estándares geotécnicos-fcm

ESTANDARES PARA LA CARACTERIZACION GEOTECNICA DE ROCAS, ESTRUCTURAS Y MACIZOS ROCOSOS

ESTNDARES GEOTCNICOS

CLASIFICACION Y CALIFICACION

GEOTECNICA Y PROPIEDADES

DEL MACIZO ROCOSO

EVALUACION DE LA RESISTENCIA EN COMPRESION NO CONFINADA DEL MACIZO ROCOSO

1. PROPOSITO Se especifica la forma de evaluar la resistencia en compresin no confinada del macizo rocoso con un grado de calidad y precisin tal que permita el uso de este valor en forma confiable en los anlisis y diseos geotcnicos requeridos por los proyectos y operaciones mineras.

2. DEFINICIONES Macizo Rocoso: Se define como macizo rocoso un volumen homogneo e importante de material, conformado por un conjunto numeroso de bloques de roca intacta y por las discontinuidades o estructuras geolgicas que definen y delimitan estos bloques. El trmino homogneo significa que el volumen considerado cumple TODOS los requisitos siguientes:

Corresponde a una misma unidad litolgica; vale decir, a un mismo tipo de roca con un mismo tipo y con un mismo grado de alteracin

(2).

Presenta un mismo patrn estructural (o sea se ubica dentro de un mismo dominio estructural).

Presenta un mismo grado de fracturamiento. Adems, este estndar supone que el comportamiento mecnico del macizo rocoso es isotrpico y que no est condicionado por las estructuras de una cierta familia o por discontinuidades con cierta orientacin. Resistencia en Compresin No Confinada del Macizo Rocoso: Corresponde al esfuerzo axial que producira la falla de un volumen de macizo rocoso en condicin de carga axisimtrica y con un esfuerzo de confinamiento igual a la presin atmosfrica (o sea sin confinamiento).

Para ilustrar las definiciones anteriores, a continuacin se presentan algunos ejemplos:

Se tiene un talud en una misma unidad litolgica pero que presenta distintos grados de fracturamiento. Este talud NO corresponde a un nico macizo rocoso, sino que est compuesto por varios tipos de macizo rocoso (cada tipo asociado a un cierto grado de fracturamiento).

Se tiene un macizo rocoso que presenta un nico sistema de estructuras, por lo que su comportamiento mecnico es claramente anisotrpico y no puede definirse un nico valor de su resistencia en compresin no confinada, debido a que sta depender de la orientacin relativa entre las estructuras y la direccin de carga. Por lo tanto, este caso NO est considerado en el presente estndar y debe ser tratado en forma particular.

(2)

Evidentemente, en una mina puede existir ms de una unidad litolgica y, en ese caso, se tendr ms de un TIPO de macizo rocoso.

Se tiene un macizo rocoso que presenta 2 sistemas de estructuras con espaciamientos tales que el comportamiento mecnico del macizo rocoso depende de la orientacin de la carga respecto a estas estructuras. Por lo tanto, este caso NO est considerado en el presente estndar y debe ser tratado en forma particular (ver Referencias).

Se conoce el esfuerzo axial que caus la falla de un pilar prismtico y de seccin transversal rectangular, compuesto por un material que cumple la definicin de macizo rocoso. Sin embargo, este esfuerzo NO corresponde exactamente a la resistencia en compresin no confinada del macizo rocoso, debido a que la condicin de carga en el pilar no es axisimtrica (3)

.

Se tiene un talud en una misma unidad litolgica, dentro de un mismo dominio estructural y que presenta un grado de fracturamiento uniforme. Este talud corresponde a un nico tipo de macizo rocoso. Adems, si no existe un control estructural en la cinemtica de la falla que podra tener este talud, entonces SI tiene sentido el definir la resistencia en compresin no confinada del macizo rocoso.

Finalmente, conviene sealar que la definicin de macizo rocoso en realidad es relativa al tamao de la labor que interesa, el que definir distintos volmenes de influencia y, por ende, distintos tipos de macizo rocoso, como se ilustra en el esquema de Figura 1 (tomada de Hoek & Brown (1997)).

3. SIMBOLOS Y NOMENCLATURA

CI Resistencia en compresin no confinada de la roca intacta segn el criterio de Hoek-Brown

CM Resistencia en compresin no confinada del macizo rocoso

1 Esfuerzo principal mayor.

3 Esfuerzo principal menor.

(3)

La resistencia de un pilar depende, adems de las caractersticas del macizo rocoso, de la geometra del pilar (debido a que la distribucin de esfuerzos en el cuerpo del pilar depende de esta geometra).

Figura 1 : Esquema idealizado que muestra la variacin desde una condicin

de roca intacta hasta una condicin de macizo rocoso muy fracturado, dependiendo de la escala que se considere (tomada de Hoek & Brown (1997)).

ROCA INTACTA

( INBA - LAB - RI -01 - 97 )

MACIZO ROCOSO CON

DOS SISTEMAS DE

ESTRUCTURAS ESPACIADAS

(FUERA DE ESTE ESTANDAR)

MACIZO ROCOSO CON

UN UNICO

SISTEMA ESTRUCTURAL

(FUERA DE ESTE ESTANDAR)

MACIZO ROCOSO

FRACTURADO

(ESTE ESTANDAR)

MACIZO ROCOSO

MUY FRACTURADO

(ESTE ESTANDAR)

MINERIA

A RAJO ABIERTO

MINERIA

SUBTERRANEA

mb Parmetro m del criterio de Hoek-Brown para el macizo rocoso

s Parmetro del criterio de Hoek-Brown para el macizo rocoso

a Parmetro del criterio de Hoek-Brown para el macizo rocoso

GSI Indice de resistencia geolgica del macizo rocoso (Hoek et al. (1995))

RMR76 Indice de calidad geotcnica del macizo rocoso definido por Bieniawski (1976)

RMR79 Indice de calidad geotcnica del macizo rocoso definido por Bieniawski (1979)

4. METODOLOGIA 4.1. Determinar claramente el tipo de macizo rocoso cuya resistencia en compresin no confinada

se desea definir (4)

. 4.2. Determinar a qu categora pertenece :

(a) Macizo rocoso masivo o muy poco fracturado

(b) Macizo rocoso fracturado

(c) Macizo rocoso anisotrpico y/o

(d) Macizo rocoso cuyo comportamiento mecnico presenta control estructural

4.3. Evaluar la resistencia en compresin no confinada del macizo rocoso como se indica a

continuacin.

5. EVALUACION DE LA RESISTENCIA EN COMPRESION NO CONFINADA DEL MACIZO

5.1. Si el macizo rocoso pertenece a las categoras (c) o (d) su resistencia en compresin no confinada depender de la direccin de carga. En este caso el presente estndar no es aplicable y en lugar de un nico valor, deber presentarse una tabla y/o un grfico que muestre la variacin de la resistencia en compresin no confinada del macizo rocoso con la direccin de carga, en la forma que describen Hoek & Brown (1980).

5.2. Si el macizo rocoso pertenece a la categoras (a) o (b), entonces su resistencia en compresin

no confinada podr evaluarse por uno de los 2 mtodos siguientes :

5.2.1. En base a anlisis retrospectivos (back-anlisis), si se dispone de suficiente informacin respecto a las condiciones de borde del caso estudiado. Por ejemplo : si se ha excavado un tnel en un macizo rocoso masivo, el cual es estable pese a que no presenta fortificacin alguna, y se conoce el estado tensional in situ; entonces es posible calcular el valor mximo del esfuerzo principal mayor en la periferia del tnel y, dado que ste es estable, suponer que la resistencia en compresin no confinada del macizo rocoso es igual o mayor que este valor mximo.

5.2.1. En base al mtodo generalizado de Hoek-Brown, conforme con lo siguiente :

(4)

Es necesario hacer notar que este estndar supone que la definicin espacial de los tipos de macizo rocoso es correcta; vale decir, que cada tipo de macizo rocoso corresponde a una misma unidad litolgica, con el mismo tipo y el mismo grado de alteracin, dentro de un mismo dominio estructural y con un mismo grado de fracturamiento. Por supuesto, la definicin de los distintas tipos de macizo rocoso es responsabilidad de los gelogos e ingenieros geotcnicos de la Mina.

1. Determinar el rango de valores de GSI aplicable al macizo rocoso en consideracin.

2. Determinar los parmetros mb, s y a que definen la envolvente de falla del macizo rocoso.

3. Generar, utilizando esta envolvente de falla, una serie de unos 8 valores de la resistencia del macizo rocoso para distintas presiones de confinamiento.

4. Graficar estos puntos en el espacio 1

- 3, y realizar un ajuste lineal para obtener la recta que mejor se ajusta, como se ilustra en Figura 2.

5. Determinar la resistencia en compresin no confinada del macizo rocoso como la interseccin de esta recta con el eje vertical.

7. PRESENTACION DE RESULTADOS Todo el proceso anterior de definicin de la resistencia en compresin no confinada del macizo rocoso deber resumirse en un informe que contenga lo siguiente:

Descripcin geotcnica del tipo de macizo rocoso (ver INBA - CMR - CL - 01 - 97), incluyendo a lo menos una fotografa a color con una indicacin de escala y, si es conveniente, esquemas ilustrativos.

Resistencia en compresin no confinada del macizo rocoso, comentando la forma en que se evalu este valor.

Descripcin del posible efecto de la saturacin del macizo rocoso en su resistencia en compresin no confinada (si hay efecto deber indicarse la resistencia en condicin seca y tambin en condicin saturada).

Descripcin de la probable forma de ruptura (puede incluir esquemas ilustrativos).

Anexo que incluya el detalle del clculo desarrollado para evaluar la resistencia en compresin no confinada del macizo rocoso.

8. REFERENCIAS

Hoek E., Brown E.T. (1980): UNDERGROUND EXCAVATIONS IN ROCK, IMM, London. Hoek E., Brown E.T. (1997): Practical estimates of rock mass strength. Accepted for publication in the International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences.

Figura 2 : Ajuste de una recta a los puntos

generados utilizando la envolvente de falla de Hoek-Brown.

EVALUACION DE LA RESISTENCIA EN TRACCIN DEL MACIZO ROCOSO

1. PROPOSITO Se especifica la forma de evaluar la resistencia en traccin del macizo rocoso con un grado de calidad y precisin tal que permita el uso de este parmetro en forma confiable en los anlisis y diseos geotcnicos requeridos por los proyectos y operaciones mineras. 2. DEFINICIONES Macizo Rocoso: Se define como macizo rocoso un volumen homogneo e importante de material, conformado por un conjunto numeroso de bloques de roca intacta y por las discontinuidades o estructuras geolgicas que definen y delimitan estos bloques. El trmino homogneo significa que el volumen considerado cumple TODOS los requisitos siguientes:


(2).


Presenta un mismo grado de fracturamiento. Adems, este estndar supone que el comportamiento mecnico del macizo rocoso es istropico y que no est condicionado por las estructuras de una cierta familia o por discontinuidades con cierta orientacin. Resistencia en Traccin: Se define como el mximo esfuerzo de traccin que puede soportar el macizo rocoso. 3. SIMBOLOS Y NOMENCLATURA

CI Resistencia en compresin no confinada de la roca intacta segn el criterio de Hoek-Brown.

tm Resistencia en traccin del macizo rocoso.

Cm Resistencia en compresin no confinada del macizo rocoso.

mi Parmetro m del criterio de Hoek-Brown para la roca intacta.

mb Parmetro m del criterio de Hoek-Brown para el macizo rocoso.

s Parmetro del criterio de Hoek-Brown para el macizo rocoso.

a Parmetro del criterio de Hoek-Brown para el macizo rocoso.

GSI Indice de resistencia geolgica del macizo rocoso (Hoek et al. (1995)).

(2)


RMR76 Indice de calidad geotcnica del macizo rocoso definido por Bieniawski (1976).

RMR79 Indice de calidad geotcnica del macizo rocoso definido por Bieniawski (1979).

4. METODOLOGIA 4.3. Determinar claramente el tipo de macizo rocoso cuya resistencia en traccin se desea definir

(4).

4.4. Determinar a qu categora pertenece :

(e) Macizo rocoso masivo o muy poco fracturado

(f) Macizo rocoso fracturado

(g) Macizo rocoso anisotrpico y/o

(h) Macizo rocoso cuyo comportamiento mecnico presenta control estructural

4.4. Evaluar la resistencia en traccin del macizo rocoso como se indica a continuacin. 5. EVALUACION DE LA RESISTENCIA EN TRACCION DEL MACIZO ROCOSO 5.1. Si el macizo rocoso pertenece a las categoras (c) o (d) su envolvente de falla depender de la

direccin de carga o del tipo de fallamiento que el control estructural presente. En este caso el presente estndar no es aplicable.

5.2. Si el macizo rocoso pertenece a la categoras (a) o (b), entonces su resistencia en traccin

puede ser definida por la metodologa propuesta por Hoek & Brown (1997) :

1. Si GSI 25 puntos, entonces la resistencia en traccin del macizo rocoso queda dada por :

)1( 4 2 smm bbcitm

2. Si GSI < 25 puntos, entonces se puede considerar para efectos prcticos una resistencia en traccin nula para el macizo rocoso.

6. PRESENTACION DE RESULTADOS Todo el proceso anterior de determinacin de la resistencia en traccin del macizo rocoso deber resumirse en un informe que contenga lo siguiente:

Descripcin geotcnica del tipo de macizo rocoso (ver INBA - CMR - CL - 01 - 97), incluyendo a lo menos una fotografa a color una indicacin de escala y, si es conveniente, esquemas ilustrativos.

Presentacin de los resultados obtenidos.

(4)


Comentarios respecto a la confiabilidad de los resultados obtenidos. De hecho, debe cumplirse que:

)2( tritm

7. REFERENCIAS

Hoek E., Brown E.T. (1997): Practical estimates of rock mass strength. Accepted for publication in the International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences.

DEFINICION DE LA ENVOLVENTE DE FALLA DEL MACIZO ROCOSO

1. PROPOSITO Se especifica la forma de definir la envolvente de falla del macizo rocoso con un grado de calidad y precisin tal que permita el uso de este parmetro en forma confiable en los anlisis y diseos geotcnicos requeridos por los proyectos y operaciones mineras. 2. DEFINICIONES Macizo Rocoso: Se define como macizo rocoso un volumen homogneo e importante de material, conformado por un conjunto numeroso de bloques de roca intacta y por las discontinuidades o estructuras geolgicas que definen y delimitan estos bloques. El trmino homogneo significa que el volumen considerado cumple TODOS los requisitos siguientes:


(2).


Presenta un mismo grado de fracturamiento. Adems, este estndar supone que el comportamiento mecnico del macizo rocoso es istropico y que no est condicionado por las estructuras de una cierta familia o por discontinuidades con cierta orientacin. Envolvente de falla : Corresponde a la curva que define el lmite entre la condicin de ruptura y de no ruptura del macizo rocoso, usualmente definida en trminos de esfuerzos. En otras palabras, si los esfuerzos actuantes en un elemento del macizo rocoso son tales que definen un punto por debajo de la envolvente de falla, entonces dicho elemento no sufre falla; por otra parte, si estos esfuerzos definen un punto en o sobre la envolvente de falla, entonces el elemento considerado no puede soportar dichos esfuerzos y fallar. Para ilustrar esta definicin se presentan algunos ejemplos en las figuras de pgina siguiente, donde:

En la condicin (a) no se produce la falla ni del macizo rocoso ni de la roca intacta.

En la condicin (b) se produce la falla del macizo rocoso pero no de la roca intacta.

En la condicin (c) se produce la falla del macizo rocoso y de la roca intacta.

(2)


3. SIMBOLOS Y NOMENCLATURA

1 Esfuerzo principal mayor.

3 Esfuerzo principal menor.


tm Resistencia en traccin del macizo rocoso.

Cm Resistencia en compresin no confinada del macizo rocoso.

mi Parmetro m del criterio de Hoek-Brown para la roca intacta.

mb Parmetro m del criterio de Hoek-Brown para el macizo rocoso.

s Parmetro del criterio de Hoek-Brown para el macizo rocoso.

a Parmetro del criterio de Hoek-Brown para el macizo rocoso.

GSI ndice de resistencia geolgica del macizo rocoso (Hoek et al. (1995)).

RMR76 ndice de calidad geotcnica del macizo rocoso definido por Bieniawski (1976).

RMR79 ndice de calidad geotcnica del macizo rocoso definido por Bieniawski (1979).

4. METODOLOGIA 4.1. Determinar claramente el tipo de macizo rocoso cuya envolvente de falla se desea definir

(4).

4.2. Determinar a qu categora pertenece :

(4)


Figura 1 : Ejemplo ilustrativo del concepto de envolvente de falla.

ROCA INTACTA

ROCA INTACTA

MACIZO ROCOSO

MACIZO ROCOSO

A

A

B

B

C

ENVOLVENTE DE FALLA DEFINIDA

EN TERMINOS DE LOS ESFUERZOS

PRINCIPALES EN EL ELEMENTO.

ENVOLVENTE DE FALLA DEFINIDA

EN TERMINOS DE LOS ESFUERZOS

NORMAL Y DE CORTE EN EL PLANO

DE FALLA.

C

(i) Macizo rocoso masivo o muy poco fracturado

(j) Macizo rocoso fracturado

(k) Macizo rocoso anisotrpico

(l) Macizo rocoso cuyo comportamiento mecnico presenta control estructural

4.5. Definir la envolvente de falla como se indica a continuacin. 5. DEFINICION DE LA ENVOLVENTE DE FALLA 5.1. Si el macizo rocoso pertenece a las categoras (c) o (d) su envolvente de falla depender de la

direccin de carga o del tipo de fallamiento que el control estructural presente. En este caso el presente estndar no es aplicable.

5.2. Si el macizo rocoso pertenece a la categoras (a) se propone, en forma tentativa, definir su

envolvente de falla segn el criterio de Hoek-Brown como si se tratara de roca intacta pero considerando que la resistencia para una presin de confinamiento dada es el 70% de la de la

roca intacta (o sea se usan los resultados de ensayos triaxiales pero suponiendo que 3 = 3 y

1 = 0,71). 5.3. Si el macizo rocoso pertenece a las categoras (b) su envolvente de falla deber definirse segn

el criterio generalizado de Hoek-Brown, conforme con lo expuesto por el Profesor Hoek. 6. PRESENTACION DE RESULTADOS Todo el proceso anterior de definicin de la envolvente de falla del macizo rocoso deber resumirse en un informe que contenga lo siguiente:

Descripcin geotcnica del tipo de macizo rocoso, incluyendo a lo menos una fotografa a color una indicacin de escala y, si es conveniente, esquemas ilustrativos.

Presentacin de los resultados obtenidos, incluyendo un grfico de la envolvente de falla del macizo rocoso y de la roca intacta.

Comentarios respecto a la confiabilidad y aplicabilidad de la envolvente de falla (por ejemplo, si se produce una degradacin de la calidad del macizo rocoso por efecto de las tronaduras, la envolvente de falla propuesta podra dejar de ser aplicable).

7. REFERENCIAS


EVALUACION DE LA DEFORMABILIDAD DEL MACIZO ROCOSO

1. PROPOSITO Se especifica la forma de evaluar la deformabilidad del macizo rocoso con un grado de calidad y precisin tal que permita el uso de este parmetro en forma confiable en los anlisis y diseos geotcnicos requeridos por los proyectos y operaciones mineras. 2. DEFINICIONES Macizo Rocoso: Se define como macizo rocoso un volumen homogneo e importante de material, conformado por un conjunto numeroso de bloques de roca intacta y por las discontinuidades o estructuras geolgicas que definen y delimitan estos bloques. El trmino homogneo significa que el volumen considerado cumple TODOS los requisitos siguientes:


(2).


Presenta un mismo grado de fracturamiento. Adems, este estndar supone que el comportamiento mecnico del macizo rocoso es isotrpico y que no est condicionado por las estructuras de una cierta familia o por discontinuidades con cierta orientacin. Deformabilidad: Se considera que la deformabilidad del macizo rocoso puede definirse como si se tratara de un material homogneo, istropo y elstico, mediante 2 parmetros: el mdulo de

deformabilidad, ERM , y la razn de Poisson, RM. 3. SIMBOLOS Y NOMENCLATURA


GSI ndice de resistencia geolgica del macizo rocoso (Hoek et al. (1995)).

ERM Modulo de deformabilidad del macizo rocoso.

RM Razn de Poisson del macizo rocoso.

4. METODOLOGIA 4.5. Determinar el modulo de deformabilidad y la razn de Poisson de la roca intacta.

(2)


4.6. Determinar el largo de valores de GSI para el macizo rocoso en estudio. 4.6. Determinar la deformabilidad del macizo rocoso como se indica a continuacin. 5. EVALUACION DE LA DEFORMABILIDAD DEL MACIZO ROCOSO 5.4. Si el macizo rocoso puede suponerse con comportamiento isotrpico, este estndar es

aplicable. En caso contrario deber evaluarse con mayor detalle la deformabilidad del macizo rocoso.

5.5. Si este estndar es aplicable, el modulo de deformabilidad del macizo rocoso puede evaluarse

como sigue :

Si ci > 100 MPa, entonces EMR puede evaluarse como :

)1( 10 40 10

GSI

RME

Si ci < 100 MPa, entonces EMR puede evaluarse como :

)2( 10 100

40 10

GSI

ciRME

5.6. Si este estndar es aplicable, y la razn de Poisson del macizo rocoso deber evaluarse con

criterio, considerando que debera ser algo mayor que la de la roca intacta. 6. PRESENTACION DE RESULTADOS Todo lo anterior deber resumirse en un informe que contenga lo siguiente:

Descripcin geotcnica del tipo de macizo rocoso, incluyendo a lo menos una fotografa a color una indicacin de escala y, si es conveniente, esquemas ilustrativos.

Presentacin de los resultados obtenidos y comentarios respecto a su confiabilidad y grado de aplicabilidad. De hecho debe cumplirse con el hecho de que la roca intacta es menos deformable que el macizo rocoso.

7. REFERENCIAS


DESCRIPCION GEOTECNICA DE MACIZOS ROCOSOS

1. PROPOSITO Se especifica la forma de describir el macizo rocoso, de manera tal que el mismo pueda ser calificado y clasificado geotcnicamente para los anlisis y diseos geotcnicos requeridos por los proyectos y operaciones mineras

2. DEFINICIONES Macizo Rocoso: Se define como macizo rocoso un volumen homogneo e importante de material, conformado por un conjunto numeroso de bloques de roca intacta y por las discontinuidades o estructuras geolgicas que definen y delimitan estos bloques. El trmino homogneo significa que el volumen considerado cumple TODOS los requisitos siguientes:


(2).


Presenta un mismo grado de fracturamiento. Descripcin Geotcnica: Descripcin de todas aquellas caractersticas del macizo rocoso necesarias para lograr un buen entendimiento de su condicin y probable comportamiento mecnico y/o hidrulico. Esta descripcin puede ser puramente cualitativa, pero es ms til si se apoya en algunas evaluaciones cuantitativas (ej. valores modales o tpicos para la persistencia, espaciamiento, etc. de las estructuras). 3. SIMBOLOS Y NOMENCLATURA

C b : Factor de ajuste por dao por tronadura.

C o : Factor de ajuste por orientacin de la estructuras.

C o : Factor de ajuste por efecto de los esfuerzos en el macizo rocoso.

C w : Factor de ajuste por intemperizacin.

Dip : Manteo de una estructura.

DipDir : Direccin de manteo de una estructura.

FF : Frecuencia de fracturas por metro lineal.

GSI : ndice Geolgico de Resistencia (Geological Strength Index).

IRS : Resistencia en compresin no confinada de la roca intacta (Intact Rock

Strength).

Ja : Parmetro que describe la condicin de las estructuras y su relleno.

Jr : Parmetro que define la rugosidad de las estructuras.

(2)


Jn : Parmetro asociado al nmero de sets estructurales en el macizo rocoso.

Jw : Parmetro asociado a la condicin de aguas en el macizo rocoso.

n : Porosidad de la roca.

Q : Indic de calidad geotcnica definido por Barton et al. (1974).

MRMR : Valor modificado o ajustado del ndice RMR de Laubscher.

RQD : ndice de designacin de la calidad de la roca (Rock Quality Designation).

RMR : ndice de calidad del macizo rocoso de Bieniawski o de Laubscher.

s : Espaciamiento entre las estructuras presentes en el macizo rocoso.

SRF : Factor de reduccin de esfuerzo de Barton (Strength Reduction Factor).

4. METODOLOGA La descripcin geotcnica de un macizo rocoso debe incluir informacin bsica relativa a la roca intacta, las estructuras y el macizo rocoso propiamente tal: litologa, mineralizacin, tipo y grado de alteracin, peso unitario y porosidad de la roca intacta, caractersticas de las estructuras, condicin de aguas, etc. Una vez descrito el macizo rocoso es posible seleccionar y utilizar, segn las particulares necesidades de cada Divisin, un mtodo de calificacin y clasificacin geotcnica de macizos rocosos. Por lo tanto, la descripcin geotcnica del macizo rocoso debe ser tal que permita el empleo de cualquier mtodo de clasificacin (o sea, debe contener toda la informacin bsica que requieren los distintos mtodos actualmente en uso). Para lograr esto, se propone incluir al menos la siguiente informacin:

Descripcin geolgico-geotcnica de la roca intacta (litologa, mineralizacin, tipo y grado de alteracin).

Propiedades ndice de la roca intacta (peso unitario, porosidad, clasificacin segn su resistencia y mdulo relativo).

Propiedades mecnicas de la roca intacta (resistencia en compresin no confinada, resistencia en traccin, etc.).

Caractersticas del dominio estructural y de los sets estructurales presentes (nmero, orientacin, persistencia, espaciamiento, tipo de relleno, rugosidad, condicin de aguas, etc.).

Caractersticas del arreglo de bloques que componen el macizo rocoso (frecuencia de fracturas, forma predominante de los bloques, tamaos mximo y modal, etc.).

Condicin de aguas en el macizo rocoso.

Estado tensional in situ en el sector considerado. Respecto a esto puede recomendarse lo siguiente: Descripcin de la roca intacta: La descripcin de la litologa debe ser acorde a los estndares internacionales (por ejemplo: Prfido Este, nombre local que designa a una granodiorita - monzonita con textura porfdica, conformada por fenocristales de plagioclasas, feldespato potsico, biotita y cuarzo, en una

masa fundamental cuarzo-feldesptica microgranular). En relacin a la alteracin hidrotermal, es fundamental el reconocer el tipo y grado de intensidad con que se presenta en la litologa asociada. Propiedades ndice de la roca intacta: La descripcin debe incluir al menos el peso unitario, la porosidad y la clasificacin segn su resistencia y mdulo relativo. Propiedades mecnicas de la roca intacta: La descripcin debe incluir al menos la resistencia en compresin no confinada y en traccin. Si este valor se evala en terreno, se recomienda utilizar os criterios que se presentan en Tabla 1.

Tabla 1 ESTIMACIN EN TERRENO DE LA RESISTENCIA EN COMPRESIN UNIAXIAL

Clase (a) Calificacin de la

roca segn su resistencia

Resistencia Uniaxial

( MPa )

ndice de carga

puntual

( MPa )

Estimacin en terreno de la resistencia

Ejemplos

R6 Extremadamente

Resistente 250 10

Golpes de martillo geolgico slo causan descostramientos super-ficiales en la roca.

Basalto fresco, chert, diabasa, gneiss, granito, cuarcita.

R5 Muy Resistente 100 250 4 10 Un trozo de roca requiere varios golpes de martillo geolgico para fracturarse.

Anfibolita, arenisca, basalto, gabro, gneiss, granodiorita, caliza, mrmol, riolita, toba.

R4 Resistente 50 100 2 4 Un trozo de roca requiere ms de un golpe con el martillo geolgico para fracturarse.

Caliza, mrmol, filitas, arenisca, esquistos, pizarras.

R3 Moderadamente

Resistente 25 50 1 2

Un trozo de roca puede fracturarse con un nico golpe del martillo geolgico, pero no es posible descostrar la roca con un cortaplumas.

Arcillolita, carbn, concreto, esquistos, pizarras, limolitas.

R2 Dbil 5 25

(b)

Un golpe con la punta del martillo geolgico deja una indentacin superficial. La roca puede ser descostrada con una cortaplumas pero con dificultad.

Creta, sal mineral, potasio.

R1 Muy Dbil 1 5

La roca se disgrega al ser golpeada con la punta del martillo geolgico. La roca puede ser descostrada con un cortaplumas.

Roca muy alterada o muy meteorizada.

R0 Extremadamente

Dbil 0,25 1

La roca puede ser indentada con la ua del pulgar.

Salbanda arcillosa dura.

(a) Clases segn Brown [2].

(b) Para rocas con una resistencia en compresin Uniaxial menor que 25 MPa los resultados del ensayo de carga puntual son poco confiables.

Caractersticas del dominio estructural : La descripcin debe incluir el nmero de sets, y para cada uno de ellos la siguiente informacin : orientacin (valores tpicos y rangos de error del manteo y la direccin de manteo), persistencia (valor modal e incerteza), espaciamiento (valor modal e incerteza), tipo de estructura en cada set (fallas, vetillas, etc.), tipo(s) de relleno(s) asociado(s) a cada set y sus caractersticas (potencia, material(es) constitutivo(s), condicin de humedad, estimacin de la resistencia), tipo de terminacin tpica de cada set (en roca, en otras estructuras, etc.), sinuosidad y rugosidad caractersticas de cada set. Respecto a la sinuosidad y rugosidad, cabe sealar que en rigor son conceptos similares aplicados a diferente escala, como se ilustra en el esquema siguiente.

SINUOSIDAD RUGOSIDAD

ESCALA : Banco

Caja de Galera 0,2 m

Estructura

Escalonada

Rugosa

Lisa

Cizallada

Sinuosa

Rugosa

Lisa

Cizallada

Plana

Rugosa

Lisa

Cizallada

Caractersticas del arreglo de bloques que conforma el macizo rocoso: La descripcin debe incluir el ndice RQD, la frecuencia de fracturas y una descripcin de la forma tpica de los bloques y sus tamaos mximo y modal. Para el ndice RQD se recomienda utilizar la clasificacin de Tabla 2, y en lo que se refiere a la frecuencia de fracturas, la que se indica en Tabla 3.

Tabla 2 CALIFICACION GEOTECNICA DEL

MACIZO ROCOSO SEGUN SU RQD

Tabla 3 CALIFICACION DEL MACIZO ROCOSO

SEGUN SU GRADO DE FRACTURAMIENTO

ndice RQD (%) Calificacin de la

Calidad Geotcnica del Macizo Rocoso

Frecuencia de Fracturas, FF

(fract./m)

Calificacin del Macizo Rocoso

90 a 100 EXCELENTE < 2 Muy Masivo

75 a 90 BUENA 2 a 5 Masivo

50 a 75 REGULAR 6 a 10 Masivo a Fracturado

25 a 50 MALA 11 a 15 Fracturado

0 a 25 MUY MALA 16 a 20 Muy Fracturado

> 20 Extremadamente

Fracturado

Condicin de aguas: La descripcin de la condicin de aguas en el macizo rocoso debe considerar el hecho que las estructuras son vas preferenciales de percolacin, para lo cual se recomienda utilizar la clasificacin que se indica en Tabla 4 de pgina siguiente.

Tabla 4 CLASIFICACION DE LA CONDICIN DE AGUAS EN ESTRUCTURAS GEOLGICAS

(Tomado de Brown (1981))

ESTRUCTURAS SIN RELLENO ESTRUCTURAS CON RELLENO

Clase Descripcin Clase Descripcin

I L La estructura se observa trabada y sellada, por lo que parece poco probable el flujo de agua a travs de ella

I R

El material de relleno esta muy consolidado y seco, por lo que su conductividad hidrulica puede suponerse muy baja y la ocurrencia de flujos de agua es poco plausible

II L La estructura se observa seca y sin evidencia de haber permitido el flujo de agua

II R El material de relleno se observa hmedo, pero no hay flujo de agua

III L La estructura esta seca pero se aprecia evidencia de la ocurrencia previa de flujo de agua (ej. ptinas de xidos)

III R El material de relleno esta hmedo y se observan goteos de agua

IV L La estructura se observa hmeda, pero no hay flujo de agua

IV R El material de relleno muestra signos de lavado y hay flujo de agua (describir el gasto en lt/min)

V L La estructura muestra percolacin o goteo de agua, pero no se observa una condicin de flujo continuo

V R

El material de relleno ha sido lavado totalmente en algunos sectores y se observa un notorio flujo de agua (describir el gasto en lt/min y estimar la presin)

VI L La estructura permite un flujo continuo de agua (describir el gasto en lt/min y estimar la presin)

VI - R

El material de relleno ha sido lavado totalmente. Se observa un flujo notorio y muchas veces con presiones importantes, especialmente en las primeras exposiciones (describir el gasto en lt/min y estimar la presin)

Estado de esfuerzos in situ: Si no se dispone de informacin referente al estado tensional in situ en el sector en consideracin se recomienda, en forma preliminar, utilizar la Tabla 5 para estimaciones preliminares de esta condicin.

Tabla 5 ESTIMACION DEL ESTADO TENSIONAL IN SITU

Profundidad Esfuerzo Vertical Nivel de Esfuerzo

200 m v 6 MPa Muy Bajo

200 a 400 m 6 a 12 Bajo

400 a 600 m 12 a 18 Medio

600 a 1000 m 18 a 30 Alto

1000 30 Muy Alto

5. SISTEMAS DE CLASIFICACION GEOTECNICA DE MACIZOS ROCOSOS Actualmente las Divisiones de CODELCO-CHILE utilizan diversos sistemas de clasificacin y calificacin geotcnica de macizos rocosos. En Tabla 6 se presenta una comparacin de estos sistemas, y las escalas de calidad usadas por estos sistemas se resumen en Tabla 7.

Tabla 6 COMPARACIN ENTRE LOS MTODOS DE CALIFICACIN Y CLASIFICACIN GEOTCNICA

Parmetro Geotcnico

Sistema de Clasificacin Geotcnica

Bieniawski (1976) RMR

Barton et al. (1974)

Q

Laubscher (1994) MRMR

Hoek et al. (1995)

GSI

Resistencia de la Roca intacta

ci Si

( 0 a 15 ) Si ( SRF ) (+)

( 1 a 10 )

Si ( IRS )

( 1 a 20 )

ti

Caractersticas del Macizo Rocoso

RQD Si

( 3 a 20 ) Si

( 0 a 100 )

FF Si (*)

( 0 a 40 )

Grado de Blocosidad

Si (segn una descripcin cualitativa)

Sistemas Estructurales presentes en el Macizo Rocoso

Numero de Sistemas

Si ( Jn )

( 0,5 a 20 ) Si (*)

( 0 a 40 )

s Si

( 5 a 30 )

Orientacin de las estructuras

Si (como factor de

ajuste o correccin)

Si (escoge el

sistema ms desfavorable)

Si (como factor de ajuste o correccin)

Condicin de las

Estructuras

Sinuosidad (escala mayor) Si

0 a

25

Si

4 a

20

Si (segn una descripcin cualitativa)

Rugosidad (escala menor) Si Si ( Jr )

( 0,5 a 5 ) Si

Alteracin de la roca de caja Si Si ( Ja )

( 0,75 a 20 )

Si

Tipo de relleno Si Si

Apertura (espesor) Si

Persistencia (continuidad) Si

Condicin de Esfuerzos Si ( SRF ) (+)

( 1 a 10 )


Condicin de Aguas Si

( 0 a 10 )

Si ( Jw )

( 0,05 a 10 )

Si (al calificar la cond. de las estructuras)

Dao por Tronadura

Si (como factor de

ajuste o correccin

propuesto por Romana)


Presenta sugerencias al

respecto

Notas :

1 Hoek et al. (1995) consideran que el efecto del agua debe incluirse explcitamente en los anlisis geotcnicos (por ejemplo, mediante un nivel fretico), por lo que la clasificacin geotcnica del macizo rocoso debe suponer que ste est seco si ser utilizada para evaluar las propiedades mecnicas del macizo rocoso. Estos autores incorporan posteriormente las caractersticas de la roca intacta, al evaluar las propiedades del macizo rocoso como una funcin de

las propiedades de la roca intacta ( mi y ci ) y de la calidad geotcnica del macizo rocoso (expresada en trminos de GSI).

2 El mtodo de Laubscher permite considerar los parmetros RQD y s en vez del nmero de sistemas estructurales y el parmetro FF; sin embargo, esta ltima opcin es la ms utilizada en la prctica.

TABLA 7 ESCALAS DE CALIFICACIN DE LOS MTODOS DE CLASIFICACIN GEOTCNICA

ndice Rango Clase Calidad Geotcnica Mtodo

RMR

0 a 20 V Muy Mala Bieniawski (1973, 76, 79), desarrollado en Africa del Sur para tneles (Romana (1980) lo adapta al caso de taludes).

21 a 40 IV Mala

41 a 60 III Regular

61 a 80 II Buena

81 a 100 I Muy Buena

RMR

0 a 10 5

B Muy Mala

Laubscher (1976,90,94), desarrollado en Africa del Sur como una modifica-cin del mtodo de Bie-niawski para ser aplicado a la minera subterrnea (Haines (1980) lo adapta a rajos).

11 a 20 A

21 a 30 4

B Mala

31 a 40 A

41 a 50 3

B Regular

51 a 60 A

61 a 70 2

B Buena

71 a 80 A

81 a 90 1

B Muy Buena

91 a 100 A

GSI

0 a 20 V Muy Mala Hoek et al. (1995), desa-rrollado para evaluar la resistencia del macizo rocoso.

21 a 40 IV Mala

41 a 60 III Regular

61 a 80 II Buena

81 a 100 I Muy Buena

Q

< 0,01 Excepcionalmente Mala

Barton et al. (1974), de-sarrollado en los pases escandinavos para tne-les y cavernas en rocas competentes

0,01 a 0,1 Extremadamente Mala

0,1 a 1 Muy Mala

1 a 4 Mala

4 a 10 Regular

10 a 40 Buena

40 a 100 Muy Buena

100 a 400 Extremadamente Buena

400 a 1000 Excepcionalmente Buena

Dado que el mtodo de Hoek et al. (1995) es el ms reciente, en pginas siguientes se presentan las tablas que resumen dicho mtodo de calificacin geotcnica de macizos rocosos.

Tabla 8: CARACTERIZACIN GEOTCNICA DEL MACIZO ROCOSO SEGN EL GRADO DE TRABAZN DE LOS BLOQUES O TROZOS DE ROCA Y LA CONDICIN DE LAS DISCONTINUIDADES (1)

(1)

En versiones anteriores de esta tabla se utilizaron los trminos FRACTURADO Y CIZALLADO (BLOCKY/SEAMY) y MOLIDO (CRUSHED), siguiendo la terminologa usada por Terzaghi [9]. Sin embargo, estos trminos han provocado confusin y los mismos han sido reemplazados, en esta tabla, por FRACTURADO Y PERTURBADO (BLOCKY/DISTURBED), que refleja en mejor forma el aumento de mobilidad de un macizo rocoso que ha sufrido plegamientos y/o fallamientos, y DESINTEGRADO (DISINTEGRATED), que incluye un mayor rango de tamaos y formas de clastos o trozos de roca.

DIS

MIN

UY

E LA

T

RA

BA

ZO

N D

E LO

S B

LO

QU

ES

D

E R

OC

A

DESINTEGRADO(DISINTEGRATED)

MACIZO ROCOSO MUY FRACTURADO Y

QUEBRADO, CONFORMADO POR UNCONJUNTO POBREMENTE TRABADO DE

BLOQUES Y TROZOS DE ROCA,

ANGULOSOS Y TAMBIN REDONDEADOS

FRACTURADO Y PERTURBADO(BLOCKY / DISTURBED)

MACIZO ROCOSO PLEGADO Y/O AFECTADO PORFALLAS, CONFORMADO POR TROZOS O BLOQUES

DE ROCA DE VARIAS CARAS, ANGULOSOS YDEFINIDOS POR LA INTERSECCION DE NUMEROSOS

SETS DE ESTRUCTURAS.

FUERTEMENTE FRACTURADO

EN BLOQUES(VERY BLOCKY)

MACIZO ROCOSO ALGO PERTURBADO, CONFOR-

MADO POR TROZOS O BLOQUES DE ROCA TRABADOS,DE VARIAS CARAS, ANGULOSOS Y DEFINIDOS POR

CUATRO O MAS SETS DE ESTRUCTURAS.

FRACTURADO EN BLOQUES(BLOCKY)

MACIZO ROCOSO CONFORMADO POR TROZOS

O BLOQUES DE ROCA BIEN TRABADOS,DE FORMA CBICA Y DEFINIDOS POR TRES

SETS DE ESTRUCTURAS, ORTOGONALES ENTRE S.

ESTRUCTURA DEL MACIZO ROCOSOEMPEORA LA CONDICION

DE LAS DISCONTINUIDADES

MU

Y B

UE

NA

Su

perf

icie

s r

ug

osa

s y

de

ca

jas fre

scas (

sin

sea

les d

ein

tem

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n n

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ltera

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BU

EN

AS

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caja

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vem

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y/o

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LA

RS

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as, caja

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odera

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en

te in

tem

perizadas

y/o

altera

da

s

MA

LA

Su

perf

icie

s lis

as y

ciz

alla

das, caja

s inte

mperizada

s y

/oaltera

das, con r

elle

nos d

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gm

ento

s g

ranula

res y

/oarc

illosos firm

es

MU

Y M

ALA

Su

perf

icie

s lis

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ciz

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uy inte

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da

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elle

nos a

rcill

osos b

landos

CO

ND

ICIO

N D

E LA

S D

ISC

ON

TIN

UID

AD

ES

CARACTERISTICAS DEL MACIZO ROCOSO

PARA EVALUAR SU RESISTENCIA

Basndose en la apariencia del afloramiento de roca,escoja la categora que, segn su criterio, mejor des-cribe la condicin tpica del macizo rocoso in situ encondicin no perturbada. Note que superficies ex-puestas de roca que han sido generadas por tronadurapueden dar una impresin errnea de la calidad de laroca subyacente. Puede ser necesario considerar algnajuste por tronadura, y un examen de testigos de son-dajes y/o superficies definidas con precorte o tro-naduras amortiguadas puede ayudar en la definicin deeste ajuste. Es tambin importante entender que elcriterio de Hoek-Brown solo debe aplicarse a macizosrocosos en que el tamao del bloque tpico es pe-queo con respecto al tamao de la excavacin consi-derada.

D/MMD/MD/RD/BD/MB

FP/MB

FF/MB

FB/MB

FP/B

FF/B

FB/B

FP/R

FF/R

FB/R

FP/M

FF/M

FB/M

FP/MM

FF/MM

FB/MM

Tabla 9 : Estimacin del ndice Geolgico de resistencia, GSI, en base a una Descripcin Geolgica del Macizo Rocoso

DIS

MIN

UY

E LA

T

RA

BA

ZO

N D

E LO

S B

LO

QU

ES

D

E R

OC

A

80

70

60

50

40

30

20

10

DESINTEGRADO(DISINTEGRATED)

MACIZO ROCOSO MUY FRACTURADO Y

QUEBRADO, CONFORMADO POR UNCONJUNTO POBREMENTE TRABADO DE

BLOQUES Y TROZOS DE ROCA,

ANGULOSOS Y TAMBIN REDONDEADOS

FRACTURADO Y PERTURBADO(BLOCKY / DISTURBED)

MACIZO ROCOSO PLEGADO Y/O AFECTADO PORFALLAS, CONFORMADO POR TROZOS O BLOQUES

DE ROCA DE VARIAS CARAS, ANGULOSOS YDEFINIDOS POR LA INTERSECCION DE NUMEROSOS

SETS DE ESTRUCTURAS.

FUERTEMENTE FRACTURADO

EN BLOQUES(VERY BLOCKY)

MACIZO ROCOSO ALGO PERTURBADO, CONFOR-

MADO POR TROZOS O BLOQUES DE ROCA TRABADOS,DE VARIAS CARAS, ANGULOSOS Y DEFINIDOS POR

CUATRO O MAS SETS DE ESTRUCTURAS.

FRACTURADO EN BLOQUES(BLOCKY)

MACIZO ROCOSO CONFORMADO POR TROZOS

O BLOQUES DE ROCA BIEN TRABADOS,DE FORMA CBICA Y DEFINIDOS POR TRES

SETS DE ESTRUCTURAS, ORTOGONALES ENTRE S.

ESTRUCTURA DEL MACIZO ROCOSOEMPEORA LA CONDICION

DE LAS DISCONTINUIDADES

MU

Y B

UE

NA

Su

perf

icie

s r

ug

osa

s y

de

ca

jas fre

scas (

sin

sea

les d

ein

tem

perizaci

n n

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BU

EN

AS

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s,

caja

s levem

ente

inte

mperi

zad

as

y/o

altera

da

s, con p

tinas d

e

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o

RE

GU

LA

RS

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icie

s lis

as, caja

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odera

da

men

te in

tem

perizadas

y/o

altera

da

s

MA

LA

Su

perf

icie

s lis

as y

ciz

alla

das, caja

s inte

mperizada

s y

/oaltera

das, con r

elle

nos d

e fra

gm

ento

s g

ranula

res y

/oarc

illosos firm

es

MU

Y M

ALA

Su

perf

icie

s lis

as y

ciz

alla

das, caja

s m

uy inte

mperi

zad

as

y/o

altera

da

s, con r

elle

nos a

rcill

osos b

lan

dos

CO

ND

ICIO

N D

E LA

S D

ISC

ON

TIN

UID

AD

ES

INDICE GEOLOGICO DE RESISTENCIA

De los cdigos de letra que describen la estructura del macizo rocoso y la condicin de las discontinuidades (en Tabla 4), seleccione el cuadro apropiado en esta tabla. Estime el valor tpico del Indice Geolgico de Resistencia, , de los contornos que muestra la tabla. No trate de obtener un mayor grado de precisin. Indicar un rango de valores para , por ejemplo de 36 a 42, es ms realista que indicar un nico valor, por ejemplo 38.

GSI

GSI

6. EJEMPLO DE DESCRIPCION GEOTECNICA DE UN MACIZO ROCOSO

Litologa: Intrusivo de composicin granodiortica-monzontica con textura porfdica, conformada por fenocristales de plagioclasa, feldespato potsico, biotita y cuarzo, en una masa fundamental cuarzo-feldesptica microgranular. Esta unidad se denomina Prfido Este, y es parte del complejo intrusivo Prfido Chuqui.

Tipo y Grado de Alteracin : La unidad litolgica Prfido Este se presenta afectada por una alteracin (tardimagmtica) del tipo Potsica, la cual se manifiesta por la presencia de megacristales de feldespato potsico, venillas de cuarzo con halo alcalino, venillas de feldespato potsico y venillas de biotita fina. Su desarrollo se presenta en un grado intenso, y no degrada la calidad geotcnica de la roca original. En general el comportamiento mecnico de esta unidad es bueno, manifestando inestabilidades por la ocurrencia de cuas y zonas de alto fracturamiento.

Propiedades de la Roca Intacta :

- Porosidad: 0.34% a 2.39%, con una media de 1.01%.

- Peso Unitario: 2.63 a 2.55 ton/m3, con una media de 2.60 ton/m

3.

- Resistencia en Compresin no Confinada: 55 a 97 MPa, con una media de 70 MPa.

- Comentario: Para obtener un especie de mano de esta unidad litolgicas se requiere de varios

golpes de martillo.

Caractersticas del Macizo Rocoso: Macizo rocoso fracturado, con bloques irregulares a cbicos de tamaos tpicos de 0.3 m x 0.5 m, y mximos de 10 m

3. Los

bloques se presentan en general bien trabados ( no es posible desprender con facilidad un bloque del conjunto con un golpe de martillo geolgico). La pared presenta afloramientos de agua a partir de estructuras y no se aprecia un contenido importante de finos arcillosos. Se observan fallas mayores asociando halos de alteracin serictica con un espesor mximo de 5.0 m, y espesores promedios de 2.0 m. Fallas menores en general son comunes en un espaciamiento de 24 m, asociando halos de fracturamiento centimtricos. En fotografa lateral se muestra el aspecto tpico de este macizo rocoso.

RQD y Grado de Fracturamiento: El RQD se encuentra en el rango de 50 a 75, y el grado de fracturamiento vara de 10 a 15 fract. /m.

Estructuras : El sector que interesa se ubica en el Dominio Estructural Balmaceda, con las siguientes caractersticas :

Sistema : SP1A SP1B

Manteo : 73 5 76 5

Direccin de manteo : 187 10 355 10

Persistencia : 60 m 15 m 60 m 15 m

Espaciamiento : 5 m 1 m 5 m 1 m

Sinuosidad : Planas Planas

Rugosidad : Lisas Lisas

Rellenos : Ptinas de arcilla Ptinas de arcilla

Secas Secas

Baja resistencia Baja resistencia

Condicin de aguas: El sector est seco.

Estado tensional: Bajo. 7. REFERENCIAS

Barton N., Lien R. and Lunde J. (1974): Engineering classification of rock masses for the design of tunnel support, Rock Mech., Vol. 10, pp 1-54. Bieniawski (1976): Rock mass classification in rock engineering. In Proc. Symp. Exploration for Rock Eng., Vol. 1, pp 97-106. Balkema, Rotterdam. Bieniawski (1989): ENGINEERING ROCK MASS CLASSIFICATION. Wiley, New York. Laubscher (1977): Geomechanics classification of jointed rock masses - Minning applications. Trans. Inst. Min. Metall. (Sec. A), Vol. 86 Laubscher (1990) : A geomechanics classification system for the rating rock mass in mine design. J. S. Afr. Inst. Min. Metall. Vol.90, Nro.10, pp 257-273. Hoek , E. and Brown, E.T. (1988) : The Hoek-Brown failure criterion-a 1988 up-date. Proc. 15

th

Canadian Rock. Mech. Symp. , Toronto. Hoek , E. & Brown, E. (1997). Practical Estimates of Rock Mass Strength. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. Karzulovic A., (1996): EVALUACIN GEOTCNICA DE LA CONDICIN ACTUAL DEL TNEL DE CHACABUCO, Informe Tcnico. Karzulovic l., (1997).- MEDICIN DEL PARMETRO FF; MTODOS Y RECOMENDACIONES. Taller de Ttulo ll. Departamento de Geologa. Facultad de Ciencias Fsicas y Matemticas. Universidad de Chile.

DESCRIPCION DEL DAO INDUCIDO EN EL MACIZO ROCOSO POR LAS FAENAS DE TRONADURA

1. PROPOSITO Se propone una metodologa para la descripcin del dao inducido en el macizo rocoso por las faenas de tronadura. 2. DEFINICIONES Dao en el Macizo Rocoso : Se define como dao inducido en el macizo rocoso al cambio experimentado desde condiciones de no perturbacin a aquellas, generadas por el incremento del fracturamiento a partir de la generacin de nuevas grietas, y la abertura de aquellas preexistentes, inducidas por los procesos mineros, condiciones de esfuerzo y mecanismo de deformabilidad. 3. PROCEDIMIENTO DE DESCRIPCIN.

OBJETIVO. Para describir el Dao al Macizo Rocoso es necesario el generar informacin bsica que permita el determinar un nivel de fracturamiento del macizo rocoso en condiciones no perturbadas. Para este objetivo se definen fundamentalmente dos fuentes de generacin de informacin, que corresponden a sondajes con descripcin geotcnicas y a mtodos de prospeccin geofsica.

METODOLOGIA. El procedimiento de determinacin de la condicin del macizo rocoso no perturbado a partir de informacin de sondajes, est basado fundamentalmente en el definir cambios esenciales en los niveles de fracturamiento. Este tipo de determinacin debe de ser cuidadosamente evaluada y correlacionada con otros comportamientos que permitan validarla. Debe aclararse que esta proposicin no significa el establecer un nuevo tipo de sondaje geotcnico, si no que define un procedimiento nuevo de anlisis de informacin de sondajes. Si consideramos la informacin de sondajes disponible, producto de la exploracin de nuevos sectores, efectuados en cualquier tiempo, y en ellos realizamos un retroanlisis de los niveles de fracturamiento definidos en esa oportunidad, tenemos la oportunidad de compararlos con algn nivel de explotacin ya alcanzado, y as estaramos en condiciones de evaluar el dao inducido al macizo rocoso por el desarrollo minero. El procedimiento de evaluacin considera lo siguiente

Determinar claramente el macizo rocoso que se quiere evaluar.

Definir, a partir de la informacin disponible de sondajes, los rangos de isofracturamiento que permitan reconocer cambios significativos en su comportamiento.

Relacionar cambios significativos de los rangos de fracturamiento con la profundidad a los cuales ocurre.

4. ANALISIS Y EVALUACIN DE LOS RESULTADOS. Los resultados obtenidos debern analizarse y evaluarse cuidadosamente para verificar la calidad y confiabilidad de los mismos. Para esto se recomienda proceder de la siguiente manera:

Verificar que los rangos definidos sean los adecuados para la determinacin de cambios relevantes en el comportamiento del fracturamiento.

Verificar que el rango de profundidad al cual se relacionan los cambios sea consecuente con el macizo rocoso a evaluar.

Preparar para cada sondaje considerado, un histograma que permita definir la profundidad del cambio.

Preparar con la informacin de profundidad de cambio, un histograma que permita definir su comportamiento estadstico.

Si el comportamiento estadstico define la ocurrencia de un nivel de profundidad de cambio en un rango de variacin razonable, ste podra utilizarse como lmite para evaluar la condicin de fracturamiento de un macizo rocoso no perturbado.

Con la finalidad de conocer el actual estado del macizo rocoso a evaluar, se requiere el realizar levantamientos del grado de fracturamiento que presenta el macizo rocoso. Este informacin es bsica para la determinacin del dao a los taludes a partir de la comparacin de los niveles de fracturamiento definidos a un nivel de macizo no perturbado.

En los siguientes cuadros se muestra el anlisis de informacin de fracturamientos que se realiza en sondajes de Mina Chuquicamata para definir el nivel de fracturamiento de macizos rocosos no perturbados. PRESENTACION DE LOS RESULTADOS

Los resultados de estos anlisis debern de resumirse de acuerdo a la siguiente proposicin:

MACIZO

ROCOSO RQD (%) RQD Cualitativo

FF (N/m) del

Sondaje.

FF (N/m) del Macizo Rocoso

no Perturbado

Variacin de N

de Fracturas

Variacin Porcentual de N de

Fracturas

Granodiorita 60 Moderado 10-12 7 3-5 + 42 % - 71 %

Diorita 75 Bueno 12-15 5 7-10 + 140 % - 200 %

5. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIN DEL DAO AL MACIZO ROCOSO A PARTIR

DE METODOS GEOFSICOS.

Identificar claramente el Macizo Rocoso a evaluar.

Determinar la velocidad snica de la roca intacta VPL mediante test de laboratorio.

Sondaje : CH3960 Z0-S0

Profundidad VALOR FF

[m] FF AJUSTE

14.0 22 25

26.0 6 10

38.0 3 5

50.0 3 5

62.0 7 10

74.0 5 5

86.0 6 10

98.0 15 15

110.0 5 5

122.0 6 10

134.0 7 10

146.0 8 10

158.0 7 10

170.0 5 5

182.0 7 10

194.0 7 10

SONDAJE CH3960

0

5

10

15

20

25

14.0

38.0 62.0 86.0 110.0

134.0

158.0

182.0

Profundidad [m]

Frecuencia Fractura

FF

AJUSTE

Sondaje CH3960. En este grfico se reconoce que el cambio hacia condiciones estables de fracturamiento se verifica a los 122 m de profundidad.

Sondaje CH4587. En este grfico se reconoce que el cambio hacia condiciones estables de fracturamiento se verifica a los 123.5 m de profundidad.

Efectuar perfil ssmico profundos que aseguren reconocer la condicin de un Macizo Rocoso no perturbado

Fijar la velocidad ssmica del terreno no pertubado como la mayor velocidad del perfil ssmico (de la falla ms profunda). VPN

Sondaje : CH4587 Z0-S0

Profundidad VALOR FF

[m] FF AJUSTE

15.5 15 15

27.5 10 10

39.5 5 5

51.5 14 15

63.5 16 20

75.5 5 5

87.5 7 10

99.5 23 25

111.5 13 15

123.5 8 10

135.5 4 5

147.5 4 5

159.5 4 5

171.5 5 5

183.5 4 5

195.5 3 5

207.5 3 5

219.5 3 5

231.5 3 5

243.5 5 5

255.5 4 5

267.5 5 5

279.5 5 5

291.5 5 5

303.5 4 5

315.5 4 5

327.5 4 5

339.5 5 5

351.5 6 10

363.5 5 5

375.5 4 5

387.5 6 10

399.5 6 10

412.0 5 5

SONDAJE CH4587

0

5

10

15

20

25

15.5

39.5

63.5

87.5

111.5

135.5

159.5

183.5

207.5

231.5

255.5

279.5

303.5

327.5

351.5

375.5

399.5

Profundidad [m]

Fre

cu

en

cia

Fra

ctu

ra

FF

AJUSTE

Determinar el ndice de velocidad del macizo rocoso no perturbado Iv como :

Iv = (VPN)2

VPL

Discretizar el perfil ssmico mediante elementos Ei, caracterizados por una posicin (i, j) ms un valor de velocidad snica VPIJ.

Determinar el ndice de velocidad de cada elemento Ei, como :

Ivij = (Vpij)2

(Vp)2

Calificacin de la calidad del macizo rocoso. La calificacin del macizo rocoso se puede efectuar de acuerdo a la siguiente tabla :

Calificacin de calidad de roca Indice de velocidad

Muy pobre

Pobre

Regular

Buena

Excelente

0.0 - 0.2

0.2 - 0.4

0.4 - 0.6

0.6 - 0.8

0.8 - 1.0

Calificacin del dao inducido el macizo rocoso. Para cada elemento Eij del perfl ssmico, calcular la diferencia entre los ndices de velocidad Iv - Ivij. Calificar el dao de acuerdo a la siguiente tabla :

(VpN)2 (Vpij)

2

(VPL - Vp CALIFICACION DEL DAO

0.0 - 0.1 0.1 - 0.2 0.2 - 0.3 0.3 - 0.4 0.4 - 0.5

Muy bajo Bajo

Medio Alto

Muy Alto

Perfil Geoelectrico. En este ejemplo se grafica la correlacin de resultados perfil Geoelctrico de Resistividad y Unidades geolgicas asociandoles comportamiento de fracturamiento.

Indice de Calidad de la Roca para Tunelera

INDICE DE CALIDAD DE ROCA PARA

TUNELERA, Q

(Ver Resumen para los principales puntos)

En la base de una evaluacin de un gran nmero de casos histricos de excavaciones

subterrneas, Barton et al (1974) del Instituto Noruego De Geotecnia (NGI) propusieron

un Indice de Calidad de Roca (Q) para la determinacin de las caractersticas del macizo

rocoso y de los requerimientos del soporte de tneles. El valor numrico del ndice Q

vara en una escala logartmica desde 0.001 a un mximo de 1,000 y es definida por:

donde

RQD es la Designacin de Calidad de Roca

Jn es el nmero de juegos de juntas

Jr es el nmero de rugosidad de la junta

Ja es el nmero de alteracin de la roca

Jw es el factor de reduccin del agua de las juntas

SRF es el factor de reduccin de esfuerzos

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Al explicar el significado de los parmetros usados para determinar el valor de Q,

Barton et al (1974) ofrecen los siguientes comentarios:

El primer cociente ( RQD /Jn), representa la estructura del macizo rocoso y es una

medicin cruda del tamao de las partculas de roca, con dos valores extremos (100/0.5

y 10/20) difiriendo por un factor de 400. Si el cociente es interpretado en unidades de

centmetros , la partcula de tamao extremo de 200 a 0.5 cm son vistas como crudas

pero como una aproximacin realstica. Probablemente los bloques de roca ms grandes

debieran ser varias veces el tamao de esta medida y los fragmentos ms pequeos

menores que la mitad del tamao menor (las partculas de arcilla son por supuesto

excluidas).

El Segundo cociente (Jr/Ja) representa la rugosidad y caractersticas friccionales de las

superficies de las juntas o de los materiales de relleno. Este cociente es ponderado a

favor de la rugosidad y de las juntas no alteradas en el contacto. Se espera que tales

superficies estarn cerca de la resistencia pico y que habr mayor dilatancia cuando son

sometidas al corte y por lo tanto sern favorables a la estabilidad del tnel.

Cuando las juntas de rocas tienen rellenos de minerales de arcilla o mineral, la

resistencia se reduce significativamente. A pesar de eso, los contactos de roca que

despus de pequeos desplazamientos se han separado, pueden ser un factor importante

para prevenir una falla de la excavacin.

Cuando no hay contacto entre las superficies de las fallas, las condiciones son

extremadamente desfavorables para la estabilidad del tnel. Los 'ngulos de friccin'

(dados en la Tabla 1) son un poco ms bajos que los valores de resistencia residual para

la mayor parte de las arcillas y es posible que bajen por el hecho que esas bandas de

arcilla o relleno tienden a consolidarse durante el corte, por lo menos si hay una

consolidacin normal o si un suavizamiento o expansin ha ocurrido. La presin

generada por la Montmorillonita puede ser un factor aqu tambin.

El tercer cociente ( Jw/SRF) consiste en dos parmetros de esfuerzos. El SRF es una

medida de:

Aflojamiento de la carga en el caso de una excavacin a travs de zonas de corte y roca arcillosa,

Esfuerzos en roca competente, y

cargas de extrusin en roca incompetente plstica.

Debe ser considerado como un parmetro de esfuerzo total. El parmetro Jw es una

medida de la presin de agua, que tiene un efecto adverso en la resistencia al corte de

las juntas debido a la reduccin de los esfuerzos normales efectivos. El agua puede,

adems, causar el suavizamiento y en el caso de juntas rellenas de arcilla, su lavado. Ha

sido probado lo imposible que es combinar estos dos parmetros en trminos del

esfuerzo efectivo interbloque, dado que paradjicamente un alto valor de resistencia

normal efectiva puede a veces significar condiciones menos estables, que aquellas con

un bajo valor , a pesar de una mayor resistencia al corte. El cociente ( Jw/SRF) es un

factor emprico complicado que describe el 'esfuerzo activo'.

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Aparentemente la calidad de roca del tnel Q puede ahora ser considerado como una

funcin de slo tres parmetros los cuales son medidas crudas de:

1. Tamao del Bloque ( RQD/Jn)

2. Resistencia al corte interbloques ( Jr/ Ja)

3. Esfuerzo activo ( Jw/SRF)

Indudablemente hay varios otros parmetros que podran ser adicionados para mejorar

la certeza del sistema de clasificacin. Uno de estos debiera ser la orientacin de las

juntas. Aunque muchos casos de registros incluyen la informacin necesaria de la

orientacin estructural en relacin al eje de la excavacin, no se determin que sea un

parmetro que pueda ser considerado. Parte de la razn para esto es que las

orientaciones de muchos tipos de excavaciones pueden ser, y normalmente lo son,

ajustadas para evitar un efecto mximo de juntas orientadas desfavorablemente. Sin

embargo, esta seleccin no es disponible en el caso de tneles y ms que la mitad de los

casos registrados estuvieron en esta categora. Los parmetros Jn, Jr y Ja parecen jugar

un ms importante rol que la orientacin, debido a que el nmero de juegos de juntas

determina el grado de libertad para el movimiento del bloque (si lo hay), y las

caractersticas friccionales y dilacionales pueden variar ms que los componentes que

buzan hacia abajo por gravedad de las juntas orientadas desfavorablemente. Si las

orientaciones de las juntas han sido incluidas la clasificacin decrecera un poco, y no se

tendra su simplicidad esencial.

La Tabla 1 da la clasificacin de parmetros individuales usados para obtener el Indice

de Calidad para Tunelera Q para un macizo rocoso. El uso de esta tabla es ilustrada en

el siguiente ejemplo.

ndice de Calidad de Roca para Tunelera, Q

Tabla1: Clasificacin de parmetros individuales usados en el ndice de Calidad para

Tunelera Q (por Barton et al 1974)

1. RQD (ROCK QUALITY DESIGNATION)

VALOR DEL RQD

NOTAS

A. Muy pobre 0 - 25

1. Donde el RQD se reporta como medido 10 (incluyendo 0), el valor nominal es 10 para efectos de la evaluacin 2. Intervalos de RQD de 5, por ejemplo 100, 95, 90 etc. son suficientemente cuidadosos.

B. Pobre 25 - 50

C. Regular 50 - 75

D. Buena 75 - 90

E. Excelente 90 - 100

2. NUMERO DE familias DE JUNTAS

Jn NOTAS

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A. Masiva, sin o con pocas juntas 0.5 - 1.0

1. Para intersecciones usar (3.0 x Jn ) 2. Para frentes usar (2.0 x Jn )

B. Un juego de juntas 2

C. Un juego de juntas ms discontinuidades aleatorias

3

D. Dos juegos de juntas 4

E. Dos juegos de juntas ms discontinuidades aleatorias

6

F. Tres juegos de juntas 9

G. Tres juegos de juntas ms discontinuidades aleatorias

12

H. Cuatro o ms juegos de juntas, aleatorias y sumamente fracturadas, como cubos de azcar, etc.

15

J. Roca molida, como tierra 20

3. NUMERO DE RUGOSIDAD DE JUNTAS

Jr NOTAS

a. Contacto de las paredes de la roca

1. Sumar 1.0 si el promedio del espaciamiento de los juegos de juntas relevantes es mayor a 3 m. 2. Jr = 0.5 puede ser usado juntas planares, alteradas que tengan alineaciones, sabiendo que esas alineaciones estn orientadas por el esfuerzo mnimo.

b. Contacto de las paredes de la roca antes de 10 cm del corte

A. Juntas discontinuas 4

B. Rugosas e irregulares, onduladas

3

C. Suavemente onduladas 2

D. Muy poco onduladas 1.5

E. Rugosas o irregulares, planares 1.5

F. Suaves, planares 1.0

G. Alteradas, planares 0.5

c. Sin contacto de la pared de la roca cuando son sometidas al corte

H. Zonas que contienen minerales de arcilla con espesor suficiente para prevenir el contacto entre las superficies de la roca

1.0 (nominal)

J. Arenosas, a manera de grava o zonas molidas con espesor suficiente para prevenir el contacto

1.0 (nominal)

entre las superficies de la roca

4. NUMERO DE ALTERACION DE JUNTAS

Ja r grados (approx.) &

NOTAS

a. Contacto de paredes de roca

A. Roca sana, dura, no fracturada, relleno impermeable

0.75

B. Paredes de juntas no alteradas, superficie lustrosa solamente

1.0 25-35

C. Paredes de juntas ligeramente alteradas, relleno de mineral no suave, partculas arenosas, roca desintegrada libre de arcilla, etc.

2.0 25-30

D. capa arenosa o arcillosa, fracciones de arcilla peque241;as (no-suaves)

3.0 20-25

E. capas de mineral de arcilla suaves o de baja friccin, por ejemplo caolinita, mica. Tambin clorita, talco, yeso y grafito etc., y pequeas cantidades de arcillas expansivas( capas discontinuas de 1 - 2 mm o menos)

4.0

8 - 16 1. Valores de r, el ngulo de friccin residual, se usan como una gua aproximada de las propiedades mineralgicas de los productos de alteracin, si es que estn presentes.

b. Contactos de paredes de roca antes de 10 cm de corte

F. Partculas arenosas, libres de arcilla, roca desintegrada, etc.

4.0 25-30

G. Fuertemente consolidadas, rellenos no suaves de minerales de arcilla (< 5 mm de espesor continuo)

6.0 16-24

H. Consolidacin media o baja, relleno de mineral de arcilla (< 5 mm de espesor continuo)

8.0 12-16

J. Relleno de arcilla expansiva, por ejemplo montmorillonita, (< 5 mm de espesor continuo). Valores de Ja dependen del porcentaje de las partculas del tamao de arcilla y de la presencia de agua.

8.0-12.0 6-12

c. No hay contacto de pared de roca durante el corte

K. Zonas o bandas desintegradas o 6.0

L. Roca molida y arcilla (ver G, H and J

8.0

M. Para condiciones del tipo arcilla) 8.0 - 12.0 6-24

N. Zonas o bandas de fracciones pequeas de arcilla, o arenas-

5.0

arcilla, no fracturadas

O. Zonas de espesor continuo o bandas de arcilla

10.0 - 13.0

P. & R. (ver G.H y J para condiciones de la arcilla)

6.0 - 24.0

5. REDUCCION POR JUNTAS CON AGUA

Jw Approx. Presin de Agua

(kgf/cm2) & NOTAS

A. Excavaci&243;n seca o flujo menor por ejemplo < 5 l/m localmente

1.0 < 1.0

B. Presin o flujo medio, escapee ocasional de agua de las juntas

0.66 1.0 - 2.5

C. Mayor flujo o mayor presin en roca competente con juntas no rellenadas

0.5

2.5 - 10.0 1. Factores C a F son estimados crudos; incremente Jw si hay drenaje instalado.

D. Gran flujo o alta presin 0.33 2.5 - 10.0

E. Excepcionalmente gran flujo o presin en los disparos, disminuye con el tiempo

0.2 - 0.1

> 10 2. Problemas especiales causados por la formacin de hielo no son considerados.

F. Presin o flujo excepcionalmente altos

0.1 - 0.05 > 10

6. FACTOR DE REDUCCION DE ESFUERZOS

c/1 t1 SRF NOTES

a. Zonas de debilidad interceptan la excavacin, lo que puede causar cadas del macizo rocoso cuando el tnel es excavado

A. Mltiples ocurrencias de zonas de debilidad que contienen arcilla o roca desintegrada qumicamente, roca muy floja en las cercanas (a cualquier profundidad)

10.0

1. Reducir estos valores de SRF en 25 - 50% pero solamente en las zonas de corte de influencia relevante que no interceptan la excavacin.

B. Zonas de debilidad simples que contienen arcilla o que estn qumicamente desintegradas (profundidad de la excavacin de < 50 m)

5.0

C. Zonas de debilidad simples conteniendo arcilla, o roca desintegrada qumicamente (profundidad de la excavacin de < 50 m)

2.5

D. Zonas de corte mltiples en roca competente (libres de arcilla), roca muy floja en las cercanas (a

7.5

cualquier profundidad)

E. Zonas de corte en roca competente (libres de arcilla), (profundidad de la excavacin de < 50 m)

5.0

F. Zonas de corte simples en roca competente (libres de arcilla), (profundidad de la excavacin de < 50 m)

2.5

G. Juntas abiertas y dbiles, grandemente fracturadas o como 'cubo de azcar' (a cualquier profundidad)

5.0

b. Roca competente, problemas de esfuerzo sobre la roca

H. Bajos esfuerzos, cerca de superficie

> 200 > 13 2.5 2. Para un campo de esfuerzos anisotrpico virgen (si est medido): cuando es 5 1/3 10, reducir c a 0.8c y t a 0.8t. Cuando es 1/3 > 10, reducir a c y t a 0.6c y 0.6t, donde c = resistencia a la compresin no confinada, y t = resistencia a la tensin (carga puntual) y 1 y 3 son los esfuerzos principales mayores menores. 3. Pocos casos registrados disponibles donde la profundidad de la corona bajo la superficie es menor que el espesor del ancho. Se sugiere incrementar el SRF de 2.5 a 5 para tales casos (ver H).

J. Resistencia media 200-10

13-0.66

1.0

K. Grandes esfuerzos, estructura muy apretada (usualmente favorable para la estabilidad, puede ser desfavorable para la estabilidad de las paredes)

10-5 0.66-0.33

0.5 - 2

L. Estallidos de roca ligeros (roca masiva)

5-2.5 0.33-0.16

5 - 10

M. Estallidos de roca graves (roca masiva)

< 2.5 < 0.16 10 - 20

c. Roca que protruye, flujo plstico de roca incompetente bajo la influencia de altas presiones de roca

N. Presin ligera de protrusin

5 - 10

O. Gran presin de protrusin 10 - 20

d. Roca expansiva, actividad expansiva qumica dependiente de la presencia de agua

P. Presin de roca ligera 5 - 10

R. Gran presin de roca expansiva 10 - 15

NOTAS ADICIONALES DEL USO DE ESTAS TABLAS

Cuando se hagan estimados de la calidad del macizo rocoso (Q), las siguientes guas debieran ser seguidas adems de las notas listadas en las tablas:

1. Cuando no hay testigo de roca, el RQD puede ser estimado de las juntas por unidad de volumen, en las cuales el nmero de juntas por metro de cada juego de juntas es sumado. Una relacin simple puede ser usada para convertir ese nmero a RQD para los casos de macizos rocoso libres de arcilla: RQD = 115 - 3.3 Jv (approx.), donde Jv = nmero total de juntas por m

3 (0 < RQD < 100 para 35 > Jv > 4.5).

2. El parmetro Jn representa el nmero de juegos de juntas que pueden ser afectados con frecuencia por foliacin, esquistosidad, clivaje de pizarra o estratificacin, etc. Si estn fuertemente desarrolladas, estas 'juntas' paralelas debiera obviamente ser contadas como un juego completo de juntas. Sin embargo, si hay pocas 'juntas' visibles, o si solamente hay ocasionales fracturamientos en los testigos debido a estas caractersticas, entonces deber ser ms apropiado contarlas como juntas 'aleatorias' cuando se evala Jn.

3. El parmetro Jr y Ja (que representan la resistencia al corte) debiera ser relevante para los juegos de juntas significativas o para las discontinuidades rellenadas de arcilla en las zonas estudiadas. Sin embargo, si el juego de juntas o discontinuidades con el valor mnimo de Jr/Ja es favorablemente orientado para la estabilidad, entonces un segundo juego de juntas, menos favorablemente orientado puede a veces ser ms significativo, y su mayor valor de Jr/Ja debiera ser usado cuando se evala Q. El valor de Jr/Ja debiera en hechos estar relacionado a la superficie en que es ms probable que se inicie una falla.

4. Cuando un macizo rocoso contiene arcilla, el factor SRF apropiado para cargas dbiles debiera ser evaluado. En tales casos la resistencia de la roca intacta es de poco inters. Sin embargo, cuando el fracturamiento es mnimo y la arcilla est completamente ausente, la resistencia de la roca intacta puede convertirse en el eslabn ms dbil, y la estabilidad depender entonces de la relacin esfuerzo de roca/resistencia de roca. Un campo de esfuerzos fuertemente anisotrpico es desfavorable para la estabilidad y es tomado en cuenta con dificultad como en la nota 2 de la tabla de evaluacin de la reduccin de los esfuerzos.

5. Las resistencias a la compresin y traccin (c and t) de las rocas intactas debiera ser evaluada en condiciones saturadas si es apropiado para las condiciones in situ presentes y futuras. Un estimado muy conservador de la resistencia debiera ser hecho para las rocas que se deterioran cuando son expuestas a la humedad o condiciones saturadas.

RELACIONANDO Q A LA ESTABILIDAD Y

REQUERIMIENTOS DE SOPORTE


Al relacionar el valor del ndice Q a la estabilidad y los requerimientos de soporte de

excavaciones subterrneas, Barton et al (1974) definieron un parmetro adicional que

fue denominado Dimensin Equivalente, De, de la excavacin. Esta dimensin es

obtenida al dividir el ancho de la labor, sea el dimetro o la altura de la pared de la

excavacin entre una cantidad llamada Relacin de Soporte de Excavacin Excavation

Support Ratio, ESR. Por lo tanto:

El valor del ESR se relaciona al uso de la excavacin y al grado de seguridad que se

demanda del sistema de soporte instalado para mantener la estabilidad de la excavacin.

Barton et al (1974) sugieren los valores siguientes:: Tabla 2.

Indice de Calidad de Roca en Tunelera, Q

Excavation category ESR

A Aberturas de mina temporales 3-5

B

Aberturas permanentes de minas, tneles para agua y

centrales de energa (excluyendo compuertas), tneles

piloto, avances y frentes para grandes excavaciones

1.6

C

Salas de almacenaje, plantas de tratamiento de agua,

tneles menores en carreteras y vas de trenes, cmaras,

tneles de acceso

1.3

D

Estaciones de potencia, tneles den autova y pases de tren

principales, cmaras de defensa civil, interseccin de

portales

1.0

E Estaciones nucleares subterrneas, estaciones de

ferrocarriles, instalaciones deportivas y pblicas, factoras 0.8

La estacin de chancado discutida lneas arriba cae en la categora de excavacin de

mina de apertura permanente y se asigna un ESR = 1.6. De aqu, para un ancho de

excavacin de 15 m, la dimensin equivalente, De = 15/1.6 = 9.4.

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La dimensin equivalente, De, ploteada contra el valor de Q, es usada para definir un

nmero de categoras de soporte en un grfico en el trabajo original de Barton et al

(1974). Este grfico ha sido recientemente actualizado por Grimstad y Barton (1993)

para reflejar el incremento del uso de shotcrete reforzado con fibra en el soporte de la

excavacin subterrnea. La Figura 1 reproduce este grfico actualizado.

Figura 1: Categoras estimadas de soporte basadas en el ndice de calidad de

tunelera Q (De Grimstad y Barton 1993).

De la Figura 1, un valor de De de 9.4 y un valor de Q de 4.5 ubica a la excavacin de la

chancadora en la categora (4) la que requiere un patrn de pernos de roca (espaciados

cada 2.3 m) y una capa de shotcrete no reforzada de 40 a 50 mm.

A causa de la presencia de condiciones fuertes de estallido de roca que han sido

anticipadas, puede ser prudente retirar presin de las paredes de la roca de la cmara de

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triturado. Esto puede ser logrado usando voladura de produccin relativamente fuerte

para excavar la cmara y omitiendo la voladura controlada en las paredes finales de la

misma usualmente usadas para cortarlas como en el caso de cavernas para centrales

hidroelctricas a poca profundidad. Se recomienda cautela en el uso de la voladura para

disminuir los esfuerzos y, para aplicaciones crticas, debe ser aconsejable buscar el

consejo de especialistas de voladura antes de tomar alguna decisin.

Lset (1992) sugiere que, para rocas con 4 < Q < 30, el dao por voladura resultar en

la creacin de nuevas 'joints' con la consiguiente reduccin local del valor de Q para la

roca que rodea a la excavacin. El sugiere que se puede estudiar esta situacin al reducir

el valor de RQD para la zona daada por el disparo.

Asumiendo que el valor del RQD para roca a la que se le han retirado los esfuerzos

alrededor de la cmara de trituracin cae a 50 %, el valor resultante de Q cae a 2.9. De

la Figura 1, este valor de Q, para una dimensin equivalente, De de 9.4, ubica la

excavacin justo dentro de la categora (5) que requiere pernos de roca, a

aproximadamente de 2 m de espaciamiento, y con 50 mm de espesor de capa de

shotcrete reforzado con fibra de acero.

Barton et al (1980) proveyeron una informacin adicional de la longitud de pernos de

roca, espacios mximos no soportados y presiones de soporte del techo para

complementar las recomendaciones aparecidas en el trabajo original de 1974.

La longitud L de los pernos de roca puede ser estimada del ancho de la excavacin B y

del ESR :

El ancho mximo no soportado puede ser estimado de:

Basado en otros anlisis de casos registrados, Grimstad y Barton (1993) sugieren que la

relacin entre el valor Q y la presin de soporte permanente del techo Proof es estimada

de:

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Uso de los Sistemas de Clasificacin del

Macizo Rocoso

USANDO LOS SISTEMAS DE CLASIFICACIN

DEL MACIZO ROCOSO


Los dos ms usados sistemas de clasificacin del macizo rocoso son el de

Bieniawski RMR (1976, 1989) y el de Barton Q (1974). Ambos mtodos

incorporan parmetros geolgicos, geomtricos y de diseo e ingeniera

para llegar a un valor cuantitativo de la calidad del macizo rocoso. La

similitudes entre el RMR y el Q estn referidas al uso de parmetros

idnticos o muy similares al calcular el rango de calidad del macizo rocoso.

Las diferencias entre los sistemas se encuentran en las diferentes

ponderaciones dadas a similares parmetros y en el uso de distintos

parmetros en uno u otro esquema.

El RMR usa la resistencia a la compresin simple directamente mientras

que el Q solamente considera la resistencia que se relaciona a esfuerzos in

situ de roca competente. Ambos esquemas se relacionan a la geologa y a la

geometra del macizo rocoso, pero de manera ligeramente diferente.

Ambos consideran el agua subterrnea, y ambos incluyen algunos

componentes de la resistencia del material de roca. Algunos estimados de

orientacin pueden ser incorporados al Q usando una gua presentada por

Barton et al (1974): 'los parmetros Jr y Ja debieran relacionarse a la

superficie ms proclive a iniciar una falla.' La mayor diferencia entre los

dos sistemas es la falta de parmetros de esfuerzo en el sistema RMR.

Cuando se usa cualquiera de estos mtodos, dos aproximaciones pueden

realizarse. Una es evaluar el macizo rocoso especficamente para los

parmetros incluidos en los mtodos de clasificacin; la otra es caracterizar

la roca cuidadosamente y luego dar los valores de los parmetros incluidos

en los mtodos de clasificacin en un momento posterior. El ltimo mtodo

es recomendado desde que da una descripcin completa del macizo rocoso

que puede ser fcilmente traducido en cualquiera de los ndices de

clasificacin. Si los valores obtenidos solos han sido registrados durante el

mapeo, podra ser casi imposible llevar a cabo estudios de verificacin.

En varios casos, es apropiado dar un rango de valores para cada parmetro

en la clasificacin del macizo rocoso y evaluar el significado del resultado

javascript:loadFigure('referenc.xml#Bien5');javascript:loadFigure('referenc.xml#Bartb');javascript:loadFigure('referenc.xml#Bartb');

final. Un ejemplo de esta aproximacin se da en la Figura 1 la que es

reproducida de notas de campo preparadas por el Dr. N. Barton en un

proyecto. En este particular case, el macizo rocoso es seco y sometido a

condiciones de esfuerzo 'medio' y de aqu Jw = 1.0 ( see Tabla 1 - tem 5A)

y SRF = 1.0 ( ver Tabla 1 - tem 6J). Los Histogramas muestran las

variaciones en el RQD, Jn, Jr y Ja, a lo largo de los mapas de exploracin, y

son presentados en la Figura 1. El valor promedio de Q = 8.9 y

aproximadamente el rango de Q es 1.7 < Q < 20. El valor promedio de Q

puede ser usado al seleccionar un sistema bsico de soporte mientras el

rango da una indicacin de los posibles ajustes que sern requeridos para

reunir diferentes condiciones encontradas durante la construccin.

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estándares geotécnicos-fcm

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