Clasificacin Geomecanica del Macizo Rocoso

Ing. Elvis Valencia Chvez

Asesor Geomecnico

Los diferentes tipos de caracterizacin y clasificacin pueden ser agrupados de

la siguiente manera:

Descriptivo La entrada de datos esta basado en descripciones.

Numrico La entrada de parmetros esta en relacin a rating.

Heurstica Basado en propiedades de la roca.

General El sistema sirve para caracterizar.

Funcional El sistema esta estructurado para aplicaciones especiales.

Clasificacin del Macizo Rocoso

Qu es un sistema de clasificacin del macizo rocoso?

Es un acercamiento sistemtico para evaluar y comunicar la naturaleza de lo quebrado de una masa tpica de la roca. Diseando sistemas de clasificacin de el macizo rocoso para la comunicacin de ideas

Quin necesita saber esta informacin?

Toda esa gente que esta involucrada en el diseo de la excavacin y el uso en minas en operacion, o sea el ingeniero de planeamiento, gelogo, supervisores de la mina y mineros.

Hablemos el mismo dialecto!

Se puede usar el ejemplo de un trio de ciegos que han encontrado un elefante. Ninguno ha visto un elefante pero ellos tratan de describirlo solo por el tacto. Un ciego toca la pierna, otro toca algo imposible de decirlo ! !. NO! No discutiremos esta localizacin! Usted puede imaginarse que las cosas pueden ponerse muy confusas si no se tiene algo en comun que se comprenda de la misma manera!

Para el debate del macizo del rocoso, debemos prevenir la confusin!

Qu es un macizo rocoso? Para entender la naturaleza del macizo del rocoso, podemos

ejercer la analoga de la naturaleza de la "tela". Las telas diferentes tienen tejidos diversos o texturas. Un tejido tpico puede usarse para describir o caracterizar tal tela.

En una moda similar, caracterizamos un macizo rocoso por la presencia de un tejido tpico.

Una tela est compuesta de un alabeo y un tejido, mientras el carcter del macizo rocoso es determinado por muchos parmetros naturales que podran ocurrir.

Uno macizo rocoso podra ser caracterizado por la presencia de varias familias de fracturas (juntas) o sistemas de estructuras. Cada sistema de estructuras tiene un carcter mecnico que determinar cmo los bloques de roca contenida dentro de estas estructuras reaccionar diferente para cada otro en el macizo rocoso .

Se debe usar el sentido comn para un nivel aceptable de funcionabilidad. La basura adentro! es La basura afuera!

Las condiciones geolgicas son muy variables, por consiguiente se debe hacer muchas observaciones para obtener una comprensin del macizo rocoso. (Probablemente entre 75 y 100 observaciones para un dominio estructural.) {El mnimo 50}

Vuelva a visitar el rea ms de una vez para calificar y comprobar suposiciones.

Edifique un cuadro compuesto de varias imgenes. Usted tiene que continuar investigando en busca de informacion que d resultado

Usando sistemas de clasificacin geomecanica para el

macizo rocoso

La resistencia de la roca

intacta

El espaciamiento de

las fracturas

El agua subterrnea

La persistencia de la fractura

La orientacin de la fractura

Los esfuerzos In-situ

La densidad de fractura

del testigo (RQD)

Fractura, aperatura y

condicin de la superficie

El contorno (la forma) de la fractura

Cuales son los parmetros ms importantes?

El comportamiento del macizo rocoso

Macizo Fracturado Pesadamente fracturado

Los esfuerzos

de magnitud baja

Los esfuerzos

de magnitud alto

Desarrollada el ao 1958, recoge las experiencias de un estudio sistemtico

sobre el tiempo que permanecan estables las excavaciones en diferentes tipos

de roca, incluso en minas abandonadas.

La clasificacin se efecta atendiendo a dos parmetros:

-Longitud libre, es la menor entre las dos dimensiones.

-Dimetro o profundidad de la excavacin abierta sin sostenimiento

CLASIFICACION DE LAUFFER.

En funcin de ambos parmetros, clasifica las rocas en siete tipos diferentes

Tipo Longitud libre (m) Tiempo estable Descripcin

A 4 20 aos Sana

B 4 6 meses Algo fracturada

C 3 1 semana Fracturada

D 1.5 5 horas Friable

E 0.8 20 minutos Muy friable

F 0.4 2 minutos De empuje inmediato

G 0.15 10 segundos Fuerte

CLASIFICACION DE RABCEWICS

Desarrollada por el autor, como base para el Nuevo Mtodo Austriaco de

Tuneleria (N.A.T.M.) , su empleo esta bastante difundido en Alemania,

Austria y Francia. Esta clasificacin recoge las experiencias obtenidas en

la construccin de tneles, donde la masa rocosa presenta diversos grados

de oposicin al avance de la excavacin del tnel, y se hace necesario

efectuar su correspondiente sostenimiento, en terrenos muy difciles,

ejecutar mtodos de excavacin parcial, con el consiguiente tipo de

sostenimiento.

Este tipo de clasificacin tiene un valor importante, cuando se ejecutan

excavaciones de gran seccin, mayores a los 50 metros cuadrados.

El ndice de designacin de calidad de la roca (RQD)

RQD

Aqu nosotros vamos a cuantificar les parmetros obtenidos en el modelo

geolgico.

RQD Llamado tambin calidad de roca (Rock Quality Design) se obtiene de

testigos de perforacin diamantina.

Se define : RQD = Suma .long 100mm.

Long. taladro

RQD= 15+10+14+12+10 x 100%

100

RQD = 61%

15 10 7 4 0

Clasificacin RMR de Bieniawski de 1976

Bieniawski ha hecho varios cambios a las valoraciones usadas en su clasificacion

(1973,1974,1976,1979 y 1989.

Un granito ligeramente intemperizado tiene un ICP de 7 MPa, un RQD de 70%,

juntas rugosas, separacion menor de 1 mm y espaciadas a 300 mm. Los valores

del RMR usando tablas de los aos indicados sera:

1973 1974 1976 1979 1989

RMR 76 74 75 70 75

RMR 76 > 18.Menores a este valor se usara el valor del Q

GSI = RMR 76

RMR 89> 23. Menores a este valor se usara el valor del Q

GSI = RMR 89 -5

Q = (RQD/Jn) x (Jr/ Ja)

Este valor de Q puede ser utilizado para estimar el valor de GSI a partir de:

GSI = 9Ln Q + 44

DIMENSION EQUIVALENTE

Es la relacin existente entre ancho o altura de la excavacin entre el ESR

D.E.=Ancho o altura

ESR

Valores empricos de algunas clasificaciones geomecanicas

Sostenimiento permanente en la pared

Un mtodo emprico de modificar los estimados del sostenimiento de techos, es

multiplicar la calidad de la masa rocosa Q por un factor que vari de 1 a 5, para

determinar el sostenimiento de paredes mineras, el resultante factor de pared Qw es

utilizado en lugar de Q

Rango de Q Factor de pared Qw

Q10 5.0 Q

0.1Q 10 2.5 Q

Q0.1 1.0 Q

Abiertos mximos de las excavaciones

Mxima abertura sin sostenimiento=2*ESR*Q0.4

RMR(sin sostenimiento)=22*Ln(DE)+25

Ancho mximo sin sostenimiento=ESR*exp((RMR-25)/22)

Ejemplo: Utilizando el sistema Q y ESR=3(abiertos temporales) y Q=1.8

Abierto mximo=2*3*1,80.4=7.6 m.

Utilizando el RMR, ancho de excavacin=6 m, ESR=3(abierto temporal) DE=6/3=2

RMR(sin sostenimiento)=22*Ln(2)+25=40.

Para RMR=45 y considerando lo anterior

Ancho maximo=3*exp((45-25)/22)=7.4 m

Para el caso de sostenimiento de las paredes, el uso adecuado de la Dimensin

equivalente (DE) es evaluado en trminos de altura total de la excavacin. (altura/ESR es

diferente a altura de la pared/ESR)

Ejemplo de sostenimiento permanente en techos y paredes. Rampa seccion 4*3.5

Masa rocosa con dos sistemas de juntas mas aleatorios, RQD=45, Q=0.8.

Qw=2.5*Q 0 2.5*0.8=2.0 ESR=1.6. DE=4/1.6=2.5(techo), 3.5/1.6=2.19(pared)

Del grafico de sostenimiento Q=0.8 y DE=2.5, sostenimiento es el numero 25.Y la

recomendacion seria sostenimiento para el techo, empernado sistemtico de 7 pies de

longitud,espaciados 1 m mas shotcrete con malla de refuerzo de 2 pulgadas.

Qw=2 y DE=2.19. No requiere sostenimiento, solo espordico

Sostenimiento temporal. Tajeo de 4*6 y masa rocosa con dos sistemas de juntas mas

aleatorias, RQD=40.

Q=0.21 RMR equiv=30 (RMR=9LnQ+44)

Qw=2.5*Q=2.5*0.21=0.525, ESR=3 (excavacin temporal)

DE=4/3=1.33(techo) DE=6/3=2(pared)

Del grafico de sostenimiento para Q=0.21 y DE=1.33 el numero de sostenimiento es 29

para el techo, siendo RQD/Jn=40/6=6.67

Luego el sostenimiento para el techo ser empernado sistemtico con pernos de 7 pies

espaciados cada 1 m mas shotcrete de 1 a 2 de espesor.

Para Qw=0.525 y DE=2 del grafico de sostenimiento el numero elegido ser el 25 y la

recomendacin seria empernado sistemtico de 7 pies, espaciados 1.5 m mas shotcrete de

1 a 2.

Otro mtodo de estimar el sostenimiento temporal, es seleccionar una categora de

sostenimiento(1 a 38) mas prxima a la diagonal de ningn sostenimiento.

ROCK STRUCTURE RATING (RSR)

Wickhan (1972), describio un metodo cuantitativo para describir la calidad

de una masa rocosa y para seleccionar el sostenimiento apropiado en

base a la clasificacion Valoracion Estructura Rocosa.

Muchos de los casos historicos utilizados en el desarrollo de este sistema

furon tuneles relativamente pequeos sostenidos por medio de arcos

metalicos.

La importancia del sistema RSR, en el contexto de esta discusion, es que

introduce el concepto de valoracion de cada uno de los componentes

listados abajo para llegar a ser un valor numerico de RSR=A+B+C

. El Indice de Resistencia Geolgica GSI de Hoek y Marinos (2000)

En el criterio original se consideran 6 categoras de masas rocosas, pero

para el presente se han considerado 5 categoras, para compatibilizar este

criterio con el criterio RMR.

El ndice de Resistencia Geolgica GSI considera dos parmetros: la

condicin de la estructura de la masa rocosa y la condicin de la masa

rocosa.

1. La estructura de la masa rocosa considera el grado de fracturamiento o la

cantidad de fracturas (discontinuidades) por metro lineal, segn esto, las 5

categoras consideradas se definen as:

Masiva o Levemente Fracturada (LF) Moderadamente Fracturada (F)

Muy Fracturada (MF) Intensamente Fracturada (IF) Triturada o brechada (T)

2. La condicin de la masa rocosa

involucra a la resistencia de la roca intacta

y a las propiedades de las fracturas:

resistencia, apertura, rugosidad, relleno y

la meteorizacin o alteracin. Segn esto,

las 5 categoras consideradas se definen

as:

Masa rocosa Muy Buena (MB) Masa rocosa Buena (B) Masa rocosa Regular (R) Masa rocosa Mala (M) Masa rocosa Muy Mala (MM) Como ejemplo de aplicacin de este

criterio, consideramos una roca en donde

la punta de la picota puede indentarse

profundamente al golpear con sta,

correspondindole una resistencia muy

baja; si sus fracturas estn muy abiertas

con relleno de arcillas blandas, su

condicin ser la de Muy Mala. Si esta

roca tuviera 10 fraturas/metro, su

clasificacin segn el GSI ser:

Moderadamente Fracturada y Muy Mala

(F/MM).

a) La estructura de la masa rocosa considera el grado de fracturamiento o la cantidad

de fracturas (discontinuidades) por metro lineal, segn sto, las 5 categoras

consideradas se definen as:

Masiva o levemente fracturada (LF)

Moderadamente fracturada (F)

Muy fracturada (MF)

Intensamente fracturada (IF)

Triturada o brechada (T)

b) La condicin de la masa rocosa involucra a la resistencia La condicin de la masa

rocosa involucra a la resistencia de la roca intacta y a las propiedades de las fracturas:

resistencia, apertura, rugosidad, relleno y la meteorizacin o alteracin. Segn esto, las

5 categoras consideradas se definen as:

Masa rocosa Muy Buena (MB)

Masa rocosa Buena (B)

Masa rocosa Regular (R)

Masa rocosa Mala (M)

Masa rocosa Muy Mala (MM)

Ventajas y limitaciones del RMi

-Mejora significativamente el uso de datos geolgicos

-Se puede usar fcilmente para establecer estimaciones groseras,

disponiendo solo de una informacin bsica.

-Es un mtodo bastante cmodo a la hora de establecer comparaciones e

intercambio de informacin de diferentes puntos o zonas.

-Ofrece un sistema de caracterizacin del macizo rocoso bastante til en

ingenieria.

-Cubre un espectro muy amplio en cuanto a macizos rocosos.

-El rango y tipos de macizos rocosos se pueden clasificar mediante el RMi.