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La Clasificación del Macizo Rocoso

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El presente curso trata de dar una perspectiva del conocimiento de la mecánica de rocas, así, como sus aplicaciones en el campo del diseño.

Aquí trataremos cinco capítulos que involucran el conocimiento del macizo rocoso desde el punto de vista cualitativo y posteriormente desde el punto de vista cuantitativo, para poder llegar a una recomendación de un determinado sostenimiento.

La Clasificación del Macizo Rocoso

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El análisis de cada uno de ellos se hará de la manera mas explícita posible debido a que cada una de ellas involucra diferentes situaciones.

Esperamos que el presente curso colme en parte las expectativas cifradas en ellas.

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La Clasificación del Macizo Rocoso

w ¿Qué es un sistema de clasificación del macizo rocoso?n Es un acercamiento sistemático para

evaluar y comunicar la naturaleza de la masa típica de la roca. Diseñando sistemas de clasificación del macizo rocoso para la comunicación de ideas

w ¿Quién necesita saber esta información?n Personal involucrado en el diseño de

excavaciones o sea ingenieros de minas, geologos, supervisores y mineros.

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Hablemos el mismo dialecto!

w Se puede usar el ejemplo de un trio de ciegos que han encontrado un elefante. Ninguno ha visto a un elefante pero ellos tratan de describirlo solo por el tacto. ¡ ¡ Un ciego toca la pierna, otro toca algo imposible de decirlo ! !. ¡NO! ¡ No discutiremos esta localización! ¡Usted puede imaginarse que las cosas pueden ponersemuy confusas si no se tiene algo en comun que se comprenda de la misma manera!

n¡Para el debate del macizo rocoso,debemos prevenir la confusion!

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¿Qué es un macizo rocoso?

w Para entender la naturaleza del macizo rocoso, haremos analogía de la naturaleza de la "tela". Las telas tienen diversos tejidos o texturas. Un tejido típico puede usarse para describir o caracterizar tal tela.

w En modo similar, caracterizamos un macizo rocoso por la presencia de un tejido típico.

w Una tela está compuesta de un alabeo y un tejido mientras el carácter del macizo del rocoso es determinado por muchos parámetros naturales que podrían ocurrir.

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w Un macizo rocoso podría ser caracterizado por la presencia de varios familias de fracturas (juntas) o sistemas de estructuras. Cada sistema de estructuras tiene un carácter mecánico que determinará cómo los bloques de roca contenida dentro de las estructuras reaccionará de forma diferente en el macizo rocoso .

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w Debe usar sentido común para unnivel aceptable de funcionabilidad. ¡La basura adentro! ¡La basura fuera!w Las condiciones geológicas son muy

variables, por lo tanto se harán muchas observaciones para obteneruna comprensión del macizo rocoso. (Probablemente entre 75 y 100 observaciones y como mínimo 50)

Usando sistemas de clasificacióndel macizo rocoso en un ambiente

de minas

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w Vuelva a visitar un área más de una vez, calificar y comprobarsuposiciones.

w Prepare un cuadro compuesto devarias imágenes. Usted tiene quecontinuar investigando en busca dedocumentación que le dé resultado.

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La fuerza intacta de la rocaEl espaciamiento del fractura

El agua subterránea

La persistencia del fractura

La orientación del fractura

Los esfuerzos In-situ

La densidad de fracturadel testigo (RQD)

Fractura aperature ycondición de la superficie

El contorno (la forma) del fractura

¿Cuales son los parámetrosmás importantes?

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El comportamientodel macizo rocoso

Macizo Fracturado Pesadamente fracturado

Los esfuerzos

El punto bajo

Los esfuerzos

El alto

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La influencia de escala

Pocos bloquesLos fracturasdiscretos

Las propiedades relativas

Tajo

Muchos bloquesDébilMucha integridad

IntactoFuertemente

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Clasificaciones geomecánicas

- Descripción cuantitativa de las discontinuidades

- Terzaghi- Deere (RQD)- Bienawski (RMR) (CSIR)- Barton (Q) (NGI)- Stini-Lauffer- Clasificaciones Alemanas

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Las propiedades empíricasdel macizo rocoso

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RQD

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El índice de designación de calidad de la roca (RQD)

w El RQD fue desarrollado por Deere para proveer una estimación cuantitativa de calidad de la masa de la roca a partir de un taladro. RQD es el porcentaje de sumar las piezas mayores a 100 mm (4 pulgadas) y dividir entre la corrida total entre 100. El taladro debe tener como mínimo 54.7 mm o 2.15 pulgadas de diámetro y ser taladrado con un barril de tubo doble.

w RQD fue el primer sistema que hizo un intento en describir lo quebrado del macizo rocoso. Es un parámetro importante para los dos sistemas más útiles de clasificación.

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El índice de designación de calidad de la roca (RQD) (2)

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Modelo GeomecModelo GeomecáániconicoAquí nosotros vamos a cuantificar les parámetros obtenidos en el modelo geológico.

RQD (Rock Quality Design) se obtiene de testigos de perforación diamantina.

Se define : RQD = Suma .long 100mm. Long. taladro

RQD= 15+10+14+12+10 x 100%100

RQD = 61%

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El índice de designación de calidad de la roca (RQD) (4)

¿Qué hacemos si no tenemos taladrosdisponibles para obtener el RQD?

w Las siguientes reglas pueden usarse en el campo como una aproximación de RQDcuando las trazas de las discontinuidades estan expuestas en el terreno.n El Primero (Después de Palmstrom)

n El segundo (Después de West)

v3.3J100RQD −=

( )metrepor intervales los*4-100RQD =

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w El índice RQD es un parámetro dependiente de la orientación del taladro.

w Cuando se realiza el registro del taladro, es importante no tomar en cuenta las fracturas causadas por el manipuleo o el proceso de perforación, deben ignorarse al determinar el RQD.

w El RQD se ha usado mucho en Norteamerica, actualmente es un parámetro importante como componente del RMR.

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RMR

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TTéécnicas Geomeccnicas Geomecáánicas (nicas (BienanwskiBienanwski))Para poder usar esta tabla se deben conocer las siguientes parámetros: 1.- Esfuerzo de compresión.2.- RQD.3.- Espaciamiento de discontinuidades.4.- Condición de las discontinuidades:

• Apertura• Relleno • Meteorización • Ondulación • Persistencia • Rugosidad

5.- Condición de agua subterráneas.

U N I _ F I G M M- C F T MP a g i n a # 2 4Tabla GeomecTabla Geomecáánica Denica De BienanwskiBienanwski (RMR)(RMR)

Para cada uno de estos parámetros existe una puntuación las cuales se irán sumando para obtener RMR (básico)

Parámetros

Rango de valores

Índice de resistencia o de carga puntual

(MPA)

<10

4-10

2-4

1-2

Para este rango bajo realizar ensayos de compresión

uniaxial

Resistencia del materia

l de roca

intacta Resistencia a la

compresión uniaxial (MPA)

>25

100-250

50-100

25-50

5-25

1-5

<1

1

Valoración

15

12

7

4

2

1

0

Calidad de testigo de perforación RQD

90-100

75-90

50-75

25-50

< 25

2

Valoración

20 17 13 8 3

Espaciamiento de Discontinuidades

> 2 m

0.6 - 2 m

200 - 600 mm

60 – 200

mm

< 60 mm

3

Valoración

20

15

10

8

5

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Condición de discontinuidades

Superficie muy rugosa no continua sin separación, paredes con roca sana

Superficie ligeramente rugosa separación <1 mm paredes de roca ligeramente meteorizado

Superficie ligeramente rugosa separación <1 mm paredes de roca muy meteorizada

Superficie con espejo de fallas panizo < 5 mm De espesor o separación de 1-5 mm continuos

Panizo blando > 5 mm de espesor o separación de > 5 mm continuos

4

Valoración

30

25

20

10

0

Flujo de agua por 10m de longitud de túnel (1T/mina)

Ninguno

<10

10-25

25-125

>125

Relación : Presión de agua en discontinuidades / Esfuerzo Principal

0

<0.1

0.1-0.2

0.2-0.5

>0.5

5

Agua subterr

ánea

Condiciones Generales

Completamente seco

Húmedo Mojado Goteo Flujo

Valoración

15

10

7

4

0

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Tabla De Ajuste De Las ValoracionesTabla De Ajuste De Las Valoraciones

Por Orientacion De Las DiscontinuidadesPor Orientacion De Las Discontinuidades

Tabla 1Tabla 1Rumbo perpendicular al eje del túnel Avance con

el buzamiento

Avance contra el buzamiento

Rumbo paralelo al eje del túnel

Buz 45-90 Buz 20-45 Buz 45-90 Buz. 20-45 Buz. 45-90 Buz. 20-45

Buzamiento de 0°-20°

Independiente del rumbo

Muy favorable Favorable Regular Desfavorable Muy

Desfavorable Regular Regular

Tabla 2Tabla 2Orientación del rumbo y buzamiento de las discontinuidades

Muy favorable

Favorable

Regular

Desfavorable

Muy desfavorable

Túneles y minas 0 - 2 - 5 - 10 - 12

Cimentaciones - 2 - 7 - 15 - 25 Valoración

Taludes - 5 - 25 - 50 - 60

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Clase N° I II III IV V Tiempos promedio de permanencia sin

sostenimiento

20 año para 15 m de abertura

1 año para 10 m de abertura

1 semana para 5 m de

abertura

10 Horas de para 2.5m de

abertura

30 minutos para 1 m de

abertura Cohesión del

macizo rocoso (kpa)

>400

300-400

200-300

100-200

<100

Angulo de fricción del macizo rocoso

>45

35-45

25-35

15-25

<15

TABLA 3TABLA 3

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Reglas para la clasificacion segReglas para la clasificacion segúúnn

las condiciones de las discontinuidades las condiciones de las discontinuidades

Parámetros Valoración Longitud de

las discontinuida

des (persistencia)

< 1 m

6

1 – 3 m

4

3 - 10 m

2

10 –20 m

1

> 20 m

0

Separación (apertura )

Ninguno

6

< 0.1 mm

5

0.1 - 1.0 mm

4

1 – 5 mm

1

> 5 mm

0

Rugosidad

Muy Rugoso

6

Rugosa

5

Ligeramente Rugoso

3

Liso 1

Espejo de falla

0 Relleno Duro Relleno blando Relleno de

(panizo) Ninguno

6 < 5 mm 4

> 5 mm 2

< 5 mm 2

> 5 mm 0

Meteorización

No meteorizado

6

Ligeramente meteorizado

5

Moderadamente Meteorizados

3

Muy meteorizado

1

Descompuesto 0

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La Clasificación Geomecánica(RMR)(2)

w El ejemplo:w Un túnel debe ser conducido a través de

un granito ligeramente sobrellevado con un set (La familia Geológica) de 60° de Buz. En contra de la dirección del túnel.

w El índice de carga puntual es de 8 MPa y valores comunes RQD de 70. Las junturas ligeramente ásperas y ligeramenteabiertas con una separación < 1 mm, son espaciadas en 300 mm. Se anticipa humedad.

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La Clasificación Geomecánica(RMR (3)

El valor RMR es determinado como sigue del ejemplo:

59El total

-5Note 2El ajuste para orientación unidoB

7El agua subterr ánea MojadoA.5

22Note 1La condicion de discont inuidadA.4

10El espaciamiento de d iscont inu idades 300 mmA.3

13RQD 70 %A.2

12El punto cargue índice 8 MpaA.1

La valuaciónEl valorEl art ículoLa mesa

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Ejemplo DeEjemplo De AplicacAplicacììononEjemplo de aplicación de los sets

SET I SET II SETII

Dirección De Buzamiento

330 315 110

Buzamiento 84 35 68

Espaciado (mm) 200 - 600 <50 200 – 600

Resistencia (m) 3-10

<1 <1

Terminación Roca Descompuesta

R.d R.d

Apertura Angosta

Angosta Angosta

Rugosidad Muy rugoso Ligeramente Rugoso

Liza

Tipo de Relleno Óxidos Óxidos Óxidos

Espesor de relleno Duro < 5mm Suave < 5 mm Suave < 5 mm Ondulación Poco Ondulado Poco Ondulado Poco Ondulado

Meteorización Moderado Ligero Ligero

Agua s ubterranea Seco Seco Humedo

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CALCULOSCALCULOS

1.- Resistencia de la roca IR = 30 ( martillo Schmidt)ρρ Roca = 2.63σσc= 10 [0,00088 x 30x ρρ + 1.01] σσc= 49.02 Mpa

λλ =Numero de fracturas λλ = 197 = 15.635Metro lineal 12.6

Luego: RQD = 100 e -0, 1λλ (0,1 + 1 ) RQD =100.e –0.1(15,635) (0.1X15.635+1)RQD = 53.68%

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ValoraciValoracióónn

Parámetro SET I SET II SET III Resistencia a la

compresión 4 4 4

RQD 13 13 13

Espaciado 10 5 10

Condición de la discontinuidad 25 20 20

Agua subterránea 15 15 10 RMR Basico

67 57 57

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Ajuste Por Orientaciones Ajuste Por Orientaciones

1) Rumbo perpendicular al eje del túnel

2) Avance con el buzamiento

SET I – 330 = N30W - 84 SET I :330°<>N60°E

SET II – 315 = N45W - 35 SET II :315°<>N45°E

SET III – 110 = 570E – 68 SET III :110°<>S70°W

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E

S

N

AVANCE DE UNA GALERIA

W

330°

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E

S

N

AVANCE DE GALERIA

W

315°

AVANCE DEL TUNEL

45°

315° <> N 45° E315° <> N 45° E

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EW

S

AVANCE DE GALERIA N

57 E

110°

110° <> 57°OW110° <> 57°OW

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Analizamos Pera Cada Uno De Los Analizamos Pera Cada Uno De Los Casos Arriba IndicadosCasos Arriba Indicados

SEGÚN LA TABLA II :

SET I : MUY FAVORABLE

SET II : FAVORABLE

SET III : MUY FAVORABLE

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VAMOS A LA SIGUIENTE TABLA VAMOS A LA SIGUIENTE TABLA III (TIII (Túúneles y minas )neles y minas )

SET I . Corrección : O

SET I . Corrección : 2

SET I . Corrección : O

SET I – RMR AJUSTADO = 67 - 0 = 67

SET II – RMR AJUSTADO = 57 – 2 = 55

SET III – RMR AJUSTADO = 57 – 0 = 57

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La clasificaciLa clasificacióón del tipo de roca lo hacemos n del tipo de roca lo hacemos con RMR bcon RMR báásicosico

SEGÚN TABLA IV :

SET: I - CLASE II – ROCABUENA

SET: II – CLASE III – ROCA REGULAR

SET:III – CLASE III – ROCA REGULAR

SEGÚN TABLA V :

SET:I – 1 año, para 10 m de abertura.SET:II –una semana por 5 m de abertura.SET:III –una semana por 5 m de abertura

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Q

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Índice de Calidad , Q (Barton)

w RQD : Es el índice de designación de calidad de la roca w J n : Es el número determinado unidow J r : Es el número unido de asperezaw J a : Es el número unido de alteraciónw J w : Es el factor unido de reducción de aguaw SRF : Es el factor de reducción del estrés

=

SRFJ

*JJ

*J

RQDQ w

a

r

n

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Índice de Calidad, Q (2)(Barton)

w ?w ?w ¡Muy a menudo, Usted puede eliminar el

uso del último término como puede ser del que se encargó con modelaje numérico!

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La calidad del macizo rocoso y el intervalo crítico

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Caracterización del Macizo Rocoso

w Modelo Geológico

w Descripción Cualitativa de las discontinuidades estructurales

w Proyecciones Estereográfica

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La Proyección Estereográfica

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La proyección estereográfica

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La proyección estereográfica

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La proyección estereográfica

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La proyección estereográfica

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La proyección estereográfica

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La proyección estereográfica

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La proyección estereográfica

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La proyección estereográfica

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La proyección estereográfica

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La proyección estereográfica

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La proyección estereográfica

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La proyección estereográfica

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La proyección estereográfica

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La proyección estereográfica

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