3) Clasificación de los Macizos Rocosos

Universidad Nacional del Centro del Per ú Facultad de Ingenier ía de Minas

CLASIFICACIÓN DE LOS MACIZOS ROCOSOS Curso: GEOMECÁNICA Huancayo – Per ú 2007 1

s o s o c o R s o z i c a M s o l e d n ó i c a c i f i s a l C : 8 o l u t í p a C

1.- INTRODUCCIÓN 1.- INTRODUCCIÓN Para las etapas de diseño de factibilidad y preliminar de un proyecto, proyecto, cuando se cuenta con muy poca información detallada acerca del macizo rocoso y sus tensiones y características hidrológicas, hidrológicas, la utilización de un sistema de clasificación de macizos puede ser de gran ayuda. En la forma más simple, esto puede significar la utilización del sistema de clasificación a manera de lista de control para garantizar que toda la información relevante haya sido considerada. Al otro extremo del espectro, se pueden utilizar uno o más sistemas de clasificación en la construcción de una imagen de la composición y características del macizo rocoso para proporcionar estimados iniciales de los requerimientos de sostenimiento y para proporcionar 2 estimados de las propiedades de resistencia y


1.- INTRODUCCIÓN 1.- INTRODUCCIÓN Para las etapas de diseño de factibilidad y preliminar de un proyecto, proyecto, cuando se cuenta con muy poca información detallada acerca del macizo rocoso y sus tensiones y características hidrológicas, hidrológicas, la utilización de un sistema de clasificación de macizos puede ser de gran ayuda. En la forma más simple, esto puede significar la utilización del sistema de clasificación a manera de lista de control para garantizar que toda la información relevante haya sido considerada. Al otro extremo del espectro, se pueden utilizar uno o más sistemas de clasificación en la construcción de una imagen de la composición y características del macizo rocoso para proporcionar estimados iniciales de los requerimientos de sostenimiento y para proporcionar 2 estimados de las propiedades de resistencia y


1.- INTRODUCCIÓN deformación del macizo rocoso. r ocoso. Es importante comprender que la utilización de un sistema de clasificación de los macizos rocosos no reemplaza (y no puede reemplazar) a algunos de los procedimientos de diseño más elaborados. Sin embargo, para utilizar estos procedimientos de diseño se requiere tener acceso a información relativamente detallada acerca de los esfuerzos in-situ, in-situ, las propiedades del macizo rocoso y la secuencia de excavación que se pretende seguir, ninguno de los cuales podría estar disponible en una etapa temprana del proyecto. A medida que esta información se va haciendo disponible, el uso de los sistemas de clasificación del macizo rocoso deben ir siendo actualizados junto con análisis específicos al sitio. 3


2.- CLASIFICACIÓN INGENIERIL DE LOS MACIZOS ROCOSOS

2.- CLASIFICACIÓN INGENIERIL DE LOS MACIZOS ROCOSOS Los sistemas de clasificación de los macizos rocosos han venido desarrollándose desde hace más de 100 años desde que Ritter (1879) hizo intentos para formalizar un enfoque empírico del diseño de túneles, en particular para determinar los requerimientos de sostenimiento. Aunque los sistemas de clasificación son apropiados para su aplicación original, especialmente si se utilizan dentro de los límites de los estudios de casos prácticos a partir de los cuales fueron desarrollados, se debe tener bastante cuidado en la aplicación de las clasificaciones de los macizos rocosos a otros problemas de ingeniería de rocas. La mayoría de sistemas de clasificación de varios 4 parámetros; Wickman et al (1972), Bieniawski (1973,


2.- CLASIFICACIÓN INGENIERIL DE LOS MACIZOS ROCOSOS

1989) y Barton et al (1974) fueron desarrollados a partir de estudios de casos prácticos de ingeniería civil en los que se incluyeron los componentes de carácter geológico-ingenieril del macizo rocoso. Sin embargo, en la minería subterránea en roca dura, especialmente en niveles profundos, la meteorización del macizo rocoso y la influencia del agua por lo general, no son de gran importancia y pueden ser ignoradas. Los diferentes sistemas de clasificación ponen distinto énfasis en los diversos parámetros, y se recomienda que se utilicen por lo menos dos métodos de cualquier lugar durante las primeras etapas de un proyecto. 2.1.- Clasificación de los Macizos Rocosos de Terzaghi La mas antigua referencia al uso de la clasificación de 5 los macizos rocosos para el diseño del sostenimiento de


2.1.- Clasificación de los Macizos Rocosos de Terzaghi

túneles se encuentra en un documento elaborado por Terzaghi (1946) en el que las cargas de la roca, soportadas por cerchas de acero, son estimadas en base a una clasificación descriptiva. Aunque no sería de utilidad incluir detalles de la clasificación de Terzaghi en esta exposición acerca del diseño de sostenimiento, es interesante examinar las descripciones del macizo rocoso incluidas en su texto original, ya que el autor dirige la atención a aquellas características que dominan el comportamiento del macizo rocoso, particularmente en situaciones en las que la gravedad constituye la fuerza motora dominante. Las definiciones claras y concisas y los comentarios prácticos incluidos en estas descripciones son buenos ejemplos del tipo de información geológico-ingenieril que son de mayor 6 utilidad en el diseño ingenieril.



Las descripciones de Terzaghi (citadas directamente de su texto) son: • La roca intacta no contiene ni juntas ni grietas. Por lo tanto, cuando se rompe, lo hace a través de la roca sana. Debido a los daños a la roca a causa de la voladura, pueden caer del techo lajas o fragmentos de roca varias horas o varios días después de la voladura. A esto se le conoce como una condición de liberación o relajamiento. La roca dura intacta también puede encontrarse en una condición de reventazón la que implica el desprendimiento espontáneo y violento de láminas de roca de las paredes o del techo. • La roca estratificada está constituida por estratos individuales con poca o ninguna resistencia a la separación a lo largo del plano limítrofe entre estratos. 7



Los estratos pueden haberse debilitado o no debido a juntas transversales. En este tipo de roca, la condición de desprendimiento es más o menos común. • La roca medianamente fisurada contiene juntas y grietas capilares, por los bloques entre las juntas están soldados o se encuentran tan estrechamente entrelazados que las paredes verticales no requieren de refuerzo lateral. En rocas de este tipo, se pueden encontrar tanto condiciones de relajamiento como condiciones de reventazón. • La roca agrietada en bloques está compuesta por fragmentos de roca químicamente intacta o casi intacta, los cuales se encuentran totalmente separados uno del otro e imperfectamente entrelazados. En este tipo de roca, las paredes verticales pueden requerir de esfuerzo 8 lateral.



• La roca triturada pero químicamente inalterada tiene la apariencia de un producto chancado sin cribar. Si la mayoría o todos los fragmentos son del tamaño de arena fina y no ha ocurrido recementación la roca triturada que se encuentra por debajo del nivel de la napa freática presenta las propiedades de una arena saturada. • La roca extrusiva avanza lentamente por el túnel sin incremento perceptible del volumen. Un prerrequisito para esto es un porcentaje elevado de partículas microscópicas y sub-microscópicas de minerales micáceos o minerales arcillosos de poca capacidad de esponjamiento. • La roca expansiva avanza básicamente en el túnel a causa de su expansión. La capacidad de esponjamiento 9 parece limitarse a las rocas que contienen minerales



arcillosos como la montmorillonita, con una alta capacidad de expansión. 2.2.- Clasificaciones que implican el tiempo de Auto Soporte Lauffer (1958) propuso que el tiempo de auto-soporte para una abertura sin sostenimiento está relacionado a la calidad del macizo rocoso en el que se excava la abertura. En un túnel, la abertura sin sostenimiento se define como el ancho del túnel o la distancia entre el frente y el sostenimiento más cercano, si éste es mayor que el ancho del túnel. La clasificación original de Lauffer ha sido desde entonces modificada por una serie de autores, en particular Pacher et al (1974), y ahora forma parte del enfoque general de excavación 10de túneles conocido como el Nuevo Método Austriaco de


2.2.- Clasificaciones que implican el tiempo de Auto-Soporte

Túneles.

La relevancia del concepto del tiempo de auto-soporte es que un incremento en el ancho del túnel conduce a una reducción significativa en el tiempo disponible para la instalación del soporte. Por ejemplo, un túnel piloto pequeño puede ser construido con éxito con un soporte mínimo, mientras que un túnel con un ancho mayor en el mismo macizo rocoso puede no ser estable sin la instalación inmediata de sostenimiento substancial. El Nuevo Método Austriaco de Excavación de Túneles comprende una serie de técnicas para una excavación segura de túneles en condiciones de la roca en que el tiempo de auto-soporte es limitado antes de que ocurra 11 una falla.



Entre estas técnicas está el uso de galerías de avance más pequeñas y el banqueo o el empleo de socavones múltiples para formar un anillo reforzado dentro del cual pueda excavarse la masa del túnel. Estas técnicas son aplicables en rocas blandas tales como lutitas, filitas y lodolitas en las que es probable que ocurran problemas de extrusión y esponjamiento descritos por Terzaghi. Las técnicas también pueden aplicarse cuando se excava túneles en roca excesivamente fracturada, aunque se debe tener mucho cuidado en tratar de aplicar estas técnicas a excavaciones en rocas duras en las que ocurren diferentes mecanismos de fallas. Para el diseño de sostenimiento de excavaciones en roca dura, es prudente asumir que la estabilidad del macizo rocoso que circunda a la excavación no 12es dependiente del tiempo. En consecuencia, si en una



cuña estructuralmente definida es expuesta en el techo de una excavación, este caerá en cuanto se retire la roca que lo sostiene. Esto puede ocurrir en el momento de la voladura o durante la subsiguiente operación de desquinche. Si es necesario mantener dicha cuña en el lugar, o incrementar el margen de seguridad, es esencial que el soporte sea instalado lo más pronto posible, de preferencia antes de remover la roca que sostiene la cuña completa. Por otro lado, en una roca sometida a gran esfuerzo, la falla será inducida generalmente por cierto cambio en el campo de esfuerzos que rodea a la excavación. La falla puede ocurrir en forma gradual y manifestarse como un lajeo o puede ocurrir repentinamente en forma de un estallido de la roca por presión. En cualquiera de los casos, el 13 diseño del sostenimiento debe tener en cuenta el



Cuñas formadas por la intersección de tres familias de discontinuidades o simplemente tres discontinuidades.14



Cuando se presenta una cuña larga, en lo posible la excavación debe avanzar cruzando la cuña. Los principios de dirección de avance mencionados son también aplicables al caso de labores en zonas de pliegue. 15



cambio en el campo de esfuerzos en lugar del tiempo de auto-soporte de la excavación. 2.3.- Índice de Calidad de Roca (RQD) El Índice de la Calidad de la Roca RQD (Rock Quality Designation) fue desarrollado por Deere (Deere et al 1967) para proporcionar un estimado cuantitativo de la calidad del macizo rocoso a partir de los registros de testigos de perforación. El RQD es definido como el porcentaje de trozos de testigo intactos de longitud superior a 100 mm (4 pulgadas) de la longitud total del testigo. El testigo debe ser de un diámetro mínimo NK (54,7 mm o 2,15 pulgadas) y debe ser perforado con un sacatestigos de doble tubo. Los procedimientos correctos para medir la longitud de los trozos de testigo y el cálculo del RQD se encuentran resumidos en las 16 figuras siguientes:


2.3.- Índice de Calidad de Roca (RQD) L = 38 cm

L = 17 cm

m c 0 0 2 L=0 = Trozos de longiutd o en el eje menor a 10 cm g i t s e t l L = 20 cm e d l a t o t

L = 43 cm

Rotura mecánica por la perforación

d u t i g n o L

RQD

CALIDAD DE ROCA

25%

MUY MALA

25% - 50%

MALA

50% - 75%

REGULAR

75% - 90%

BUENA

90% - 100% MUY BUENA O EXCELENTE

RQD (%) = Σ Long. de trozos >10 cm x 100 Long. total del testigo RQD (%) = 38 + 17 + 20 + 43 x 100% 200 RQD = 59% (Regular)

L=0 No recuperado

17


2.3.- Índice de Calidad de Roca (RQD) En la figura se tiene un sondeo de 150 cm. Longitud de testigo recuperado 25 cm + 5 cm 5 cm 8 cm 10 cm 12 cm 8 cm 10 cm 15 cm 10 cm 5 cm 15 cm 128 cm

Recuperación modificada 25 cm + % Recupereación = 128 150 x 100 = 85,33% 10 cm 12 cm

87 RQD = 150 x 100 = 58%

Calidad de la roca = Regular

10 cm 15 cm

15 cm 87 cm

18


2.3.- Índice de Calidad de Roca (RQD) Palm Palmst stro rom m (198 (1982) 2) sugi sugiri rió ó que, que, cuan cuando do no hay hay tes testitigo go disponible pero hay señales visibles de discontinuidades en exposiciones superficiales o galerías de exploración, el RQD puede ser estimado a partir del número de discontinuidades por unidad de volumen. La relación sugerida para los macizos rocosos sin arcilla es: RQD = 115 RQD 115 – 3,3 3,3 Jv Jv Donde Donde Jv es la la suma suma del del número número de de juntas juntas por por unidad unidad de longitud para todas las familias (discontinuidades) conocidas como el conteo volumétrico de juntas. juntas . El RQD es un parámetro dependiente de la dirección y su valor puede cambiar significativamente, dependiendo de la orientación del sondeo. El empleo del conteo volumétrico de juntas puede ser de gran utilidad para 19


2.3.- Índice de Calidad de Roca (RQD) reducir esa dependencia de la dirección. El RQD está diseñado para representar la calidad del macizo rocoso in situ. Cuando se utilicen testigos de perforación diamantina se deberá tener cuidado en asegurar que las fracturas, que han sido causadas por el proceso de manejo de perforación, sean identificadas e ignoradas al determinar el valor del RQD. Cuando se utilice la relación de Palmstrom para el mapeo de exposiciones, las fracturas inducidas por la voladura no deben ser incluidas al estimar el Jv. Priet y Judson también determinaron el RQD a partir de: -0,1λ RQD = 100e Donde:

(0,17 λ + 1) 20


2.3.- Índice de Calidad de Roca (RQD) λ=

Cantidad de estructuras o discontinuidades por metro lineal e = 2.718 El RQD de Deere ha sido ampliamente utilizado, particularmente en Norteamérica, durante los últimos 25 años. Cording y Deere (1972), Merrit (1972) y Deere y Deere (1988) han intentado relacionar el RQD a los factores de carga de roca de Terzaghi y a los requerimientos de pernos de roca en túneles. En el contexto de esta exposición, el uso más importante del RQD es como componente de las clasificaciones del macizo rocoso RMR y Q. 2.4.- Índice RSR (Rock Structure Rating) Wickman et al (1972) efectuó la descripción de un

21


2.4.- Índice RSR (Rock Structure Rating) método cuantitativo para describir la calidad de un macizo rocoso y para seleccionar el sostenimiento apropiado en base a su clasificación según la capacidad de la estructura de la roca (RSR). La mayoría de estudios de casos prácticos utilizados en el desarrollo de este sistema, fueron para túneles relativamente pequeños sostenidos mediante cerchas de acero, aunque históricamente este sistema fue el primero en hacer referencia al sostenimiento con Shotcrete (concreto lanzado). Pese a esta limitación, vale la pena examinar el sistema de RSR con cierto detalle, ya que él demuestra la lógica involucrada en el desarrollo de un sistema de clasificación del macizo rocoso semicuantitativo. La importancia del sistema del RSR, es que introdujo22el concepto de calificar cada uno de los componentes


2.4.- Índice RSR (Rock Structure Rating) listados a continuación para alcanzar un valor numérico del RSR = A + B + C. 1. Parámetro A, Geología: Apreciación general de la estructura geológica en base a: a) Origen del tipo de roca (ígnea, metamórfica, sedimentaria). b) Dureza de la roca (dura, media, blanda, descompuesta) c) Estructura geológica (masiva, ligeramente fallada/plegada, moderadamente fallada/plegada, intensamente fallada/plegada). 2. Parámetro B, Geometría: Efecto del patrón de discontinuidades con respecto a la 23 dirección del avance del túnel en base a:


2.4.- Índice RSR (Rock Structure Rating) a) Espaciamiento de las juntas. b) Orientación de las juntas (rumbo y buzamiento) c) Dirección del avance del túnel. 3. Parámetro C: Efecto del afluente de agua subterránea y la condición de las juntas en base a: a) Calidad general del macizo rocoso en base a la combinación de A y B. b) Condición de las juntas (buena, regular, mala). c) Cantidad del afluente de agua (en galones por minuto por 1000 pies de túnel). La clasificación del RSR utilizaba unidades imperiales. En las Tablas 1, 2 y 3 se reproducen tres tablas del documento preparado por Wickman et al en 1972. Estas 24 tablas pueden ser utilizadas para evaluar la calificación


2.4.- Índice RSR (Rock Structure Rating) de cada uno de estos parámetros para llegar al valor del RSR (máximo RSR = 100). Por ejemplo, una roca metamórfica dura, que se encuentra ligeramente plegada o fallada tiene una valoración de A=22 (de la Tabla 1). El macizo rocoso moderadamente fisurado, con juntas de rumbo perpendicular al eje del túnel que está siendo excavado de este a oeste, y buzamiento entre 20° y 50°. La Tabla 2 presenta la calificación para B=24 para excavación hacia el buzamiento (definida en el gráfico del margen). El valor de A+B=46, lo que significa que, para juntas de condición regular (ligeramente meteorizada y alterada) y una afluencia moderada de agua de entre 200 y 1000 galones por minuto, la Tabla 3 da la clasificación para25


2.4.- Índice RSR (Rock Structure Rating) C=16. en consecuencia, RSR=A+B+C=62.

el

valor

final

del

AVANCE SEGUN EL BUZAMIENTO

26

AVANCE CONTRA EL BUZAMIENTO


2.4.- Índice RSR (Rock Structure Rating) Tabla 1 Clasificación del RSR Parámetro “A” GEOLOGÍA GENERAL DE ÁREA TIPO BÁSICO DE ROCA Dura

Media

Blanda

Descompuesta

Ígnea

1

2

3

4

Metamórfica

1

2

3

4

Sedimentaria

2

3

4

4

ESTRUCTURA GEOLÓGICA

Masiva

Ligeramente Plegada o Fallada

Moderadamente Plegada o Fallada

Intensamente Plegada o Fallada

Tipo 1

30

22

15

9

Tipo 2

27

20

13

8

Tipo 3

24

18

12

7

Tipo 4

19

15

10

6

27


2.4.- Índice RSR (Rock Structure Rating) GRADO DE FRACTURAMIENTO DE LA MASA ROCOSA

Masiva o levemente fracturada 2 a 6 fracturas/m

Moderadamente fracturada 6 a 12 fracturas/m 28


2.4.- Índice RSR (Rock Structure Rating) GRADO DE FRACTURAMIENTO DE LA MASA ROCOSA

Muy fracturada 12 a 20 fracturas/m

Intensamente fracturada >20 fracturas/m 29


2.4.- Índice RSR (Rock Structure Rating) Tabla 2 Clasificación del RSR Parámetro “B” - Geometría PATRÓN DE JUNTAS, DIRECCIÓN DE EXCAVACIÓN

ESPACIAMIENTO PROMEDIO DE JUNTAS

Ambas

RUMBO ┴ AL EJE

RUMBO ║ AL EJE

DIRECCIÓN DE AVANCE

DIRECCIÓN DE AVANCE CUALQUIER DIRECCIÓN

Según Buz.

Contra el Buz.

Buzamiento de Juntas Prominentes*

Buzamto. de Juntas Prominentes*

Echado

Inclinado

Vertical

Inclinado

Vertical

Echado

Inclinado

Vertical

1. <2 in

9

11

13

10

12

9

9

7

2. 2-6 in

13

16

19

15

17

14

14

11

3. 6-12 in

23

24

28

19

22

23

23

19

4. 1-2 ft

30

32

36

25

28

30

28

24

5. 2-4 ft

36

38

40

33

35

36

24

28

6. Masivo, >4ft

40

43

45

37

40

40

38

34

30


2.4.- Índice RSR (Rock Structure Rating) Tabla 3 Valoración de la Estructura de la Roca Parámetro “C” AGUA SUBTERRÁNEA, CONDICIÓN Suma de Parámetros A+B 13-44 Afluencia de agua prevista gpm/1000 ft de túnel

45-75

Condición de las Juntas* Buena

Regular

Mala

Buena

Regular

Mala

Nula

22

18

12

25

22

18

Ligera, <200 gpm

19

15

9

23

19

14

Moderada, 200-1000 gpm

15

22

7

21

16

12

Alta, >1000 gpm

10

8

6

18

14

10

*Buzamiento: echado: 0-20°; inclinado: 20-50°; y vertical: 50-90° **Condición de las juntas: buena=compactas o cementadas: regular=ligeramente meteorizadas o alteradas; mala=intensamente 31 meteorizada, alterada o abierta.


2.4.- Índice RSR (Rock Structure Rating) Figura 4. Estimados del RSR para un túnel circular de 24 pies (7,3 cm) de diámetro Concreto

70

Perno de Roca de 1 pulg de diámetro

60

F 2 0 6 W

50

F 3 1 8 W

R S40 R

F 4 8 8 W

Límite práctcio para Cerchas y espacio entre pernos

30

20

10 0

1

4 5 6 7 2 3 Espaciamiento entre Cerchas -Pies Espacio entre pernos de roca - Pies Espesor del concreto lanzado - Pulgadas

8

32


2.4.- Índice RSR (Rock Structure Rating) En la Figura 4, se puede observar que los pernos de roca y el concreto lanzado por lo general son utilizados juntos (Según Wickman et al 1972). En la Figura 4, se muestra un conjunto típico de curvas de predicción para un túnel de 24 pies de diámetro, el que muestra que, para el valor RSR de 62 deducido anteriormente, el sostenimiento anticipado sería de 2 pulgadas de shotcrete y pernos de roca de 1 pulgada de diámetro espaciadas en centros de 5 pies. Tal como se indica en la figura, las cerchas de acero estarían espaciadas más de 7 pies y no serían consideradas una solución práctica para el sostenimiento de este túnel. Para el túnel del mismo tamaño en un macizo rocoso con RSR=30, el sostenimiento podría ser provisto por 33 cerchas de acero de 8 WF espaciados 3 pies, o


2.4.- Índice RSR (Rock Structure Rating) mediante 5 pulgadas de shotcrete y pernos de anclaje de 1 pulgada de diámetro espaciados en centros de 2,5 pies. En este caso, es probable que la solución con cerchas de acero sea más económica y más efectiva que la utilización de pernos de roca y shotcrete. Aunque el sistema de clasificación del RSR no es muy utilizado hoy en día, el trabajo de Wickman et al desempeñó un papel importante en el desarrollo de los sistemas de clasificación expuestos en las secciones restantes. 3. CLASIFICACIÓN GEOMÉCNICA Bieniawski (1976) publicó los detalles de una clasificación del macizo rocoso denominada la Clasificación Geomecánica o el Índice RMR (Rock Mass 34 Rating). A través de los años, este sistema ha sido


3.- CLASIFICACIÓN GEOMÉCNICA refinado con éxito a medida que se han examinado más registros de casos, y el lector debe estar consciente de que Bieniawski ha efectuado cambios significativos en las valoraciones asignadas a los diferentes parámetros. La exposición que se presenta a continuación se basa en la versión de la clasificación de 1989 (Bieniawski, 1989). Los seis parámetros siguientes son utilizados para clasificar un macizo rocoso empleando el sistema RMR: 1. Resistencia a la compresión simple del material rocoso. 2. Índice de la Calidad de la Roca (RQD). 3. Espaciamiento de las discontinuidades. 4. Estado de las discontinuidades. 5. Estado del agua subterránea. 35 6. Orientación de las discontinuidades.


3.- CLASIFICACIÓN GEOMÉCNICA Para la aplicación de este sistema de clasificación, el macizo rocoso se divide en una serie de regiones estructurales y cada región es clasificada por separado. Los límites de las regiones estructurales generalmente coinciden con un rasgo estructural principal como por ejemplo una falla o con un cambio en el tipo litológico de roca. En algunos casos, cambios significativos en el espaciamiento o características de las discontinuidades, dentro del mismo tipo de roca, pueden implicar la división del macizo rocoso en una serie de regiones estructurales pequeñas. El sistema RMR se presenta en la Tabla 4, mostrando las puntuaciones para cada uno de los seis parámetros listados anteriormente. Estas puntuaciones son sumadas para dar un valor RMR. El siguiente ejemplo 36 ilustra el uso de estas tablas para llegar a un valor RMR.


3.- CLASIFICACIÓN GEOMÉCNICA Ejemplo: Se va a construir un túnel a través de granito ligeramente meteorizado con una familia de juntas de un buzamiento de 60° contra la dirección de excavación. Los ensayos de referencia y el logueo de los testigos de perforación diamantina arrojan valores del índice de resistencia bajo carga puntual de 8 Mpa y valores del RQD promedio del 70%. Las juntas ligeramente rugosas y ligeramente meteorizadas con una separación de <1mm, se encuentran espaciadas 300 mm. Las condiciones de excavación del túnel se anticipa que serán húmedas. El valor RMR es determinado de la siguiente manera: 37


3.- CLASIFICACIÓN GEOMÉCNICA Tabla 4: Sistema de RMR (Según Bieniawski 1989). A. PARÁMETROS DE CLASIFICACIÓN Y SUS VARIACIONES PARÁMETRO

1

Índice de resistencia bajo carga puntual

>10

Resistencia a la compresión simple

>250

Puntuación

2

RQD Calidad del testigo de perforación Puntuación

3

RANGO DE VALORES

Espaciado entre discontinui dades Puntuación

MPa

MPa

4-10 MPa

2-4 MPa

1-2 MPa

100-250 MPa

50-100 MPa

25-50 MPa

Para este bajo rango es preferible un ensayo de compresión simple 5-25 Mpa

1-5 Mpa

<1 Mpa

2

1

0

15

12

7

4

90%-100%

75%-90%

50%-75%

25%-50%

<25%

20

17

13

8

3

0,6-2 m

200-600 mm

60-200 mm

15

10

8

>2

m

20

<60

5

mm

38


3.- CLASIFICACIÓN GEOMÉCNICA Continúa Tabla 4: Sistema de RMR de Bieniawski A. PARÁMETROS DE CLASIFICACIÓN Y SUS VARIACIONES PARÁMETRO

4

5

RANGO DE VALORES

Condiciones de las discontinuidades (Ver E)

Superficies muy rugosas Discontinuas No hay separación Paredes intactas

Superficies ligeramente rugosas Separación <1mm Paredes ligeramente meteorizadas

Superficies ligeramente rugosas Separación <1mm Paredes altamente meteorizadas

Superficies pulidas o relleno de falla < 5mm de espesor o Separación 1-5mm Continuas

Relleno de falla Suave >5mm de espesor o Separación >5mm Continuas

Puntuación

30

25

20

10

0

Afluencia por 10 m De longitud del túnel (l/m)

Ninguna

<10

10-25

25-125

>125

(Presión de agua en las Juntas) / (σ principal mayor)

0

<0,1

0,1-0,2

0,2-0,5

>0,5

Completamente seco

Húmedo

Mojado

Goteando

Fluyendo

15

10

7

4

0

Condiciones generales Puntuación

39


3.- CLASIFICACIÓN GEOMÉCNICA

Continúa Tabla 4: Sistema de RMR de Bieniawski B. AJUSTE DE PUNTUACIÓN PARA LA ORIENTACIÓN DE DISCONTINUIDADES (Ver F) PARÁMETRO Orientaciones de rumbo y buzamiento

Puntuaciones

RANGO DE VALORES Muy favorable

Favorable

Regular

Desfavorable

Muy desfavorable

Túneles y minas

0

-2

-5

-10

-12

Cimenta ciones

0

-2

-7

-15

-25

Taludes

0

-2

-25

-50

C. CLASES DE MACIZOS ROCOSOS DETERMINADOS A PARTIR DE LA PUNTUACIÓN TOTAL PARÁMETRO

RANGO DE VALORES

Valoración

100←81

80←61

60←41

40←21

<21

Categoría

Tipo I

Tipo II

Tipo III

Tipo IV

Tipo V

Roca muy buena

Roca buena

Roca regular

Roca mala

Roca muy mala

II

III

IV

V

1 año para un tramo de 10m

1 semana para un tramo de 5m

10 hrs. para tramo de 2,5 m

300-400

200-300

100-200

Descripción

D. SIGNIFICACIÓN DE LAS CLASES DE ROCA PARÁMETRO Categoría Tiempo promedio de autosoporte

RANGO DE VALORES I 20 años para Tramo de 15m

Cohesión del macizo rocoso (kPa)

>400

Angulo de fricción del macizo rocoso

>45°

30 min para tramo de 1m <100

40 35-45°

25-35°

15-25°

<15°


3.- CLASIFICACIÓN GEOMÉCNICA Continúa Tabla 4: Sistema de RMR de Bieniawski E. LINEAMIENTOS PARA CLASIFICACIÓN DE LAS CONDICIONES DE DISCONTINUIDAD PARÁMETRO Longitud de discontinuidad (persistencia) Puntuación Separación (apertura) Puntuación

RANGO DE VALORES <1

m

6 Ninguna 6

10-20 m

4

2

1

0,1-1,0 mm 4

1-5 mm 1

Ligeramente rugosa 3

Lisa

Pulida

1

0

Relleno blando <5mm 1

Relleno blando >5mm 0

Altamente meteorizada 1

Descompuesta

<0,1

mm

5

Muy rugosa

Rugosa

Puntuación

6

5

No hay

Relleno duro <5mm

6

4

Relleno duro >5mm 2

No meteorizada (sana) 6

Ligeramente meteorizada 5

Moderadamente meteorizada 3

Puntuación Meteorización Puntuación

m

3-10 m

Rugosidad

Relleno (relleno de falla)

>20

1-3 m

0 >5

mm 0

0

F. EFECTO DE LA ORIENTACIÓN DE RUMBO Y BUZAMIENTO DE LAS DISCONTINUIDADES EN LA PERFORACIÓN DE TÚNELES ** RUMBO DE DISCONTINUIDAD PERPENDICULAR AL EJE DEL TÚNEL

RUMBO DE DISCONTINUIDAD PARALELO AL EJE DEL TÚNEL

Excavación hacia el buzamiento Buzamiento 45°-90°

Excavación hacia el buzamiento Buzamiento 20°-45°

Buzamiento 45°-90°

Buzamiento 20°-45°

Muy favorable

Favorable

Muy desfavorable

Regular (media)

Excavación contra el buzamiento Buzamiento 45°-90°

Excavación contra el buzamiento Buzamiento 20°-45°

Buzamiento 0-20°, cualquier dirección

Regular (media)

Desfavorable

Regular (media), moderado

41


3.- CLASIFICACIÓN GEOMÉCNICA Continúa Tabla 4: Sistema de RMR de Bieniawski * Algunas condiciones se excluyen mutuamente. Por ejemplo, si hay relleno presente, la rugosidad de la superficie será opacada por la influencia del relleno de falla. En dichos casos utilice A4 directamente. ** Modificado según Wickman et al (1972) Discontinuidades subhorizontales

DESFAVORABLE

Discontinuidades paralelas al eje del túnel con inclinación fuerte

MUY DESFAVORABLE Dip: 45°-90°

Discontinuidades perpendiculares al eje del túnel con inclinación en contra del avance

DESFAVORABLE Dip: 20°-45°

Discontinuidades perpendiculares al eje del túnel con inclinación a favor del avance

FAVORABLE 42


3.- CLASIFICACIÓN GEOMÉCNICA Tabla

Item

Valor

Valoración

4: A.1 Índice de carga puntual

8 MPa

12

4: A.2 RQD

70%

13

4: A.3 Espaciamiento de discontinuidades 300 mm

10

4: E.4 Estado de discontinuidades

Nota 1

22

4: A.5 Agua subterránea

Húmedo

7

4: B

Nota 2

-5

Total

59

Ajuste para orientación de juntas

Nota 1. Para superficies de discontinuidades ligeramente rugosas y alteradas con una separación de <1mm, la Tabla 4.A.4 presenta una valoración de 25. Si se encuentra disponible información más detallada, se puede utilizar la Tabla 4.E para obtener una valoración más refinada. En consecuencia, en este caso, la valoración es la suma de: 4 (longitud de discontinuidad de 1-3m), 4 (separación 0.1-1.0mm), 3 (ligeramente 43


3.- CLASIFICACIÓN GEOMÉCNICA rugosa), 6 (sin relleno) y 5 (ligeramente meteorizada) = 22. Nota 2. La Tabla 4.F presenta una descripción de “Regular” para las condiciones asumidas en que el túnel es excavado contra el buzamiento de una familia de juntas con un buzamiento de 60°. Utilizando esta descripción para “Túneles y Minas” en la Tabla 4.B presenta una valoración de ajuste de -5. Bieniawski (1989) publicó una serie de lineamientos para la selección del sostenimiento de túneles en roca para los que se ha determinado el valor del RMR. Estos lineamientos se encuentran reproducidos en la Tabla 5. Observe que estos lineamientos han sido publicados 44 para un túnel en forma de herradura de un vano de 10m,


3.- CLASIFICACIÓN GEOMÉCNICA

Secciones típicas en excavaciones de túneles

45


3.- CLASIFICACIÓN GEOMÉCNICA Pernos de anclaje

46



47



48



49



50


3.- CLASIFICACIÓN GEOMÉCNICA Malla electrosoldada

51


3.- CLASIFICACIÓN GEOMÉCNICA Concreto lanzado (Shotcrete) Shotcrete reforzado con malla electrosoldada

52


3.- CLASIFICACIÓN GEOMÉCNICA Cimbras metálicas Cimbra totalmente topada con bolsacreto

53


3.- CLASIFICACIÓN GEOMÉCNICA Cimbras metálicas Revestimiento de cimbras con concreto lanzado

54


3.- CLASIFICACIÓN GEOMÉCNICA Cuadros de madera Protección con cuadros de madera en bocamina

55


3.- CLASIFICACIÓN GEOMÉCNICA Tabla 5: Lineamientos para la excavación y sostenimiento de túneles en roca de vano de 10 m, de conformidad con el sistema RMR (Según Bieniawski 1989) CLASIFICACIÓN DEL MACIZO ROCOSO

EXCAVACIÓN

PERNOS DE ROCA (20 mm DE DIÁMETRO TOTALMENTE CEMENTADOS)

CONCRETO LANZADO

CERCHAS DE ACERO

I. Roca mu buena RMR: 81-100

A frente completo, avance de 3 m.

Generalmente no se requiere sostenimiento, excepto ocasionalmente pernos de roca.

II. Roca buen RMR: 61-80

A frente completo, avance de 1,0 a 1,5 m. Instalar el sostenimiento a 20 m del frente.

Localmente, pernos de 3 m de long., instalados en el techo, espaciados 2,5 m, ocasionalmente con malla metálica.

50 mm en el techo, donde se requiera.

No

III. Roca regular RMR: 41-60

Excavación superior y banqueo, avance superior a 1,0 a 1,5 m en el techo. Iniciar el sostenimiento después de cada voladura. Culminar el sostenimiento a 10 m del frente.

Pernos sistemáticos de 4 m de long., espaciamiento 1,5-2 m en el techo y paredes con malla metálica en el techo.

50-100 mm en el techo y 30 mm en las paredes.

No

IV. Roca mala RMR: 21-40

Excavación superior y banqueo, avance de 0,5 a 1,5 m en el techo. Instalación de sostenimiento junto con la excavación, a 10 m del frente.

Pernos sistemáticos de 4-5 m de long., espac. 1-1,5 m en el techo y paredes con malla metálica.

100-150 mm en el techo y 100 mm en las paredes.

Cerchas ligeras espac. 1,5 m donde se requiera.

V. Roca muy pobre RMR: <20

Galerías múltiples de avance superior de 0,5 a 1,5 m. Instalara sostenimiento junto con la excavación. Aplicación de shotcrete lo más pronto posible después de la voladura.

150-200 mm en el techo, 150 mm en las paredes y 50 mm en el frente.

Cerchas medias a pesadas espaciadas 0,75 m con revestimiento de acero y estacas de avance, de ser necesario.

Pernos sistemáticos 5-6 m de long., espaciado de 1 a 1,5 m en el techo y las paredes con malla metálica.

56


3.- CLASIFICACIÓN GEOMÉCNICA construido utilizando los métodos de perforación y voladura, en un macizo rocoso sometido aun esfuerzo vertical <25 MPa (equivalente a una profundidad por debajo de la superficie de <900 m). Para el caso considerado anteriormente, con un RMR=59, la Tabla 5 sugiere que un túnel podría ser excavado mediante galerías de avance superior y bancos, con 1.5 a 3 m de avance en la galería de avance superior. Se debe instalar soporte después de cada voladura, y dicho soporte será colocado a una distancia máxima de 10 m del frente. Se recomienda una instalación sistemática de pernos en roca, utilizando pernos de 4 m de longitud y 20 mm de diámetro completamente cementados y espaciados 1.5 a 2 m en el techo y las paredes. Se recomienda utilizar malla 57de alambre, con 50 a 100 mm de shotcrete para el techo


3.- CLASIFICACIÓN GEOMÉCNICA y 30 mm de shotcrete para las paredes. El valor del RMR de 59 indica que el macizo rocoso se encuentra en el límite entre las categorías de “Roca regular” y “Roca buena”. En las etapas iniciales de diseño y construcción, es aconsejable utilizar el sostenimiento sugerido para roca regular. Si la construcción está progresando bien sin ningún problema de estabilidad, y el sostenimiento está funcionando muy bien, sería posible reducir en forma gradual los requerimientos de sostenimiento a aquellos indicados para un macizo rocoso bueno. Además, si se requiere que la excavación sea estable por un corto período de tiempo, es aconsejable probar el soporte menos costosos y extenso recomendado para roca buena. Sin embargo, si se espera que el macizo rocoso que 58 circunda la excavación experimente grandes cambios


3.- CLASIFICACIÓN GEOMÉCNICA En los esfuerzos inducidos por el minado, se deberá instalar un soporte más sustancial apropiado para roca regular. Este ejemplo indica que se requiere de una gran cuota del criterio para aplicar la clasificación del macizo rocoso en el diseño de sostenimiento. Cabe resaltar que la Tabla 5 no ha tenido mayor revisión desde el año 1973. En muchas aplicaciones de ingeniería minera y civil, se puede considerar el uso de shotcrete reforzado con fibras de acero en lugar de malla de alambre y shotcrete. 4. MODIFICACIONES AL RMR PARA LA MINERÍA El sistema RMR de Bieniawski se basó originalmente en estudios de casos prácticos de la ingeniería civil. En consecuencia la industria minera tendía a conseguir 59

3) Clasificación de los Macizos Rocosos

Recommend Documents