CLASIFICACIÓN GEOMECÁNICA RMR (BIENIAWSKI, 1989)
PRESENTADO POR: GRAUS ARMAS, Julio César MEJÍA LIBERATO, Anny PINTO QUISPE, Deymi Jehes
DOCENTE: Ing. FILADELFIO CRUZADO MEJÍA CAJAMARCA – PERÚ 2016
2016
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INTRODUCCIÓN Las clasificaciones geomecánicas tienen por objeto caracterizar un determinado macizo rocoso en función de una serie de parámetros a los que se les asigna un cierto valor. Por medio de la clasificación se llega a calcular un índice característico de la roca, que permite describir numéricamente la calidad de la misma. Es una herramienta muy útil en el diseño y construcción de obras subterráneas, pero debe ser usada con cuidado para su correcta aplicación, pues exige conocimientos y experiencia por parte de quien la utiliza. La finalidad de definir un valor del RMR en un macizo rocoso, es cuantificar su calidad, estimar sus propiedades desde el punto de vista de la ingeniería, proporcionar las bases de referencia para las condiciones previstas del túnel y recomendar procedimientos adecuados de refuerzo del túnel. A este respecto, el sistema RMR es más efectivo con fines de planificación preliminar y también durante la etapa de construcción real del túnel. Algunos programas para ordenadores determinan los valores del RMR y de esta forma reducen la ambigüedad que tienen los procedimientos de clasificación descriptivos, no cuantitativos. Los valores específicos del RMR obtenidos de esta forma pueden utilizarse adecuadamente para estimar los parámetros de deformación y resistencia de un macizo rocoso. Además, estos programas obligan a que el usuario tenga en cuenta los parámetros geológicos más importantes para a continuación combinarlos en un índice de ingeniería en conjunto de la calidad del macizo rocoso, para su uso en diseño de túneles y construcción. Pero, como ocurre con cualquier programa de ordenador, hay dos puntos importantes:
La fiabilidad de los datos de entrada.
La claridad de ideas de qué y cómo se va a calcular, de forma que se tengan en cuenta de forma adecuada todos los supuestos y procedimientos.
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OBJETIVOS Objetivo general
Hacer un análisis de la clasificación geomecánica RMR (Bieniawski, 1989) y destacar las variables que inciden en la calidad geotécnica de un macizo rocoso y formar criterio acerca de su incidencia en la resistencia del mismo, proporcionando conocimientos para poder efectuar una descripción y valoración técnica de un macizo rocoso.
Objetivos específicos
Analizar cada uno de los parámetros que influyen en el cálculo del índice RMR.
Analizar las correlaciones del RMR.
Comprender mediante un ejemplo didáctico el cálculo del RMR.
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CLASIFICACIÓN DE BIENIAWSKI – RMR La clasificación Geomecánica RMR, también conocida como clasificación Geomecánica de Bieniawski, fue presentada por el Ingeniero Bieniawski en 1973 y modificada sucesivamente en 1976, 1979, 1984 y 1989. Desarrollado por Bieniawski (1989) constituye un sistema de clasificación de macizos rocosos que permite a su vez relacionar índices de calidad con parámetros de diseño y de sostenimiento de túneles. El parámetro que define la clasificación es el denominado índice RMR (ROCK MASS RATING), que indica la calidad del macizo rocoso en cada dominio estructural a partir de los siguientes parámetros: 1. Resistencia a la compresión simple de la matriz rocosa. 2. R.Q.D. Grado de fracturación del macizo rocoso. 3. Espaciado de las discontinuidades. 4. Condiciones de las discontinuidades, el cual consiste en considerar los
siguientes parámetros:
Abertura de las caras de la discontinuidad.
Continuidad o persistencia de la discontinuidad.
Rugosidad.
Alteración de la discontinuidad.
Relleno de las discontinuidades.
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5. Presencia del Agua, en un macizo rocoso, el agua tiene gran influencia sobre
su comportamiento, la descripción utilizada para este criterio son:
Completamente seco.
Húmedo.
Agua a presión moderada.
Agua a presión fuerte.
6. Orientación de las discontinuidades.
Para obtener el Índice RMR de Bieniawski se realiza lo sigu iente:
1. Se suma los 5 variables o parámetros calculados, eso da como resultado un valor índice (RMR básico). 2. El parámetro 6 que se refiere a la orientación de las discontinuidades respecto a la excavación. Esta clasificación considera que este parámetro es desfavorable, por tanto, cuando se obtiene este valor índice de la orientación de las discontinuidades, este se les sutrae al valor índice obtenido cuando se suma los 5 primeros parámetros, al realizar dicha operación se obtiene el ÍNDICE RMR. La incidencia de estos parámetros en el comportamiento geomecánico de un macizo se expresa por medio del Índice de calidad RMR, rock mass rating, que varía de 0 a 100.
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PARÁMETROS PARA EL CÁLCULO DEL RMR 1° Parámetro : Resist encia de la roc a
Determinada mediante el ensayo de Resistencia a compresión simple o el ensayo de carga puntual.
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Resistencia de algunas rocas en Mpa.
Gráfico para calcular el parámetro de Resistencia a la Compresión Simple.
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2° parámetro : cálc ulo del RQD.
La calidad de roca R.Q.D se puede determinar:
Trozos de rocas testigos mayores de 10 cm recuperados en sondeos.
Número total de discontinuidades que interceptan una unidad de volumen (1m 3) del macizo rocoso, definido mediante el parámetro Jv.
Comprende el cálculo del RQD en función del número de discontinuidades por metro ( ) por Hudson, 1976.
Para el primer caso se utiliza la primera fórmula:
Para el segundo caso se utiliza la siguiente fórmula:
El Jv se calcula sumando el número de fisuras por metro que corten de manera independiente a cada uno de los 3 ejes de un cubo imaginario en el cuerpo rocoso materia de análisis. No se debe contar una fisura en más de un eje, por ejemplo, si una fisura corta al eje x y al eje y, la contaremos bien en el eje x o en el eje y pero no en ambos (J v = Jvx + Jvy + Jvz).
Para el tercer caso se utiliza la siguiente fórmula:
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El valor obtenido en cualquiera de los tres casos es comparado con la siguiente tabla:
Asimismo, se puede buscar la valoración para el RQD, a partir del siguiente gráfico:
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3° parámetro: separación de las discon tinui dades
La separación o el espaciamiento de las discontinuidades están clasificadas según la tabla que a continuación se observa:
Para calcular el rango se utiliza el siguiente gráfico:
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4° parámetro: co ndic iones de las discont inui dades.
Aberturas de las discontinuidades:
Continuidad o persistencia de las discontinuidades.
Rugosidad de las discontinuidades.
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Relleno de las discontinuidades.
Alteración de las discontinuidades.
Para calcular el valor del parámetro según las condiciones de las discontinuidades se suman los valores obtenidos en las cinco tablas descritas anteriormente.
5° parámetro : la presenci a del agu a.
Evaluadas de modo cualitativo (observación directa) o cuantitativo (midiendo cauda l de agua o presión). Para calcular la valoración según la presencia del agua se toma como referencia la tabla que a continuación se especifica.
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Es de anotar que Hoek (1983) modifica algunos valores relacionados con el agua subterránea, planteando como máximo puntaje 10 en lugar de 15.
6° parámetro: orientación d e las dis conti nuid ades.
Para la valoración de este parámetro se debe clasificar la roca de acuerdo al rumbo y buzamiento con respecto a la obra civil que se va a ejecutar, esta clasificación se especifica a continuación:
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Valoración para Túneles y Minas.
Valoración para Fundaciones.
Valoración para Taludes.
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Este parámetro 6 se le debe restar a la suma de los otros 5 parámetros descritos anteriormente.
Clasificación RMR:
El valor del RMR ha sido utilizado para estimar las propiedades del macizo rocoso. Bieniawski (1984, 1989) y Serafim y Pereira (1983) han proporcionado una relación entre el RMR y el módulo de deformación del macizo rocoso. El valor del RMR también es utilizado como una forma de estimar los factores m y s del Criterio de rotura de Hoek-Brown, las ecuaciones para su determinación son planteadas en por Hoek y Brown, (1988) al igual que el valor del GSI introducido por Hoek (1995) para finalmente evaluar la resistencia del macizo rocoso. Muchos proyectos de túneles usan el RMR como uno de los indicadores para definir las clases de sostenimiento o excavación. Sin embargo, el RMR no
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puede ser utilizado como el único Indicador, especialmente cuando las tensiones de la roca o sus propiedades dependientes del tiempo son importantes para el resultado de la ingeniería de rocas. Bieniawski (1989) presenta una correlación entre el tiempo de sostenimiento y la longitud del vano o sector no soportado del túnel para los diferentes valores de RMR mostrado en la Figura 1, este diagrama es útil para la determinación de los tiempos de instalación de soporte, existen gráficos actualizados de estabilidad vs. Vano libre, tanto para túneles excavados con perforación y voladura como con TBM, conforme a que la excavación con tuneladora conduce a una mejor calidad del macizo, Alber (1993), desarrolló una relación entre el RMRD&B (excavación por voladura) y el RMR TBM (excavación con tuneladora) extrapolando la relación ya descrita.
Figura 1. Longitudes y tiempos de estabilidad sin soporte, Bieniawski (1989).
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La evaluación del RMR es realizada a partir de la tablas, determinando el valor para cada parámetro y realizando la sumatoria de los mismos, que debe encontrarse en un rango de 0 - 100, finalmente el sostenimiento es determinado a partir de la Tabla 1 según la correspondencia del valor del RMR encontrado con el rango por clase preestablecido por Bieniawski.
Tabla 1. Sostenimiento a partir del RMR, Bieniawski (1989).
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Calidad del macizo rocoso con relación al Índice RMR
Guía para la excavación y soporte en túneles y obras de ingeniería donde la condición de la roca es importante. (Según Bieniawski)
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CORRELACIONES DEL RMR:
Módulo de deformación "in situ": El RMR está correlacionado empíricamente con el módulo de Young del macizo rocoso (Em), no de la roca intacta (Er): RMR > 50
RMR =< 50
Parámetros de resistencia del criterio de rotura de Hoek-Brown El criterio se escribe:
Donde: σc: resistencia a compresión simple de la roca matriz
m,s: parámetros relacionados con el grado de imbricación y fracturación del macizo rocoso. Hoek y Brown (1988) propusieron:
Para macizos poco alterados (perforados con máquina tuneladora):
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Para macizos
más alterados (excavados mediante explosivos):
Correlación con Q
CLASIFICACIÓN ADAPTADA DE BIENIAWSKI PARA TALUDES (GEOMECÁNICA DE ROMANA - SMR): Permite evaluar la estabilidad de una excavación. El índice SMR para la clasificación de taludes se obtiene del índice RMR básico, restando un “factor de ajuste” que es función de la orien tación de las discontinuidades (y producto de tres subfactores) y sumando un “factor de excavación” que depende del método utilizado.
SMR = RMR básico + (F1 x F2 x F3) + F4
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El factor de ajuste de las discontinuidades es producto de tres subfactores:
F1: depende del paralelismo entre el rumbo de las discontinuidades y la cara del talud.
Varía entre 1,00 (cuando ambos rumbos son paralelos) y 0,15 (cuando el ángulo entre ambos rumbos es mayor de 30º y la probabilidad de rotura es muy baja). Estos valores establecidos empíricamente ajustan aproximadamente a la expresión:
Siendo j y s los valores de dirección de la discontinuidad ( j) y del talud ( s). F1
Muy favorable
favorable
Normal
Desfavorable
Muy Desfavorable
>30°
30° - 20°
20° - 10°
10° - 5°
<5°
0.15
0.40
0.70
0.85
1.00
P /T
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F2: depende del buzamiento de la discontinuidad en la rotura plana. Varía entre 1,00 (para discontinuidades con buzamiento superior a 45º) y 0,15 (para discontinuidades con buzamiento inferior a 20º). Puede ajustarse aproximadamente según la relación:
Donde j es el buzamiento de la discontinuidad. Muy
Normal
Desfavorable
<20°
20° - 30°
30° - 35°
35° - 45°
>45°
0.15
0.40
0.70
0.85
1.00
favorable
F2
P
Desfavorable
1.00
T
Muy
favorable
F3: refleja la relación entre los buzamientos de la discontinuidad y del talud. Muy
F3
favorable
favorable
Normal
Desfavorable
Muy Desfavorable
j -
s
>10°
10° - 0°
0°
0° - (-10°)
< -10°
j +
s
<110°
110°-120°
>120°
-
-
0
-6
-25
-50
-60
T/P
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F4: ha sido establecido empíricamente como:
Los taludes naturales, son más estables a causa de los procesos previos de erosión sufridos por el talud, y de los mecanismos internos de protección que muchos de ellos poseen (vegetación, desecación superficial, drenaje torrencial, etc.). F4 = +15. Los precorte, aumentan la estabilidad de los taludes en media clase. F4 = +10. Las técnicas de voladura suave (recorte) bien ejecutadas, también aumentan la estabilidad de los taludes. F4 = +8. Las voladuras normales aplicadas con métodos razonables no modifican la estabilidad. F4 = 0. Las voladuras defectuosas son muy frecuentes y pueden dañar seriamente a la estabilidad. F4 = -8. La excavación mecánica de los taludes por solo es posible cuando el macizo rocoso está muy fracturado o la roca blanda. Con frecuencia se combina con pre voladuras poco cuidadosas. Las caras del talud presentan dificultades de acabado. Por ello el método ni mejora ni empeora la estabilidad.
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Clasificación SMR:
Parámetros de corrección de la clasificación SRM (1985), donde no solo analiza para rotura plana o rotura por vuelco, sino también para las cuñas.
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Relación del índice SRM y la estabilidad del talud
EJERCICIOS:
1. El valor del índice RMR del macizo rocoso se obtiene a partir de la evaluación de 6 parámetros; 5 de ellos son intrínsecos al macizo: resistencia a compresión simple de la roca intacta, RQD, espaciamiento de las discontinuidades, características de las discontinuidades y condiciones hidráulicas. El sexto parámetro depende de la orientación de las discontinuidades y del tipo de obra que se considere (túneles, minas…); no disponemos de datos para evaluar este
último parámetro. Para cada parámetro de evaluación se define una puntuación; la suma de todos los puntos es el valor RMR. La siguiente tabla resume la evaluación de los diferentes parámetros:
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De acuerdo con Hoek & Brown (1997), para un macizo: mi = 33 Calcular los parámetros m y s
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SOLUCION
m = mi * exp ((78-100)/28) = 15.04 s = exp ((78-100)/9)= 0.087 2. Clasificar el siguiente macizo rocoso según RMR 1989: Un túnel será excavado a través de un granito ligeramente meteorizado con una familia dominante de juntas con rumbo perpendicular al eje del túnel, y con buzamiento de 60 grados contra la dirección del avance de la excavación. A partir de los “logs” de perforaciones diamantinas, ensayos de laboratorio y observaciones
de campo, se obtienen los siguientes datos:
Ensayo de Carga Puntual: 8 MPa (valor representativo).
Valores promedio del RQD: 70%.
Separación de juntas: 300 mm.
Discontinuidades:
o
1-3 m de longitud
o
0.1-1.0 mm de abertura
o
ligeramente rugosas
o
sin relleno
o
ligeramente alteradas
Condiciones de excavación del túnel: se espera condición húmeda.
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SOLUCION A1): Ensayo de carga puntual
8MPa
12
A2): RQD 70% A3): Separación de juntas
13
300mm
10
A4): Discontinuidades:
22
ligeramente rugosas
3
sin relleno
6
ligeramente alteradas
5
1-3 m de longitud
4
0,1-1mm de abertura
4
A5): Esperamos condición húmeda
7
A6): Información sobre el túnel
buzamiento
de 60 grados contra la dirección del
avance de la excavación + rumbo perpendicular al excavación RMR = 12 + 13 + 10 + 22 + 7 + (-5) = 59 Así, según la clasificación RMR 1989, este macizo rocoso es de clase III.
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BIBLIOGRAFÍA
Gavilanes J, H., & Andrade Haro, B. (2004). INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA DE TÚNELES. Quito, Ecuador: AIME. Recuperado el 26 de Mayo de 2015
Gonzales de Vallejo, L. I., Ferrer, M., Ortuño, L., & Oteo, C. (2002). Ingeniería Geológica. (I. Capella, Ed.) Madrid, España: PEARSON EDUCACIÓN. Recuperado el 26 de Mayo de 2015.
http://html.rincondelvago.com/mecanica-de-rocas.html
https://geologiaygeotecnia.files.wordpress.com/2014/11/rmr.xlsx
http://www2.etcg.upc.edu/asg/engeol/pdf_files/5.3clasgeom_txt.pdf
http://www2.etcg.upc.edu/asg/engeol/pdf_files/curs11_12/Tema5.pdf
