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