TEMA 5

5.3. Clasificaciones geomecánicas

Características y objetivos: • proporcionar una evaluación geomecánica global del macizo rocoso a partir de observaciones en el campo y ensayos sencillos • estimación de la calidad del macizo rocoso y de los parámetros de resistencia Æ cohesión y ángulo de fricción • definir las necesidades de sostenimientos Metodología general: • se intenta dividir el macizo en grupos de comportamiento similar

Clasificaciones existentes: • • • • • • • • • •

R. Q. D. R. M. R. (Bieniawski) S. M. R. (Romana) Q (Barton et al.) Terzaghi GSI (Hoek & Brown) R. S. R. (Wickham et al.) Protodyakonov Lauffer Louis

Marcel Hürlimann

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Índice de calidad de las rocas, RQD “rock quality designation” Deree et al. (1967) • Se basa en la recuperación modificada de un testigo (El porcentaje de la recuperación del testigo de un sondeo)

• Depende indirectamente del número de fracturas y del grado de la alteración del macizo rocoso ¾ Se cuenta solamente fragmentos iguales o superiores a 100 mm de longitud. ¾ El diámetro del testigo tiene que ser igual o superior a 57.4 mm y tiene que ser perforado con un doble tubo de extracción de testigo.

RQD =

Σ(longitud_fragmentos_ ≥ 10cm) x100 longitud_total_perforada RQD (%)

Calidad de roca

< 25 25 - 50 50 - 75 75 - 90 90 - 100

muy mala mala regular buena excelente

Ejemplos: RQD = 100

RQD < 100

Î Formula alternativa (cuando no hay sondeos): RQD = 115 – 3.3Jv para Jv > 4.5 RQD = 100 para Jv ≤ 4.5 Jv : numero de juntas identificadas en el macizo rocoso por m3 Marcel Hürlimann

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Marcel Hürlimann

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Clasificación de Bieniawski (R.M.R.) “rock mass rating”

Z. T. Bieniawski (1979)

Se valora una serie de parámetros: (1) (2) (3) (4) (5)

Resistencia del material intacto valor máximo = 15 (ensayo carga puntual o compresión simple) R.Q.D. valor máximo = 20 Distancia entre las discontinuidades valor máximo = 20 Condición de las discontinuidades valor máximo = 30 Agua subterránea valor máximo = 15

RMR = (1) + (2) + (3) + (4) + (5) Clasificación de RMR (oscila entre 0 y 100): Clase

Calidad de roca

RMR

I II III IV V

muy buena buena regular mala muy mala

81 – 100 61 – 80 41 – 60 21 – 40 0 - 20

Relación entre RMR y propiedades geomecánicas

Clase

Calidad

RMR

Cohesión (kPa)

Angulo de fricción ( º)

I II III IV V

muy buena buena regular mala muy mala

81 – 100 61 – 80 41 – 60 21 – 40 0 - 20

> 400 300 – 400 200 – 300 100 – 200 < 100

> 45 35 – 45 25 – 35 15 – 25 < 15

Marcel Hürlimann

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Paràmetres del Rock Mass Rating (Bieniawski, 1979)

Paràmetre

1

2 3

Resistència Índex de de la càrrega roca intacta puntual Resistència a compressió simple valor Qualitat del testimoni RQD valor Espaiat de les discontinuïtats valor Estat de les discontinuïtats

4

5

valor Flux per 10 m de túnel Aigua Relació subterràn Paigua/P ia principal Condicions Generals valor

Rang de valors > 10 MPa

4-10 MPa

2-4 MPa

1-2 MPa

> 250 MPa

100-250 MPa

50-100 MPa

25-50 MPa

5-25 MPa

1-5 MPa

5 mm de gruix o separació > 5 mm Contínues

30 cap

25 < 10 litres/min

20 10-25 litres/min

8 Superfícies estriades o rebliment < 5mm gruix o separació 1-5 mm Contínues 10 25-125 litres/min

0

0-0,1

0,1-0,2

0,2-0,5

> 0,5

Completament sec 15

Humit

Moll

Degotant

Rajant

10

7

4

0

0 > 125 litres/min

Marcel Hürlimann

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Parámetros del Rock Mass Rating (Bieniawski, 1979) Parámetro Resistencia Ensayo carga puntual de la 1 roca intacta Compresión simple

2

> 10 MPa

4-10 MPa

2-4 MPa

1-2 MPa

> 250 MPa

100-250 MPa

50-100 MPa

25-50 MPa

5-25 MPa

1-5 MPa

5 mm

Valor

6

5

3

1

0

Muy rugosa

Rugosa

Ligeramente rugosa

Ondulada

Suave

6

5

3

1

0

Ninguno

Relleno duro < 5 mm

Relleno duro > 5 mm

Relleno blando < 5 mm

Relleno blando > 5 mm

6

4

2

2

0

Inalterada

Ligeramente alterada

Moderadamente alterada

Muy alterada

Descompuesta

6

5

3

1

0

Espaciado de las

3

discontinuidades

Estado de las discontinuidades

valor

4

Rugosidad Valor Relleno Valor Alteración valor

5

Rango de valores

Relación Flujo de Pagua / Pprinc agua en las juntas Condiciones Generales

0

0-0,1

0,1-0,2

0,2-0,5

> 0,5

Completamente secas

Ligeramente húmedas

Húmedas

Goteando

Agua fluyendo

valor

15

10

7

4

0

Marcel Hürlimann

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Clasificación de Bieniawski (R.M.R.)

Marcel Hürlimann

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Clasificación adaptada de Bieniawski para taludes (SMR) M. Romana Ruiz (1992)

¾ Permite evaluar la estabilidad de una excavación El índice SMR incluye cuatro factores de ajuste:

Factor de ajuste de las juntas F1: depende del paralelismo entre el rumbo de las juntas y de la cara del talud. F2: depende del buzamiento de la junta en la rotura plana. F3: refleja la relación entre los buzamientos de la junta y el talud.

Factor de ajuste según el método de excavación F4: establecido empíricamente

SMR = RMR + (F1 * F2 * F3) + F4

Relación entre el índice SMR y la estabilidad del talud. SMR

Estabilidad

100-81 80-61 60-41 40-21 < 20

Totalmente estable Estable Parcialmente estable Inestable Totalmente inestable

Marcel Hürlimann

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Valores del SMR (Romana 1992)

Marcel Hürlimann

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Índice Q de Barton (rock mass quality) (Barton et al. 1974)

Se hace una valoración con un índice Q a partir de valores de diferentes parámetros:

Q= RQD Jn Jr Ja Jw SRF

RQD J r J w ⋅ ⋅ J n J a SRF

Índice de calidad de la roca número de familias coeficiente de rugosidad de la junta coeficiente de alteración de la junta coeficiente reductor por la presencia de agua factor reductor por tensiones en el macizo rocoso

Î Jn, Jr y Ja se aplican a las juntas estructuralmente más desfavorables.

Clasificación de Q (oscila entre 0.001 y 1000) Q (rock mass quality) 0.001 – 0.01 0.01 – 0.1 0.1 – 1.0 1.0 – 4 4 – 10 10 – 40 40 – 100 100 – 400 400 - 1000

valoración excepcionalmente mala extremadamente mala muy mala mala regular buena muy buena extremadamente buena excepcionalmente buena Marcel Hürlimann

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Q de Barton: Estimación de los parámetros Jn número de familias

valor

Roca masiva Una familia de juntas Id. con otras juntas ocasionales Dos familias de juntas Id. con otras juntas ocasionales Tres familias de juntas Id. con otras juntas ocasionales Cuatro o más familias, roca muy fracturada Roca triturada

0.5 – 1 2 3 4 6 9 12 15 20

Jr coeficiente de rugosidad de la junta

valor

Juntas (contacto entre las dos caras) Discontinuas Onduladas, rugosas Onduladas, lisas Onduladas, perfectamente lisas Planas, rugosas o irregulares Planas, lisas Planas y perfectamente lisas Juntas rellenas (relleno impide contacto entre las dos caras) material arcilloso Material arenoso, de grava o triturado

Ja coeficiente de alteración de la junta Juntas (sin minerales de relleno intermedios) Juntas de paredes sanas Ligera alteración Alteraciones arcillosas Juntas (minerales de relleno en pequeño espesor) Con partículas arenosas Con minerales arcillosos no blandos Con minerales arcillosos blandos Con minerales arcillosos expansivos Juntas (minerales de relleno en gran espesor) Con roca triturada/desintegrada y arcilla Con zonas de arcilla limosa o arenosa Con zonas de arcillosos (espesor grueso)

4 3 2 1.5 1.5 1 0.5 1 1

valor 0.75 – 1 2 4 4 6 8 8 – 12 6 – 12 5 10 - 20 Marcel Hürlimann

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Jw coeficiente reductor por la presencia de agua Excavaciones secas o con 50 m Abundantes zonas débiles en roca competente Zonas débiles aisladas en roca competente (cobertura ≤ 50 m) Id. con cobertura > 50 m Roca competente (problemas tensionales en las rocas) Pequeña cobertura Cobertura media Gran cobertura Rocas deformables (flujo plástico de roca) Con bajas presiones Con altas presiones Rocas expansivas Con presión de hinchamiento moderada Con presión de hinchamiento alta

valor 1 0.66 0.5 0.33 0.2 – 0.1 0.1 – 0.05 Valor 10 5 2.5 7.5 5 2.5 2.5 1 0.5 – 2 5 – 10 10 – 20 5 – 10 10 - 15

Marcel Hürlimann

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Índice Q de Barton

Marcel Hürlimann

TEMA 5

Correlaciones entre las clasificaciones de Bieniawski (RMR) y Barton (Q) RMR = 9 ln Q +44

Bieniawski (1976)

RMR = 13.5 log Q + 43

Rutledge (1978)

Correlación entre RMR, Q y el Módulo de deformación in-situ

Marcel Hürlimann

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índice de resistencia geológica GSI Hoek & Brown (1994):

Marcel Hürlimann