Instituto Profesional INACAPrea Minera y metalurgia, Construccin y procesos Agroindustriales Ingeniera Ejecucin en Minas

Clasificaciones Geo-mecnicas Del Macizo Rocoso

INTEGRANTESLuisa BacinBetzabel Jara Melyssa VegaAnnuska Zambra

PROFESORAriel Salazar Araya

ASIGNATURALabores de Fortificacin

FECHA13/11/2014

CALAMA-CHILE2014

NDICE

CAPITULO 1: INTRODUCCIN2CAPITULO 2: MARCO TEORICO3CAPITULO 3: PROCEDIMIENTOS EXPERIMENTALES5CAPITULO 4: RESULTADOS13CAPITULO 5: CONCLUSIONES20CAPITULO 6: BIBLIOGRAFIA 22

CAPITULO 1: INTRODUCCIN

0. INTRODUCCIN

Este taller est enfocado en la investigacin in situ de la calidad de un macizo rocoso. Ubicado camino Ojo de Opache, a 12 Km de la ciudad de Calama, cuya cota es de 2238 metros. Bajo este enfoque, es necesario saber la estabilidad o inestabilidad que la roca nos pueda proporcionar a la hora de realizar un proyecto o llevar a cabo una obra civil, vinculada directamente con los estudios de geotecnia.Es sabido que la inestabilidad de un talud se puede producir por un desnivel, que tienen origen en diversas variantes:

Variacin en el nivel fretico, segn situaciones estacionales. En Calama este nivel cambia segn la estacin del ao, siendo en verano la estacin ms lluviosa (Recordando que este es el desierto ms rido del mundo). Razones geolgicas, inestabilidad en las laderas, orografa, estratificacin, meteorizacin, entre otras. Obras de Ingeniera, excavaciones, rellenos tanto de obra civil como relacionadas con la minera.

En este laboratorio nos enfocaremos en determinar la estabilidad de nuestro talud segn los estudios en terreno, de acuerdo a las tablas estudiadas en clases. Los estudios realizados fueron los siguientes:

Clasificacin geomecnica SRC. ndice Q de Barton. Clasificacin geomecnica RMR.

Y se detallan a continuacin.

CAPITULO 2: MARCO TEORICO

2.1 ANALISIS DE CALIDAD DE LA ROCA

Los sistemas de clasificacin del macizo rocoso se utilizan para diversos efectos de diseo dentro de la ingeniera y anlisis de estabilidad de los mismos. Generalmente estos estudios de basan en las relaciones empricas entre los parmetros del macizo rocoso y las aplicaciones de ingeniera, tales como taludes, tneles, labores mineras, entre otras. Los mtodos de diseo contemplan tres estrategias de diseo: analtica, emprica, y numrico. Estos mtodos se utilizan ampliamente para los estudios de factibilidad y pre-diseo a la vez con frecuencia tambin para el diseo final.Los objetivos de las clasificaciones del macizo rocoso, contemplan: la identificacin de los parmetros ms importantes que influyen en el comportamiento de un macizo rocoso, generar una formulacin del comportamiento del macizo y dividirlo en comportamientos similares, proporcionar una base, para la comprensin de las caractersticas de cada clase de roca, relacionar las condiciones de la roca de un lugar y extrapolarlas a condiciones de rocas aledaas o fenmenos cercanos, derivar datos cuantitativos y directrices para el diseo de ingeniera y proporcionar base comn para la comunicacin entre los ingenieros y gelogos.

2.1.1 RQD (Rock Quality Designation) Designacin de calidad de la roca (RQD), corresponde a una medida aproximada del grado de unin o fractura en una masa de roca, medida como un porcentaje del ncleo de perforacin en longitudes de 10 cm o ms. Las Rocas de alta calidad tienen un RQD sobre el 75%, las de baja calidad inferior al 50%. El anlisis RQD tiene distintas definiciones, la definicin ms utilizada fue desarrollada en 1964 por Deere, que define como tal el porcentaje de recuperacin de trozos de ms de 100 mm de longitud medidos a lo largo de la lnea central del ncleo. El RQD tiene un valor considerable en la estimacin de apoyo de tneles de roca, siendo un elemento bsico en algunos de los sistemas ms utilizados de clasificacin del macizo rocoso: RMR y Q de Barton.

2.1.2 Clasificacin de Barton (ndice Q)El ndice Q determina la calidad del macizo, parmetro til para la toma de decisiones en el diseo de las excavaciones subterrneas, principalmente en los requerimientos para el soporte de tneles. El valor numrico del ndice Q, vara sobre una escala logartmica desde 0,001 a 1000. Y este ndice considera siete parmetros para su estimacin: ndice RQD, nmero de las familias de fracturas, rugosidad de las superficies ms desfavorables a la estabilidad del excavo, grado de alteracin de las paredes y eventual material de relleno, eventual presencia de agua y condicin de solicitacin (SRF).

2.1.3 Clasificacin de Bieniawski (ndice RMR)El Sistema (RMR) es un sistema de clasificacin geo-mecnica de las rocas, desarrollado por Bieniawski entre 1972 y 1973. Combina los parmetros geolgicos ms significativos y los representa con un ndice integral de la calidad de la roca, que se utiliza para el diseo y construccin de las excavaciones, tales como tneles, taludes y labores. Los seis parmetros siguientes se utilizan para la dicha clasificacin utilizando el sistema RMR: Resistencia a la compresin uniaxial del material, RQD, espaciamiento de discontinuidades, condicin de discontinuidades, condiciones de aguas subterrneas y orientacin de las discontinuidades.Cada uno de los seis parmetros se le asigna un valor que corresponde a las caractersticas de la roca. Estos valores se derivan de los estudios de campo y pruebas de laboratorio. La suma de los seis parmetros es el "valor de RMR", que se encuentra entre 0 y 100.

CAPITULO 3: PROCEDIMIENTOS EXPERIMENTALES

3.1.1 CLASIFICACIN DE LA CALIDAD DEL MACIZO ROCOSO

La eleccin del terreno a muestrear fue camino a Ojo de Opache en la ciudad de Calama. Lugar que contaba con quebradas y laderas, seleccionndose el talud que se muestra a continuacin.

Figura 1. Localizacin espacial del lugar a muestrear (Superior). Talud seleccionado (Inferior)

3.1.2 ISRM de terreno y RQD terico

La estimacin de la resistencia a la compresin uniaxial (ISRM) en terreno, se realiz mediante un ndice de campo empleando el martillo de gelogo, bajo la tabla de estimacin de dureza para terreno (Tabla N1). Al ser este un ndice de campo corresponde a una aproximacin no muy confiable y debi correlacionarse con un anlisis terico de RQD.

La primera aproximacin experimental ISRM tiene una valoracin cuantitativa que es tabulada por la siguiente tabla, en funcin de la cohesin que tienen los suelos y las rocas. Lo primero que se realizo fue limpiar la capa de la alteracin de manera superficial y se hicieron pruebas con el martillo de gelogo, clasificando la resistencia a la compresin uniaxial del macizo rocoso en estudio.

Tabla N 1. Resistencia a partir de ndices de campo (ISRM), segn Manual de campo para la descripcin y caracterizacin de macizos rocoso en afloramientos (Instituto Geolgico Minero de Espaa), 2007.

El anlisis de RQD terico se llev a cabo mediante los estudios realizados por Deere y colaboradores en su estudio The Rock Quality Designation 1967. Empleando la siguiente formula cuando no existen sondajes.

Donde Jv corresponde al nmero de juntas identificadas den el macizo rocoso por m3Tambin se us la frmula propuesta por Hudson (1976), . Sea la frecuencia (Promedio) de las discontinuidades por metro cuadrado, o siendo el nmero total de fisuras/ longitud total de fisuras.

3.1.3 INDICE Q

In situ se emplearon las siguientes tablas y mediante observacin de campo, se estimaron los siguientes indicadores, clasificando al macizo rocoso.

Tabla N 2. Clasificacin de ndice Q (Barton, 1974).

3.1.4 INDICE RMR

De igual forma que en ndice Q, a travs de observacin de campo, se clasifico la roca con la siguiente tabla.

Tabla N 3. Parmetros de RMR, (Bieniaswski, 1989)

CAPITULO 4: RESULTADOS

Los resultados se referenciaron con los parmetros de Gonzales De Vallejo, L. segn el material bibliogrfico; Mtodos de clasificacin de masas rocosas aplicados al proyecto del Salto del Duque, (1981). Y las tablas de Hack, H.R.G.K. "An evaluation of slope stability classification. Keynote Lecture.", (2002), Tabla N2 y Tabla N3, como sigue a continuacin:

4.1 ISRM (Resistencia a la compresin axial), DE TERRENO

Al golpear con el martillo de gelogo, solo se obtuvieron esquirlas, Categora R6. Puntuacin segn tabla N1.Roca extremadamente dura >250 MPa 1

Figura 2. Martillo de gelogo, empleado para el ndice de campo de ISRM.

4.2 RQD TEORICO

RQD, mediante Jn (nmero de juntas), por metro cubico (Fig. 3 en B), Palmstrm (1982), se apreciaron generalmente dos discontinuidades y en algunos casos como mximo cuatro.

RQD en funcin Sea la frecuencia (Promedio) de las discontinuidades por metro cuadrado (Fig. 3 en A).

RQD = 98,24%2

Otra manera alternativa corresponde a contabilizar el total de juntas y dividirlas por la longitud total de estas, quedando una relacin lineal.

N Juntas totales: 14Longitud total de discontinuidades: 82 m

RQD = 99% Para el clculo de calidad, se consider el RQD de 98, 24% otorgndole mayor castigo.

Figura 3. En A) Estimacin del nmero de fallas por 1 metro cuadrado, en B) Representacin de 1 metro cubico. En rojo familia de fallas horizontal, en azul familia de fallas vertical, en amarillo proyeccin de la familia de fallas vertical en el plano z. El nmero de familias totales3 observadas fueron dos familias de fallas, con presencia de algunas fallas aleatorias (no indicadas). Escala de 1 metro.

4.3 INDICE Q

Parmetro a medirValor Del MacizoPuntuacin

1Calidad del macizo, RQD2Excelente 100% -98,24%

2ndice de diaclasado (Jn) 3Dos familias 4

3ndice de rugosidad (Jr) 4Planas o lisas 1

4ndice de alteracin de la discontinuidad (Ja) 5Discontinuidades cerradas, impermeables 0,75

5Factor por reduccin por presencia de agua (Jw) 6Excavaciones secas o pequeas afluencias de agua1

6Condiciones tensionales de la roca (SRF) 7Zona de fractura aislada en roca competente libre de arcilla.2,5

13,3 - 13,09

Buena

ndice de rugosidad4, Corresponde a la ondulacin que tiene la superficie observada (Irregularidades a pequea escala), se estim visualmente, de acuerdo a un perfil estndar suponiendo la direccin del deslizamiento. Siendo la superficie pulida, lisa y plana.

Figura 4. Determinacin del ndice de rugosidad

ndice de alteracin de la discontinuidad5, Las diaclasas no presentan material de relleno, se observan selladas y duras sin reblandecimiento al agregar agua (Impermeable).

Figura 5. Determinacin de la permeabilidad de las diaclasas.

Factor por reduccin por presencia de agua6, apariencia seca sin fluencia de agua.

Condiciones tensionales de la roca (SRF)7, Con los datos de campo no es posible realizar una evaluacin de carcter cuantitativa de esfuerzos asociados, solamente puede estimarse la direccin posible. No obstante se estim que el macizo estaba libre de arcilla y presento una zona mayoritariamente ms fracturada de roca competente (zonas lateral derecha del macizo), presenta alto desprendimiento por lo que puede inferirse que est altamente sometida a esfuerzos tensionales.

Figura 6. Condiciones tensionales en el talud4.4 INDICE RMR

Parmetro a medirValor Del MacizoPuntuacin

1Resistencia a la compresin simple1>250 MPa15

2RQD290 - 100%20

3Separacin entre diaclasas9>2 m20

4Longitud de la discontinuidad10>20 m0

Abertura11Nada6

Rugosidad4Suave, Pulida0

Relleno12Ninguno6

Alteracin 5Inalterada 6

5Agua Fretica (Estado general) 6Seco15

Total73

Clase IIBuena

Separacin entre diaclasas9, o espaciado corresponde a la distancia media perpendicular entre planos consecutivos de la misma familia. Las diaclasas verticales tenan un espaciado sobre los 3 m, sin embargo las horizontales variaban entre los 0,6 a 2 m. Por lo tanto se consider sacar un promedio, dando sobre 2 metros.

Figura 7. Determinacin del espaciado del diaclasado

Longitud de la discontinuidad10, corresponde a la medicin de la continuidad de la fractura. Las diaclasas observadas, tenan una extensin que abarco desde los 10 metros hasta los 18 metros lineales.

Figura 8. Determinacin de la Longitud de las discontinuidades

Abertura11, La abertura corresponde a la distancia perpendicular que separa las paredes de las discontinuidades sin relleno. La medicin fue de 0,1 mm para algunos casos y otros nada, considerando los valores modales.Relleno12, corresponde al material distinto de la roca de las discontinuidades, al no presentar alteraciones no existe material de empalme y relleno, ausencia de abrasin.

Figura 9. Determinacin de la alteracin de las fracturas (Abertura y relleno).CAPITULO 5: CONCLUSIONES

Para concluir este trabajo queremos destacar los aspectos ms importantes del tema trabajado: El talud estudiado presento un RQD terico que bordeaba el 98% indicativo de una calidad de roca de alta competencia, ya que las discontinuidades presentes eran pocas, cifra que fue correlacionada con el anlisis en terreno de resistencia a la compresin simple, en donde solo se se obtuvieron esquirlas. Reflejo de una alta dureza.

De acuerdo a nuestros resultados de Q de Barton y RMR, se estima que el macizo rocoso es de buena calidad.

Segn nuestra investigacin y posteriores clculos, es necesario tener un mtodo de estudio que nos de la confianza y objetividad necesaria para saber fehacientemente cmo se comporta mecnicamente el macizo rocoso ante trabajos civiles, excavaciones y proyectos mineros. Los modelos de clasificacin del macizo rocoso Q de Barton y RMR suelen ser rpidos en su aplicacin, ya que aplican tcnicas de campo sencillas las cuales son tiles en la toma de determinaciones de manera objetiva.

Se considera que la metodologa ms ptima corresponde al Q de Barton ya que integra el parmetro de condiciones tensionales en la roca, visualizando al macizo como una estructura global que puede estar expuesta a esfuerzos colindantes, parmetro que desprecia el ndice RMR, centrndose en el macizo rocoso como una estructura aislada y enfocndose netamente en las diaclasas. Si se observa la frmula del RQD, la primera fraccin representa la estructura del macizo rocoso, constituye una medida cruda de los valores del tamao del bloque, la segunda razn involucra las caractersticas de fraccionamiento del material, y por ultimo una medida de esfuerzos efectivos, donde el agua puede influir en el ablandamiento.

La correlacin entre RMR y Q de Barton resulto ser divergente de acuerdo a los autores propuestos, sin embargo un valor fue idntico al estimado tericamente y otros tres muy cercanos.

Para poder realizar un anlisis ms detallado en el estudio de construcciones se sugiere realizar una medicin en terreno de la orientacin de las diaclasas y construir una red estereogrfica.

CAPITULO 4: BIBLIOGRAFIA

Barton, N. y Lunde. Engineering Classification of Rock Masses for the Design of tunnel support, (1974).

Bieniawski, Z. Enginnering Classification of jointed Rock Masses, (1973).Bieniawski, Z.T. Engineering Rock Mass Classifications.Wiley-Interscience, (1989).Hack, H.R.G.K. "An evaluation of slope stability classification. Keynote Lecture.". In Dinis da Gama, C.; Ribeira e Sousa, L. "Proc. Funchal, Madeira, Portugal: Sociedade Portuguesa de Geotecnia, (2002).Ferrer. M y Gonzales de Vallejo, L. I. Manual de campo para la descripcin y caracterizacin de macizos rocosos en afloramientos, Instituto geolgico y minero de Espaa, Madrid, (2007).

Gonzales De Vallejo, L. Mtodos de clasificacin de masas rocosas aplicados al proyecto del Salto del Duque, (1981).

Muos Fernndez, L. Incidencia de las condiciones geo-mecnicas en la estabilidad de excavaciones subterrneas, desarrollo de clasificacin mecnica a partir de datos de superficie. Tesis de licenciatura Universidad Complutense de Madrid, (1987).

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