FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERÍA
MINERÍA SUBTERRANEA (MIN227) Correlación entre RMR,Q,GSI
TÍTULO Fecha
Profesor:
17/09/2017
ESPINOZA NORIEGA, RAUL EDGARDO
Apell Ap ellid idos os y nom n ombr bres es
Códig Cód igo o
Gonzales Ayala, Luis Enrique
20131876
Flores Obispo ,Michael Isaías
20132010
Pecho Mamani, Diana Carolina
20105513
Galván Beltrán, Harold José
20122593
Rojas Vásquez, Gian Marco
20176708
Hinostroza Araujo ,Franco
20135477
Ciclo:
2017-2
Facultad:
Horario : 0842
Ciencias e Ingeniería I ngeniería
INGENIERIA DE MINAS
2017
ROCK MASS RATING (RMR76) Las clasificaciones geomecánicas tienen como objetivo el de proporcionar una evaluación geomecánica del macizo rocoso que se estudia a partir de ensayos simples, y observaciones de campo, una de ellas es el RMR. El RMR, introducido por Bieniawski 1976, es posiblemente la clasificación geomecánica más usada, inicialmente pensado para valorar la estabilidad y los soportes requeridos en túneles, ha resultado ser apto también para la valoración de la estabilidad en taludes. Clasificación Geomecánica RMR (Bieniawski, 1976) Parámetros de clasificación
1
2 3
4
Rango de valores
ÍNDICE DE CARGA PUNTUAL (MPA)
Para este rango de valores es preferible utilizar el ensayo de compresión uniaxial
>8 Mpa
4-8 Mpa
2-4 Mpa
1-2 Mpa
>200 Mpa
100-200 Mpa
50-100 Mpa
25-50 MPa
15 90%-100% 20 >3m 30
12 90%-75% 17 1-3 m 25
7 75%-50% 13 0.3-1m 20
4 50%-25% 8 50-300mm 10
CONDICIÓN DE LAS DISCONTINUIDADES VALOR
Superficies muy rugosas. No continúas. Sin separación. Superficies duras
Superficies medianamente rugosas Separación<1mm Superficies duras
Superficies medianamente rugosas Separación<1mm Superficies Blandas
Espejo de falla o salbanda <5mm o discontinuidades abiertas 1.5mm Fracturas continuas
Salbanda blanda >5mm grosor o discontinuidades abiertas>5mm Fracturas continuas
INDICE
25
20
12
6
0
Nada
< 25 L/min
25-125
>125
0
0.0-0.2
0.2-0.5
>0.5
Completamente seco
Solo húmedo (agua intersticial) 7
Agua bajo presión moderada 4
RESISTENCIA DE LA ROCOSA INTACTA
RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN UNIAXIAL (MPA) INDICE CALIDAD DE LA DIAMANTINA RQD INDICE ESPACIAMIENTO DE LAS FRACTURAS INDICE
FLUJO POR 10M LONGITUD TÚNEL
10-25 Mpa 2
3-10 Mpa 1 <25% 3 <50mm 5
1-3 MPa 0
RAZON 5
AGUA SUBTERRÁNEA
PRESIÓN DEL AGUA EN LA FRACTURA)/(ESFUERZO PRINCIPAL MAYOR
CONDICIONES GENERALES INDICE
10
TABLA N° 01
Clase I II III IV V
Calidad de macizos rocosos en relación al índice RMR Calidad Variación RMR Cohesión Ángulo de rozamiento Muy buena 100-81 >4 Kg/cm2 > 45° Buena 80-61 3 - 4 Kg/cm2 35° - 45° Media 60-41 2 - 3 Kg/cm2 25° - 30° Mala 40-21 1 - 2 Kg/cm2 15°- 25° Muy mala < 20 < 1 Kg/cm2 < 15°
TABLA N° 02
Problemas severos de agua 0
RMR CLASIFICATION SYSTEM (RMR89) Bieniawksi publicó “Geomechanics Classification or the Rock Mass Rating (RMR)” en el año 1979 convirtieéndose en un sistema empírico basado en las diversas experiencias alrededor del mundo para poder predecir y determinar tipos de macizos rocosos. En una posterior edición, en el año 1989, Bieniawski corrige errores de ediciones pasadas y adiciona criterios al sistema anterior. Es importante mencionar que el RMR no incluye “stress” dentro de su clasificación del macizo rocoso, sólo se limita a determinar la calidad del macizo rocoso. La clasificación del RMR incluye 5 características o parámetros y su respectivo puntaje de acuerdo a ciertas consideraciones preestablecidas. Dichos parámetros
Clasificación Geomecánica RMR (Bieniawski, 1989) Parámetros de clasificación
1
2 3
Resistencia de la Matriz rocosa inalterada (Mpa)
Índice de carga puntual
4-10>MPa
2-4 MPa
1-2 MPa
>250MPa
100-250 MPa
50-100 MPa
25-50 MPa
5-25 MPa
1-5 MPa
<1 MPa
15 90%-100% 20 >2m 20
12 75%-90% 17 0.6-2 m 15
7 50%-75% 13 200-600mm 10
4 25%-50% 8 60-200mm 8
2
1 <25% 5 <60mm 5
0
<1m
1-3 m
3-10 m
10-20 m
>20 m
6
4
2
0
Abertura
Nada
<0,1 mm
0,1-1,0 mm
>5 mm
Valor
6
5
Rugosidad
Muy rugosa
Rugosa
Ondulada
Suave
Valor
6
5
3 Ligeramente rugosa 3
1 0,1-1,0 mm 1
0
Relleno
Ninguno
Relleno duro < 5 mm
Relleno duro >5 mm
Valor
6
Alteración
Inalterada
Valor
6
4 Ligeramente alterada 5
2 Moderadamente alterada 3
1 Relleno blando <5 mm 2 Muy alterada 1
Ninguno
<10
10 - 25
25-125
>125
0
0<0.1
0.1-0.2
0.2-0.5
>0.5
Húmedo
Mojado
Goteo
Fluido
4
0
s d a di u ni t n o c si
4 d e d n ói ic d n o C
Afluencia por 10m de longitud del túnel (l/m)
5
Para esta escala tan baja se prefiere la prueba de la Resistencia a la c ompresión uniaxial.
>10 MPa
Resistencia a compresión uniaxial Valores Calidad de la base del taladro RQD Valores Espaciamiento de juntas Valores Longitud de la discontinuidad Valor e
Rango de valores.
(ja Relación de presión del agua en la Agua junta)/(principal subterránea importancia σ) Condiciones generales Valor
Completamente seco 15
10 TABLA
N° 03
7
0
Relleno blando > 5 mm 0 Descompuesta 0
Clasificación del Q de Barton Esta fórmula consiste en otorgarle a la zona de trabajo ciertos parámetros para poder hallar un índice Q; con dicho valor hallado de Q podremos diseñar el sostenimiento necesario que necesitará nuestra zona de trabajo. Esta fórmula está basada gracias al trabajo en cientos de túneles. La fórmula del Q de Barton es la siguiente: =
Donde sus parámetros están definidos de la siguiente manera:
RQD = Índice de calidad de la roca. =
10
100
Jn =Número de diaclasas o fracturas (familias). En este caso, el valor de Jn se hallará mediante la siguiente tabla:
Jr = Índice de rugosidad de las juntas. En este caso, el valor de Jr se hallará mediante la siguiente tabla:
Ja = Índice de alteración de las juntas. En este caso, el valor de Ja se hallará mediante la siguiente tabla:
Jw = Factor de reducción de la presencia de agua en las juntas. En este caso, el valor de Jw se hallará mediando la siguiente tabla:
SRF = Factor de reducción de esfuerzos. En este caso, el valor de SRF se hallará mediante la siguiente tabla
DONDE: Parámetros 1. R.Q.D: Índice de calidad de la roca. 2. Jn: Índice de diaclasado que indica el grado de fracturación. 3. Jr: Índice de que contempla la rugosidad, relleno y continuidad de las discontinuidades. 4. Ja: Índice de alteración de las discontinuidades. 5.
Variación entre 0 - 100 0,5 - 20 0,5 - 4 0,75 - 20
Jw: Coeficiente reductor por la presencia de Agua.
0,05 - 1
6. SRF: (Stress reduction factor) Coeficiente que tiene en cuenta la influencia del estado tensional sobre el macizo rocoso.
0,5 - 20
Coeficientes (R.Q.D./Jn) representa el tamaño de los Bloques. (Jr/Ja) representa la resistencia al corte entre los bloques. (Jw/SRF) representa el estado tensional del macizo rocoso.
TABLA N° 04 TIPO DE ROCA Excepcionalmente mala Extremadamente mala Muy mala Mala Media Buena Muy buena Extremadamente Buena Excepcionalmente Buena
VALOR DE Q 0,001 – 0,01 0,01 – 0,1 0,1 – 1 1 – 4 4 – 10 10 – 40 40 – 100 100 – 400 400 - 1000
TABLA N° 05 ÍNDICE DE RESISTENCIA GEOLÓGICA (GSI) El GSI o índice de resistencia Geológica fue desarrollado por Hoek en el año 1994 según el criterio generalizado de Hoek and Brown para evaluar la resistencia de macizos rocosos como método alterno al índice de RMR debido a los problemas que este presentaba; este índice de calidad geotécnica se determina en base a dos parámetros que definen la deformabilidad y resistencia del macizo rocoso. Este índice de calidad geotécnica se determina en base a dos parámetros que definen la resistencia y la deformabilidad de los macizos rocosos. La evaluación del índice GSI se realiza comparando de las condiciones del macizo rocoso. Este índice define el macizo rocoso en 5 clases y varía desde 0 a 100 (Imagen). Macizo Rocoso
GSI
Variación
Calidad Muy buena
80 ≤ < 100
∆ ≈ ± 5
Calidad Buena
60 ≤ < 80
∆ ≈ ± 5
Calidad Regular
40 ≤ < 60
∆ ≈ ± 5
Calidad Mala
20 ≤ < 40
∆ ≈ ± 5
Calidad Muy mala
0 ≤ < 20
∆ ≈ ± 5
La determinación directa del GSI no requiere de cálculos, ya que el valor del GSI se obtiene directamente de la carta de (Imagen), mediante la comparación in situ con los casos con los valores de la carta. Sin embargo, en la práctica este método considera una “ventana de mapeo” y no es aplicable al mapeo geotécnico de sondajes, por lo que es necesario utilizar otro sistema de calificación para el mapeo de sondajes.
Tabla N°6. Carta para evaluar el índice de resistencia geológica en macizos rocosos fracturados (Marinos & Hoek, 2000)
LA CORRELACIÓN DE PARÁMETROS DE GSI, RMR Y Q SON LOS SIGUIENTES: Clasificación Geomecánica de Bieniawski de 1976 y 1989 Hay q tener en cuenta que existen dos versiones para la obtención del RMR, el RMR 76, del año 1976, y el RMR89, del año 1989. La diferencia reside en los valores que se les asignan a los parámetros siguientes; presencia de agua subterránea, condición de las discontinuidades, y RQD conjuntamente con el espaciado de las discontinuidades. En la TABLA N° 06 se muestra la diferencia entre valores que se le dan a los parámetros según el criterio.
Comparación y Diferencias de valores entre RMR76 y RMR89 Parámetro Rango Valor RMR76 Rango Valor RMR89 RQD 3 - 20 5 - 20 Espaciado de las discontinuidades 5 - 30 5 - 20 Condición de las discontinuidades 0 – 25 0 – 30 Presencia de agua subterránea 0 – 10 0 – 15
TABLA N° 06 Clasificación Geomecánica de Bieniawski de 1989 y Q Se tiene la siguiente comparación:
IMAGEN: Overview of the input parameters used in the three systems (RQD, RMR and Q) Fuente: http://www.rockmass.net/files/combining_RMR-Q-RMi.pdf
Clasificación Geomecánica de Bieniawski de 1976 para estimar GSI Para estimar el valor de utilizando la valoración del Macizo rocoso (RMR) de Bieniawski de 1976, se debe usar los parámetros descritos anteriormente (ver TABLA N°01), asumiendo que el macizo rocoso está completamente seco, es decir al valor de la presencia de agua subterránea se le debe asignar una valoración de 10, También se deberá asumir que la orientación de juntas corresponde a una condición favorable y el valor de ajuste por condición de las discontinuidades será (valor 0); además el valor mínimo de RQD conjuntamente con espaciamiento de juntas (valor de 8). La valoración final, llamada RMR76, puede luego ser utilizada para estimar el valor de GSI. RMR76
GSI
Si RMR76 ≥ 18
GSI = RMR76
Si RMR76 < 18
no puede estimarse el valor de GSI (la estimación es poco confiable)
Clasificación Geomecánica de Bieniawski de 1989 para estimar GSI La clasificación geomecánica de Bieniawski de 1989, puede ser utilizada para estimar el valor GSI de una manera similar a lo descrito para versión de 1976, en este caso, se asigna un valor de 15 a la valoración del agua subterránea (completamente seco), además el valor mínimo de RQD conjuntamente con espaciamiento de juntas (valor de 8) y de nuevo se considera como valor cero (0) condición de las discontinuidades. Nótese que el valor mínimo que se puede obtener con la clasificación geomecánica de 1989 es 23 y que, en general, esta da un valor ligeramente más alto que la clasificación de 1976. La valorización final, llamada RMR89, puede ser utilizada para estimar el valor de GSI. GSI
RMR89 Si RMR89≥ 23
GSI = RMR89 - 5
Si RMR89< 23
no puede estimarse el valor de GSI (la estimación es poco confiable)
A partir de la clasificación modificada de Barton en 1974 o Q´ En el empleo de esta clasificación para el cálculo del GSI, de deben usar los parámetros RQD, Jn, Jr y Ja, exactamente como se han definido en Barton et al 1974. Para los parámetros Jw y SRF, se debe usar el valor de 1, lo cual es equivalente a un macizo rocos en condiciones secas, sujeto a unas condiciones medias de esfuerzo. Equivalentemente, en los análisis de esfuerzo que se implementen se deben emplear condiciones de agua y tener en cuenta las condiciones de esfuerzos al ser utilizado el criterio de falla de Hoek-Brown. En consecuencia al hacer las sustituciones en la ecuación original paJrra el estimado de Q, se tiene la ecuación modificada con la que se obtiene el valor de Q´, el cual tiene la expresión mostrada a continuación.
Q´ =
Este valor de Q´puede ser usado para estimar el valor de GSI con la siguiente relación. = 9´ + 44
Se hace notar que el mínimo valor de Q´ es 0.0208 el cual da un GSI de aproximadamente 9, que correspondería a zonas de cizalladura con rellenos arcillosos. NOTA: Debe indicarse que Hoek (2005) señala que el uso de estas correlaciones no es recomendable en el caso de macizos heterogéneos de rocas débiles, con valores del índice GSI menores que 35. Observaciones: 1. Este índice de resistencia geológica se desarrolló específicamente para evaluar el efecto de escala en la resistencia al corte del macizo rocoso usando el criterio de Hoek-Brown. 2. No es aplicable en aquellos casos en que el comportamiento del macizo rocoso presenta un claro control estructural (esto produciría una sobrevaloración de la resistencia del macizo rocoso). 3. No considera la resistencia en compresión uniaxial de la roca intacta, ya que al evaluar la resistencia del macizo se incluyen los parámetros que definen el criterio de Hoek-Brown. No considera el espaciamiento entre estructuras, ya que éste está implícitamente incluido al evaluar la blocosidad del macizo rocoso. No considera la condición de aguas porque el criterio de Hoek-Brown se define en términos de esfuerzos efectivos. 4. Debe definirse como un rango y no como un valor único. 5. Existe otra carta especial del GSI para macizos rocos heterogéneos estratificados (Tabla) (Imagen). 6. En el caso de macizos masivos de roca blanda el índice GSI no es aplicable, ya que en este caso la resistencia del macizo puede evaluarse en base a los resultados de ensayos de laboratorio (considerando la resistencia a largo plazo y la deformación por carga constante). 7. En el caso de roca dura a gran profundidad (eg más de 1000 m), la estructura del macizo rocoso suele ser masiva y su comportamiento se asemeja al de la roca intacta, por lo que el índice GSI se aproxima a 100. En este caso la ruptura del macizo esté asociada a la fractura frágil de la roca y la propagación de grietas que, al interactuar, generan los típicos lajamientos en las cajas de excavaciones subterráneas en roca dura.
Bibliografía:
Barton (2000). Anexo A. ASPECTOS GENERALES DEL Q DE BARTON. Recuperado de http://www.bdigital.unal.edu.co/6782/13/ANEXO_A._ASPECTOS_GENERALES_DEL_Q_ DE_BARTON_-_Perez%2C_D._%282012%29.pdf UBC GEOMECHANICS GROUP. “YELLOW BOOK”.
BARTON, N. LIEN, R. LUNDE. J. (1974).: “Engineering Classification of Rock Masses for the Design of Tunnel Support”. Rock Mechanics, Springer Verlag. Vol.6. BIENIAWSKI, Z.T (1973).: “ of jointed rock masses”. The Civil Engineer in South Africa, Dec. Vol. 15. Lopez,J. (2006).: “Ingeo Túneles”. Vol 1°. ESPAÑA. 3 Criterios de rotura y clasificaciones geomecánicas. Recuperado de https://upcommons.upc.edu/bitstream/handle/2099.1/6529/06.pdf?sequence =7&isAllowed=y El sostenimiento de Túneles Basado en las Clasificaciones Geomecánicas. Recuperdo:https://upcommons.upc.edu/bitstream/handle/2099.1/6215/00.pd f?sequence=1
