Trabajo de Soteniiento de Tuneles (Q de BARTON)

Mecánica de Rocas Aplicación de Geotable a partir de Q de Barton

Autor: Exequiel Álvarez y Santiago Olivares 2018

Mecánica de Rocas

Mecánica de Rocas

Contenido Introducción .................................................................................................................................. 3 Q de Barton ................................................................................................................................... 4 Ejercicio Practico ........................................................................................................................... 5 Calculo de Esfuerzos.............................................................................................................. 5 Aplicación de Software Geotable para calculo de Q de Barton ................................................... 6 Calculo de Q baton por Geotable y forma manual ............................................................... 8

Diámetro equivalente del túnel (De) ............................................................................................ 9 Gráfica de reforzamiento según el Q de Barton. ........................................................................ 10 Conclusión ................................................................................................................................... 11

Autor: Exequiel Álvarez y Santiago Olivares

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Mecánica de Rocas

Introducción Las clasificaciones geomecánicas constituyen actualmente un método fundamental para la caracterización 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 más utilizadas en túneles son la RMR y la Q. Si bien ambas fueron desarrolladas para estimar sostenimientos, el parámetro RMR se ha ido consolidando como un índice geomecánico para la evaluación de las propiedades del macizo rocoso, usándose igualmente para la evaluación del sostenimiento.


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Mecánica de Rocas Q de Barton 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: 1. RQD (Rock QualityDesignation) índice de calidad de la roca. Es una estimación de la calidad de roca empleada con testigos de roca obtenidos mediante sondeos. El método consiste en contabilizar los trozos de testigo mayores a 10 cm y la sumatoria de su longitud, este valor se divide en el largo total del testigo analizado.

2. Jn = índice de diaclasado que indica el grado de fracturación del macizo rocoso. 3. Jr = índice de rugosidad de las discontinuidades o juntas. 4. Ja = índice que indica la alteración de las discontinuidades. 5. SRF (stress reduction factor) = coeficiente que tiene en cuenta la influencia del estado tensional del macizo rocoso. 6. Jw = coeficiente reductor por la presencia de agua.

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 tensiona


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Mecánica de Rocas Ejercicio Practico Una cámara de chancadoras de 15 m de vano (abertura) para una mina subterránea va a ser excavada en norita a una profundidad de 2,100 m debajo de la superficie. El macizo rocoso contiene dos familias de juntas que controlan la estabilidad. Estas juntas son onduladas, rugosas y no están meteorizadas, presentando manchas de óxido de poca importancia en la superficie. Los valores RQD varían entre 85% y 95% y los ensayos de laboratorio sobre muestras de testigos de roca intacta arrojan una resistencia a la compresión simple promedio de 170 MPa. Las direcciones del esfuerzo principal son aproximadamente verticales horizontales y la magnitud del esfuerzo principal horizontal es de aproximadamente 1.5 veces la del esfuerzo principal vertical. El macizo rocoso está localmente húmedo pero no presenta evidencias de flujo de agua.

Calculo de Esfuerzos

Para una profundidad por debajo de la superficie de 2100 m, el esfuerzo de sobrecarga será aproximadamente: σ2 = 2100 m * 2.7 ton/m3 * (1 Mpa/100 ton/m2) = 56.7 MPa (esfuerzo principal vertical) σ1 = 56.7 MPa * 1.5 = 85 MPa (esfuerzo principal horizontal)

La magnitud del esfuerzo principal horizontal es de aproximadamente 1.5 veces la de esfuerzo principal vertical. σC/σ1 = (170 Mpa/85 Mpa) = 2


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Aplicación de Software Geotable para calculo de Q de Barton 1. Jn - Número de familias de juntas , que es un índice del diaclasado. Dos Sistema de juntas, Jn = 4

2. Jr - Índice de rugosidad de las juntas : Rugosos e Irregulares , Jr = 3


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Mecánica de Rocas 3. Ja - Índice de alteración de las Juntas: juntas con paredes no alteradas

J a=2

4. Jw - Índice de presencia de agua: Excavaciones secas o flujo pequeño es decir 5L/min localmente Jw= 1.0

5.SRF. (Stress Reduction Factor). M Estallidos severos (roca masiva),SRF =1 5


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6.RQD (Rock Quality Designation) = 90, definiendo como un Índice de Calidad del Macizo Rocoso bueno.

Calculo de Q baton por Geotable y forma manual Geotable

Manual

Variación índice Q:


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Mecánica de Rocas Diámetro equivalente del túnel (De) Para relacionar el valor del índice Q a la estabilidad y requerimiento de sostenimiento de excavaciones subterráneas, Barton et al (1974) definió un parámetro adicional al que se denominó la Dimensión Equivalente “De” de la excavación. E sta 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:

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. En consecuencia, para un vano de excavación de 15 m, la dimensión equivalente es:


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Gráfica de reforzamiento según el Q de Barton. La “De” es utilizada para definir una serie de categorías de sostenimiento mediante un gráfico

publicado en texto original preparado por Barton et al (1974). Este gráfico ha sido actualizado por Grimstad y Barton (1993) para reflejar el uso progresivo del shotcrete reforzado con fibra de acero en el sostenimiento en el sostenimie17nto de excavaciones subterráneas (Figura 1).

De la Figura 1, un valor de “ De” de 9.4 y un valor de Q de 4.5 coloca a esta excavación para la

chancadora dentro de la categoría (4) la cual requiere de un patrón de pernos de roca (espaciados 2.3 m) y 40 a 50 mm de shotcrete no armado.


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Conclusión


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