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Ingeniería – Sostenimiento – Discontinuidades – Resistencia – Macizo rocosoExcavaciones – Clasificaciones geomecánicas – Índice de calidad de rocas

Sistema RMR

1. OBJETIVOS:

Estimación de la calidad del macizo rocoso y de los parámetros deresistencia. Definir las necesidades de sostenimientos. Estimar el tiempo de autosostenimiento. Evaluar la estabilidad de las excavaciones. Facilitar la planificación y el diseño de estructuras en roca,proporcionando datos cuantitativos necesarios para la solución real delos problemas de ingeniería.

2. INTRODUCCIÓNLas clasificaciones geomecánicas tienen por objeto caracterizar undeterminado macizo rocoso en función de una serie de parámetros a los quese les asigna un cierto valor. Por medio de la clasificación se llega a calcularun índice característico de la roca, que permite describir numéricamente lacalidad de la misma. Es una herramienta muy útil en el diseño yconstrucción de obras subterráneas, pero debe ser usada con cuidado parasu correcta aplicación, pues exige conocimientos y experiencia por parte dequien la utiliza. Las clasificaciones pueden ser usadas en la etapa deProyecto y también durante la Obra. En la etapa de Proyecto, permitenestimar el sostenimiento necesario en base a las propuestas del autor decada sistema de clasificación, mientras que durante la Obra, permitenevaluar la calidad del terreno que se va atravesando conforme avanza laexcavación del túnel y aplicar el sostenimiento correcto en cada caso.3. FUNDAMENTO TEORICO:

3.1. ÍNDICE DE CALIDAD DE LAS ROCAS, RQD

Se basa en la recuperación modificada de un testigo (Elporcentaje de la recuperación del testigo de un sondeo). Depende indirectamente del número de fracturas y del grado dela alteración del macizo rocoso. Se cuenta solamente fragmentos iguales o superiores a 100 mmde longitud. El diámetro del testigo tiene que ser igual o superior a 57.4 mm ytiene que ser perforado con un doble tubo de extracción detestigo.

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= ∑( ≥ 10 ) × 100RQD (%) Calidad de roca

≤ 25 Muy mala25 – 50 Mala50 – 75 Regular75 – 90 Buena90 – 100 Excelente

Formula alternativa (cuando no hay sondeos):= 115 − 3.3 > 4.5= 100 ≤ 4.5Jv: Número de juntas identificadas en el macizo rocoso por m3

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Frecuencia de las fracturas (fracturas/30 cm.)

10 20 30 40 50 60

25

50

75

100

00

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3.2. CLASIFICACION DE BIENIAWSKI (R.M.R)El sistema de clasificación Rock Mass Rating o sistema RMR fuedesarrollado por Z.T. Bieniawski durante los años 1972- 73, y hasido modificado en 1976 y 1979, en base a más de 300 casos realesde túneles, cavernas, taludes y cimentaciones. Actualmente se usa laedición de 1989, que coincide sustancialmente la con de 1979. Paradeterminar el índice RMR de calidad de la roca se hace uso de losseis parámetros del terreno siguientes: La resistencia a compresión simple del material. El RQD (Rock Quality Designation). El espaciamiento de las discontinuidades. El estado de las discontinuidades. La presencia de agua. La orientación de las discontinuidades.

3.3. RESISTENCIA DE LA ROCATiene una valoración máxima de 15 puntos, y puede utilizarse comocriterio el resultado del ensayo de resistencia a compresión simple obien el ensayo de carga puntual (Point Load).3.4. RQDTiene una valoración máxima de 20 puntos. Se denomina RQD de uncierto tramo de un sondeo a la relación en tanto por ciento entre lasuma de las longitudes de los trozos de testigo mayores de 10 cm y lalongitud total del sondeo.3.5. SEPARACION ENTRE DISCONTINUIDADESTiene una valoración máxima de 20 puntos. El parámetroconsiderado es la separación en metros entre juntas de la familiaprincipal de diaclasas la de roca.3.6. ESTADO DE LAS DISCONTINUIDADESEs el parámetro que más influye, con una valoración máxima de 30puntos. Pueden aplicarse los criterios generales, en la que el estadode las diaclasas se descompone en otros cinco parámetros:persistencia, apertura, rugosidad, relleno y alteración de la junta.3.7. PRESENCIA DE AGUALa valoración máxima es de 15 puntos. La ofrece tres posiblescriterios de valoración: estado general, caudal cada 10 metros detúnel y relación entre la presión del agua y la tensión principalmayor en la roca.

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3.8. ORIENTACION DE LAS DISCONTINUIDADESEste parámetro tiene una valoración negativa, y oscila para túnelesentre O y -12 puntos. En función del buzamiento de la familia dediaclasas y de su rumbo, en relación con el eje del túnel (paralelo operpendicular), se establece una clasificación de la discontinuidad encinco tipos: desde muy favorable hasta muy desfavorableEl RMR se obtiene como suma de unas puntuaciones quecorresponden a los valores de cada uno de los seis parámetrosenumerados. El valor del RMR oscila entre O y 100, y es mayorcuanto mejor es la calidad de la roca.4. CALCULOS Y RESULTADOS

4.1. CALCULO DEL RMR (ROCK MASS RATING):

Teniendo como dato el índice de rebote promedio hallado con elmartillo de smith que en nuestro caso es 64,3 buscamos en latabla que relaciona el índice de rebote y la resistencia a lacompresión simple (según K. DEERE y MILLER), y observamos kno hay valor para este índice de rebote(solo existe para índicesmenores o iguales a 60), entonces utilizamos la siguienterelación: = 0.00088 × × + 1.01Teniendo los datos:Ir (Índice de rebote) = 64.3Pe (Peso específico) = 26 KN/m3c (Esfuerzo a la compresión) = MPaReemplazando los valores en la ecuación:= 0.00088 × 26 × 64.3 + 1.01Despejando valores en la ecuación:

≈ 302.82Con este valor del esfuerzo a la compresión y los datos obtenidosen campo, completamos el siguiente cuadro hallando los índicesen la tabla I de BIENIAWSKI:

c 100.00088 26 64.3 1.01 302.82

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PARÁMETROS VALORESDescripción Valoración(índice)Resistencia a laCompresión 302.82 MPa 15RQD (%) 74 % 13Espaciamiento enDiscontinuidades 18.5 10Condición deDiscontinuidades Superficies ligeramente rugosas yduras, separación < 1mm 20Condición de Agua Seco 10Total RMR básico : 68*El calculo del RQD lo obtenemos a partir de el espaciamiento promedio entrediscontinuidades < 10 cm, el valor del RQD es hallado por tabla usando esteespaciamiento en milímetros y su valoración correspondiente en la tabla deBIENIAWSKI.La corrección va de acuerdo a la construcción a realizarse, para lo cualconsideraremos la construcción del túnel con avance contra el buzamiento,teniendo un buzamiento de la familia mas representativa de ?=640 y un rumboparalelo al eje del túnel. Con este valor obtenemos una corrección de -12, entonces:Rumbo paralelo al eje de la excavación:

Condición muy desfavorable: Cuando el buzamiento es de 40° - 90°Condición regular: Cuando el buzamiento es de 20° - 45°Corrección (debido a la construcción): -12RMR corregido:Con este valor de RMR corregido nos vamos a la tabla #4 de BIENIAWSKI yobtenemos: Tipo IIIDescripción Regular

68 12 56

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Tiempo aproximad de autosoporte: 1 semanaLuz: 3mCohesión de la masa rocosa: 150-200KPaAngulo de fricción: 350 – 450 calculamos la dimensión equivalente usando el Q de Barton de la siguienteformula: = 9 + 44Reemplazando valores en la fórmula:56 = 9 + 449 + 44 = 56

≈ 3.79Con este valor de Q nos vamos a la figura #1 y obtenemos:D = 4 = Claro diámetro o altura (m)ESREn la tabla #6 calculamos el valor ESR (Relación de Soporte de Excavación):Considerando excavaciones mineras temporales, entonces ESR = 3Claro diámetro o altura = 3 x 4 =12m., esto quiere decir que el Span es de12m.En la figura #2 calculamos la categoría del sostenimiento, teniendo comodatos Q y De Obteniendo: categoría de sostenimiento = 21, con este valorbuscamos la categoría en las tabla #8 con los siguientes datos:

= 8.22 = 0.5Para la cual nos indica el tipo de sostenimiento a utilizar, siendo esta:S 2.5 – 5.0cm.Esto quiere decir que debemos aplicar Schotcrete con un espesor entre 2.5y 5.0cm.

Q e 56 449

3.79

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Recomendaciones:

Debemos tomar en campo las distancia entre las discontinuidades de lafamilia mas representativa o caso contrario, si tenemos variasconsiderables cambiamos de método como por ejemplo el de Hook yBronw. Para la obtención del índice de rebote con el martillo de smith debemostomar las muestras en lo posible en toda nuestra área de trabajo, y paratomar el valor promedio debemos quitar los valores k se encuentren muydiferenciados. Debemos tener bien en claro la construcción que se va realizar ya que estovaria mucho en nuestro RMR corregido. Ser muy observador, ya que esto es muy factor muy importante al momentode hacer consideraciones para el cálculo de RMR y demás.

Conclusiones:

Tenemos un tiempo de autosoporte aproximado de 1 semana, esto nos daplazo para poder hacer el sosteniemto debido a la zona y saber que tanpropenso con respecto al tiempo puede ser nuestra zona de trabajo. La luz = 3m nos quiere decir que tenemos aproximadamente 3m de sinsostenimiento entre el ultimo elemento de sostenimiento y el frente, estonos espacio para trabajar libremente en le frente como por ejemplo laslabores de perforación. Como se puede observar el valor del Span es relativamente grande (12m deancho o altura) para construcciones subterráneas, lo cual nos facilita parapoder trabajar son seguridad ya que en casos excepcionales se lleva a estadimensión. El sostenimiento sugerido por este método es el esperado ya que la calidadde la roca observada con simple inspección, refiere poco sostenimientomoderado Schotcrete con un espesor entre 2.5 y 5.0 cm.