CLASIFICACIONES GEOMECÁNICAS EN EL

ESTUDIO DE LA ESTABILIDAD DE

TALUDES

1.INTRODUCCIÓN

• Para ejecutar las diversas labores mineras subterráneas y superficiales en un entorno, es necesario poseer el máximo conocimiento del macizo rocoso que lo rodea.

• Este conocimiento lo podemos obtener mediante las Clasificaciones Geomecánicas, las cuales determinan la calidad del macizo rocoso, dividiéndolo en dominios estructurales con similares características: Litología, espaciado entre juntas, etc…

• Hoy en día existen muchas Clasificaciones Geomecánicas: Protodyakonov, Bieniawski, Laubscher and Taylor, Barton, Romana.

1.INTRODUCCIÓN

• Objeciones de las clasificaciones geomecánicas:

– No tienen base científica, son meras compilaciones empíricas.

– Simplifican demasiado los problemas reales, reduciéndolos a casos elementales.

– Personas sin la adecuada formación piensan que con su simple aplicación resuelven un problema complejo.

2.ESTIMACIÓN DEL ÍNDICE SMR

• El índice SMR (Slope Mass Rating, Romana, 1985) es un índice geomecánico empleado para la caracterización de taludes rocosos.

• Se obtiene sumándole al RMR básico (Bieniawski, 1989) una serie de factores:

– Un factor de ajuste de las juntas función de las orientaciones relativas de las discontinuidades de la masa rocosa y del talud.

– El método de excavación empleado.

SMR = RMR + (F1 x F2 x F3) + F4

3.ÍNDICE RMR

• El RMR depende (y de esta

manera también el SMR) de

diversos parámetros obtenidos

a partir de la estimación de

valores característicos del

macizo rocoso:

– La resistencia de la roca.

– El RQD (Rock Quality

Designation).

– El espaciamiento de las

discontinuidades o juntas.

– El estado de las juntas.

– El flujo de agua en las juntas.

3.1. ELECCIÓN DE AFLORAMIENTO

La labor de clasificación puede realizarse en:

• Testigo de sondeos:– Buenos para observar las condiciones de la matriz rocosa en profundidad.

– Difíciles para la orientación exacta de las juntas.

– La condiciones de agua en las juntas pueden deducirse a partir de los niveles freáticos.

• Afloramientos naturales:– Corresponden a los tramos más compactos que pueden enmascarar las

condiciones generales.

– Fácil estudio de juntas.

• Otros taludes:– Condiciones dependientes de la edad y métodos de excavación del talud y de la

meteorización.

– Juntas más abiertas si se excavó con voladuras deficientes.

– Fácil determinación de las formas de rotura y las condiciones hidrogeológicas.

3.2. LA RESISTENCIA DE LA ROCA

• La resistencia a compresión simple requiere una primera estimación en el campo. El dato correcto se obtiene en el laboratorio.

• Puede emplearse un esclerómetro, cuya pesa golpea a la cara de la roca, preferiblemente lisa y sin grietas.

– Se mide el rebote de la pesa asociada al muelle.

– Se descartan los resultados anormales (sonido hueco, roturas de la roca…)

3.2. LA RESISTENCIA DE LA ROCA

ROCA ENSAYO DE CAMPO

Grado Descripción Res. a Comp. (MPa) Navaja Martillo geológico Ejemplos

R6 Ext. Resistente > 250 No cortaEl golpe arranca

pequeños trozos

Basaltao,

Gneis

R5 Muy resistencia 100 - 250 No cortaSe rompe con muchos

golpesAnfibolita

R4 Resistencia 50 - 100 No cortaSe rompe con varios

golpes

Caliza,

Mármol

R3 Med. Resistente 25 - 50 No cortaSe rompe con un solo

golpeEsquisto

R2 Blanda 5.0 - 25 Corta con dificultadDeleznable bajo golpes

fuertesYeso

R1 Muy blanda 1.0 - 5 Corta fácilmente Se puede machacarRoca

alterada

R0 Ext. Blanda 0.25 - 1Corta sin

problemasSe rompe con la uña

Falla delgada

rígida

3.3. RQD (Rock Quality

Designation) • % de recuperación de testigos de

más de 10 cm de longitud (según

el eje)

• Rocas ígneas (más fácil de

aplicar).

• No consideración de las roturas

frescas que se produzcan durante

la perforación.

• Valor de RQD confiable si:

-se perfora con diámetro NX y doble batería

-se mide lo antes posible después de

perforar y en el campo

-para tramos cortos de sondeo

3.3. RQD (Rock Quality

Designation)

PROCEDIMIENTOS DE CÁLCULO:

• Primer procedimiento

Se calcula midiendo y sumando el largo de todos los trozos de testigo

mayores que 10 cm en el intervalo de testigo de 1.5 m.

• Segundo procedimiento

Cálculo del RQD en función del número de fisuras por metro, determinadas

al realizar el levantamiento litológico-estructural (Detail line) en el área o

zona predeterminada.

• Tercer procedimiento

Cálculo en función del número de fisuras por metro cúbico (Jv),

determinadas al realizar el levantamiento litológico-estructural (Detail line)

en el área o zona predeterminada de la operación.

RQD = 115 – 3.3 Jv

Jv relacionado con el espaciamiento medio entre juntas

3.4. ESPACIAMIENTO ENTRE

JUNTAS• Distancia entre juntas medida según líneas perpendiculares a los planos de

discontinuidad. Se utiliza el valor medio.

• Se mide con cinta a lo largo de un afloramiento, contando las juntas en una distancia

fija y multiplicando entre el coseno de los ángulos entre la normal a las juntas y el

plano de afloramiento.

DESCRIPCIÓN ESPACIAMIENTO CONDICIÓN DEL MACIZO

Muy separadas > 2m Sólido

Separadas 0.6 – 2 m Masivo

Med. Separadas 0.2 – 0.6 m Con bloques/ estratos

Próximos 0.06 – 0.2 m Fracturado

Muy próximos > 0.06 m Muy fracturado

5.CONDICIÓN DE LAS JUNTAS

Este es el parámetro más importante e incluye varios subparámetros:

• Rugosidad de los bordes.

• Material de relleno ( si existe).

• Separación entre los bordes.

• Persistencia/ Continuidad.

• Grado de meteorización de los bordes.

5.1. Rugosidad/Relleno

ESCALA DE

RUGOSIDADES DEL RMR.

MUY RUGOSA Hay arrugas y escalones verticales en los

bordes.

RUGOSA Hay algunas arrugas y asperezas. Estos se

sienten ásperos al tacto.

SUAVE No hay asperezas. Los bordes son suaves al

tacto.

CON ESPEJOS DE FALLA Hay señales de pulido en los bordes

• Esta escala de rugosidades del RMR es muy fácil de utilizar en el

campo.

• La consecuencia mas importante de la rugosidad de una junta es

la capacidad de exhibir comportamientos dilatantes cuando una

junta cerrada y acoplada es sujeta a esfuerzos cortantes en su

plano.

• La naturaleza de los rellenos, por el contrario, gobierna el

comportamiento frente a esfuerzos cortantes de juntas abiertas, no

acopladas.

• Por lo tanto, el relleno es un parámetro de la rugosidad

A efectos prácticos podemos distinguir:

• Juntas sin relleno

• Juntas con relleno (calcita, arena…)

• Juntas con relleno blando(arcilla, mica, milonita

arcilloso)

5.2 Separación• La separación es la distancia entre ambos bordes de una junta.

• Aunque la medición real es muy difícil, la clasificación RMR utiliza

una escala muy simplificada:

Separaciones

CERRADAS < de 0,1mm (mínima que puede apreciar el ojo

humano)

ALGO ABIERTAS De 0,1 a 1mm. Los bordes se ponen en contacto

con un pequeño desplazamiento de corte.

ABIERTAS De 1 a 5mm.Los bordes se ponen en contacto

después de un desplazamiento apreciable de corte.

MUY ABIERTAS > De 5mm. Los bordes se ponen en contacto sólo

después de un gran desplazamiento de corte.

5.3. Persistencia/ Continuidad.

• La ISMR clasifica las juntas en:

PERSISTENTES Continuas.

SUBPERSISTENTES No continuas. Varias juntas pueden unirse

para formar una superficie de rotura.

NO PERSISTENTES No continuas.

•En la clasificación RMR se usan sólo las dos clases

extremas.

•Las juntas subpersistentes se transformas en

continuas en cuanto se inicia la rotura.

5.4 Grado de meteorización• Grado de meteorizacion en bordes de juntas:

GRADO DENOMINACIÓN DESCOMPOSICIÓN

(%)

DESCRIPCIÓN

Ia Fresca -Sin signos de

meteorización

Ib Fresca -Ligera decoloración

II Algo met. <10 Decoloración general

III Bastante met. 10-15 Zonas de roca

descompuesta aisladas

IV Muy met. 50-90 Descomposición general

de la roca

V Completamente

met. >90

Toda la roca está

descompuesta. Persiste la

estructura original

VI Suelo residual 100 Toda la roca convertida en

suelo. No hay estructura

5.5 Valoración cuantitativa del

estado de las juntas

• Las descripciones del estado de las juntas

utilizadas por la clasificación RMR están claras y

se adaptan bien en muchos casos a las

condiciones de campo.

• Hay casos dudosos que no encajan bien. Para

ellos es preferible valorar por separado cada

uno de los subparámetros y sumar las

valoraciones parciales para llegar al parámetro

que definía la condición de las juntas

Valoración paramétrica parcial de las condiciones

de una junta (parte 1/2)

RUGOSIDAD-RELLENO VALORACIÓN

PARCIAL

Muy rugosa

Rugosa

Algo rugosa

Suave

Lisa con relleno

Con relleno blando

10

9

8

6

5

0

SEPARACIÓN SEPARACIÓN VALORACIÓN

PARCIAL

Cerrada

Algo abierta

Abierta

Muy abierta

<0,1 mm

0,1-1 mm

1-5 mm

>5 mm

9

7

5

0

Valoración paramétrica parcial de las condiciones

de una junta (parte 2/2)

PERSISTENCIA VALORACIÓN

PARCIAL

No persistente. No continua

Subpersistente

Persistente. Continua

5

3

0

METEORIZACIÓN GRADO VALORACIÓN

PARCIAL

Fresca

Algo meteorizada

Bastante meteorizada

Muy meteorizada

Completamente meteorizada

I

II

III

IV

V

6

5

3

0

0

6 Flujo de agua en las juntas

• La clasificación original RMR valora el

agua también con otros parámetros.

• Para taludes puede utilizarse las

clasificaciones descritas en las siguientes

tablas.

6.1 Flujo de agua en las juntas sin relleno

DESCRIPCIÓN JUNTA FLUJO

Seca

Ligeramente humeda

Húmeda

Goteando

Fluyendo

Seca

Manchada

Húmeda

Mojada

Mojada

No

No

No

Ocasional

Continuo

6.1 Flujo de agua en las juntas con relleno

DESCRIPCIÓN RELLENO FLUJO

Seca

Ligeramente humeda

Húmeda

Goteando

Fluyendo

SecO

Húmedo

Saturado

Semilavado

Lavado

No

No

Alguna gota

Goteo

Continuo

3.7. ORIENTACIÓN DE LAS

JUNTAS Y DEL TALUD

• Dispensión normal valores modales.

• Dispensión mayor valores extremos.

• Datos de orientación del talud difíciles de medir: Error medio de medida ± 5º (o

mayor) valores modales y extremos.

BUZAMIENTO (0 A 90º) DIRECCIÓN DE BUZAMIENTO (0 A 360º)

Clinómetro Brújula

Error de medida ± 2º Error de medida ± 2º

Dispensión normal mínima ± 5º Dispensión normal mínima ± 5º a 10º