UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER

CLASIFICACIÓN DE MACIZO ROCOSO

Ingeniería Geológica y Geotécnica

Facultad de Ingenierías Fisicoquímica

Escuela de Geología

Bucaramanga-Santander

2013

1

Contenido 1. INTRODUCCION ............................................................................................................................... 3

2. OBJETIVOS ....................................................................................................................................... 3

4. MARCO TEORICO. ............................................................................................................................ 4

4.1. CONCEPTO DE MACIZO ROCOSO. ............................................................................................ 4

4.2. CLASIFICACIÓN DE MACIZOS ROCOSOS. .................................................................................. 4

4.3. MARTILLO SCHMIDT ................................................................................................................. 5

4.4 INDICE SMR ............................................................................................................................... 5

5. UBICACIÓN Y MÉTODO DE TRABAJO............................................................................................... 5

6. TABLA DE DATOS ............................................................................................................................. 0

7. RESULTADOS ................................................................................................................................... 0

a) Tendencia de las Familias de Diaclasas (Diagrama de Rosetas) .................................................. 0

b) Cálculo de la Resistencia a partir del Martillo Schmidt y la densidad de la muestra: ................ 0

c) Cálculo del RQD teórico ............................................................................................................... 2

d) Clasificación Geomecánica RMR (BIENIAWSKI, 1989) ................................................................ 3

e) Clasificación Geomecánica de taludes SMR ................................................................................ 5

f) Diseño de estabilización .............................................................................................................. 7

8. CONCLUSIONES ............................................................................................................................... 8

9. RECOMENDACIONES ....................................................................................................................... 9

10. BIBLIOGRAFIA .............................................................................................................................. 10

2

Figuras y Anexos.

FIGURAS.

Figura. 1: Zona de estudio generalizada (Fuente, Google Earth)

Figura 2: Zona de estudio detallada (Fuente, Google Earth)

Figura 3. Fotografía panorámica del talud y esquema del la zona 1, 2 y 3.

Figura 4: Diagrama de Rosetas

Figura 5: Ábaco utilizado para realizar la resistencia uniaxial a compresión,

determinada tomando como punto de partida los rebotes registrados en el

martillo con su respectiva inclinación, se determina la densidad de la

muestra en el laboratorio para luego realizar la intersección con los datos

del martillo obteniendo así la resistencia uniaxial a compresión.

Figura 6: Clasificación Geomecánica RMR (BIENIAWSKI, 1989) tomado

de, Ingeniería Geológica (González de Vallejo)

Figura 7: Clasificación Geomecánica de taludes SMR. Tomado de,

Ingeniería Geológica (González de Vallejo)

Figura 8. Diseño de Malla con anclajes para estabilización del talud.

(tomado de geobrugg TECCO® estabilización y control de la erosión de

taludes y laderas inestables, con respeto al medio ambiente).

TABLAS

Tabla 1. Características Generales del Talud

Tabla 2. Características Geomecánicas del Talud

Tabla 3. Rebotes Zona Norte

Tabla 4. Rebotes Zona Sur

Tabla 5: Asignación de puntajes para la clasificación RMR

Tabla 6: Registro de las áreas correspondientes a cada zona del talud.

Tabla 7. Valores determinados para la clasificación SMR según el tipo de

rotura, en este caso se considera rotura por vuelco “T”.

3

1. INTRODUCCION

El método RMR (Rock Mass Raiting) fue desarrolla por BIENIAWSKI en 1972.

Este método de clasificación permite caracterizar y estimar la calidad de un

macizo rocoso de manera rápida, sencilla y de bajo costo en el trabajo de campo;

la clasificación RMR tiene en cuenta varios parámetros que reciben una valoración

según las características medidas en campopara luego asignar un puntaje que

dará posteriormente la posibilidad de conocer las particulares Geotécnicas

preliminares del macizo. Una vez realizada la clasificación RMR se da paso a el

ajuste geomecánico de taludes SRM teniendo en cuenta el tipo de fallamiento del

macizo rocoso.

2. OBJETIVOS

Adquirir capacidad de desarrollo ingenieril para plantear soluciones

coherentes ante casos problemas.

Realizar la caracterización Geotécnica del macizo rocoso teniendo en

cuenta los parámetros de clasificación RMR y el ajuste realizado para

taludes utilizando la clasificación SMR.

Determinar la estabilidad o inestabilidad del talud y con base en esto definir

diseños que mitiguen o eliminen impactos negativos en la sociedad.

4

4. MARCO TEORICO.

4.1. CONCEPTO DE MACIZO ROCOSO.

Macizo Rocoso, se le denomina al conjunto conformado por la matriz rocosa y las

discontinuidades que afectan al material de roca en conjunto. En cuanto a

propiedades geomecánicas, un macizo rocoso se considera como un medio

discontinuo, anisótropo y heterogéneo.

4.2. CLASIFICACIÓN DE MACIZOS ROCOSOS.

La clasificación de macizos rocosos en base a aspectos geotécnicos, surge por la

necesidad de obtener parámetros geomecánicos que sean útiles en el diseño de

proyectos de ingeniería. Uno de los modelos de clasificación más utilizados es el

propuesto por Bieniawski en 1973, que se conoce como RMR (Siglas de Rock

Mass Rating).

En esta clasificación se tienen en cuenta aspectos como:

Resistencia uniaxial de la matriz rocosa

Grado de fracturación en términos del RQD

Espaciado de las discontinuidades

Condiciones hidrogeológicas

Orientación de las discontinuidades con respecto a la excavación

Para utilizar la clasificación RMR, se recomienda dividir el macizo rocoso en zonas

más o menos homogéneas, es decir, que tengan propiedades geológicas

similares. Para cada tramo definido, se toman datos referentes a las propiedades

de la matriz rocosa y a las discontinuidades que estén presentes.

Para la clasificación, se propone una tabla que sintetiza todos los parámetros de

clasificación (figura 6) y además se relaciona el índice resultante RMR, con la

clasificación del macizo rocoso (figura 7).

5

4.3. MARTILLO SCHMIDT

El martillo Schmidt o Esclerómetro es un aparato que dispone de un muelle en su

interior, y de una punta retráctil, la cual al ser presionada contra la roca, hace que

le muelle se dispare.

Para tomar la medida, se debe limpiar el área sobra la cual se va a colocar el

martillo, luego, se presiona le martillo hasta que salta el muelle. Hay que tener en

cuenta que el aparato se debe colocar perpendicularmente a la superficie. El valor

4.4 INDICE SMR

Éste índice se obtiene a partir del RMR, y sirve para evaluar la estabilidad de una

excavación en el talud. El índice SMR se halla para cada familia de diaclasas

identificada en el afloramiento, y se toma el menor valor de los obtenidos.

.

5. UBICACIÓN Y MÉTODO DE TRABAJO

Ubicación:

La zona de estudio tiene lugar en la vía que conduce del municipio de Girón

(Santander) hasta el aeropuerto, localizada en las coordenadas geográficas

7° 4,579´ N, 73° 11,012´O con una elevación sobre el nivel del mar de 831

metros.

Fig. 1: Zona de estudio generalizada (Fuente, Google Earth)

6

Fig. 2: Zona de estudio detallada (Fuente, Google Earth)

Método de Trabajo:

La toma de datos de campo se llevó a cabo en la zona mencionada

anteriormente, tomando como punto de partida una planilla de apuntes

donde se registran los datos de espaciado, continuidad, abertura, rugosidad

y rellenos de las diferentes familias de diaclasas medidas.

Se optó por “dividir” el talud en 3 zonas diferentes con el fin de facilitar el

trabajo para luego integrar los datos y generar una sola salida de resultado.

Se realizo toma de muestras de las zonas N y S respectivamente para

determinar la densidad del material y establecer una resistencia uniaxial de

compresión integrando los datos de rebote arrojados por el martillo

Schmidt.

Con base en los conocimientos previos de geología se determinó la

naturaleza de la roca en general con las diferentes composiciones

encontradas como relleno en las diaclasas.

6. TABLA DE DATOS

a. Registro de datos en la planilla (Tabla 1 – Tabla 2)

Tabla 1. Características Generales del Talud

II

Algo Meteorizada

I

Sanax

III

Medianamente

Meteorizada

IV

Muy Meteorizada

V

Completamente

Meteorizada

VI

Suelo

Residual

Muy Dura

(Varios Golpes)

5

Dura

( + 1 Golpe Martillo)

4

x

Extrem. Dura

(Solo raya

con Martillo)

6

HIDROGEOLOGÍA

RESISTENCIA "R"

ESCLERÓMETRO

Sin Presencia de agua xSeco

(con señales de agua)Húmedo Goteos Flujo

CAUDAL

ESTIMADO

OBSERVACIONES:

FRACTURACIÓN

Extremadamente Blanda

(Uña)

0

Muy Blanda

(Navaja)

1

RESISTENCIA DE MATRIZ

ROCOSA

GRADOS DE

METEORIZACIÓN

FORMACIONES

SUPERFICIALES DE

FRACTURAS

Blanda

(Punta Martillo)

2

Media

(1 Golpe Martillo)

3

Muy Bechificado

> 60

Pequeños

10-30

Muy Pequeños

> 30

Grandes

1-3

Medio

3-10

PLIEGUES FALLASOTROS: Intervenida para ampliacion de la

carreteraBLOQUES

Jv Juntas/m3

Muy Grandes

< 1

LITOLOGÍA NATURALEZA: Sedimentaria POTENCIA: ~ 23 m FORMACION Y EDAD:

NATURALEZA Y TEXTURA: Arenisca de grano medio MORFOLOGÍA: Ladera de pendiente media

1

Tabla 2. Características Geomecánicas del Talud

1 2

< 2

0

20

-60

60

-20

0

20

0-6

00

60

0-2

00

02

00

0-6

00

0

> 6

00

0

< 1

1-3

3-1

0

10

-20

> 2

0

< 0

.10

.1 -

0.2

5

0.2

5 -

0.5

0.5

- 2

.52

.5 -

10

> 1

0

10

- 1

00

10

0 -

10

00

I II III

IV V VI

1 2 3 4 5 6

104 66 x x x x 2 x x x

102 44 x x x x 2 x x x

102 76 x x x x 2 x x x

130 76 x x x x 2 x x x

275 80 x x x x 2 x x x

280 68 x x x x 2 x x x

300 67 x x x x 2 x x x

260 60 x x x x 2 x x x

73 83 x x x x 2 x x x

60 65 x x x x 2 x x x

65 65 x x x x 2 x x x

300 82 x x x x 2 x x x

270 85 x x x x 2 x x x

303 86 x x x x 2 x x x

201 53 x x x x 2 x x x

215 45 x x x x 2 x x x

Extr

em. s

epar

adas

Jun

tas

Extr

emad

amen

te j

un

tas

Mu

y Ju

nta

s

Mo

der

adam

ente

ju

nta

s

Sep

arad

asM

uy

sep

arad

as

VII

Ru

gosa

Mu

y b

aja

Baj

a

Mo

der

ada

Alt

a

Mu

y al

ta

IV R

ugo

sa

Esca

lon

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na

On

du

lad

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Mu

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rrad

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Par

cial

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bie

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Mo

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ad. A

bie

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An

cha

Mu

y an

cha

Extr

em. A

nch

a

VI S

licke

nsi

ded

IX S

licke

nsi

ded

III S

licke

nsi

ded

Co

mp

osi

ció

n

VII

I Lis

a

Filtraciónes

ZONAS

Co

mp

let.

Met

eori

zad

asSu

elo

res

idu

al

ESPACIADO

(mm)

CONTINUIDAD

(m)ABERTURA (mm) RUGOSIDAD

San

a

Alg

o M

eteo

riza

da

Med

ia M

eteo

riza

das

Mu

y M

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I Ru

gosa

II L

isa

Co

nsi

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Du

ro

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Meteorización

Esp

eso

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Ru

mb

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1

Fam

ilia

de

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clas

as

x

V L

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RELLENOS

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(kg/

cm2

)

Seco

Hú

med

oG

ote

os

Flu

jo

Resistencia

Mu

y b

lan

do

Bla

nd

o

2

x

x

x

3

x

2

b) Fotografía general del talud y representación gráfica de las Zonas 1, 2 y 3

Figura 3. Fotografía panorámica del talud y esquema del la zona 1, 2 y 3.

7. RESULTADOS

a) Tendencia de las Familias de Diaclasas (Diagrama de Rosetas)

Fig. 4: Diagrama de Rosetas

El diagrama de Rosetas se realizó con el software Stereonett, dando como

resultado las tendencias de todas las familias de diaclasas, con esto se interpreta

lo siguiente: dado que la orientación y la inclinación del talud no están coincidiendo

con ningún dato estructural de las familias de diaclasas no ocurrirá fallamiento por

tendencias estructurales en las diaclasas y el talud.

Dato Estructural

del Talud 0/63

Tendencia de las

Familias de diaclasas

b) Cálculo de la Resistencia a partir del Martillo Schmidt y la densidad de

la muestra:

Fig. 5: Ábaco utilizado para realizar la resistencia uniaxial a compresión,

determinada tomando como punto de partida los rebotes registrados en el

martillo con su respectiva inclinación, se determina la densidad de la

muestra en el laboratorio para luego realizar la intersección con los datos

del martillo obteniendo así la resistencia uniaxial a compresión.

1

Tabla 3. Rebotes Zona Norte Tabla 4. Rebotes Zona Sur

Los datos registrados en las tablas 3 y 4 fueron obtenidos por los registros de los

rebotes sucesivos que se realizaron con el martillo Schmidt tanto en la zona Norte

como en la Sur; para la zona norte los datos arrojados no fueron muy buenos

obteniendo un promedio de rebotes de 16,4 R, mientras que en la zona sur se

obtuvo un promedio de 59,8 R con un total de 10 registros de datos, de los cuales

se eliminaron los 5 valores más bajos y se promediaron los restantes más altos

arrojando el resultado antes mencionado.

La manera de obtener el dato de la resistencia uniaxial a compresión, es ubicar los

datos promedios en la línea horizontal de la figura 5 teniendo presente la

orientación del martillo, una vez ubicado este dato, se toma el dato de densidad

arrojado del laboratorio y se ubica en las líneas de densidades con el fin de buscar

el punto de intersección entre el rebote y la densidad para luego proyectarlo al eje

“y” donde se indicara el valor la resistencia en Mpa. En nuestro caso la

resistencia uniaxial a compresión para la Zona Norte comprendida por la zona 3

dio σc = 20,1 Mpa ( ), con un ρ = 21,4 kN/m3,mientras que para la Zona

Surdelimitada por las zonas 2 y 1 respectivamente es σc = 150 Mpa (

)con un ρ = 22,1 kN/m3,indicando un mejor comportamiento en las zonas 1 y 2.

Una vez conocido el resultado de σc en las diferentes zonas, se remite a la tabla

de clasificación RMR y se le asigna un puntaje según el rango en el que se

encuentre situado el valor dado, en este caso para la Zona Norte se tienen 2

puntos, mientras que en la Zona Sur 12 puntos.

20 17 20 10 15

REBOTES REGISTRADOS EN LA

ZONA NORTE

REBOTES PROMEDIO

16,4

63 61 60 59 56

REBOTES REGISTRADOS EN LA

ZONA SUR

REBOTES PROMEDIO

59,8

2

c) Cálculo del RQD teórico

Se calcula el RQD teórico debido a que no se cuenta con testigos de sondeo para

realizar la relación entre la longitud del núcleo y los fragmentos no fracturados

mayores a 10 cm, por tanto de los datos tomados en campo se registró que el

espaciado de las juntas se encuentran en el intervalo de 0,2 – 0,6 metros,

permitiendo así aplicar la relación teórica para el cálculo del RQD.

𝑹𝑸𝑫 = 𝟏𝟎𝟎−𝟎,𝟏𝝀(𝟎,𝟏𝝀+𝟏); 𝒄𝒐𝒏 𝝀 = 𝟏 𝒆𝒔𝒑𝒂𝒄𝒊𝒂𝒅𝒐 𝒆𝒏 𝒎𝒆𝒕𝒓𝒐𝒔

Aplicando la relación anterior, tenemos lo siguiente:

Para 0,2 metros de espaciado

𝑹𝑸𝑫 = 𝟏𝟎𝟎−𝟎,𝟏

𝟏

𝟎,𝟐 𝟎,𝟏

𝟏

𝟎,𝟐 +𝟏

= 𝟎,𝟎𝟑𝟐 ∗ 𝟏𝟎𝟎 = 𝟑,𝟐%

Para 0,6 metros de espaciado

𝑹𝑸𝑫 = 𝟏𝟎𝟎−𝟎,𝟏

𝟏

𝟎,𝟔 𝟎,𝟏

𝟏

𝟎,𝟔 +𝟏

= 𝟎,𝟒𝟏 ∗ 𝟏𝟎𝟎 = 𝟒𝟏%

Teniendo presente la relación de las diaclasas en las diferentes zonas de

clasificación del talud, se le asigna una puntuación de 3 a las zonas 1 y 3,

mientras que a la zona 2, 6 puntos. El porcentaje más crítico fue asignado a las

zonas 1 y 3, ya que son las zonas que presentan mayor diaclasamiento y poco

espaciado.

3

d) Clasificación Geomecánica RMR (BIENIAWSKI, 1989)

Fig. 6: Clasificación Geomecánica RMR (BIENIAWSKI, 1989) tomado de,

Ingeniería Geológica (González de Vallejo)

4

Basándose en los parámetros estipulados en la tabla de clasificación RMR y lo

datos registrados en la planilla de campo se obtuvo lo siguiente:

Tabla 6: Registro de las áreas

correspondientes a cada zona

del talud.

Tabla 5: Asignación de puntajes para la clasificación RMR

Debido a que el talud fue dividido en tres zonas diferentes para facilitar la toma de

datos, se debe tener presente el área de cada una de ellas para asignar una

puntación general y poder integrar las zonas en una sola, los valores registrados

en la tabla 5 corresponden a la base y la altura de las zonas 1, 2 y 3 (tomados de

Google Earth), para luego ser multiplicado por la puntuación que recibe cada zona

y ser dividido en la sumatoria del área total, en general es lo siguiente:

RMR = (A1*P1+A2*P2+A3*P3)/(A1+A2+A3)

RMR = (616,032*61+1426,2805*62+822,32*47)/(616,032 + 1426,2805 + 822,32)

RMR = 57,479

BASE 29,76 ALTURA 20,7

BASE 69,95 ALTURA 20,39

BASE 54,1 ALTURA 15,2

ZONA 1

ZONA 3

ZONA 2

AREA = B*H m^2

ZONA 1 ZONA 2 ZONA 3

Compresion Simple 12 12 2

RQD (Teórico) 3 6 3

Separación entre

diaclasas10 10 10

Longitud de la

Discontinuidad4 4 4

Abertura 5 5 5

Rugosidad 3 1 1

Relleno 4 4 2

Alteración 5 5 5

Agua Freática 15 15 15

Corrección por

orientación de las

discontinuidades

0 0 0

Puntación General 61 62 47

AREA 616,032 1426,2805 822,32

PUNTUACION CON

AREA 37577,952 88429,391 38649,04

Σ Puntuación con Area 164656,383

PUNTUACION TOTAL 57,47905988

PUNTAJEPARÁMETRO DE

CLASIFICACIÓN

RMR

5

Con la puntuación obtenida RMR = 57,479, el macizo rocoso se clasifica como

Clase III de calidad media.

e) Clasificación Geomecánica de taludes SMR

Fig. 7: Clasificación Geomecánica de taludes SMR. Tomado de, Ingeniería

Geológica (González de Vallejo)

𝑺𝑴𝑹 = 𝑹𝑴𝑹 + 𝑭𝟏 ∗ 𝑭𝟐 ∗ 𝑭𝟑 + 𝑭𝟒

6

Tabla 7. Valores determinados para la clasificación SMR según el tipo de

rotura, en este caso se considera rotura por vuelco “T”.

Para determinar los valores F1, F2, F3 y F4, primero se identificó el tipo de

rotura del talud para luego proceder a calcular “T” (rotura por vuelco), en

las diferentes zonas de trabajo se tienen diferentes familias de diaclasas, se

ajustaron según la tendencia de cada una de ellas y se calcularon los

valores de F1, F2, F3; el cálculo del valor de F4 se determinó por método de

excavación lo que da un valor de 0 por excavación mecánica. Una vez

conocido los valores de “F” se aplica la ecuación mostrada en la figura 6

dando un valor SMR = 53,73:

𝑺𝑴𝑹 = 𝑹𝑴𝑹 + 𝑭𝟏 ∗ 𝑭𝟐 ∗ 𝑭𝟑 + 𝑭𝟒

𝑺𝑴𝑹 = 𝟓𝟕,𝟒𝟖 + 𝟎,𝟏𝟓 ∗ 𝟏 ∗ (−𝟐𝟓) + 𝟎

𝑺𝑴𝑹 = 𝟓𝟑,𝟕𝟑

1 2 1 2

αj 278° 66° 290° 208°

αs

T 98° 114° 110° 28°

F1

F2

βj 68° 51° 83° 50°

βs

T 131° 114° 146° 113°

F3

F4

RMR

SMR

FAMILIA DE

DIACLASAS

57,48

53,73

0 0 0

194°

-25 -25 -25

1 1 1

131°

0° N-S

63°

71°

0,15 0,15 0,15

ZONA 2 ZONA 3ZONA 1

1

109°

7

f) Diseño de estabilización

Al hacer uso de la clasificación geomecánica RMR, y la clasificación SMR junto

con el cálculo RQD; se determino que es un macizo rocoso de clase III y calidad

media (RMR) y clase III parcialmente estable (SMR), datos que son coherentes

con lo visto en campo, sin embargo éste talud tiene una rata de erosión

considerable ocasionado por efecto de la lluvia.

Teniendo en cuenta los datos obtenidos de los diferentes tipos de clasificación el

diseño o medidas que se recomiendan para estabilizar el talud son primero

suavizar el ángulo del talud, como segunda medida sería realizar unos drenes en

la parte superior del talud para que el agua sea direccionada hacia la alcantarilla,

de tal manera el proceso erosivo será más lento y en menor proporción. Sumado

a esto se aconseja cubrir el talud con una malla de alambre de acero que se fija

mediante anclajes para roca en la zona estable del talud. Debido a que la malla

se adaptara perfectamente a la superficie del talud como resultado del pretensado,

se evita el movimiento de masas del sueño y fragmentos de roca. Luego no habrá

necesidad de tener que vaciar las bolsas de material acumulado.

Figura 8. Diseño de Malla con anclajes para estabilización del talud.

(tomado de geobrugg TECCO® estabilización y control de la erosión de

taludes y laderas inestables, con respeto al medio ambiente).

8

8. CONCLUSIONES

El diagrama de rosetas permitió definir la tendencia de las juntas y

compararlas con la inclinación del talud, esta tendencia no coincide con la

inclinación del talud por lo tanto se considera que no ocurrirá un fallamiento

de tipo estructural.

El cálculo del RQD (rock quality designation) permitió definir las zonas

criticas del talud, las cuales son la zona 1 y la zona 3 con una puntuación

de 3, mientras que la zona 2 con un 6 puntos. Para definir estas

puntuaciones se tuvo en cuenta la relación entre las diaclasas y en las

diferentes zonas de clasificación del talud.

Según la clasificación RMR (rock mass rating) el macizo obtuvo una

puntuación de RMR= 57.479, esto es un macizo de clase III de calidad

media. Al realizar la corrección SMR (Slope Mass Rating) para poder

predecir el comportamiento de los taludes en roca con mayor precisión,

éste dio SMR: 53.73 lo cual lo clasifica como un macizo parcialmente

estable, resultado coherente con los análisis de RMR.

Se concluye que la estabilidad del talud es intermedia, sin embargo para

mitigar la posible inestabilidad que se pueda presentar, se recomienda

realizar un drene en la cabeza del talud y el cubrimiento del éste con una

malla de acero con anclajes que lleguen a la parte estable de la roca.

9

9. RECOMENDACIONES

El dato estructural de la dirección del talud se tomó sobre la parte plana del

talud, se recomienda para un análisis más acertado tomar una dirección

promedio de la inclinación.

10

10. BIBLIOGRAFIA

GONZALEZ LUIS, FERRER MERCEDES, ORTUÑO LUIS, OTEO CARLOS. ‘‘Ingeniería Geológica’’.

Editorial Pearson. Madrid. 2002.

GOOGLE EARTH

JAIME SUAREZ DIAZ, DESLIZAMIENTOS Y ESTABILIDAD DE TALUDES EN ZONAS TROPICALES,

Instituto de Investigaciones sobre Erosión y Deslizamientos.