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CLASIFICACION DE LA MASA ROCOSA
Introduccin
Cuando no se tiene informacin detallada sobre la masa rocosa y
sus esfuerzos
y sobre las caractersticas hidrolgicas del lugar de un proyecto,
el uso de un
esquema de clasificacin de la masa rocosa puede ser
considerablemente
beneficioso.
En el caso ms simple, se puede utilizar un esquema de
clasificacin como un
chequeo para asegurar que toda la informacin relevante ha sido
considerada.
En otro extremo, se puede utilizar uno o ms esquemas de
clasificacin de la
masa rocosa, para desarrollar una idea de la composicin y
caractersticas deestimados iniciales de los
propiedades de resistencia y
una masa rocosa, a f in de proporcionar
requerimientos de sostenimiento y de las
deformacin de la masa rocosa.
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Es importante entender que el uso de un esquema de clasificacin
de la masa
rocosa no (y no puede) reemplaza a los procedimientos ms
elaborados de
diseo.
El uso de los procedimientos de diseo requiere de informacin
relativamente
detallada sobre los esfuerzos in situ, las propiedades de la
masa rocosa y la
secuencia de excavacin planeada.
Conforme se tenga disponible informacin ms detallada, los
esquemas de
clasificacin de la masa rocosa debern ser actualizados y
utilizados enconjunto con los anlisis especficos del sitio.
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Antecedentes sobre clasificaciones de la masa rocosa en
ingeniera
Ritter (1879):Primer intento de formalizar un enfoque emprico
para el diseo de
tneles, en particular para determinar los requerimientos de
sostenimiento.
Terzaghi (1956):Primera referencia sobre el uso de una
clasificacin de la masa
rocosa para el diseo del sostenimiento de tneles, con
cimbras.
Lauffer (1958): Clasificacin que involucra el tiempo de
autosostenimiento para
tneles.
Deere et al. (1964): Indice RQD (Designacin de la Calidad de la
Roca), para
proveer un estimado cuantitativo de la calidad de la masa
rocosa, a partir de los
testigos de la perforacin diamantina.
Wickham et al.(1972):Mtodo cuantitativo para describir la
calidad de una masa
rocosa y para seleccionar el sostenimiento, en base a la
Valoracin de la
Estructura Rocosa (RSR - Rock Structure Rating). Primer sistema
que hace
referencia al shotcrete.
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Pacher et.al. (1974):Modificacin del criterio de Lauffer y que
actualmente forma
parte de la propuesta general de tunelera conocida como
NATM.
Barton et.al. (1974): Indice de Calidad Tunelera (Q) para la
determinacin de las
caractersticas de la masa rocosa y de los requerimientos de
sostenimiento de
tneles.
Bieniawski (1973): Clasificacin Geomecnica o Valoracin de la
Masa Rocosa
RMR (Rock Mass Rating), refinado sucesivamente en varias
oportunidades,
ltima versin 1989. Aplicable a la estimacin del sostenimiento,
al tiempo de
austosostenimiento y los parmetros de resistencia de la masa
rocosa.
Laubscher et.al. (1977): RMR de Bieniawski modificada para la
minera MRMR
(Mining Rock Mass Rating), ltima versin 1990. Aplicable a la
estimacin del
sostenimiento y los parmetros de los mtodos de minado por
hundimiento,
principalmente.
Hoek et.al. (1994): Indice de Resistencia Geolgica GSI
(Geological StrengthIndex), para clasificar a la masa rocosa,
estimar la resistencia de la masa rocosa
y el sostenimiento. Ultima versin 1998.
Palmstron (1995):Indice del Macizo Rocoso RMi(Rock Mass Index).
Sistema para
caracterizar la masa rocosa y para aplicaciones en el
sostenimiento, excavacin
TBM, voladura y fragmentacin de rocas.
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Objetivos de las clasificaciones de la masa rocosa
Identifi car los parmetros ms signi ficativos que influyen en el
comportamiento
de la masa rocosa.
Dividir una formacin rocosa en grupos de similar comportamiento,
es decir,
clases de masas rocosas de diferentes calidades.
Proporcionar una base para el entendimiento de las
caractersticas de cada clase
de masa rocosa.
Relacionar la experiencia de las condiciones de la roca de un
lugar a las
condic iones y experiencia encontradas en otros lugares.
Obtener datos cuantitativos y guas para el diseo de
ingeniera.
Proporcionar una base comn de comunicacin entre el ingeniero y
el gelogo.
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Principales beneficios de las clasificaciones de la masa
rocosa
Mejora la calidad de las investigaciones del s itio puesto que
llama a un mnimo
de datos de entrada como parmetros de clasificacin.
Proporciona informacin cuantitativa para propsitos de diseo.
Permite un mejor juicio ingenieril y una comunicacin ms efectiva
en elproyecto.
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Clasificacin de la masa rocosa de Terzaghi
Es interesante examinar las descripciones de la masa rocosa
incluidas en su
publicacin original, debido a que puso atencin en aquellas
caractersticas que
rigen el comportamiento de la masa rocosa, particularmente en
situaciones
donde la gravedad constituye la fuerza impulsora dominante. Las
definiciones
claras y concisas y los comentarios prcticos incluidos en estas
descripciones
son buenos ejemplos del tipo de informacin ingeniero-geolgicas
que es muy
ti l para el diseo en ingeniera. Las descripciones son:
La roca intactano contiene ni diaclasas ni grietas delgadas. Por
lo tanto, si sta
se fractura, lo hace a travs de roca sana. Por el dao de la roca
debido a la
voladura, pueden desprenderse materiales astillados del techo
varias horas o
astillamiento . La roca intacta dura tambin puede ser encontrada
encondicin de pequeos estallidos de rocas , los cuales
involucran
das despus de la vo ladura. Esto es conocido como condic in
de
lala
separacin violenta y espontnea de bloques rocosos de las paredes
o del techo.
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La roca estratificada consiste de estratos individuales con poca
o ninguna
resistencia contra la separacin a lo largo de los lmites entre
los estratos. Los
estratos pueden o no estar debilitados por diaclasas
transversales. En talesrocas la condicin de astillamientoes
bastante comn.
La roca moderadamente diaclasadacontiene diaclasas y grietas
delgadas, pero
los bloques entre las diaclasas estn desarrollados tan juntos o
tan ntimamente
entrelazados que las paredes verticales no requieren de
sostenimiento lateral.
En rocas de este tipo pueden ser encontradas ambas condiciones:
tanto elastillamientocomo los pequeos estallidos de rocas .
La roca con fracturamiento en bloques y grietasconsiste de
fragmentos de roca
intacta o casi in tacta, los cuales se encuentran completamente
separados unos
de otros e imperfectamente entrelazados. En tales rocas, las
paredes verticales
pueden requerir de sostenimiento lateral.
La roca triturada pero qumicamente intacta tiene la
caracterstica de seguir
triturndose. Si varios o todos los fragmentos son tan pequeos
como granos
de arena fina y la recementacin no ha ocurrido, la roca
triturada bajo el nivel
fretico exhibe las propiedades de una arena portadora de
agua.
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La roca altamente deformableavanza lentamente en el tnel sin un
incremento
perceptible de volumen. Un prerrequisito para la alta
deformabilidad es un altoporcentaje de partculas microscpicas y
submicroscpicas de minerales
micceos o minerales arcil losos con una baja capacidad de
expansin.
La roca expansivaavanza en el tnel principalmente debido a la
expansin. La
capacidad para expandirse parece ser limitada a aquellas rocas
que contienen
minerales de arcilla tales como la montmorillonita, con una alta
capacidad deexpansin.
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Clasificaciones que involucran el tiempo de
auto-sostenimiento
Lauffer (1958) propuso que el tiempo de auto-sostenimiento para
una abertura
sin sostenimiento est relacionado a la calidad de la masa rocosa
en la cual la
abertura es excavada.
La importancia del concepto del tiempo de auto-sostenimiento
radica en que un
incremento en la abertura de la excavacin conduce a una reduccin
importante
del tiempo disponible para la instalacin del sostenimiento.
El Nuevo Mtodo Austriaco de Tunelera incluye un nmero de tcnicas
para una
tunelera segura en condiciones de rocas blandas o excesivamente
fracturadas,
en las cuales el tiempo de auto-sostenimiento es limi tado antes
de que ocurra la
falla.
En excavaciones en roca dura, en las cuales pueden ocurrir
diferentes
mecanismos de falla, debera tenerse gran cuidado en el intento
de aplicar estas
tcnicas.
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En el diseo del sostenimiento para excavaciones en rocas duras,
es prudente
asumir que la estabilidad de la masa rocosa circundante a la
excavacin no
depende del tiempo. Las cuas pueden caer o deslizar en cualquier
momento,
durante la voladura o despus del desatado, por lo que hay que
instalar el
sostenimiento lo ms pronto posible.
Por otro lado, en una roca altamente esforzada, la fal la puede
ocurrir
gradualmente y manifestarse como astillamientos o lajamientos u
ocurrir
sbitamente en forma de pequeos estallidos de roca. En ambos
casos, eldiseo del sostenimiento debe tomar en cuenta el cambio en
el campo de
esfuerzos, ms que el tiempo de auto-sostenimiento de la
excavacin.
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Indice de designacin de la calidad de la roca (RQD)
El ndice de Designacin de la Calidad de la Roca (RQD)
desarrollado por Deere
et al.,1967, provee un estimado cuantitativo de la calidad de la
masa rocosa, a
partir de los testigos de la perforacin diamantina.
El RQD es definido como el porcentaje de piezas de testigos
intactos mayores de
100 mm (4 pulgadas) en la longitud total del testigo. El testigo
deber tener por lomenos un tamao NX (54.7 mm o 2.15 pulgadas de
dimetro) y deber ser
perforado con un cilindro de doble tubo de perforacin.
El procedimiento correcto para medir las longitudes de los
testigos y el clculo
del RQD son resumidos en la siguiente figura.
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Longitud total de la corrida de testigos
Longitudes de pieza de testigos > 10 cm
RQD=200
RQD= x 100%
38 + 17 + 20 + 35x 100 = 55 %
Longitud total de la corrida de testigos = 200 cm
Ninguna pieza > 10 cm
L = 20cm
L =0
L = 17cm
L = 38cm
L = 35cm
Interrupcin de la perforacin
L =0
Norecuperado
Figura 1: Procedimiento de medicin y clculo del RQD (Deere,
1989).
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Palmstrom (1982) sugiri que, el RQDpuede ser estimado a partir
del nmero de
discontinuidades por unidad de volumen, visibles en
afloramientos rocosos o
socavones. La relacin sugerida para masas rocosas libres de
arcil las es:
dondeJves la suma del nmero de discontinuidades por unidad de
longitud de
todas las familias de discontinuidades, conocido como el conteo
volumtrico de
discontinuidades.
El RQDes un parmetro direccionalmente dependiente y su valor
puede cambiar
signifi cativamente, dependiendo sobre todo de la orientacin del
taladro. El uso
del conteo volumtrico de discontinuidades puede ser muy til en
la reduccin
de esta dependencia direccional.
El RQD pretende representar la calidad del macizo rocoso in
situ. Cuando se
utiliza la perforacin diamantina, se debe tener mucho cuidado
para garantizar
que las fracturas causadas por el manipuleo o el proceso de
perforacin sean
ident ifi cadas e ignoradas cuando se determine el valor del
RQD.
El RQDes uti lizado ampl iamente en las aplicaciones de la
mecnica de rocas.
RQD 115 3.3Jv Ecuacin 1
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Valoracin de la Estructura Rocosa (RSR)
Muchos de los casos histricos, utilizados en el desarrollo de
este sistema,
fueron tneles relativamente pequeos sostenidos por medio de
cimbras
metlicas y a pesar de sta limitacin, merece ser examinado en
cierto detalle, ya
que demuestra la lgica involucrada en el desarrollo de un
sistema de
clasificacin del macizo rocoso cuasi-cuantitativo y la
utilizacin del ndice
resultante para estimar el sostenimiento.
La importancia del sistema RSR, en el contexto de esta discusin,
es que
introduce el concepto de valoracin de cada uno de los
componentes listados
abajo para llegar a ser un valor numrico del RSR=A+B+C.
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Parmetro A, Geologa: Apreciacin general de la estructura geolg
ica en base a:
a. Origen del tipo de roca (gnea, metamrf ica,
sedimentaria).
b. Dureza de la roca (dura, mediana, suave, descompuesta)
c. Estructura geolgica (masiva, ligeramente fallada/plegada,
moderadamente
fallada/plegada, intensamente fallada/plegada).
Parmetro B, Geometra: Efecto del arreglo de discontinuidades con
respecto a
la direccin de avance del tnel, en base a:
a. Espaciamiento de las discontinuidades.
b. Orientacin de las discontinuidades (rumbo y buzamiento).
c. Direccin de avance del tnel.
Parmetro C: Efecto del flujo de agua subterrnea y de la condicin
de lasdiscontinuidades en base a:
a. Calidad de la masa rocosa en base deA y Bcombinados.
b. Condicin de discontinuidades (bueno, regular, pobre).
c. Cantidad de flujo de agua (en galones por minuto por 1000
pies de tnel).
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La clasificacin RSRutiliza unidades imperiales y estas unidades
han sido aqu
conservadas.
Las tres tablas de la publicacin deWickham et.al. 1972se
reproducen en las
Tablas 1, 2 y 3. Estas tablas pueden ser utilizadas para evaluar
la valoracin de
cada uno de estos parmetros para llegar al valorRSR(mximo RSR=
100).
Por ejemplo, una roca metamrfica dura que ha sido ligeramente
plegada ofallada tiene una valoracin deA=22(de la Tabla 1).
La masa rocosa est moderadamente diaclasada, con diaclasas de
rumbo
perpendicular al eje del tnel, el cual esta siendo avanzado en
direccin Este-
Oeste y buzamiento entre 20 y 50. La Tabla 2 da una valoracin de
B=24para un
avance con el buzamiento.
El valor de A+B = 46 significa que, para diaclasas de regular
condicin
(ligeramente intemperizada y alterada) y un flujo moderado de
agua entre 200 y
1000 galones por minuto, la Tabla 3 da una valoracin de C=
16.
