Mapeo de celdas GeotécnicasObjetivo del mapeo geotécnico
Descripción y caracterización del macizo rocoso, mediante la obtención de una serie de parámetros geotécnicos, sobre los que cuales se aplican las clasificaciones geomecánicas: Bieniawski, Laubscher, Q de Barton, etc.
La obtención de los parámetros debe realizarse de forma sistematizada, usando una terminología estandarizada y usando una secuencia lógica, de forma de no omitirse ninguna información básica.
Pasos
División del macizo en zonas más o menos homogéneas, a partir de criterios litológicos, estructurales, etc. En estas zonas deben mantenerse constantes las propiedades del macizo. La celda debe tener, en general, entre 5 y 15m y ser representativa del sector estudiado, de ese modo se puede caracterizar rápidamente un sector con un número limitado de celdas.
Pasos
Descripción de las características generales, ubicación, etc.
Toma de Parámetros Geotécnicos, los cuales se pueden dividir en 3 tipos:
Parámetros que describen la matriz rocosa.
Parámetros que describen discontinuidades.
Formato de Mapeo
Resistencia de la Roca Intacta IRS (ISRM 1982)
Nota: Los grados S1 a S6 se aplican a suelos cohesivos, por ejemplo arcillas, arcillas limosas y combinaciones de limos y arcillas con arena, generalmente de bajo drenaje. La resistencia de la pared de las discontinuidades generalmente se caracterizarán por grados R0 a R6 (roca), mientras S1 a S6 (arcilla) se aplicarán normalmente a los rellenos de las discontinuidades
Grado
Descripción
S1
<0,025
S2
0,025-0,05
S3
Arcilla Firme
Puede ser penetrada varias pulgadas con el pulgar, con esfuerzo moderado.
0,05-0,10
S4
Arcilla Rígida
Fácilmente marcada por el pulgar, solamente puede ser penetrada con gran esfuerzo.
0,10-0,25
S5
0,25-0,50
S6
>0,50
R0
Roca Muy Débil
Se disgrega por un golpe fuerte de la punta del martillo geológico, puede ser escarbada por el cortaplumas.
1,0-5,0
R2
Roca Débil
Puede ser escarbada por el cortaplumas con dificultad, se deforma o disgrega por un fuerte golpe de la punta del martillo.
5,0-25
R3
Roca Medianamente Fuerte
No puede ser escarbada o disgregada por una cortaplumas, la muestra se fractura con un solo golpe firme del martillo geológico.
25-50
R4
Roca Fuerte
La muestra requiere más de un golpe del martillo geológico para ser fracturada.
50-100
R5
Roca Muy Fuerte
La muestra requiere de muchos golpes del martillo geológico para ser fracturada.
100-250
R6
La muestra solo puede ser astillada con el martillo geológico.
>250
Martillo de Schmidt
Este ensayo permite estimar de forma aproximada la resistencia a compresión simple de la matriz rocosa.
Para la realización del ensayo, se debe limpiar la zona a ensayar, que debe estar limpia de fisuras o grietas, eliminado la pátina de roca meteorizada. El martillo debe colocarse de forma perpendicular a la pared. Se deben realizar 10 medidas, de las cuales se eliminan las 5 más bajas. El resto de valores promedian y se correlacionan mediante un ábaco c.
Descripción de las Discontinuidades
Las discontinuidades son las que dan al macizo rocoso su carácter discontinuo y anisótropo, haciéndolos más deformables y débiles. Además representan planos preferentes de alteración, meteorización, fractura y permiten el paso del agua. Se deben tener en cuenta las estructuras abiertas descartando las que lo han sido por efecto de la tronadura. Las estructuras como algunos tipos de vetas sellados, se consideran como parte de la matriz de la roca (para efecto de la clasificación geomecánica)
Se debe distinguir entre:
-Discontinuidades Sistemáticas: son las que aparecen en familias (diaclasas, planos de estratificación, esquistosidad,etc.) y dan forma a los bloques en los que se fractura el macizo.
-Discontinuidades Singulares: las que aparecen aisladas y suelen ser más continuas y persistentes (fallas, diques, discordancias, etc.)
Los parámetros a medir son los siguientes:
Tipo: Se usarán los siguientes códigos:
-E: Estratificación regular en rocas sedimentarias.
-C: Contacto, superficie de contacto entre dos tipos de roca.
-F: Falla, superficie de ruptura y/o fragmentación a lo largo de la cual ha habido
desplazamiento.
-D: Dique, fractura en la roca con relleno mayor que 5 cm. El relleno puede tener diferente litología.
-J: Diaclasa, fractura en la masa rocosa, en la cual no ha habido desplazamiento. Normalmente con escaso o sin relleno.
-S: Superficie de corte sin magnitud de desplazamiento reconocible. Puede reconocerse
por superficies pulimentadas o estriadas.
-U: Superficie erosionada subyacente a roca sedimentaria o ígnea.
-V: Fractura en la roca con un relleno de menos de 5 cm. De espesor
-PD: Pebble dyke
Orientación: La orientación de las estructuras define la forma del bloque formado y su orientación relativa. Su orientación relativa con respecto a una labor puede hacer que esta sea estable o inestable.
-Dip: Manteo, ángulo que forma con la horizontal la línea de máxima pendiente del plano elegido como representativo del set.
-Dipdir: dirección de manteo, ángulo que forma con el Norte geográfico, la proyección en la horizontal de la línea de máxima pendiente del plano.
Espaciamiento: El espaciamiento condiciona el tamaño de los bloques. Es la medida de la separación entre dos discontinuidades adyacentes, pertenecientes a un mismo set, tomada perpendicularmente a la superficie de la discontinuidad. Se distingue entre;
Espaciamiento mínimo
Espaciamiento máximo
Espaciamiento medio, se calcula dividiendo la longitud observada (perpendicular al set) por el número se estructuras observadas en esa longitud. El inverso de este valor es el FF, Frecuencia de Fracturas o nº de fracturas por metro
Persistencia: Es su extensión superficial, medida por su longitud según el rumbo del plano y según su manteo. Las familias más continuas serán las que condicionen los planos de rotura del macizo rocoso. También se debe indicar el tipo de terminación (estructura, roca, fuera de la celda, etc)
Rugosidad: Se evalúan tanto la ondulación de las superficies de discontinuidad, (varios metros) como las irregularidades a pequeña escala (10 a 20 cm)
RUGOSIDAD A GRAN ESCALA
Rugosidad a Pequeña Escala (JRC) Barton and Choubey (1977)
Alteración de la pared: Se considera la alteración de la pared de la discontinuidad relativa a la observada para la matriz rocosa.
(1) Menor: La alteración de la pared es más débil que la de la roca. La roca está más alterada, que las paredes de la discontinuidad.
(2) Igual: La alteración de la pared es de igual que la de la roca
(3) Mayor: La alteración de la pared es más fuerte que la de la roca
Relleno: Su caracterización debe incluir el espesor, tipo y resistencia.
Espesor: Se mide el espesor del relleno típico del set analizado.
Tipo: Se indica el tipo o mineralogía que constituye el relleno típico del set, si son varios, se indican de mayor a menor importancia.
Resistencia: Se caracteriza la resistencia del tipo de relleno más débil observado. Para ello se usa la misma tabla que se ocupa para la estimación del IRS.
Parámetros del Macizo Rocoso
Meteorización
La meteorización agrupa a aquellos procesos que provocan la disgregación física y descomposición química de las rocas, condicionando sus propiedades geomecánicas. El principal agente de meteorización son las condiciones climáticas. En el caso de los yacimientos mineros, la alteración de origen hipógena igualmente puede provocar una degradación de la roca, que se traduce en aumento de la porosidad, permeabilidad y deformabilidad del material, a la vez que disminuye su resistencia. La evaluación del Grado de Meteorización se evalúa según la siguiente tabla.
Evaluación del Grado de
Tamaño de bloque y grado de fracturamiento
El tamaño de los bloques se evalúa mediante el parámetro Jv, que representa el número total de discontinuidades que interceptan una unidad de volumen. El valor del Jv se determina contando las discontinuidades de cada familia que interceptan una longitud determinada, midiendo perpendicularmente a los planos de cada una de las familias. Para un macizo con 3 familias de discontinuidades:
Jv = (nºJ1/L1) + (nºJ2/L2) + (nºJ3/L3) ó
Jv= FFJ1+FFJ2+FFJ3
Tamaño de bloque y grado de fracturamiento
El valor del Jv, se relaciona con el tamaño de los bloques según la siguiente tabla (ISRM 1981), los valores mayores de 60 corresponden a un macizo rocoso brechizado
Descripción
Tamaño de bloque y grado de fracturamiento
El fracturamiento del macizo rocoso está definida por el número y espaciado de las discontinuidades abiertas (las cerradas afectan al IRS, castigándolo o mejorándolo).
El grado de fracturamiento, se expresa mediante el valor del índice RQD, definido en sondajes como el porcentaje de fragmentos mayores a 10 cm existentes en la longitud del tramo considerado. Para la estimación del RQD, se deben considerar solo los fragmentos de testigo de material que no presentan meteorización o alteración importante (excluyéndose los que presenten meteorización IV, V o VI, para los que se considera RQD=0%).
Tamaño de bloque y grado de fracturamiento.
En afloramientos, el RQD puede estimarse mediante correlaciones empíricas, como la de Palmstron 1975 (en ISRM, 1981):
RQD = 115 – 3,3*Jv para Jv > 4,5
RQD = 100 para Jv<= 4,5
Criterio de Hoek & Brown (GSI)
El GSI o Índice Geológico de Resistencia, es un índice que evalúa la calidad del macizo en función del grado y las características de la fracturación, estructura geológica, tamaño de los bloques y alteración de las discontinuidades. Para determinar el GSI se evalúan visualmente dos parámetros geológico-geotécnicos, que corresponden a la “Estructura del Macizo Rocoso” y “Condición de las Discontinuidades”. La intersección de esos parámetros, da el valor del GSI.
Para macizos de calidad media a buena (GSI>=25) este índice puede obtenerse directamente a`partir del RMR
GSI = RMR (Bieniawski 76)
Criterio de Hoek & Brown
Daño por tronadura
70
60
50
40
30
20
DESINTEGRADO
(DISINTEGRATED)
QUEBRADO
ANGULOSOS Y TAMBIÉN REDONDEADOS
SETS DE ESTRUCTURAS.
MADO POR TROZOS O BLOQUES DE ROCA TRABADOS
,
FRACTURADO EN BLOQUES
O BLOQUES DE ROCA BIEN TRABADOS,
DE FORMA CÚBICA Y DEFINIDOS POR TRES
SETS DE ESTRUCTURAS,ORTOGONALES ENTRE SÍ.
ESTRUCTURA DEL MACIZO ROCOSO
ni de alteración)
REGULARSuperficies lisas, cajas moderadamente
intemperizadas
y/o
arcillosos firmesMUY MALA
intemperizadas
CONDICION DE LAS DISCONTINUIDADES
INDICE GEOLOGICO DE RESISTENCIA
estructura del macizo rocoso y la condición de las
discontinuidades, seleccione el cuadro apropiado
en esta tabla. Estime el valor típico del Indice
Geológico de Resistencia, GSI, de los contornos
que muestra la tabla. No trate de obtener un
mayor grado de precisión. Indicar un rango de
valores para GSI, por ejemplo de 36 a 42, es
más realista que indicar un único valor, por
ejemplo 38.
DE ROCA INTACTA, CON ESCASAS DISCONTINUI-
DADES AMPLIAMENTE ESPACIADAS
CIA DE FOLIACIONES O LAMINACIONES FINAS.
ESQUISTOCIDADES POCO ESPACIADAS QUE PREDO-
MINAN SOBRE OTROS JUEGOS DE DISCONTINUIDADES,
RESULTANDO UNA COMPLETA AUSENCIA DE BLOQUES
N/DN/D
S/F
S/PS/VP
D/VG
D/G
D/FD/P
D/VP
BD/VGBD/GBD/F
BD/PBD/VP
B/VG
B/GB/FB/PB/VP
VB/VGVB/GVB/FVB/PVB/VP
I/VG
I/G
Grado
Descripción
puño.
<0,025
S2
pulg
ar.
0,025
pulgar, con esfuerzo moderado.
0,10
0,25
>0,50
R0
Roca
Extremadamente
Débil
Se disgrega por un golpe fuerte de la punta del
martillo geológico, puede ser escar
bada por el
dificultad, se deforma o disgrega por un fuerte
golpe de la punta del martillo.
5,0
corta
golpe firme del martillo geológico.
25
martillo geológico para ser fracturada.
50
martill
100
martillo geológico.
-Seco: Las paredes se encuentran secas, sin filtraciones detectables.
-Húmedo: se nota humedad al tacto, no hay goteo.
-Presión moderada de agua: filtraciones de entre 25 a 125 l/min. Goteo de las paredes.
-Presión alta de agua: filtraciones mayores a 125 l/min. Flujo de agua continuo.
TERMINODESCRIPCION GRADO
Roca Fresca
No presenta signos visibles de meteorización en la roca: tal vez una leve
decoloración en las superficies de las discontinuidades mayores.
I
Levemente
Meteorizada
La decoloración indica meteorización de la roca y en las superficies de las
discontinuidades. La roca en su totalidad puede estar decolorada por la
meteorización y puede estar externamente algo más débil, que en su
condición fresca.
II
Moderadamente
Meteorizada
Menos de la mitad de la roca esta descompuesta y/o desintegrada como un
suelo. La roca fresca o decolorada se puede presentar como colpas o
testigos continuos.
III
Muy
Meteorizada
Más de la mitad de la roca esta descompuesta y/o desintegrada como un
suelo. La roca fresca o decolorada se puede presentar como colpas o
testigos discontinuos.
IV
Completamente
Meteorizada
Toda la roca esta descompuesta y/o desintegrada como un suelo. La
estructura original del macizo aún se mantiene en gran parte intacta.
V
Suelo Residual
Toda la roca está convertida como suelo. La estructura del macizo y la
fábrica del material están destruidas. Existe un gran cambio de volumen,
sin embargo el suelo no ha sido transportado significativamente.
VI
NIVELES DE DAÑOS PRODUCIDOS POR VOLADURAS EN TALUDES ROCOSOS (Ashby, 1980)
NIVEL
DE
JUNTAS
CONDICIONES DE EXCA-
Excavación no practicable.
vadora en el frente en forma-
ciones blandas.
Señales de penetración de los
MODERADOS
dientes, pero excavación dificil
Pequeños descostramientos