UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO FACULTAD DE INGENIERIA GEOLOGICA Y GEOGRAFIA CARRERA PROFESIONAL DE ING GEOLÓGICA
GEOMECANICA DE ROCAS CLASIFICACION RMi
R LOPEZ Z
28/03/2013
1
INTRODUCCION La clasificación o el método de sostenimiento RMi (Índice del Macizo Rocoso –Rock Mass index-) fue introducido en 1995 , por Palmström Arild
PUBLICACIONES Papers and articles 1. Barkey H. and Palmström A.: Some results of an engineering geological investigation in the Breiskar discharge tunnel, Norway. First International Congress of the International Association of Engineering Geology, Paris 1970, pp. 1160 – 1171. 2. Palmström A.: Characterization of jointing density and the quality of rock masses.) Internal report, A.B. Berdal, Norway, 1974, 26 p. 3. Torblaa I., Schieldrop B. and Palmström A.: Dam Tunsbergsdalsvatn, a dam subjected to waves generated by avalanches and to extreme floods from a glacier lake. Int. Congr. on Large Dams 12 Mexico 1976, Transactions, Vol. III p. 861 -875 89. Palmstrom A. (2013): Geo-registrations, rockmass conditions and ground quality. Published in www.rockmass.net, 32p 90. Olsson R. and Palmström A.: Critical review of EC7 concerning prescriptive measures for rock mechanics design. Int. Conf. EUROCK 2014, Vigo, Spain, pp. 1493 - 1498 91. Palmström A.: Norwegian tunnel builders are the world's best – a myth? (In Norwegian) Annual Conf. on Fjellsprengningsteknikk / Bergmekanikk / Geoteknikk 2014, Oslo, pp.5.1 – 5.19. 92. Palmstrom A. and Stille H.: Rock Engineering, second edition. Book published by ICE. Publishing (Thomas Telford) 2014, London. 444 p
PUBLICACIONES Ingeniería de la Roca, Segunda edición: 2014 Esboza estrategias para la investigación de diferentes condiciones del terreno • discute la nueva tecnología y metodología para la detección y análisis de riesgos, y la garantía de la seguridad, la responsabilidad y la sostenibilidad se mantiene • Aplica los principios geológicos en ingeniería de rocas para que se detallan ejemplos de estudios de caso • Explica los principios fundamentales del diseño de estructuras superficiales y subterráneas • Evalúa las incertidumbres en las condiciones del terreno geológicos Roca Ingeniería es una valiosa herramienta de referencia para los ingenieros geotécnicos, geólogos, consultores, contratistas, y estudiantes avanzados en cursos de ingeniería de roca y geología de ingeniería.
ANTECEDENTES DEL RMI Palmström (1995, 1996) autor de la clasificación Rmi, Es el resultado de una Tesis Doctoral que optaba al grado de Ph.D., llevada a cabo en la Universidad de Oslo, Noruega. Posteriormente en 1996 lo expone en una Conferencia de tuneles. Un nuevo método para caracterizar las masas de roca para aplicaciones en ingeniería de rocas . conferencia nacional anual de túneles Bergmekanikkdagen , Oslo, 1996 , pp 38,1 - . 38.27 . Continua con sus investigaciones y publicaciones respecto a su clasificación.
CLASIFICACION RMI PALSTROM, precisa que, puede utilizarse en varias aplicaciones, adicionales a su uso en la estimación del sostenimiento, tales como: Caracterización de la resistencia y deformabilidad del macizo rocoso. Cálculo de las constantes del criterio de rotura de Hoek y Brown para macizos rocosos y - Valoración o estimación del grado de penetración de máquinas tuneladoras a sección completa (TBM).
CLASIFICACION RMI La clasificación RMi (Índice del macizo rocoso) pide como datos de entrada: el tamaño del bloque, características del diaclasamiento y la resistencia de la roca intacta.
La estimación del sostenimiento primario puede hacerse, a partir de la entrada de los datos del tamaño de bloque y del tamaño del túnel; en aquellas situaciones cuando el conocimiento disponible de las condiciones del terreno es limitado. Luego, cuando sea disponible más información del terreno, puede realizarse una estimación del sostenimiento más precisa
EL ÍNDICE DEL MACIZO ROCOSO (RMI, ROCK MASS INDEX). El índice del macizo rocoso es un parámetro volumétrico que indica, de forma aproximada, la resistencia uniaxial a la compresión de un macizo rocoso. Se expresa cómo:
Para rocas diaclasadas:
Para rocas masivas:
DONDE:
σc = La resistencia a la compresión uniaxial de la roca intacta, medida sobre muestras de 50 mm de diámetro. jC = Factor de estado (o condición) de las diaclasas, el cual es una medida combinada de: el factor de tamaño y continuidad de las diaclasas (jL), el factor de rugosidad de las diaclasas (jR), y del factor de la alteración de las diaclasas; expresado como: jC = jL* jR/jA Vb = El volumen del bloque medido o expresado en m3; generalmente se utiliza el volumen promedio. ( representa el diámetro equivalente del bloque, medido en m).
JP = El parámetro del diaclasado, el cual incorpora los principales rasgos del macizo rocoso.
fσ : Representa un ajuste por el efecto de escala en la resistencia a compresión en una roca masiva. Generalmente existen rocas masivas cuando Db >2 m aproximadamente, para el cual fc ≈ 0.5. Cuando JP < fσ (esto es cuando JP<0.5 aproximadamente), se utiliza la ecuación (1). Véase la parte baja del diagrama de la siguiente figura:
PARÁMETROS DE ENTRADA UTILIZADOS EN EL SISTEMA DE CLASIFICACIÓN RMI
Para las características más comunes de las diaclasas jC = 1.75, con lo cual se obtiene:
Muy bajo Bajo Moderado Alto Muy alto
RMi <0.01 RMi = 0.01 – 0.1 RMi = 0.1 – 1 RMi = 1 – 10 RMi >10
PARAMETROS DE ENTRADA AL RMI
Tabla Nº 01
PARAMETROS DE ENTRADA AL RMI
Tabla Nº 01
EL MÉTODO RMI PARA SOSTENIMIENTO DE ROCA Principios del método RMi para el sostenimien to de roca
INESTABILIDAD Y COMPORTAMIENTO DEL MACIZO ROCOSO, DETERMINADO A PARTIR DE LAS CONDICIONES DE TENSIÓN Y DE CONTINUIDAD DEL TERRENO (CF) (I.E., EL NÚMERO DE BLOQUES EN LA PERIFERIA DEL TÚNEL).
. De la Figura 3, se establece que el número de bloques en la periferia de una apertura subterránea determinará, en su mayor parte, sí los alrededores del terreno se comportarán:
1) Como un continuo: masa de material donde la magnitud de las tensiones de la roca es importante; o 2) Como un material diaclasado (en bloques), dominado por bloques individuales y las características de las diaclasas o juntas.
Lo anterior puede ser evaluado de la relación CF=diámetro del túnel (Dt)/diámetro equivalente del bloque (Db);
TERRENO DIACLASADO (EN BLOQUES)
La estabilidad de un terreno rocoso diaclasado (en bloques) está influenciado principalmente por:
El tamaño y la forma del bloque
Por la resistencia a la cizalladura de las discontinuidades
Por la orientación de las diaclasas o juntas en relación a la orientación que lleve el eje de la excavación. Los siguientes dos parámetros de sostenimiento (Gc y Sr), Se usan para entrar en el ábaco de sostenimiento de la Figura(diapo 7). Los parámetros son: La calidad del terreno, dado como el factor de calidad (estado) del terreno (Gc). Gc = RMi x (SLxC) = σc x JP x (SL x C) (4)
El factor de escala, expresado como relación de tamaños (Sr). Sr = CF x (Co /Nj) = (Dt /Db) x (Co/Nj)
(5)
Donde:
Dt = Diámetro o luz del túnel o excavación, en metros. (Para hastiales, en vez del diámetro (Dt), se usa la altura del mismo (Wt)). Db = Diámetro equivalente del bloque (en metros) C = Factor de ajuste por la gravedad para el sostenimiento en el techo o en los hastiales. Su valoración depende de la inclinación de los hastiales y del techo; y pueden leerse sus valores en la Tabla 2, u obtenerse de la expresión C = 5–4 cosδ, donde δ = ángulo del buzamiento (inclinación) de la superficie de la excavación medida con respecto a la horizontal. SL =Factor de ajuste por nivel de tensiones, ver Tabla 2. Co, Cos = Factor de ajuste por la orientación de la principal familia de diaclasas, o diques (vetas, grietas, fisuras); ver Tabla 2.
Nj = Factor de ajuste por el número de familias de diaclasas; se considera aquí el grado de libertad de los bloques a fallar. Su valoración en la Tabla 2, se obtiene de: Donde nj = al número de familias de diaclasas. (nj=1 para una familia; nj=1,5 para una familia más diaclasas aleatorias; nj=2 para dos familias; nj=2,5 para dos familias más diaclasas aleatorias; etc.). Tz = Potencia o espesor de la zona de debilidad, en la ecuación (7). CF= condiciones de tensión y continuidad del terreno
FACTORES DE AJUSTE PARA SOSTENIMIENTO EN ROCA
Tabla 2. Valoraciones de los factores de ajuste para la estimación del sostenimiento de rocas en terrenos diaclasados (en bloques). Téngase en cuenta que los factores tienen valores unitarios para sus ocurrencias comunes.
VALORACIÓN PARA CONDICIONES TÍPICAS
Las valoraciones en la Tabla 2, para los factores de ajuste referidos SL, C, Co y Nj, presentan valores unitarios para sus condiciones más comunes o típicas. Así, las ecuaciones (4) y (5) pueden expresarse como:
El factor de calidad (estado) del terreno (Gc) es el mismo que para el terreno diaclasado (en bloques), mientras la relación de tamaños (Sr) para zonas débiles es:
TERRENOS CONTINUOS.
Los terrenos continuos ocurren cuando CF < 5 aproximadamente (roca masiva), en la cual dominan las propiedades de la roca intacta; y cuando CF > 100 aproximadamente (roca altamente diaclasada o particulada -tectonizada), donde el terreno se comporta como una masa material. En estos tipos de terrenos la principal influencia en el comportamiento dentro de una excavación subterránea viene dada por las tensiones. Por tanto, se usa un factor de competencia (Cg = resistencia del macizo rocoso / tensión tangencial aplicada), expresado como:
En terrenos rocosos masivos
(8)
En terrenos altamente diaclasados (fragmentados)
VALORES TÍPICOS DEL ÍNDICE DEL MACIZO ROCOSO (RMIZ) UTILIZADOS PARA DISTINTOS TIPOS DE ZONAS TRITURADAS O TECTONIZADAS.
Donde
σØ= La tensión tangencial aplicada en el macizo rocoso alrededor de la excavación.
Se considera un terreno competente cuando ocurre Cg >1; de otro modo, el terreno es considerado sobretensionado (incompetente). Cg es aplicado en el ábaco de sostenimiento de terrenos continuos
Para el caso de los terrenos masivos competentes, generalmente son estables (véase Figura 3) y no necesitan ningún sostenimiento, excepto algunos trabajos de saneo (scaling) en túneles avanzados con perforación y voladura. No obstante, los terrenos masivos incompetentes (sobretensionados) requieren de sostenimiento porque pueden tener lugar los siguientes tipos de deformación tiempo-dependiente y/o roturas: - Deformación plástica y/o viscosa (squeezing) en rocas dúctiles sobretensionadas (tales como esquistos). - Rotura en lajas o rotura violenta (spalling o rock burst, respectivamente) en rocas sobretensionadas frágiles y duras (tales como granitos y neis).
En el caso del material particulado (rocas altamente diaclasadas) se requiere generalmente sostenimiento inmediato. Su comportamiento inicial es, a menudo, similar al terreno diaclasado; i.e., el ábaco de sostenimiento en la Figura 4 puede ser utilizado para CF = 1 a 600.
En terrenos altamente diaclasados y sobretensionados (incompetentes), la deformación plástica y/o viscosa tiempo dependiente tendrá lugar a continuación de la inestabilidad inicial. No obstante, para este tipo de terrenos, el ábaco de sostenimiento de la Figura 5 necesita de una actualización, cuando se disponga de más experiencia en este tipo de terrenos.
ABACOS PARA SOSTENIMIENTO
ABACOS DE SOSTENIMIENTO
Aplicación recomendada de los dos ábacos de sostenimiento, para materiales diaclasados (terrenos discontinuos en bloques) (ábaco anterior), y para terrenos continuos
FACTOR DE COMPETENCIA CG=RMI /ΣE
Ábaco para estimar el sostenimiento en terrenos continuos (masivos, y los altamente diaclasados – o triturados-). Debe tenerse en cuenta que el sostenimiento indicado para materiales particulados (altamente diaclasados) y sobretensionados es aproximado, ya que se basa en un número limitado de casos en los cuales han sido usados.
COMPARACION DE PARAMETROS Q,RMR Y RMI
PARAMETROS DE SOSTENIMIENTO PARA EL Rmi DATOS DE ENTRADA
E J E M P L O
simbolo
Valores o valoraciones
Diámetro o luz del túnel (m) Dt
Dt
6
Altura del hastial del tunel
Wt
5,5
Resistencia a la compresión de la roca intacta (Mpa) σc
σc
160
Factor de rugosidad de las juntas
jR
1,75
Factor de alteración de las juntas
jA
1
Factor de longitud y continuidad de juntas
jL
Volumen del bloque ( m3 )
Vb
Factor por número de familias de juntas
1 0,5
Nj
1
Co
1
Co
1
Co
1
Co
1
Espesor de la zona de debilidad (m)
Tz
5
Factor del nivel de tensiones
SL
1
σθ
102
Factor de orientación de la principal
Familia de juntas Factor de orientación de la principal
Zona de debilidad
Tensión tangencial (Mpa)
-en techo
-en hastial -en techo
-en hastial
-en techo
-en hastial σθ CÁLCULOS DE
Rsultados
Diámetro equivalente del bloque
Db
Factor de estado de la junta
jC
1,75
Parámetro del diaclasado
JP
0,210359309
Índice del macizo rocoso Rmi
Factor de condición (estado)
-en techo
0,793718865
Rmi
33,6574895
Gc
33,6574895
del terreno
-en hastial
Gc
168,2874475
Relación de tamaños
-en techo
Sr
7,559351639
Sr
6,929405669
-en hastial Relación de tamaños para
-en techo
Sr
6,299459699
Zonas débiles
-en hastial
Sr
6,299459699
Factor de competencia
-en techo
Cg
0,329975387
-en hastial
Cg D21-02
0,894112961
