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TEMA 5 Marcel Hürlimann 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 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

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  • TEMA 5

    Marcel Hrlimann

    5.3. Clasificaciones geomecnicas Caractersticas y objetivos:

    proporcionar una evaluacin geomecnica global del macizo rocoso a partir de observaciones en el campo y ensayos sencillos

    estimacin de la calidad del macizo rocoso y de los parmetros de resistencia cohesin y ngulo de friccin

    definir las necesidades de sostenimientos Metodologa 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

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    Marcel Hrlimann

    ndice de calidad de las rocas, RQD rock quality designation Deree et al. (1967)

    Se basa en la recuperacin modificada de un testigo (El porcentaje de la recuperacin del testigo de un sondeo)

    Depende indirectamente del nmero de fracturas y del grado de la alteracin del macizo rocoso

    Se cuenta solamente fragmentos iguales o superiores a 100 mm de longitud.

    El dimetro del testigo tiene que ser igual o superior a 57.4 mm y tiene que ser perforado con un doble tubo de extraccin de testigo.

    x100radaotal_perfolongitud_t

    10cm)s__fragmento(longitudRQD =

    RQD (%) Calidad de roca < 25 muy mala

    25 - 50 mala 50 - 75 regular 75 - 90 buena 90 - 100 excelente

    Ejemplos: RQD = 100 RQD < 100

    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

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    Marcel Hrlimann

    Clasificacin de Bieniawski (R.M.R.) rock mass rating Z. T. Bieniawski (1979)

    Se valora una serie de parmetros:

    (1) Resistencia del material intacto valor mximo = 15 (ensayo carga puntual o compresin simple)

    (2) R.Q.D. valor mximo = 20 (3) Distancia entre las discontinuidades valor mximo = 20 (4) Condicin de las discontinuidades valor mximo = 30 (5) Agua subterrnea valor mximo = 15

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

    Clase Calidad de roca RMR I muy buena 81 100 II buena 61 80 III regular 41 60 IV mala 21 40 V muy mala 0 - 20

    Relacin entre RMR y propiedades geomecnicas

    Clase Calidad RMR Cohesin (kPa)

    Angulo de friccin ( )

    I muy buena 81 100 > 400 > 45 II buena 61 80 300 400 35 45 III regular 41 60 200 300 25 35 IV mala 21 40 100 200 15 25 V muy mala 0 - 20 < 100 < 15

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    Marcel Hrlimann

    Parmetres del Rock Mass Rating (Bieniawski, 1979)

    Parmetre Rang de valors ndex de crrega puntual

    > 10 MPa 4-10 MPa 2-4 MPa 1-2 MPa Resistncia de la roca intacta

    Resistncia a compressi simple

    > 250 MPa 100-250 MPa 50-100 MPa 25-50 MPa 5-25 MPa

    1-5 MPa

    < 1 MPa

    1

    valor 15 12 7 4 2 1 0 Qualitat del testimoni RQD

    90-100% 75-90% 50-75% 25-50% 2m 0,6-2 m 0,2-0,6 m 6-20 cm < 6 cm 3

    valor 20 15 10 8 5 Estat de les discontinutats

    Superfcies molt rugoses

    No contnues Paret inalterada

    Superfcies lleument rugoses Separaci < 1mm

    Paret lleument alterada

    Superfcies lleument rugoses Separaci < 1mm Paret molt alterada

    Superfcies estriades o

    rebliment < 5mm gruix o separaci

    1-5 mm Contnues

    Rebliment tou > 5 mm de gruix

    o separaci > 5 mm

    Contnues

    4

    valor 30 25 20 10 0 Flux per 10 m de tnel

    cap < 10 litres/min 10-25 litres/min 25-125 litres/min > 125 litres/min

    Relaci Paigua/P principal

    0

    0-0,1

    0,1-0,2

    0,2-0,5

    > 0,5

    Aigua subterrnia

    Condicions Generals

    Completament sec

    Humit Moll Degotant Rajant

    5

    valor 15 10 7 4 0

  • TEMA 5

    Marcel Hrlimann

    Parmetros del Rock Mass Rating (Bieniawski, 1979)

    Parmetro Rango de valores

    Ensayo carga puntual > 10 MPa 4-10 MPa 2-4 MPa 1-2 MPa

    Resistencia de la

    roca intacta Compresin simple > 250 MPa 100-250 MPa 50-100 MPa 25-50 MPa

    5-25 MPa

    1-5 MPa

    < 1 MPa

    1

    valor 15 12 7 4 2 1 0

    RQD 90-100% 75-90% 50-75% 25-50% 2 m 0,6-2 m 0,2-0,6 m 6-20 cm < 6 cm

    3 valor 20 15 10 8 5

    Longitud de la discontinuidad < 1 m 1 3 m 3 10 m 10 20 m > 20 m

    Valor 6 4 2 1 0

    Abertura Nada < 0.1 mm 0.1 1.0 mm 1 5 mm > 5 mm

    Valor 6 5 3 1 0

    Rugosidad Muy rugosa Rugosa Ligeramente rugosa Ondulada Suave

    Valor 6 5 3 1 0

    Relleno Ninguno Relleno duro < 5 mm Relleno duro

    > 5 mm Relleno blando

    < 5 mm Relleno blando

    > 5 mm

    Valor 6 4 2 2 0

    Alteracin Inalterada Ligeramente alterada Moderadamente

    alterada Muy alterada Descompuesta

    4

    Esta

    do d

    e la

    s dis

    cont

    inui

    dade

    s

    valor 6 5 3 1 0

    Relacin Pagua / Pprinc 0 0-0,1 0,1-0,2 0,2-0,5 > 0,5 Flujo de

    agua en las juntas Condiciones

    Generales Completamente

    secas Ligeramente

    hmedas Hmedas Goteando Agua fluyendo 5

    valor 15 10 7 4 0

  • TEMA 5

    Marcel Hrlimann

    Clasificacin de Bieniawski (R.M.R.)

  • TEMA 5

    Marcel Hrlimann

    Clasificacin adaptada de Bieniawski para taludes (SMR)

    M. Romana Ruiz (1992) Permite evaluar la estabilidad de una excavacin

    El ndice 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 relacin entre los buzamientos de la junta y el talud.

    Factor de ajuste segn el mtodo de excavacin F4: establecido empricamente

    SMR = RMR + (F1 * F2 * F3) + F4 Relacin entre el ndice SMR y la estabilidad del talud.

    SMR Estabilidad 100-81 Totalmente estable 80-61 Estable 60-41 Parcialmente estable 40-21 Inestable < 20 Totalmente inestable

  • TEMA 5

    Marcel Hrlimann

    Valores del SMR (Romana 1992)

  • TEMA 5

    Marcel Hrlimann

    ndice Q de Barton (rock mass quality)

    (Barton et al. 1974) Se hace una valoracin con un ndice Q a partir de valores de diferentes parmetros:

    SRFJ

    JJ

    JRQDQ w

    a

    r

    n=

    RQD ndice de calidad de la roca Jn nmero de familias Jr coeficiente de rugosidad de la junta Ja coeficiente de alteracin de la junta Jw coeficiente reductor por la presencia de

    agua SRF factor reductor por tensiones en el macizo

    rocoso Jn, Jr y Ja se aplican a las juntas estructuralmente

    ms desfavorables. Clasificacin de Q (oscila entre 0.001 y 1000)

    Q (rock mass quality) valoracin 0.001 0.01 excepcionalmente mala 0.01 0.1 extremadamente mala 0.1 1.0 muy mala 1.0 4 mala 4 10 regular 10 40 buena 40 100 muy buena 100 400 extremadamente buena 400 - 1000 excepcionalmente buena

  • TEMA 5

    Marcel Hrlimann

    Q de Barton: Estimacin de los parmetros

    Jn nmero de familias valor Roca masiva 0.5 1 Una familia de juntas 2 Id. con otras juntas ocasionales 3 Dos familias de juntas 4 Id. con otras juntas ocasionales 6 Tres familias de juntas 9 Id. con otras juntas ocasionales 12 Cuatro o ms familias, roca muy fracturada 15 Roca triturada 20

    Jr coeficiente de rugosidad de la junta valor Juntas (contacto entre las dos caras)

    Discontinuas 4 Onduladas, rugosas 3 Onduladas, lisas 2 Onduladas, perfectamente lisas 1.5 Planas, rugosas o irregulares 1.5 Planas, lisas 1 Planas y perfectamente lisas 0.5

    Juntas rellenas (relleno impide contacto entre las dos caras)

    material arcilloso 1 Material arenoso, de grava o triturado 1

    Ja coeficiente de alteracin de la junta valor Juntas (sin minerales de relleno intermedios) Juntas de paredes sanas 0.75 1 Ligera alteracin 2 Alteraciones arcillosas 4 Juntas (minerales de relleno en pequeo espesor)

    Con partculas arenosas 4 Con minerales arcillosos no blandos 6 Con minerales arcillosos blandos 8 Con minerales arcillosos expansivos 8 12 Juntas (minerales de relleno en gran espesor)

    Con roca triturada/desintegrada y arcilla 6 12 Con zonas de arcilla limosa o arenosa 5 Con zonas de arcillosos (espesor grueso) 10 - 20

  • TEMA 5

    Marcel Hrlimann

    Jw coeficiente reductor por la presencia de agua

    valor

    Excavaciones secas o con 50 m 2.5 Abundantes zonas dbiles en roca competente 7.5 Zonas dbiles aisladas en roca competente (cobertura 50 m)

    5

    Id. con cobertura > 50 m 2.5 Roca competente (problemas tensionales en las rocas)

    Pequea cobertura 2.5 Cobertura media 1 Gran cobertura 0.5 2

    Rocas deformables (flujo plstico de roca) Con bajas presiones 5 10 Con altas presiones 10 20

    Rocas expansivas Con presin de hinchamiento moderada 5 10 Con presin de hinchamiento alta 10 - 15

  • TEMA 5

    Marcel Hrlimann

    ndice Q de Barton

  • TEMA 5

    Marcel Hrlimann

    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) Correlacin entre RMR, Q y el Mdulo de deformacin in-situ

  • TEMA 5

    Marcel Hrlimann

    ndice de resistencia geolgica GSI Hoek & Brown (1994):