CLASIFICACION DE LA MASA ROCOSA
Introducción Cuando no se tiene información d eta Cuando etallada llada sobre la masa rocosa y sus esfue esfuerzos rzos y sobre las características hidrológicas del lugar de un proyecto, el uso de un esque squema ma de cla clasifica sificación ción de la ma masa sa rocos rocosa a pue puede de se serr cons conside idera rable bleme mente nte beneficioso. En el caso más simple, se puede utilizar un esquema de clasificación como un chequeo para asegurar que toda la inf orm ación relevante ha sido c ons iderada. En otro extremo, se puede utilizar uno o más esquemas de masa rocosa, para desarrollar una idea de la composición y u na na m as as a r oc oc o sa sa, a f in in d e p ro ro po po rc rc i on on ar est stima imado dos s reque re querimie rimiento ntos s de sos soste tenimie nimiento nto y de la las s pro propie pieda dade des s deformación de la masa masa rocosa.
clasificación de la características de inici ini cia ale les s de los de re resis siste tenci ncia a y
Es importante entender que el uso de un esquema de clasificación de la masa rocosa no (y no puede) reemplaza a los procedimientos más elaborados de diseño. El uso de los procedimientos de diseño requiere de información relativamente detallada sobre los esfuerzos in situ, las propiedades de la masa rocosa y la secuencia de excavació n planeada. Confo onforme rme se te tenga nga disp disponible onible infor informa mación ción má más s de deta talla llada da,, los esque squema mas s de clasifica cla sificación ción de la ma masa sa roco rocosa sa de debe berá rán n se serr actua ctualiz liza ados y utiliz utiliza ados en conjunt o con los análisis específicos específicos del del siti o.
Antt ec An eced eden entt es so s o b r e clas cl asii f i c ac acii on es de l a mas a roc ro c o s a en ingeniería Ritt er (18 (1879 79): ): Primer Primer int ento de formalizar un enfoque empírico empírico para el diseño de túneles, en en p articular para determinar los reque requerim rim ientos de sostenimiento. Terzaghi (1956): Primera (1956): Primera referencia referencia sobre el uso de una clasificación de l a masa roc osa para el diseño del sostenim iento de tún eles, con ci mbr as. Lauffer (1958): Clasificación que involucra el tiempo de autosostenimiento para túneles. Deere et al. (1 Deere (196 964) 4):: Indice RQD (Designación de la Calidad de la Roca), para proveerr un estima provee estimado do cua cuantitativo ntitativo de la calidad calidad de l a masa rocosa, rocosa, a partir de lo s testigos d e la perforación diamantina. Wickham et al.(1972): Método al.(1972): Método cuantitativo para describir la calidad de una masa rocosa rocos a y pa para ra se sele leccio cciona narr el sost soste enimie nimiento, nto, en ba base se a la Valora loración ción de la Estructura Rocosa (RSR (RSR - Rock Struc Structure ture Rating). Primer Primer siste sistema ma que ha hace ce referencia al shot crete.
Pacher et.al. (1974): Modificación (1974): Modificación d el criterio de Lauffer y q ue actualmente actualmente forma parte de la pr opu esta general general de tunelería conoc ida como NA NATM. TM. Barton et.al. (1974): Indice (1974): Indice de Calidad Tunelera (Q (Q) para la determinación de las características de la masa rocosa y de los requerimientos de sostenimiento de túneles. Bieniawski (1 (197 973) 3):: Clasificación Geomecánica o Valoración de la Masa Rocosa RMR (Rock (Rock Ma Mass ss Ra Rating) ting),, ref refinad inado o suce sucesiva sivame mente nte en var varia ias s oportunida oportunidade des, s, última versión 1989. Aplicable a la estimación del sostenimiento, al tiempo de austosostenimiento y los parámetros de resistencia resistencia de la masa rocosa. Laubscher et.al. (1977): RMR RMR de de Bieniawski modificada para la minería MRMR (Mining Rock Mass Rating), última versión 1990. Aplicable a la estimación del sostenimiento y los parámetros de los métodos de minado por hundimiento, principalmente. Hoek et.a et.al. l. (1 (199 994) 4):: Indice de Resistencia Geológica GSI (Geological (Geological Stre Strength ngth Index), para clasificar a la masa rocosa, estimar la resistencia de la masa rocosa y el sos tenim iento. Ulti Ulti ma versió n 19 1998 98.. Palmstron (1995): Indic (1995): Indic e del del Macizo Rocos Rocos o RMi RMi (Rock (Rock Mass Index). Sistema para caracterizar la masa rocosa y para aplicaciones en el sostenimiento, excavación TBM,, voladura y fr agme TBM agmentación ntación de rocas.
Objetivos Obje tivos d e las clasificaciones de la masa rocosa •
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Identifi car los parámetros Identifi parámetros más signi ficativos que influyen en el el com portamiento de la masa masa rocosa. Dividir una formación roco sa en en grupos de sim ilar compo rtamiento, es es decir, clases de masas roc osas de diferentes calid ades. Pro por cion ar una base para el entendimi ento de las característi característi cas de cada clase de masa masa rocosa rocosa.. Relacionar l a e Relacionar experiencia xperiencia de las las condici ones de la roca de un lugar condic iones y expe experiencia riencia encontr encontr ada adas s en otr os l ugares.
a las
Obtener datos cuant itati vos y guías para el diseño de ingeniería. Proporcionar una base base común de comuni cación entre entre el ingeniero y el geólog o.
Princi pale pales s beneficio beneficio s de las clasificaciones de la masa ro cosa Mejora la calidad de las investigaciones del del s itio puesto que ll ama a un m ínimo de datos de entrada como pará parámetros metros de clasifi cación.
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Proporciona información cuantitativa para para propósito s de diseño. Permite un me mejor jor juic juicio io inge ingenie nieril ril y una comu comunica nicació ción n má más s efe fectiv ctiva a en el proyecto.
Clasific Cla sific ación de la masa masa rocosa de Te Terza rzaghi ghi Es interesante examinar las descripciones de la masa rocosa incluidas en su publicación original, debido a qu e puso ate atención nción en aquellas característica características s qu e rigen rige n el comp comporta ortamie miento nto de la ma masa sa rocos rocosa a, pa particula rticularme rmente nte en situa situacione ciones s donde l a gra grave veda dad d constituy constituye e la fue fuerza rza impulsora domina dominante nte.. La Las s de definicione finiciones s claras y concisas y los comentarios prácticos incluidos en estas descripciones son buenos ejemplos del tipo de información ingeniero-geológicas que es muy úti l para el el dis eño en en ing eniería. Las descrip cion es son :
La roc roca a int inta acta cta no no c ontiene ni di acla aclasas sas ni grietas delgadas. delgadas. Por Por lo tanto, si ésta se fractura, lo hace a través de roca sana. Por el daño de la roca debido a la voladura, pueden desprenderse materiales astillados del techo varias horas o d ía ías d es es p ué ués d e l a v o la lad ur ur a. a. Es t o es c o no no ci ci do do c o mo mo c on on d ic ic ió ió n d e “astillamiento” . La roc roca a inta intacta cta dur dura a ta tambié mbién n pue puede de se serr enco ncontr ntra ada en l a condic con dición ión de pe peque queños ños “ esta stallido llidos s de roc roca as” , l os os c u al al es es i n vo vo lu lu cr cr an an l a separación vio lenta y espon espon tánea de bloq ues roc osos de las paredes o del techo .
La roc roca a estr stra atif tifica icada da consiste consiste de estra stratos tos indiv individua iduale les s con poca o ningu ninguna na resistencia contra la separación a lo largo de los límites entre los estratos. Los estratos pue puede den n o no estar de debilitados bilitados por diac diaclas lasas as tra transve nsversa rsales. les. En tale tales s rocas la condi ción de “ de “ astilla astillamiento” miento” es es bastante común.
La roca mode modera rada dame mente nte dia diacla clasa sada da contiene contiene di aclasa clasas s y g rietas d elgada lgadas, s, p ero los bloques entre las diaclasas diaclasas están desarroll desarroll ados t an juntos o t an íntimamente íntimamente entrelazados que las paredes verticales no requieren de sostenimiento lateral. En roca rocas s de este tipo pue puede den n se serr encontra ncontradas das ambas ambas condicione condiciones: s: tant tanto o el “astillamiento” c “astillamiento” c omo los pequeños pequeños “ “ es estallidos tallidos de rocas rocas”” .
La r oc oc a c on on f ra rac tu tu ra ram ie ien to to en b lo lo qu qu es es y g r ie i et as as consist e de fragmentos fragmentos de roca intacta o casi in tacta tacta,, los cuale cuales s se encuentran encuentran completa completamente mente separados separados unos de ot ros e im perfe perfectame ctamente nte entrela ntrelaza zados. dos. En t ale ales s rocas, las pare paredes des v erticale erticales s pueden requerir de sos tenim iento lateral. lateral.
La ro roca ca tri tritu tura rada da pero quí química micame mente nte inta intacta cta tie tiene ne la ca caract racte erística de se seguir guir triturándose. Si varios o todos los fragmentos son tan pequeños como granos de arena arena fina y la rece receme mentac ntación ión no ha ocurrido, la roca triturada bajo bajo el nive nivell freático exh ibe las pro piedades de una arena arena port adora de agua.
La roc roca a alta ltame mente nte de defor forma mable ble avanza avanza lentamente en el túnel sin un incremento perceptible de volumen. Un prerrequisito para la alta deformabilidad es un alto porcenta porce ntaje je de pa partí rtícula culas s micro microscóp scópica icas s y submic submicrosc roscópic ópica as de mine minera rale les s mi cáceos o mi nerales arcil los os con una baja baja capacidad capacidad de expansión .
La roc roca a expa xpans nsiva iva avanza avanza en el túnel principalmente debido a la expansión. La capacidad para expandirse parece ser limitada a aquellas rocas que contienen minerales de arcilla tales como la montmorillonita, con una alta capacidad de expansión.
Clasifica lasificaciones ciones que involucran el ti empo de auto-soste uto-sostenimiento nimiento Lauffer (1958) propuso que el tiempo de auto-sostenimiento para una abertura sin sostenimiento está relacionado a la calidad de la masa rocosa en la cual la abertura es excavada.
La importancia del concepto del tiempo de auto-sostenimiento radica en que un incremento en la abertura abertura de la excavación excavación conduce a una reducción import ante del tiempo dispo nible para para la instalación del del sostenimiento.
El Nuevo Método Austriaco de Tunelería incluye un número de técnicas para una tunelería tunelerí a segura en condiciones de rocas blanda blandas s o excesiva xcesivamente mente fracturadas, fracturadas, en las cuales cuales el tiempo de auto-sostenimiento auto-sostenimiento es limi tado antes antes d e que ocurra la falla.
En exc xca ava vacio cione nes s en roc roca a dur dura a, en la las s cu cua ale les s pue puede den n ocu ocurrir rrir dif dife ere rente ntes s mecanismos de falla, debería tenerse gran cuidado en el intento de aplicar estas técnicas.
En el diseño del sostenimiento para excavaciones en rocas duras, es prudente asumir que la estabilidad de la masa rocosa circundante a la excavación no depende del tiempo. Las cuñas pueden caer o deslizar en cualquier momento, durante la voladura o después del desatado, por lo que hay que instalar el sostenimi ento lo más pronto posibl e.
Por ot otro ro la lado do,, en un una a roc roca a alta ltame ment nte e esf sforz orza ada da,, la fa falla lla pu pue ede oc ocurr urrir ir gradualmente y manifestarse como “ astillamie stillamientos” ntos” o “lajamientos” u ocurrir súbitamente en forma de pequeños “estallidos de roca”. En ambos casos, el diseño dise ño de dell sost soste enimie nimiento nto de debe be tomar tomar en cue cuenta nta el ca cambio mbio en el ca campo mpo de esfuerzos, más más que el tiempo de auto-sosteni miento de la excavació excavació n.
Indic e de design design ación de la calidad calidad de la roca (R (RQD QD)) El índice de Designación de la Calidad de la Roca (RQD) desarrollado por Deere et al.,1967, provee un estimado cuantitativo de la calidad de la masa rocosa, a partir d e los testigos d e la perforación diamantina.
El RQD es definido como el porcentaje de piezas de testigos intactos mayores de 100 mm (4 pulgadas) en la longitud total del testigo. El testigo deberá tener por lo menos me nos un ta tama maño ño NX (5 (54. 4.7 7 mm o 2.1 .15 5 pulga pulgada das s de diá diáme metro) tro) y debe deberá rá se ser r perforado con un cili ndro de doble tubo de perforación. perforación.
El procedimiento correcto para medir las longitudes de los testigos y el cálculo del RQD RQD son resumi dos en la sig uiente figu ra.
Longitud tot t otal al de la corrida corr ida de testigo testigos s = 20 200 0 cm L = 38 cm RQD=
Longitudes Longitudes de pieza pieza de testigos > 10 cm
x 100 100 %
Longitud total to tal de la corrida de testigos L = 17 cm RQD= L=0 Ningunapiez pieza a > 10 cm
38 + 17+ 20 + 35
x 100 100 = 55 55 %
200
L = 20 cm
L = 35 cm Interrupción Inte rrupción de la pe perfora rforación ción L=0 No recupe recuperado rado
Figura 1: 1: Procedimiento de medición y cálculo del RQD (Deere, 1989).
Palms trom (1 Palms (198 982) 2) sugiri ó q ue, el el RQD RQD puede puede ser estimado a partir del número de discontinuidades por unidad de volumen, visibles en afloramientos rocosos o socavones. La relación relación sugerida para masa masas s rocosas libres de arcil arcil las es: es:
RQD
115
3.3 Jv
Ecuación 1
donde Jv donde J v es la suma del número de discontinuidades por unidad de longitud de todas las familias de discontinuidades, conocido como el conteo volumétrico de discontinuidades.
El RQD RQD es es un parámetro direccionalmente dependiente y su valor puede cambiar signifi cativa cativamente mente,, dependiendo dependiendo sobre t odo d e la ori entación d el taladro. El uso del conteo volumétrico de discontinuidades puede ser muy útil en la reducción de esta esta depende dependencia ncia direccional.
El RQD RQD pretende representar la calidad del macizo rocoso in situ. Cuando se utiliza la perforación diamantina, se debe tener mucho cuidado para garantizar que las fracturas causadas por el manipuleo o el proceso de perforación sean ident ifi cadas e ignor adas cuando se determin e el valor del RQD RQD..
El RQD RQD es es uti li za zado do ampl ampl iamente en las apli apli caciones de la mecánic mecánic a de roc as.
Valora aloración ción de la Estruc Estruc tura Rocosa (R (RS SR) Muchos de los ca Muchos casos sos históricos, utilizados utilizados en el de desarr sarrollo ollo de este sistema sistema,, fueron fue ron túne túnele les s re rela lativa tivame mente nte pe peque queños ños sost soste enido nidos s por me medio dio de cimbr cimbra as metálic as y a pesar de ésta limit ación, merece ser examinado examinado en cierto d eta etall ll e, ya que qu e de demu mue est stra ra la ló lógi gica ca in invo volu lucra crada da en el de desa sarr rrol ollo lo de un si sist ste ema de clasifica cla sificación ción de dell ma maciz cizo o roc rocoso oso cua cuasisi-cua cuantita ntitativo tivo y la utiliz utiliza ación de dell ín índice dice resultante para estimar el sostenimiento.
La impo importa rtancia ncia de dell siste sistema ma RSR RSR,, en el co conte ntext xto o de esta discus discusión ión,, es qu que e introduce el concepto de valoración de cada uno de los componentes listados abajo para ll egar a ser un valo r num érico del RSR RSR = = A A+ +B +C.
Parámetro Pa rámetro A, Ge Geolo olo gía gía:: Apreci Apreci ación general de la estr estr uct ura geológ ica en en base a: a.
Origen del tipo de roca (í (ígnea gnea,, meta metamórf mórf ica, sedimenta sedimentaria) ria)..
b.
Dureza Dure za de la roca (dura, mediana mediana,, suave suave,, descompuesta)
c.
Estructura geológica (ma (masiva, siva, ligeramente fallada fallada/plega /plegada, da, moderada moderadamente mente fallada/plegada,, int ensamente fallada/plegada fallada/plegada fallada/plegada). ).
Parámetro Pa rámetro B , Geometría: Geometría: Efecto del arreglo de disco ntinui dade dades s con respecto a la dir ección de avance avance del del túnel, en base a: a.
Espaciamie Espa ciamiento nto de las discontinuidade discontinuidades. s.
b.
Orientación Orie ntación de las discontinuida discontinuidade des s (rumbo y buza buzamiento) miento)..
c.
Dirección de ava avance nce de dell túnel.
Parámetro Pa rámetro C: Efecto del fl ujo de agua sub terránea y de la condi ción de las discon tinuidades en base base a: a.
Calidad Ca lidad de la masa rocosa en base de de A A y B combinados.
b.
Condición de discontinuida discontinuidade des s (bue (bueno, no, regula regular, r, pobre) pobre)..
c.
Cantidad Ca ntidad de flujo de agua (e (en n galones galones por minu to por 1000 1000 pies de túnel).
La clasificación RSR RSR utiliza utiliza unidades imperiales y estas unidades han sido aquí conservadas.
Las tres tablas de la publicación de Wickham de Wickham et.al. 1972 1972 se reproducen en las Tablas 1, 2 y 3. Estas tablas pueden ser utilizadas para evaluar la valoración de cada uno de esto esto s parámetros para llegar al valor RSR valor RSR (máximo (máximo RSR RSR = = 100). 100).
Por eje jemplo, mplo, una roca meta metamórfica mórfica dura que ha sido lige ligera rame mente nte ple plega gada da o fallada tiene una valor valor ación de A de A=22 =22 (de (de la l a Tabl Tabl a 1).
La ma masa sa roc rocosa osa está mode modera rada dame mente nte dia diacla clasa sada da,, con dia diacla clasa sas s de rumbo perpendicular al eje del túnel, el cual esta siendo avanzado en dirección EsteOeste y buzami ento ent re 20º y 50º. 50º. La Tabla Tabla 2 da una valor ación de B =24 para un avance con el bu za zamiento miento .
El va valo lorr de A A+ +B = 46 significa significa que que,, pa para ra dia diacla clasa sas s de re regula gularr con condició dición n (ligeramente (ligera mente intemperizada intemperizada y alterada) alterada) y un flujo modera moderado do de agua entre 200 200 y 1000 10 00 galon galon es por m inu to, la Tabla Tabla 3 da una valoraci ón de C = 16. 16.
