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Sesión 5Sesión 5

Introducción al diseño de Introducción al diseño de aberturas aberturas

Ing. Abdel A. ARROYO AGUILARIng. Abdel A. ARROYO AGUILAR

DimensionamientoDimensionamiento de de unaunaaberturaabertura

GEOMECANICOS (estabilidad)

OPERATIVOS (equipos)

SEGURIDAD (Ventilación)

ECONÓMICOS (Costos)4.5 m

Spanabertura

4.5 m

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RQD: Rock Quality DesignationRQD: Rock Quality Designation

0 – 25 % Muy Malo 0 25 % Muy Malo

25 – 50 % Malo

50 – 75 % Regular

75 – 90 % Bueno

90 – 100 % Muy BuenoUtilizando el sistema RQD tenemos una indicación de la calidad de la

roca en el área de la muestra, la existencia de fallas, fracturas presentes y de las fuerzas presente en la roca.

Formula alternativa (cuando no hay sondeos):RQD = 115 - 3.3 JvJv : numero de juntas identificadas en el macizo rocoso por m3

RQD: Rock Quality DesignationRQD: Rock Quality Designation

Formula alternativa (cuando no hay sondeos):RQD = 115 - 3.3 JvJv : numero de juntas identificadas en el macizo rocoso por m3

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67%

2.5 años

EstimaciónEstimación del del sostenmientosostenmiento usandousandoel RQDel RQD: Rock Quality Designation: Rock Quality Designation

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RMR: Rock Mass Rating RMR: Rock Mass Rating (Bieniawski, 1976 (Bieniawski, 1976 –– 1989)1989)Clasificación del maciso rocosoClasificación del maciso rocoso

Combina 6 factores asignándoles puntajes:Combina 6 factores asignándoles puntajes:1.1. Resistencia a la compresión uniaxialResistencia a la compresión uniaxial

a.a. LaboratorioLaboratoriob.b. Ensayo de carga puntual en terrenoEnsayo de carga puntual en terreno

2.2. RQD: % de recuperación de testigo de largo > 2 veces RQD: % de recuperación de testigo de largo > 2 veces el diámetroel diámetro

3.3. Espaciamiento de discontinuidades (se mide en Espaciamiento de discontinuidades (se mide en testigos)testigos)a.a. Se asume que la roca tiene 3 conjuntos de fracturasSe asume que la roca tiene 3 conjuntos de fracturasb.b. Se utiliza el sistema más relevanteSe utiliza el sistema más relevante

RMRRMR

4.4. Condición de discontinuidadesCondición de discontinuidadesa.a. Descripción de “aspereza” de la superficieDescripción de “aspereza” de la superficieb.b. Material de rellenoMaterial de rellenoc.c. Usar el más liso y desfavorableUsar el más liso y desfavorable

5.5. Aguas subterráneasAguas subterráneasa.a. Flujo de agua en excavación subterránea (si está Flujo de agua en excavación subterránea (si está

disponible)disponible)b.b. Presión de agua en discontinuidadesPresión de agua en discontinuidadescc Se puede usar también el testigoSe puede usar también el testigoc.c. Se puede usar también el testigoSe puede usar también el testigo

6.6. Orientación de discontinuidadesOrientación de discontinuidadesa.a. Depende de aplicaciónDepende de aplicaciónb.b. No es fácil de determinarNo es fácil de determinar

i.i. Cámaras en sondajesCámaras en sondajesii.ii. Mapeo de piquesMapeo de piques

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EjemploEjemplo Túnel en granito levemente meteorizado con un Túnel en granito levemente meteorizado con un

set de discontinuidad principal con inclinación set de discontinuidad principal con inclinación 60º contra la dirección del túnel. 60º contra la dirección del túnel.

Ensayo de carga puntual entrega valores de 8 Ensayo de carga puntual entrega valores de 8 MPa y un RQD promedio de 70%. MPa y un RQD promedio de 70%. Discontinuidades son levemente ásperas y Discontinuidades son levemente ásperas y levemente alteradas con una separación de levemente alteradas con una separación de menos de 1 mm. Están espaciadas cada 300 menos de 1 mm. Están espaciadas cada 300 mm. Se anticipa la presencia de agua durante la mm. Se anticipa la presencia de agua durante la construcción del túnel. construcción del túnel.

ValoraciónValoración

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SMR: SMR: SLOP MASS RATINGSLOP MASS RATING

Romana (1985) propuso un sistema de clasificación geomecánica de taludes rocosos denominado Slope Mass Rating (SMR)Rating (SMR).

SMR incluye cuatro factores de ajuste:Factor de ajuste de las juntas•F1: depende del paralelismo entre el rumbo de las juntas y de la cara del talud.•F2: depende del buzamiento de la junta en la rotura plana.F3 fl j l l ió t l b i t d l j t l•F3: refleja la relación entre los buzamientos de la junta y el

talud.•Factor de ajuste según el método de excavación•F4: establecido empíricamente

SMR = RMR - (F1 × F2 × F3 ) + F4

SMR: SMR: SLOP MASS RATINGSLOP MASS RATING

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Valoración SMR: Valoración SMR: SLOP MASS RATINGSLOP MASS RATING

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Hutchinson and Hutchinson and DiederichsDiederichs, 1996, 1996

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Q: Q: Rock Tunneling Quality Index Rock Tunneling Quality Index (Barton et al., 1974)(Barton et al., 1974) ConCon elel finfin dede entregarentregar recomendacionesrecomendaciones enen lala construcciónconstrucción dede

túnelestúneles (principalmente,(principalmente, enen obrasobras civiles),civiles), sese desarrollódesarrolló esteeste índiceíndice.. QQíí ll l ít il ít i dd 00 001001 10001000varíavaría enen escalaescala logarítmicalogarítmica dede 00..001001--10001000

QQ

Además, las razones que participan en la expresión Además, las razones que participan en la expresión de Q, pueden también interpretarse:de Q, pueden también interpretarse:–– (RQD / Jn) (RQD / Jn) mide tamaño de bloquesmide tamaño de bloques–– (Jr / Ja) (Jr / Ja) rugosidad y fricción de discontinuidades rugosidad y fricción de discontinuidades

(resistencia al cizalle entre bloques)(resistencia al cizalle entre bloques)–– (Jw / SRF) (Jw / SRF) parámetros de esfuerzosparámetros de esfuerzos

Existe una fórmula empírica que correlaciona Q con Existe una fórmula empírica que correlaciona Q con el RMR. Ésta relación fue propuesta por Bieniawski:el RMR. Ésta relación fue propuesta por Bieniawski:

RMR = 9 ln Q +44 Bieniawski (1976)

RMR = 13.5 log Q + 43 Rutledge (1978)

Todos estos métodos pueden usarse para Todos estos métodos pueden usarse para determinar la estabilidad de las excavaciones y determinar la estabilidad de las excavaciones y definir la fortificación necesariadefinir la fortificación necesaria

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Relaciones entre Q y RMRRelaciones entre Q y RMR

Valoración QValoración Q

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QQ Q puede usarse para definir requerimientos Q puede usarse para definir requerimientos

de fortificación: Para ello, es necesario de fortificación: Para ello, es necesario ,,conocer adicionalmente:conocer adicionalmente:–– La luz, diámetro o altura de la excavaciónLa luz, diámetro o altura de la excavación–– El ESR (Excavation Support Ratio)El ESR (Excavation Support Ratio)

El valor de ESR puede obtenerse de la tabla El valor de ESR puede obtenerse de la tabla siguiente y depende de la vida y uso que sesiguiente y depende de la vida y uso que sesiguiente y depende de la vida y uso que se siguiente y depende de la vida y uso que se le dará a la excavación. Una vez le dará a la excavación. Una vez determinado el ESR y la luz de la determinado el ESR y la luz de la excavación, se puede, con la ayuda del excavación, se puede, con la ayuda del valor de Q, determinar el requerimiento de valor de Q, determinar el requerimiento de soporte.soporte.

Q Q -- ESRESR

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Q Q –– ESR (Fortificación)ESR (Fortificación)

2.5

Evaluar mediante modelos Evaluar mediante modelos matemáticosmatemáticos

Las aberturas diseñadas mediante Las aberturas diseñadas mediante metodosmetodosempiricosempiricos, se deberá analizar mediante , se deberá analizar mediante modelos modelos matematicosmatematicos ((softwaressoftwares))

Se deberá calibrar el modelo con los Se deberá calibrar el modelo con los resultados obtenidos. resultados obtenidos.

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