ESCUELA DE ING. DE MINAS

MECNICA DE ROCASV CICLO

2008

6.1.- DEFINICIN Y USO DE LOS SISTEMAS DE CLASIFICACIN Y CARACTERIZACIN.Dentro de la sociedad de la Mecnica de suelos se utilizan dos trminos para describir las caractersticas de la masa de la roca; clasificar y caracterizar. En la prctica no hay mucha diferencia entre el proceso de clasificacin y caracterizacin de la masa de la roca. La caracterizacin de la roca describe con nfasis sobre el color, forma, peso, etc. En la clasificacin de la roca es cuando se arregla y combina diversas caractersticas de una masa de roca en diversas clases de la banda de los grupos que siguen un sistema o un principio especfico. Son los trminos descriptivos que constituyen la diferencia principal entre la caracterizacin y la clasificacin. Para una informacin ms detallada. Ver por ejemplo a Palmstrom (1995).

6.2. SISTEMAS PARA CLASIFICACIN Y CARACTERIZACIN DE LA ROCA.Actualmente los dos sistemas de clasificacin de ms uso general de la masa rocosa son la geomecnica de CSIR (RMR, Bieniawski 1974) y el ndice de NGI- (sistema Q, Barton y otros 1974). Estos sistemas de clasificacin incluyen la eleccin o designacin de calidad de la roca (RQD), que fue introducido por D.U Deere en 1964 como ndice para determinar cuantitativamente la calidad de la roca. Adems de RMR, RQD, el sistema Q, hay muchos otros que sern presentadas en este captulo (vase el cuadro 6.1).

Tabla 6.1. Sistemas importantes de caracterizacin y clasificacin de la roca (MOD. Palmstrom 1995).Nombre de la clasificacinAutor y primera version.Pas de origenaplicacionesForma y tipo (*)Observaciones

Rock Load Theory(Teora de la carga de la roca)Terzhagi, 1946USATneles con soporte de aceroDescriptivo F.ComportamientoF.Funcional T.Inadecuado para realizar un tnel moderno.

Stand up timeLauffer, 1958Austria Realizacion de tuneles. Descriptivo FGeneral TConservativo

NATMRabcewicz, 1964/65 and 1975AustriaRealizacin de tuneles en tierra incompetente Descriptivo FBehaviouristic FConcepto el hacer un tnel.Utilizado para usar las condiciones de la tierra.

RQDDccre et al. 1966USARegistracin al realizar la base de un tunel.Numerico FGeneral TSensible a los efectos de la orientacin.

Una clasificacin recomendada para propsitos mecnicos de la roca.Patching and Coates, 1968Para ingresar en Mecnica de suelos.Descriptivo FGeneral T

La clasificacin unificada de suelos y de rocas.Dccre et al. 1969USABasado en partculas y bloques para la comunicacin.Descriptivo FGeneral T

i) RSR conceptoWickham et al 1972USATneles con soporte de aceroNumerico FFuncional TNo til en fibra de cero con shotcrete

RMR-system(CSIR)Bieniawski, 1974Sur AfricaTneles, fundaciones de minas, etc.Numerico FFuncionalTExpedientes bajo casos inditos.

Q- systemBarton et al, 1974Noruega.Tneles, compartimientos grandesNumerico FFuncional T

Mining RMRLaubscher, 1975Mining(explotacin minera)Numerico FFuncional T

The typological classification (clasificacin tipolgica)Matula and holzer, 1978Usado en comunicaciones.Descriptivo FGeneral TNo se presenta en este informe.

ii) The Unified Rock Classification System (URCS)Williamson, 1980USAUsado en comunicaiones. Descriptivo FGeneral T

Descripcin geotcnica bsica. (BCD)ISRM, 1981Para uso generalDescriptivo FGeneral T

Rock mass strength (RMS)Stille et al, 1982SueciaNumerico FFuncional TModifica a RMR

Modified basic RMR (MBR)Cummings et al 1982Explotacion minera.Numerico FFuncional T

Simplified rock mass rating (Grado simplificado de la masa rocosa). Brook and Dhanmaratne, 1985Minas y tuneles.Numerico FFuncional Tmodifica RMR y MRMR

Slope mass rating Romana 1985Espaa.Pendientes o taludesNumerico FFuncional T

Ramamurthy/ aroraRamamurthy and arora, 1993India Para rocas unidas e intactas.Numerico FFuncional TModificacin acercada a dccre y Miller

Geological strength Index(ndice de fuerza geologica)- GSIHoek et al, 1995Tuneles de minas.Numerico FFuncional T

Rock mass number (numero de macizo rocoso)- NGoel et al., 1995 India Numerical FFunctional TStress-free Q- system

Rock mass index (indice del macizo rocoso)- RMiArild Palmstrom, 1995Noruega.Ingeniera geologica, comunicacin, caracterizacinNumerico FFuncional T

(*)Definicin de las siguientes expresiones (Palmstrom, 1995).

Descriptivo F= forma descriptiva: la entrada al sistema se basa principalmente en descripciones.Numerico F= forma numrica: los parmetros de entrada dan grados numricos segn su carcter.Behaviouristic F= Forma conductista: la entrada se basa en el comportamiento de la masa de la roca en un tnel.General T= tipo general: el sistema se resuelve y sirve como caracterizacin general.Funcional T= tipo funcional: el sistema se estructura para un uso especial (por ejemplo para la ayuda de la roca).i) RSR was a forerunner to the RMR-system, ambos dan grados numricos a los parmetros de la entrada y los resume a un valor total conectado con la ayuda sugerida.ii) The Unified Rock Classification System (URCS) asociacin de grandes instituciones para la clasificacin de los suelos 1984.

Puesto que diversos sistemas de clasificacin y caracterizacin prestan la atencin a diversos parmetros, se recomienda a menudo que por lo menos dos mtodos deban ser utilizados al clasificar un as de la roca (HoeK, 2000). Los parmetros incluidos en algunos de los sistemas de clasificacin se presentan en el cuadro 6.2.Tabla6.2. Parmetros incluidos en diversos sistemas de clasificacin numricos y funcionales.Sistema de clasificacin

Parmetros RQDRSRRMRQMRMRRMSMBRSMR*RACGSINRMi

Tamao del bloque------x----x

Orientaciones de las juntas del bloque edificado.------x----x

Numero de sistemas de juntas.---x-x----xx

Longitud de junta-----------x

Espaciado de junta.xxxxxxxxxxxX

Fuerza de junta.-xxxxxxxxxxx

Tipo de roca.-x----------

Estado de la tensin---xx-x-----

Condicin del agua subterranea.-xxxxxxx--x-

Fuerza de la roca intacta---xxxxxxxxX

Blast damage (Dao de rfaga)------x--x--

*RAC Clasificacin Ramamurthy y Arora.

6.1.2. ROCK LOAD FACTOR (Clasificacin por el factor de carga de Roca -Terzaghi 1946)Basada en experiencias extensas apoy los tneles ferroviarios en las montaas con arco de acero, Terzaghi (1956) clasific la masa de roca por medio del factor de carga de roca. El bloque macizo se clasifica en 9 clases de roca dura, bloque intacto, y en el uso de la roca. El concepto usado en este sistema de clasificacin es estimar la carga de la roca que se llevar por los arcos de acero instalados para apoyar un tnel, segn lo ilustrado en la Figura 6.1.2a. La clasificacin es presentada en la Tabla 6.1.2a.Figura 6.1.2.a Concepto de Terzaghi- carga de la roca.Para obtener el soporte de la presin (p) del factor de carga de la roca (Hp), Terzaghi sugiri la siguiente ecuacin:P= Hp H Donde: es la unidad de peso de la masa de la roca, H es la profundidad del tnel o el ancho de la sobrecarga.Se ha intentado llevar clasificacin del factor de carga de la roca a RQD. Segn lo sugerido por Deere (1970). La clase I corresponde a RQD 95-100%, clase II a RQD 90-99%, clase III a RQD 85-95%, y clase IV a RQD 75-85%.Singh y Goel (1999) dieron los siguientes comentarios a la clasificacin del factor de carga de la roca:(a) Proporciona las estimaciones razonables de soporte de la presin para los pequeos tneles del dimetro hasta 6 metros.(b) Da las sobrestimaciones para los tneles grandes con los dimetros mayores a 6 metros.(c) La presin estimada de soporte tiene una amplia gama de aplicaciones para utilizar las condiciones de la roca para un uso significativo.

Tabla 6.1.2a Clase de la roca y clasificacin del factor de carga de Terzaghi para el arco de acero como apoyo de tneles.Clase de rocaDefinicin Rock load factor Hp (pies) (B y H, en pies)Observaciones

I. Dura e intact.La roca dura e intacta no contiene ningn empalme ni fractura. Despus de la excavacin la roca puede estallar y romperse con almdena en la cara excavada.0Ligera proteccin cuando se rompe o se hace estallar con martillo.

II. estratificacin dura y esquistosaLa roca dura consiste en estratos y capas anchas. El interfaz entre los estratos est cementado. El estallido y rompimiento de la cara excavada con el martillo es comn.0 a 0.5 BLigera proteccin cuando se rompe con martillo. La carga puede cambiar entre las capas.

III. juntas moderadamente masivasEl macizo rocoso contiene extensos empalmes y juntas espaciadas. El tamao de bloque es grande. Las juntas se comunican. Las paredes verticales no requieren soporte. Posible rompimiento con el martillo.0 a 0.25 BLigera proteccin cuando se rompe con martillo.

IV. Bloque moderado con costuras.La roca tiene juntas moderadamente espaciadas. Quimicamente la roca esta alterada y no resiste. Las juntas no se comunican y presentan pequeas aberturas. Las paredes verticales no requieren soporte. Posible rompimiento con el martillo.0.25 B a 0.35 (B+Ht)No hay presin lateral.

V. Bloque bueno con costuras. La roca qumicamente no resiste, y presenta juntas cerradas. Las juntas presentan grietas largas y aparecen separadas. Las paredes verticales no requieren soporte.(0.35 a 1.1)(B+Ht)Ninguna o poca presin lateral.

VI. Totalmente fracturado pero qumicamente intacto.La roca qumicamente no resiste, y fracturas con los pequeos fragmentos. Los fragmentos se presentan unidos y flojos. La cara de la excavacin en este material necesita la considerable soporte.1.1(B+Hp)Considerable presin lateral. Efectos de ablandamiento por el agua en la base del tnel. Utilizar las cimbras circulares o apoyar el extremo inferior de cimbra.

VII. Roca a una profundidad moderadaLa roca avanza lentamente dentro del tnel sin un aumento perceptible en volumen. La profundidad moderada es de 150-1000m.(1.1 a 2.1)(B+Hp)Mucha presin lateral. Se requiere puntales invertidos. Se recomienda las cimbras circulares.

VIII. Roca en gran profundidad.La roca avanza lentamente dentro del tnel sin un aumento perceptible en volumen. La profundidad se considera a mas de 1000m.(2.1 a 4.5)(B+Hp)

IX. Roca hinchada. El volumen de la roca se expande (y avances dentro del tnel) debido a la hinchazn de los minerales de arcilla en la roca por presencia de humedad.Hasta 250 pies, no depende de B y Hp.Se requiere cimbras circulares. En caso extremo usar soporte adicional.

Nota: el tnel se asume para estar debajo de agua subterrnea. Para el tnel por encima del agua, Hp para las clases IV a VI reduce el 50%.La excavacin del tnel se asume arruinada. Para la perforacin del tnel y para el camino del tnel excavado, Hp para las clases II a VI reduce 20-25%.

CONCEPTO DE TERZAGHIEl concepto usado por Terzaghi para estimar la carga de roca transmitida a los marcos de acero para el soporte de un tnel se ilustra en el diagrama simplificado de la fig. 1.Durante la construccin del tnel habr algn relajamiento de la cohesin de la formacin rocosa arriba y en los lados del tnel. La roca suelta dentro del rea acdb tender a irrumpir en el tnel. A este movimiento se opondr fuerzas de friccin a lo largo delos limites laterales ac y bd y estas fuerzas de friccin transfieren la parte mas importante del peso de la carga de la roca W1 y al material de los lados del tnel. El techo y los lados del tnel no tienen que soportar mas que el resto dela carga que equivale a una altura Hp. El ancho B1 de la zona de la roca donde existe el movimiento, depender de las caractersticas de la roca y de las dimensiones H1 y B del tnel.Tensiones in-situ.Considerar un elemento de la roca en una profundidad de 1000m debajo de la superficie. El peso de la columna vertical de la roca que se apoya sobre este elemento es el producto de la profundidad y del peso de unidad de la masa sobrepuesta de la roca (tpicamente cerca de 2.7 ton/m3 o 0.027 MN/m3). Por lo tanto la tensin vertical en el elemento es 2.700 ton/m2 o MPa 27. Esta tensin se estima de la relacin:V= zDonde: V es la presin vertical. es la unidad de peso de la roca sobrepuesta, yZ es la profundidad bajo la superficie.

Figura 10.1. Medidas verticales de la tensin para proyectos mineros e ingeniera civil en todo el mundo.TERZAGHI Y RICHART (1952)Terzaghi y Richart (1952) sugirieron que, debido a una carga gravitacional de una masa rocosa en la cual no hay ninguna tensin lateral durante la formacin de los estratos sobrepuestos, el valor de la profundidad sea independiente y est dada por K= V/(1-V), donde V es el cociente de Poisson de la masa rocosa. Esta relacin era ampliamente utilizada en los comienzos de la Mecnica de suelos pero, segn lo discutido abajo, se demuestra ser inexacta y se utiliza raramente hoy.Ecuacin que se puede utilizar para estimar la tensin horizontal respecto a la vertical K. Esta ecuacin es:K= 0.25+7Eh (0.001+ (1/Z))Donde:Z (m): profundidad bajo superficie.Eh (GPa), mdulo medio de la deformacin de la parte superior de la tierra medida en una direccin horizontal, la medida de la direccin es importante particularmente en rocas sedimentarias acodadas, el mdulo de la deformacin en diversas direcciones puede ser perceptiblemente diferente. Figura 10.2. Cociente de la tensin horizontal sobre la vertical para diversos mdulos de la deformacin basados sobre la ecuacin de Sheorey

6.1.3. Clasificacin por claro activo y tiempo de sostenimiento -(stini 1950, lauffer 1958)El concepto de claro activo y el tiempo de sostn se ilustran en la figura 6.1.3a y figura6.1.3b. El claro activo es de hecho la dimensin ms grande de la seccin sin sostenimiento del tnel. El tiempo de sostn es el lapso de tiempo que una abertura excavada presenta un claro activo sin ningn medio de soporte o de refuerzo. Las clases de la roca de A a G se asignan segn el tiempo de sostenimiento para un claro activo dado. El uso del claro activo y del tiempo de sostn ser discutido detalladamente en secciones posteriores.

Figura 6.1.3a: definicin del claro activo.

a.- soporte retrasado respecto al frente.b.- soporte colocado cerca del frente.

Figura 6.1.3b: relacin entre el claro activo y el tiempo de sostenimiento y las clases totales de la roca. La clase A es muy buena y la clase G es muy pobre.

6.4. CLASIFICACION DEL TIEMPO DE SOSTENIMIENTO (stand-up-time and NATM)Segn Lauffer (1958) el tiempo de sostenimiento para un claro sin soporte se relaciona con la calidad de la masa rocosa. El claro sin soporte en un tnel se define como el claro del tnel o la distancia entre frente y el soporte ms cercano. La clasificacin original de Lauffer era un precursor al nuevo mtodo austraco de excavacin (NATM) propuesto por Rabcewicz y otros, 1964 y 1975.El concepto del tiempo de sostn es una reduccin en el tiempo disponible para la instalacin del soporte cuando se aumenta el claro del tnel. Mientras que un mayor soporte da las condiciones al claro del tnel a ser estable, un pequeo tnel experimental pudo ser estable sin ayuda. Con esta teora en mente, el NATM utiliza las tcnicas que dan la estabilizacin del tnel por la atenuacin controlada de la tensin. En vez de excavar el claro completo del tnel inmediatamente, estas tcnicas utilizan mtodos y un banqueo ms pequeo y/o las derivas mltiples para formar un conducto reforzado que d una estructura autosuficiente a la estructura de la roca.El NATM es una estrategia para hacer un tnel, eso se basa en tcnicas seguras en rocas suaves en las cuales el tiempo de sostenimiento es limitado. El refuerzo del tnel es inmediatamente instalado y al inicio el shotcrete seguido por la aplicacin de perno de roca, que se usa permanentemente con el shotcrete, formando un arco de sostenimiento.

El principio bsico del NATM se resumen como: (Singh, 1999).- Movilizacin de la fuerza de la masa rocosa.- Proteccin con shotcrete para preservar la capacidad de carga de masa de la roca.- Supervisin de la deformacin de la masa rocosa excavada.- Ayuda flexible pero activa del soporte, y- Cierre invertido para formar un anillo o arco portador de soporte para controlar la deformacin del macizo rocoso.Puesto que el NATM se basa en la fabricacin de soporte para la roca, la supervisin de la deformacin es de gran importancia. El soporte permanente debe ser instalado cuando la deformacin en la masa rocosa excavada es cero. El cierre de arcos es importante debido a la consideracin esttica donde el tnel se trata como conducto o tubo ancho.El tnel puede actuar solamente como tubo si se cierra totalmente.

6.5. ROCK QUALITY DESIGNATION (RQD).In 1964 D.U. Deere introduce un ndice para determinar cuantitativamente la calidad de la roca. Designacin llamada calidad de la roca (RQD). El RQD es un porcentaje de la recuperacin de la base, que se basa indirectamente en el nmero de fracturas y la cantidad de relajacin de la masa rocosa que se observa en los centros del taladro. Solamente los pedazos intactos con una longitud mayor a 100mm (4 adentro) son sumados y divididos por la longitud total de la labor (Deere, 1968).RQD= [( longitud de los pedazos de la base> 10 cm)/ longitud total de la base] *100 (%)Se utiliza pues un parmetro estndar en la registracin de la base del taladro y su importancia es quizs su simplicidad, determinacin rpida y su bajo costo. RQD es visto como un ndice de calidad de la roca, donde la resistencia de la roca tiene como problema la suavidad, fractura, comparticiones y las juntas. (Deere D. U. y Deere D. W. 1988). Esto significa que el RQD es simplemente una medida del porcentaje de buena roca recuperada de un intervalo de perforaciones realizadas.6.5.1. Direct method (core logs available- registros disponibles de la base)El procedimiento para medir RQD se ilustra en la figura 6.1. El procedimiento recomendado para medir la longitud de la base es medirla a lo largo de la lnea central. Las roturas de la base causadas por el proceso de perforacin deben estar juntas y formar una sola pieza. Cuando hay sobre rotura hecha por perforacin o de manera natural, debe ser considerado como natural, para ser ordenado en el clculo de RQD. Todas las fracturas artificiales deben ignorarse mientras se mide la longitud de la base para RQD y tambin todos los pedazos que no presentan dureza y sonido (Deere, 1968), incluso si son mayores a la longitud indispensable de 100mm.

Figura 6.1. Procedimiento para la medida y el clculo de la designacin de la calidad de la roca. (RQD) (Deere et al, 1988)

Para la determinacin de RQD, la International Society for Rock Mechanics (ISRM), recomienda un tamao de base por lo menos de NX (tamao 54.7m m). Segn Deere, otros tamaos de base y otras tcnicas de perforacin son aplicables para la determinacin del valor de RQD (Deere D. U. and Deere D. W. 1988), mientras se utilice las tcnicas apropiadas de perforacin no habr exceso de fracturas en la base y/o recuperacin pobre. Segn Deere D.U. y Deere D.W. en 1988, recomienda una longitud de labor para calcular RQD, basado en la perforacin real y la longitud usada en el campo, preferiblemente no mayor a 1.5m.ISRM (Commission on Standardization of Laboratory and Field Test) recomienda para calcular RQD, usar la variable longitudes de la labor para separar lechos individuales, dominios estructurales, zonas de la debilidad, etc., para indicar cualquier variabilidad inherente y proveer de un cuadro ms exacto de la localizacin y del ancho de zonas bajo valores de RQD. La relacin entre el valor numrico de RQD y la calidad de la masa rocosa en ingeniera segn lo propuesto por Deere (1968) se da en tabla 6.3.

Tabla 6.3. Correlacin RQD y calidad total de la roca (Deere, 1968).RQD (%)Calidad de la roca

90Topografa.Ninguno o marco ligero ocasional. Peso de roca (0.0 a 0.2)BNinguno u ocasionales.Nada u ocasionales aplicaciones locales.

ConvencionalNinguno o marco ligero ocasional. Peso de la roca (0.0 a 0.3)BNinguno u ocasionales.Ninguno u ocasionales aplicaciones locales de 2 a 3 pulgadas.

BuenaRQD entre 75 y 90TopografaMarcos ligeros ocasionales a 5 6 pies de separacin. Peso de roca (0.0 a 0.4)BOcasionales o segn una malla de 5 a 6 piesNada u ocasionales aplicaciones de 2 a 3 pulgadas.

convencionalMarcos ligeros a medios a 5 a 6 pies de separacin. Peso de la roca (0.3 a 0.6)BSegn una malla de 4 a 6 pies.Ocasionales aplicaciones locales de 2 a 3 pulgadas.

Media RQD entre 50 y 75TopografaMarcos ligeros ocasionales a 5 6 pies de separacin. Peso de roca (0.4 a 1.0)BSegn una malla de 4 a 6 pies.2 a 4 pulgadas en clave.

ConvencionalMarcos ligeros a medios a 5 a 6 pies de separacin. Peso de la roca (0.5 a 1.3)BSegn una malla de 3 a 5 pies.4 pulgadas o ms en clave y paredes.

Mala RQD entre 25 y 50TopografaMarcos circulares medios, de 3 a 4 pies de separacin. Peso de la roca (1 a 1.6)BSegn una malla de 3 a 5 pies6 pulgadas o ms en clave y paredes, combinado con pernos.

convencionalMarcos medios a pesados, de 2 a 4 pies de separacin. Peso de la roca (1.3 a 2)BSegn una malla de 2 a 4 pies.6 pulgadas o ms en clave y paredes, combinado con pernos.

Muy malaRQD < 25Excluidos terrenos fluyentesTopografaMarcos circulares medios o pesados, 2 pies de separacin. Peso de roca (1.6 a 2.2)BSegn una malla de 2 a 4 pies.6 pulgadas o ms en toda la seccin. Combinados con marcos medios.

Convencional Marcos circulares pesados, 2 pies de separacin. Peso de roca (2 a 2.8)BSegn una malla de 3 pies.6 pulgadas o ms en toda la seccin. Combinados con marcos medios o pesados.

Muy malaTerreno fluyente o expansivo.TopografaMarcos circulares muy pesados, 2 pies de separacin. Peso de roca ms de 250 pies.Segn una malla de 2 a 3 pies.6 pulgadas o ms en toda la seccin. Combinados con marcos pesados.

convencionalMarcos circulares muy pesados, 2 pies de separacin. Peso de roca ms de 260 pies.Segn una malla de 2 a 3 pies.6 pulgadas o ms en toda la seccin. Combinados con marcos pesados.

6.5.2 mtodo indirecto (no core longs are available)Las valoraciones "in-situ" de RQD en 1973 fueron sugeridas para ser realizadas en la siguiente ecuacin (Afrouz, 1973 CIT Afrous, 1992).RQD (%) = Ax-By. DvDonde:Dv es el nmero total de discontinuidades por el metro cbico de la masa rocosa. El plano de discontinuidades no es perpendicular a la direccin de la tensin principal mxima.Los constantes A, B, x, y se relacionan con los factores conocidos anteriormente de tal manera que Ax es 105 a 120, y By es 2 a 12.En 1976, Pries and Hudson encontraron un valor para RQD, estimaron que se podra obtener del espaciamiento de la junta ( [juntas/metros]) usando medidas hechas en una muestra.RQD = 100 -0.l (0.l+l). (77)La ecuacin (77) es probablemente la manera ms simple de determinar RQD, cuando no hay ncleos disponibles. RQD puede tambin encontrarse del nmero de juntas/discontinuidades por unidad de volumen, Jv en la superficie de la roca. Palmstrom (1982) present una relacin para una masa libre de arcilla a lo largo de un tnel.RQD = 115-3.3 Jv Donde: Jv es conocido, es el clculo volumtrico de la junta y es la suma del nmero de juntas por unidad de longitud para todos los sistemas comunes en una masa libre de arcilla. Para Jv < 4.5, RQD = 100. Palmstrom (1996) sugiri un mtodo para alcanzar una mejor informacin de la superficie en vez de centros con taladros, aunque RQD es dependiente de la orientacin de la perforacin. en principio, este se basa en la medida del ngulo entre cada junta y la superficie o el agujero de taladro. La densidad cargada de la junta (d) est para las medidas en superficies de la roca.

Y para las medidas a lo largo de una lnea de la base o del centro del taladro

Donde es el ngulo de la interseccin, es decir, el ngulo entre el agujero observado del plano o de taladro y la junta individual. A es el tamao del rea observada en el m2. L es la longitud de la seccin medida a lo largo de la base o la lnea del centro, vase la figura 6.2.

Figura 6.2. a) interseccin entre base del corte y la junta. b) interseccin entre la junta y una superficie. 6.5 3. Desventajas de RQD.Segn Merritt (1972) el sistema RQD tiene limitaciones en las reas donde las juntas contienen rellenos de la arcilla. Los rellenos de arcillas reduciran la friccin de la junta y el RQD sera alto a pesar de que la roca es inestable. El RQD no es dependiente del grado. Hay una diferencia grande entre un tnel corto, estrecho comparado con un depsito de almacenaje grande del agua. Para las excavaciones con juntas grandes, el RQD tiene valor cuestionable. Este es, como mencionado por Douglas y otros (1999) inverosmil, que todos los defectos encontrados en las perforaciones son de significacin en la estabilidad de la masa de la roca.

3.2.4 GRADO DE LA ESTRUCTURA DE LA ROCA (RSR)Wickham y otros (1972) describieron un mtodo cuantitativo para describir la calidad de una masa rocosa y para seleccionar el refuerzo apropiado en lo bsico de su clasificacin del grado de la estructura (RSR) de la masa rocosa.La mayor parte de los antecedentes, utilizado en el desarrollo de este sistema, estaban para los tneles relativamente pequeos sostenidos por medio de los sistemas de acero, aunque este sistema fuera histricamente el primero para hacer referencia al refuerzo del shotcrete lanzado.La significacin del sistema de RSRA pesar de esta limitacin, vale examinar del sistema de RSR con cierto detalle puesto que demuestra la lgica implicada en desarrollar un sistema de clasificacin cuasi-cuantitativo de la masa rocosa.La significacin del sistema de RSR, en el contexto de esta discusin. Por eso introdujo el concepto de clasificar cada uno de los componentes enumerados abajo para llegar un valor numrico de:RSR=A+B+C.1. Parmetro A, geologa: valoracin general de la estructura geolgica en base a:a. Tipo origen (gneo de la roca, sedimentario y metamrfico).b. Dureza de la roca (duramente, medio, suave, descompuestos).c. Estructura geolgica (masiva, fracturada levemente/fallada, fracturada moderadamente/fallada, fracturada intensamente/fallada).Cuadro 4.1: Grado de la estructura de la roca: Parmetro A: geologa general del rea.Tipo basico de la rocaEstructura geologica

dura media suave descompuesta

igneas1234levementemoderadamente intensamente

metamorficas1234falladafalladafallada

sedimentarias2344masivaobservadaobservadaobservada

Type 1Type 2Type 3Type 43022159

2720138

2418127

1915106

2. Parmetro B, geometra: efecto de la discontinuidad principal con respecto a la direccin del eje del tnel en base a:a. Espaciamiento de juntas.b. Orientacin de juntas.c. Direccin del eje del tnel.Cuadro 4.2: Grado de la estructura de la roca: Parmetro B: de juntas principales, direccin del eje.Espaciamiento medio comn

Rumbo perpendicular al ejeRumbo paralelo al eje

Direccin de la fuerza. Direccin de la fuerza Cualquier direccin

Ambos. A favorEn contra

Impulso de juntas prominentes*fuerza de juntas prominentes.

Plano Inclinado Vertical inclinado Vertical Plano inclinadoJuntas

1. juntas muy cerradas, 4ft4043453740403834

3. Parmetro C: el efecto de la afluencia del agua subterrnea y las juntas condicionan en base a:a. Calidad total de la masa de la roca en base de A y de B combinados.b. Condicin comn (bueno, malo, pobre).c. Cantidad de afluencia del agua (en galones por minuto por 1000 pies del tnel).

Cuadro 4.3: Grado de la estructura de la roca: Parmetro C: agua subterranea, condicin de juntas.Afluencia anticipada del agua gpm/1000 ft del tnelSuma de los parmetros A+B

13-4445-75

Concicion de las juntas b

buenomediopobrebuenomediopobre

Ninguno221812252218

suave, 1000gpm1086181410

a Una inclinacin: plano: 0-20.inclinacion del 20-50 y de la vertical: 50-90 b condicin de juntas de b: buena=soldada o cementado; media=soldada resistido o alterado; pobre= resistido seriamente, alterado o abierto.Nota: que la clasificacin de RSR utiliz unidades imperiales y que estas unidades se han conservado en esta discusin.Tres tablas de wickham et als (1972) son producidos en tablas 4.1, 4.2 and 4.3. Estas tablas se pueden utilizar para evaluar el grado de cada uno de estos parmetros para llegar el RSR.

Drive with dip= seguir a favor de la perforacin.Drive against dip= seguir contra la perforacin.Por ejemplo, una roca metamrfica dura que se falla o se fractura levemente tiene un grado de A=22 (del cuadro 4.1),la masa rocosa es moderadamente junta, con juntas que se sueldan y son perpendicular al eje del tnel que est siendo llevado Este-Oeste, y inclinado en entre 20 y 50.El cuadro 4.2 da, el grado para B=24 para llevar con la inclinacin (definida en el bosquejo del margen).RSR=A+B+C=62.El valor de A+B=46 y esto significa que, por pruebas de condicin de juntas (resistida y alterada levemente) y una afluencia moderada del agua entre de 200 y 1000 galones por minuto. De el cuadro 4.3 da el grado para C=16. Por lo tanto, el valor final del grado RSR= A+B+C=62 de la estructura de la roca.Fig. 4.2: Esfuerzos estimados ara un 24 ft.(7.3m) de tuneles de dimetro circular. . Observar que los pernos de roca y el shotcrete lanzado estn utilizados generalmente junto. . (After Witckham et al 1972).

steel rib spacing- feet= espaciamineto de las cimbras de acero-pies.rockbolt spacing- feet= espaciamiento del perno de roca- pies.Shotcrete thickness= ancho del shotcrete-pulgadas.

Predicted support.( refuerzo previsto)Un sistema tpico de las curvas de prediccin para los 24 tneles del pie de dimetro se da en el cuadro 4.2 que demuestra que, para el valor RSR de 62 derivados arriba. El refuerzo prevista sera 2 pulgadas de shotcrete lanzado y de pernos de roca de 1 pulgada de dimetro espaciados en 5 pies del centro.Como se indica en la figura. Los sistemas de acero seran espaciados en ms de 7 pies aparte y no son considerados una solucin prctica para el refuerzo de este tnel.Tnel en una masa rocosa con RSR=30, para los mismos tamaos en una masa rocosa con RSR=30, el refuerzo se podra proporcionar por 8 WF 31 sistemas de acero (8 pulgadas de profundidad de par a par para una seccin que pesa 31libras/pie), espaciado 3 pies aparte, o por 5 pulgadas de shotcrete y pernos de roca con un dimetro de 1 pulgadas, separados a 2.5 pies del centro.En este caso es probable que la solucin determinada del acero sera ms barata y ms eficaz que el uso de pernos de roca y de shotcrete.Figura 4.2: RSR soporte estimado para 24 ft. (pies) (7.3m) tnel de dimetro circular. Nota: el shotcrete y el perno de roca son usados generalmente juntos.

El sistema de clasificacin de RSR.Aunque el sistema de clasificacin de RSR no sea ampliamente utilizado hoy, El trabajo de Wickham et al jug un papel significativo en el desarrollo de los esquemas de clasificacin discutidos en las secciones restantes de este captulo.3.3. Clasificacin geomcanica.Bieniawski (1976) public los detalles para la clasificacin de la masa rocosa llamada clasificacin geomecnica o sistema de grado del macizo rocoso (RMR).Durante los aos, este sistema ha sido sucesivamente remodelado mientras que se ha examinado ms casos y el lector debe ser consciente que Bieniawski ha realizado cambios significativos en los grados asignados a diversos parmetros.Seis parmetros. La discusin que sigue se basa sobre la versin de clasificacin de 1989 (Bieniawski, 1989).Esta versin y la versin de 1976 sern usados en el captulo 8 que se ocupa de calcular la fuerza de la masa rocosa. Despus, se utilizan seis parmetros para clasificar una masa rocosa usando el sistema RMR:1. resistencia a la compresin uniaxial del material rocoso.2. designacin cualitativa de la roca (RQD).3. espaciamiento de discontinuidades.4. condicin de las discontinuidades.5. condicin del agua subterrnea.6. orientacin de las discontinuidades. DIVISION DE LA MASA ROCOSA EN REGIONES ESTRUCTURALES.En la aplicacin de este sistema de clasificacin, la masa rocosa se divide en un nmero de regiones estructurales y cada regin se clasifica por separado. Los lmites de las regiones estructurales coinciden generalmente con una caracterstica estructural importante tal como una rotura o con un cambio en tipo de la roca. En algunos casos, cambios significativos en el espaciamiento de la discontinuidad o caractersticas, dentro del mismo tipo de la roca, es necesario la divisin de la masa rocosa en un nmero de pequeas regiones estructurales. PRESENTACION DEL RMR.El sistema de grado de la masa rocosa se presenta en tabla 4.4, dando los grados para cada uno o los seis parmetros enumerados arriba. Estos grados se suman para dar el valor RMR.El ejemplo siguiente ilustra el uso de estas tablas para llegar al valor de RMR.Tabla 4.4: Rock Mass Rating System (After Bieniawski 1989).A. clasificacin y rangos de valores

Parametro Rango de valores.

1Resistencia de la roca inalteradaIndice de carga puntual>10 MPa4-10>MPa2-4 MPa1-2 MPaPara esta escala tan baja se prefiere la prueba de la Resistencia a la compresin uniaxial.

Resist. a la compresion uniaxial>250MPa100-250 MPa50-100 MPa25-50 MPa5-25 MPa1-5 MPaSMR> 40Importantes 75 >SMR> 49Algunas

40 >SMR> 15Muy grandes55 >SMR> 40Muchas

CUADRO N31. FALLAS POR VUELCOCUADRO N32. FALLAS CIRCULARES (tipo suelo)

SMR >65NingunoSMR>30Ninguna

65 >SMR> 50Menores 30 >SMR> 10Posible

40 >SMR> 30Muy grandes

Todos los taludes con valores del SMR inferior a 20 se caen rpidamente. No se han encontrado taludes con valores del SMR inferiores a 10 que indica que son fsicamente factibles.USAR ROCK MASS CLASSIFICATION SYSTEMS (sistemas de clasificacin de la masa rocosa) Los dos sistemas mas usadas para la clasificacin de la masa rocosa son RMR de Bieniaski (1976, 1989) y Q de Barton y otros (1974). Ambos mtodos incorporan geolgico, geomtrico y diseo/ parmetros de la ingeniera para hallar el valor cuantitativo de la calidad e la masa rocosa. RMR utiliza fuerza compresiva directo mientras que Q considera solamente fuerza mientras que se relaciona con la tensin in situ en roca competente. Ambos esquemas se ocupan de la geologa y la geometra de la masa de la roca, obteniendo resultados levemente diferentes. Ambos consideran el agua subterrnea. Ambos incluyen un cierto componente de la fuerza material de la roca.

NDICE DE FUERZA DE GEOLOGYCAL (GSI)La fuerza de una masa rocosa unida depende de: Las caractersticas de los pedazos intactos de la roca. La libertad de estos pedazos a resbalar y a girar bajo condicin de una diversa tensin . Esta libertad es controlada por la forma geomtrica de los pedazos intactos de la roca como la pared y como la condicin de las superficies que separan los pedazos. Las superficies speras de la discontinuidad darn lugar a una masa mucho ms fuerte de la roca que una que contenga las partculas redondeadas rodeadas por el material fracturado y alterado. El ndice de fuerza geolgico (GSI), introducido por Hoek (1995) y Hoek, Kaiser y Bawden (1995) proporciona un sistema para estimar la REDUCCIN EN LA FUERZA DE LA MASA ROCOSA PARA LAS CONDICIONES GEOLGICAS DIFERENTES.

Blocky : buena unin en la masa rocosa no perturbada consistido por bloques cbicos formados por 3 sistemas de discontinuidades perpendiculares.Decreasing surface quality= disminucin de la calidad superficial.

VERY BLOCKY : macizo rocoso parcialmente alterado. Bloques en contacto de forma angular formados por cuatro o ms familias de discontinuidades

BLOCKY /DISTURBED: macizo alterado, plegado y fracturado con mltiples discontinuidades que forman bloques angulosos y con baja proporcin de finos.

DESINTEGRADO: macizo rocoso muy fracturado formado por bloques angulares y redondeados con alto contenido de finos.

6.19. NDICE DE FUERZA GEOLGICO (GSI)Hoek y otros, (1995) presentados el ndice de fuerza geolgico, ms completo a su criterio de falla de la roca generalizado y la manera de estimar los parmetros s, a y mb. Este GSI estima la reduccin de la fuerza de la masa rocosa para diversas condiciones geolgicas. Estos valores son presentados mas detalladamente en el apndice 2:1 (tabla A2:8, A2:10, A2:12, A2:13 y A2:14).Se muestra a tres maneras diferentes de calcular el GSI:1. Usando el grado de la masa rocosa para masas de roca de una mejor calidad (GSI>25)Para RMR76>18GSI= RMR76Para RMR89>23GSI= RMR89 -5

Para ambas versiones, las condiciones secas deben asumir (se asignan en un grado de 10 en RMR76 y un grado de 15 para RMR89) el parmetro del agua subterrnea en cada sistema de clasificacin. Adems, no se debe hacer ningn cambio en la orientacin de la junta (muy favorable), se deben determinar desde las condiciones del agua y la orientacin de la junta durante el anlisis de la masa rocosa (Hoek y otros, 1995). Hoek y Brown (1997) recomendaron que RMR se debe utilizar solamente para estimar GSI para masas rocosas de una mejor calidad (es decir para GSI>25 y los valores de RMR76> 18 y de RMR89>23). Para rocas de mala calidad, es difcil estimar RMR de la tabla proporcionada por Bieniaski (1976), Hoek et.al, (1995) sugirieron usar el sistema Q (Barton y. Al, 1974) en estas circunstancias, ver abajo:2. Usando el sistema Q (vase el captulo 6.10)Para todos los valores Q:GSI= 9lnQ+44Al hacer esto, el factor de reduccin de agua en la junta se reduce (Jw) y el factor de la reduccin de tensin (SRF) se deben fijar a 1. 3. Usando su propia clasificacin GSIHoek y Brown (1997) no recomendaron especficamente el uso del sistema Q; recomendaron usar directamente su propia clasificacin GSI, ver las figuras en el del apndice 2:1 (tabla A2: 8, A2: 10, A2: 12 y A2: 13) (Hoek et.al, 1995). Hoek y Brown (1997) dan la importancia de la realizacin que clasificacin en una masa rocosa que no deforme, e.g. voladura o excavacin descuidada.

Tabla A2: 8. La valoracin de los constantes para roca imperturbada (Hoek, Kaiser y Bawden, 1995).La valoracin para los constantes mb/ma, s, d, modulos de deformacionE, y la constante de Poisson v. Criterio de falla de Brown basado sobre la estructura de la masa de la roca y las condiciones superficiales de la discontinuidad, Observar que los valores dados en esta tabla estn son para una masa rocosa imperturbada.GENERALISED HOEK-BROWN CRITERION

= tensin eficaz principal de mayor importancia en la falla= tensin afectiva principal de menor importancia en la falla.= fuerza compresiva uniaxial de pedazos intactos de roca, s and a son los constantes que dependen de la composicin, de la estructura y de las condiciones superficiales de la masa rocosa.STRUCTURACONDICIN SUPERFICIALMUY BUENOSuperficies muy rugosas sin alterar BUENOSuperficies rugosas ligeramente alteradas, con ptinas de hierroMEDIOSuperficies suaves moderadamente alteradas.POBRE.Superficies de cizalla muy alteradas con rellenos compactos conteniendo fragmentos rocosos.MUY POBRE.Superficies de cizalla muy alteradas con rellenos arcillosos.

BLOQUE- macizo rocoso sin alterar, bloque en contacto de forma cubica formados por tres familias de discontinuidades ortogonales, sin relleno.mb/masaEvGSI0.600.1900.575,0000.2850.400.0620.540,0000.2750.260.0150.520,0000.25620.160.0030.59,0000.25480.080.00040.53,0000.2534

BLOQUE IRREGULAR- macizo rocoso parcialmente alterado. Bloques en contacto de forma angular formados por cuatro o ms familias de discontinuidades con rellenos con baja proporcin de finos. mb/masaEvGSI0.400.0620.540,0000.2750.290.0210.524,0000.25650.160.0030.59,0000.25480.110.0010.55,0000.25380.0700.532.5000.325

BLOQUES Y CAPAS- macizo alterado, plegado y fracturado con mltiples discontinuidades que forman bloques angulosos y con baja proporcin de finos.mb/masaEvGSI0.240.0120.518,0000.25600.170.0040.510,0000.25500.120.0010.56,0000.25400.0800.53,0000.3300.0600.552,0000.320

FRACTURACION INTENSA- macizo rocoso muy fracturado formado por bloques angulosos y redondeados con alto contenido de finos.mb/masaEvGSI0.170.0040.510,0000.25500.120.0010.56,0000.25400.0800.53,0000.3300.0600.552,0000.3200.0400.601,0000.310

Tabla A2:9 Caracterizacin simplificada de la masa rocosa.CARATERIZACION DEL MACIZO ROCOSO PARA ESTIMAR SU RESISTENCIABasndose en el aspecto de la roca elegir la categora que mejor describa las condiciones del macizo previo a la excavacin. Tener en cuenta que las voladuras pueden crear una impresin falsa sobre la calidad del macizo rocoso, en cuyo caso ser necesario realizar algn tipo de ajuste por daos debidos a voladuras; la observacin de testigos de sondeos y de frentes de roca en zonas afectada y no afectadas por voladuras pueden ser de ayuda. Para la definicin del grado de fracturacin debe considerarse la relacin entre el tamao del bloque y la dimensin del frente de excavacin.CONDICIN SUPERFICIALMUY BUENA.Superficies muy rugosas sin alterarBUENA.Superficies rugosas ligeramente alteradas, con ptinas de hierro.MEDIA.Superficies suaves moderadamente alteradas.POBRE.Superficies de cizalla muy alteradas con rellenos compactos conteniendo fragmentos rocosos.MUY POBRE.Superficies de cizalla muy alteradas con rellenos arcillosos.

ESTRUCTURA DISMINUCIN UNIN DE LOS PEDAZOS DE ROCA DISMINUCION DE LA CALIDAD SUPERFICIAL

BLOQUE- macizo rocoso sin alterar, bloque en contacto de forma cubica formados por tres familias de discontinuidades ortogonales, sin relleno.B/VGB/GB/FB/PB/VP

BLOQUE IRREGULAR- macizo rocoso parcialmente alterado. Bloques en contacto de forma angular formados por cuatro o ms familias de discontinuidades con rellenos con baja proporcin de finos.VB/VGVB/GVB/FVB/PVB/VP

BLOQUES Y CAPAS- macizo alterado, plegado y fracturado con mltiples discontinuidades que forman bloques angulosos y con baja proporcin de finos.BD/VGBD/GBD/FBD/PBD/VP

FRACTURACION INTENSA- macizo rocoso muy fracturado formado por bloques angulosos y redondeados con alto contenido de finos.D/VGD/GD/FD/PD/VP

Tabla A2:10. Estimacion de ndice geolgico de resistencia (GSI) (Hoek y Brown, 1997).INDICE DE RESITENCIA GEOLOGICO.

A partir de los cdigos que describen la estructura y las condiciones superficiales de la masa rocosa (tabla 4), escoger la tabla apropiada, estimar el valor medio del ndice de fuerza geolgico de los contornos. No intente ser demasiado exacto. Escogiendo un rango de GSi del 36 a 42 es ms realista que indicar un GSi=38.

CONDICIN SUPERFICIALMUY BUENA.Superficies muy rugosas sin alterarBUENA.Superficies rugosas ligeramente alteradas, con ptinas de hierro.MEDIA.Superficies suaves moderadamente alteradas.POBRE.Superficies de cizalla muy alteradas con rellenos compactos conteniendo fragmentos rocosos.MUY POBRE.Superficies de cizalla muy alteradas con rellenos arcillosos.

ESTRUCTURA DISMINUCIN UNIN DE LOS PEDAZOS DE ROCA DISMINUCION DE LA CALIDAD SUPERFICIAL

BLOQUE- macizo rocoso sin alterar, bloque en contacto de forma cubica formados por tres familias de discontinuidades ortogonales, sin relleno.80

70

BLOQUE IRREGULAR- macizo rocoso parcialmente alterado. Bloques en contacto de forma angular formados por cuatro o ms familias de discontinuidades con rellenos con baja proporcin de finos.

60

50

BLOQUES Y CAPAS- macizo alterado, plegado y fracturado con mltiples discontinuidades que forman bloques angulosos y con baja proporcin de finos.

40

30

FRACTURACION INTENSA- macizo rocoso muy fracturado formado por bloques angulosos y redondeados con alto contenido de finos.

20

10

Tabla A2: 11. Valores de mi para roca intacta, por grupo de roca (Hoek nad Karzulovie, 2001)Typo de rocaclasesgrupotextura

Grueso Medio Fino Muy fino

SEDIMENTARIASClasticasConglomerados(213)Brechas(195)Spastic

Grauwaca183

No clasticasCarbonatadasCaliza cristalizada (123)1092Dolomita93

EvaporitasYeso82Anidrita 122

Organicas Chalk 72

METAMORFICASNo folladasMrmol9 3Hornblende194

Cuarcita 203

Levemente folladasMagnesita (293)Amfibolita 266

Folladas *Gneiss285Esquisto 1237374

IGNEASPlutonicas Granite 323Diorite 255

Granodiorita 293

Gabro 273Norita 205165

Diabasa 155Perridotita255

Volcanicas Lava Ryolita 255Andesita 255

Basalto 255

PiroclsticaAglomeracin 193Brecha 195Tufo 135

Tabla A2: 12. Valoracin de GSI para las masas rocosa (Hoek & Karzulovic, 2001)Caracterizacin de las masas rocosa basadas en las partculas que se ensartan y en la condicin de la discontinuidad.NDICE DE FUERZA GEOLGICA PARA LAS ROCAS ARTICULADASDe una descripcin de la estructura y de las condiciones superficiales de la masa de la roca, escoger el cuadro correcto.Estimar el valor medio de GSi de los contornos. No intentar ser demasiado exacto. Dar valores a partir de 36 a 42 es ms realista que indicando que GSI=38 es importante reconocer que el criterio de Hoek-Brown se debe aplicar solamente a las masas de la roca donde el tamao de los bloques o de los pedazos del bloque pequeo se compara con el tamao de la excavacin considerada.Cuando el tamao de bloque individual es aproximadamente un cuarto del tamao de la excavacin, la futura excavacin ser sostenida y el criterio de Hoek-Brown no debe ser utilizado.CONDICIN SUPERFICIALMUY BUENA.Superficies muy rugosas sin alterarBUENA.Superficies rugosas ligeramente alteradas, con ptinas de hierro.MEDIA.Superficies suaves moderadamente alteradas.POBRE.Superficies de cizalla muy alteradas con rellenos compactos conteniendo fragmentos rocosos.MUY POBRE.Superficies de cizalla muy alteradas con rellenos arcillosos.

ESTRUCTURA DISMINUCIN UNIN DE LOS PEDAZOS DE ROCA

DISMINUCION DE LA CALIDAD SUPERFICIAL

INTACTO O MASIVO- no se encuentra foliacin y rara vez las discontinuidades extensamente espaciadas.90

N/AN/A

N/A

BLOQUE masa rocosa en forma cubica formada por la interseccin de tres discontinuidades 80

70 60

BUEN BLOQUE macizo rocoso parcialmente alterado. Bloques en contacto de forma angular formados por cuatro o ms familias de discontinuidades.

50

BLOQUE DISTURBADO- macizo alterado, plegado y fracturado con mltiples discontinuidades

40

30

DESINTEGRADO- poorly interlocked, roca altamente fractyrada con mezcla de fragmentos angulares y redondeados.

20

FOLIADA/LAMINADA-doblada y tectonicamente sin bloques, los esquistos prevalecen sobre otros. N/AN/A10

Tabla A2: 13. Valoracin de GSI para roca metamrfica esquistosa (Hoek y Karzulovic, 2001)Caracterizacin de la roca metamrfica basadas en la foliacin y la condicin de las discontinuidades.NDICE DE FUERZA GEOLGICa PARA LAS ROCAS METAMRFICAS ESQUISTOSAS.De la descripcin de la estructura y de las condiciones superficiales de la masa rocosa escoger los cuadros de entrada. Estimar el valor medio de GSI de los costados. No intentar ser demasiado exacto. Dar valores a partir de 36 a 42 es ms realista que indicando que GSI=38 es importante reconocer que el criterio de Hoek-Brown se debe aplicar solamente a las masas de la roca donde el tamao de los bloques o de los pedazos del bloque pequeo se compara con el tamao de la excavacin considerada.Cuando el tamao de bloque individual es aproximadamente un cuarto del tamao de la excavacin, la futura excavacin ser sostenida y el criterio de Hoek-Brown no debe ser utilizado.

CONDICIN SUPERFICIALMUY BUENA.Superficies muy rugosas sin alterarBUENA.Superficies rugosas ligeramente alteradas, con ptinas de hierro.MEDIA.Superficies suaves moderadamente alteradas.POBRE.Superficies de cizalla muy alteradas con rellenos compactos conteniendo fragmentos rocosos.MUY POBRE.Superficies de cizalla muy alteradas con rellenos arcillosos.

ESTRUCTURA DISMINUCIN UNIN DE LOS PEDAZOS DE ROCA

DISMINUCION DE LA CALIDAD SUPERFICIAL

INTACTO O MASIVO- no se encuentra foliacin y rara vez las discontinuidades extensamente espaciadas.90

N/AN/A

N/A

FOLIACION ESCASA- parcialmente fracturado, los bloques masivos prevalecen ante los bloques foliados. 80

70 60

FOLIACION MODERADA- la masa rocosa fracturada est formado bloques masivos y foliados en proporciones iguales.

50

FOLIADA- curvado y/o fracturada con bloques masivos ocasionales.

40

30

MUY FOLIADA curvada y/o descompuesta, fracturacin alta, formada solo por roca foliada.

20

DESCOMPUESTO/ESQUILADO- muy curvado y descompuesta, la masa rocosa tectnicamente esta disturbada.N/AN/A10

Tabla A2: 14. Valoracin de GSI segn el programa RocLab (Hoek, 2002)CONDICION SUPERFICIAL

MUY BUENOBUENOMEDIOPOBREMUY POBRE

ESTRUCTURA DISMINUCIN UNIN DE LOS PEDAZOS DE ROCA

DISMINUCION DE LA CALIDAD SUPERFICIAL

INTACTO O MASIVO- no se encuentra foliacin y rara vez las discontinuidades extensamente espaciadas.90

N/AN/A

N/A

BLOQUE masa rocosa en forma cubica formada por la interseccin de tres discontinuidades 80

70 60

BUEN BLOQUE macizo rocoso parcialmente alterado. Bloques en contacto de forma angular formados por cuatro o ms familias de discontinuidades.

50

BLOQUE DISTURBADO- macizo alterado, plegado y fracturado con mltiples discontinuidades

40

30

DESINTEGRADO- poorly interlocked, roca altamente fracturada con mezcla de fragmentos angulares y redondeados.

20

FOLIADA/LAMINADA-doblada y tectonicamente sin bloques, los esquistos prevalecen sobre otros. N/AN/A10

El objetivo del sistema GSI es determinar las caractersticas de la masa rocosa impertubada; caso contrario se deben volver a calcular los valores de GSI ms bajos obtenidos de tales localizaciones. Al usar una versin mas antigua que la edicin 2002, se debe levantar una fila en las tablas de GSI, si la cara de la roca intensamente daada. Al usar la edicin 2002, el valor de m y s se deben ajustar a un factor de disturbacin (D). Para los valores del factor de disturbacion en la edicin 2002, ver el apndice 2:1, tabla A2: 16.

Tabla A2: 16. Pautas para estimar el factor de disturbacion D (Hoek y otros, 2002).

HOEK-BORWN FAILURE CRITERION-2002 EDITION.ESTIMACION DEL FACTOR DE DISTURBANCIA D: La experiencia en el diseo de rampas en minas de socavn abierto muy largos han sido demostrado por el criterio de Hoek-Brown para resultados "in-situ" de masa rocosa no perturbado (D=0) estos resultados de las propiedades de la masa rocosa son muy satisfactorios. Los efectos de la carga pesada as como el alivio de tensin debido al retiro de la sobrecarga dan como resultado la deformacin dela masa rocosa. Se considera que las caractersticas totales disturbadas de la roca son ms apropiadas para estas masas rocosas.

Apariencia de la masa rocosaDescripcin de la masa rocosaValor sugerido para D

Excelente calidad de excavacin realizada por mquina perforadora, dando como resultado una mnima deformacin en la masa rocosa confinada que rodea el tnel.

D=0

Excavacin mecnica o manual en calidad de roca pobre (sin voladura) resulta una mnima deformacin alrededor de la masa rocosa.

Donde si se oprimen los problemas dan lugar a desplazamiento significativo del piso, la deformacin puede ser severa a menos que se invierta temporalmente, segn la fotografa.

D=0

D=0.5No invertido

Apariencia de la masa rocosaDescripcin de la masa rocosaValor sugerido para D

Voladura de calidad muy pobre en un tunel de roca dura resulta un dao severo, al extender 2 o 3m, en el contorno de la masa rocosa.

D=0.8

Voladura a pequea escala en rampas de ing. Civil resulta un dao moderado en la masa rocosa, particularmente en voladura controlada es usado como se muestra en la imagen de la izquierda, sin embargo, la liberacin de la presin da lugar a una cierta deformacin.

D=0.7Buena voladura.

D=1.0Voladura pobre.

Aspecto de la masa de la roca Descripcin de la masa de la roca Valor sugerido de D

La voladura en pequea escala en ingeniera civil resultan dainas para las pendientes de la masa rocosa, particularmente se debe controlar la voladura al usarlo en tipos de rocas como la imagen de la izquierda. Sin embargo, la liberacin de tensiones dan lugar a una cierta disturbacion.D = 0.7BUENA VOLADURA

D = 10VOLADURA POBRE

Las pendientes muy grandes en minas e tajo abierto sufren una alteracin significativa debido a la bastante voladura de produccin y tambin debido la liberacin de tensin de retiro de la sobrecarga. En algunas rocas ms suaves la excavacin puede ser realizada por capas dando como resultado una menor alteracin a las pendientes. D = 10Produccin de VoladuraD = 0.7 Excavacion mecnica

6.20 numero de masa rocosa (n) y grado de condicin de la roca (RCR).El nmero total de la roca, N, y el grado de la condicin de la roca, RCR, son versiones modificadas de:Sistema-Q y sistema-RMR, Ambos estos sistemas fueron propuestos en 1995 por Goel y otros el sistema de la tensin-N, sistema libre-Q, como puede ser visto por su definicin.N = [RQD / Jn] [Jr / Ja] [Jw]El sistema-RCR es el RMR si los grados para la fuerza compresiva para material de roca intacta y valores para la orientacin de la junta son:RCR = RMR-(Rating for Oc + valores de la orientacion de la junta)Los sistemas RCR y N fueron propuestos para encontrar una relacin entre el sistema Q y el sistema RMR. El sistema Q y el RMR son equivalentes si la orientacin de la junta y la fuerza de roca intacta no se consideran en el sistema RMR y el factor de la reduccin de tensin se ignora en el sistema Q (Goel, 1995). La correlacin fue obtenida por datos a partir de 63 casos y dando lugar a la siguiente ecuacin.RCR = 8 ln N + 30

UNA INTRODUCCIN CORTA AL NDICE DE LA MASA DE LA ROCA (RMI) Y A SUS USOSpor Arild Palmstrom, PhDUna edicin importante ha sido utilizada para los parmetros de RMi, los cuales tienen una gran importancia en la ingeniera. Los principios fundamentales para el valor RMi y los datos de entrada usados se demuestran en figuras 1 y 2.

Figura1: disposicin del ndice de la masa de la roca, RMi

Tamao y terminacin de la junta, dados como el valor (JL)Friccin de las caras del bloque, dada como junta. Factor de rugosidad (JR) y factor comn de la aberracin (JA).Fuerza de la roca intacta, dada como su fuerza compresiva uniaxial (Oc).Tamao del bloque Vb % dado en el m3.

Figura 2. Los parmetros principales de la masa rocosa se incluyen en el ndice de la masa rocosa, la cual representa aproximadamente la fuerza compresiva uniaxial de macizo rocoso. El RMi se basa en el principio que la junta que interseca una masa rocosa tiende a reducir su fuerza. Por lo tanto se expresa como RMi = Oc*JP. Muestras.JP= parmetro de junta, que expresa la reduccin en la fuerza de la roca intacta causada por la junta. Como se muestra el figura 1 que incorpora las caractersticas principales comunes en la masa rocosa. La expresin para JP fue encontrada usando el diagrama de la figura 3.

Figura3: los resultados partir de 8 pruebas de fuerza compresiva a gran escala o de clculos anteriores fueron utilizados para encontrar la expresin para el parmetro de junta, JP. Los datos encontrados para la muestra fueron trazados en el diagrama y las respectivas lneas para sus caractersticas, JC,el avance es como se muestra. Estas lneas representan la expresin para JP. Desafortunadamente, no se pudo obtener ms que los 8 resultados, aunque se contacto con muchas organizaciones y compaas.De la figura 3 el parmetro de junta fue encontrado como:JP = 0.2*)*VbDDonde D = 0.37*jC-0.2El diagrama en la figura 3 puede ser utilizado del hallar JP cuando Vb y el jC se hallan en observaciones de campo o se estiman de la descripcin del sitio. Los valores o los grados de las caractersticas de las juntas incorporadas en JP se demuestran en la tabla 1.Pues, RMi es una medida para la fuerza de una masa rocosa que puede servir en varios usos. El flujo se demuestra en la figura 4.Los parmetros de la entrada al criterio de falla de Hoek- Brown para las masas rocosas se pueden encontrar fcilmente usando el sistema MRi, entonces:S = JP2 mb = mi*JP0.64 para masas rocosas imperturbadas.mb = mi*JP0.857 para masas rocosas imperturbadas.Tabla 1. Parmetros de entrada al RMi.

Fuerza compresiva uniaxial, Oc de la roca intacta valor en ( MPa) encontrado de prueba de laboratorio (o asumido de las tablas del manual)

Volume del bloque, Vb Valor en m2medido directamente en el sitio (o estimado de centros de la perforacin)

Factor de condicion de la junta, jc jc= jRxjL/jA

FACTOR DE RUGOSIDAD DELA JUNTA (JR) (los grados del JR se basan (el JR) en el sistema Q).

(Los valores en negrita son similares al JR)Large scale waviness of joint plane

PlanarOndulacin suavecurvadaOndulacin fuerteFluido o ensanjado

Suavidad pequea de la superficie de la junta.Muy rugoso23466

rugoso1.5234.56

medio11.5234

pulido0.511.523

Para junta con relleno jR = 1 Para juntas irregulares, le valor de jR = 5 (sugerido)

En superficies ensanjadas los valores predicen un posible movimiento a lo largo de las delineaciones.

FACTOR DE ALTERACION DE LA JUNTA (JR) (los grados del JR se basan (el JR) en el sistema Q).

Contacto entre paredes de las juntasCarcter de lsa paredes de las juntascondicionContacto de pared

Juntas limpiasJunta soldada o curadaRelleno del cuarzo0.75

Paredes de la junta frescasNinguna capa o relleno. Excepto por la coloracin1

Paredes de las juntas alteradas1 grado alto de alteracion en la roca2

2 grado alto de alteracion en la roca4

Relleno suave de:Material fraccionadoArena, calcita del lgamo, etc. sin contenido de la arcilla.3

Material cohesionado Arcilla, clorita, talco, etc4

Contacto suave o ningn contacto entre paredes de las juntasRelleno de tipo contacto suave de la pared Relleno fino ( 30mMuy largo0.51

*) juntas discontinuas y rocas masivas **)se ven a menudo y se deben tratar por separado

fig. 4: Usos principales del ndice de la masa rocosa.

Ingeniera:Parte 1: desarrollo del ndice de la masa rocosa (RMi)Arild palmstromAbstracto: el ndice de la masa de la roca, RMi, se ha desarrollado para satisfacer la necesidad de una caracterizacin de la fuerza de las masas rocosas para el uso en la ingeniera de la roca y para el diseo. El mtodo da una medida de la reduccin de la fuerza de la roca intacta causada por discontinuidades un RMi =c que es la fuerza compresiva uniaxial de la roca intacta de muestras de 50 milmetros de dimetro, y JP es el parmetro de articulacin que es una medida q combina el tamao del bloque (o la intensidad de la articulacin) y de las caractersticas comunes como la rugosidad, alteracin y el tamao de la junta.Este documento describe el mtodo de determinar el RMi para una masa rocosa usando las observaciones de campo. La determinacin de un bloque equivalente en tamao es muy importante que se explica detalladamente. Se presentan varias reas del uso del RMi, entre otros para el diseo de ayuda de la roca. La discusin de estos usos ser desarrollada en la parte 2.El ndice de la masa de la roca, RMi, se ha desarrollado para determinar la fuerza de la masa rocosa para propsitos de construccin. Una parte importante ha sido utilizar los parmetros del RMi, que tienen gran importancia en ingeniera. Es discutido en la seccin 4.1.

Figura 1. Parmetros inherentes principales en la masa rocosa aplicados al RMi (del palmstrom, 1996).El RMi aplica solamente los parmetros intrnsecos de la masa rocosa vistos en la figura 1. El RMi se basa principalmente en la fuerza de reduccin de una roca causada por 1 de articulacin y expresada como:RMi =c * JPDonde el c = la fuerza compresiva uniaxial de la roca intacta medida en muestras de 50 milmetros.JP= el parmetro de junta que es un factor de reduccin que representa el tamao del bloque y la condicin de sus caras segn lo representado por sus caractersticas de friccin y el tamao de las juntas.La influencia de JP es usado en la calibracin de resultados de la prueba en masas rocosa en una escala similar a la de los trabajos tpicos de roca, se encontraron datos apropiados de solamente ocho pruebas del gran escala y solamente del anlisis anterior es que han sido utilizados para hallar la expresin matemtica siguiente: JP=0.2jC * VbD eq. (2)Donde Vb se da en m3 y D= 0.37 jC-0.2 que tiene los siguientes valores:para jC = 0.1 0.25 0.5 0.75 1 1.5 2 2.5 3 4 6 9 12 16 20

D = 0.586 0.488 0.425 0.392 0.37 0.341 0.322 0.308 0.297 0.28 0.259 0.238 0.225 0.213 0.203

Los valores de JP varan aproximadamente desde 0 para las rocas trituradas a 1 para la roca. La forma exponencial de la ecuacin anterior se da por la experiencia que los espaciamientos de las juntas tienen una distribucin estadstica exponencial como se muestra Baecher (1981).

La condicin para el factor de la junta se expresa como el jC = jL (jR/jA), La longitud de la junta, la rugosidad de la junta en la pared y la alteracin de la superficie de la junta; sus valores se muestran en la tabla 1 a 3. El factor jR y jA es similar al valor de la rugosidad de la junta (jR) y al valor de la alteracin de la junta (a) en el sistema Q. el factor del tamao de la junta y de la continuidad (jL) se ha introducido en el sistema RMi para representar el efecto de escala para las juntas.Lo ms comnmente posible es que, el factor de la condicin de la junta jC= 1 a 2; as el parmetro de la junta variar entre JP= 0.2 Vb 0.37 y JP= 0.28 Vb0.32, porque jC=1.75 y se puede expresar simplemente como:JP= 0.25 3 Vb Los efectos de escala estn generalmente implicados cuando el volumen ensayado en laboratorio se agranda con respecto al tamao de campo. De los valores descritos anteriormente, el RMi se introduce a las muestras grandes donde el efecto de escala tiene que ser incluido en JP. Para las rocas masivas, sin embargo, el efecto de escala para la fuerza compresiva uniaxial (c) no se ha explicado. Como el c se relaciona con el tamao de muestra de 50 milmetros. Segn las indicaciones de la figura 2, Barton (1990) sugiere de los datos presentados por Hoek y Brown (1980) y Wagner (1987), que la fuerza compresiva real para las grandes muestras de campo puede ser resuelta por:cf= c50(0.05/Db)0.2 = c 50 f eq. (3)Donde: c50= fuerza compresiva uniaxial para 50 mm de tamao de muestra.Db= dimetro de la muestra (m). f = (0.05/Db) 0.2 es el factor de posicionamiento para la fuerza compresiva.

Figura 2. Ecuaciones empricas del efecto de escala de la fuerza compresiva uniaxial (de Barton (1990), basado el fecha de Hoek y Brown, el an o 80 y Wagner, 1987)

eq. (3) es vlido para los dimetros de la muestra hasta algunos metros, y puede, por lo tanto, ser aplicado para rocas masivas segn lo indicado en la figura 2. El dimetro equivalente del bloque (Db) se puede encontrar con Db= 3 Vb o, en caso de que un sistema sea abultado en la junta, Db=S, donde S es el espaciamiento de ese sistema, si se sabe el factor de forma del bloque () (vase el apndice, secciones A5 y A6) el dimetro equivalente del bloque es:Db=(0/ ) 3 Vb =( 27/) 3 Vb eq.(4)Adems del factor de forma del bloque, el apndice da varios tipos de valores, que se pueden utilizar al estimar el volumen del bloque.

Tabla 1. Valores del factor de la rugosidad de la junta, (JR, hallado de la rugosidad y de la ondulacin (del palmstrom, 1995) (los grados del JR son similares al JR en el sistema Q).Suavidad de pequea escala de la superficie de la juntaOndulacin de gran escala del plano de la junta

planoOndulacin suaveFuerte ondulacionfluidoEnclavijado *)(gran escala)

Muy rugoso3467.59

Rugoso23456

Rugosidad suave1.52344.5

liso11.522.53

polished0.7511.522.5

pulido0.6-1.51-21.5-32-42.5-5

*) para los empalmes slickensided el valor del JR depende de la presencia y del aspecto de las estriaciones; el valor ms alto se utiliza para las estriaciones marcadas.

CONTACTO ENTRE LAS SUPERFICIES DE LA PARED DE LA ROCA

Termino Descripcin jA

Juntas limpias-juntas parchadas.- paredes frescas de la roca.- Alteracin de la pared de la junta.1 grado de alteracin2 grado de alteracinAblandando, relleno impermeable (cuarzo, epidotis, etc).Ninguna capa o relleno en superficie de la junta, a excepcin de la coloracin.

La superficie de la junta exhibe una alteracin ms alta que la roca.La superficie de la junta demuestra a dos clases de alteracin ms alta que la roca.0.751

24

Juntas con rellenoArena, calcita, etcArcilla , clorita, talco, etcCapa de materiales friccionados sin arcilla.Capa de minerales ablandados y cohesivos34

B. JUNTAS LLENADAS PARCIALMENTE O NINGUN CONTACTO ENTRE LA SUPERFICIE DE LA PARED DE LA ROCA

TIPO DE MATERIAL DE RELLENODESCRIPCIONCONTACTO PARCIAL DE LA PAREDjANINGUN CONTACTO DE LA PARED jA

- arena, lgamo, calcita etc.

- materiales condensados de arcilla.- materiales suaves de arcilla.- materiales de arcilla hinchadosRelleno sin arcilla de materiales friccionadosRelleno duro para materiales blandos y cohesivos. El material exhibe claros rasgos de hinchazn.4

6

88-128

10

1212-20

Tabla 3. Valores de tamao y continuidad de las juntas, jL, (del palmstrom, 1995).Longitud de juntaTermino Tipo jL

Juntas continuasJuntas discontinuas **)

30mMuy cortoCorto/pequeoMedianoLargoMuy largo partida de foliacinJuntaJuntaJuntaUnin*) o esquileo *)3210.750.56421.51

*) Ocurre a menudo como una sola discontinuidad, y debe ser tratado separadamente.**) Discontinuidad extrema de las juntas en roca masiva.

La figura 3 demuestra cmo los parmetros de las juntas (JP) se pueden encontrar del volumen y (Vb) del factor de la condicin de la junta (jC) del bloque. Segn las indicaciones de la parte superior izquierdo del diagrama, el valor volumtrico (Jv) para varios sistemas de la juntas (y/o las formas del bloque) se pueden utilizar reemplazando al volumen del bloque, tambin, el RQD puede ser utilizado, pero es incorrecto caracterizar la roca masiva o la roca altamente unida llevando a una calidad reducida de JP.

La clasificacin del RMi se presenta en la figura 4. Los valores numricos son raramente suficientes para caracterizar a un material complejo tal como una masa rocosa. Por lo tanto, los parmetros de RMi deben ir con descripciones suplementarias.Tabla 4. Clasificacin del RMi.(segn Palmstrom, 1995)Termino Valor RMi

Para RMirelacionado con la fuerza de la masa rocosa

Extremadamente bajoMuy bajoBajoModeradoAlto Muy altoExtremadamente altoExtremadamente dbil Muy dbilBebilMedioFuerteMuy fuerteExtremadamente fuerte100

Ejemplos:Ejemplo1: el volumen cel bloque se ha medido como Vb=0.003m3 (=3dm3). Segn lo dado en las tablas 1 a 3, el factor de condicin de la junta jC=0.75, determine: la superficie rugosa de la junta y las pequeas ondulaciones de la pared comn que da jR=3; las juntas revestidos de arcilla, i.e. jA=4, y los 3 -10m de largo, juntas continuas, que da jL=1Aplicando los valores para Vb y jC en lal figura 5, un valor de JP=0.02 se encuentra *). Con una fuerza compresiva de la roca c=150 MPa, el valor de RMi=0.02*150=3 (alto).*) Usar ecuacin (2) para jP=0.018 encontrado.Ejemplo 2. El volumen del bloque Vb=0.6m3. El factor de la condicin de la junta jC=2 is determinado de las tablas 1 y 3, basado en: Superficies lisas de la junta y paredes planas de las juntas que da jR=1; Junta fresca, jA=1, y 1-3m de longitud de las discontinuidads de las juntas, i.e jL=2.De la figura 5 el valor JP=0.25 encontrado. *) . Con una fueza compresiva c =50 MPa de la roca, el valor de RMi=12.5 (muy fuerte)*) JP=0.24 encontrado de la ecuacin (2).

4.2. LIMITACIONES Y BENEFICIOS DE RMi.Los beneficios del sistema RMi son: el RMi dar mejores resultados en el uso de los datos de entrada geolgicos, alcanzado principalmente por su uso sistemtico de los parmetros bien definidos en los cuales el carcter tridimensional de las masas rocosas es representado por el volumen del bloque. el RMi se puede utilizar fcilmente para los clculos aproximados cuando se tiene informacin limitada de las condiciones del terreno. el RMi ofrece un escenario conveniente para uso en la ingeniera. el RMi est bien adaptado para las comparaciones y el intercambio de valores entre diversas localizaciones. El sistema RMi cubre una amplia gama de variaciones de las masas rocosas.Finalmente, el sistema para caracterizar la geometra del bloque (volumen, factor de forma, ngulos) puede ser de uso en modelos numricos.Figura 4. La principal aplicacin de RMi en ingeniera geolgica (por Palmstrom, 1995)

Traducido por: Brego1