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Facultad de Ingeniería

Escuela Profesional de Ingeniería de Minas

DOCENTE

MAGUIÑA ALIAGA, JAVIER RAFAEL.

Cajamarca – Abril de 2014

PAPPER

MECÁNICA DE ROCAS II

2

UNIVERSIDAD PRIVADA DEL NORTE

Facultad de Ingeniería

Escuela Profesional de Ingeniería de Minas

MATERIALES PETREOS EN LA REGION DE CAJAMARCA.

NOMBRE DEL CURSO : MECANICA DE ROCAS II. PROFESOR : MAGUIÑA ALIAGA, JAVIER RAFAEL. FECHA : CAJAMARCA, DICIEMBRE DE 2013.

ALUMNOS CODIGO CUEVA CHILON; EDITA 706046 DIAZ PACHAMANGO; DEISY 707187 JARA RUIZ; YESSENIA 707189 MIRANDA CHUQUITUCTO; ITAMAR. 707289 SALDAÑA CHÁVEZ, REY ANTHONY. 707091

OBSERVACIONES:

1.- ……………………………………………………………………………………………………………………………

2.- ………………………………………………………………………………………………………………………………

3.- ………………………………………………………………………………………………………………………………

4.-

………………………………………………………………………………………………………………

………………

NOTA:

……............................. .................................

EN NUMERO EN LETRA FIRMA DEL PROFESOR

3

INFORME Nº 01 – 2014 – UPN

De: Cueva Chilón; Edita, Díaz Pachamango; Deisy, Jara Ruiz; Yessenia, Miranda

Chuquitucto; Itamar y Saldaña Chávez, Rey Anthony.

A: Ing. Maguiña Aliaga, Javier Rafael.

Asunto: Sistema Q de Barton. Fecha:

Presentación: Cajamarca 25 de abril del 2014.

Tengo el agrado de saludarlo y dirigirme a su persona con el motivo de hacerle presente el

siguiente informe de Mecánica de Rocas II, con el tema de Sistema Q de Barton.

Por tanto es todo en cuanto tengo que informar.

Atentamente;

Cueva Chilón; Edita. Díaz Pachamango; Deisy.

Jara Ruiz, Yessenia. Miranda Chuquitucto, Itamar. Saldaña Chávez, Rey Anthony.

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INDICE

RESUMEN ----------------------------------------------------------------------------------- 6 ABSTRACT ---------------------------------------------------------------------------------- 7 PALABRAS CLAVES --------------------------------------------------------------------- 8

I. INTRODUCCIÓN. ------------------------------------------------------------- 8

II. OBJETIVOS.--------------------------------------------------------------------- 9

III. SISTEMA “Q” DE BARTON.------------------------------------------------ 11

IV. CONCLUSIONES-------------------------------------------------------------23

V. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS.-------------------------------------24 ANEXOS ----------------------------------------------------------------------------------

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RESUMEN.

La mecánica de rocas juega un papel fundamental en la clasificación del macizo

rocoso ya que a través de este podemos determinar los elementos necesarios para

el sostenimiento de la roca.

Existen muchos métodos útiles para poder clasificar un macizo rocoso, entre

ellos se puede escoger algunos métodos elaborados por autores conocidos

mundialmente en el campo de la mecánica de rocas que realiza análisis específicos,

para lo cual en la presente se especificara la clasificación de Q (Indice de calidad

tunelera de la roca); para el diseño de túneles podemos mencionar a Barton y

Bieniawski, entre otros.

Para la realización del análisis de sistema Q se tendrá que realizar una serie de

datos los cuales están explicados a continuación, y con dichos datos ya se podría

estimar el costo de la obra tunelera lo cual resulta muy útil para poder ver su

viabilidad de esta alternativa. En los Túneles y Taludes rocosos, los mecanismos de

inestabilidad son controlados por el grado de alteración existentes en el macizo, tales

como la estratificación, juntas, fallas.

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ABSTRACT.

Rock mechanics plays a fundamental role in the classification of the rock mass

because through this we can determine the elements necessary to sustain the rock.

There are many useful methods to classify a rock mass can be chosen including

some methods developed by world- known authors in the field of rock mechanics

performing specific analyzes , for which in the present classification of Q was

specified ( Table tunelera quality rock ); tunnels for designing we mention Bieniawski

Barton and among others.

To carry out the analysis of system Q will have to perform a series of data which

are explained below , and with these data, and we could estimate the cost of tunelera

work which is useful to see the viability of this alternative . In the Tunnels and Rocky

slopes , instability mechanisms are controlled by the degree of existing disturbance in

the solid , such as stratification , joints , faults.

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PALABRAS CLAVES.

MACIZO ROCOSO: Es el conjunto de elementos resistentes (roca intacta) separado

por discontinuidades.

ROCA INTACTA: Son cuerpos continuos formados por asociaciones de una o

varias especies minerales. Por sus propiedades pueden ser: Homogéneos o

Heterogéneos e Isótropos o Anisotrópicos.

DISCONTINUIDADES: Son de diferente origen y por lo tanto de diferentes

características:

DIACLASAS: Son discontinuidades en la roca que no tienen movimiento relativo entre

caras.

FALLAS: Aquí hay movimientos relativos entre las caras producido a causa de

movimientos regionales. Los movimientos regionales son originados por fuerzas internas.

ESTRATIFICACIÓN: En algunos casos de rocas sedimentarias los planos de

estratificación formados pueden ser planos de debilidad.

ESQUISTOCIDAD: Es una debilidad que se presenta habitualmente en rocas

metamórficas a nivel de estructura molecular. Las grandes presiones a las que fueron

sometidas originaron el reordenamiento de su estructura molecular.

RUMBO (STRIKE): Es el ángulo que forma la recta intersección (entre el plano que representa

la discontinuidad y un plano horizontal) con la dirección Norte – Sur.

BUZAMIENTO (DIP): Es el ángulo formado entre el plano horizontal y la recta de máxima

pendiente contenida en el plano de la discontinuidad.

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INTRODUCION

A lo largo de la historia la globalización ha permitido que la humanidad viva en

una era científica y tecnológica, donde todas las leyes y principios es posible que

perduren en el tiempo y en el espacio.

La estabilidad de túneles ha sido un tema de mucha importancia en la era de los

ferrocarriles, tanto en la minería como en el transporte público, recobrando su relevancia

en las modernas carreteras, en zonas de cordillera, zonas inaccesibles, cruce de ríos por

debajo, e incluso creando túneles Falsos en las ciudades para aliviar el tráfico vehicular.

También podemos mencionar a Galerías y Cavernas que no es otra cosa que túneles

pequeños en secciones menores a 3 m de radio en la bóveda, que son utilizados

mayormente en la Hidráulica o con fines exploratorios.

La ciencia y de la tecnología a estado en todo el camino del hombre frente a lo

cual el hombre a tenido que aprovecharlo al máximo, arriesgarse en todo lo que

desarrolla en salud, ciencia,etc; siendo para el caso la más importante de labores. Por lo

tanto es importante mencionar la necesidad de conocer la clasificación de macizo

rocoso.

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OBJETIVOS

OBJETIVOS GENERALES

Desarrollas y aplicar la clasificación del sistema Q de Barton y los

parámetros establecidos.

OBJETIVOS ESPECÍFICAS

Aplicar el sistema Q en problemas reales.

Realizar adecuadamente la utilización de las tablas establecidas para

este sistema.

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UTILIDAD Y LIMITACIONES DE LA CLASIFICACION DE BARTON ET AL. (1974).

El índice de Q tiene un alto grado de fiabilidad, ya que está basado en un elevado número de

casos que comprende muy diversos tamaños de túneles, tipos de excavación, profundidades y

calidades de macizo rocoso. Por la propia definición del índice Q, no se presenta el problema de

falta de sensibilidad a los parámetros considerados individualmente, ya que éstos aparecen

como multiplicadores o divisores. Por ello, y debido también al amplio rango de los parámetros

en esta clasificación, los casos extremos quedan bien reflejados.

Todos los tipos de macizo rocoso están bien representados en esta clasificación, a excepción

aquellos que están sometidos a elevadas tensiones y presentan fenómenos de fluencia de roca.

Esta limitación es común a todas las clasificaciones geomecánicas.

La clasificación de Barton tiene en cuenta el estado tensional del macizo mediante SRF, sin

embargo, la evaluación de este parámetro es relativamente subjetiva y no tiene en cuenta la

historia tectónica ni otros factores de tipo geomorfológico.

El RQD se incluyó tanto en esta clasificación como en la de Bieniawski con objeto de incorporar

la experiencia obtenida en el gran número de casos (obras y minas) en los que este parámetro

ha sido registrado, aunque el parámetro geotécnicamente más apropiado es el espaciado de las

discontinuidades.

Esta figura proporciona el índice el índice de ponderación del conjunto RQD más espaciado en la

clasificación de Bieniawski y permite estimar uno de estos parámetros cuando se conoce el otro.

Por consiguiente, se ha producido de hecho en ambas clasificaciones una duplicación del índice

de fracturación, que estaba justificada en la época en que se crearon las clasificaciones del RMR

y Q por que entonces apenas se disponía de datos, pero hoy en día esta deficiencia ha sido

superada, por lo que dichas clasificaciones deberían haber sido modificadas.

La orientación de las juntas no está contemplada en la definición del índice Q, lo cual limita su

eficacia, ya que este factor es de especial relevancia en muchos casos.

A pesar de la fiabilidad del índice Q, avalada por el elevado número de casos y litologías

tomadas como base para su definición, hay que ser muy precisos a la hora de su cuantificación.

En concreto, el hecho de desestimar parámetros desfavorables, por ejemplo: expansividad de

ciertas rocas, tensiones elevadas en el macizo rocoso, fluencia de la roca o grandes irrupciones

de agua.

En situaciones especiales se puede producir un error en el valor de Q por el hecho de pasar por

alto alguna singularidad como, por ejemplo, zona de debilidad rellena de arcilla fue de la sección

del túnel pero próxima al hastial. En este caso podría haber una relación de 100 entre la Q

estimada y la que realmente tiene el macizo, ya que los 6 parámetros que definen el índice Q se

verían afectados desfavorablemente.

En cualquier caso, en todas las clasificaciones geomecánicas se introduce un importante grado

de subjetividad, por lo cual sus resultados deben tomarse siempre a titulo orientativo, debiendo

contrastarse con procedimientos observacionales y analíticos.

11

SISTEMA Q DE BARTON

Desarrollado por Barton, Lien y Lunde en 1974, constituye un sistema de clasificación de

macizos rocosos que permite establecer sistemas de sostenimientos para túneles y cavernas. El

sistema Q está basado en la evaluación numérica de seis parámetros que definen el índice Q.

Este índice viene dado por la siguiente expresión.

Sus parámetros son:

RQD

Numero de familia de juntas

Rugosidad de la discontinuidad más favorable.

Grado de alteración o relleno en la discontinuidad más débil (más favorable)

Presencia de agua (flujo de agua).

Estado de tensiones.

En el sistema Q el índice de calidad de la roca varía de 0.001 y 1000 en una escala logarítmica.

Donde:

R.Q.D: Índice de calidad de la roca.

Jn: Índice de diaclasado que indica el grado de fracturación.

Jr: Índice de que contempla la rugosidad, relleno y continuidad de las discontinuidades.

Ja: Índice de alteración de las discontinuidades.

Jw: Coeficiente reductor por la presencia de Agua.

SRF: (Stress reduction factor) Coeficiente que tiene en cuenta la influencia del estado

tensional sobre el macizo rocoso.

El rango de Variación de los parámetros es el siguiente:

RQD: entre 0 y 100

Jn: entre 0,5 y 20

Jr: entre 0,5 y 4

Ja: entre 0,75 y 20

Jw: entre 0,05 y 1

SRF: entre 0,5 y 20.

Al explicar el significado de los parámetros utilizados para determinar el valor de Q, Barton (

1974 ) las siguientes observaciones :

Tamaño de bloque (RQD / Jn), representa la estructura de la masa de roca , es una

medida bruta del bloque o tamaño de partícula.

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Resistencia al corte interbloque (Jr / Ja), representa las características de rugosidad y

fricción de las paredes de la junta o materiales de relleno. Este cociente se pondera a

favor de las juntas rugosas, sin alterar en contacto directo. Es de esperar que este tipo

de superficies estará cerca de pico de fuerza, que se dilatan fuertemente cuando

esquilada, y por lo tanto van a ser especialmente favorables para la estabilidad del túnel.

Cuando las articulaciones de roca tienen recubrimientos finos de mineral de arcilla y

relleno, la fuerza se reduce significativamente. Sin embargo, el contacto de la pared de la

roca después se han producido pequeños desplazamientos de corte puede ser un factor

muy importante para la preservación de la excavación del fracaso final.

.

Tensión activa (Jw /SRF) consta de dos parámetros de estrés. SRF es una medida de:

1) Soltando la carga en el caso de una excavación a través de zonas de cizalla y el rock

rodamiento arcilla.

2) La tensión de roca en roca competente.

3) Apretar cargas en plástico rocas incompetentes. Se puede considerar como un

parámetro total de estrés. El parámetro Jw es una medida de la presión del agua, que

tiene un efecto adverso sobre la resistencia al corte de las articulaciones debido a una

reducción en la tensión normal efectiva. El agua puede, además, ablandan y posible -

lavado en el caso de las articulaciones de barro llenas. Ha resultado imposible combinar

estos dos parámetros en términos de inter - bloque de tensión efectiva, porque,

paradójicamente, un valor alto de tensión normal efectiva a veces puede significar

condiciones menos estables que un valor bajo, a pesar de la resistencia al corte superior.

El cociente (Jw / SRF) es un complicado factor empírico que describe el "estrés activa".

Parece que la calidad de túnel roca Q ahora puede ser considerada como una función de

sólo tres parámetros son:

1. Tamaño de bloque (RQD / Jn)

2. Resistencia al corte Inter - bloque (Jr / Ja)

3. Estrés activa (Jw / SRF)

Sin lugar a dudas, hay varios otros parámetros que podrían añadirse para mejorar la precisión

del sistema de clasificación. Una de ellas sería la orientación conjunta, aunque muchos

expedientes incluyen la información necesaria en la orientación estructural en relación con el eje

de excavación, no se encontró que el parámetro general importante que se podría esperar. Parte

de la razón para esto puede ser que las orientaciones de muchos tipos de excavaciones pueden

ser, y normalmente están, ajustarse para evitar el efecto máximo de las articulaciones principales

orientadas desfavorablemente. Sin embargo, esta opción no está disponible en el caso de los

túneles, y más de la mitad de los autos se encontraban en esta categoría. Los parámetros Jn , Jr

y Ja parecen jugar un papel más importante que la orientación, ya que el número de conjuntos

determina el grado de libertad de movimiento del bloque (en caso lo hubiera) , y las

características de fricción y de dilatación puede variar más que el buzamiento abajo componente

gravitacional de las articulaciones orientadas desfavorablemente . Si se hubieran incluido las

orientaciones conjuntas de la clasificación hubiera sido menos general, y su esencial simplicidad

perdida. Tabla 6 (Después de Barton 1974) le da la clasificación de los distintos parámetros

utilizados para obtener la calidad de Túneles Índice Q para una masa rocosa.

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Vamos a presentar el siguiente ejemplo:

- Una cámara de chancado de 15 m de ancho para una mina subterránea, está para ser

excavada en una norita, a una profundidad de 2100 m debajo de la superficie. La masa

rocosa contiene dos sistemas de juntas que controlan la estabilidad. Estas juntas son

onduladas, rugosas y no intemperizadas con muy pocas manchas superficiales da un

número de alteración de juntas de Ja =1.0 para paredes no alteradas de las juntas y con

solo unas manchas superficiales. La muestra que para una excavación con flujos

menores, el factor de reducción de agua en las juntas Jw =1.0. Para una profundidad

debajo de la superficie de 2100 m, el esfuerzo por la sobrecarga rocosa será

aproximadamente 57 MPa, y en este caso, el esfuerzo principal máximo 1 = 85 MPa.

Desde que la resistencia compresiva uniaxial de la norita es aproximadamente 170 MPa,

esto da una relación de c/ 1 = 2. La muestra que para roca competente con problemas

de esfuerzos en la roca, este valor de c/ 1 podría producir condiciones de severos

estallidos de rocas y que el valor de SRF estaría entre 10 y 20. Para los cálculos se

asumirá un valor de SRF = 15. Usando estos valores tenemos:

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TABLAS USADAS PARA LA CLASIFICACION DEL SISTEMA Q.

Tabla 1: RQD.

Tabla 1: Clasificación de parámetros individuales utilizados en el índice de calidad de

excavaciones de túneles Q (según Barton et al. 1974).

DESCRIPCION VALOR NOTA

1. INDICE DE CALIDAD DE LA ROCA. RQD

A. muy mala 0-25 1. si el RQD es ≤ 10 (incluyendo 0) se asume un valor nominal de 10 para el cálculo Q

B. mala 25-50

C. regular 50-75 2. intervalos de RQD de 5, es decir, 200, 95, 90, etc. Son los suficientemente exactos.

D. buena 75-90

E. excelente 90-100

Tabla 2: numero de familia de juntas Jn.

2. NUMERO DE FAMILIA DE JUSNTAS Jn

A. masivo sin o con pocas juntas. 0.5-1.9 1. puro intersecciones emplear 3.0xJn 2. en los portales emplear (2.0 x Jn)

B. una familia de juntas. 2

C. una familia de juntas + una aislada 3

D. familia de juntas 4

E. Dos familias de juntas + una aislada 6

F. Tres familias de juntas 9

G: Tres familias de juntas + una aislada 12

H. Cuatro familia de juntas + una aislada (fisuración intensa)

15

J. Roca triturada terrosa 20

Tabla 3: Índice de rugosidad de las juntas Jr.

Esta tabla está basada por la relación o el contacto entre las 2 caras de la Junta.

RUGOSIDAD DE LAS JUNTAS VALOR NOTA

1. Contacto con las paredes 2.Con tacto con las paredes de un corte de 10cm.

Jr 1.-Añadir 1.0 el espaciamiento promedio de la familia de juntas superior a 3m 2.- Jr -0.5 puede utilizarse

A Juntas sin continuidad 4

B Rugosa e irregularidades, ondulantes 3

C Lisa , ondulantes 2

D Rugosas o irregulares, planares 1.5

E Lisas 1.5

F Lisas, planares 1.0

G Pulidas, planares Son contacto con rocas de corte de 10cm

0.5

15

Hzonas que contienen minerales arcillosos de espesor suficiente para impedir el contacto de paredes

1.0 para juntas pulidas con lineaciones con la condición de que estas estén orientadas para la resistencia mínima.

J Zona arenosa gravosa o de roca triturada de espesor suficiente para impedir el contacto de

1.0

Tabla 4: Índice de alteración de las discontinuidades Ja.

ALTERACION DE LAS JUNTAS

Ja Grados , aprox

NOTAS

1. Contacto con las paredes Los valores de ángulo de fricción residual dan una guía aproximada de las propiedades mineralógicas de los productos de la alteración si estos están presentes

A. Relleno soldado claro, duro inablandable impermeable

0.775

B. Paredes de juntas inalteradas, solo con manchas de oxidación

1.0 25°-30°

C. Paredes ligeramente alteradas con recubrimiento de minerales inablandables partículas arenosas, roca desintegrada no arcillosa

2.0 25°-30°

D Recubrimiento limosos o arenoso-arcilloso con una pequeña fracción de arcilla(inablandable)

3.0 20°-25°

E. Recubrimiento ablandables o con arcilla de baja friccion o sea kaolinita o mica también clorita talco yeso

4.0 8°-16°

F. Partículas arenosas, roca desintegrada, sin arcilla etc.

4.0

(25°-30°)

G. Rellenos de minerales arcillosos muy sobre consolidados e inablandables (continuos <5mm de

espesor )

6.0

(16°-24)

H. Rellenos de minerales arcillosos de sobre consolidación media a baja (continuos <5mm de

espesor)

8.0

(12°-16°)

J. Rellenos de arcilla expansiva, o sea morillonita media a baja (continuos <5mm de espesor). El valor Ja

depende de arcilla y del acceso al agua. c)sin contacto de las paredes después del corte

8.0-12.0

(6°-12°)

K. Zonas o capas de roca desintegrada o triturada 6.0

L. Arcilla (ver G,H y J para las condiciones de la 8.0

M arcilla) 8.0-12.0

(6°-24°)

N. Zonas o capas de arcilla limosas o arenosa ,pequeñas fracción de arcilla(inablandable)

5.0

O. zonas o capas gruesas y continuas de arcilla. 10.0-13.0

P( ver G,H,J para las condiciones de arcilla 6.0-24.0

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Tabla 5 : agua en las juntas Jw

5. REDUCCIÓN POR AGUA EN LAS JUNTAS

Jw Presión Aproximada del Agua (Kgf/cm2)

A. Excavación seca o flujos bajos (<5 L/min. Localmente).

1.0 <1.0 1. Los factores C hasta F son estimaciones imprecisas. Aumentar Jw, si se instala drenaje. 2. Los problemas especiales causados por la presencia de hielo no se toman en consideración.

B. Flujo o presión medios, con lavado ocasional de los rellenos.

0.66 1.0 – 2.5

C. Gran flujo o presión alta en roca competente con juntas sin relleno.

0.5 2.5 – 10.0

D. Gran flujo o presión alta, lavado considerable de los rellenos.

0.33 2.5 – 10.0

E. Flujo o presión excepcionalmente altos con las voladuras, disminuyen con el tiempo.

0.2 - 0.1 >10

F. Flujo o presión excepcionalmente altos en todo momento.

0.1 – 0.05

>10

Tabla 6: tensiones en excavaciones SRF

6. FACTOR DE REDUCCIÓN DE ESFUERZOS SRF

1. Reducir estos valores del SRF en un 25 – 50%, si las zonas de corte relevantes influencian pero no intersectan la excavación.

a) Zonas de debilidad que intersectan la excavación y pueden ser las causas de que el macizo se desestabilice cuando se construya el túnel.

A. Múltiples zonas de debilidad con contenido de arcilla o roca químicamente desintegrada, roca circundante muy suelta (cualquier profundidad).

10.0

B. Zonas de debilidad aisladas que contengan arcilla o roca químicamente desintegrada arcilla o roca químicamente desintegrada (profundidad de excavación <50m).

5.0

C. Zonas de debilidad aisladas que contengan arcilla o roca químicamente desintegrada arcilla o roca químicamente desintegrada (profundidad de excavación >50m).

2.5

D. Múltiples zonas de corte en roca competente (sin arcilla), roca circundante suelta (cualquier profundidad).

7.5

E. Zonas de corte aisladas en roca competente (sin arcilla)(profundidad de excavación < 50m).

5.0

F. Zonas de corte aisladas en roca competente (sin arcilla) (profundidad de excavación > 50m).

2.5

G. Juntas abiertas sueltas, fisuración intensa (cualquier profundidad).

5.0

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DESCRIPCION Valor VALOR SRF NOTAS

6. FACTORES DE REDUCCION DE ESFUERZOS (CONT) σc/σl σt/σl

2. para un campo de tensiones muy anisotrópico (si es medido); cuando 5≤σ1 / σ3≤10 , reducir el σc a 0.8σc y σ1 a 0.8σ1, donde : σc=resistencia a la compresión sin confinar. 1=resistencia a la tracción (carga puntual).σ1 y σ3=esfuerzos principales mayor y menor 3. hay pocos registros de casos donde la profundidad del techo debajo de la superficie sea menor que el ancho. Se sugiere que se incremente el SRF de 2.5 a 5 par a estos casos ver (H)

JB)Roca competente, problemas de esfuerzos >200 >13 H. Esfuerzo bajo, cerca de la superficie 200-10 13-.66 2.5

J. esfuerzo medio 10-5 o.66-0.33 1 K. esfuerzo elevado, estructura muy cerrada, generalmente favorable para la estabilidad. Puede ser desfavorable para la estabilidad de las paredes. 0.5-2

L. Estallido de rocas moderado (roca masiva) 5-2.5 0.33-0.16 05-10

M. estallido de roca intenso (roca masiva) <2.5 <0.16 10-20 c) roca comprensiva, flujo plástico de roca incompetente bajo la influencia de presiones altas de roca.

N. presión moderada de roca extrusiva. 05-10

O. presión alta de roca extrusiva. 10-20 d) Roca expansiva, acción química expansiva dependiendo de la presencia de agua.

P. presión moderada de roca expansiva 05-10

R. presión alta de roca expansiva. 10-15

NOTAS ADICIONALES SOBRE EL USO DE ESTAS TABLAS.

Al efectuar estimados de la calidad del macizo rocoso (Q), se deben seguir los siguientes

lineamientos además de las notas listadas en las tablas:

1. si no se encuentran los testigos de perforación, el RQD puede estimarse a partir de

números de juntas por unidad de volumen, para esto se suma el número de juntas por

metro para cada familia de juntas. se puede utilizar una relación simple para convertir

este número al RQD para el caso de macizo rocoso sin arcilla: RQD=115-3.3 Jv (aprox),

donde Jv = número total de juntas por m3 (0<RQD<100 para 35>Jv<4.5)

2. El parámetro Jn que representa el número de familia de juntas se verá con frecuencia

afectado por la foliación, la esquistosidad, el clivaje o la estratificación. si estas

características se encuentran bien definidas, deberán ser consideradas como una familia

más. Sin embargo, es preferible considerar como una familia aleatoria si está bien

definida.

3. los parámetros Jr y Ja (que representan la resistencia al corte) debe ser el

correspondiente a la familia de juntas más débil o discontinuidad rellena de arcilla en la

zona dada. sin embargo, si la familia de juntas o discontinuidad con el valor mínimo de

Jr/Ja está orientada en forma favorable a la estabilidad, entonces una segunda familia de

juntas o discontinuidad orientada de forma menos favorable puede en ocasiones ser más

importante, y se debe utilizar su valor más alto de Jr/Ja al evaluar el Q. de hecho, el valor

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de Jr/Ja debe estar relacionado a la superficie más probable de permitir que se inicie una

falla.

4. Cuando un macizo rocoso contiene arcilla debe evaluarse el factor SFR apropiado para

aflojar las cargas. en tales casos, la resistencia de la roca intacta es de poca importancia.

sin embargo, cuando la fisuracion es mínima y hay ausencia total de arcilla, la resistencia

de la roca intacta puede convertirse en el enlace más débil, y la estabilidad dependerá de

la relación esfuerzo de la roca/resistencia de la roca. Un campo de esfuerzo

intensamente anisotrópico es desfavorable para la estabilidad.

5. La resistencia a la compresión y la tracción ( y ) de la roca intacta debe ser evaluada

en la condición saturada, si esta es apropiada para las condiciones in situ actuales y

futuras. Se debe efectuar un estimado muy conservador de la resistencia para las rocas

que se deterioran al ser

CORRELACIÓN DEL Q vs REQUERIMIENTO DE SOSTENIMIENTO

En relación al valor del índice Q a la necesidades de apoyo de las excavaciones subterráneas de

la estabilidad y, Barton et al (1974) define un parámetro adicional a la que llamaron la dimensión

equivalente, De, de la excavación. Esta dimensión se obtiene dividiendo el lapso, diámetro o

pared de la altura de la excavación por una cantidad llamada la relación de excavación Apoyo,

ESR. Por lo tanto:

El valor de ESR se relaciona con el uso previsto de la excavación y para el grado de seguridad

que se exige del sistema de soporte instalado para mantener la estabilidad de la excavación.

Barton et al (1974) sugieren los siguientes valores:

CATEGORÍA EXCAVACIÓN ESR.

Categoría de excavación ESR

A Excavaciones mineras temporales. 3 – 5

B Excavaciones mineras permanentes, túneles de conducción

de agua para proyectos hidroeléctricos (excluyendo tuberías

forzadas de alta presión), galerías túneles piloto y galerías de

avance.

1.6

C Cámaras de almacenamiento, plantas de tratamiento de agua,

túneles menores para carreteras o vía férrea, cámaras de

equilibrio, túneles de acceso.

1.3

D Estaciones de alimentación, grandes túneles de carreteras y

ferrocarriles, cámaras de defensa civil, intersecciones portales.

1.0

E Subterráneos centrales nucleares, estaciones de ferrocarril,

instalaciones deportivas y públicas, fábricas.

0.8

19

La estación de chancado discutido arriba cae dentro de la categoría de una excavación minera

permanente y se asigna una relación de sostenimiento de la excavación de ESR = 1.6.

De aquí, para un ancho de excavación de 15 m, la dimensión equivalente De = 15/1.6 = 9.4

La dimensión equivalente De ploteado contra el valor de Q, es usado para definir un número de

categorías de sostenimiento en un diagrama publicado en el artículo original de Barton et.al.

(1974).

Este diagrama ha sido actualizado por Grimstad y Barton (1993) para reflejar el increciente uso

del shotcrete reforzado con fibras de acero en el sostenimiento de excavaciones subterráneas.

En la Figura 3.3 se reproduce este diagrama actualizado.

A partir de la Figura 3.3, un valor de De de 9.4 y un valor de Q de 4.5, colocan a esta excavación

de chancado en la categoría (4), la cual requiere la colocación de pernos de roca (espaciados

cada 2.3 m) y shotcrete no reforzado de 40 a 50 mm de espesor.

A causa de la moderada a severa condición de estallidos de roca que son anticipados, podría ser

prudente desforzar la roca en las paredes de esta cámara de chancado, mediante voladuras de

producción relativamente severas. Para aplicaciones críticas de estas técnicas es aconsejable

buscar el asesoramiento de un especialista en voladura antes de embarcarse en el curso de esta

acción.

os daños de la voladura resultará en la

creación de nuevas ‘juntas’ con una consecuente reducción local del valor de Q de la roca

circundante a la excavación. El sugirió que este hecho podría ser tomado en cuenta para reducir

el valor de RQD en la zona dañada por la voladura.

Asumiendo que el valor de RQD para la roca desforzada alrededor de la cámara de chancado

cae al 50%, el valor resultante de Q = 2.9. De la Figura 3, este valor de Q, para una dimensión

equivalente De = 9.4, coloca a la excavación justo en la categoría (5), la cual requiere de pernos

de roca, con espaciamiento aproximado de 2 m, y una capa de 50 mm de shotcrete reforzado

con fibras de acero.

20

Figura 3.3. Categorías de sostenimiento estimadas en bas al índice Q (Según Grimstad y Barton

1993)

- Categorías de refuerzo

1) Sin sostenimiento.

2) Empernado puntual.

3) Empernado sistemático.

4) Empernado sistemático con 40 – 100 mm de shotcrete sin esfuerzo.

5) Shotcrete reforzado con fibra, de 50 – 90 mm, y empernado

6) Shotcrete reforzado con fibra, de 90 – 120 mm y empernado.

7) Shotcrete reforzado con fibra, 120 – 150 mm y empernado.

8) Shotcrete reforzado con fibra, >150 mm, con cerchas reforzadas de shotcrete y

empernado.

9) Revestimiento de concreto moldeado.

Clasificación de Barton et at. (1974) de los macizos rocosos. Tipos de macizos rocosos:

Valor de:

Descripción del Macizo

Rocoso

Calificación del Macizo

Rocoso RMR (%)

0.001 – 0.01 Excepcionalmente malo 0 – 3

0.01 – 0.1 Extremadamente malo 3 – 23

0.1 – 1 Muy malo 23 – 44

1 – 4 Malo 44 – 56

4 – 10 Medio 56 – 65

10 – 40 Bueno 65 – 77

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40 – 100 Muy bueno 77 – 85

100 – 400 Extremadamente bueno 85 – 98

400 – 1000 Excepcionalmente bueno 98 – 100

A continuación se presenta las correlaciones entre el RMR y Q obtenidas por algunos

investigadores.

RMR = 9 log Q + 44 Bieniawski (1976)

RMR = 13.5 log Q + 43 Ruteledge (1978)

RMR =12.5 log Q + 55.2 Moreno (1980)

RMR =10.53 ln Q + 41.83 Abad et al. (1983)

Barton et al. (1980) proporcionaron también información adicional sobre la longitud de los pernos,

abiertos máximos sin sostenimiento y presiones del sostenimiento, para complementar las

recomendaciones del sostenimiento publicado en el artículo original de 1974.

La longitud L de los pernos de roca puede ser estimada a partir del ancho de la excavación B y la

Relación de Sostenimiento de la Excavación ESR:

El máximo abierto sin sostenimiento puede ser estimado a partir de:

Máximo abierto (sin sostenimiento) = 2 ESR. Q0.4

Basado en el análisis de casos registrados, Grimstad y Barton (1993) sugirieron que la relación

entre el valor de Q y la presión del sostenimiento permanente Ptecho es estimada a partir de:

√

USO DE LOS SISTEMAS DE CLASIFICACIÓN DE LA MASA ROCOSA

Las dos clasificaciones de la masa rocosa más ampliamente utilizadas son el RMR de Bieniawski

(1976, 1989) y el Q de Barton et.al. (1974). Ambos métodos involucran parámetros geológicos,

geométricos y diseño/ingeniería, para llegar a valores cuantitativos de la calidad de la masa

rocosa.

Cuando se usa cualquiera de estos métodos, se pueden adoptar dos aproximaciones:

- Uno es evaluar la masa rocosa específicamente para los parámetros que están incluidos

en los métodos de clasificación.

- Otro es caracterizar precisamente la masa rocosa y luego atribuir valoraciones a los

parámetros en un tiempo posterior.

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Es recomendable el último método desde que este da una completa descripción de la masa

rocosa, la cual puede ser trasladada en sus índices de clasificación.

Si durante el mapeo, solo se han registrado los valores de las valoraciones, podría ser casi

imposible llevar a cabo estudios de verificación.

En muchos casos es apropiado dar un rango de valores para cada parámetro en una

clasificación de la masa rocosa y para evaluar la significancia del resultado final, como el ejemplo

dado en la Figura 4. En este caso particular, la masa rocosa esta seca y sometida a una

condición de esfuerzos ‘medios’, siendo la valoración respectiva 1. El valor promedio de Q = 9.8

ado en la selección del sistema de sostenimiento,

mientras que el rango da una indicación de los posibles ajustes que serán requeridos para

satisfacer las diferentes condiciones encontradas durante la construcción. Los usuarios de un

esquema de clasificación de la masa rocosa, deben chequear que esté siendo usada la última

versión.

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CONCLUSIONES.

Los alumnos están en la capacidad de determinar la característica del macizo rocoso y el

soporte en el área estudiada, a través de la aplicación del sistema Q.

Los parámetros dentro del sistema Q juegan un papel importante en la orientación y el

número de conjuntos que determina el grado de libertad en el movimiento del bloque en

caso lo hubiera, esto se logró comprobar a través de la explicación del ejemplo.

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BIBLIOGRAFIA

Barton, N., By, T.L., Chryssanthakis, L., Tunbridge, L., Kristiansen, J., Løset, F., Bhasin,

R.K., Westerdahl, H. and Vik, G. 1992. Comparison of prediction and performance for a

62 m span sports hall in jointed gneiss. Proc. 4th. int. rock mechanics and rock

engineering conf., Torino. Paper 17.

Barton, N., Løset, F., Lien, R. and Lunde, J. 1980. Application of the Q-system in design

decisions. In Subsurface space, (ed. M. Bergman) 2, 553-561. New York: Pergamon.

Barton, N.R., Lien, R. and Lunde, J. 1974. Engineering classification of rock masses for

the design of tunnel support. Rock Mech. 6(4), 189-239.