CLASIFICACIONES GEOMECANICA

7/30/2019 CLASIFICACIONES GEOMECANICA

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UNIVERSIDAD DE LOS ANDES.FACULTAD DE INGENIERA.

ESCUELA DE ING. GEOLGICA.CATEDRA: GEOTECNIA.

NDICE DE CALIDAD DE LA ROCA RQD.CLASIFICACIONES DE LOS MACIZOS

ROCOSOS SEGN:BARTON.

BIENIAWSKI.

HOEK Y BROWN

Prof. Francisco Bongiorno

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CLASIFICACIN DE LOS MACIZOSROCOSOS.

CLASIFICACIN DE DEERE ( RQD)

La calidad de roca R.Q.D se puede determinar a partir de trozosde rocas testigos mayores de 10cm recuperados en sondeos o a partirde juntas Jv que indican el nmero de juntas por m3 observadas en unafloramiento. Para el primer caso se utiliza la primera formula:

R.Q.D=[ (Ripios > 10cm)/(total de la perforacin)]X 100 ( A )

Para el segundo caso se utiliza la siguiente formula:

R.Q.D=115 3.3xJv. ( B )

El valor obtenido en las formulas A y B son comparados con la siguientetabla:

ndice de Calidad

R.Q.D. (%)

Calidad

0 -25 Muy mala25 50 Mala50 75 Regular75 90 Buena90 - 100 Excelente.

CLASIFICACIN DE BARTON, LIEN Y LUNDE. ( NDICE Q)

Estos autores consideran esta clasificacin tomando en cuenta elR.Q.D relacionndola con diversos parmetros, que sern consideradosa continuacin y que estn relacionados con la siguiente formula.

Q= x xJrJw

SRF

R. .D

Jn Ja

Como se analiza, la Clasificacin de Barton et al, se basa en 6parmetros:

1.-R.Q.D : ndice de calidad de la roca.2.-Jn : Nmero de familias de diaclasas.

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3.-Jr : Rugosidad de las superficies de las discontinuidades.4.-Ja : Alteracin de las diaclasas.5.-Jw : Coeficiente reductor. Presencia del Agua.6.-SRF : Factor reductor del esfuerzo.

El primer coeficiente R.Q.D./Jn representa en la formula el tamao delos Bloques.

El segundo coeficiente Jr/Ja representa en la formula la resistencia alcorte de los bloques.

El tercer y ltimo coeficiente Jw/SRF representa en la formula elestado tensional del macizo rocoso.

TABLAS USADAS PARA LA CLASIFICACIN DE BARTON.

1er Parmetro, calculo del R.Q.D.

Descripcin de lacalidad del macizo

rocosoR . Q . D . % Observaciones.

Muy mala 0-25Mala 25-50

Mediana 50-75Buena 75-90

Excelente 90-100

Para R.Q.D < 10 se puedetomar R.Q.D.= 10 en la

ecuacin de Q.

2do Parmetro, calculo de la Familia de diaclasas Jn.

Descripcin JnRoca masiva 0.5-1

Una familia de diaclasas. 2Una familia de diaclasas y algunas Diaclasas ocasionales. 3

Dos familias de diaclasas. 4Dos familias de diaclasas y algunas Diaclasas ocasionales 6

Tres Familias. 9Tres familias de diaclasas y algunas Diaclasas ocasionales. 12Cuatro o ms familias de Diaclasas, roca muy fracturada. 15

Roca triturada terrosa. 20En boquillas, se utiliza 2 Jun y en Tneles 3 Jun

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3er Parmetro Rugosidad de las Diaclasas Jr.

Esta tabla esta basada por la relacin o el contacto entre las 2 carasde la Junta.

Contacto entre las 2 caras de las diaclasas con poco

desplazamiento lateral de menos de 10 cm.

Jn

Juntas discontinuas. Juntas Rugosa o irregular ondulada. Suave ondulada. Espejo de falla, ondulada, Rugosa o irregular, plana. Suave plana. Espejo de Falla, plano.

432

1.51.51

0.5 No existe contacto entre las 2 caras de las diaclasas

cuando ambas se desplazan lateralmente.Jn

Zona de contenido de minerales arcillosos,suficientemente gruesa para impedir el contactoentre las caras de las Diaclasas.

Arenas, gravas o zona fallada suficientemente gruesapara impedir el contacto entre las 2 caras de lasdiaclasas.

1

1

Nota: si el espaciado de la familia de las diaclasas es mayor de 3 m hay queaumentar el Jn en una unidad.

Para diaclasas con espejos de falla provisto de lineaciones, si estn orientadas

favorablemente, se puede usar Jr=0.5

4to Parmetro Aguas en las Diaclasas Jw.Jw Presin

del aguaKg/cm2

- Excavaciones secas o de influencia pocoimportante.

- Fluencia o presin medias. Ocasional lavado

de los rellenos de las Diaclasas.

- Fluencia grande o presin alta, considerablelavado de los rellenos de las Diaclasas.

- Fluencia o presin de agua excepcionalmentealtas, decayendo con el tiempo.

- Fluencia o presin de aguasexcepcionalmente altas y continas, sindisminucin.

1

0.66

0.33*

0.1-0.2*

0.05-.01*

10

>10

Los valores presentados con el Signo * son solo valores estimados. Si seinstalan elementos de drenaje, hay que aumentar Jw

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5to Parmetro Meteorizacin de

las Diaclasas.

6to Parmetro tensiones en lasexcavaciones S.R.F.

Descripcin Ja Contacto entre las 2 caras

de las Diaclasas.Junta sellada, dura, sinreblandecimiento impermeable

como por ejemplo cuarzo en paredessanas.

Caras de la junta nicamentemanchadas.

Las caras de la junta estn alteradasligeramente y contienen minerales

no blandos partculas de arena, rocadesintegrada libre de arcilla.

Recubrimiento de limo o arenaarcillosa, pequea friccin arcillosano reblandecible.

Recubrimiento de mineralesarcillosos blandos o de baja friccin

como caolinita, clorita, talco yeso,grafito y pequeas cantidades dearcillas expansivas. Los

recubrimientos son discontinuos conespesores mximos de 1 o 2 mm.

0.75

1

2

3

4

25-30

25-30

25-30

20-25

8-16

Contactos entre 2 caras dela Diaclasa con < de 10 cmdesplazamiento lateral.Partculas de Arena, rocadesintegrada libre de arcilla.

Fuertemente sobreconsolidados

rellenos de minerales arcillosos noblandos. Los recubrimientos soncontinuos de menos de 5 mm de esp.

Sobreconsolidacin media a baja,

blandos, rellenos de mineralesarcillosos. Los recubrimientos soncontinuos de < de 5 mm de espesor.

Rellenos de arcilla expansiva, de

espesor contino de 5 mm. El valorJa depender del porcentaje de

partculas del tamao de la arcillaexpansiva.

4

6

8

8-12

25-30

16-24

12-16

6-12

No existe contacto entre las2 caras de la diaclasacuando esta cizallada.Zonas o bandas de roca desintegradao manchada y arcilla.

Zonas blandas de arcilla limosa oarenosa con pequea friccin de

arcilla no blandas.

Granos arcillosos gruesos.

6-8-12

5

13-20

6-24

6-24

6-24

1.-Zona dbil que interceptan laexcavacin y pueden causar cadas de

bloques.

S.R.F

A. Varias zonas dbiles conteniendo arcilla oroca desintegrada qumicamente, roca muy

suelta alrededor.

B. Solo una zona dbil conteniendo arcilla o rocadesintegrada qumicamente (profundidad de

excavacin < 50 m.).

C. Solo una zona dbil conteniendo arcilla o rocadesintegrada qumicamente. (Profundidad deexcavacin > 50 m.).

D. Varias zonas de fractura en roca competente

libre de arcilla, roca suelta alrededor.(Cualquier profundidad).

E. Slo una zona fracturada en roca competente,libre de arcilla (Profundidad de excavacin 50 m).

G. Diaclasas abiertas sueltas, muy fracturadas.Cualquier profundidad.

10

5

2.5

7.5

5

2.5

5

2.-Rocas competentescon problemastensionales en lasrocas

c/1 t/1

S.R.F

H. Tensiones pequeas cercade la superficie.

I. Tensiones medias.

J. Tensiones altas estructuramuy compacta, favorablepara la estabilidad, puede ser

desfavorable para laestabilidad de los hastales.

K. Explosin de roca suave(roca Masiva).

L. Explosin de roca fuerte(roca masiva.)

> 200

200-10

10-5

5-2.5

13

13-0.33

0.66-0.33

0.33-0.16


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Continuacin de la tabla del parmetro 6.................

3.-Roca expansiva, actividad expansivaqumica dependiendo de la presencia del

agua.

S.R.F

O. Presin Expansiva suave.

P. Presin expansiva intensa.

5-10

10-15Observaciones al SRF:

Reducir los valores del SRF en un 25 a 50% si las zonasde rotura solo influyen pero no interceptan a laexcavacin.

En los casos que la profundidad de las clave del tnelsea inferior a la altura del mismo se sugiere aumentar elSRF de 2.5 a 5.

Para campos de tensiones muy anistropos cuando5


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2.-En el parmetro Jn, puede estar afectado por la foliacin,esquistocidad, y laminaciones. Si las diaclasas paralelas estnsuficientemente desarrolladas, se contabilizan como una familia, sino se contabilizan cono diaclasas ocasionales.

3.-Se tomaran los valores de los parmetros Jr y Ja de la familia dediaclasas o discontinuidades rellenas de arcilla ms dbil de la zona,pero hay que elegir en primer lugar las diaclasas de orientacindesfavorable aunque no den el valor mnimo del cociente Jr/Ja.

4.-El valor del SRF se obtendr en el apartado 1 de la tabla declasificacin de este parmetro, si el macizo rocoso tiene arcilla enlas diaclasas.

5.-En las rocas anistropas, la resistencia a la compresin simple de

la roca, y la resistencia a la traccin,

c y

t , respectivamente seevalan en la zona ms desfavorable para la estabilidad de laestructura subterrnea.

CLASIFICACIN DE BIENIAWSKI SISTEMA RMR

Este sistema de clasificacin se ha desarrollado en base aotras clasificaciones existentes, la mayor limitacin de estaclasificacin esta en su aplicacin en rocas expansivas y fluyentes.

El parmetro que define la clasificacin es el denominadondice RMR ( ROCK MASS RATING ), que indica la calidad del macizorocoso en cada dominio estructural a partir de los siguientesparmetros:

1.-Resistencia a la compresin simple de la roca intacta, es decir dela parte de la roca que no presenta discontinuidades estructurales.

2.-R.Q.D. este parmetro se considera de gran inters, para

seleccionar el revestimiento de los tneles.3.-Espaciado de las diaclasas o discontinuidades, que es la distanciamedida entre los planos de discontinuidad de cada familia.

4.-Naturaleza de las Diaclasas el cual consiste en considerar lossiguientes parmetros:

- Apertura de las caras de la Discontinuidad.- Continuidad de las Diaclasas o discontinuidad segn su

rumbo y buzamiento.- Rugosidad.- Dureza de las caras de la Discontinuidad.- Relleno de las Juntas.

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5.-Presencia del Agua, en un macizo rocoso diaclasado, el aguatiene gran influencia sobre su comportamiento, la descripcinutilizada para este criterio son: completamente seco, hmedo,agua a presin moderada y agua a presin fuerte.

6.-Orientacin de las discontinuidades.

Para obtener el ndice RMR de Bieniawski se realiza lo siguiente:

1. Se suma los 5 variables o parmetros calculados, eso da comoresultado un valor ndice.

2.-El parmetro 6 que se refiere a la orientacin de lasdiscontinuidades, esta clasificacin considera que este parmetroes desfavorable, por lo tanto, cuando se obtiene este valor ndicede la orientacin de las discontinuidades, este se les sustrae alvalor ndice obtenido cuando se suma los 5 primeros parmetros,al realizar dicha operacin se obtiene el NDICE RMR y se buscaese valor en la tabla que mas adelante en la gua se describe.

1ER PARMETRO CLASIFICACIN POR RESISTENCIAS DEROCAS SANAS

DESCRIPCIN RESISTENCIA ACOMPRESIN SIMPLE

( Mpa)

NDICE DERESISTENCIA DE

CARGA PUNTUAL(Mpa)

Muy alta >200 >8Alta 100 200 4 8

Media 50 100 2 4Baja 25 50 1 2

Muy baja10 -253 101 - 3

< 1

Resistencia de algunas rocas sanas en (Mpa)

Resistencia a la compresin simple(MPa)

Tipo de roca

Mnimo Mximo Medio

Creta 1 2 1.5Sal 15 29 22Carbn 13 41 31Limonita 25 38 32Esquisto 31 70 43Pizarra 33 150 70

Arcillita 36 172 95Arenisca 40 179 95

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Marga 52 152 99Mrmol 60 140 112Caliza 69 180 121Doloma 83 165 127Andesita 127 138 128

Granito 153 233 188Gneis 159 256 195Basalto 168 359 252Cuarcita 200 304 252Dolerita 227 319 280Gabro 290 326 298Taconita 425 475 450Slice 587 683 635

Grafico para calcular el ndice RMR por la Resistencia a la

Compresin Simple.

Mpa

2DO PARMETRO PARA CALCULAR EL RMR. CALCULO DE R.Q.D.

El R.Q.D. se calcula como se indica al inicio de esta gua, cuando setiene el valor, se debe buscar el ndice para el calculo del RMR, y paraello se utiliza el siguiente grafico:

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Grafico para calcular el ndice RMR, para el parmetro R.Q.D

Indice R.Q.D para calcular el RMR

3er PARMETRO PARA CALCULAR EL RMR. ESPACIAMIENTO DE LASDISCONTINUIDADES.

El espaciamiento de las discontinuidades esta clasificada segn la tablaque a continuacin se expresa:

Descripcin Espaciado de lasJuntas

Tipo de macizorocoso.

Muy ancho > 3 mts. SlidoAncho 1 3 mts. Masivo

Moderadamentecerrado 0.3 1 mts. En bloques

Cerrado 50 300 mm. FracturadoMuy cerrado < 50 mm. Machacado

Para calcular el rango se utiliza el siguiente grafico:

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Grafico Para calcular el ndice RMR, a partir del parmetro delespaciamiento de las discontinuidades.

Espaciamiento de las discontinuidades

4to PARMETRO PARA CALCULAR EL RMR. NATURALEZA DE LASJUNTAS.

Tabla N 1 muestra la clasificacin segn las aberturas de las

discontinuidades

Grado Descripcin Separacinde las caras

Rango RMR

1 Abierta > 5mm 02 Moderadamente

abierta1 5 mm 1

3 Cerrada 0.1 1 mm 44 Muy cerrada < 0.1 mm 55 No tiene 0 6

Tabla N 2 muestra la clasificacin segn la continuidad de lasdiscontinuidades

Grado Descripcin Continuidad Rango RMR1 Muy pequea < 1 mts 62 Pequea 1 3 mts. 43 Media 3 10 mts. 24 Alta 10 20 mts. 1

5 Muy alta > 20 mts. 0

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Tabla N 3 muestra la clasificacin segn la Rugosidad de lasdiscontinuidades

Grado Descripcin Rango

RMR1 Muy rugosa 62 Rugosa 53 Ligeramente rugosa 24 Suave 15 Espejo de falla 0

Tabla N 4 muestra la clasificacin segn el relleno de lasdiscontinuidades

Grado Descripcin RangoRMR

1 Relleno blando > 5 mm 02 Relleno blando < 5mm 23 Relleno duro > 5mm. 24 Relleno duro < 5 mm 45 ninguno 6

Tabla N 5 muestra la clasificacin segn la meteorizacin de las

discontinuidades


1 Descompuesta 02 Muy meteorizada 13 Moderadamente

meteorizada3

4 Ligeramente meteorizada 55 No meteorizada 6

Para calcular el RMR segn la naturaleza de las Discontinuidades setoma el promedio de la suma de los RMR obtenidos en las 5 tablasdescritas anteriormente.

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5to PARMETRO PARA CALCULAR EL RMR. SEGN LA PRESENCIADEL AGUA.

Para calcular el RMR segn la presencia del agua se toma comoreferencia la tabla que a continuacin se especifica.

Tabla para obtener el rango RMR segn el parmetro de la presenciadel agua


1 Completamente seco 152 Semi humedo 103 humedo 7

4 Mojado 45 Fujo de agua 0

6to PARMETRO PARA CALCULAR EL RMR. SEGN LA ORIENTACINDE LAS DISCONTINUIDADES (Rumbo y Buzamiento).

Para calcular este Rango RMR se debe clasificar la roca de acuerdoal rumbo y buzamiento con respecto a la obra civil que se va a ejecutar,esta clasificacin se especifica a continuacin:

Tabla de clasificacin para la determinacin de los buzamientos conrespecto al efecto relativo con relacin al eje de la obra.

Rumbo Perpendicular al Eje de laobra

Direccin segnbuzamiento

Direccin contrabuzamiento

Rumbo Paralelo alEje de la obra

Buzam

45 - 90

Buzam

20 - 45

Buzam

45 - 90

Buzam

20 - 45

Buzam

45 - 90

Buzam

20 45

Buzamiento0 -20

Independientedel Rumbo.

Muyfavorable

favorable regular desfavorable Muydesfavorable

Regular desfavorable

Cuando se tiene la calificacin del rumbo y buzamiento de la roca con

respecto al eje de la obra, se procede a calcular con ese calificativo, elRango RMR, dependiendo del tipo de obra civil a ejecutar.

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Tabla N 1 Rango RMR para obras de tipo Tneles y Minas.

Calificativo Rango RMR

Muy favorable 0Favorable -2Regular -5

Desfavorable -10Muy desfavorable -12

Tabla N 2 Rango RMR para obras de tipo Fundaciones.

Calificativo Rango RMRMuy favorable 0

Favorable -2Regular -7


Tabla N 3 Rango RMR para obras de tipo Taludes.

Calificativo Rango RMRMuy favorable 0

Favorable -5Regular -25


Este parmetro 6 se le debe restar a la suma de los otros 5parmetros descritos anteriormente y el resultado es el NDICE RMRgeneral del macizo rocoso.

Al obtener ese ndice de RMR, se busca en la tabla que a continuacinse especifica.

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Calidad del macizo rocoso con relacin al Indice RMR

CLASE CALIDAD VALORACINRMR

COHESIN NGULO DEROZAMIENTO

I Muy buena 100-81 4 Kg/cm2

> 45

II Buena 80-61 3 4 Kg/cm2 35 - 45III Media 60-41 2 3 Kg/cm

225 - 35

IV Mala 40-21 1 2 Kg/cm2

15- 25

V Muy mala < 20 < 1 Kg/cm2


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CLASIFICACIN DE HOEK Y BROWN (GSI)

Hoek et al, (1995) han propuesto un ndice geolgico deresistencia, GSI (geological strength index), que evala la calidad del

macizo rocoso en funcin del grado y las caractersticas de lafracturacin, estructura geolgica, tamao de los bloques y alteracin delas discontinuidades.

Caracterizacin de macizos rocosos en base a su grado de fracturaciny estado de las juntas.

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Estimacin del GSI, en base a descripciones geologicas.

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CLASIFICACIN GEOMECNICA DE ROMANA (SMR):

El ndice SMR para la clasificcin de taludes se obtiene del ndice RMRbsico, restando un factor de ajuste que es funcin de la orientacin

de las discontinuiddes (y producto de tres subfactores) y sumando unfactor de excavacin que depende del mtodo utilizado.

SMR = RMR bsico + (F1 x F2 x F3) + F4

RMR se calcula de acuerdo con los coeficientes de Bieniawaski, como lasuma de las valoraciones correspondientes a 5 parmetros:

Resistencia a compresin simple de la matriz rocosa, RQD, Separacin de las discontinuidades, Condicin de las discontinuidades, Flujo de agua en las discontinuidades.

El rango del RMR es 0 100.

El factor de ajuste de las discontinuidades es producto de tressubfactores:

F1, depende del paralelismo entre el rumbo de las

discontinuidades y la cara del talud. Vara entre 1,00 (cuandoambos rumbos son paralelos) y 0,15 (cuando el ngulo entreambos rumbos es mayor de 30 y la probabilidad de rotura esmuy baja. Estos valores establecidos empricamente ajustanaproximadamente a la expresin:

F1 = (1 sen (j - s))2

Siendo j

y s

los valores de direccin de la discontinuidad (j) y

del talud (s)

F2, depende del buzamiento de la discontinuidad en la rotura

plana. Vara entre 1,00 (para discontinuidades con buzamientosuperior a 45) y 0,15 (para discontinuidades con buzamientoinferior a 20). Puede ajustarse aproximadamente segn larelacin:

F2 = tan2j

Donde j

es el buzamiento de la discontinuidad.

F3, refleja la relacin entre los buzamientos de la discontinuidad ydel talud.

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El factor de ajuste segn el mtodo de excavacin. F

4, ha sido

establecido empricamente como:

Los taludes naturales, son ms estables a causa de los procesos previos

de erosin sufridos por el talud, y de los mecanismos internos deproteccin que muchos de ellos poseen (vegetacin, desecacinsuperficial, drenaje torrencial, etc). F4 = +15.

Los precorte, aumentan la estabilidad de los taludes en media clase. F4= +10.

Las tcnicas de voladura suave (recorte) bien ejecutadas, tambienaumentan la estabilidad de los taludes. F4 = +8.

Las voladuras normales aplicadas con mtodos razonables no modificanla estabilidad. F4 = 0.

Las voladuras defectuosas son muy frecuentes y pueden daarseriamente a la estabilidad. F4 = -8.

La excavacin mecnica de los taludes por ripado solo es posiblecuando el macizo rocoso esta muy fracturado o la roca blanda. Confrecuencia se combina con prevoladuras poco cuidadosas. Las caras deltalud presentan dificultades de acabado. Por ello el mtodo ni mejora niempeora la estabilidad.

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