Calculo Estructuras - Mecanica de Rocas - Geotecnia - Muy Bueno

MECÁNICA DE ROCAS Transparencias de clase

2º Curso I.C. – E.T.S.I.C.C.P. GEOTECNIA Y CIMIENTOS I

SUMARIO q

INTRODUCCIÓN § §

q

PROPIEDADES DE LA MATRIZ ROCOSA § § § § § §

q

Clasificación Clasificación de las rocas Fisonomía de las rocas Meteorización y alteración alteración Propiedades índice Resistencia Dureza y abrasividad

PROPIEDADES DE LAS DISCONTINUIDADES DISCONTINUIDADES § § § § § §

q

Los conceptos de roca, matriz rocosa y macizo rocoso Esquema del “macizo rocoso”

Las discontinuidades del macizo rocoso Orientación Orientación y número de familias Espaciamiento, continuidad y tamaño de bloque Recuperación Recuperación y RQD Rugosidad, apertura y relleno Alteración y resistencia

CLASIFICACIONES GEOMECÁNICAS § § § § §

¿Qué son las clasificaciones clasificaciones geomecánicas? Principales clasificaciones La clasificación RMR de Bieniawski La clasificación Q de Barton La clasificación SMR de Romana

José Bernardo Serón Gáñez M. Elvira Garrido de la Torre Departamento de Ingenieria del Terreno – U.P.V.

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INTRODUCCIÓN Cualquier actuación de ingeniería civil, superficial o subterránea, sobre la masa íntimo de las propiedades de rocosa de la corteza terrestre, requiere el conocimiento íntimo descriptivo (cualitativo o, como mucho, semi-cuantificable) o dicha masa; bien a nivel descriptivo (cualitativo cuantitativo, mediante índices precisos, directamente involucrados en el bien a nivel cuantitativo, cálculo. El estudio de un macizo rocoso, rocoso , además de implicar al “material” de que está matriz), requiere el conocimiento de la disposición a nivel micro y compuesto (roca (roca matriz), macroestructural (discontinuidades (discontinuidades)) de la roca matriz, amén de todos los condicionantes condicionantes geológicos locales o regionales (fundamentalmente: estados tensionales y agua subterránea). subterránea). Se dispondrá, en mayor o menor medida, de todos estos elementos cuando se básicas de la roca; en algunos casos se conozcan las denominadas propiedades básicas básico”” la acepción de elemental elemental,, considerará bajo el término ““básico

en otros la de

imprescindible y imprescindible y ambas en bastantes ocasiones, dependiendo del nivel de ejecución (o tipo de calculo y/o diseño de proyecto) en que se encuentre la actuación. Se considerarán como propiedades básicas no solo aquellas ligadas directamente con características “tangibles” de “tangibles” de las rocas; también se considerarán las que se basan en características o índices definidos por el hombre en hombre en acomodo a la concepción del fenómeno e incluso de las herramientas que maneja. En muchas ocasiones la catalogación de una propiedad básica como elemental o como imprescindible, además de no excluyente, no implica facilidad o dificultad, exactitud o aproximación del método (estimación, correlación o medición) e incluso necesidad de obtención. Dependerá, Dependerá, como siempre, del “ donde, cuando, como, por qué y para qué” se necesite. De un modo amplio, sin establecer un proposito o fin determinado, la información requerida sobre la geología y geotécnia de un macizo rocoso, cabe resumirla en unos cuantos puntos básicos y generales, tal y como se muestra en la tabla nº 1. José Bernardo Serón Gáñez M. Elvira Garrido de la Torre Departamento de Ingenieria del Terreno – U.P.V.

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INTRODUCCIÓN Cualquier actuación de ingeniería civil, superficial o subterránea, sobre la masa íntimo de las propiedades de rocosa de la corteza terrestre, requiere el conocimiento íntimo descriptivo (cualitativo o, como mucho, semi-cuantificable) o dicha masa; bien a nivel descriptivo (cualitativo cuantitativo, mediante índices precisos, directamente involucrados en el bien a nivel cuantitativo, cálculo. El estudio de un macizo rocoso, rocoso , además de implicar al “material” de que está matriz), requiere el conocimiento de la disposición a nivel micro y compuesto (roca (roca matriz), macroestructural (discontinuidades (discontinuidades)) de la roca matriz, amén de todos los condicionantes condicionantes geológicos locales o regionales (fundamentalmente: estados tensionales y agua subterránea). subterránea). Se dispondrá, en mayor o menor medida, de todos estos elementos cuando se básicas de la roca; en algunos casos se conozcan las denominadas propiedades básicas básico”” la acepción de elemental elemental,, considerará bajo el término ““básico

en otros la de

imprescindible y imprescindible y ambas en bastantes ocasiones, dependiendo del nivel de ejecución (o tipo de calculo y/o diseño de proyecto) en que se encuentre la actuación. Se considerarán como propiedades básicas no solo aquellas ligadas directamente con características “tangibles” de “tangibles” de las rocas; también se considerarán las que se basan en características o índices definidos por el hombre en hombre en acomodo a la concepción del fenómeno e incluso de las herramientas que maneja. En muchas ocasiones la catalogación de una propiedad básica como elemental o como imprescindible, además de no excluyente, no implica facilidad o dificultad, exactitud o aproximación del método (estimación, correlación o medición) e incluso necesidad de obtención. Dependerá, Dependerá, como siempre, del “ donde, cuando, como, por qué y para qué” se necesite. De un modo amplio, sin establecer un proposito o fin determinado, la información requerida sobre la geología y geotécnia de un macizo rocoso, cabe resumirla en unos cuantos puntos básicos y generales, tal y como se muestra en la tabla nº 1. José Bernardo Serón Gáñez M. Elvira Garrido de la Torre Departamento de Ingenieria del Terreno – U.P.V.

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TABLA 1 - INFORMACIÓN REQUERIDA SOBRE GEOLOGÍA Y GEOTECNIA DESCRIPCIÓN GEOLÓGICA (LITOLOGÍA GEOLÓGICA (LITOLOGÍA Y VARIABILIDAD) PROPIEDADES GEOMECÁNICAS DE LA MATRIZ ROCOSA UBICACIÓN, ORIENTACIÓN Y CARACTERÍSTICAS DE LAS DISCONTINUIDADES ESFUERZOS Y ESTADOS TENSIONALES AGUA SUBTERRÁNEA AGUA SUBTERRÁNEA

TABLA 2 – PROPIEDADES BÁSICAS DE LOS MACIZOS ROCOSOS

ROCA MATRIZ

DISCONTINUIDADES

Descriptivas

Descriptivas y Semi-cuantificables

(mediante sencillos ensayos organolépticos y/o de estimación) -

TIPO DE ROCA COLOR TAMAÑO DE GRANO TEXTURA FACTOR DE TEXTURA ESTRUCTURA METEORIZACIÓN ALTERACIÓN RESISTENCIA

-

TIPO NUMERO SITUACIÓN Y ORIENTACIÓN FRECUENCIA APERTURA PERSISTENCIA RUGOSIDAD RELLENO METEORIZACIÓN ALTERACIÓN

Semi-cuantificables (determinables por ensayos, a veces de estimación o correlación, que requieren poca o ninguna preparación de las muestras) -

-

DUREZA DURABILIDAD POROSIDAD DENSIDAD RESISTENCIA VELOCIDAD SÓNICA

Semi-cuantificables Semi-cuantificables y cuantificables cuantificables -

-

PERMEABILIDAD SECUNDARIA VELOCIDAD SÍSMICA RESISTENCIA AL CORTE MODULO DE DEFORMABILIDAD

Cuantificables (Índices para el cálculo o proyecto, determinables por ensayos más o menos complejos o que requieren preparaciones especiales de las muestras) -

POROSIDAD RESISTENCIA MODULO DE ELASTICIDAD MODULO DE POISSON PERMEABILIDAD PRIMARIA


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LOS CONCEPTOS DE “ROCA”, “MATRIZ ROCOSA” Y “MACIZO ROCOSO” En la introducción la “matriz “ matriz rocosa”; rocosa”; tan solo se cita como “el “ el material de que está compuesto el macizo rocoso”. rocoso ”. roca,, matriz rocosa y rocosa y Parece necesario aclarar que se entiende con los términos roca macizo rocoso, rocoso , o al menos intentar aclararlo a nivel del campo científico-tecnológico que nos ocupa, pues a nivel universal no es posible: cada rama de la ciencia o la tecnología necesitará de una concepción, y por tanto de una definición, distinta para cada uno de dichos términos. El terreno se estudia en distintas ciencias (geología, ( geología, ingeniería civil, agronomía, ...) con diferentes puntos de vista, distinguiéndose en cada uno de los campos del conocimiento, tradicionalmente y de una forma vasta, entre suelos y rocas, en función a características diferentes en cada uno de dichos campos. Geología,, una roca1 es “un Desde el punto de vista de la Geología “un agregado de minerales que presentan los mismos caracteres de conjunto en un área de cierta extensión de la corteza terrestre”; terrestre”; esta definición no implica que los materiales que conforman la roca se encuentren o no consolidados, consolidación que debe estar presente para el Ingeniero Civil o Geotécnico, pues la característica diferenciadora diferenciadora es, tradicionalmente, la resistencia a compresión simple. La definición anterior, con el matiz de la resistencia, puede servir para el concepto rocosa,, mientras que se puede considerar el macizo rocoso rocoso o de matriz rocosa o masa rocosa como “el “el conjunto constituido por una o varias matrices rocosas que presentan una determinada estructura, está afectado por un cierto grado de alteración y por una serie de discontinuidades “ (J.M. (J.M. LOPEZ MARINAS). MARINAS ).

1

Roca: “Material “Material constitutivo de la corteza terrestre, formado en general por una asociación de minerales, que presenta una cierta homogeneidad homogeneidad estadística estadística;; en general general dura y coherente coherente (piedra, (piedra, canto), canto), a veces veces plástica plástica (p.e. arcilla) arcilla) o móvil (p.e. arena); en el límite líquida (p.e. petróleo) o gaseosa”.(Diccionario de Geología, A. FOUCAULT, J.F. RAOULT).


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La matización introducida con la resistencia a compresión simple es a menudo discutida y deja en la ambigüedad los materiales situados en la(s) frontera(s) de resistencia establecida(s), siendo, a menudo, el establecimiento de dichas fronteras el punto de discusión. roca en función de sus diferentes Parece más lógico diferenciar entre suelo y roca en comportamientos geotécnicos, geotécnicos, resultantes fundamentalmente por tratarse el suelo de un conjunto de partículas individuales, pero que pueden interactuar entre si, de un modo físico-mecánico (suelos de grano grueso) o físico-químico (suelos de grano fino), mientras que las rocas son aglomerados de partículas unidas, casi siempre, fuertemente. Tal vez quede más clara esta diferenciación en el siguiente párrafo del Profesor JIMÉNEZ SALAS: SALAS:

“Los suelos, como vemos, son son seudosólidos, seudosólidos, que, si microscópicamente pueden tratarse como sólidos verdaderos, exhiben propiedades muy peculiares, lo cual se debe a que en realidad son son conjuntos particulados. particulados.

Contrariamente,

las

rocas

son

aglomerados de cristales fuertemente unidos. Sin embargo, a la escala que interesa al ingeniero, tienen un comportamiento que también se aparta del que podemos esperar de un sólido. Esto se debe a que la masa rocosa está rocosa está surcada en general de varias familias de litoclasas, litoclasas, que son superficies de debilidad, que la dividen en bloques. Cada uno de éstos está constituido por un material rocoso o roca matriz , que puede ser mucho más resistente e indeformable que la antedicha masa rocosa, rocosa, llamada muchas veces, abreviadamente, roca.” roca.”


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ESQUEMA DEL “MACIZO ROCOSO” Mediante determinados procesos de formación se generan agregados naturales de minerales (formando sólidos continuos o policristalinos) que determinan, según su composición y forma de unión la roca matriz. La estructura y distribución de los distintos tipos de roca, los estados tensionales (y su historia) junto con el proceso de formación de la roca matriz, determinarán las discontinuidades que presente dicha roca. La roca matriz y las discontinuidades formarán el macizo rocoso; este conjunto se completa con las discontinuidades propias del macizo (a nivel local o regional, no achacables a la matriz rocosa), la presencia y características del agua subterránea y las alteraciones, tanto de la roca matriz como de las discontinuidades (originadas básicamente por el agua y los estados tensionales). A continuación se presenta un esquema de todo este conjunto que se denomina “macizo rocoso”:


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CLASIFICACION DE LAS ROCAS Existen infinidad de clasificaciones de las rocas atendiendo a multitud de criterios. Se repasarán aquí los principales tipos de roca, de un modo sucinto, desde el punto de vista geológico (la clasificación más ampliamente aceptada), los criterios para, dentro de esa clasificación elemental, establecer clasificaciones más complejas (que ayudan a conocer, o por lo menos a tener una primera estimación, algunas propiedades básicas) y se verán, también de modo sucinto, las principales clasificaciones de utilidad geomecánica.

TIPOS DE ROCA La clasificación tradicional geológica, sencilla, clara y de uso generalmente aceptado, considera tres grandes grupos de rocas, atendiendo, fundamentalmente, a su origen y formación: q

ROCAS ÍGNEAS

q

ROCAS SEDIMENTARIAS

q

ROCAS METAMÓRFICAS

Las rocas ígneas se originan directamente, en el interior o en la superficie de la corteza terrestre, con la consolidación por enfriamiento del magma2 procedente del interior de dicha corteza; su composición y características finales vendrán determinadas, especialmente, por la velocidad de enfriamiento. Forman aproximadamente el 98% de las rocas de la corteza terrestre. Las rocas sedimentarias representan el 5% de la corteza terrestre, pero suponen un 75% de las visibles en la superficie; se distinguen de las ígneas y metamórficas en que se dan en capas o estratos y en su contenido de fósiles (raros en las metamórficas y ausentes en las ígneas). Se originan de masas de roca preexistentes, con el transporte, deposición y diagénesis de los materiales procedentes de la fragmentación y/o cambio químico de dichas masas, a través de la meteorización. El origen de las partículas que las constituyen determinan su aspecto y proporcionan indicios para su identificación. Las rocas metamórficas se originan por el aumento de calor y/o presión a que, por diversas causas, son sometidas las rocas existentes; parten pues de unas estructuras y composiciones previas, de origen ígneo, sedimentario e incluso metamórfico temprano.

2

Magma: “toda materia rocosa móvil que se produce naturalmente y que comprende en parte notable una fase líquida con composición de mezcla silicatada fundida” (TURNER Y VERHOOGEN, 1962).


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Otra clasificación geológica propone dos grandes grupos de rocas dependiendo de la formación de las mismas en la corteza terrestre o, al menos en parte, en el interior del globo: - EXÓGENAS - SEDIMENTARIAS - RESIDUALES - ENDÓGENAS

- MAGMÁTICAS

- PLUTÓNICAS - VOLCÁNICAS - HIDROTERMALES

- METAMÓRFICAS Como se puede apreciar vuelve prácticamente, en el segundo nivel, a los tres grupos indicados al inicio. Existen muchas clasificaciones, dentro y fuera de esos tres grupos, atendiendo a diversos criterios; incluso existen clasificaciones especificas fuera de los criterios geológicos, no pareciendo muy lógica su utilización, pues para cualquier estudio se debe partir de la definición geológica (solo ser án aceptables cuando se trate de clasificaciones que correspondan a un aspecto o propiedad concreta de las rocas que se están estudiando). Un estudio y análisis más profundo de los tipos y clasificaciones de las rocas se sale completamente, en extensión y fines, del presente curso.

EL CICLO GEOLÓGICO El proceso de formación de las rocas es dinámico y continuo, de este modo una roca puede dar origen a otra, del mismo modo que una roca puede originarse por procesos geológicos diferentes. En la figura se presenta, muy simplificado, el ciclo geológico.


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CRITERIOS DE CLASIFICACIÓN DE ROCAS ROCAS ÍGNEAS La clasificación más generalizada y aceptada de las rocas ígneas se fundamenta en la forma y lugar donde se produce su enfriamiento, considerandose tres familias: - PLUTÓNICAS (o INTRUSIVAS). - VOLCÁNICAS (o EFUSIVAS). - FILONIANAS. Existen además distintas clasificaciones atendiendo a diversos criterios: - La forma de enfriarse. - Su color. - Facilidad de alteración. - Orden sucesivo de cristalización de los minerales (Serie de BOWEN). - La proporción de los minerales (STRECKEISEN).

ROCAS SEDIMENTARIAS En las rocas sedimentarias suelen distinguirse tres grandes familias: - DETRÍTICAS. - DE ORIGEN QUÍMICO. - DE ORIGEN ORGÁNICO. Cada una de estas familias, e incluso un grupo concreto de rocas dentro de ellas, se clasifican según diversos criterios: las detríticas según el tamaño de grano, las de origen químico según los minerales característicos; las de origen orgánico, sin interés en ingeniería civil, se distingue entre sólidas, líquidas y gaseosas.

ROCAS METAMÓRFICAS La clasificación de las rocas metamórficas es muy compleja por intervenir las características de las rocas originales y las propias del metamorfismo. Los principales criterios de clasificación son: - Las facies minerales. - Las zonas e isogradas del metamorfismo. - Las secuencias metamórficas. - Las series metamórficas. - La estructura y textura.


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CLASIFICACIONES DE UTILIDAD GEOMECÁNICA Es lógico que se desee disponer de clasificaciones que tengan una aplicación directa y cubran las necesidades de los técnicos; de hecho, son muchas las que se han propuesto, pero ninguna ha logrado imponerse u obtener, tan siquiera, una aceptación relativa. Tal vez se persigue que la clasificación de una roca resuelva los problemas que plantea, cuando la clasificación no es otra cosa que el cimiento sobre el que se construye la solución, y no la solución misma.

CLASIFICACIÓN DE LA ISRM Publicada en el Boletín de la IAEG en 1979, la ISRM propone una clasificación atendiendo al grupo genético y al tamaño de grano (tabla 3).

CLASIFICACIÓN DE DEERE Y MILLER Basada en la resistencia a compresión simple y el módulo de elasticidad (módulo tangente para el 50% de la resistencia a compresión simple). (Tabla 4). Turk y Dearman (1985) modifican esta clasificación (tabla 5) utilizando en lugar del modulo elástico la relación entre el módulo elástico tangencial y el módulo de Poisson.

CLASIFICACIÓNES BASADAS EN LA RESISTENCIA A COMPRESIÓN SIMPLE Existen otras muchas clasificaciones basadas en la resistencia a carga uniaxial; en la tabla 6 se presenta un resumen de las mismas.

CLASIFICACIÓN DE GOODMAN Es una modificación de la propuesta por Krynine y Jud en 1957. Las rocas se clasifican en cuatro grupos, de modo que la inclusión en uno de ellos lleve aparejado un determinado comportamiento geomecánico (tabla 7). Dichos grupos son: I-

ROCAS DE TEXTURA CRISTALINA

II -

ROCAS DE TEXTURA CLÁSTICA

III -

ROCAS DE GRANO MUY FINO

IV -

ROCAS ORGÁNICAS


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TABLA 3 - CLASIFICACIÓN GENÉTICA DE LA ISRM (1979)


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TABLA 4 - CLASIFICACIÓN DE DEERE Y MILLER

W = DÉBIL

ED = EXTREMADAMENTE DEFORMABLE

MS = MEDIANAMENTE FUERTE

VD = MUY DEFORMABLE

S = FUERTE

MD = MEDIANAMENTE DEFORMABLE

VS = MUY FUERTE

SD = LIGERAMENTE DEFORMABLE

ES = EXTREMADAMENTE FUERTE

VSD = APENAS DEFORMABLE

TABLA 5 - CLASIFICACIÓN DE TURK Y DEARMAN (1985)


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TABLA 6 – RESUMEN DE LAS CLASIFICACIONES BASADAS EN LA RESISTENCIA

CLASIFICACIÓN DE LAS ROCAS SEGÚN LA RESISTENCIA (ISRM 1978, ROMANA 1981)

s c (MPa)

ROCA DE RESISTENCIA

> 200

MUY ALTA

ISRM (78)

200 - 60

ALTA

“

60 - 20

MEDIA

“

20 - 6

BAJA

“

6-2

MUY BAJA

“

2 - 0,6

TRANSICIÓN

Romana (81)

< 0,6

SUELO

“


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TABLA 7.1 - CLASIFICACIÓN DE GOODMAN (ROCAS DE TEXTURA CRISTALINA) SUBGRUPO

EJEMPLOS

IA

CALIZA DOLOMÍA MÁRMOL

CARBONATOS

SAL

Y

YESO

COMPORTAMIENTO

- Pueden ser muy resistentes y con rotura frágil (caliza, dolomía, mármol) o poco resistentes con rotura plástica (yeso). - Con presiones moderadas de confinamiento son plásticas. - Son solubles al agua por lo que presentan problemas de karstificación.

SALES SOLUBLES

IB ROCAS CON MICA

- La mica, la clorita y el grafito reducen la resistencia de la roca. Dan

MICAESQUISTOS

deslizamiento fácil a lo largo de los planos de esquistosidad.

ESQUISTOS CLORÍTICOS

- Los micaesquistos y en general toda esta clase de rocas son muy

ESQUISTOS GRAFÍTICOS

anisótropas. La resistencia es baja a lo largo de las esquistosidades. Solo

Y OTROS MINERALES

cuando están muy plegadas dejan de ser anisótropas.

PLANOS EN BANDAS CONTINUAS

IC GNEIS

CON MINERALES SILICATADOS

- Rotura frágil. - Gran anisotropía.

EN BANDAS, SIN HOJAS CONTINUASDE MICA - Los cristales componentes de la roca tienen un área de contacto grande.

ID

- Son materiales homogéneos, competentes e isótropos.

GRANITO

- Si no están alterados son muy resistentes.

DIORITA

- La rotura es frágil a presiones de confinamiento normales.


GABRO

DE GRANO UNIFORME

SIENITA

- Si no están fisuradas las deformaciones son elásticas. Si lo están, pueden tener un comportamiento plástico con deformaciones remanentes.

DISTRIBUIDOS Y ORIENTADOS

- El comportamiento depende del grado de alteración, el cual puede

ALEATORIAMENTE

evaluarse por su porosidad.

IE ALGUNOS BASALTOS FONOLITAS


- Estas rocas pueden tener muchos poros (vacuolas), lo que reduce su buen comportamiento; cuando no tienen poros son unas rocas excelentes, que se comportan como las del grupo ID.

RIOLITAS

CON GRANOS DISTRIBUIDOS EN UNA PASTA FINA

IF

- Son rocas muy malas geomecánicamente. Tienen superficies de rotura

SERPENTINITAS

preformadas, ocultas, que aparecen cuando se las tensiona.

MILONITAS

ROCAS CIZALLADAS


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TABLA 7.2 - CLASIFICACIÓN DE GOODMAN (ROCAS DE TEXTURA CLÁSTICA)

SUBGRUPO IIA

EJEMPLOS

COMPORTAMIENTO - Rocas excelentes, muy estables, resistentes, elásticas y con rotura

ARENISCAS CON

frágil.

CEMENTO SILÍCEO

ROCAS CON CEMENTO

ARENISCAS LIMONÍTICAS

ESTABLE

IIB

- Pueden ser muy estables, resistentes y elásticas con ritura fragil. En el

ARENISCAS Y CONGLOMERADOS CON CEMENTO

ROCAS CON CEMENTO

lado extremo de rocas poco estables están las arcosas. - La toma de muestras puede ser muy difícil en el caso de cementación ligera.

CALCÁREO

LIGERAMENTE SOLUBLE

IIC

- Se reducen a un sedimento cuando se humedecen.

ARENISCAS Y CONGLOMERADOS

ROCAS CON CEMENTO

- El colapso, tanto mecánico como hidráulico, es un problema grave que se puede presentar si son macroporosas. - La toma de muestras es muy dificil.

CON YESO

MUY SOLUBLE

IID

- Los granos se pueden soltar con la mano.

ARENISCAS FRIABLES

- El colapso mecánico puede ser un problema grave si son macroporosas. - Problemas con la toma de muestras.

TOBAS

ROCAS CON CEMENTO DÉBIL O INCOMPLETAMENTE

AGLOMERADOS VOLCÁNICOS

CEMENTADAS - Tienen, aumentados, todos los problemas de los grupos IIC y IID.

IIE ARENISCAS CON ENLACES DE ARCILLA

ROCAS SIN CEMENTAR


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TABLA 7.3 - CLASIFICACIÓN DE GOODMAN (ROCAS DE GRANO MUY FINO) SUBGRUPO

EJEMPLOS

COMPORTAMIENTO -Bueno, como el de las rocas del grupo IE.

IIIA CORNEANA ALGUNOS BASALTOS

ROCAS DURAS ISÓTROPAS - Rocas duras y resistentes. Tienen una gran anisotropía mecánica.

IIIB PIZARRAS CEMENTADAS

ROCAS DURAS, MICROSCÓPICAMENTE ISÓTROPAS, MACROSCÓPICAMENTE ANISÓTROPAS - Son rocas muy alterables

IIIC

- Tienen gran anisotropía mecánica.

FILITAS ESQUISTOS

ROCAS DURAS MICROSCÓPICAMENTE ANISÓTROPAS - Dan, en general, problemas de algún tipo.

IIID

PIZARRAS MARGOSAS

ROCAS BLANDAS

- Posibles cambios de volumen con el contenido de humedad.

MARGAS

- Propiedades mecánicas variables con el contenido de humedad.

LUTITAS

- Gran alterabilidad, a veces muy rápida.

CRETA

TRANSITO A SUELOS

- Muy afectadas por los ciclos de humidificación. - Son muy abundantes en España.

TABLA 7.4 - CLASIFICACIÓN DE GOODMAN (ROCAS ORGÁNICAS) SUBGRUPO

EJEMPLOS

IVA

CARBÓN BLANDO

IVB

CARBÓN DURO

IVC y IVD

PIZARRAS PETROLÍFERAS

IVE

ARENAS BITUMINOSAS

COMPORTAMIENTO - No tienen gran interés para la Ingeniería Civil en España.

Y BITUMINOSAS


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FISONOMÍA DE LAS ROCAS Las propiedades fisonómicas fundamentales a considerar son: el color , el tamaño de grano y la textura; también forma parte del aspecto de las rocas la alteración, pero influye tanto en su comportamiento que merece un epígrafe por si misma. La importancia de la fisonomía 3 de las rocas radica en que puede proporcionar información, tanto de la composición de las mismas como (y por tanto) de sus propiedades y comportamientos mecánicos.

COLOR DE LAS ROCAS Resulta difícil de “cuantificar” y es conveniente utilizar métodos sencillos y más o menos normalizados como el que se indica en la tabla 8; en ella se proponen unos colores básicos a los que se puede añadir un calificador (intensidad) y un valor de amplio rango (tono). Métodos más precisos de cuantificación del color requieren el uso de una guía (p.e. cartas de colores).

TABLA 8 - COLOR DE LA ROCA Tomado de “The description of rock masses for engineering purposes” (ANON., 1977)

COLOR BÁSICO

INTENSIDAD

VALOR

ROSA ROJO AMARILLO MARRÓN VERDE OLIVA VERDE AZUL BLANCO GRIS

ROSADO ROJIZO AMARILLENTO CASTAÑO VERDOSO

CLARO OSCURO

AZULADO GRISÁCEO

NEGRO

3

Fisonomía = “Aspecto exterior de las cosas” (2ª acepción del D.R.A.E.)


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TAMAÑO DE GRANO DE LAS ROCAS Es el mismo concepto que se utiliza en la descripción de suelos; pero mientras que en estos el método para obtener la clasificación por tamaños (o distribución de los mismos: curva granulométrica) se basa en la utilización de una serie de tamices estándar, en las rocas debe recurrirse a la inspección visual, como método elemental, y a la realización de láminas delgadas y transparentes de la roca sólida, que serán examinadas bajo la luz del microscopio, como método de análisis más profundo y especifico. Cuando se realiza el estudio en láminas delgadas, resulta muy difícil obtener las verdaderas dimensiones de un grano a partir de una sección (por ejemplo en los cristales alargados) y deben utilizarse métodos estadísticos para su determinación. Al igual que en los suelos existen multitud de clasificaciones, más o menos concordantes y más o menos complejas, de los tamaños de grano y su denominación correspondiente; en la tabla 9 se presenta la clasificación más elemental o de partida, que puede irse completando con mayores subdivisiones.

TABLA 9 - CLASIFICACIÓN ELEMENTAL DE LOS TAMAÑOS DE GRANO TAMAÑO DE

APRECIACIÓN

DENOMINACIÓN

> 5 mm

A SIMPLE VISTA

GRANO GRUESO

1 - 5 mm

ID. O CON LUPA

GRANO MEDIO

< 1 mm

ID. O MICROSCOPIO

GRANO FINO

GRANO


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La clasificación de la tabla anterior puede irse ampliando al introducir más subdivisiones y denominaciones para las mismas, pero no es conveniente ampliarla excesivamente, pues se termina convirtiendo en cuasi-continua una propiedad que, pese a que lo es, se pretende establecer a base de intervalos, discretos y en un número razonable, que faciliten la descripción de la roca. En la tabla 10 se presenta una clasificación más completa y ampliamente aceptada, que tiene la ventaja de poder comparar con los tamaños de grano de los suelos.

TABLA 10 - TAMAÑO DE LOS GRANOS Tomado de “The description of rock masses for engineering purposes” (ANON., 1977)

TAMAÑO DE

DENOMINACIÓN

APRECIACIÓN

> 60 mm

GRANO MUY GRUESO

VISIBLES

60 - 2 mm

GRANO GRUESO

2 mm - 60 µm

GRANO MEDIO

60 µm - 2 µm

GRANO FINO

< 2 µm

GRANO MUY FINO

GRANO

SIN AYUDA DEL MICROSCOPIO

NO VISIBLES SIN MICROSCOPIO

CORRESPONDENCIA CON LOS SUELOS BLOQUES GRAVA ARENA LIMO ARCILLA

El tamaño de grano puede proporcionar información muy útil sobre las rocas. Así, en las rocas ígneas indica la velocidad de enfriamiento de las mismas (a más velocidad menor tamaño); en las rocas metamórficas indicará las condiciones de presión y temperatura a que han sido sometidas (a mayor presión y temperatura mayor tamaño de grano); y en las rocas sedimentarias, aunque resulta complejo, sirve para realizar una primera clasificación (grano grueso: conglomerados, brechas y algunas areniscas; grano medio: areniscas; grano fino: arcillita, lutita).


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TEXTURA, FACTOR DE TEXTURA Y ESTRUCTURA En la literatura geológica se utilizan estos términos de formas muy diferentes y ambiguas. Se hace necesario por tanto definirlos claramente para su uso geotécnico: TEXTURA - Se refiere a la apariencia física general de los granos individuales de la matriz rocosa (tamaño, forma, grado de cristalización, disposición de los elementos). FACTOR DE TEXTURA - Es la relación entre los granos, el modo en que están distribuidos dentro de la matriz rocosa (orientaciones irregulares, orientaciones preferentes, esquistosidad, etc). ESTRUCTURA - Hace referencia a una escala mayor: homogeneidad (misma apariencia de toda la masa rocosa); bandeado (capas de diferente composición mineral); exfoliación, etc. Por tanto, la textura y el factor de textura hacen referencia a la matriz rocosa, mientras que la estructura se refiere al macizo rocoso y tiene más interés para la Ingeniería Civil pues su influencia puede ser muy grande, pues influirá notablemente (junto con el factor de textura) en la anisotropía de alguna propiedades (p.e. la resistencia). Tanto la textura como el factor de textura puede requerir el uso de lupas o la obtención de láminas delgadas de roca para su observación bajo el microscopio. Son muy variados los términos utilizados para definir la textura de la matriz rocosa, siendo los más habituales: - CRISTALINA - CRIPTOCRISTALINA - GRANULAR - PORFÍDICA - VÍTREA - AMORFA


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De las descripciones que se dan a continuación de estos términos se deduce que existen dos texturas básicas (cristalina y amorfa), siendo el resto combinaciones de ambas o matizaciones (a veces no totalmente diferenciadas).

TEXTURA CRISTALINA:

Cuando la roca está compuesta por cristales (es decir, sus átomos constituyentes están dispuestos según una red periódica).

Id. CRIPTOCRISTALINA:

Cuando los cristales son muy pequeños (algunos µm) incluso difíciles de ver al microscopio.

TEXTURA GRANULAR:

Se aplica a las rocas que presentan asociaciones de cristales (o granos) todos ellos visibles a simple vista.

TEXTURA PORFÍDICA:

En las rocas que presentan cristales de gran tamaño dispersos en una pasta afanítica (sin cristales visibles)

TEXTURA VÍTREA:

En las rocas constituidas enteramente, o en gran parte, por vidrio; el vidrio es el magma que ha enfriado rápidamente sin cristalizar, pudiendo presentarse en proporciones variables, como matriz que engloba a los cristales.

TEXTURA AMORFA:

La de aquellas sustancias minerales que no son cristalinas (si sus átomos constituyentes no están dispuestos según una red periódica).


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METEORIZACIÓN Y ALTERACIÓN Tanto la meteorización como la alteración se refieren a procesos destructivos, físicos o químicos, que provocan cambios en las propiedades de las rocas. Se considera meteorización a cualquier proceso destructivo debido a la acción directa del clima y a procesos superficiales; es decir, procesos mecánicos y/o químicos en la superficie, o cerca de ella, que se traducen en una descomposición de los minerales originales (primarios) con la formación de otros diferentes (secundarios). La alteración son los cambios en la composición química o mineralógica producida por las aguas subterráneas o los fluidos hidrotermales. Puede ser difícil distinguir entre los efectos de la alteración y de la meteorización, pero mientras estos últimos se extinguen irremediablemente con la profundidad, la alteración pueden originarse y producirse a profundidades considerables. En muchas ocasiones se utiliza el termino “alteración” para describir los cambios mineralógicos o mecánicos definitivos de ambos fenómenos; en este sentido, en la tabla 11 se resumen los principales tipos de alteraciones que pueden producirse. Tanto la meteorización como la alteración tienden a producir deterioro en las cualidades de la roca, y, aunque ambas tienen lugar en la matriz rocosa, sus procesos y efectos están fuertemente ligados a las discontinuidades del macizo; en muchas ocasiones para apreciar y explicar claramente será necesario considerar una escala que contemple la estructura del macizo, así como sus condicionantes locales o regionales 4.

4

Por ejemplo, pueden estar muy activadas por causas tectónicas: Falla è Rotura de la roca è Mayor permeabilidad è Alteración química por el agua.


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TABLA 11 – PRINCIPALES TIPOS DE ALTERACIÓN ALTERACIÓN

CARACTERÍSTICAS, EFECTOS Y CLASES - ABERTURA DE DISCONTINUIDADES EXISTENTES - FORMACIÓN DE NUEVAS DISCONTINUIDADES POR FRACTURA DE LA ROCA

MECÁNICA

- ABERTURA DE LOS BORDES DE LOS GRANOS - FRACTURA O CLIVAJE DE LOS GRANOS MINERALES - PROPICIA LA APARICIÓN Y AVANCE DEL RESTO DE LAS ALTERACIONES

- EROSIÓN

POR OTRAS ROCAS (ARENAS TRANSPORTADAS POR EL VIENTO) METEORIZACIÓN SUPERIOR (RÍOS Y MARES)

FÍSICA -GELIVACIÓN

SE PRODUCE EN CICLOS FRECUENTES DE HELADAS (EN ESPAÑA A COTAS SUPERIORES A 1000 m)

- HIDRÓLISIS

DE LOS MINERALES SILICATADOS ES EL PROCESO DE METEORIZACIÓN MÁS IMPORTANTE DE LAS ROCAS ÍGNEAS Y DE MUCHAS METAMÓRFICAS (EJEMPLO MÁS CONOCIDO: METEORIZACIÓN DEL GRANITO) DEPENDE BÁSICAMENTE DEL ACCESO DE AGUA Y DEL CLIMA

- HINCHAMIENTO

DE LOS COMPONENTES ARCILLOSOS

- EXPANSIÓN

EN LAS ROCAS PELÍTICAS, METAMÓRFICAS O SEDIMENTARIAS PUEDEN PROVOCAR ROTURAS EXPLOSIVAS

QUÍMICA - DISOLUCIÓN

DE LOS MINERALES CARBONATADOS POR ATAQUE DE AGUAS ACIDAS EL ATAQUE SE VE FACILITADO POR ELEMENTOS ACIDIFICANTES (EL EJEMPLO CLÁSICO ES LA DISOLUCIÓN DE CALIZAS Y /O DOLOMÍAS PARA PRODUCIR LOS FENÓMENOS KÁRSTICOS)

- OTROS

ATAQUES QUÍMICOS DIVERSOS CRISTALIZACIÓN DE SALES (ROCAS MONUMENTALES)


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De cara a describir la meteorización o alteración de la roca, en la tabla 12 se recoge la escala de meteorización propuesta por la ISRM (1977); en ella se utilizan una serie de términos que se definen a continuación:

ROCA FRESCA O SANA

Roca no meteorizada, sin signos de alteración.

ROCA DECOLORADA

Cambia el color original, en un grado identificable. Si el cambio de color es debido a algún mineral en particular, debe indicarse. Existen distintos procesos y colores (rojo: oxidación, compuestos férricos; marrón: oxidación; amarillo: aparición de limonita)

ROCA DESCOMPUESTA

Meteorizada, con perdida de cohesión, hasta suelo. La fábrica del material está intacta, pero al guno o todos los granos minerales están descompuestos.

ROCA DESINTEGRADA

Meteorizada, con perdida de cohesión, hasta suelo. La fábrica del material puede o no estar intacta. La roca tiene aspecto de “machacada”. La roca es friable, pero los granos minerales no se han descompuesto.

Todos estos términos pueden matizarse con subdivisiones mediante adjetivos intermedios, siendo los comúnmente utilizados: - DÉBILMENTE, LIGERAMENTE - MODERADAMENTE - BASTANTE - MUY - ALTAMENTE, EXTREMADAMENTE - COMPLETAMENTE.


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TABLA 12 – ESCALA DE METEORIZACIÓN DEL MACIZO ROCOSO (ISRM, 1977) GRADO

SÍMBOLO

TERMINO (DENOMINACIÓN)

METEORIZACIÓN

SIN SIGNOS VISIBLES DE ALTERACIÓN EN LA

Ia F

SANO O FRESCO

-

ROCA MATRIZ. DÉBIL DECOLORACIÓN EN LAS

Ib

II

DESCRIPCIÓN

(% DE ROCA DESCOMPUESTA)

DISCONTINUIDADES PRINCIPALES.

SW

LIGERAMENTE ALTERADO

CON DECOLORACIÓN GENERAL, INDICANDO LA

< 10 %

ALTERACIÓN DE LA ROCA MATRIZ Y DISCONTINUIDADES. MENOS DE LA MITAD DE LA ROCA ESTÁ DESCOMPUESTA Y/O DESINTEGRADA A SUELO.

III

MW

MODERADAMENTE ALTERADO

10 - 50 %

PUEDEN PRESENTARSE ZONAS DE ROCA SANA Y DECOLORADA, BIEN FORMANDO UN MARCO CONTINUO O BIEN COMO BLOQUES O NÚCLEOS SANOS. MAS DE LA MITAD DE LA ROCA ESTÁ DESCOMPUESTA Y/O DESINTEGRADA A SUELO.

IV

HW

ALTAMENTE ALTERADO

50 - 90 %

PUEDEN PRESENTARSE ZONAS DE ROCA SANA Y DECOLORADA, BIEN FORMANDO UN MARCO CONTINUO O BIEN COMO BLOQUES O NÚCLEOS SANOS. TODA LA ROCA ESTÁ DESCOMPUESTA Y/O

V

CS

COMPLETAMENTE ALTERADO

> 90 %

DESINTEGRADA A SUELO. LA ESTRUCTURA ORIGINAL DEL MACIZO ESTÁ TODAVÍA FUNDAMENTALMENTE INTACTA. TODO EL MATERIAL ROCOSO SE HA CONVERTIDO EN SUELO.

VI

RS

SUELO RESIDUAL

SE HAN DESTRUIDO LA ESTRUCTURA DEL

100 %

MACIZO Y DEL MATERIAL. SE HA PRODUCIDO UN GRAN CAMBIO DE VOLUMEN, PERO EL SUELO NO HA SIDO TRANSPORTADO DE MODO SIGNIFICATIVO.

OBSERVACIONES :

El sistema fue desarrollado para granito y rocas ígneas, donde se produce un proceso de meteorización gradual. En pizarras y/o esquistos solo se considerarán los grados I,II, IV y VI; las calizas no se alteran, se disuelven, así, será más lógico expresiones del tipo: “caliza sana, sin síntomas de disolución”, “caliza con las superficies atacadas”, “caliza con arcilla roja (restos de la disolución)”, etc.


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PROPIEDADES ÍNDICE Se entiende como propiedades índice aquellas que sirven de “indicadores” de algunas propiedades y de las relaciones entre las fases de la roca. Las “ fases” se corresponden con las del modelo tradicional trifásico de l a Mecánica del Suelo: FASE SÓLIDA:

Formada por los materiales o partículas sólidas.

FASE LÍQUIDA:

Formada por el agua contenida en la roca (gravitacional, capilar, higroscópica y vapor de agua contenido en la fase gaseosa, excluyendo el agua combinada químicamente con los minerales, que forma parte de la fase sólida)

FASE GASEOSA:

Constituida por los huecos que dejan entre si las partículas (cristales, granos o pasta amorfa) incluso los huecos interiores de las propias partículas. En Mecánica de Rocas es importante diferenciar entre los huecos accesibles (interconectados con el exterior) y los inaccesibles.

Las propiedades índice se clasifican según sean parámetros de estado o propiedades intrínsecas y según se trate de relaciones másicas, volumétricas o de masavolumen, tal y como se indica en la tabla 13, donde se maneja la nomenclatura que se utiliza habitualmente.

TABLA 13 - CLASIFICACIÓN DE LAS PROPIEDADES ÍNDICE

RELACIONES MÁSICAS

PARÁMETROS DE ESTADO

PROPIEDADES INTRINSECAS

HUMEDAD

-

ÍNDICE DE HUECOS RELACIONES

POROSIDAD

VOLUMÉTRICAS

POROSIDAD EFICAZ

-

GRADO DE SATURACIÓN DENSIDAD APARENTE RELACIONES

(DENSIDAD SECA)

PESO ESPECIFICO DE LAS PARTÍCULAS

MASA-VOLUMEN

(DENSIDAD SATURADA)

(PESO ESPECIFICO RELATIVO DE LAS PARTÍCULAS)

(DENSIDAD SUMERGIDA)


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PESO ESPECIFICO DE LAS PARTÍCULAS El peso especifico de las partículas de una roca ( ?s ), se deberá obtener como la suma ponderada de los pesos específicos de los minerales que la constituyen. Tradicionalmente se maneja el concepto de peso especifico relativo de las partículas, generalmente referido al agua a 20ºC:

GS = ?s / ?w de esta forma el peso especifico relativo de una roca será:

Gs = Σ Ci Gsi donde C i es la proporción de los distintos minerales y G si el peso especifico relativo de cada uno de esos minerales. En la tabla 14 se presentan los pesos específicos de algunos minerales.

TABLA 14 - PESOS ESPECÍFICOS RELATIVOS DE VARIOS MINERALES MINERAL

GS

HALITA

2,10 - 2,60

YESO

2,30 - 2,40

SERPENTINITA

2,30 - 2,60

ORTOCLASA

2,50 - 2,60

CALCEDONIA

2,60 - 2,64

CUARZO

2,65

PLAGIOCLASA

2,60 - 2,80

CLORITA e ILLITA

2,60 - 3,00

MICA

2,70 - 3,10

CALCITA

2,70

MOSCOVITA

2,70 - 3,00

BIOTITA

2,80 - 3,10

DOLOMITA

2,80 - 3,10

ANHIDRITA

2,90 - 3,00


MINERAL

GS

FLUORITA

3,10 - 3,20

PIROXENO

3,20 - 3,60

OLIVINOS

3,20 - 3,60

CORINDON

4,00 - 4,10

BARITA

4,30 - 4,60

MAGNETITA

4,40 - 5,20

PIRITA

4,90 - 5,20

ARSENOPIRITA

6,00 - 6,10

CASITERITA

7,00

GALENA

7,40 - 7,60

CINABRIO

8,10

COBRE

8,90

PLATA

10,50

PLATINO

14,00 - 19,00

ORO

15,00 - 20,00

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POROSIDAD La porosidad de una roca está relacionada con la estructura cristalina de la misma y con su génesis y nivel de alteración posterior; es importante distinguir entre la porosidad total y la eficaz (debida únicamente a los poros intercomunicados entre si y que será la responsable de la permeabilidad primaria). En la tabla 15 se muestran las porosidades típicas de varios tipos de roca. En general las rocas ígneas y metamórfica tienen una porosidad muy baja, mientras que en las sedimentarias (areniscas, pizarras y calizas) suele ser bastante superior, al igual que algunas rocas de origen volcánico (p.e. riolitas y andesitas) debido a las vacuolas que presentan en su interior.

TABLA 15 - POROSIDAD DE VARIOS TIPOS DE ROCA ROCAS BÁSICAS

< 0,5

GRANITO

SANO ALTERADO MUY ALTERADO DESCOMPUESTO

0-1 1-5 5 - 15 > 15

CALIZA

MÁRMOL COMPACTA MEDIA-FLOJA TOBA/ARECIFAL/CRETA

<1 1-6 6 - 12 20 - 40

ARENISCA

COMPACTA MEDIA FLOJA

<3 3 - 15 > 15

ESQUISTOS PIZARRAS LUTITAS

MUY COMPACTOS COMPACTOS MEDIOS FLOJOS


<3 3 - 7,5 7,5 - 20 > 20

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La porosidad influye directamente en otras características de la matriz rocosa, fundamentalmente en la resistencia a compresión simple y en la meteorización; a modo de ejemplo, en la tabla 16 se muestra la alterabilidad previsible en los granitos en función de la porosidad.

TABLA 16 - ALTERABILIDAD DE LOS GRANITOS EN FUNCIÓN DE LA POROSIDAD POROSIDAD (%)

ALTERABILIDAD

<1

MUY DÉBIL

1 - 2,5

DÉBIL PERO APRECIABLE

2,5 - 5

FUERTE

>5

MUY GRANDE

Según algunos autores dentro del volumen de huecos debe distinguirse entre los poros y las fisuras; los primeros son, al menos originariamente, redondeados (más o menos subesféricos) mientras que las fisuras tienen forma alargada, bidimensional, de grieta plana. Puede ser importante la identificación de los tipos de huecos para comprender el comportamiento de una roca; p.e un volumen de huecos del tipo fisura, de un 2%, en un granito, implica una reducción de la resistencia del 50%; por contra, en una roca sedimentaria (arenisca o caliza) se debe alcanzar un 20% de huecos del tipo poro para que se produzca la misma reducción de la resistencia. Las fisuras empeoran notablemente la calidad mecánica de las rocas (resistencia y módulo de deformabilidad), proporcionan un comportamiento anisótropo en relación a algunas propiedades (permeabilidad, resistencia, deformabilidad,...) y aumentan la fragilidad, pues en los extremos de las fisuras se producen grandes concentraciones de tensiones. Finalmente, las fisuras incrementan la dispersión de los resultados obtenidos en los ensayos, aspecto a tener en cuenta a la hora de programar una campaña de ensayos y, fundamentalmente, al interpretar los mismos.


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PESO ESPECIFICO (DENSIDAD) La densidad suministra información sobre la mineralogía de la roca y su compacidad. Dependerá de los pesos específicos de los granos minerales que la formen y además estará fuertemente influenciada por l a porosidad que posea. La densidad (o peso especifico) medio de las rocas es de 26 KN/m 3. De la observación de las tablas 14 Y 15 cabe deducir que la densidad de las rocas, presentará un abanico de variabilidad bastante amplio, pero dentro de un rango numérico muy estrecho. En la tabla 17 se presentan los pesos específicos medios de las rocas más corrientes; en la tabla 18 se muestra la oscilación de la densidad de las rocas en función del grado de metamorfismo; en la tabla 19 la densidad media y su oscilación de lagunas rocas efusivas y en la tabla 20 las densidades y porosidades de rocas intrusivas.

TABLA 17 - PESOS ESPECÍFICOS MEDIOS DE LAS ROCAS MÁS CORRIENTES Según GOODMAN (1980) con datos de CLARK (1966), DAVIS y DEWEIST (1966) KN/m3

ROCA PLUTONICAS granito

26,0

diorita

27,0

sienita

25,0

gabro

29,4

basalto

27,1

micaesquisto

27,6

anfibolita

29,3

mármol

27,0

cuarzo

27,6

caliza

26,5

yeso

22,5

sal

20,6

VOLCANICAS METAMORFICAS

SEDIMENTARIAS

pizarra


22,1 - 25,7

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TABLA 18 - OSCILACIÓN DE LA DENSIDAD EN FUNCIÓN DEL GRADO DE METAMORFISMO GRADO DE

ROCA

DENSIDAD (Tn/m 3)

PIZARRAS CUARZO-SERICITICAS

2,42 - 2,88

PIZARRAS CUARZO-CLORITICAS

2,62 - 2,60

PIZARRAS SERICITICAS

2,61 - 2,72

PIZARRAS CLORITICAS

2,57 - 2,61

PIZARRAS DE BIOTITA

2,67 - 2,68

PIZARRAS DE GRAFITO

2,44 - 2,99

PIZARRAS DE ANFIBOLITA

2,97 - 3,00

GNEISS BIOTITICO. - PLAGIOCLASICOS

2,63 - 2,73

ANFIBOLITAS

2,72 - 3,27

MAGMATITAS

2,68 - 2,70

CUARCITAS

2,57 - 2,68

METAMORFISMO

BAJO

MEDIO

ALTO

TABLA 19 - DENSIDAD EN ROCAS EFUSIVAS DENSIDAD (Tn/m3) ROCA MEDIA

OSCILACIÓN

PORFIDO CUARZOSO

2,35

2,14 - 2,59

ANDESITA

2,49

2,07 - 2,68

ANDESITA PORFIRITICA

2,54

2,20 - 2,85

DIABASA

2,79

2,62 - 2,95

TABLA 20 - DENSIDADES Y POROSIDADES EN ROCAS INTRUSIVAS DENSIDAD (Tn/m3)

POROSIDAD (%)

ROCA MEDIA

OSCILACIÓN

MEDIA

MÍNIMA

MÁXIMA

GRANITO BIOTITICO

2,57

2,53 - 2,70

2,7

0,4

5,2

GRANODIORITA

2,69

2,62 - 2,78

1,8

1,1

2,9

SIENITA

2,66

2,45 - 2,70

2,5

0,7

5,0

DIORITA

2,81

2,67 - 2,92

2,9

1,8

5,1

GABRO

2,95

2,85 - 3,05

1,3

0,3

3,5


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RESISTENCIA DE LA MATRIZ ROCOSA En principio podría considerarse que no es necesario conocer la resistencia de la roca matriz (o “roca intacta”) con gran precisión, ya que la resistencia del macizo vendrá condicionada por la existencia y características de las discontinuidades. Pero resultará imprescindible en el caso de rocas masivas, y en las diaclasadas para obtener la resistencia al corte de las discontinuidades. Por otra parte, es un parámetro fundamental en algunas clasificaciones (en concreto para el RMR de Bieniawski). La “resistencia” es el máximo esfuerzo que puede soportar una roca sin romperse, midiéndose por la carga de rotura. El tipo de esfuerzo y el criterio de rotura determinaran la clase de resistencia: - RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN UNIAXIAL - RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN BIAXIAL - RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN TRIAXIAL - RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN TRIAXIAL GENUINA - RESISTENCIA A LA CARGA PUNTUAL - RESISTENCIA A LA TRACCIÓN - RESISTENCIA A LA FLEXO-TRACCIÓN - RESISTENCIA A ESFUERZO CORTANTE De todas ellas la más utilizada es la resistencia a compresión simple (compresión uniaxial), tanto para el cálculo como para obtener, mediante clasificaciones ingenieriles, otras características del material. En la tabla 6 se presentó un resumen de las diversas clasificaciones de las rocas basadas en la resistencia a compresión simple (se suele denominar con los símbolos s c ó CO) . En la tabla 21 se presenta una amplia panorámica de los valores de la resistencia a compresión simple de distintas rocas.


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TABLA 21 - RESISTENCIA A COMPRESIÓN SIMPLE DE ALGUNAS ROCAS

ROCA

s C (MPa)

ANDESITA

40 - 320

ANFIBOLITA

210 - 520

ANHIDRITA

42

ARCILLA ESQUISTOSA

39 - 54

ARENISCA

4 - 320

BASALTO

15 - 420

CALIZA

4 - 330

CORNEANA

34 - 120

CUARCITA

90 - 470

DIABASA

120 - 500

DIORITA

86 - 340

DOLOMIA

36 - 560

ESQUISTO

12 - 230

GABRO

150 - 280

GNEIS

42 - 250

GRANITO

10 - 300

GRANODIORITA

100 - 280

GRAUWACA

27 - 61

MARGA

3 - 197

MÁRMOL

47 - 240

MICAESQUISTO

20 - 65

PEDERNAL

120 - 150

PIZARRA

27 - 320

PORFIDO

140 - 250

RIOLITA

80 - 160

SAL

21 - 35

YESO

45 – 150


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TABLA 22 - PRINCIPALES ENSAYOS PARA LA OBTENCIÓN DE CO APLICACIÓN EN

MÉTODO

SE OBTIENE Co POR

INDICES MANUALES

ESTIMACIÓN

(ENSAYO ORGANOLÉPTICO)

SUBJETIVA

ESCLERÓMETRO SCHMIDT

ESTIMACIÓN OBJETIVA

CAMPO COMPRESIÓN PUNTUAL (FRANKLIN)

LABORATORIO

CORRELACIÓN

BRASILEÑO COMPRESIÓN UNIAXIAL

MEDICIÓN DIRECTA

Observando la tabla 21 se aprecia el amplio abanico de valores que, para una misma roca, puede alcanzar la resistencia a compresión simple; esto es debido a que hay multitud de factores que influyen, que se pueden clasificar en: INTRÍNSECOS:

TIPO DE ROCA (factor condicionante básico). GRADO DE MICROFISURACIÓN POROSIDAD y GRADO DE METEORIZACIÓN

EXTRÍNSECOS:

Serán factores propios del método o ensayo que se utilice para la determinación la resistencia a compresión simple. En los ensayos organolépticos primará la subjetividad de quien realice el ensayo y su nivel de entrenamiento. En los ensayos de correlación, además de los factores propios del ensayo, influirá notablemente la bondad de la correlación y el grado de investigación en que esté basada. En el ensayo de compresión uniaxial: • • • • • • •

Rugosidad de las bases Paralelismo de las bases Relación altura diámetro Tamaño de la probeta Grado de saturación Velocidad de carga Rigidez de la máquina de ensayo


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DUREZA Y ABRASIVIDAD La dureza de las rocas es la propiedad que define su resistencia a la abrasividad. Si dos sustancias de distinta dureza se frotan entre sí, la de menor dureza sufre desgastes y pequeñas roturas superficiales. Suele decirse que la sustancia de mayor dureza “raya” a la otra. La dureza relativa de las rocas se mide tradicionalmente por la escala de MOHS que ordena diez minerales determinados por orden de dureza asignándoles valores arbitrarios de 1 a 10 (tabla 23).

TABLA 23 - ESCALA DE DUREZA DE MOHS MINERAL

DUREZA

TALCO

1

YESO

2

CALCITA

3

FLUORITA

4

APATITO

5

ORTOSA

6

CUARZO

7

TOPACIO

8

CORINDÓN

9

DIAMANTE

10

ELEMENTO COMÚN DE COMPARACIÓN

UÑA (2-3) MONEDA (3-4)

NAVAJA (6)

La abrasividad interesa fundamentalmente como la propiedad que caracteriza la capacidad de la roca para desgastar los materiales utilizados en los útiles de arranque. El mineral abrasivo más abundante en las rocas es la sílice (Si O 2 ); es normal que se considere abrasiva cualquier roca que contenga más del 75 % de sílice y esté bien cementada


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LAS DISCONTINUIDADES DEL MACIZO ROCOSO Se considera que una discontinuidad es “ un plano de debilidad dentro de la roca, a través del cual el material que constituye la roca se vuelve estructuralmente discontinuo y presenta una resistencia a tracción nula o muy pequeña, o menor que la de la roca matriz, a los niveles de tensión generalmente aplicables en la ingeniería.”5. Las discontinuidades, además de presentar una enorme variedad de formas, tienen también orígenes muy distintos, pero pueden ser consideradas en dos grandes grupos:

? las que se presentan en paquetes o sistemas: FAMILIAS. - diaclasas, estratificación, ... - son susceptibles de tratamiento estadístico. ? las que se presentan únicas: INDIVIDUALIZADAS . - por ejemplo las fallas - deben de tratarse individualmente La existencia de discontinuidades en la matriz rocosa se traducirá en un cambio de propiedades de la misma: se reducirá la resistencia, aumentará la deformabilidad y la permeabilidad, ...; que esto ocurra en mayor o menor grado dependerá tanto del número de discontinuidades como de la dirección de las mismas, así como de su extensión, de su apertura, del posible relleno que contengan, de la presencia de agua en ellas,..; y ocurrirá así con las familias de discontinuidades y con las individualizadas.

Las propiedades de las discontinuidades pueden depender en gran medida de su origen, siendo por tanto interesante diferenciarlo claramente; en la tabla 24 se muestra la clasificación genética de los principales tipos de discontinuidades, con sus características más definitorias. En la tabla 25 se presenta una clasificación practica de discontinuidades. 5

Tomado de “La descripción de los macizos rocosos en los trabajos de ingeniería” del Grupo de Trabajo de Ingeniería de la Sociedad Geológica de Londres.


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TABLA 24 - CLASIFICACIÓN GENÉTICA DE LAS DISCONTINUIDADES

FALLAS

INDIVIDUALIDAD GRAN SUPERFICIE CONTINUIDAD REGIONAL SALTO APRECIABLE HUELLAS DE MOVIMIENTO

JUNTAS

AGRUPACIÓN EN FAMILIAS POCA PERSISTENCIA SALTO NO APRECIABLE RELATIVAMENTE LISAS

GRIETAS

ABIERTAS CON FRECUENCIA RELLENAS MUY CORTAS MUY RUGOSOS MUY CORTOS

ESTILOLITOS

TECTONIZACIÓN INTENSA DEBILITAMIENTO ESTRUCTURAL

ZONAS NO PLANAS

TABLA 25 - CLASIFICACIÓN PRÁCTICA DE DISCONTINUIDADES CERRADAS JUNTAS (Y FALLAS)

CONTINUAS VACIAS ABIERTAS

DISCONTINUAS CON RELLENO “SHEAR ZONES” “CRUSHED ZONES” DIQUES

ZONAS DE DISCONTINUIDAD

PRINCIPALES PROPIEDADES DE LAS DISCONTINUIDADES: Del CONJUNTO de todas:

Número de familias. Índices volumétricos – Bloque tipo – Jv – RQD.

De UNA FAMILIA determinada:

Génesis. Orientación. Continuidad. Espaciamiento.

De UNA JUNTA concreta:

Rugosidad. Apertura – acoplamiento. Relleno. Flujo de agua. Alteración y resistencia de los labios.


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ORIENTACIÓN Y NÚMERO DE FAMILIAS La orientación de una discontinuidad en el espacio se describe por el

BUZAMIENTO, o ángulo de inclinación de la línea de máxima pendiente, y por la DIRECCIÓN DEL BUZAMIENTO, medido desde el Norte y en sentido horario (azimut). No debe confundirse la dirección del buzamiento con la dirección de la discontinuidad, que se diferencia de aquel en 90º (ver figura). El orden de registro de una orientación es:

DIRECCIÓN DEL BUZAMIENTO / BUZAMIENTO Ejemplo: 010º/05º Este par de números representa el VECTOR DE BUZAMIENTO.

La orientación controla en gran medida la posibilidad de condiciones inestables o de grandes deformaciones. Su importancia se incrementa cuando se presentan simultáneamente otras condiciones para la inestabilidad, tales como baja resistencia a corte, suficiente número de discontinuidades o familias para la ocurrencia del deslizamiento, etc. José Bernardo Serón Gáñez M. Elvira Garrido de la Torre Departamento de Ingenieria del Terreno – U.P.V.

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La red de discontinuidades del macizo estará formada por las juntas en familias y las individualizadas. El número de familias de juntas que presente un macizo, junto con la orientación relativa y el número de las que se cortan entre sí, determina la forma y tamaño de los bloques individuales que comprende el macizo; y será de gran importancia para comportamiento. Se consideran nueve tipos de macizos en función de la red de discontinuidades (tabla 26). Debe distinguirse entre:

FAMILIAS SISTEMÁTICAS (distribuidas en todo el macizo) FAMILIAS NO SISTEMÁTICAS (generalmente distribuidas aleatoriamente) JUNTAS OCASIONALES (no agrupables en familias y distribuidas aleatoriamente) TABLA 26 - TIPOS DE REDES DE DISCONTINUIDADES TIPO

DESCRIPCIÓN

I

MASIVO O CON JUNTAS OCASIONALES

II

UNA FAMILIA

III

UNA FAMILIA Y OCASIONALES

IV

DOS FAMILIAS

V

DOS FAMILIAS Y OCASIONALES

VI

TRES FAMILIAS

VII

TRES FAMILIAS Y OCASIONALES

VIII

CUATRO O MÁS FAMILIAS

IX

TRITURADO


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ESPACIAMIENTO, CONTINUIDAD y TAMAÑO DE BLOQUE El ESPACIAMIENTO es la mínima distancia que hay entre dos discontinuidades adyacentes de una misma familia.

TABLA 27 - CLASIFICACIÓN DEL ESPACIAMIENTO (ISRM) EXTREMADAMENTE PRÓXIMO

< 0,02 m

MUY PRÓXIMO

0,02 - 0,06 m

PRÓXIMO

0,06 - 0,2 m

MODERADO

0,2 - 0,6 m

ANCHO

0,6 - 2 m

MUY ANCHO

2 -6m

EXTREMADAMENTE ANCHO

>6m

TABLA 28 - CLASIFICACIÓN DEL ESPACIAMIENTO (BIENIAWSKI) DESCRIPCIÓN

ESPACIAMIENTO

CONDICIÓN DEL MACIZO

MUY SEPARADAS

>2m

SÓLIDO

SEPARADAS

2 - 0,6 m

MASIVO

MEDIANAMENTE SEPARADAS

0,6 - 0,2 m

CON BLOQUES / ESTRATOS

PRÓXIMAS

0,2 - 0,06 m

FRACTURADO

MUY PRÓXIMAS

< 0,06 m

MUY FRACTURADO


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Según MÜLLER, la PERSISTENCIA o CONTINUIDAD es el cociente entre el área soldada y el área total de una discontinuidad; es decir:

K = A C / A donde:

K = persistencia; A C = Área soldada; A =Área total.

La ISRM clasifica las juntas en tres tipos:

PERSISTENTES:

Son continuas en toda la zona de estudio

SUBPERSISTENTES:

Con puentes de roca y/o saltos.

NO PERSISTENTES:

No continuas.

En la figura se pueden ver ejemplos idealizados de familias de los distintos tipos.


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El TAMAÑO DE BLOQUE viene definido por el número de familias, el espaciamiento y la persistencia de las discontinuidades. La forma del bloque dependerá del número de familias y de la orientación. El tamaño de bloque puede describirse por:

INDICE DE TAMAÑO DE BLOQUE ( I b ), estimando en varios bloques el valor valor medio de las dimensiones (no es muy fiable si el número de familias es menor de tres):

I b = Σ

S i n

NÚMERO DE JUNTAS POR m 3 ,( J V ) :

J v = Σ

1 S i

siendo Si el espaciamiento medio (no el modal) de cada una de las familias. En función del número de juntas por m 3 los bloques se clasifican en:

TABLA 29 - DESCRIPCIÓN DEL TAMAÑO DE BLOQUE DESCRIPCIÓN

JV

MASIVO BLOQUE GRANDE BLOQUE MEDIO BLOQUE PEQUEÑO BLOQUE MUY PEQUEÑO TRITURADO

<1 1-3 3 - 10 10 - 30 > 30 > 60


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Para dar una impresión del tamaño y forma del bloque, los macizos rocosos pueden describirse, según la ISRM, tal y como se muestra en la tabla 30; en la figura se muestran unos esquemas de ejemplo.

TABLA 30 - DESCRIPCIÓN DEL MACIZO EN FUNCIÓN DE LOS BLOQUES MASIVO

Pocas juntas o muy ampliamente espaciadas

EN BLOQUES

Aproximadamente equidimensionales

TABULAR

Una dimensión es considerablemente más pequeña que las otras dos

COLUMNAR

Una dimensión es considerablemente más grande que las otras dos

IRREGULAR

Con grandes variaciones en forma y tamaño de bloques

TRITURADO

Con muchísimas discontinuidades


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RECUPERACIÓN y RQD Estas propiedades no representan directamente ninguna características “tangible” de la roca, obedecen a convencionalismos establecidos por actuaciones del hombre; en concreto los sondeos de reconocimiento.

La RECUPERACIÓN se define como el porcentaje de testigo obtenido respecto de la longitud total del sondeo; en el caso de las rocas suele ser muy alto (valores superiores al 95 %) y no debe establecerse para todo el sondeo,

más

bien

conviene

tramificarlo, como mínimo por formaciones geológicas. El RQD ( ROCK QUALITY

DESIGNATION ), definido por Deere,

es

el

porcentaje

de

recuperación de testigos de más de 10 cm de longitud (en su eje), sin tener en cuenta las roturas frescas

del

perforación,

proceso respecto

de

de la

longitud total del sondeo:

RQD =

Σ Longitud testigos recuperados dem s de 10 cm en el eje

Longitud total del sondeo

100

(Fórmula de Palmström: RQD = 115 – 3,3.Jv)


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RUGOSIDAD, APERTURA, RELLENO y FLUJO DE AGUA La rugosidad de una junta es un componente importantísimo en la resistencia a corte, importancia que disminuye con la apertura, el espesor de rellenos y los desplazamientos previos sufridos; la rugosidad de una junta también puede provocar comportamientos dilatantes cuando se somete a esfuerzos cortantes en su plano a una junta más o menos cerrada y acoplada.

La RUGOSIDAD viene caracterizada por las irregularidades de la superficie. Hay que distinguir entre las “irregularidades de primer orden” u ondulaciones a gran escala (MACRORRUGOSIDAD) y las “irregularidades de segundo orden” a pequeña o mediana escala (MICRORRUGOSIDAD) que se dañan con el corte, a menos que la resistencia a compresión de la superficie sea grande y/o el nivel de tensiones sea bajo.

La ISRM establece una nomenclatura para los distintos perfiles de rugosidad (ver figura en página siguiente) que se presenta en la tabla 31.

TABLA 31 - NOMENCLATURA DE LA ISRM PARA LA RUGOSIDAD DE LAS JUNTAS TIPO

DESCRIPCIÓN

I

RUGOSA ESCALONADA

II

LISA ESCALONADA

II

PULIDA ESCALONADA

IV

RUGOSA ONDULADA

V

LISA ONDULADA

VI

PULIDA ONDULADA

VII

RUGOSA PLANA

VIII

LISA PLANA

IX

PULIDA PLANA


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PERFILES DE RUGOSIDAD SEGÚN LA ISRM

INDICES DE RUGOSIDAD JRC


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La APERTURA es la distancia perpendicular entre las caras de la roca de una discontinuidad, cuyo espacio está relleno de aire o agua. Debe distinguirse entre los siguientes términos.

APERTURA:

aplicable a juntas vacías (solo tienen aire o agua)

ANCHO:

aplicable a juntas con relleno

La ISRM propone la clasificación que aparece en la tabla 32:

TABLA 32 – CLASIFICACIÓN DE LA ISRM PARA LA APERTURA APERTURA

DESCRIPCIÓN

< 0,1 mm 0,1 – 0,25 mm

MUY CERRADA CERRADAS

CERRADA

0,25 – 0,50 mm

ALGO ABIERTA

0,5 – 2,5 mm

ABIERTA

2,5 – 10 mm

ABIERTAS

MODERADAMENTE ANCHA

> 10 mm

ANCHA

1 – 10 cm

MUY ANCHA

10 – 100 cm

MUY ABIERTAS

>1m


EXTREMADAMENTA ANCHA CAVERNOSA

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El RELLENO en una junta es el material, distinto del agua o del aire, que separa las superficies de roca. Los materiales de relleno pueden ser muy variables, y conviene distinguir entre:

AUTÓCTONOS

:proceden de la misma roca

ALÓCTONOS

:han venido del exterior

El estudio de los rellenos es necesario y complejo, y requerirá, entre otras, las consideraciones sobre: § § § § § § § §

RESISTENCIA DEL RELLENO PERMEABILIDAD Y HUMEDAD ESPESOR GRADO DE ALTERACIÓN MINERALOGÍA TAMAÑO DE PARTÍCULAS PLASTICIDAD Etc. Etc. ...

El agua que circula por el macizo rocoso circula, en general, por las juntas. Se tendrá que determinar el FLUJO DE AGUA EN LAS JUNTAS, teniendo en cuenta que cerca de la superficie el flujo tiene carácter estacional. En la tabla 33 se presenta un modo de descripción del flujo en las juntas.

TABLA 33 – FLUJO DE AGUA EN LAS JUNTAS (ROMANA, 1993) JUNTAS SIN RELLENO

JUNTAS CON RELLENO

JUNTA

FLUJO

RELLENO

FLUJO

SECA

Seca

No

Seco

No

LIGERAMENTE HÚMEDA

Manchada

No

Húmedo

No

HÚMEDA

Húmeda

No

Saturado

Alguna gota

GOTEANDO

Mojada

Ocasional

Semilavado

Goteo

FLUYENDO

Mojada

Continuo

Lavado

Continuo

DESCRIPCIÓN


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ALTERACIÓN y RESISTENCIA El estado de los bordes de una discontinuidad tiene gran influencia en su resistencia a compresión, que puede ser menor que la de la propia roca matriz, debida a la alteración o meteorización en las paredes. Tanto en los procesos de alteración como en los de meteorización las discontinuidades son “caminos preferentes” para los agentes que los causan. Todo lo dicho para la alteración de la roca matriz (páginas 22 a 25) es aplicable a la hora de estudiar la alteración de los bordes. Del mismo modo en cuanto a la resistencia (páginas 32 a 34), pero en el caso de las juntas será importantísimo el estudio de la resistencia a corte de la

junta, muy dependiente de la rugosidad, la apertura y el relleno. Es un tema complejo y queda totalmente fuera del programa de este curso.


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CLASIFICACIONES GEOMECÁNICAS ¿Qué son las Clasificaciones Geomecánicas? (Texto tomado de M. Romana) Según el DRAE clasificar es " ordenar o disponer por clases" y se refiere a la tercera acepción de la palabra clase: "orden en que, con arreglo a determinadas condiciones o calidades, se consideran comprendidas diferentes personas o cosas". La palabra orden se define en su cuarta acepción como " serie o sucesión de las cosas" y en su décima acepción se define como "cada uno de los grupos taxonómicos en que se dividen las clases (en botánica y zoología)". Por lo tanto si utilizáramos correctamente el lenguaje sólo nos referiríamos a dos formas de clasificar: •

La primera, ordenar por algún carácter, como por ejemplo ordenar una serie de individuos por su altura o una serie de minerales por su dureza (escala de Mohs)

•

La segunda, definir una serie de clases específicas (como las especies biológicas o taxones) que se diferencian de las demás, no por uno sino por un conjunto de caracteres (como las clasificaciones mineralógicas).

Pero cuando hablemos de "clasificaciones geomecánicas" nos estaremos refiriendo a un proceso que es distinto a los dos descritos anteriormente. Estas llamadas "clasificaciones geomecánicas" son algoritmos aritméticos que permiten asignar a cada caso concreto un

número

que

expresa

algo

que

podríamos

llamar

"calidad

geomecánica". En rigor no estamos clasificando sino valorando. Bieniawski (1997) iniciaba su intervención en el último Seminario EUROCK 97 con la siguiente cita de Lord Kelvin:

" Si puedes medir y expresarlo en números aquello de que estás hablando, sabes algo sobre ello, pero cuando no puedes expresarlo con números tus conocimientos son débiles e insatisfactorios ".


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PRINCIPALES CLASIFICACIONES GEOMECÁNICAS Se han propuesto diversas clasificaciones geomecánicas para la identificación de terrenos; inicialmente para ser aplicadas a la excavación de túneles, aunque posteriormente se han ido modificando o “reconduciendo” para otros ámbitos de aplicación: taludes, cimentaciones, excavabilidad, ... o bien se han desarrollado clasificaciones especificas para esos fines. Se presenta a continuación una lista, no exhaustiva, de las principales clasificaciones. q

Clasificación de Terzaghi (1946)

q

Clasificación de Lauffer (1958)

q

Clasificación de Deere basada en el RQD (1970)

q

Clasificación basada en el índice RSR (1972)

q

Clasificación de la A.F.T.E.S. (1976)

q

Clasificación de la Nihon Doro Kodan (1980)

q

Clasificación RMR de Bieniawski (1973, 79)

q

Clasificación Q de Barton (1975)

q

Clasificación SMR de Romana (1985, 1993)

TABLA 34 – PRINCIPALES CLASIFICACIONES INGENIERILES DE MACIZOS ROCOSOS ACTUALMENTE EN USO (SEGÚN BIENIAWSKI EN 1989)


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LA CLASIFICACIÓN RMR DE BIENIAWSKI Bieniawski (1973) presentó un nuevo sistema de clasificación de macizos rocosos mediante un índice RMR (en inglés " rock mass rating "). Algunos autores llaman a la clasificación de Bieniawski clasificación CSIR, nombre abreviado del organismo sudafricano en el que Bieniawski la desarrolló. En una segunda versión Bieniawski (1976, 1979) estableció la forma actual. El índice numérico del macizo rocoso, RMR básico, es independiente de la estructura a construir y se obtiene sumando las valoraciones atribuidas a cinco parámetros: q

Resistencia de la matriz rocosa a compresión simple (Co)

q

RQD

q

Frecuencia de las juntas (S)

q

Estado de las juntas

q

Agua dentro del macizo rocoso

TABLA 35 – VALORACIÓN DE PARÁMETROS PARA OBTENER EL RMR RMR BÁSICO = Σ VALORES (BIENIAWSKI, 1979) RANGO DE VALORES

PARÁMETRO

<25 5-1 1

RESISTENCIA (MPa) A COMPRESIÓN SIMPLE DE LA MASA ROCOSA

<250

250-100

100-50

50-25

15

12

7

4

RQD (%) ROCK QUALITY DESIGNATION

100-90

90-75

75-50

50-25

20

17

13

8

3

ESPACIAMIENTO (mm) SEPARACIÓN ENTRE JUNTAS

>2000

2000-600

600-200

200-60

<60

CONDICIÓN DE LAS JUNTAS RUGOSIDAD,PERSISTENCIA, APERTURA, METEORIZACIÓN DE BORDES Y RELLENO FLUJO DE AGUA EN LAS JUNTAS (RAZÓN DE PRESIONES INTERSTICIALES)

25-5 2

<1 0

<25

20

15

10

8

5

MUY RUGOSAS CERRADAS BORDES SANOS Y DUROS NO CONTINUAS

ALGO RUGOSAS SEPARACIÓN < 1 mm BORDES ALGO METEORIZADOS

ALGO RUGOSAS SEPARACIÓN < 1 mm BORDES MUY METEORIZADOS

ó ESPEJO DE FALLA ó RELLENO < 5 mm ó SEPARACIÓN 1-5 mm

ó RELLENO BLANDO >5mm ó SEPARACIÓN >5 mm

30

25

20

10

0

SECAS (0)

LIG. HÚMEDAS (0-0.1)

HÚMEDAS (0.1-0.2)

GOTEANDO (0.2-0.5)

FLUYENDO (0.5)

20

7

13

8

3

CONTINUAS

Al valor del RMR básico hay que sumarle un factor de ajuste (tabla 36), que es función de la orientación de las discontinuidades, definido cualitativamente y que tiene valores distintos según se aplique a túneles, cimentaciones o taludes.


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TABLA 36 - FACTORES DE AJUSTE (BIENIAWSKI, 1979, 1989) E L B A R O V A F Y U M

ORIENTACIÓN DE LAS DISCONTINUIDADES →

VALORES

E L B A R O V A F

L A M R O N

E L B A R O V A F S E D

E L B A R O V A F S E D Y U M

TÚNELES

0

-2

-5

-10

-12

CIMENTACIONES

0

-2

-7

-15

-25

TALUDES

0

-5

-25

-50

-60

El resultado de la resta es el índice final RMR, que puede variar entre 0 y 100. Los macizos rocosos se clasifican en 5 clases según el valor de dicho índice. TABLA 37 - Clases de macizo rocoso según el valor del RMR ajustado RMR

100 - 81

80 - 61

60 - 41

40 - 21

20 - 0

CLASE

I

II

III

IV

V

DESCRIPCIÓN

MUY BUENA

BUENA

MEDIA

MALA

MUY MALA

TABLA 38 – RECOMENDACIONES INDICATIVAS PARA LA EXCAVACIÓN Y EL SOSTENIMIENTO DE TÚNELES EXCAVADOS EN ROCA (BIENIAWSKI, 1989)


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LA CLASIFICACIÓN Q DE BARTON La clasificación geomecánica Q (inicial de quality ), también conocida como clasificación de Barton (nombre de su primer autor) o NGI (de Norwegian Geotechnical Institute), se desarrolló inicialmente como una secuela del concepto de RQD. El valor del ÍNDICE DE CALIDAD DE LA MASA ROCOSA Q es:

Q=

RQD J n

x

J r J a

x

J W SRF

donde cada parámetro tiene el siguiente significado: q

RQD

valor del RQD, expresado en tanto por ciento, y como mínimo 10.

q

Jn

parámetro que depende del número de familias de juntas presente en la masa rocosa.

q

Jr

parámetro que depende de la rugosidad de las juntas.

q

Ja

parámetro que depende del grado de meteorización de las juntas.

q

Jw

parámetro que depende de la presencia de agua, y de su presión.

q

SRF

parámetro complejo que depende del estado tensional del macizo (en relación con la resistencia a compresión simple de la matriz rocosa) pero también de la existencia de juntas abiertas o sin relleno) en las cercanías de la superficie.

Es preciso calcular el valor de Q para cada familia de juntas y elegir el menor. Las clases de roca, según el valor de Q, son las siguientes:

TABLA 39 - CLASES DE ROCA SEGÚN EL VALOR DE Q Q

Clase de roca

Equivalente aproximado con el sistema RMR (*)

400 - 1.000 100 – 400 40 – 100 10 – 40 4 – 10 1–4 0.1 - 1 0.01 - 0.1 0.001 - 0.01

Excepcionalmente buena Extremadamente buena Muy buena Buena Normal Mala Muy mala Extremadamente mala Excepcionalmente mala

98 - 100 85 - 90 77 - 85 65 - 77 56 - 65 44 - 56 23 - 44 2 - 23 0-2

(*) añadido siguiendo la correlación RMR = 44 + 9 ln Q José Bernardo Serón Gáñez M. Elvira Garrido de la Torre Departamento de Ingenieria del Terreno – U.P.V.

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LA CLASIFICACIÓN SMR DE ROMANA Romana (1985) presentó la clasificación SMR como un método de determinación de los factores de ajuste adecuados para aplicar la clasificación RMR de Bieniawski a los taludes.

El índice SMR para la clasificación de taludes se obtiene del índice RMR básico sumando un "factor de ajuste", que es función de la orientación de las

juntas (y producto de tres subfactores) y un "factor de excavación" que depende del método utilizado:

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

Depende del paralelismo entre el rumbo de las juntas y el talud.

F2

Depende del buzamiento de la junta en la rotura plana.

F3

Refleja la relación entre los buzamientos de la junta y el talud.

F4

Es el factor de ajuste según el método de excavación.

La valoración de los factores de ajuste se presenta en la tabla 41 Según el valor del índice SMR se obtienen 5 clases de estabilidad de los taludes, definidas simplificadamente en la siguiente tabla:

TABLA 40 – CLASES DE ESTABILIDAD SEGÚN EL SMR Clase nº

V

IV

III

II

I

SMR

0 - 20

21 - 40

41 - 60

61 - 80

81 – 100

Descripción

Muy mala

Mala

Normal

Buena

Muy buena

En la tabla 42 se amplia la tabla anterior, indicando la estabilidad, roturas y sostenimientos correspondientes a cada clase. Se ha comprobado que parece conveniente dividir cada clase en dos subclases, con un rango de 10 puntos cada una de ellas.


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Calculo Estructuras - Mecanica de Rocas - Geotecnia - Muy Bueno

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