
Instalación de
Pern
os
sistemáticos ,
4- 5 mts de
longitud,
espaciados 1
–
100 – 150 mm
en
la corona y
30 mm por los
lados
Costillas
ligeras
a
medias
espaciadas
1.5 mts a
donde se
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INFORME 3 CLASIFICACION GEOMECANICA DEL MACIZO ROCOSO
V. Roca
muy
pobre
RMR:< 20
Múltiples
galerias 0.5-1.5
mts.de
avance en la
sección superior.
Instalación de
Pernos
sistemáticos,
5-6
mts de
longitud,
espaciados 1
–
150- 200 mm
en
la corona, 150
mm en los
lados y 50 mm
al frente
Costillas
medianas
a
resistentes,
espaciadas a
0.75 mts con
planchas deII. CLASIFICACIÓN GEOMECÁNICA SISTEMA Q
Desarrollado por Barton, Lien y Lunde en 1974, constituye un sistema de clasificación
de macizos rocosos que permite establecer sistemas de sostenimientos para túneles y
cavernas. El sistema Q está basado en la evaluación numérica de seis parámetros que
definen el índice Q. Este índice viene dado por la siguiente expresión.
Como se analiza, la Clasificación de Barton et al, se basa en 6 parámetros:
1.-R.Q.D: Índice de calidad de la roca.
2.-Jn : Índice de diaclasado que indica el grado de fracturación.
3.-Jr: Índice de que contempla la rugosidad, relleno y continuidad de las discontinuidades.
4.-Ja : Índice de alteración 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 tamaño de los Bloques.
El segundo coeficiente (Jr/Ja) representa la resistencia al corte entre los bloques.
El tercer y último coeficiente (Jw/SRF) representa el estado tensional del macizo
rocoso.
El rango de Variación de los parámetros es el siguiente: RQD: entre 0 y 100
Jn: entre 0,5 y 20
Jr: entre 0,5 y 4
Ja: entre 0,75 y 20
Jw: entre 0,05 y 1
SRF: entre 0,5 y 20
TABLAS USADAS PARA LA CLASIFICACIÓN Q.
INFORME 3 CLASIFICACION GEOMECANICA DEL MACIZO ROCOSO
INFORME 3 CLASIFICACION GEOMECANICA DEL MACIZO ROCOSO
1er Parámetro: R.Q.D.
Descripción de la
calidad del macizo
rocoso
R Q D Observaciones.
Muy pobre 0-25
Para R.Q.D < 10 se puede
tomar R.Q.D.= 10 en la
ecuación de Q.
Pobre 25-50Medio 50-75Bueno 75-90
Muy Bueno 90-100
2do Parámetro: Índice de diaclasado Jn.
Descripción Jn
Roca masiva 0.5-1Una familia de diaclasas. 2
Una familia de diaclasas y algunas Diaclasas ocasionales. 3Dos familias de diaclasas. 4
Dos familias de diaclasas y algunas Diaclasas ocasionales 6Tres Familias. 9
Tres familias de diaclasas y algunas Diaclasas ocasionales. 12Cuatro o más familias de Diaclasas, roca muy fracturada. 15
Roca triturada terrosa. 20En boquillas, se utiliza 2 Jun y en Túneles 3 Jun
3er Parámetro: Índice de rugosidad Jr.
Esta tabla esta basada por la relación o el contacto entre las 2 caras de la Junta.
Contacto entre las 2 caras de las diaclasas con poco
desplazamiento lateral de menos de 10 cm.
Jr
Juntas discontinuas. 4 Juntas Rugosa o irregular ondulada. 3
INFORME 3 CLASIFICACION GEOMECANICA DEL MACIZO ROCOSO
INFORME 3 CLASIFICACION GEOMECANICA DEL MACIZO ROCOSO
Suave ondulada. 2 Espejo de falla, ondulada, 1.5 Rugosa o irregular, plana. 1.5 Suave plana. 1 Espejo de Falla, plano. 0.5
No existe contacto entre las 2 caras de las diaclasas cuando
ambas se desplazan lateralmente.
Jr
Zona de contenido de minerales arcillosos,
Suficientemente gruesa para impedir el contacto entre las
caras de las Diaclasas.
Arenas, gravas o zona fallada suficientemente gruesa para
impedir el contacto entre las 2 caras de las diaclasas.
1
Nota: si el espaciado de la familia de las diaclasas es mayor de 3 m hay que
Aumentar el Jn en una unidad.
Para diaclasas con espejos de falla provisto de lineaciones, si están orientadas
favorablemente, se puede usar Jr=0.5
4to Parámetro: Coeficiente reductor por la presencia de agua Jw.
Jw Presió
n del
agua - Excavaciones secas o de influencia poco 1 <1Importante.
- Fluencia o presión medias. Ocasional lavadode los rellenos de las Diaclasas. 0.66 1-2.5
- Fluencia grande o presión alta, considerablelavado de los rellenos de las Diaclasas. 0.33* 2.5-10
- Fluencia o presión de agua excepcionalmentealtas, decayendo con el tiempo. 0.1-0.2* >10
- Fluencia o presión de aguasexcepcionalmente altas y continúas, sin 0.05-.01* >10disminución.
Los valores presentados con el Signo * son solo valores estimados. Si se
instalan elementos de drenaje, hay que aumentar Jw
INFORME 3 CLASIFICACION GEOMECANICA DEL MACIZO ROCOSO
INFORME 3 CLASIFICACION GEOMECANICA DEL MACIZO ROCOSO
5to Parámetro: Índice de alteración de las discontinuidades Ja.
Descripción Ja Ø°
Contacto entre las 2 caras
de las Diaclasas.
Junta sellada, dura, sin reblandecimiento
impermeable como por ejemplo cuarzo en paredes sanas.
0.75 25-30
Caras de la junta únicamente manchadas. 1 25-30
Las caras de la junta están alteradas ligeramente y
contienen minerales no blandos partículas de arena, roca
desintegrada libre de arcilla.
2 25-30
Recubrimiento de limo o arena arcillosa, pequeña
fricción arcillosa no reblandecible.
3 20-25
Recubrimiento de minerales arcillosos blandos o de
baja fricción como caolinita, clorita, talco yeso, grafito y
pequeñas cantidades de arcillas expansivas. Los
recubrimientos son discontinuos con espesores máximos de 1
o 2 mm.
4 8-16
Contactos entre 2 caras de
la Diaclasa con < de 10 cm desplazamiento lateral.Partículas de Arena, roca desintegrada libre de arcilla.
4 25-30
INFORME 3 CLASIFICACION GEOMECANICA DEL MACIZO ROCOSO
INFORME 3 CLASIFICACION GEOMECANICA DEL MACIZO ROCOSO
Fuertemente sobreconsolidados rellenos de minerales
arcillosos no blandos. Los recubrimientos son continuos de
menos de 5 mm de esp.
6 16-24
Sobreconsolidación media a baja, blandos, rellenos
de minerales arcillosos. Los recubrimientos
son continuos de < de 5 mm de espesor.
8 12-16
Rellenos de arcilla expansiva, de espesor continúo de 5
mm. El valor Ja dependerá del porcentaje de partículas
del tamaño de la arcilla expansiva.
8-12 6-12
No existe contacto entre las
2 caras de la diaclasa cuando esta cizallada.
Zonas o bandas de roca desintegrada
o manchada y arcilla.
Zonas blandas de arcilla limosa o arenosa con pequeña
fricción de arcilla no blandas.
6-8-12 6-24
5 6-24
13-20 6-24
6to Parámetro: Condiciones tensionales S.R.F
1.-Zona débil que interceptan la
excavación y pueden causar caídas
de bloques.A. Varias zonas débiles conteniendo
arcilla o roca desintegrada
químicamente, roca muy suelta
alrededor.
B. Solo una zona débil conteniendo
arcilla o roca desintegrada
químicamente (profundidad de
excavación < 50 m.).
C. Solo una zona débil conteniendo
arcilla o roca desintegrada
químicamente. (Profundidad de
excavación > 50 m.).
D. Varias zonas de fractura en roca
competente libre de arcilla, roca
suelta alrededor. (Cualquier
profundidad).
10
5
2.5
5
2.-Rocas
competentes
con problemas
o c/σ1 o
t/σ1
INFORME 3 CLASIFICACION GEOMECANICA DEL MACIZO ROCOSO
INFORME 3 CLASIFICACION GEOMECANICA DEL MACIZO ROCOSO
H. Tensiones pequeñas
cerca > 200 >13 2.5de la superficie.
I. Tensiones medias. 200-10 13-
0.33
1.0
J. Tensiones altas muy compacta,para la estabilidad, desfavorable para laestabilidad de los
hastíales.
10-5 0.66-
0.33
0.5-
2.0K. Explosión de roca (roca Masiva). 5-2.5 0.33-
0.16
5-10
L. Explosión de roca
fuerte (roca masiva.) <2.5 <0.1
6
10-
20o c y σ t son las resistencias a la
compresión y tracción respectivamente de la 3.-Roca fluyente, flujo plástico
de S.R.F
M. Presión de Flujo suave. 5-10
N. Presión de flujo intensa. 10-20
INFORME 3 CLASIFICACION GEOMECANICA DEL MACIZO ROCOSO
Continuación de la tabla del parámetro 6.................
3.-Roca expansiva, actividad
expansiva química dependiendo de la
presencia del agua.
S.R.F
O. Presión Expansiva suave. 5-10
Observaciones al
SRF:
Reducir los valores del SRF en un 25 a 50% si las
zonas de rotura solo influyen pero no interceptan a
la excavación.
En los casos que la profundidad de las clave del túnel
sea inferior a la altura del mismo se sugiere aumentar el
SRF de 2.5 a 5.
Para campos de tensiones muy anisótropos cuando
5<= σ 1/ σ 3<=10, reducir el σ c y σ t a 0.8 σ c y 0.8 σ
t.
CLASIFICACIÓN DE BARTON DE LOS MACIZOS ROCOSOS. ÍNDICE DE
CALIDAD Q.
TIPO DE ROCA VALOR DE Q
Excepcionalmente mala. 0,001 – 0,01
Extremadamente mala. 0,01 – 0,1
Muy mala. 0,1 – 1
Mala. 1 – 4
Media. 4 – 10
Buena. 10 – 40
Muy buena. 40 – 100
Extremadamente Buena. 100 – 400
Excepcionalmente Buena. 400 – 1000
INFORME 3 CLASIFICACION GEOMECANICA DEL MACIZO ROCOSO
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Sugerencias para el uso de las Tablas.
1.- Cuando no se disponen de sondeos, el RQD se estima a partir de afloramientos, mediante el
índice volumétrico de juntas Jv.
2.-En el parámetro Jn, puede estar afectado por la foliación, esquistocidad, y laminaciones.
Si las discontinuidades paralelas están suficientemente desarrolladas, se contabilizan como una
familia, si no se contabilizan cono discontinuidades ocasionales.
3.-Se tomaran los valores de los parámetros Jr y Ja de la familia de discontinuidades rellenas de
arcilla más débil de la zona, pero hay que elegir en primer lugar las discontinuidades de
orientación desfavorable aunque no den el valor mínimo del cociente Jr/Ja.
6.-En las rocas anisótropas, la resistencia a la compresión simple de la roca, y la resistencia a la
tracción, σ c y σ t , respectivamente se evalúan en la zona más desfavorable para la estabilidad
de la estructura subterránea.
III. CLASIFICACIÓN DE HOEK Y BROWN (GSI)
Hoek et al, (1995) han propuesto un índice geológico de resistencia, GSI (geological strength
index), que evalúa la calidad del macizo rocoso en función del grado y las características de
la fracturación, estructura geológica, tamaño de los bloques y alteración de las discontinuidades.
INFORME 3 CLASIFICACION GEOMECANICA DEL MACIZO ROCOSO
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IV. CLASIFICACIÓN GEOMECÁNICA DE ROMANA (SMR):
El índice SMR para la clasificación de taludes se obtiene del índice RMR básico, restando
un “factor de ajuste” que es función de la orientación de las discontinuidades (y producto
de tres subfactores) y sumando un “factor de excavación” que depende del método
utilizado.
SMR = RMR básico + (F1 x F2 x F3) + F4
RMR se calcula de acuerdo con los coeficientes de Bieniawaski, como la suma de las
valoraciones correspondientes a 5 parámetros:
Resistencia a compresión simple de la matriz rocosa, RQD,
Separación de las discontinuidades, Condición
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 del talud. Varía entre 1,00 (cuando ambos rumbos son paralelos) y
0,15 (cuando el ángulo entre ambos rumbos es mayor de 30º y la
probabilidad de rotura es muy baja. Estos valores establecidos
empíricamente ajustan aproximadamente a la expresión:
INFORME 3 CLASIFICACION GEOMECANICA DEL MACIZO ROCOSO
INFORME 3 CLASIFICACION GEOMECANICA DEL MACIZO ROCOSO
P : Rotura plana s : Dirección del talud s : Buzamiento del talud
T : Rotura por vuelco j : Dirección de las juntas j : Buzamiento de las juntas
F3, refleja la relación entre los buzamientos de la discontinuidad y del talud.
El factor de ajuste según el método de excavación. F4, ha sido establecido
empíricamente como:
Los taludes naturales, son más estables a causa de los procesos previos de erosión
sufridos por el talud, y de los mecanismos internos de protección que muchos de
ellos poseen (vegetación, desecación superficial, drenaje torrencial, etc). F4 = +15.
Los precorte, aumentan la estabilidad de los taludes en media clase. F4 =
+10.
Las técnicas de voladura suave (recorte) bien ejecutadas, también aumentan la
estabilidad de los taludes. F4 = +8.
Las voladuras normales aplicadas con métodos razonables no modifican la estabilidad. F4
= 0.
Las voladuras defectuosas son muy frecuentes y pueden dañar seriamente a la
estabilidad. F4 = -8.
La excavación mecánica de los taludes por ripado solo es posible cuando el macizo
rocoso 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 método ni mejora ni empeora la estabilidad.
FACTOR DE AJUSTE POR LA ORIENTACIÓN DE LAS JUNTAS ( F1, F2 Y
F3 )
C
A
S
MUY FAVORABLE FAVORABLE NORMAL DEFAVORABL
E
MUY
DEFAVORA
BLEP T j s > 30º 30º - 20º 20º - 10º 10º - 5º < 5º
P/T F 0,15 0,4 0,7 0,85 1P < 20º 20º - 30º 30º - 35º 35º - 45º > 45º
F 0,15 0,4 0,7 0,85 1T F 1 1 1 1 1
P T j s
> 10º 10º - 0º 0º 0º - ( - 10º ) < - 10º
P/T F 0 - 6 - 25 - 50 - 60
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FACTOR DE AJUSTE POR EL MÉTODO DE EXCAVACIÓN ( F4 )
MÉTODO TALUD NATURAL PRECORTE VOLADURA
SUAVE
VOLADURA
O
EXCAVACIÓ
VOLAD
URA
DEFICIF4 + 15 + 10 + 8 0 - 8
CLASES DE ESTABILIDAD
C
A
V IV III II I
SMR 0 – 20 21 - 40 41 -
60
61 - 80 81 - 100
Descrip
ción
Muy mala Mala Normal Buena Muy
buenaEstabili
dad
Totalmente
inestableInestable Parcial
mente Buena Muy
buenaGrandes roturas
por planos
continuos o por
Juntas o
grandes
Algunas
juntas o Tratamie
nto
Reexcavación Corrección Sistemátic
o
Ocasional Ninguno
Parámetros de corrección F1, F2, F3 y F4 de la clasificación SMR (modificado de Romana,
1985)
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TUNELES
Un túnel es una obra de ingeniería que para su construcción, requiere de técnicas,
productos, equipos especiales y de análisis geológicos, geotécnicos e hidráulicos; este
es realizado por especialistas en los ramos, una vez que se ha definido el proyecto de
construcción de un túnel.
Se conoce las condiciones y características del lugar, eligiendo el proceso constructivo
que conviene para su construcción. Según las dimensiones del proyecto, se deben de
considerar otros factores como son seguridad, economía y durabilidad de la obra.
CRITERIOS A TENER EN CUENTA PARA LA CONSTRUCCION DE TUNELES
Estudios Geológicos: geología, geotécnica, dimensionamiento estructural
Métodos de construcción, plazos de construcción, riesgos y peligros,
Explotación: explotación y mantenimiento (aspectos técnicos),
Costes de construcción, explotación, mantenimiento ordinario, reparaciones,
medio ambiente: normativa, diagnóstico, estudio de impacto ambiental,
naturaleza del transporte: tipo y volumen de tráfico, tipos de mercancías que
son transportadas.
restricciones externas diversas: accesos y limitaciones particulares,
condiciones climáticas, avalanchas, estabilidad del terreno, contexto
socioeconómico.
nivel de rentabilidad: aceptabilidad económica, capacidad de financiación,
control de los costes financieros, economía general y contexto político en el
caso de ser una concesión o una Participación Público Privada.
INFORME 3 CLASIFICACION GEOMECANICA DEL MACIZO ROCOSO
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METODOS RESPECTO A LAS SECUENCIAS DE EXVAVACION.
EL MÉTODO INGLÉS: recibe su nombre por haber sido aplicado en túneles a
través del tipo de terreno que usualmente se localiza en Inglaterra, como son las
arcillas y areniscas. Siguiendo el ejemplo establecido en la construcción del primer
túnel bajo el Támesis, su principal característica es proceder el avance de la
perforación a sección completa del túnel, en una sola operación.
EL MÉTODO BELGA: se basa en los principios que permitieron la
construcción, en 1828 del túnel de Charleroi en el Canal que enlaza Bruselas y
Charleroi.
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.
EL MÉTODO ALEMÁN: este sistema fue utilizado por primera vez en 1803
para construir el túnel en el Canal de San Quintín, y desarrollado por Wiebeking en
1814, siguiendo el sistema de núcleo central, también empleado en la construcción de
las amplias bóvedas de cerveza de Baviera.
EL MÉTODO ALEMÁN MODIFICADO: se aplica en el caso en que durante la
operación de perforación del túnel, a través de un terreno bastante firme, surja la
aparición de agua, lo que origina una alteración en el Método Clásico Alemán en
cuanto a las etapas sucesivas de ataque del frente.
EL MÉTODO AUSTRIACO: los austriacos desarrollaron un plan de trabajo basado en
la utilización de puntales de madera formando un sistema de entibación, procedimiento
aplicado en las minas de Friburgo y que fue aplicado por primera vez por Meisner en la
construcción del túnel de Oberau, en el ferrocarril entre Leipzig y Dresden, en Sajonia
en el año 1837. En 1839 Keissler lo empleó en el túnel de Gumpoldskirch, cerca de
Viena-Neustadt.
INFORME 3 CLASIFICACION GEOMECANICA DEL MACIZO ROCOSO
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Método TBM (Tipo Escudo o Topo)
La excavación de túneles por el método de escudo se usa generalmente, en la
actualidad, en terrenos blandos, no cohesivos, compuestos de arena suelta, grava o
limo y todo tipo de arcilla, o en mezcla de cualesquiera de ellos. Es indispensable estar
debajo del nivel freático.
La TBM (Tunnel Boring Machine)es un cilindro formado por planchas de acero
soldadas entre sí. Tiene un diámetro ligeramente mayor que el exterior del
revestimiento del túnel. Además existen varios métodos para atacar las caras de
túneles perforados a través de la roca. Otros métodos distintos dependerán de la
medida del túnel, del equipo disponible, de la formación y de la cantidad de ademes
que se necesiten.
ATAQUE DE TODA LA CARA:
INFORME 3 CLASIFICACION GEOMECANICA DEL MACIZO ROCOSO
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Cuando se perfora el túnel con el método de ataque en toda la cara, se perfora todo el
frente o cara, se cargan los agujeros, y se hacen detonar los explosivos. Los túneles
pequeños cuyas dimensiones no exceden de 10pies, se perforan siempre con este
método.
Los grandes túneles en roca frecuencia se perforan con este método. Debido al
desarrollo de los taladros de carretilla y de plataforma, la popularidad de este método
ha ido cada vez en aumento en la perforación de grandes túneles. Puede montarse
varios taladros en la parte anterior de una plataforma para hacerlos operar
simultáneamente con alta eficiencia.
MÉTODO DE TERRAZAS:
El método de terrazas para la perforación de un túnel, implica la perforación de la
porción superior del túnel antes de perforar la parte inferior, como se ilustra en la
figura:
Si la roca es lo suficientemente firme para que el domo se sostenga sin necesidad de
ademes, la cabeza superior se aventaja en un barreno con respecto a la cabeza
INFORME 3 CLASIFICACION GEOMECANICA DEL MACIZO ROCOSO
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inferior. Si la roca está muy quebrada, la cabeza superior puede aventajarse mucho
con respecto a la terraza y puede utilizarse ésta para apoyar los ademes del domo. El
desarrollo de la plataforma de taladros ha reducido el empleo del método de terrazas
para la perforación de túneles.
MÉTODO DE DERIVADORES:
Al perforar un túnel grande, puede ser ventajoso perforar un túnel pequeño, llamado
derivador, a través de toda o una porción de la longitud del túnel, antes de excavar
todo con el taladro. Los derivadores, pueden clasificarse como centrales, laterales,
inferiores o superiores, dependiendo de su posición con respecto al taladro principal.
La figura muestra la posición de cada uno de los tipos de derivadores:
.
EN RELACIÓN CON EL SOSTENIMIENTO, los avances en materia de
revestimientos, principalmente en hormigón y acero moldeado, en mejora del
terreno mediante inyecciones a presión así como el perfeccionamiento de
máquinas tuneladoras a sección completa.
• EN RELACIÓN CON LAS CARACTERÍSTICAS DEL ENTORNO DE TRABAJO,
cabe resaltar las notables mejoras en sistemas de ventilación e iluminación, un
control más eficaz del agua subterránea mediante equipos de bombeo o a
través de sobrepresión ambiental.
INFORME 3 CLASIFICACION GEOMECANICA DEL MACIZO ROCOSO
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ESTUDIOS QUE SE DEBEN REALIZAR.
Proyecto del túnel.
Antes de que se pueda plantear el diseño del túnel con un mínimo de detalle, será
necesario recopilar o generar toda la información relevante sobre el terreno afectado
por el proyecto. Al menos, esta información supone:
• Plano topográfico a escala suficientemente grande y totalmente actualizado. Si no se
dispone de esta información, será necesario realizar un levantamiento topográfico de
la zona.
• Estudio geológico y geotécnico: El conocimiento de los terrenos que va a atravesar el
túnel es fundamental. Se realizarán los sondeos y los ensayos que sea preciso para
caracterizar y plasmar en planos y secciones la estructura geológica del terreno.
El proyecto, como en cualquier obra de ingeniería, consiste en estudiar distintas
alternativas y seleccionar la más adecuada, aplicando criterios técnicos, económicos,
medioambientales, etc. La solución elegida debe quedar perfectamente definida,
mediante:
• Los puntos de entrada y de salida y los enlaces con los tramos anterior y posterior de
la obra (carretera, ferrocarril, etc.)
• El trazado en planta, con las distintas alineaciones que lo conforman. Se indicarán
longitudes, radios de curvatura, etc.
• El perfil longitudinal, tanto del terreno (denominado perfil por montera) como de la
rasante (figura 10.10). Se indicarán las pendientes, acuerdos parabólicos, cotas, etc.
Se indicarán todas las obras subterráneas con las que se cruce o a las que pueda
afectar el túnel proyectado.
• Secciones: se indicarán las dimensiones, elementos, revestimiento, etc. en los
distintos tramos del túnel. Se indicará el procedimiento constructivo a aplicar en cada
uno de ellos.
Perfil por montera.
INFORME 3 CLASIFICACION GEOMECANICA DEL MACIZO ROCOSO
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El trazado del perfil longitudinal del terreno, o perfil por montera, se puede obtener del
levantamiento topográfico de exterior, marcando sobre el plano el trazado previsto
para el túnel. No obstante, es recomendable comprobar en exterior la dirección de la
excavación, realizando (si las
Fig. 10.12. Enlace entre bocas condiciones del terreno lo permiten) la operación
denominada paso de línea por montera.
Para ello, y suponiendo el caso más sencillo de un túnel de trazado recto, se
establecerá un itinerario de exterior encuadrado comenzando por una de las bocas y
acabando en la otra. Todas las estaciones estarán situadas en el plano vertical que
contiene al eje del túnel y, por tanto, las proyecciones horizontales de todos los tramos
del itinerario estarán alineadas y sus acimutes coincidirán con el de la alineación que
forman las dos bocas. Una vez comprobado que los errores son inferiores a la
tolerancia fijada, podemos emplear este itinerario para situar una serie de referencias
que se emplearán posteriormente para el replanteo de la excavación. El itinerario nos
permitirá también situar planimétricamente posibles puntos de ataque adicionales
(pozos) que no hubieran sido enlazados previamente con las otras bocas.
Si el túnel fuese en curva, o una combinación de tramos rectos y curvos, se replantean
sobre el terreno las trazas de las distintas alineaciones que lo forman y, a
continuación, se realiza el itinerario de exterior siguiendo estas trazas.
COMO SE ELIGE LA SECCION DE UN TUNEL
La construcción de un túnel suele venir motivada por la configuración topográfica del
terreno: en muchas ocasiones resulta más económico perforar un túnel que rodear un
determinado obstáculo, lo que obligaría a un trazado de mayor longitud y mayores
costes. En el caso de ferrocarriles metropolitanos, se prefiere el transporte subterráneo
porque no interfiere con el tráfico de superficie. En otros casos existen razones de tipo
estético o sanitario, como en los sistemas de saneamiento y evacuación de aguas
residuales. También se construyen túneles para albergar determinadas instalaciones
científicas o por motivos defensivos.
Las características de cada túnel dependerán de su función, de la configuración
topográfica, del tipo de terrenos a atravesar y del método de excavación elegido:
INFORME 3 CLASIFICACION GEOMECANICA DEL MACIZO ROCOSO
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