GEOLOGICAL STRENGTH INDEX "GSI"
después de muchas • El GSI (Geological Strength Index), ha sido desarrollado después discusiones y durante varios años, por ingenieros y geólogos con quienes E. Hoek ha trabajado en distintas partes del mundo. propone en una tabla muy práctica, que que se ha elaborado elaborado en • Este trabajo propone forma muy cuidadosa, que las combinaciones que allí aparecen sean condiciones que realmente aparezcan en la naturaleza. el gráfico 10.4, dos dos aspectos son considerados considerados • Como se puede apreciar en el desde la litología que se está estudiando: la estructura y la condición de la superficie de la discontinuidad. que se considere considere que, cuando planos estructurales estén • Es importante que presentes y su orientación es desfavorable respecto a una de las caras expuestas por la excavación, esta condición dominará el comportamiento de la masa de roca.
RECORDEMOS! ¿Qué aspectos principales destacan en GSI? Los 2 aspectos principales que se resaltan son la litología (estructura) y la condición de la superficie de la discontinuidad.
Parte Inferior
Parte Superior
A continuación rangos típicos de GSI para distintas litologías.
GSI PARA ARENISCAS
GSI PARA CALISAS TÍPICAS
Adaptación del GSI para definir sistemas de refuerzo y/o soporte para labores permanentes (Modificado de Ramírez, J. 2003)
Adaptación del GSI para definir sistemas de refuerzo y/o soporte para cámaras (Modificado de Ramírez, J. 2003)
RESUMEN GSI El GSI es utilizado para la estimación de los parámetros de entrada para el calculo de la resistencia, solo es una relación empírica y los procesos asociados a las clasificaciones de la ingeniería de rocas.
La determinación de los parámetros del GSI se basa en las descripciones de la calidad del macizo rocoso en lugar de formular datos de entrada cuantitativos como en los sistemas RMR, Q y RMi. El GSI es principalmente útil para macizos rocoso mas blandos con RMR menor a 20.
USO DE LAS CLASIFICACIONES DE MACIZOS PARA HACER EL ESTIMATIVO DEL GSI
Para eliminar las redundancias en los procesos de diseño ingenieril, se propuso el GSI (Geological Strength Index), de acuerdo con Hoek en (1995), para lo que se tienen varios procedimientos, los cuales se explican a continuación.
A partir de la clasificación RMR de Bieniawski 1976:
Bieniawski ha hecho varios cambios a las escalas de puntaje utilizadas en su clasificación. Estos cambios se han efectuado en los años 1973, 1974, 1976, 1979 y 1989 según de expuesto en Hoek et al (1995). Para hacer el estimado del GSI, se recomienda utilizar la tabla BIENAWSKI bajo la suposición de una condición seca, para lo cual se asigna un puntaje de 10 al valor que evalúa la acción del agua. Además, se debe asumir una muy favorable orientación de las estructuras geológicas, por lo cual el ajuste por orientación de discontinuidades es nulo. La suma de los valores de los puntajes configura el Valor del RMR 76, el cual puede ser usado para estimar el GSI, tal como se expresa a continuación.
Para RMR76<18, la clasificación de Bieniawski del año 1976, no puede ser utilizada en el estimado del GSI, por lo cual se debe utilizar el valor de Q´ o valor modificado de Q de acuerdo con Barton et al 1974.
A partir de la clasificación RMR de Bieniawski 1989:
Para el cálculo del GSI, se puede utilizar la clasificación propuesta por Bieniawski en el año 1989, en forma similar a la descrita para la clasificación del año 1976. En este caso, se debe usar un valor de 15 al valor que evalúa la acción del agua y el ajuste por la orientación de juntas o diaclasas, es nuevamente nulo. Se hace notar que el mínimo valor que puede ser aplicado para estimar el GSI es 23 y que en general, se obtienen mayores calificaciones que con la clasificación del año 1976. El puntaje final, se denomina RMR89, el cual puede ser empleado en el estimado del GSI, como se muestra a continuación.
Para RMR89<23, la clasificación de Bieniawski del año 1989, no puede ser utilizada en el estimado del GSI, por lo cual se debe utilizar el valor de Q´ o valor modificado de Q de acuerdo con Barton et al 1974.
A partir de la clasificación modificada de Barton en 1974 o Q´:
En el empleo de esta clasificación para el cálculo del GSI, se 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 un valor de 1, lo cual es equivalente a un macizo rocoso en condiciones secas, sujeto a unas condiciones medias de esfuerzo. Evidentemente, en los análisis de esfuerzos que se implementen se deben emplear las 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 para 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.
Este valor de Q´ puede ser usado para estimar el valor de GSI con la siguiente relación.
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.
1 Cuando no usar el GSI
Es inapropiado asignar valores de GSI en caras excavadas de rocas fuertes y duras con unas pocas discontinuidades espaciadas a distancias de similar magnitud que las dimensiones del túnel o taludes bajo consideraciones.
2 Descripción Geológica en la tabla GSI
Cuando se trata de macizos rocos específicos, se sugiere que la selección del caso apropiado dentro de la tabla del GSI no debe estar limitada a la similitud visual con los esquemas de la estructura del macizo rocoso que aparecen en la tabla. Las descripciones asociadas deben también ser leídas cuidadosamente, para así la escoger la estructura más adecuada.
3 Proyección de los valores del GSI dentro del subsuelo.
Los afloramientos son fuentes extremadamente valiosas de datos en las etapas de un proyecto, pero estos sufren de la desventaja que la relajación superficial, intemperismo, y/o alteración hayan influenciado significativamente en la apariencia de los componentes del macizo rocoso. Esta desventaja puede superarse mediante ALGUNAS pruebas pero, a menos que estas sean excavadas mecánicamente para hasta una profundidad considerable, no hay garantía que se hayan eliminado los efectos de un intemperismo profundo. Un juicio es por lo tanto requerido para asignar el valor GSI más probable en la profundidad de la excavación propuesta para evitar estos efectos de intemperismo y alteración.
4. EL ÍNDICE DE RESISTENCIA GEOLÓGICA A GRANDES PROFUNDIDADES
En rocas duras a grandes profundidades (como a 1000 metros o más) la estructura del macizo rocoso es tan compacta que el macizo rocoso se comporta cerca al de una roca intacta, el valor del GSI se aproxima a 100 y la aplicación del sistema GSI ya no tiene validez
5. DISCONTINUIDADES CON RELLENO DE MATERIALES
La tabla del GSI puede ser usada para estimar las características de los macizos rocos con discontinuidades con materiales de relleno usando las descripciones
en
la
columna
para
las
condiciones
de las
discontinuidades “malas” o “muy malas”. Si el material de relleno es sistemático y grueso (como cuando es mayor a algunos centímetros) o
existen zonas de cizalla con materiales arcillosos, entonces es
recomendable el uso de la tabla del GSI para macizos rocosos modificado de Ramirez (2003)
6. MACIZOS ROCOSOS HETEROGÉNEOS Y LITOLÓGICAMENTE VARIADOS
El
GIS
ha
sido
extendido
para
acomodarse a las más variados tipos de macizos rocosos, incluyendo a los macizos rocosos
cizallados
de
extremadamente
mala calidad (como limolitas, lutitas o filitas) a veces intercaladas con rocas duras (como areniscas, calizas o cuarcitas)
7. MACIZOS ROCOSOS INTEMPERIZADOS
Los valores del GSI para macizos rocosos intemperizados son desplazados a la derecha de los del mismo macizo rocoso que no están intemperizados. Si la interperización ha penetrado dentro de las piezas de roca intacta que conforman el macizo (como en granitos intemperizados) y la meteorización ha penetrado la roca en medida que se han perdido las discontinuidades y la estructura misma, entonces el macizo rocoso debe ser evaluado como un suelo y el sistema GSI ya no se puede aplicar. (Argilicos dentro de la roca )
s e n o i s u l c n o C
Hemos descrito las tres clasificaciones geomecánicas más usadas en la actualidad como son el RQD, RMR y GSI, y hemos aprendido cada uno de sus parámetros, con todos sus detalles, etc.
En la actualidad es fundamental realizar una muy buena clasificación de los macizos de roca para diseñar las obras, para tener mayor seguridad para el personal de l aboreo y de los equipos a utilizar y también ayuda mucho en la reducción de costos, etc.
Hemos
aprendido a obtener los seis parámetros que se requieren para la obtención del RMR (básico).
Finalmente hemos hecho una ligera comparación entre el RMR y el GSI, ya que este depende en gran medida del RMR.
La caracterización de macizos rocoso tiene un importante rol, no solo para definir un modelo conceptual de la geología del sitio, pero también para cuantificación necesaria para los análisis “para asegurar que la idealización (modelamiento) no malinterpretar la realidad” [Knill 2003]. Si esto se lleva a cabo en conjunto con un modelamiento numérico, la caracterización del macizo rocoso presenta la perspectiva de un mucho mejor entendimiento de la mecánica del comportamiento del macizo rocoso [Chandler et al. 2004].
Uno de las ventajas del GSI es que el razonamiento geológico incorporado permite ajustar sus calificaciones para cubrir un variado rango de macizos rocosos y condiciones, pero esto también nos permite entender los límites de su aplicación.
