5.3. Clasificaciones geomecánicas

TEMA 5
5.3. Clasificaciones geomecánicas
Características y objetivos:
• proporcionar una evaluación geomecánica global
del macizo rocoso a partir de observaciones en el
campo y ensayos sencillos
• estimación de la calidad del macizo rocoso y de los
parámetros de resistencia
Æ cohesión y ángulo de fricción
• definir las necesidades de sostenimientos
Metodología general:
• se intenta dividir el macizo en grupos de
comportamiento similar
Clasificaciones existentes:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
R. Q. D.
R. M. R. (Bieniawski)
S. M. R. (Romana)
Q (Barton et al.)
Terzaghi
GSI (Hoek & Brown)
R. S. R. (Wickham et al.)
Protodyakonov
Lauffer
Louis
Marcel Hürlimann
TEMA 5
Índice de calidad de las rocas, RQD
“rock quality designation” Deree et al. (1967)
• Se basa en la recuperación modificada de un testigo
(El porcentaje de la recuperación del testigo de un sondeo)
• Depende indirectamente del número de fracturas y del grado
de la alteración del macizo rocoso
¾ Se cuenta solamente fragmentos iguales o superiores a 100 mm de
longitud.
¾ El diámetro del testigo tiene que ser igual o superior a 57.4 mm y
tiene que ser perforado con un doble tubo de extracción de testigo.
RQD =
Σ(longitud_fragmentos_ ≥ 10cm)
x100
longitud_total_perforada
RQD (%)
Calidad de roca
< 25
25 - 50
50 - 75
75 - 90
90 - 100
muy mala
mala
regular
buena
excelente
Ejemplos:
RQD = 100
RQD < 100
Î Formula alternativa (cuando no hay sondeos):
RQD = 115 – 3.3Jv para Jv > 4.5
RQD = 100 para Jv ≤ 4.5
Jv : numero de juntas identificadas en el macizo rocoso por m3
Marcel Hürlimann
TEMA 5
Marcel Hürlimann
TEMA 5
Clasificación de Bieniawski (R.M.R.)
“rock mass rating”
Z. T. Bieniawski (1979)
Se valora una serie de parámetros:
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
Resistencia del material intacto
valor máximo = 15
(ensayo carga puntual o compresión simple)
R.Q.D.
valor máximo = 20
Distancia entre las discontinuidades
valor máximo = 20
Condición de las discontinuidades
valor máximo = 30
Agua subterránea
valor máximo = 15
RMR = (1) + (2) + (3) + (4) + (5)
Clasificación de RMR (oscila entre 0 y 100):
Clase
Calidad de roca
RMR
I
II
III
IV
V
muy buena
buena
regular
mala
muy mala
81 – 100
61 – 80
41 – 60
21 – 40
0 - 20
Relación entre RMR y propiedades geomecánicas
Clase
Calidad
RMR
Cohesión
(kPa)
Angulo de fricción
( º)
I
II
III
IV
V
muy buena
buena
regular
mala
muy mala
81 – 100
61 – 80
41 – 60
21 – 40
0 - 20
> 400
300 – 400
200 – 300
100 – 200
< 100
> 45
35 – 45
25 – 35
15 – 25
< 15
Marcel Hürlimann
TEMA 5
Paràmetres del Rock Mass Rating (Bieniawski, 1979)
Paràmetre
1
2
3
Resistència Índex de
de la
càrrega
roca intacta puntual
Resistència a
compressió
simple
valor
Qualitat del testimoni
RQD
valor
Espaiat de les
discontinuïtats
valor
Estat de les
discontinuïtats
4
5
valor
Flux per 10 m
de túnel
Aigua
Relació
subterràn Paigua/P
ia
principal
Condicions
Generals
valor
Rang de valors
> 10 MPa
4-10 MPa
2-4 MPa
1-2 MPa
> 250 MPa
100-250 MPa
50-100 MPa
25-50 MPa
5-25
MPa
1-5
MPa
<1
MPa
15
90-100%
12
75-90%
7
50-75%
4
25-50%
2
1
<25%
0
20
> 2m
17
0,6-2 m
13
0,2-0,6 m
8
6-20 cm
3
< 6 cm
20
Superfícies molt
rugoses
No contínues
Paret inalterada
15
Superfícies
lleument rugoses
Separació < 1mm
Paret lleument
alterada
10
Superfícies
lleument rugoses
Separació < 1mm
Paret molt alterada
5
Rebliment tou > 5
mm de gruix
o
separació > 5 mm
Contínues
30
cap
25
< 10 litres/min
20
10-25 litres/min
8
Superfícies
estriades o
rebliment < 5mm
gruix o separació
1-5 mm
Contínues
10
25-125 litres/min
0
0-0,1
0,1-0,2
0,2-0,5
> 0,5
Completament
sec
15
Humit
Moll
Degotant
Rajant
10
7
4
0
0
> 125 litres/min
Marcel Hürlimann
TEMA 5
Parámetros del Rock Mass Rating (Bieniawski, 1979)
Parámetro
Resistencia Ensayo carga
puntual
de la
1 roca intacta Compresión
simple
2
> 10 MPa
4-10 MPa
2-4 MPa
1-2 MPa
> 250 MPa
100-250 MPa
50-100 MPa
25-50 MPa
5-25
MPa
1-5
MPa
<1
MPa
valor
15
12
7
4
2
1
0
RQD
90-100%
75-90%
50-75%
25-50%
<25%
valor
20
17
13
8
3
>2m
0,6-2 m
0,2-0,6 m
6-20 cm
< 6 cm
20
15
10
8
5
Longitud de la
discontinuidad
<1m
1–3m
3 – 10 m
10 – 20 m
> 20 m
Valor
6
4
2
1
0
Abertura
Nada
< 0.1 mm
0.1 – 1.0 mm
1 – 5 mm
> 5 mm
Valor
6
5
3
1
0
Muy rugosa
Rugosa
Ligeramente
rugosa
Ondulada
Suave
6
5
3
1
0
Ninguno
Relleno duro
< 5 mm
Relleno duro
> 5 mm
Relleno blando
< 5 mm
Relleno blando
> 5 mm
6
4
2
2
0
Inalterada
Ligeramente
alterada
Moderadamente
alterada
Muy alterada
Descompuesta
6
5
3
1
0
Espaciado de las
3
discontinuidades
Estado de las discontinuidades
valor
4
Rugosidad
Valor
Relleno
Valor
Alteración
valor
5
Rango de valores
Relación
Flujo de Pagua / Pprinc
agua en
las juntas Condiciones
Generales
0
0-0,1
0,1-0,2
0,2-0,5
> 0,5
Completamente
secas
Ligeramente
húmedas
Húmedas
Goteando
Agua fluyendo
valor
15
10
7
4
0
Marcel Hürlimann
TEMA 5
Clasificación de Bieniawski (R.M.R.)
Marcel Hürlimann
TEMA 5
Clasificación adaptada de Bieniawski para taludes (SMR)
M. Romana Ruiz (1992)
¾ Permite evaluar la estabilidad de una excavación
El índice 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: 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
Relación entre el índice SMR y la estabilidad del talud.
SMR
Estabilidad
100-81
80-61
60-41
40-21
< 20
Totalmente estable
Estable
Parcialmente estable
Inestable
Totalmente inestable
Marcel Hürlimann
TEMA 5
Valores del SMR (Romana 1992)
Marcel Hürlimann
TEMA 5
Índice Q de Barton (rock mass quality)
(Barton et al. 1974)
Se hace una valoración con un índice Q a partir de valores de
diferentes parámetros:
Q=
RQD
Jn
Jr
Ja
Jw
SRF
RQD J r J w
⋅ ⋅
J n J a SRF
Índice de calidad de la roca
número de familias
coeficiente de rugosidad de la junta
coeficiente de alteración de la junta
coeficiente reductor por la presencia de
agua
factor reductor por tensiones en el macizo
rocoso
Î Jn, Jr y Ja se aplican a las juntas estructuralmente
más desfavorables.
Clasificación de Q (oscila entre 0.001 y 1000)
Q (rock mass quality)
0.001 – 0.01
0.01 – 0.1
0.1 – 1.0
1.0 – 4
4 – 10
10 – 40
40 – 100
100 – 400
400 - 1000
valoración
excepcionalmente mala
extremadamente mala
muy mala
mala
regular
buena
muy buena
extremadamente buena
excepcionalmente buena
Marcel Hürlimann
TEMA 5
Q de Barton: Estimación de los parámetros
Jn número de familias
valor
Roca masiva
Una familia de juntas
Id. con otras juntas ocasionales
Dos familias de juntas
Id. con otras juntas ocasionales
Tres familias de juntas
Id. con otras juntas ocasionales
Cuatro o más familias, roca muy fracturada
Roca triturada
0.5 – 1
2
3
4
6
9
12
15
20
Jr coeficiente de rugosidad de la junta
valor
Juntas (contacto entre las dos caras)
Discontinuas
Onduladas, rugosas
Onduladas, lisas
Onduladas, perfectamente lisas
Planas, rugosas o irregulares
Planas, lisas
Planas y perfectamente lisas
Juntas rellenas
(relleno impide contacto entre las dos caras)
material arcilloso
Material arenoso, de grava o triturado
Ja coeficiente de alteración de la junta
Juntas (sin minerales de relleno intermedios)
Juntas de paredes sanas
Ligera alteración
Alteraciones arcillosas
Juntas
(minerales de relleno en pequeño espesor)
Con partículas arenosas
Con minerales arcillosos no blandos
Con minerales arcillosos blandos
Con minerales arcillosos expansivos
Juntas
(minerales de relleno en gran espesor)
Con roca triturada/desintegrada y arcilla
Con zonas de arcilla limosa o arenosa
Con zonas de arcillosos (espesor grueso)
4
3
2
1.5
1.5
1
0.5
1
1
valor
0.75 – 1
2
4
4
6
8
8 – 12
6 – 12
5
10 - 20
Marcel Hürlimann
TEMA 5
Jw coeficiente reductor por la presencia de
agua
Excavaciones secas o con <5 l/min localmente
Afluencia media con lavado de algunas juntas
Afluencia importante por juntas limpias
Id. Con lavado de juntas
Afluencia excepcional inicial, decreciente con el
tiempo
Id. mantenida
SRF
Zonas débiles intersectan a la excavación:
Multitud de zonas débiles o milonitos
Zonas débiles aisladas, con arcilla o roca
descompuesta (cobertura ≤ 50 m)
Id. con cobertura > 50 m
Abundantes zonas débiles en roca competente
Zonas débiles aisladas en roca competente
(cobertura ≤ 50 m)
Id. con cobertura > 50 m
Roca competente (problemas tensionales en las rocas)
Pequeña cobertura
Cobertura media
Gran cobertura
Rocas deformables (flujo plástico de roca)
Con bajas presiones
Con altas presiones
Rocas expansivas
Con presión de hinchamiento moderada
Con presión de hinchamiento alta
valor
1
0.66
0.5
0.33
0.2 – 0.1
0.1 – 0.05
Valor
10
5
2.5
7.5
5
2.5
2.5
1
0.5 – 2
5 – 10
10 – 20
5 – 10
10 - 15
Marcel Hürlimann
TEMA 5
Índice Q de Barton
Marcel Hürlimann
TEMA 5
Correlaciones entre las clasificaciones de
Bieniawski (RMR) y Barton (Q)
RMR = 9 ln Q +44
Bieniawski (1976)
RMR = 13.5 log Q + 43
Rutledge (1978)
Correlación entre RMR, Q y el Módulo de deformación in-situ
Marcel Hürlimann
TEMA 5
índice de resistencia geológica GSI
Hoek & Brown (1994):
Marcel Hürlimann