CALCULO GEOMECANICO QUIRACHA

8/10/2019 CALCULO GEOMECANICO QUIRACHA

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6. CALCULO DE LA CALIDAD GEOMECNICA DE LA ZONA DE INFLUENCIADIRECTA DE LA EXCAVACION

En este capitulo se determina la calidad geomecnica del los estratos superioresal manto la Ciscosa que pertenecen a la zona de influencia directa de laexcavacin. La competencia y estabilidad de estos estratos determinan lasdimensiones de las labores de explotacin y del sistema de sostenimiento, paraello se emplea los sistemas de clasificacin de macizos rocosos desarrollados porBieniawski 1989 (Rock Mass Rating) y Palmstrom 1995 (Rock Mass Index).

La recopilacin de la informacin necesaria para la aplicacin de los sistemas declasificacin geomecnica de macizos rocosos incluyo el levantamiento de datosestructurales a lo largo y ancho de la mina, en este recorrido se obtuvo un total de

400 datos de diaclasas con sus caractersticas geomecnicas mas importantesmedidas sobre el estrato de arcillolita de 2,5m de espesor, el cual constituye elrespaldo superior o techo inmediato de las labores en la mina. En el anexo B seresumen los formatos empleados en la recopilacin de las caractersticasgeomecnicas de las discontinuidades del techo de la mina as como los datos decampo levantados.

A partir de los resultados arrojados por estos dos sistemas de clasificacingeomecnica de macizos rocosos se correlaciona el valor del RMR con el sistemade clasificacin desarrollado por Barton en 1974 (Rock Mass Quality) y el sistemade clasificacin propuesto por Hoek y Brown en 1997 (Geological Strength Index).Finalmente se brindan algunos parmetros geomecnicos de inters de la zonaanalizada por medio de la aplicacin del software Roclab de Rocscience Inc.

6.1 CALCULO DEL ROCK MASS RATING (BIENIAWSKI 1989)

Las clasificaciones geomecnicas o el sistema Rock Mass Rating (RMR) fueinicialmente desarrollado en el concejo de cientficos e investigacin industrial deSudfrica o por sus siglas en ingles (CSIR) por Bieniawski en 1973 en base a suexperiencia en la construccin de tneles. Desde 1973, la clasificacin ha sufridocambios severos de gran significancia hasta llegar a la versin desarrollada en1989 sobre la cual se basa el presente capitulo.

Para la aplicacin de este sistema de clasificacin, el macizo rocoso es dividido enun nmero determinado de regiones estructurales y su clasificacin se hace porseparado. Para este caso el lmite estructural es el estrato superior de arcillolita de


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2,5m de espesor, sobre el cual se miden las caractersticas geomecnicas de lasdiscontinuidades, sin embargo la resistencia a la compresin de la roca sepromedia con los otros dos estratos de la zona de influencia directa de laexcavacin para considerar la influencia de estos en la estabilidad de la misma.

Los siguientes seis parmetros son usados para clasificar un macizo rocosousando el sistema RMR:

a. Resistencia a la compresin uniaxial de la roca.

b. ndice de calidad de la roca (RQD).

c. Espaciamiento de las discontinuidades.

d. Condicin de las discontinuidades.

e. Condiciones de agua subterrnea.

f. Orientacin de las discontinuidades.

A continuacin se describen los aspectos ms importantes de cada parmetro, ascomo otra informacin de inters y las caractersticas geomecnicas de lossistemas de diaclasas del respaldo superior de las labores de la mina.

6.1.1 Resistencia a la compresin uniaxial de la roca intacta

La resistencia a la compresin uniaxial de la roca se puede obtener de tresmaneras para determinar el RMR: una es a partir de la correlacin de distintostipos de roca descritos en estudios pasados o en libros especializados, las otrasson por medio del ensayo de compresin uniaxial o a travs del ensayo de cargapuntual. En nuestro caso se utilizo el ensayo a compresin simple sobre probetasde roca de 30mm de lado y 70 mm de altura con una relacin (h/) igual a 2,33.


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Tabla 62. Resistencia a la compresin uniaxial de la roca intacta para elclculo del RMR.

Descripcin de lacalidad

Resistencia a lacompresin(MPa)

Resistencia a lacarga puntual(MPa)

Valor

Excepcionalmente fuerte

>250 >10 15

Muy fuerte 100-250 4-10 12

Fuerte 50-100 2-4 7

Medianamentefuerte

25-50 1-2 4

Dbil 5-25 Para estosrangos tan bajosse recomienda elensayo deresistencia a lacompresin

simple

2

Muy dbil 1-5 1

Extremadamente

dbil


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De acuerdo a la tabla 62, para una resistencia a la compresin de la roca intactade 23,5MPa se tiene una calificacin de 2 esto clasifica a la roca de la zona deinfluencia directa de la excavacin como una roca dbil.

Tabla 63. Calculo promedio de la resistencia a la compresin uniaxial de lazona de influencia directa de la excavacin.

Tipo de roca C (MPa)Espesor

acumulado (m)C (MPa)ponderada

Arenisca 30,616 5,2

23,5Arcillolita 19,580 2,5m+7m= 9,5

Tabla 64. Calculo promedio del modulo de elasticidad de Young de la zonade influencia de la excavacin.

Tipo de roca Eprom.(GPa)Espesor

acumulado (m)Eprom.(GPa)ponderada

Arenisca 9,870 5,2

3,672

Arcillolita 0,279 2,5m+7m= 9,5

6.1.2 ndice de calidad de la roca (RQD)

El ndice de calidad de la roca o RQD por sus siglas en ingles, fue desarrollado porDeere en 1967 para proporcionar una estimacin cuantitativa de la calidad demacizos rocosos a partir de ncleos de perforacin.


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El RQD se define como el porcentaje de piezas intactas de un ncleo deperforacin de cualquier longitud mayores a 100mm o 4 pulgadas de longitud, esun parmetro que depende de la direccin y por ende sus valores pueden cambiarsignificativamente de acuerdo a la orientacin de la perforacin.

Figura 46. Clculo directo del RQD.

Fuente: HOEK. Practical Rock Engineering,2007.

Existe una gran cantidad de mtodos directos o indirectos para el clculo del RQD,para este estudio se eligi el mtodo indirecto por medio del clculo del parmetroJv que proporciona un valor del RQD que no es afectado por la direccin de lamedida, este mtodo fue desarrollado inicialmente por Palmstrom (1974).

Factor volumtrico de juntas (Jv)

Jv, se define como el nmero de familias de juntas presentes en un metro cubico,frecuentemente este trmino depende del espaciamiento promedio entre juntas deuna misma familia, pero cuando aparecen tres o ms familias que se interceptan


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formando ngulos entre ellas es ms adecuado correlacionar el valor de Jv con elclculo del volumen del bloque Vb.

Vb, es definido como el tamao del bloque formado por la intercepcin de tres oms familias de juntas, su clculo se realiza a travs de la siguiente ecuacin:

Vb= (S1*S2*S3) / ((sen1) (sen2) (sen3))

Donde; S1, S2, S3 son los espaciamientos promedio entre las familias de juntas y1, 2y 3son los ngulos entre las familias de juntas.

Tabla 65. Clasificacin del tamao del bloque de Palmstrom (1995).

Volumen del bloque

Vb

Muypequeo

Pequeo Moderado Largo Muy largo

10-200 cm3 0.2-10 dm3 10-200 dm3 0.2-10 m3 > 10 m3

Fuente: PALMSTROM A. Measurements of and Correlations Between Block Sizeand RQD, 2005.

El tamao de los bloques es un indicador muy importante de la calidad del macizorocoso y viene determinado por el espaciado de las discontinuidades, el nmerode familias y el tamao de las discontinuidades que delimitan el bloque potencial.La combinacin de la resistencia al corte de las discontinuidades que delimitan losbloques y el tamao de los mismos determinan el comportamiento mecnico del

macizo rocoso bajo unas condiciones de tensin dadas, los macizos rocososcompuestos por bloques de gran tamao tienden a ser menos deformables,mientras que si su tamao es muy pequeo puede llegar a generarse un flujo delterreno.[1]

[1]ITG. Mecnica de rocas aplicada a la minera metlica subterrnea. 1991. Pg. 122.


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El clculo de Jv en base al valor obtenido de Vb se obtiene a travs de lasiguiente ecuacin:

Jv= (/ Vb)

(1/3)

Figura 47. Influencia del nmero de familias de juntas en el volumen y formadel bloque.


El trmino hace referencia al factor de forma del bloque y se puede obtenerteniendo en cuenta las siguientes caractersticas y lo expuesto por Matula (1981).

- Para bloques cbicos o compactos: = 27.

- Para bloques prismticos o tabulares: = 28-32.

- Para bloques moderadamente largos y moderadamente planos: = 33-59.

- Para bloques largos y planos: = 60-200.


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- Para bloques muy largos y muy planos: >200.

Tabla 66. Tipos de bloques segn Matula (1981).

Tipo de bloque Descripcin general

PolidricosDiscontinuidades irregulares, descolocadasque generan bloques de diferente tamao yforma.

Tabulares

Existe un plano de discontinuidad paralelo,

como un plano de estratificacin y otrossistemas de juntas discontinuas, generandobloques de poco espesor y gran anchura ylongitud.

Prismticos

Existen dos conjuntos dominantes dediscontinuidades aproximadamenteortogonales, con un tercer conjuntoirregular, generando bloques de pocoespesor y gran anchura y longitud.

CbicosExisten tres conjuntos dominantes dediscontinuidades casi ortogonales as comootras juntas irregulares.

RombodricosExisten tres o ms conjuntos de juntasdominantes oblicuas que generan bloquesequidimensionales.

Columnares

Se forman cuando hay una gran cantidadde juntas paralelas cortadas por juntasirregulares, esto genera bloques de granlongitud, poco espesor y poca anchura

Fuente: ITG. Mecnica de Rocas Aplicada a la Minera Metlica Subterrnea,1991.


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Figura 48. Ejemplos de algunas formas de bloques.


Tabla 67. Clasificacin del grado de diaclasamiento de acuerdo al valor Jvde Palmstrom (1995).

Grado de diaclasamiento

Jv

Muy bajo bajo Moderado Alto Muy alto Triturado

60



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Finalmente el clculo del RQD se puede realizar por medio de dos ecuaciones querelacionan el valor de Jv con el RQD.

Figura 49. Relacin entre Jv y RQD.


Ecuacin 1:Esta expresin fue incluida en la introduccin al sistema Q de Bartonen 1974. Esta ecuacin es algo pobre especialmente cuando existen muchaspiezas del ncleo que se acercan a 0.10m de longitud, es ms apropiada parabloques largos y planos.

Ecuacin 2:Esta ecuacin da un promedio de mayor probabilidad para la relacinRQD-Jv, siendo ms apropiada para bloques de forma cubica.

Ecu. 1: RQD= 115-3.3Jv Ecu. 2: RQD= 110-2.5Jv


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Tabla 68. Valores del RQD para el clculo del RMR.

Descripcin de lacalidad %RQD Valor

Excelente 90-100 20

Buena 75-90 17

Regular 50-75 13

Pobre 25-50 8

Muy pobre


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Figura 50. Diagrama de polos.

Tabla 69. Datos estructurales de las familias de diaclasas.

Familia Azimut BuzamientoDireccin debuzamiento

Familia 1 137,5 87,5NE 47,5

Familia 2 47 74,2NW 317

Plano deexfoliacin

330 21NE 60


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Figura 51. Diagrama de contornos de densidad de polos.

Los ngulos entre las familias de diaclasas se pueden calcular, cuando se restanlas direcciones de buzamiento entre las tres familias de diaclasas encontradas,estos ngulos son: entre la familia 1 y 2: 90,5, entre la familia 1 y el plano deexfoliacin 12,5, y entre la familia 2 y el plano de exfoliacin: 103.

El espaciamiento promedio entre diaclasas, es un parmetro indispensable para elcalculo del RMR por tal se profundiza en el mas adelante, sin embargo se puededecir que la distancia entre las familias 1,2 y del plano de exfoliacin se

encuentran en su mayora entre (6-20) cm y (20-60) cm, para este caso especficopodemos utilizar los dos valores medios, es decir 13cm y 40cm, escogiendo a lavez un valor intermedio igual a 26,5cm.

Con estos datos el volumen del bloque (Vb) formado es: 0,09 m3.


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Figura 52. Diagrama de rosetas para la direccin de buzamiento.

De acuerdo a la clasificacin de Palmstrom (1995), el bloque formado por laintercepcin de las diaclasas es un bloque de tamao moderado, para el calculodel Jv se escoge el valor de mas apropiado de acuerdo a su forma y a laclasificacin propuesta por Matula (1981), en nuestro caso es un bloque tabularcon un valor de 32, con estos datos y aplicando la formula correspondiente Jv esigual a: 7,1.

La clasificacin de Palmstrom (1995) para un valor de Jv= 7,1 lo cataloga conmacizo rocoso con un grado de diaclasamiento moderado, con este parmetro sepuede obtener el valor del RQD usando cualquiera de las dos relacionesexistentes, aunque se ha demostrado que la relacin mas cercana entre el RQD yel Jv es la brindada en la ecuacin 2 descrita anteriormente.


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Figura 53. Diagrama de rosetas para el rumbo de las diaclasas.

El valor del RQD para las caractersticas de diaclasamiento descritas es:

1. RQD= 115-3.3Jv= 91,6%

2. RQD= 110-2.5Jv= 92,3%

Tomando el valor dado por la ecuacin 2, se obtiene un RQD de 92,3% queclasifica el respaldo superior del yacimiento como un estrato excelente calidad.

Para el clculo del RMR este parmetro tiene un valor de 20.


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6.1.3 Espaciamiento de discontinuidades

El termino discontinuidad incluye: planos de estratificacin, foliacin, diaclasas,

zonas de corte o fallas pequeas, la distancia lineal entre dos discontinuidadesadyacentes debe ser medida para todas las familias de discontinuidadespresentes y sus valores se deben correlacionar con los que se muestran en lasiguiente tabla:

Tabla 70. Espaciamiento de discontinuidades para el clculo del RMR.

Descripcin Espaciamiento Valor

Muy ancho >2m 20

Ancho 0.6-2m 15

Moderado 200-600mm 10

Cerca 60-200mm 8

Muy cerca


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determinando la separacin existente entre planos de debilidad de la mismafamilia.

Tabla 71. Espaciamiento de las diaclasas levantadas en campo.

Espaciamiento ValoracinFrecuencia

relativaFrecuenciarelativa %

>2m 20 0 0

0.6-2m 15 14 3,5%

0.2-0.6m 10 166 41,5%

200mm-60mm 8 167 41,75%


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Como se puede observar en la tabla 71, de los 400 datos recopilados en campodentro de la mina, cerca del 41,5% de los planos de discontinuidad tienen unespaciamiento entre 20cm y 60cm, mientras que el 41,75% presentan unespaciamiento entre 20cm y 6cm, para efectos del calculo del RMR el valor de

este parmetro oscila entre (8-10).

Para este caso se utiliza el valor mas critico para obtener el RMR (8).

6.1.4 Condiciones de las discontinuidades

Para el clculo de este parmetro se debe de tener en cuenta otros aspectos queen conjunto permiten definir el estado general de los sistemas de discontinuidadespresentes en la mina, para ello se debe considerar:

- la rugosidad de la superficie de la discontinuidad.

- La separacin entre diaclasas de una misma familia.

- La longitud o continuidad de las diaclasas.

- La alteracin de las paredes del plano de discontinuidad.

- la presencia de relleno en las aberturas.

Estas caractersticas se deben comparar con los valores descritos en las tablas73, 75, 77, 79 y 81 para obtener el valor final de las condiciones de lasdiscontinuidades se suma algebraicamente los valores obtenidos de los cincoparmetros descritos.

Otra forma de determinar el valor de este parmetro es por medio de la tabla 72,que permite a travs de informacin muy general sobre algunas caractersticasgeomecnicas de los planos de discontinuidad tener una idea clara de lascondiciones y del estado actual de las paredes de las juntas, su rugosidad,alteracin y continuidad.


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Tabla 72. Condiciones de las discontinuidades para el clculo del RMR.

Condicin de las discontinuidades Valor

-superficies muy rugosas-no continuas-no tienen separacin-paredes de roca inalteradas

30

-superficies ligeramente rugosas-separacin


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Las ondulaciones son rugosidades a gran escala que si estn en contacto las deambas paredes, provocan una expansin cuando tiene lugar un desplazamientocortante. [3]

La aspereza es una rugosidad a pequea escala, que varia cuando se produce undesplazamiento cortante al romperse los pequeos picos de roca, a menos que laresistencia de los labios de la discontinuidad sea elevada o que la tensin aplicadasea pequea. [3]

Figura 55. Escala intermedia y pequea de rugosidad.


[3]ITG. Mecnica de rocas aplicada a la minera metlica subterrnea. 1991. Pg. 114-116.


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La clasificacin geomecnica de macizos rocosos RMR no considera lasrugosidades a gran escala, por lo que la tabla de comparacin se limita a laidentificacin de asperezas, estas normalmente se identifican en campo por mediode un anlisis tctil de las paredes de la discontinuidad cuando la separacin de

ellas as lo permite, en caso contrario, se recurre a una escala visual que consisteen dos sub-escalas una intermedia (varios metros), que a su vez se divide enescalonada, ondulada, y plana, y una escala pequea (varios centmetros) quedivide cada grado de la escala intermedia en rugosa, lisa y pulida.(Ver figura 55)

Una vez identificado el tipo de aspereza se compara con el cuadro de calificacinde la rugosidad para el clculo del RMR.

Tabla 73. Rugosidad de las paredes de los planos de discontinuidad para elclculo del RMR.

Rugosidad Valor

Muy rugosa 6

Rugosa 5

Ligeramente rugosa 3

Suave 1

Muy suave o plana 0

Fuente: BHAWANI AND GOEL. Rock Mass Classification: A Practical Approach inCivil Engineering, 1999.

Al analizar esta caracterstica geomecnica de las paredes de las diaclasas sobrelos 400 datos estructurales levantados en campo, se obtuvieron los siguientesresultados:


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Tabla 74. Rugosidad de las paredes de las diaclasas levantadas en campo.

RugosidadValoracin

(RMR)

Frecuencia

relativa

Frecuencia

relativa %Muy rugoso 6 21 5,25%

Rugoso 5 25 6,25%

Ligeramenterugoso

3 71 17,75%

Suave 1 130 32,5%

Plano de falla o

pulido, muysuave

0 153 38,35%

Total 400 100%

Figura 56. Rugosidad de las paredes de las diaclasas.


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Como se puede observar en la tabla 74, la mayora de las diaclasas tienenparedes suaves y lisas al tacto (indicador de baja resistencia mecnica al corte),los valores de este parmetro para el calculo del RMR oscilan entre 1 y 0, perocomo la separacin entre las frecuencias relativas de estos dos tipos de rugosidad

es de 23 datos se elige el valor con mayor frecuencia para el calculo del RMR, porlo que para este parmetro se tiene un valor de 0, caracterstico de unas diaclasascon paredes de rugosidad muy baja similar al de un espejo o plano de falla.

Apertura o separacin

La apertura o separacin entre labios de una discontinuidad, es la distanciaperpendicular que separa las paredes adyacentes de roca de una discontinuidadabierta, en el espacio intermedio suele haber agua, aire o relleno. Las grandesaperturas pueden ser el resultado de desplazamientos cortantes de lasdiscontinuidades que tienen una rugosidad apreciable, o bien pueden estarproducidas por tracciones, lavado o disolucin, las aperturas existentes a granprofundidad inferiores a medio milmetro en la mayora de los macizos rocosos sonmenores que las visibles en afloramientos. [4]

Tabla 75. Separacin entre planos de discontinuidad para el clculo del RMR.

Separacin o abertura Valor

Ninguna 6

5mm 0




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En lo que se refiere a la resistencia al corte, en las aperturas delgadas el grado deseparacin apenas tiene influencia, esta separacin toma mayor relevanciacuando hay agua en la junta, ya que cambian las tensiones normales efectivas ypor tanto la resistencia al corte. La apertura de las discontinuidades se midi con

una cinta mtrica de forma que esta quedara perpendicular a las paredes de lasjuntas abiertas, este procedimiento se repiti para los 400 datos dediscontinuidades levantados en la mina, luego se correlacionaron con los datosmostrados en la tabla 75 para determinar el valor de este parmetro en el clculodel RMR. Los valores obtenidos en campo para este parmetro se muestran acontinuacin:

Tabla 76. Apertura de las diaclasas levantadas en campo.

Apertura Valoracin Frecuenciarelativa Frecuenciarelativa %

Ninguna 6 157 39,25%

5mm 0 0 0

Total 400 100%

Como se observa en la tabla 76 y en la figura 57, la mayora de las diaclasasinspeccionadas no reportaron una apertura visible, es decir la separacin entre lasparedes de las diaclasas es inexistente lo que les da una apariencia de diaclasassoldadas o pegadas y permite dar un valor de 6 para este parmetro en el calculodel RMR, este fenmeno se observa fcilmente en toda las laboresinspeccionadas, solo al inicio de la sobregua 8 se recopilaron algunos datos dediaclasas con aperturas cercanas al medio centmetro.


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Figura 57. Separacin entre las paredes de las diaclasas.

Longitud o persistencia

La persistencia o longitud de una discontinuidad se refiere a la extensin o tamaoreal del plano de discontinuidad, esta caracterstica influye en el tamao de losbloques de roca que se forman por la intercepcin de las discontinuidades y en lalongitud de la zona de inestabilidad. La longitud de las discontinuidades se midipor medio de una cinta metlica colocada paralela al plano de la junta a lo largo detodo su afloramiento, luego se correlacionaron esos valores con los dados en latabla 77 para determinar el valor de este parmetro en el clculo del RMR.

El trabajo en campo realizado sobre las 400 diaclasas identificadas en el respaldosuperior del yacimiento carbonfero arrojaron los siguientes resultados: como sepuede observar fcilmente en la tabla 78 y en la figura 58, ms de la mitad de lasdiaclasas (57,75%) presentaron una longitud entre 1m y 3m, este porcentajepuede ser menor si se tiene en cuenta la dificultad para observar la continuidad delas diaclasas en algunos sectores debido a la presencia del sostenimiento demadera y a la utilizacin de forros con atiz. Para el clculo del RMR esteparmetro utiliza un valor de 4 que clasifica la continuidad de las diaclasas entre 1y 3m.


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Tabla 77. Persistencia de las discontinuidades para el clculo del RMR.

Longitud o continuidad Valor

20m 0


Tabla 78. Persistencia de las diaclasas levantadas en campo.

Persistencia ValoracinFrecuencia


20m 0 0 0

Total 400 100%


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Figura 58. Continuidad de las diaclasas identificadas en campo.

Alteracin de las paredes

La alteracin de las paredes de roca de una discontinuidad esta relacionada con elgrado de meteorizacin que presenta debido a la presencia de agua o sobretensiones en sus alrededores que han desencadenado la cada de bloques. Estacaracterstica influye drsticamente en la resistencia de los labios de ladiscontinuidad as como en la rugosidad y en la presencia de relleno lo que afectaa la resistencia al corte del plano de debilidad.

Para determinar el grado de alteracin de las discontinuidades se realiza unainspeccin visual a cada una de las juntas presentes y se correlaciona el estadoque presenta con los valores y la descripcin mostrada de este parmetro para elclculo del RMR en la tabla 79. La inspeccin visual del estado de alteracin delas paredes de las diaclasas permiti identificar cambios en el aspecto fsico deestas con relacin al de la roca adyacente, estos datos se mencionan en la tabla80.


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Tabla 79. Alteracin de las paredes de las discontinuidades para el clculodel RMR.

Alteracin de las paredes Valor

Inalteradas 6

Ligeramente alteradas 5

Moderadamente alteradas 3

Altamente alteradas 1

Descompuestas 0


El valor de este parmetro para el clculo del RMR se obtiene a partir de lafrecuencia relativa de ocurrencia, como se observa en la tabla 80 la descripcinmas frecuentes fue paredes moderadamente alteradas a altamente alteradas, conel 27,75% y al 26,5% respectivamente, esto significa un diferencia de tan solo 5

datos, por este motivo se debe de tomar el valor mas critico para usarse en laclasificacin.

El valor de este parmetro para el clculo del RMR es 1.


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Tabla 80. Alteracin de las paredes de las diaclasas levantadas en campo.

Alteracin ValoracinFrecuencia

relativa

Frecuencia

relativa %

Inalteradas 6 67 16,75%

Ligeramentealteradas

5 96 24%

Moderadamentealteradas

3 111 27,75%

Altamentealteradas

1 106 26,5%

Descompuestas 0 20 5%

Total 400 100%

Figura 59. Alteracin de las paredes de las diaclasas identificadas en campo.


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Relleno

El relleno se refiere al material que esta entre los labios de una discontinuidad

abierta, este material depositado all como material producto de la filtracin deaguas con sedimentos o como material producto de la trituracin o rotura de lamisma roca disminuye la resistencia al corte de la junta la cual depende entoncesde la cohesin del material de relleno, de su angulo de friccin y de la tensinnormal sobre la diaclasa.

Tabla 81. Valores de relleno de aberturas de discontinuidades para el clculodel RMR.

Relleno Valor

Ninguno 6

Relleno duro 5mm 2

Relleno blando 5mm 0


Debido a la existencia de diferentes tipos de relleno aparece un gran nmero derespuestas en lo referente a la resistencia al corte, la permeabilidad ydeformabilidad de la junta. Para determinar el tipo de relleno se debe partir de laobservacin y de otros pequeos ensayos manuales que nos den unaaproximacin al tipo de material, granulometra y dureza, en la mayora de loscasos la identificacin de rellenos en las juntas obedece a material proveniente de


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la rotura y meteorizacin de la misma roca, en otros casos es material arcilloso ylimoso que se ha desplazado por las fracturas del macizo rocoso como carga desedimento del agua superficial o subterrnea que se percola por el macizorocoso. Una vez identificada la presencia de relleno se debe de comparar con la

descripcin brindada en la tabla 81 para determinar el valor de este parmetro enel clculo del RMR

Los datos sobre la presencia de relleno en las diaclasas inspeccionadas en campose muestran a continuacin en la tabla 82.

Tabla 82. Presencia de relleno en las diaclasas levantadas en campo.

Relleno Valoracin Frecuenciarelativa Frecuenciarelativa %

Ninguno 6 400 100%

Relleno duro5mm

2 0 0

Relleno blando

5mm0 0 0

Total 400 100%

Como se observa en la tabla 82 y en la figura 60, no se identifico ningn tipo derelleno en las diaclasas analizadas, esto es debido a que la mayora de las juntasestn soldadas o pegadas y que en algunas zonas donde hay diaclasas abiertas elflujo de agua que las recorre lavan el poco material que puede sedimentarse entrelas grietas.

Por lo anterior, el valor obtenido para este parmetro en el clculo del RMR es 6.


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Figura 60. Presencia de relleno en las diaclasas identificadas en campo.

6.1.5 Presencia de agua

La circulacin de agua en los macizos rocosos se realiza principalmente por mediode las discontinuidades, sin embargo en rocas sedimentarias se produce sobretodo por los poros de la roca. La presencia de agua en un macizo rocosodisminuye su calidad, ya que afecta qumica y fsicamente a la roca. En el caso detneles, se debe determinar la razn de infiltracin de agua superficial en litros porminuto calculados para una longitud de 10m, o en condiciones generales puedeclasificarse como completamente seco, hmedo, mojado, goteando o fluyendo, sise tiene conocimiento de la presin del agua en las juntas esta se puede expresaren relacin con el esfuerzo principal mayo 1

[5] para determinar su valor en el

calculo del RMR a partir de la tabla 83. Para identificar la presencia de agua deinfiltracin en el macizo rocoso estudiado se empleo la escala descriptiva decondiciones generales a partir de la observacin de las diaclasas identificadas enel respaldo superior del yacimiento carbonfero y la inspeccin general de algunos



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puntos crticos de la mina, la informacin recopilada se muestra a continuacin enla tabla 84.

Tabla 83. Valores de infiltracin de agua para el clculo RMR.

Presencia de agua de infiltracin en el tnel

Razn deinfiltracin

ninguna 125

Presin delagua/1

0 0.5

Condi.generales

seco Hmedo Goteando Mojado Fluyendo

Valor 15 10 7 4 0


La presencia de agua de infiltracin en el macizo rocoso se debe principalmente ala cercana de una pequea quebrada que tiene la misma direccin del inclinado 1,por lo que esta zona a partir de la sobregua 10 comienza a mostrar rastros dehumedad que se incrementa hasta finalmente identificarse un punto de alto flujode agua en la intercepcin del inclinado 1 con la sobregua 15, a pesar de ello losdatos recopilados identificaron un dominio de las condiciones secas a lo largo y

ancho de la mina.

En base a lo anterior, para este parmetro en el clculo del RMR se tomo un valorde 15.


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Tabla 84. Presencia de agua en las diaclasas levantadas en campo.

Condiciones

generalesValoracin

Frecuencia

relativa

Frecuencia

relativa %

Seco 15 155 38,75%

Hmedo 10 78 19,5%

Goteando 7 83 20,75%

Mojado 4 44 11%

Fluyendo 0 40 10%

Total 400 100%

Figura 61. Presencia de agua en las diaclasas identificadas en campo.


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6.1.6 Orientacin de las discontinuidades

La orientacin de las discontinuidades hace referencia a la azimut y buzamiento

de los planos de discontinuidad. La azimut es el angulo horizontal medido desde elnorte magntico hasta el plano de la junta, mientras que el angulo de buzamientoes el angulo vertical entre la horizontal y el plano de discontinuidad. El nmero defamilias de discontinuidades en un macizo rocoso determinan su comportamientomecnico frente a la deformacin sin rotura de roca y su aspecto tras la voladura,cuando mas persistente es la orientacin entre discontinuidades menos datos sonnecesarios tomar.

Tabla 85. Efectos de la direccin y buzamiento de las discontinuidades en eltnel.

Rumbo perpendicular al eje del tnel Rumbo paralelo al eje del tnel

Buzamiento endireccin del tnelentre 45-90

Buzamiento endireccin del tnelentre 20-45

Buzamiento entre45-90

Buzamiento entre20-45

Muy favorable Favorable Nada favorable Pobre

Buzamiento encontra de ladireccin del tnelentre 45-90

Buzamiento encontra de ladireccin del tnelentre 20-45

independiente de su direccin

Buzamiento de 0-20

Pobre No favorable Pobre

Fuente: BHAWANI AND GOEL. Rock Mass Classification: A Practical Approach in

Civil Engineering, 1999.

Este parmetro influye en la estabilidad del tnel, mientras mas paralelo este ladireccin de avance de la labor con el plano de discontinuidad habr un mayordebilitamiento de la roca adyacente, mientras que si la direccin del tnel esaproximadamente perpendicular a la direccin del plano de discontinuidad este


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ser mas estable y se presentara un menor debilitamiento de la roca adyacente ala excavacin.

La recopilacin de azimuts y buzamientos de diaclasas a lo largo de las labores dela mina La Quiracha permitieron la obtencin de los valores consignados en lastablas 87, 88 y figura 62 y 63.

Tabla 86. Ajuste para el clculo del RMR por la orientacin de lasdiscontinuidades.

Efectos Muyfavorable

Favorable PobreNo

favorableNada

favorable

Tneles yminas

0 -2 -5 -10 -12

Fundacin 0 -2 -7 -15 -25

Taludes 0 -5 -25 -50 -60


En la primera casilla de la tabla 87 se observan los intervalos de azimut que sepresentaron al organizar los datos con valores sesgados 10, claramente seobserva la presencia de un sistema de diaclasa de mayor frecuencia en elintervalo de azimut [310-320), este intervalo representa la direccin del 46,25%de los 400 datos de diaclasas identificadas sobre el respaldo superior delyacimiento, por lo cual debe ser el sistema a tener en cuenta para determinar el

valor de ajuste para el RMR. Aunque existe tambin otro plano de debilidad ofamilia de diaclasas con cerca de 80 datos en el intervalo [220-230) surepresentatividad alcanza solamente el 20% de todas las observaciones por lo quesu importancia disminuye significativamente. Los dems datos puedenconsiderarse como juntas aleatorias o errores de medicin.


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Los buzamientos de las juntas comprendidas entre el intervalo [310-320) tienenunos rangos de variacin que se muestran a continuacin en la tabla 88.

Tabla 87. Direccin de las diaclasas levantadas en campo.

Orientacin de lasdiaclasas

Frecuencia relativa Frecuencia relativa %

[210-220) 55 13,75%

[220-230) 80 20%

[230-240) 58 14,5%

[300-310) 4 1%

[310-320) 185 46,25%

[320-330) 18 4,5%

Total 400 100%

Tabla 88. Variacin de los buzamientos de las juntas dentro del rango demayor frecuencia de azimut.

Angulo debuzamiento

Direccin debuzamiento

Frecuenciarelativa

Frecuenciarelativa %

[75-80) NE 8 4,32%

[80-85) NE 25 13,51%

[85-90] NE 152 82,16%

Total 185 100%


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Figura 62. Direccin de las diaclasas identificadas en campo.

Figura 63. Angulo de buzamiento de las diaclasas identificadas en campo.


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El angulo de buzamiento de mayor frecuencia para el conjunto principal dediaclasas con azimut entre el intervalo [310-320) esta entre el intervalo [85-90]con el 82,2% de los 185 datos pertenecientes a este sistema principal defracturamiento, los dems valores pueden considerarse como falsos planos de

diaclasamiento o errores en la medicin del buzamiento.

Si consideramos que la direccin de la explotacin en la mina La Quiracha es enel sentido del rumbo del yacimiento carbonfero N 30 W y la recuperacin depilares se realiza tambin en el mismo sentido, nuestro sistema principal dediaclasamiento es entonces casi paralelo al eje de avance de la explotacin conun angulo de buzamiento que para efectos del calculo oscila entre 45-90.

De acuerdo a lo anterior el valor de ajuste para el RMR debido a la orientacin delsistema principal de diaclasas es nada favorable con valor para tneles de -12.

6.1.7 Clculo del RMR

El RMR se calcula como la suma algebraica de los valores obtenidos para losparmetros expuestos:

a. Resistencia a la compresin uniaxial de la roca: 2

b. ndice de calidad de la roca (RQD): 20

c. Espaciamiento de las discontinuidades: 8

d. Condicin de las discontinuidades: 17

- Rugosidad de las paredes de las diaclasas: 0

- Separacin de las paredes de las diaclasas:6

- Persistencia de las discontinuidades:4


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- Alteracin de las paredes de las juntas: 1

- Presencia de relleno en las fracturas: 6

e. Condiciones de agua subterrnea: 15

f. Orientacin de las discontinuidades: -12

El valor del RMR para la zona de influencia directa de la explotacin de la mina LaQuiracha es de 50, esto lo clasifica como un macizo de roca clase III regular.

Tabla 89. Clasificacin del macizo rocoso a partir del RMR.

RMR 81-100 61-80 41-60 21-40


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El RMR ofrece la posibilidad de identificar algunas caractersticas geomecnicasdel macizo rocoso estudiado como: la cohesin, el angulo de friccin interna, elmodulo de deformacin del macizo rocoso y la presin portante permisible, todasestas propiedades calculadas a partir de correlaciones matemticas deben ser

tratadas con mucho cuidado y utilizarse solo para estudios preliminares defactibilidad de diseo.

As como el sistema de clasificacin geomecnica de macizos rocososdesarrollado por Bieniawski (RMR) ofrece una gran variedad de aplicaciones, suuso se condiciona a una serie de limitaciones ya que este sistema es inapropiadoen formaciones compuestas por rocas expansivas y fluyentes y los sostenimientospropuestos a partir de esta clasificacin deben considerarse orientativos y estnprobablemente sobredimensionados para profundidades y secciones menores alas concebidas.

Este sistema mantiene que la influencia de la orientacin e inclinacin de lasdiscontinuidades es menos importante de lo que en un principio se podrasuponer, sin embargo hay unos pocos casos, en materiales tipo esquisto opizarras, donde las caractersticas estructurales estn tan desarrolladas quetendern a dominar la conducta del macizo rocoso.

En otros casos pueden llegar a quedar bloques aislados mediante un nmeropequeo de discontinuidades y llegar a causar problemas de inestabilidad cuandose avanza en la excavacin.

6.2 CALCULO DEL ROCK MASS INDEX (PALMSTROM 1995)

El ndice del macizo rocoso (RMi) es un parmetro volumtrico que indica, deforma aproximada, la resistencia uniaxial a compresin de un macizo rocoso, fuedesarrollado por Arild Palmstrom en 1995 como resultado de su tesis doctoral paraoptar al titulo de Ph.D en la Universidad de Oslo, Noruega.

El ndice del macizo rocoso, RMi, fue desarrollado para caracterizar la resistenciade el macizo rocoso para fines de construccin de tneles, un gran problema queha tenido el uso de esta clasificacin radica en la identificacin en campo de losparmetros de entrada que tienen una amplia significancia en el diseo ingenieril.


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de la deformabilidad y resistencia del macizo y para determinar el grado depenetracin de las maquinas tuneladoras de seccin completa o TBM.

El RMi se puede expresar de dos formas distintas dependiendo del tipo de macizorocoso. Para macizos rocosos diaclasados y estratificados el RMi se obtiene pormedio de la siguiente ecuacin:

RMi= C*Jp

Los parmetros de la ecuacin vista para el clculo del RMi para macizos rocososestratificados y diaclasados se explican a continuacin:

6.2.1 Resistencia a la compresin uniaxial de la roca

Este parmetro hace referencia a la resistencia a la compresin uniaxial de laroca intacta medida sobre muestras de 50 mm de dimetro, este parmetro sedescribe con mayor detalle en la seccin 5.5. El valor de la resistencia a lacompresin promedio para la zona de influencia directa de la excavacin es 23,5MPa. (Ver seccin 6.1.1)

6.2.2 Factor de diaclasado Jp

El parmetro del diaclasado incorpora los principales rasgos del macizo rocoso, esuna combinacin del tamao del bloque medido como su volumen (Vb) y el factorde condicin de las discontinuidades (Jc). Sus valores pueden encontrarse pormedio de la siguiente ecuacin:

Jp= 0,2*((Jc))*(Vb(D))

El Vb, es el volumen del bloque medido o expresado en m3; generalmente seutiliza el volumen promedio. El volumen del bloque esta relacionado con el gradode fracturamiento, cuando se presenta un amplio grado de fracturamiento elvolumen de los bloques formados por la intercepcin de los planos dediscontinuidad es mucho mas pequeo que cuando se presentan pocas familiasde juntas. Se puede calcular como:


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Vb= (S1*S2*S3) / ((sen1) (sen2) (sen3))

Donde; S1, S2, S3 son los espaciamientos promedio entre las familias de juntas y

1, 2y 3son los ngulos entre las familias de juntas, para este caso se utiliza elvalor de Vb= 0,09 m3determinado anteriormente para obtener el valor del RQD enel calculo del RMR.

El termino Jc es conocido como el factor de estado (o condicin) de las diaclasas,el cual es una medida combinada de: el factor de tamao y continuidad de lasdiaclasas (jL), el factor de rugosidad de las diaclasas (jR), y del factor de laalteracin delas diaclasas (jA); expresado como:

Jc= (jL*jR)/(jA)

El factor de condicin de las juntas puede definir las propiedades de friccin de lascaras de los bloques y la escala del efecto del diaclasamiento.

El trmino (D), es un factor en funcin de Jc y se calcula por tablas o por medio dela siguiente ecuacin:

D= 0,37Jc

-0,2

6.2.3 Factor de alteracin de las juntas (jA)

El factor de alteracin de las juntas es un parmetro fundamental en el clculo delRMi, su determinacin se realiza en campo identificando el estado demeteorizacin o desgaste de cada una de las familias o planos de discontinuidadpresentes a lo largo y ancho del tnel a partir de una tabla valorativa basada en latabla para jA del sistema Q de Barton.

El parmetro jA, representa la resistencia de las paredes de la junta y el efecto delrelleno y las capas de material adyacentes. La resistencia de las paredes de ladiscontinuidad es un parmetro muy importante en la resistencia al corte de la

junta sobre todo cuando no hay relleno. La resistencia de la superficie de la junta


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depende de las condiciones de la superficie de la junta (limpieza), el tipo dematerial cercano a la junta y la forma, espesor y tipo de relleno.

Tabla 91. Factor de alteracin de las juntas para el clculo del RMi.

a. Existe contacto entre las paredes de las juntas.

Caractersticas de las paredes de lajunta

Condicin Valor

Diaclasas ojuntaslimpias

Pegadas o soldadas Relleno de cuarzo 0,75

Roca inalterada (fresca)Sin cubierta o relleno,decoloracin

1

Superficies alteradas

Un grado de alteracinmayor al de la roca

2

Dos grados de alteracin 4

Cubiertos orellenos de

pocoespesor

Materiales de friccinArena, limo, calcita, no hayarcilla.

3

Materiales cohesivos Arcilla, clorita, talco 4

Fuente: PALMSTROM A. A Rock Mass Characterization System for RockEngineering Purposes, 1995.

Cuando la alteracin ha tenido lugar la resistencia de las paredes de la junta essolo una fraccin de la que se puede obtener en las paredes frescas del bloque,por lo que determinar la alteracin de las paredes de la junta en relacin con laroca adyacente fresca es de gran importancia en el clculo del factor (Jc). El valordel factor de alteracin de las paredes de las juntas se calcula por medio de la


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observacin de los diferentes tipos de discontinuidades y familias de juntaspresentes en el macizo rocoso a partir de la tabla 91.

b. Sin contacto o con contacto parcial entre las paredes de las juntas.

Relleno de: Tipo de rellenoContacto parcial Sin contacto

Relleno fino


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Tabla 92. Factor jA de las diaclasas levantadas en campo.

Factor de alteracin ValoracinFrecuencia


Roca inalterada, sin relleno,excepto decoloracin

1 75 18,75%

Superficie alterada un gradomas que el de la rocaadyacente

2 196 49%

Superficie alterada dos gradomas que el de la roca

adyacente

4 129 32,25%

Total 400 100%

Figura 64. Factor jA de las paredes de las diaclasas.


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6.2.4 Factor de rugosidad de las juntas (jR)

El factor de rugosidad de las juntas es otro factor de gran importancia en el clculo

del RMi para macizos diaclasados, este parmetro es similar al jR del sistema Qde Barton (1974), esta clasificacin incluye las rugosidades a pequea escala(asperezas) y las rugosidades a gran escala (ondulaciones), debido a la facilidadque brinda al momento de utilizar las tablas de valoracin.

Tabla 93. Factor de rugosidad de las juntas para el clculo del RMi.

Suavidad delplano a pequea

escala

Ondulacin del plano a gran escala

Caractersticas PlanaLigera

ondulacinOndulada

Altamenteondulada

Escalonada

Muy rugoso 2 3 4 6 6

Rugoso 1,5 2 3 4,5 6

Suave 1 1,5 2 3 4

Pulido o espejode falla, muy

suave0,5 1 1,5 2 3

Para diaclasas rellenas jR: 1, para diaclasas irregulares jR: 5

Fuente: PALMSTROM A. A Rock Mass Characterization System for RockEngineering Purposes, 1995.

Para determinar el factor jR se debe hacer una inspeccin cuidadosa de cada unade las familias de discontinuidades con el fin de determinar por medio del tacto yde una tabla valorativa (Ver figura 55) el grado de rugosidad de las paredes de las


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juntas, teniendo en cuenta las expresiones de rugosidad a pequea y gran escala,como se muestra en la siguiente tabla 93. En la tabla 94, y en la figura 65 seconsignan los valores asignados a jR en la identificacin de los sistemas dediaclasas en campo.

Tabla 94. Factor de jR de las diaclasas levantadas en campo.

Rugosidad ValoracinFrecuencia


Muy rugoso,altamenteondulado

6 21 4,25%

Rugoso,altamenteondulado

4.5 7 1,75%

Suave,escalonado

4 21 5,25%

Plano de falla opulido,

escalonado3 55 13,75%

Rugoso,ligeramente

ondulado

2 17 4,25%

Plano de falla opulido, ondulado

1,5 40 10%

Suave, plana 1 106 26,5%

Plano de falla opulido, plano

0.5 133 33,25%

Total 400 100%

Los datos tabulados muestran que el 33,25% de las 400 juntas analizadascoincidieron en presentar una rugosidad muy suave o pulida caracterizada como


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un plano de falla o espejo de falla muy liso sin ningn tipo de aspereza oondulacin, por otro lado el 26% presento un plano de falla suave con algo deondulaciones y el 13,75% coincidi en una rugosidad semejante al espejo de fallapero en la cual se evidenciaba un escalonamiento en las paredes de las juntas,

este anlisis permite dar un valor a este parmetro de 0,5 para el calculo del RMi.

Hay que tener en cuenta que solo el 10,25% de los 400 datos de diaclasas, esdecir cerca de 40 juntas presentaron algn tipo de rugosidad marcada de altaondulacin y aspereza, y el valor restante presentaron diferentes tipos desuavidad.

Figura 65. Factor jR de las paredes de las diaclasas.

6.2.5 Factor de continuidad de las juntas (jL)

El factor de tamao y continuidad de las juntas tiene un fuerte influencia en lasdimensiones de la zona de inestabilidad dentro de un tnel, as como en laubicacin de puntos de refuerzo para el sostenimiento y la formacin de bloques,


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Los datos sobre continuidad y tamao de los sistemas de diaclasas identificadosen campo se observan a continuacin en la tabla 96 y en la figura 66.

Tabla 96. Valores de jL para las diaclasas levantadas en campo.

Factor de tamao ValoracinFrecuencia


0.1-1m 2 96 24%

1-10m 1 304 76%

10-30m 0.75 0 0

Total 400 100%

Figura 66. Factor jL de las diaclasas.


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De los 400 datos de diaclasas identificados en el respaldo superior del yacimientocarbonfero de la mina La Quiracha, cuyos datos estructurales as comocaractersticas geomecnicas se levantaron se obtuvo que el 76% de ellas tenanuna longitud o continuidad entre 1-10m, mientras que el 24% restante tiene

longitudes superiores entre el intervalo de 0,1-1m, esto indica que para el calculodel RMI el factor jL debe usar un valor de 1.

Hay que tener en cuenta que esta clasificacin emplea un intervalo de longitudmuy grande y que por el RMR se sabe que el intervalo mas apropiado es de (1-3)m.

6.2.6 Calculo del RMi

Para finalmente calcular el RMi se debe de determinar los siguientes parmetros,por las formulas ya definidas y los valores asignados una vez analizada lainformacin recopilada en campo, los valores encontrados fueron:

- Parmetro de diaclasado Jp= 0,031

- Factor de condicin de las diaclasas Jc = 0,25

- Factor grado de alteracin de las juntas jA = 2

- Factor continuidad y tamao de las discontinuidades jL = 2

- Factor de rugosidad de las juntas jR= 0,5

- Volumen del bloque Vb= 0,09 m3

- Factor D= 0,488

RMi= C*Jp


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El valor del RMi para la zona de influencia directa explotacin de la mina LaQuiracha es de 0,73MPa, de acuerdo a la clasificacin de Palmstrom, clasificaesta zona como una roca de dureza moderada media, esto es un indicador de quelas caractersticas del respaldo superior del yacimiento carbonfero permiten la

formacin de bloques de tamao y volumen medio.

6.2.7 Aplicaciones y limitaciones del RMi [7]

El RMi, tiene un amplio campo de aplicacin, encaminado principalmente al diseode tneles y sistemas de sostenimiento, fue desarrollado recientemente encomparacin con otros sistemas de clasificacin geomecnica y en la actualidadaun se profundiza en el desarrollo de sus conceptos. Entre las aplicaciones delRMi se encuentran: clculos de fragmentacin y voladuras, evaluacin delprogreso de excavaciones con TBM, clculo de los parmetros m y s del criteriode Hoek y Brown (1988), Clculos en el nuevo mtodo de tnelo australiano(NATM), diseo de sostenimiento de tneles, clculos de modulo de deformacin ycalculo de la resistencia al corte de macizos rocosos, entre otras. El RMi serestringe solo a expresar la resistencia a la compresin del macizo rocoso en unaexpresin matemtica simple reducida con la inclusin de los parmetros dediaclasamiento ms influyentes en el comportamiento mecnico del macizo rocosoque afectan los trabajos de excavacin y avance de tneles, al contrario de loexpuesto en el criterio de falla generalizado expuesto por Hoek y Brown (2002),esto claramente puede conducir a que en algunas circunstancias los resultadosobtenidos por el RMi se han inadecuados o estn limitados en aplicacin. El RMisegn Singh y Goel (1999) tiene tres limitaciones para su aplicacin, entre ellas sepuede discutir que: no es posible caracterizar las enormes variaciones depropiedades y composicin de un macizo rocoso en un simple nmero, lainexactitud que supone el parmetro Jp calculado a partir de jR, jL, jA y Vb cuandono se recopila un gran numero de datos de discontinuidades e informacin de lascaractersticas estructurales del macizo rocoso para garantizar la representatividaddel tamao de bloque calculado, y el efecto de la combinacin de parmetros quevaran de rango.

6.3 CORRELACIONES

Una ventaja del uso de clasificaciones geomecnicas de los macizos rocosos es laposibilidad de corroborar los datos obtenidos por un sistema especfico con otrossistemas de clasificacin.

[7]BHAWANI AND GOEL. Rock Mass Classification: A Practical Approach in Civil Engineering, 1999. Pg. 116-

118.


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El presente estudio plantea la correlacin del valor obtenido con la aplicacin delsistema de clasificacin geomecnica RMR de Bieniawski 1989 con los sistemasde clasificacin Q de Barton (1974) y el GSI de Hoek y Brown (1997) a partir demodelos matemticos sencillos.

6.3.1 Correlacin entre el RMR de Bieniawski (1989) y el sistema Q de Barton(1974)

Figura 67. Relacin entre el RMR y Q.

Fuente: PALMSTROM A. Comparing RMR, Q and RMi Classification System,2008.

Bieniawski en 1989 uso 117casos histricos donde se haban empleado porseparado los dos sistemas de clasificacin geomecnica de macizos rocosos, esteestudio incluyo 68 casos en Escandinavia, 28 casos en Sudfrica y 21 casos enEstados Unidos, finalmente propuso la siguiente correlacin:


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RMR= 9Ln(Q) + 44

Otras relaciones fueron propuestas por Moreno (1980), Clarke y Budavari (1981) y

Abad (1984), sin embargo la ecuacin que presenta el mayor coeficiente decorrelacin es la ecuacin propuesta por Rutledge y Preston (1978), acontinuacin se muestran las relaciones mencionadas:

Moreno (1980): RMR= 5,4Ln(Q) + 55,2

Clarke y Budavari (1981): RMR= 5Ln(Q) + 68

Abad (1984) et. al.: RMR= 10,5Ln(Q) + 41,8

Rutledge y Preston (1978): RMR= 5,9Ln(Q) + 43

Para nuestro caso se emplea la relacin con el mayor coeficiente de correlacin esdecir la ecuacin de Rutledge y Preston (1978).

La ecuacin de Rutledge y Preston ofrece el menor grado de dispersin de datoscon relacin a la lnea de regresin matemtica. Despejando Q de esa ecuacinnos queda:

Q= e(RMR-43)/5,9si RMR= 50;

Q= 3,3

Si empleamos la formula mas reciente desarrollada por Bieniawski (1989) quetiene un coeficiente de correlacin de 0,77 el valor de Q seria:

Q= e(RMR-44)/9si RMR= 50;

Q= 1,95


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Tabla 97. Coeficientes de correlacin para las relaciones RMR y Q.

Autor Coeficiente de correlacin

Bieniawski (1989) 0,77

Rutledge y Preston (1978): 0,81

Moreno (1980) 0,55

Clarke y Budavari (1981) Alta dispersin

Abad (1984) et. al. 0,66

Tabla 98. Clasificacin de Barton (1974) para macizos rocosos. ndice decalidad Q.

Valor de Q Grupo Clasificacin

400-1000 1Excepcionalmente

buena

100-400 1 Extremadamente buena

40-100 1 Muy buena

10-40 1 Buena

4-10 2 Media

1-4 2 Mala

0,1-1 2 Muy mala

0,01-0,1 3 Extremadamente mala

0,001-0,01 3 Excepcionalmente mala

Fuente: PALMSTROM A. Comparing RMR, Q and RMi Classification System,2008.


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De acuerdo a la clasificacin de Barton (1974) y considerando el valor de Q= 3,3,el macizo rocoso estudiado tiene una calidad mala y se encuentra ubicado en elgrupo 2.

6.3.2 Correlacin entre el RMR de Bieniawski (1989) y el GSI de Hoek yBrown (1997)

Hoek y Brown en 1997, introdujeron el concepto del ndice de resistenciageolgica o (GSI) por sus siglas en ingles, para macizos rocosos formados porroca dbil y roca dura, este es un sistema de clasificacin rpido, sencillo ytodava confiable, basado en la inspeccin visual de las condiciones geolgicasdel macizo rocoso. Hoek y Brown (1997), dedujeron dos ecuaciones basadas en elRMR de Bieniawski (1989) para estimar el valor real del GSI luego de unainspeccin visual del macizo rocoso:

GSI= RMR5, valido para GSI >=18 o RMR >= 23

La expresin anterior no es valida para macizos rocosos de pobre calidad dondees difcil obtener el valor del RMR, debido a esto se recomienda utilizar lasiguiente ecuacin en el caso de macizos rocosos con valores de GSI


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jA: es el factor de alteracin de las juntas.

Para esta ecuacin se puede usar los valores obtenidos de los factores jA y jR en

el clculo del RMi consignados en las tablas 91 y 93, para determinar el factor Jnse usa el siguiente cuadro:

Tabla 99. Factor de nmero de familias para el clculo de Q de Barton (1974).

Numero de familias dediscontinuidades

Jn

Masiva sin o pocas familias de juntas 0,5-1

Una familia 2

Una familia mas una aleatoria 3

Dos familias 4

Dos familias mas una aleatoria 6

Tres familias 9

Tres familias mas una aleatoria 12

Cuatro o mas familias, aleatorias, altodiaclasamiento

15

Roca triturada 20



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Figura 68. Tabla de inspeccin visual del Macizo Rocoso para el clculo delGSI (Hoek y Brown 1997).

Fuente: HOEK. Practical Rock Engineering, 2007.


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Para nuestro caso se tiene un RMR= 50, por lo que se puede emplear la ecuacinpropuesta por Hoek y Brown en 1997.

GSI= RMR5,

La ecuacin propuesta es valida para GSI >=18 o RMR >= 23, de acuerdo a estoel GSI es:

GSI= 50- 5= 45

De acuerdo a la figura 68, y al valor de GSI= 45, la zona de influencia directa de laexplotacin se clasifica como un macizo pobre o de calidad regular con diaclasasde baja rugosidad, meteorizado y con paredes de juntas moderadamentealteradas, y la estructura superficial puede considerarse como un macizodiaclasado con bloques cbicos tabulares formados 3 familias de diaclasas,parcialmente disturbado.

6.4 APLICACIN DEL SOFTWARE ROCLAB

Roclab, es un software de mecnica de rocas desarrollado por Rocscience Inc. enbase al criterio de rotura de Hoek y Brown (2002) y en lo expuesto por Hoek(2006) sobre la Estimacion practica del modulo del macizo rocoso. Roclab es unsoftware de acceso gratuito que se acopla tambin a programas de modelamientonumrico como Phase 2D y permite obtener los parmetros geomecnicos masimportantes del macizo rocoso como resistencia a la traccin, resistencia a lacompresin uniaxial, modulo de deformacin, angulo de friccin interna, cohesin,etc. necesarios para el modelamiento de excavaciones, a partir de la introduccinde unos parmetros geomecnicos de las rocas que se pueden obtenerdirectamente de ensayos y formulas matemticas o se pueden obtener de tablasvalorativas facilitadas por el mismo software.

A continuacin se resumen en tablas los valores introducidos en el software, y losresultados arrojados por el para distintas profundidades, las graficas de esfuerzoprincipal mayor vs esfuerzo principal menor, esfuerzo cortante mximo vs esfuerzonormal y la envolvente de Mohr se muestran en el anexo C. Se debe tener encuenta que los parmetros encontrados son calculados para la zona de influenciadirecta de la excavacin propuesta en la seccin 5.6.1.


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Tabla 100. Valores de entrada al software Roclab.

Parmetro Valor Mtodo de clculo

Resistencia a lacompresin uniaxial dela roca intacta (MPa)

23,5Ensayo a compresin

simple

GSI(Hoek y Brown1997)

45 Correlacin con el RMR

Constante del macizo mi 8.6

Por tablas (Ver figura69) ponderado para la

zona de influenciadirecta de la excavacin

Disturbance factor D 0 Por tablas (ver figura 70)

Modulo intacto del M.REi(MPa)

3672Ensayo a compresin

simple

Modulo ratio (M.R) 156,25Correlacin con el Eiy

C

Aplicacin Tneles

Densidad promedio dela roca (MN/m3)

0,024Medicin directa sobre

probetas

Profundidad del tnel(m)

100-350-600


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Figura 69. Calculo de la constante del macizo rocoso mi.

Tabla 101. Valores de cohesin y angulo de friccin para distintas H,calculados por el Roclab.

Parmetro H=100 H=350m H=600m

Cohesin MPa 0,374 0,772 1,066

Angulo de

friccin

41,10 31,41 27,36

Esfuerzomximo principal

menor (MPa)1,15 3,74 6,21


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Tabla 102. Parmetros de resistencia del macizo rocoso calculados por elRoclab.

Parmetro MPa Parmetro valor

Resistencia a latensin

-0,043 mb 1,206

Resistencia a lacompresin

uniaxial1,053 s 0,0022

Modulo dedeformacin 821,24 a 0,508

Figura 70. Calculo del factor D para tneles.

CALCULO GEOMECANICO QUIRACHA

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