UNIVERSIDAD PRIVADA DEL NORTE FACULTAD DE INGENIERÍA DE MINAS Curso: MECÁNICA DE ROCAS 1.
Temas:
Q DE BARTON Y CLASIFICACIÓN DE SOSTENIMIENTO.
Autores:
Chaparro Ramos, Karenz Celeste Manosalva Tesén, Abigail.
Docente:
. YULING INDIRA QUISPE ARONES
Cajamarca, 03 de Junio del 2017.
INDICE DE CONTENIDO RESUMEN ……………….………………………………………………………..……………………... 04 INTRODUCCIÓN .…………….. ……………..……………..……………………………………………………….. ……………..……………………………………………………….. 05 Generalidades Objetivos
05
……………………………………………………………………………………………….
.……………………………………………. 06
…………………………………………………………
CAPÍTULO I: SISTEMAS DE CLASIFICACIÓN
DEL MACIZO ROCOSO segun q
barton ……….………….……………... ……….………….……………...……… ……… CAPÍTULO II: APLICACIÓN DEL SISTEMA Q
PARA DISEÑO
DE
SOSTENIMIENTO DEL TÚNEL ……………………….. …………..…… …… II.1 Criterios de Diseño ………………………………………………… …………………………………………………... ...…….. …….. III.1.1 Dimensión Equivalente (DE)
………………………….. …………………………..……….. ………..
III.1.2 Relación de soporte de la excavación (ESR) ……………..…….. III.1.3 Diagrama Q y clasificación clasificación del macizo rocoso rocoso ……...………….. III.1.4 Definición del sostenimiento mediante el sistema Q ….……. ….. III.2 Estimación de valores de parámetros para el cálculo de Q III.5 Caracterización geotécnica y tipo de sosteniminento del túnel en sus 100m. ……….……
CAPÍTULO III: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ……………….. REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA …………………………………………………... ANEXOS ANEXO I
Fotografía de testigos del taladro de sondaje 07D-LG-040/07D-LG-040A 07D- LG-040/07D-LG-040A Del 0.00 al 100. 100. …………………………………………………
ANEXO II
Registro geotécnico de sondaje 07D-LG-040/07D-LG-040ª 07D -LG-040/07D-LG-040ª Del 0.00 al 100m .……………………………………………….. .………………………………………………....
ANEXO III
Resumen del mapeo geotécnico del frente del túnel por avance ……... ……...
1
INDICE DE CONTENIDO RESUMEN ……………….………………………………………………………..……………………... 04 INTRODUCCIÓN .…………….. ……………..……………..……………………………………………………….. ……………..……………………………………………………….. 05 Generalidades Objetivos
05
……………………………………………………………………………………………….
.……………………………………………. 06
…………………………………………………………
CAPÍTULO I: SISTEMAS DE CLASIFICACIÓN
DEL MACIZO ROCOSO segun q
barton ……….………….……………... ……….………….……………...……… ……… CAPÍTULO II: APLICACIÓN DEL SISTEMA Q
PARA DISEÑO
DE
SOSTENIMIENTO DEL TÚNEL ……………………….. …………..…… …… II.1 Criterios de Diseño ………………………………………………… …………………………………………………... ...…….. …….. III.1.1 Dimensión Equivalente (DE)
………………………….. …………………………..……….. ………..
III.1.2 Relación de soporte de la excavación (ESR) ……………..…….. III.1.3 Diagrama Q y clasificación clasificación del macizo rocoso rocoso ……...………….. III.1.4 Definición del sostenimiento mediante el sistema Q ….……. ….. III.2 Estimación de valores de parámetros para el cálculo de Q III.5 Caracterización geotécnica y tipo de sosteniminento del túnel en sus 100m. ……….……
CAPÍTULO III: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ……………….. REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA …………………………………………………... ANEXOS ANEXO I
Fotografía de testigos del taladro de sondaje 07D-LG-040/07D-LG-040A 07D- LG-040/07D-LG-040A Del 0.00 al 100. 100. …………………………………………………
ANEXO II
Registro geotécnico de sondaje 07D-LG-040/07D-LG-040ª 07D -LG-040/07D-LG-040ª Del 0.00 al 100m .……………………………………………….. .………………………………………………....
ANEXO III
Resumen del mapeo geotécnico del frente del túnel por avance ……... ……...
1
ÍNDICE DE FIGURAS
………………………… …………………………… …..
Figura I.2
Plano geológico de superficie. …………………….……………….........
Figura I.3
Perfil geológico longitudinal del túnel. ……………..……………….........
Figura I.3.4 Sección geológica geotécnica. geotécnica. ……………………….………………......... Figura I.3.5 Mapa de esfuerzos esfuerzos en la TierraTierra- Perú. …..………….……………….........
ÍNDICE DE TABLAS
……………………… …………………..
Tabla I.2
Dominio litológico a lo largo del taladro piloto. ……………….............. ………………..............
Tabla I.3
Resumen de la resistencia resistencia de la roca de pruebas de carga puntual en testigos. ……………….……. ……………….…….……………………….……….. ……………………….………..…… ……..... .....
8
12
Tabla I.4
Resumen de pruebas de laboratorio de compresión uniaxial. ……......... ……......... 13
Tabla II.1
Tipos de clasificación de roca. ………………………………..……......... 18
Tabla II.I.I
Clasificación de Terzaghi para cargas de roca en túnel con soporte de marco de acero. ……………………………..…………..…… ……………………………..…………..…….......... ..........
INDICE DE FOTOGRAFÍAS
20
………………………… …..
Fotografía 1 Fenómeno de Squeezing. ……………..……………..……….…….........
37
Fotografía 2 Intervalo 185.80- 193.45 del testigo testigo del del taladro de sondaje piloto ..………………………………...…………….……......... 51 Fotografía 3 Vista panorámica panorámica del falso túnel y primera primera excavación excavación del túnel túnel …......... 62 Fotografía 4 Vista interna del Falso Falso túnel. túnel. ……..…………………………..…….........
62
Fotografía 5 Instalación de arcos de acero en el túnel ……..………………….........
68
Fotografía 6 Elevación del del arco de acero acero en el túnel ….……………….…….........
69
Fotografía 7 Equipo para para prueba de tracción tracción de pernos ………………………......... 74 Fotografía 8 Prueba de tracción de pernos …………..………….………..…….........
75
Fotografía 9 Equipo para aplicación de Shotcrete Shotcrete ………………….…….…….........
81 2
Fotografía 10 Frente del túnel con Shotcrete ……………………………....................
82
Fotografía 11 Medición de convergencia en la progresiva 0+205 ………..……......... 89 ………..……......... 89
3
RESUMEN Las clasificaciones geomecánicas constituyen actualmente un método fundamental para la caracterización geomecánica geomecánica de los macizos rocosos ya que permiten obtener parámetros de resistencia y deformabilidad del macizo y estimar los sostenimientos de un túnel. Las clasificaciones geomecánicas geomecánicas más utilizadas en túneles son la RMR y la Q. La calidad del macizo rocoso es muy importante a la hora de la construcción de los túneles. El macizo se analiza para diseñar d iseñar el sostenimiento más adecuado a cada caso. Mediante la clasificación geomecánica de roca en áreas subterráneas, se pueden establecer los planes a seguir para garantizar la instalación adecuada de las fortificaciones. Existen diferentes tipos de roca, cada una de las cuales tienen sus propias características y propiedades físicas. Existen también, diferentes situaciones que requieren el uso de fortificación adicional para consolidar los estratos de la roca, afirmar los bloques y prevenir la caída de roca.
4
INTRODUCCIÓN Si bien es cierto, previo a la construcción de una labor subterránea, se realiza un estudio preliminar de la geología del terreno mediante sondajes (muestras de perforación diamantina), mapeos geológicos y otros, es físicamente imposible detectar completamente las condiciones en que se encuentran los diversos elementos de un cuerpo tan complicado como es el macizo rocoso. En la mayoría de los casos, el macizo rocoso aparece como un conjunto ensamblado de bloques irregulares, separados por discontinuidades geológicas como fracturas o fallas y, por ello la Caracterización Geomecánica de los macizos rocosos es compleja; pues debe incluir tanto las propiedades de la matriz rocosa así como de las discontinuidades. En resumen, el diseño de una excavación subterránea, que es una estructura de gran complejidad, es en gran medida el diseño de los sistemas de fortificación. Por lo tanto, el objetivo principal del diseño de los sistemas de refuerzo para las excavaciones subterráneas, es de ayudar al macizo rocoso a soportarse; es decir, básicamente están orientados a controlar la “caída de rocas” que es el tipo de inestabilidad que se manifiesta de varias maneras.
5
Objetivos:
Conocer los esfuerzos que se aplican en todo el túnel.
Determinar el valor de Q de Barton con los datos obtenidos de tabla.
Obtener el tipo de sostenimiento adecuado para cada tramo de acuerdo al valor del Q de Barton obtenido anteriormente.
6
CAPÍTULO I: SISTEMAS DE CLASIFICACIÓN DEL MACIZO ROCOSO SEGÚN Q DE BARTON. Clasificación Q Desarrollada por Barton, Lien y Lunde en 1974, a partir del estudio de un gran número de túneles, constituye un sistema de clasificación de macizos rocosos que permite estimar parámetros geotécnicos del macizo y diseñar sostenimientos para túneles y cavernas subterráneas. El índice Q está basado en una evaluación numérica de seis parámetros dados por la expresión:
=
Donde: Jn: índice de diaclasado que indica el grado de fracturación del macizo rocoso. Jr: índice de rugosidad de las discontinuidades o juntas. Ja: índice que indica la alteración de las discontinuidades. Jw: coeficiente reductor por la presencia de agua. SRF (stress reduction factor): coeficiente que tiene en cuenta la influencia del estado tensional del macizo rocoso.
Los tres factores de la expresión representan:
(RQD/Jn): el tamaño de los bloques (Jr/Ja): la resistencia al corte entre los bloques (Jw/SRF): la influencia del estado tensional.
El índice Q obtenido varía entre 0,001 y 1.000, con la siguiente clasificación del macizo rocoso:
Entre 0,001 y 0,01: roca excepcionalmente mala. 0,01 y 0,1: roca extremadamente mala. 0,1 y 1: roca muy mala. 1 y 4: roca mala. 4 y 10: roca media. 7
10 y 40: roca buena. 40 y 100: roca muy buena. 100 y 400: roca extremadamente buena. 400 y 1.000: roca excepcionalmente buena.
8
CAPÍTULO II: APLICACIÓN DEL SISTEMA Q PARA DISEÑO DE SOSTENIMIENTO DEL TÚNEL. II.1 Criterios de Diseño: El diseño de túneles es más que una determinación de una adecuación estructural de componentes, que debe cumplir con requisitos prácticos de construcción para garantizar la economía y la seguridad en una amplia gama de condiciones del terreno. A tal efecto, la combinación de múltiples disciplinas son necesarias en el diseño de un túnel, como son la geología, geotecnia, hidrogeología, mecánica de suelos y rocas, entre otras. Otro aspecto específico que se destaca es que a pesar de las relaciones que se pueden encontrar entre ellos, no se pueden clasificar en prototipos o series. La construcción de cada obra es una situación extraordinaria, debido a que se desarrolla en un sitio en particular con un terreno de ninguna manera similar a cualquier otro, por tratarse este de un medio heterogéneo. Es por esta razón que el diseño de los túneles tiene una característica fundamentalmente geotécnica, que se encuentra directamente relacionado con la naturaleza del terreno donde será desarrollado el proyecto, (Ayala 1998).
III.1.1 Dimensión Equivalente (DE): Para relacionar el valor del índice Qa la estabilidad y requerimiento de sostenimiento de excavaciones subterráneas, Barton definió un parámetro adicional al que se denominó la Dimensión Equivalente “De” de la excavación. Esta dimensión se obtiene dividiendo el vano, diámetro o la altura de la pared de la excavación entre una cantidad llamada la Relación de Sostenimiento ESR. Entonces: =
, á ó ()
III.1.2 Relación de soporte de la excavación (ESR): La estación de chancado yace dentro de la categoría de excavaciones mineras permanentes y se le asigna una relación de sostenimiento de excavación ESR = 1.6. La “De” es utilizada para definir una serie de categorías de sostenimiento mediante un gráfico publicado en texto original preparado por Barton. 9
Tabla 1 Categoría de excavación
III.1.3 Diagrama Q y clasificación del macizo rocoso:
El “Diagrama del sistema Q” está basado en más de 1000 casos de túneles y cavernas en los cuales fueron estudiados sus: dimensiones equivalentes, sostenimientos ocupados y valores de Q. Este diagrama es una guía para el diseño de sostenimientos permanentes en túneles y cavernas De acuerdo con el valor obtenido para este Índice “Q”, se determina el tipo de roca excavada, dentro de las cinco categorías
10
III.1.4 Definición del sostenimiento mediante el sistema Q: Las recomendaciones para el sostenimiento en esta sección del informe sólo pueden ser consideradas como preliminares, ya que se basan principalmente en las mediciones y observaciones del taladro de sondaje piloto. Para estimar el tipo de sostenimiento del túnel se procede de la siguiente manera: -Se clasifica el macizo rocoso según Q. -Se selecciona el grado de importancia de la excavación definido mediante el índice ESR (Excavation Support Ratio) que viene a ser un factor de seguridad. 11
-Se define el “diámetro equivalente” De. La relación entre el De y el valor de Q se muestra en el “Diagrama del Sistema Q” figura III.1, donde los valores de Q se ubican en el eje horizontal y los valores del diámetro equivalente De en el eje vertical (lado izquierdo del diagrama). El punto de intersección entre la línea horizontal dada por el valor De = 3,0 y las líneas oblicuas separan regiones numeradas de 1 a 9 que definen los tipos de sostenimiento desde el tipo I al tipo V, trazando una línea vertical desde la intersección a la línea horizontal se determinan los valores de Q que limitan estas regiones. Desde cada región que corresponde a un tipo de sostenimiento se traza una línea vertical desde el punto medio hasta la línea oblicua superior (Línea de espaciamiento entre pernos) en la cual se determina la separación entre pernos. Para cada valor diferente de Q es posible definir un sostenimiento diferente (espesores de shotcrete y espaciamiento de pernos), por lo cual, se han definido sostenimientos medios para diferentes rangos de Q y de esta forma también sus calidades de roca asociadas, lo cual se resume en la tabla III.1.4 Con la formula siguiente se determina la longitud de perno a utilizar: L=2 + 0,15*B/ESR B= 4,5 m ESR=1,6 Reemplazando los valores de B y ESR en la ecuación (III.1.4) se obtiene una longitud de pernos de 2,5 m.
12
III.2 Estimación de valores de parámetros para el cálculo de Q: En base al registro de datos del taladro piloto 07D-LG-040 se sintetiza los datos para desarrollar los valores de Q para cada intervalo de registro del testigo del taladro piloto, información importante sobre la metodología utilizada tanto para el registro como el 13
cálculo de la calidad del macizo rocoso (Q) se describen en esta sección. Se utiliza un enfoque estándar para la recolección de información geotécnica de la roca base. Esto incluye el registro de un RQD de 0% si el testigo no es "competente", como se sugiere en las primeras obras de Deere (1989). Tradicionalmente, el RQD sólo se registra como mayor que 0% para la base que se considera "competente", es decir, si la resistencia de la roca intacta es R2 o mejor (estimación campo ISRM de UCS> 5.0MPa). En base a estas reglas, se encuentran en los primeros 200 metros del taladro piloto la roca con resistencia menor que 5,0 MPa y por lo tanto el RQD se registró como 0% tampoco se registró ninguna característica de aspereza alteración (Jr y Ja) las características si el RQD fue de 0%. Este enfoque tradicional de medición de RQD es generalmente bueno, como la pertinencia de la densidad disminuye en las fracturas en el límite entre la roca y el suelo. Sin embargo, importantes diferencias en el comportamiento geomecánico de la roca de muy débil a extremadamente débil (UCS ISRM <5,0 MPa) se pueden identificar con el parámetro RQD. Por lo tanto, las mediciones de RQD en el taladro de sondaje piloto 07-LG-040 se volvieron a registrar en base a las fotografías para las zonas rocosas con resistencia R1, aunque no necesariamente competentes, los valores de Jr y Ja no se registraron muy a menudo para las zonas de roca que exhiben resistencias fortalezas intactas R2, los valores supuestos fueron relativamente conservadores. En tabla III.2 se resume las condiciones y reglas importantes utilizadas en el cálculo de la calidad del macizo rocoso (Q) de la base de datos de registro bruto.
14
TablaIII.2 Resumen de las condiciones y reglas importantes utilizadas en el cálculo de la calidad del macizo rocoso según el sistema Q. Parámetr o
Priorida Condición
d
Comentarios
RDQ igual a
En zonas de
0%.Por que la
cohesión, roca
roca no es
débil, la medida de
competente- se considera como RQD
Norma
resistencia
El RQD es del
RQD puede ser
registro de testigos
importante para la
de sondaje
predicción del
intacta menos
comportamiento
de R2 Si la medida de RQD es menor a 10%
Si UCS <5.0 Mpa.
1
de la excavación
Un valor nominal de 10% se utiliza para el cálculo de Q (Barton , 1974)
2
Jn=20, o Jn= 15 Si no apareció suelo en el testigo
1
Jn
Jn constante, a Jn registrado es menor que 15
menos que esté Jn= 9 tres familias de juntas
muy altamente 2
fracturado. Se hizo observaciones
Jr y Ja
La resistencia
1
estimada es R0
generales de las condiciones de las
Jr=(0.5-1) y Ja= (8-
juntas, para
10)
determinar Jr y Ja
15
Se hizo observaciones
Resistencia
generales de las
estimada R0/R1
condiciones de las
o R1/R0
juntas, para Jr=1.5, Ja=5
determinar Jr y Ja
La profundidad vertical es menor o igual a
SRF=5, como guia
25m
Barton (1989)
1
δѲ/USC(dato estimado de campo)es mayor SRF oscila de 5 a 20
SRF
o igual 1-
como sugiere Barton
Squeezing
( 1995)
ground
SRF=20 Para
condition Para roca competente cuando δѲ/USC(dato estimado de campo)es menor que 1
2 SRF rango va de 1 a
Máximo SRF=5
5, SRF con la
para roca
Fórmula
competente
desarrollada por
conforme la
Kirsten(1988)para
estimación de
rocas competentes
esfuerzo insitu
Jw = 1 de 0 a 170 m
valor para
Jw = 0.66 de 170 a Jw
Jw
rock Squeezing
400m
1
excavación seca o menor afluencia.
La estimación de los valores adecuados SRF se describe en la Tabla III.2. También hay que destacar que la condición del esfuerzo in - situ debe ser reevaluado a través de observaciones del comportamiento de la roca y el rendimiento del sostenimiento durante 16
la excavación. Si las observaciones en las excavaciones indican que los esfuerzos reales son totalmente diferentes de las estimaciones, la descripción preliminar del diseño debe ser reevaluada. El valor de Jw se asume 1.0 hasta el 170m en el túnel y de 0.66 después de 170m en el túnel.
III.5 Caracterización geotécnica y tipo de sostenimiento del túnel en sus 100m:
17
CAPÍTULO III: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. -
El resultado que hemos obtenido está asociado a la tabla de Q de Barton donde determina el tipo de sostenimiento que debemos aplicar con nuestros resultados.
-
Obtener una descripción breve del sistema de clasificación de Q de Barton.
-
Obtener la calidad y comportamiento del macizo rocoso para el sostenimiento.
-
Calificar de manera cuantitativa la calidad geotécnica de un macizo rocoso.
18
REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA
http://www.revistaseguridadminera.com/operaciones-mineras/clasificaciongeomecanica-de-roca/ https://es.scribd.com/document/363049005/8-150930051811-lva1-app6892-1-pdf
Ruiz, M. R. (2002). Nuevas recomendaciones de excavación y sostenimiento para túneles y boquillas. Ruiz, M. R. (2002). Nuevas recomendaciones de excavación y sostenimiento para túneles y boquillas.
RUIZ, M. R. (2000). RECOMENDACIONES DE SOSTENIMIENTO PARA TÚNELES.
19
ANEXOS Fotografía de testigos del taladro de sondaje 07D-LG-040/07D-LG-040A del 0.00 al 100.
20
21
22
23
24
25
26
27
Registro geotécnico de sondaje 07D-LG-040/07D-LG-040ª del 0.00 al 100m
28
Resumen del mapeo geotécnico del frente del túnel por avance.
29
ÍNDICE DE FIGURAS. Figura I.2
Plano geológico de superficie.
30
Figura I.3
Perfil geológico longitudinal del túnel.
31
Figura I.3.4 Sección geológica geotécnica.
32
Figura I.3.5 Mapa de esfuerzos en la Tierra- Perú.
33
ÍNDICE DE TABLAS. Tabla I.2 Dominio litológico a lo largo del taladro piloto.
34
Tabla I.3 Resumen de la resistencia de la roca de pruebas de carga puntual en testigos.
35
. Tabla I.4 Resumen de pruebas de laboratorio de compresión uniaxial
36
Tabla II.1
Tipos de clasificación de roca.
37
Tabla II.I.I Clasificación de Terzaghi para cargas de roca en túnel con soporte de marco de acero.
38
INDICE DE FOTOGRAFÍAS. Fotografía 1 Fenómeno de Squeezing.
39
Fotografía 2
Intervalo 185.80- 193.45 del testigo del taladro de sondaje
piloto.
40
Fotografía 3 Vista panorámica del falso túnel y primera excavación del túnel.
41
Fotografía 4 Vista interna del Falso túnel.
42
Fotografía 5 Instalación de arcos de acero en el túnel.
43
Fotografía 6 Elevación del arco de acero en el túnel.
44
Fotografía 7 Equipo para prueba de tracción de pernos.
45
Fotografía 8 Prueba de tracción de pernos.
46
Fotografía 9 Equipo para aplicación de Shotcrete.
47
Fotografía 10 Frente del túnel con Shotcrete.
48
