Facultad de Ingeniería Escuela Profesional de Ingeniería de Minas
PAPPER MECÁNICA DE ROCAS II
DOCENTE MAGUIÑA ALIAGA, JAVIER RAFAEL.
Cajamarca – Abril de 2014
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UNIVERSIDAD PRIVADA DEL NORTE Facultad de Ingeniería Escuela Profesional de Ingeniería de Minas
MATERIALES PETREOS EN LA REGION DE CAJAMARCA. NOMBRE DEL CURSO
: MECANICA DE ROCAS II.
PROFESOR
: MAGUIÑA ALIAGA, JAVIER RAFAEL.
FECHA
: CAJAMARCA, DICIEMBRE DE 2013.
ALUMNOS CUEVA CHILON; EDITA DIAZ PACHAMANGO; DEISY JARA RUIZ; YESSENIA MIRANDA CHUQUITUCTO; ITAMAR. SALDAÑA CHÁVEZ, REY ANTHONY.
CODIGO 706046 707187 707189 707289 707091
OBSERVACIONES: 1.……………………………………………………………………………………………………………… …………… 2.……………………………………………………………………………………………………………… ……………… 3.……………………………………………………………………………………………………………… ……………… 4.……………………………………………………………………………………………………………… ………………
NOTA: …….............................
EN NUMERO
EN LETRA
.................................
FIRMA DEL PROFESOR
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INFORME Nº 01 – 2014 – UPN
De: Cueva Chilón; Edita, Díaz Pachamango; Deisy, Jara Ruiz; Yessenia, Miranda Chuquitucto; Itamar y Saldaña Chávez, Rey Anthony.
A: Ing. Maguiña Aliaga, Javier Rafael.
Asunto: Sistema Q de Barton. Fecha: Presentación: Cajamarca 25 de abril del 2014.
Tengo el agrado de saludarlo y dirigirme a su persona con el motivo de hacerle presente el siguiente informe de Mecánica de Rocas II, con el tema de Sistema Q de Barton.
Por tanto es todo en cuanto tengo que informar.
Atentamente;
Cueva Chilón; Edita.
Díaz Pachamango; Deisy.
Jara Ruiz, Yessenia.
Miranda Chuquitucto, Itamar.
Saldaña Chávez, Rey Anthony.
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INDICE RESUMEN ----------------------------------------------------------------------------------- 6 ABSTRACT ---------------------------------------------------------------------------------- 7 PALABRAS CLAVES --------------------------------------------------------------------- 8 I.
INTRODUCCIÓN. ------------------------------------------------------------- 8
II.
OBJETIVOS.--------------------------------------------------------------------- 9
III.
SISTEMA “Q” DE BARTON.------------------------------------------------ 11
IV.
CONCLUSIONES-------------------------------------------------------------23
V.
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS.-------------------------------------24
ANEXOS ----------------------------------------------------------------------------------
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RESUMEN.
La mecánica de rocas juega un papel fundamental en la clasificación del macizo rocoso ya que a través de este podemos determinar los elementos necesarios para el sostenimiento de la roca.
Existen muchos métodos útiles para poder clasificar un macizo rocoso, entre ellos se puede escoger algunos métodos elaborados por autores conocidos mundialmente en el campo de la mecánica de rocas que realiza análisis específicos, para lo cual en la presente se especificara la clasificación de Q (Indice de calidad tunelera de la roca); para el diseño de túneles podemos mencionar a Barton y Bieniawski, entre otros.
Para la realización del análisis de sistema Q se tendrá que realizar una serie de datos los cuales están explicados a continuación, y con dichos datos ya se podría estimar el costo de la obra tunelera lo cual resulta muy útil para poder ver su viabilidad de esta alternativa. En los Túneles y Taludes rocosos, los mecanismos de inestabilidad son controlados por el grado de alteración existentes en el macizo, tales como la estratificación, juntas, fallas.
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ABSTRACT.
Rock mechanics plays a fundamental role in the classification of the rock mass because through this we can determine the elements necessary to sustain the rock.
There are many useful methods to classify a rock mass can be chosen including some methods developed by world- known authors in the field of rock mechanics performing specific analyzes , for which in the present classification of Q was specified ( Table tunelera quality rock ); tunnels for designing we mention Bieniawski Barton and among others.
To carry out the analysis of system Q will have to perform a series of data which are explained below , and with these data, and we could estimate the cost of tunelera work which is useful to see the viability of this alternative . In the Tunnels and Rocky slopes , instability mechanisms are controlled by the degree of existing disturbance in the solid , such as stratification , joints , faults.
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PALABRAS CLAVES.
MACIZO ROCOSO: Es el conjunto de elementos resistentes (roca intacta) separado por discontinuidades.
ROCA INTACTA: Son cuerpos continuos formados por asociaciones varias especies minerales. Por
sus
propiedades
pueden
de una o
ser: H o m o g é n e o s
o
Heterogéneos e Isótropos o Anisotrópicos.
DISCONTINUIDADES: Son de diferente origen y por lo tanto de diferentes características:
DIACLASAS: Son discontinuidades en la roca que no tienen movimiento relativo entre caras. FALLAS: Aquí hay movimientos relativos entre las caras producido a causa de movimientos regionales. Los movimientos regionales son originados por fuerzas internas.
ESTRATIFICACIÓN: En
algunos
casos
de
rocas
sedimentarias
los planos de
estratificación formados pueden ser planos de debilidad.
ESQUISTOCIDAD:
Es una debilidad que se presenta habitualmente
en rocas
metamórficas a nivel de estructura molecular. Las grandes presiones a las que fueron sometidas originaron el reordenamiento de su estructura molecular.
RUMBO (STRIKE): Es el ángulo que forma la recta intersección (entre el plano que representa la discontinuidad y un plano horizontal) con la dirección Norte – Sur.
BUZAMIENTO (DIP): Es el ángulo formado entre el plano horizontal y la recta de máxima pendiente contenida en el plano de la discontinuidad.
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INTRODUCION
A lo largo de la historia la globalización ha permitido que la humanidad viva en una era científica y tecnológica, donde todas las leyes y principios es posible que perduren en el tiempo y en el espacio. La estabilidad de túneles ha sido un tema de mucha importancia en la era de los ferrocarriles, tanto en la minería como en el transporte público, recobrando su relevancia en las modernas carreteras, en zonas de cordillera, zonas inaccesibles, cruce de ríos por debajo, e incluso creando túneles Falsos en las ciudades para aliviar el tráfico vehicular. También podemos mencionar a Galerías y Cavernas que no es otra cosa que túneles pequeños en secciones menores a 3 m de radio en la bóveda, que son utilizados mayormente en la Hidráulica o con fines exploratorios.
La ciencia y de la tecnología a estado en todo el camino del hombre frente a lo cual el hombre a tenido que aprovecharlo al máximo, arriesgarse en todo lo que desarrolla en salud, ciencia,etc; siendo para el caso la más importante de labores. Por lo tanto es importante mencionar la necesidad de conocer
la clasificación de macizo
rocoso.
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OBJETIVOS
OBJETIVOS GENERALES
Desarrollas y aplicar la clasificación del sistema Q de Barton y los parámetros establecidos.
OBJETIVOS ESPECÍFICAS
Aplicar el sistema Q en problemas reales.
Realizar adecuadamente la utilización de las tablas establecidas para este sistema.
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UTILIDAD Y LIMITACIONES DE LA CLASIFICACION DE BARTON ET AL. (1974). El índice de Q tiene un alto grado de fiabilidad, ya que está basado en un elevado número de casos que comprende muy diversos tamaños de túneles, tipos de excavación, profundidades y calidades de macizo rocoso. Por la propia definición del índice Q, no se presenta el problema de falta de sensibilidad a los parámetros considerados individualmente, ya que éstos aparecen como multiplicadores o divisores. Por ello, y debido también al amplio rango de los parámetros en esta clasificación, los casos extremos quedan bien reflejados. Todos los tipos de macizo rocoso están bien representados en esta clasificación, a excepción aquellos que están sometidos a elevadas tensiones y presentan fenómenos de fluencia de roca. Esta limitación es común a todas las clasificaciones geomecánicas. La clasificación de Barton tiene en cuenta el estado tensional del macizo mediante SRF, sin embargo, la evaluación de este parámetro es relativamente subjetiva y no tiene en cuenta la historia tectónica ni otros factores de tipo geomorfológico. El RQD se incluyó tanto en esta clasificación como en la de Bieniawski con objeto de incorporar la experiencia obtenida en el gran número de casos (obras y minas) en los que este parámetro ha sido registrado, aunque el parámetro geotécnicamente más apropiado es el espaciado de las discontinuidades. Esta figura proporciona el índice el índice de ponderación del conjunto RQD más espaciado en la clasificación de Bieniawski y permite estimar uno de estos parámetros cuando se conoce el otro. Por consiguiente, se ha producido de hecho en ambas clasificaciones una duplicación del índice de fracturación, que estaba justificada en la época en que se crearon las clasificaciones del RMR y Q por que entonces apenas se disponía de datos, pero hoy en día esta deficiencia ha sido superada, por lo que dichas clasificaciones deberían haber sido modificadas. La orientación de las juntas no está contemplada en la definición del índice Q, lo cual limita su eficacia, ya que este factor es de especial relevancia en muchos casos. A pesar de la fiabilidad del índice Q, avalada por el elevado número de casos y litologías tomadas como base para su definición, hay que ser muy precisos a la hora de su cuantificación. En concreto, el hecho de desestimar parámetros desfavorables, por ejemplo: expansividad de ciertas rocas, tensiones elevadas en el macizo rocoso, fluencia de la roca o grandes irrupciones de agua. En situaciones especiales se puede producir un error en el valor de Q por el hecho de pasar por alto alguna singularidad como, por ejemplo, zona de debilidad rellena de arcilla fue de la sección del túnel pero próxima al hastial. En este caso podría haber una relación de 100 entre la Q estimada y la que realmente tiene el macizo, ya que los 6 parámetros que definen el índice Q se verían afectados desfavorablemente. En cualquier caso, en todas las clasificaciones geomecánicas se introduce un importante grado de subjetividad, por lo cual sus resultados deben tomarse siempre a titulo orientativo, debiendo contrastarse con procedimientos observacionales y analíticos.
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SISTEMA Q DE BARTON 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.
Sus parámetros son:
RQD Numero de familia de juntas Rugosidad de la discontinuidad más favorable. Grado de alteración o relleno en la discontinuidad más débil (más favorable) Presencia de agua (flujo de agua). Estado de tensiones.
En el sistema Q el índice de calidad de la roca varía de 0.001 y 1000 en una escala logarítmica.
Donde:
R.Q.D: Índice de calidad de la roca. Jn: Índice de diaclasado que indica el grado de fracturación. Jr: Índice de que contempla la rugosidad, relleno y continuidad de las discontinuidades. Ja: Índice de 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 sobre el 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.
Al explicar el significado de los parámetros utilizados para determinar el valor de Q, Barton ( 1974 ) las siguientes observaciones :
Tamaño de bloque (RQD / Jn), representa la estructura de la masa de roca , es una medida bruta del bloque o tamaño de partícula.
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Resistencia al corte interbloque (Jr / Ja), representa las características de rugosidad y fricción de las paredes de la junta o materiales de relleno. Este cociente se pondera a favor de las juntas rugosas, sin alterar en contacto directo. Es de esperar que este tipo de superficies estará cerca de pico de fuerza, que se dilatan fuertemente cuando esquilada, y por lo tanto van a ser especialmente favorables para la estabilidad del túnel. Cuando las articulaciones de roca tienen recubrimientos finos de mineral de arcilla y relleno, la fuerza se reduce significativamente. Sin embargo, el contacto de la pared de la roca después se han producido pequeños desplazamientos de corte puede ser un factor muy importante para la preservación de la excavación del fracaso final. . Tensión activa (Jw /SRF) consta de dos parámetros de estrés. SRF es una medida de: 1) Soltando la carga en el caso de una excavación a través de zonas de cizalla y el rock rodamiento arcilla. 2) La tensión de roca en roca competente. 3) Apretar cargas en plástico rocas incompetentes. Se puede considerar como un parámetro total de estrés. El parámetro Jw es una medida de la presión del agua, que tiene un efecto adverso sobre la resistencia al corte de las articulaciones debido a una reducción en la tensión normal efectiva. El agua puede, además, ablandan y posible lavado en el caso de las articulaciones de barro llenas. Ha resultado imposible combinar estos dos parámetros en términos de inter - bloque de tensión efectiva, porque, paradójicamente, un valor alto de tensión normal efectiva a veces puede significar condiciones menos estables que un valor bajo, a pesar de la resistencia al corte superior. El cociente (Jw / SRF) es un complicado factor empírico que describe el "estrés activa". Parece que la calidad de túnel roca Q ahora puede ser considerada como una función de sólo tres parámetros son:
1. Tamaño de bloque (RQD / Jn) 2. Resistencia al corte Inter - bloque (Jr / Ja) 3. Estrés activa (Jw / SRF) Sin lugar a dudas, hay varios otros parámetros que podrían añadirse para mejorar la precisión del sistema de clasificación. Una de ellas sería la orientación conjunta, aunque muchos expedientes incluyen la información necesaria en la orientación estructural en relación con el eje de excavación, no se encontró que el parámetro general importante que se podría esperar. Parte de la razón para esto puede ser que las orientaciones de muchos tipos de excavaciones pueden ser, y normalmente están, ajustarse para evitar el efecto máximo de las articulaciones principales orientadas desfavorablemente. Sin embargo, esta opción no está disponible en el caso de los túneles, y más de la mitad de los autos se encontraban en esta categoría. Los parámetros Jn , Jr y Ja parecen jugar un papel más importante que la orientación, ya que el número de conjuntos determina el grado de libertad de movimiento del bloque (en caso lo hubiera) , y las características de fricción y de dilatación puede variar más que el buzamiento abajo componente gravitacional de las articulaciones orientadas desfavorablemente . Si se hubieran incluido las orientaciones conjuntas de la clasificación hubiera sido menos general, y su esencial simplicidad perdida. Tabla 6 (Después de Barton 1974) le da la clasificación de los distintos parámetros utilizados para obtener la calidad de Túneles Índice Q para una masa rocosa.
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Vamos a presentar el siguiente ejemplo:
-
Una cámara de chancado de 15 m de ancho para una mina subterránea, está para ser excavada en una norita, a una profundidad de 2100 m debajo de la superficie. La masa rocosa contiene dos sistemas de juntas que controlan la estabilidad. Estas juntas son onduladas, rugosas y no intemperizadas con muy pocas manchas superficiales da un número de alteración de juntas de Ja =1.0 para paredes no alteradas de las juntas y con solo unas manchas superficiales. La muestra que para una excavación con flujos menores, el factor de reducción de agua en las juntas Jw =1.0. Para una profundidad debajo de la superficie de 2100 m, el esfuerzo por la sobrecarga rocosa será aproximadamente 57 MPa, y en este caso, el esfuerzo principal máximo 1 = 85 MPa. Desde que la resistencia compresiva uniaxial de la norita es aproximadamente 170 MPa, esto da una relación de c/ 1 = 2. La muestra que para roca competente con problemas de esfuerzos en la roca, este valor de c/ 1 podría producir condiciones de severos estallidos de rocas y que el valor de SRF estaría entre 10 y 20. Para los cálculos se asumirá un valor de SRF = 15. Usando estos valores tenemos:
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TABLAS USADAS PARA LA CLASIFICACION DEL SISTEMA Q. Tabla 1: RQD. Tabla 1: Clasificación de parámetros individuales utilizados en el índice de calidad excavaciones de túneles Q (según Barton et al. 1974). DESCRIPCION
VALOR
1. INDICE DE CALIDAD DE LA ROCA.
RQD
A. muy mala
0-25
B. mala
25-50
C. regular
50-75
D. buena
75-90
E. excelente
90-100
de
NOTA 1. si el RQD es ≤ 10 (incluyendo 0) se asume un valor nominal de 10 para el cálculo Q 2. intervalos de RQD de 5, es decir, 200, 95, 90, etc. Son los suficientemente exactos.
Tabla 2: numero de familia de juntas Jn. 2. NUMERO DE FAMILIA DE JUSNTAS A. masivo sin o con pocas juntas. B. una familia de juntas. C. una familia de juntas + una aislada D. familia de juntas E. Dos familias de juntas + una aislada F. Tres familias de juntas G: Tres familias de juntas + una aislada H. Cuatro familia de juntas + una aislada (fisuración intensa) J. Roca triturada terrosa
Jn 0.5-1.9 2 3 4 6 9 12 15
1. puro intersecciones emplear 3.0xJn
2. en los portales emplear (2.0 x Jn)
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Tabla 3: Índice de rugosidad de las juntas Jr. Esta tabla está basada por la relación o el contacto entre las 2 caras de la Junta. RUGOSIDAD DE LAS JUNTAS
VALOR
1. Contacto con las paredes 2.Con tacto con las paredes de un corte de 10cm.
Jr
A Juntas sin continuidad
4
B Rugosa e irregularidades, ondulantes
3
C Lisa , ondulantes
2
D Rugosas o irregulares, planares
1.5
E Lisas
1.5
F Lisas, planares
1.0
G Pulidas, planares Son contacto con rocas de corte de 10cm
0.5
NOTA
1.-Añadir 1.0 el espaciamiento promedio de la familia de juntas superior a 3m
2.- Jr -0.5 puede utilizarse
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Hzonas que contienen minerales arcillosos de espesor suficiente para impedir el contacto de paredes J Zona arenosa gravosa o de roca triturada de espesor suficiente para impedir el contacto de
1.0
1.0
para juntas pulidas con lineaciones con la condición de que estas estén orientadas para la resistencia mínima.
Tabla 4: Índice de alteración de las discontinuidades Ja.
ALTERACION DE LAS JUNTAS 1. Contacto con las paredes A. Relleno soldado claro, duro inablandable impermeable B. Paredes de juntas inalteradas, solo con manchas de oxidación C. Paredes ligeramente alteradas con recubrimiento de minerales inablandables partículas arenosas, roca desintegrada no arcillosa D Recubrimiento limosos o arenoso-arcilloso con una pequeña fracción de arcilla(inablandable) E. Recubrimiento ablandables o con arcilla de baja friccion o sea kaolinita o mica también clorita talco yeso F. Partículas arenosas, roca desintegrada, sin arcilla etc. G. Rellenos de minerales arcillosos muy sobre consolidados e inablandables (continuos <5mm de espesor ) H. Rellenos de minerales arcillosos de sobre consolidación media a baja (continuos <5mm de espesor)
Ja
Grados , aprox
NOTAS
1.0
25°-30°
2.0
25°-30°
3.0
20°-25°
Los valores de ángulo de fricción residual dan una guía aproximada de las propiedades mineralógicas de los productos de la alteración si estos están presentes
4.0
8°-16°
0.775
4.0
(25°-30°)
6.0
(16°-24)
8.0
(12°16°)
J. Rellenos de arcilla expansiva, o sea morillonita media a baja (continuos <5mm de espesor). El valor Ja depende de arcilla y del acceso al agua. c)sin contacto de las paredes después del corte
K. Zonas o capas de roca desintegrada o triturada L. Arcilla (ver G,H y J para las condiciones de la M arcilla)
8.012.0 6.0 8.0 8.012.0
(6°-12°)
(6°-24°)
N. Zonas o capas de arcilla limosas o arenosa ,pequeñas fracción de arcilla(inablandable) 5.0 O. zonas o capas gruesas y continuas de arcilla.
P( ver G,H,J para las condiciones de arcilla
10.013.0 6.024.0
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Tabla 5 : agua en las juntas Jw 5. REDUCCIÓN POR AGUA EN LAS JUNTAS
Jw
A. Excavación seca o flujos bajos (<5 L/min. Localmente). B. Flujo o presión medios, con lavado ocasional de los rellenos.
1.0
Presión Aproximada del Agua (Kgf/cm2) <1.0
0.66
1.0 – 2.5
0.5
2.5 – 10.0
D. Gran flujo o presión alta, lavado considerable de los rellenos. E. Flujo o presión excepcionalmente altos con las voladuras, disminuyen con el tiempo.
0.33
2.5 – 10.0
0.2 - 0.1
>10
F.
0.1 – 0.05
>10
C.
Gran flujo o presión alta en roca competente con juntas sin relleno.
Flujo o presión excepcionalmente altos en todo momento.
1. Los factores C hasta F son estimaciones imprecisas. Aumentar Jw, si se instala drenaje. 2. Los problemas especiales causados por la presencia de hielo no se toman en consideración.
Tabla 6: tensiones en excavaciones SRF
6. FACTOR DE REDUCCIÓN DE ESFUERZOS a) Zonas de debilidad que intersectan la excavación y pueden ser las causas de que el macizo se desestabilice cuando se construya el túnel. A. Múltiples zonas de debilidad con contenido de arcilla o roca químicamente desintegrada, roca circundante muy suelta (cualquier profundidad). B. Zonas de debilidad aisladas que contengan arcilla o roca químicamente desintegrada arcilla o roca químicamente desintegrada (profundidad de excavación <50m). C. Zonas de debilidad aisladas que contengan arcilla o roca químicamente desintegrada arcilla o roca químicamente desintegrada (profundidad de excavación >50m). D. Múltiples zonas de corte en roca competente (sin arcilla), roca circundante suelta (cualquier profundidad). E. Zonas de corte aisladas en roca competente (sin arcilla)(profundidad de excavación < 50m). F. Zonas de corte aisladas en roca competente (sin arcilla) (profundidad de excavación > 50m). G. Juntas abiertas sueltas, fisuración intensa (cualquier profundidad).
SRF
10.0 5.0
2.5
1.
Reducir estos valores del SRF en un 25 – 50%, si las zonas de corte relevantes influencian pero no intersectan la excavación.
7.5 5.0 2.5 5.0
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DESCRIPCION
Valor
VALOR
6. FACTORES DE REDUCCION DE ESFUERZOS (CONT)
σc/σl
σt/σl
JB)Roca competente, problemas de esfuerzos
>200
>13
H. Esfuerzo bajo, cerca de la superficie
200-10
13-.66
J. esfuerzo medio 10-5 K. esfuerzo elevado, estructura muy cerrada, generalmente favorable para la estabilidad. Puede ser desfavorable para la estabilidad de las paredes.
o.66-0.33
L. Estallido de rocas moderado (roca masiva)
0.33-0.16
NOTAS 2. para un campo de tensiones muy anisotrópico (si es medido); cuando 5≤σ1 / σ3≤10 , reducir el 2.5 σc a 0.8σc y σ1 a 0.8σ1, donde : 1 σc=resistencia a la compresión sin confinar. 1=resistencia a la tracción (carga puntual).σ1 y 0.5-2 σ3=esfuerzos principales mayor y 05-10 menor
<0.16
10-20
5-2.5
M. estallido de roca intenso (roca masiva) <2.5 c) roca comprensiva, flujo plástico de roca incompetente bajo la influencia de presiones altas de roca.
SRF
N. presión moderada de roca extrusiva.
05-10
O. presión alta de roca extrusiva. d) Roca expansiva, acción química expansiva dependiendo de la presencia de agua.
10-20 3. hay pocos registros de casos donde la profundidad del techo debajo de la superficie sea menor que el ancho. Se sugiere que se incremente el SRF de 2.5 a 5 par a estos casos ver (H)
P. presión moderada de roca expansiva
05-10
R. presión alta de roca expansiva.
10-15
NOTAS ADICIONALES SOBRE EL USO DE ESTAS TABLAS. Al efectuar estimados de la calidad del macizo rocoso (Q), se deben lineamientos además de las notas listadas en las tablas:
seguir los siguientes
1. si no se encuentran los testigos de perforación, el RQD puede estimarse a partir de números de juntas por unidad de volumen, para esto se suma el número de juntas por metro para cada familia de juntas. se puede utilizar una relación simple para convertir este número al RQD para el caso de macizo rocoso sin arcilla: RQD=115-3.3 Jv (aprox), donde Jv = número total de juntas por m3 (0Jv<4.5)
2. El parámetro Jn que representa el número de familia de juntas se verá con frecuencia afectado por la foliación, la esquistosidad, el clivaje o la estratificación. si estas características se encuentran bien definidas, deberán ser consideradas como una familia más. Sin embargo, es preferible considerar como una familia aleatoria si está bien definida.
3. los parámetros Jr y Ja (que representan la resistencia al corte) debe ser el correspondiente a la familia de juntas más débil o discontinuidad rellena de arcilla en la zona dada. sin embargo, si la familia de juntas o discontinuidad con el valor mínimo de Jr/Ja está orientada en forma favorable a la estabilidad, entonces una segunda familia de juntas o discontinuidad orientada de forma menos favorable puede en ocasiones ser más importante, y se debe utilizar su valor más alto de Jr/Ja al evaluar el Q. de hecho, el valor
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de Jr/Ja debe estar relacionado a la superficie más probable de permitir que se inicie una falla. 4. Cuando un macizo rocoso contiene arcilla debe evaluarse el factor SFR apropiado para aflojar las cargas. en tales casos, la resistencia de la roca intacta es de poca importancia. sin embargo, cuando la fisuracion es mínima y hay ausencia total de arcilla, la resistencia de la roca intacta puede convertirse en el enlace más débil, y la estabilidad dependerá de la relación esfuerzo de la roca/resistencia de la roca. Un campo de esfuerzo intensamente anisotrópico es desfavorable para la estabilidad. 5. La resistencia a la compresión y la tracción ( y ) de la roca intacta debe ser evaluada en la condición saturada, si esta es apropiada para las condiciones in situ actuales y futuras. Se debe efectuar un estimado muy conservador de la resistencia para las rocas que se deterioran al ser
CORRELACIÓN DEL Q vs REQUERIMIENTO DE SOSTENIMIENTO En relación al valor del índice Q a la necesidades de apoyo de las excavaciones subterráneas de la estabilidad y, Barton et al (1974) define un parámetro adicional a la que llamaron la dimensión equivalente, De, de la excavación. Esta dimensión se obtiene dividiendo el lapso, diámetro o pared de la altura de la excavación por una cantidad llamada la relación de excavación Apoyo, ESR. Por lo tanto:
El valor de ESR se relaciona con el uso previsto de la excavación y para el grado de seguridad que se exige del sistema de soporte instalado para mantener la estabilidad de la excavación. Barton et al (1974) sugieren los siguientes valores:
CATEGORÍA EXCAVACIÓN ESR.
A B
C
D E
Categoría de excavación Excavaciones mineras temporales. Excavaciones mineras permanentes, túneles de conducción de agua para proyectos hidroeléctricos (excluyendo tuberías forzadas de alta presión), galerías túneles piloto y galerías de avance. Cámaras de almacenamiento, plantas de tratamiento de agua, túneles menores para carreteras o vía férrea, cámaras de equilibrio, túneles de acceso. Estaciones de alimentación, grandes túneles de carreteras y ferrocarriles, cámaras de defensa civil, intersecciones portales. Subterráneos centrales nucleares, estaciones de ferrocarril, instalaciones deportivas y públicas, fábricas.
ESR 3–5 1.6
1.3
1.0 0.8
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La estación de chancado discutido arriba cae dentro de la categoría de una excavación minera permanente y se asigna una relación de sostenimiento de la excavación de ESR = 1.6. De aquí, para un ancho de excavación de 15 m, la dimensión equivalente De = 15/1.6 = 9.4 La dimensión equivalente De ploteado contra el valor de Q, es usado para definir un número de categorías de sostenimiento en un diagrama publicado en el artículo original de Barton et.al. (1974). Este diagrama ha sido actualizado por Grimstad y Barton (1993) para reflejar el increciente uso del shotcrete reforzado con fibras de acero en el sostenimiento de excavaciones subterráneas. En la Figura 3.3 se reproduce este diagrama actualizado. A partir de la Figura 3.3, un valor de De de 9.4 y un valor de Q de 4.5, colocan a esta excavación de chancado en la categoría (4), la cual requiere la colocación de pernos de roca (espaciados cada 2.3 m) y shotcrete no reforzado de 40 a 50 mm de espesor. A causa de la moderada a severa condición de estallidos de roca que son anticipados, podría ser prudente desforzar la roca en las paredes de esta cámara de chancado, mediante voladuras de producción relativamente severas. Para aplicaciones críticas de estas técnicas es aconsejable buscar el asesoramiento de un especialista en voladura antes de embarcarse en el curso de esta acción. os daños de la voladura resultará en la creación de nuevas ‘juntas’ con una consecuente reducción local del valor de Q de la roca circundante a la excavación. El sugirió que este hecho podría ser tomado en cuenta para reducir el valor de RQD en la zona dañada por la voladura. Asumiendo que el valor de RQD para la roca desforzada alrededor de la cámara de chancado cae al 50%, el valor resultante de Q = 2.9. De la Figura 3, este valor de Q, para una dimensión equivalente De = 9.4, coloca a la excavación justo en la categoría (5), la cual requiere de pernos de roca, con espaciamiento aproximado de 2 m, y una capa de 50 mm de shotcrete reforzado con fibras de acero.
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Figura 3.3. Categorías de sostenimiento estimadas en bas al índice Q (Según Grimstad y Barton 1993)
-
Categorías de refuerzo
1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8)
Sin sostenimiento. Empernado puntual. Empernado sistemático. Empernado sistemático con 40 – 100 mm de shotcrete sin esfuerzo. Shotcrete reforzado con fibra, de 50 – 90 mm, y empernado Shotcrete reforzado con fibra, de 90 – 120 mm y empernado. Shotcrete reforzado con fibra, 120 – 150 mm y empernado. Shotcrete reforzado con fibra, >150 mm, con cerchas reforzadas de shotcrete y empernado. 9) Revestimiento de concreto moldeado.
Clasificación de Barton et at. (1974) de los macizos rocosos. Tipos de macizos rocosos:
Valor de:
Descripción Rocoso 0.001 – 0.01 0.01 – 0.1 0.1 – 1 1–4 4 – 10 10 – 40
del
Macizo
Excepcionalmente malo Extremadamente malo Muy malo Malo Medio Bueno
Calificación del Rocoso RMR (%)
Macizo
0–3 3 – 23 23 – 44 44 – 56 56 – 65 65 – 77
20
40 – 100 100 – 400 400 – 1000
Muy bueno Extremadamente bueno Excepcionalmente bueno
77 – 85 85 – 98 98 – 100
A continuación se presenta las correlaciones entre el RMR y Q obtenidas por algunos investigadores. RMR = 9 log Q + 44 RMR = 13.5 log Q + 43 RMR =12.5 log Q + 55.2 RMR =10.53 ln Q + 41.83
Bieniawski (1976) Ruteledge (1978) Moreno (1980) Abad et al. (1983)
Barton et al. (1980) proporcionaron también información adicional sobre la longitud de los pernos, abiertos máximos sin sostenimiento y presiones del sostenimiento, para complementar las recomendaciones del sostenimiento publicado en el artículo original de 1974. La longitud L de los pernos de roca puede ser estimada a partir del ancho de la excavación B y la Relación de Sostenimiento de la Excavación ESR:
El máximo abierto sin sostenimiento puede ser estimado a partir de: Máximo abierto (sin sostenimiento) = 2 ESR. Q
0.4
Basado en el análisis de casos registrados, Grimstad y Barton (1993) sugirieron que la relación entre el valor de Q y la presión del sostenimiento permanente Ptecho es estimada a partir de: √
USO DE LOS SISTEMAS DE CLASIFICACIÓN DE LA MASA ROCOSA Las dos clasificaciones de la masa rocosa más ampliamente utilizadas son el RMR de Bieniawski (1976, 1989) y el Q de Barton et.al. (1974). Ambos métodos involucran parámetros geológicos, geométricos y diseño/ingeniería, para llegar a valores cuantitativos de la calidad de la masa rocosa. Cuando se usa cualquiera de estos métodos, se pueden adoptar dos aproximaciones: -
Uno es evaluar la masa rocosa específicamente para los parámetros que están incluidos en los métodos de clasificación. Otro es caracterizar precisamente la masa rocosa y luego atribuir valoraciones a los parámetros en un tiempo posterior.
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Es recomendable el último método desde que este da una completa descripción de la masa rocosa, la cual puede ser trasladada en sus índices de clasificación. Si durante el mapeo, solo se han registrado los valores de las valoraciones, podría ser casi imposible llevar a cabo estudios de verificación. En muchos casos es apropiado dar un rango de valores para cada parámetro en una clasificación de la masa rocosa y para evaluar la significancia del resultado final, como el ejemplo dado en la Figura 4. En este caso particular, la masa rocosa esta seca y sometida a una condición de esfuerzos ‘medios’, siendo la valoración respectiva 1. El valor promedio de Q = 9.8 ado en la selección del sistema de sostenimiento, mientras que el rango da una indicación de los posibles ajustes que serán requeridos para satisfacer las diferentes condiciones encontradas durante la construcción. Los usuarios de un esquema de clasificación de la masa rocosa, deben chequear que esté siendo usada la última versión.
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CONCLUSIONES.
Los alumnos están en la capacidad de determinar la característica del macizo rocoso y el soporte en el área estudiada, a través de la aplicación del sistema Q.
Los parámetros dentro del sistema Q juegan un papel importante en la orientación y el número de conjuntos que determina el grado de libertad en el movimiento del bloque en caso lo hubiera, esto se logró comprobar a través de la explicación del ejemplo.
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BIBLIOGRAFIA
Barton, N., By, T.L., Chryssanthakis, L., Tunbridge, L., Kristiansen, J., Løset, F., Bhasin, R.K., Westerdahl, H. and Vik, G. 1992. Comparison of prediction and performance for a 62 m span sports hall in jointed gneiss. Proc. 4th. int. rock mechanics and rock engineering conf., Torino. Paper 17.
Barton, N., Løset, F., Lien, R. and Lunde, J. 1980. Application of the Q-system in design decisions. In Subsurface space, (ed. M. Bergman) 2, 553-561. New York: Pergamon.
Barton, N.R., Lien, R. and Lunde, J. 1974. Engineering classification of rock masses for the design of tunnel support. Rock Mech. 6(4), 189-239.
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