monografía rmr y q de barton

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCAFACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA GEOLÓGICA (E.A.P.I.G.)

TRABAJO:

“CLASIFICACIÓN GEOMECANICA DE LAS ROCAS: SISTEMA RMR Y SISTEMA Q”

ASIGNATURA:

PERFORACIÓN Y VOLADURA

DOCENTE:

ING.

ALUMNOS:

DIAZ CASTAÑEDA, José Daniel.

HUAMÁN CARRASCO, James Josmar.

MORENO INCIL, Anthony Gehú.

RODRIGUEZ CARRASCO, Crhisthian Hugo.

VALDERA SÁNCHEZ, Antony.

CICLO:

VIII

CAJAMARCA - PERÚ

2015

TABLA DE CONTENIDO

CLASIFICACIÓN GEOMECÁNICA DE LAS ROCAS............................................................................1

INTRODUCCIÓN............................................................................................................................1

CAPÍTULO I: SISTEMA RMR (Bieniawski 1973, 1989)................................................................2

CAPÍTULO II: SISTEMA Q (BARTON, LIEN Y LUNDE, 1974)......................................................10

CAPÍTULO III: DIFERENCIAS ENTRE EL RMR Y EL Q DE BARTON.............................................17

CAPÍTULO IV: EJERCICIOS.......................................................................................................20

CAPÍTULO V: CASO PRÁCTICO................................................................................................23

A. CASO PRÁCTICO: ESTABILIDAD DE TALUDES..............................................................23

B. CASO PRÁCTICO: SOSTENIMIENTO DE TUNELES........................................................28

Universidad Nacional de CajamarcaFacultad de Ingeniería

Escuela Académico Profesional de Ingeniería Geológica

CLASIFICACIÓN GEOMECÁNICA DE LAS ROCAS

INTRODUCCIÓN

Se acepta que fue Terzaghi (1946) quien propuso la primera clasificación del

terreno orientada a la construcción de túneles. Sus datos provenían de túneles

sostenidos fundamentalmente por cerchas metálicas. A partir de los años 50

fue generalizándose la utilización del bulonado y el hormigón proyectado en la

construcción de túneles para usos civiles. La clasificación de Lauffer de 1958

refleja perfectamente el uso combinado de cerchas, bulonado y hormigón

proyectado en la construcción de túneles en roca. Esta clasificación está, por

otra parte, muy vinculada al surgimiento del Nuevo Método Austriaco (NATM)

en centroeuropa. Su utilización requiere, sin embargo, la experiencia directa en

obra y es poco práctica en las fases de proyecto y anteproyecto.

Las que podemos denominar clasificaciones modernas (Sistema RMR

(Bieniawski) y Q (Barton)) intentan un mayor grado de objetividad. Se trata en

los dos casos de combinar atributos del macizo rocoso (de tipo geológico,

geométrico y tensional) en un número único relacionado con la calidad global

de la roca. A su vez, este número permite, a través de la experiencia recogida

en su utilización en casos reales, la definición de un sostenimiento del túnel y la

estimación de otros parámetros o datos de interés (resistencia del macizo

rocoso, tiempo de estabilidad de una excavación no sostenida, etc.).

En el presente trabajo se describen las clasificaciones, las que podemos

denominar "modernas", se exponen las recomendaciones de todas ellas para el

sostenimiento de túneles y se mencionan las críticas que han recibido. A lo

largo del tiempo, alguna de estas clasificaciones ha recibido pequeños cambios

en algún aspecto. Las descripciones y tablas que aquí se recogen

corresponden aproximadamente a las versiones en uso a finales de los 80. Las

CLASIFICACION GEOMECANICA DE LAS ROCAS Página 1



clasificaciones de Bieniawski (RMR) y Barton (Q) son de los años 1973 y 1974

respectivamente y el resto fueron propuestas en fechas anteriores.

CAPÍTULO I: SISTEMA RMR (Bieniawski 1973, 1989)

En este sistema el índice RMR se obtiene como suma de cinco números que

son a su vez función de:

• La resistencia a compresión simple de la roca matriz

• RQD

• Espaciamiento de las discontinuidades

• Condición de las discontinuidades

• Condición del agua

• Orientación de las discontinuidades

El sistema RMR está sintetizado en la Fig. 10 (sistema básico) y en el conjunto

de figuras de la Fig. 11 que son gráficos de apoyo a la clasificación original que

permiten hacer continúas algunas de las "ventanas" que aparecen en la Fig.

10.

Una vez que se obtiene el RMR básico (un número entre 0 y 100), Bieniawski

propone ajustarlo en función de la relación entre la orientación del túnel y de las

discontinuidades (cuadro B de la Fig.10). La definición de las condiciones "muy

favorables" a "muy desfavorables" aparece en la última Tabla de esta Figura

según unas recomendaciones inicialmente propuestas en el sistema RSR.

La clasificación RMR proporciona también la calidad global de la roca, que se

agrupa en cinco categorías (cuadro C de la Fig. 10) y una indicación del tiempo

de estabilidad de una excavación libre (concepto original de Lauffer) de la

cohesión de la roca y de su ángulo de fricción (cuadro D de la Fig. 10).




A. PARÁMETROS DE CLASIFICACIÓN.

B. CORRECIÓN POR LA ORIENTACIÓN DE LAS DISCONTINUIDADES.

C. CLASIFICACIÓN DE LAS ROCAS.




D. CARACTERÍSTICAS GEOTÉCNICAS.

Fig. 10: Tabla para obtener el valor del RMR.

A partir del índice RMR es posible obtener:

a) Una idea del tiempo de estabilidad de excavaciones sin soporte

(Fig.12).

b) Unas recomendaciones para el sostenimiento en túneles de forma de

arco de herradura 10 m de ancho, construidos por el sistema

convencional (voladura) siempre que la presión vertical sea inferior a

25 MPa (250 kg/cm2) equivalente a un recubrimiento de 100 m y

asumiendo una γ = 2.7 T/m3 ; σV = 27 kg/cm2 (Fig.13).

c) Correlaciones con otras propiedades del macizo rocoso. Algunas

correlaciones ya formaban parte de la clasificación original (Fig. 10).

Otras propuestas son:

- Módulo de deformabilidad "in situ"

- Parámetros de resistencia del criterio de rotura de Hoek-Brown




El criterio se escribe:

Donde σC: resistencia a compresión simple de la roca matriz

m,s : parámetros relacionados con el grado de imbricación y

fracturación del macizo rocoso.

Hoek y Brown (1988) propusieron:

Para macizos poco alterados (perforados con máquina

tuneladora):

Para macizos más alterados (excavados mediante

explosivos):

Donde mi es el valor de m para la roca matriz (ver Hoek y Brown,

1980).




Fig. 11

Crítica: Se han señalado los siguientes aspectos (Kirsten, 1988):

De forma natural, el sistema de cálculo (suma de contribuciones de

rango limitado) tiende a favorecer los índices medios de calidad.

Cambios radicales en un sólo parámetro (que pueden afectar de forma

significativa a la respuesta del macizo rocoso, como sería el caso de la




resistencia de las discontinuidades) afecta poco al índice global, debido,

de nuevo, a la estructura del índice como suma de contribuciones.

El espaciamiento entre juntas parece sobrevalorado (aparece dos veces:

de forma explícita e indirectamente en el RQD).

El sostenimiento que se propone es el definitivo. Bajo la filosofía del

NATM es necesario, en ocasiones, considerar sostenimientos primarios

y secundarios que no están definidos.

Más adelante se comparan entre sí los sistemas RMR y Q.

Fig. 12. Tiempo de estabilidad de excavaciones sin soporte




Fig. 13. Guía para la excavación y soporte en túneles y obras de donde la condición de la roca es importante. (Según Bieniawski)

CAPÍTULO II: SISTEMA Q (BARTON, LIEN Y LUNDE, 1974)

El índice Q se obtiene mediante la siguiente expresión:

Donde, además del RQD, se introducen los parámetros iguales:

Jn: parámetro para describir el número de familias de discontinuidades.

Jr: parámetro para describir la rugosidad de las juntas.

Ja: parámetro para describir la alteración de las juntas.

Jw: factor asociado al agua en juntas.

SRF factor asociado al estado tensional (zona de corte, fluencia,

expansividad, tensiones “in situ”)

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

La asociación de factores permite dar un sentido físico a cada uno de ellos:

RQDJn

: representa el tamaño del bloque medio.

JrJa

: reúne términos de rugosidad, fricción y relleno de las juntas y

representa la resistencia entre bloques.




JwSRF

: combina condiciones de agua y tensión y, por tanto, puede

representar una tensión activa o eficaz.

Aunque en el índice Q no se menciona explícitamente la orientación de las

juntas, señalan sus autores que los valores de Jr y Ja se han de referir a la

familia de juntas que con más probabilidad puedan permitir el inicio de la

rotura.

La descripción detallada de Q parece en la Fig. 14.

TABLAS USADAS PARA LA CLASIFICACIÓN DE BARTON




Continuación del parámetro de la tabla 6……………….




CLASIFICACIÓN DE BARTON DE LOS MACIZOS ROCOSOS. ÍNDICE DE CALIDAD Q

SUGERENCIAS PARA EL USO DE LAS TABLAS.1. Cuando no se disponen de sondeos, el RQD se estima a partir de

afloramientos, mediante el índice volumétrico de juntas Jv.

2. En el parámetro Jn, puede ser afectado por la foliación, esquistosidad,

y laminaciones. Si las diaclasas paralelas están suficientemente

desarrolladas, se contabilizan como una familia, si no se contabilizan

con diaclasas ocasionales.

3. Se tomaran los valores de los parámetros Jr y Ja de la familia de

diaclasas o discontinuidades rellenas de arcilla más débil de la zona,

pero hay que elegir en primer lugar las diaclasas de orientación

desfavorable aunque no den el valor mínimo del cociente Jr/Ja




4. El valor del SRF se obtendrá en el aparato 1 de la tabla de

clasificación de este parámetro, si el macizo rocoso tiene arcilla en las

diaclasas.

5. En las rocas anisotropías, la resistencia a la comprensión simple de la

roca, y la resistencia a la tracción, respectivamente se evalúan en las

zonas más desfavorables para la estabilidad de la estructura

subterránea.

En la práctica Q puede variar entre 103 y 10-3, lo que representa un rango

considerablemente mayor que el correspondiente a los índices del resto de

clasificaciones. Cabe señalar que el método trata con cierto detalle los factores

de rugosidad de juntas, alteración y rellenos de las mismas. Los parámetros Jr

y Ja se deben establecer para la familia de discontinuidades con características

más desfavorables (incluyendo en este concepto no únicamente las juntas de

peor calidad-resistencia-intrínseca, sino también las peor orientadas).

La determinación de Q permite la estimación del sostenimiento del túnel. Para

ello se procede en tres etapas:

1. Se selecciona el grado de importancia de la excavación definido

mediante un índice ESR (Excavation Support Ratio) que viene a ser un

factor de seguridad. En efecto, Barton homogeneiza los diámetros de las

excavaciones a un diámetro “equivalente”, que se define De = D/ESR.

Los valores de ESR aparecen en la Fig. 15. La referencia (ESR=1)

corresponde típicamente a los túneles que encontramos en obras de

transportes (carreteras y ferrocarriles). Un cambio en ESR conduce

implícitamente a una percepción diferente de la seguridad que

aceptamos para una determinada obra.

2. Se elige el tipo de sostenimiento combinando el índice Q y el diámetro o

luz libre de la excavación (afectado por el coeficiente ESR) (Fig. 16). En

esta figura se aprecian también los casos que no necesitan

sostenimiento (por debajo del límite inferior de la figura). En general, los




casos de excavaciones no sostenidas de forma permanente se dan

cuando:

Jn ≤ 9; Jr ≥ 1; Ja ≤ 1; Jw =1; SRF≤ 2.55

FIg…. Q vs SPAN/ ESR

Cada una de las categorías de sostenimiento indicadas en la Fig. 16

corresponde a una descripción que aparece en la Fig. 17. El sistema especifica

bulonado (con diferentes características), hormigón proyectado reforzado o no

y arco de hormigón con encofrado, reforzado o no.

Crítica: La casuística que reflejan algunos índices (como Ja o SRF) tiende a

ser algo compleja y de interpretación complicada. Kirsten (1988) sugiere, por

ejemplo, una tabla alternativa para el cálculo de Ja (Fig. 18). El sistema parece,

por otra parte, bien adaptado para definir rocas de baja calidad.




CAPÍTULO III: DIFERENCIAS ENTRE EL RMR Y EL Q DE BARTON

Los sistemas RMR y Q se han aplicado, desde su publicación, a centenares de

proyectos bajo condiciones variadas de litologías, calidad de roca, tamaño de

excavación, profundidad, etc., y sus autores han defendido su bondad y

universalidad en numerosos artículos.

En la tabla de la Fig. 19 se comparan los factores que aparecen en ambas

clasificaciones. El sistema Q parece algo más completo aunque no se dan

criterios claros sobre la importancia de la orientación y buzamiento de las

discontinuidades.

La aplicación de diversos sistemas a un mismo caso permite, por otra parte,

calificar el grado de conservadurismo relativo de cada método. Parece que el

sistema RMR es algo más conservador que el Q.

Por otra parte, es lógico intentar una correlación entre los índices Q y RMR. Se

han encontrado relaciones del tipo:

En la Fig. 20 aparece la correlación obtenida en la perforación del Túnel del

Cadí (Prepirineo, España).

FACTORES INCORPORADOS POR LAS CLASIFICACIONES CSIR Y NGA




Fig. 19. Comparación de los distintos factores que aparecen en las clasificaciones de Bieniawski (RMR) y Barton (Q)




Fig. 20. Correlación entre índices Q y RMR para el Túnel del Cadí

CAPÍTULO IV: EJERCICIOS

RMRUn túnel es construido atravesando un granito ligeramente meteorizado y con

un sistema principal de discontinuidades buzando 60° en contra del sentido del

avance del túnel. Se obtuvo a partir de ensayos de laboratorio un valor de

índice de resistencia de carga puntual igual a 8 MPa (resistencia de la roca). El

RQD promedio es de 70%. Las discontinuidades son ligeramente rugosa y sus




paredes están ligeramente meteorizadas, con una separación entre ellas ¿

1mm, las discontinuidades están espaciadas cada 30cm. El túnel se encuentra

húmedo. Determinar la clase de macizo rocoso y el tipo de sostenimiento o

refuerzo en caso que se necesite.

Tabla Parámetro Valor Puntaje

Tabla 3.12 – A1 Índice de resistencia de Carga Puntual. 8 MPa 12

Tabla 3.12 – A2 RQD 70% 13

Tabla 3.12 – A3 Espaciado de discontinuidades. 300 mm 10

Tabla 3.12 – E4 Condición de discontinuidades Nota 1 22

Tabla 3.12 – A5 Infiltración de agua Húmedo 7

Tabla 3.12 – B Ajuste por orientación Nota 2 -5

Nota 1: para discontinuidades con superficies algo rugosas, ligeramente

meteorizadas y con una separación ¿1mm, de la Tabla 12 seccion A4, tenemos

un puntaje de 25. Pero cuando información más detallada está disponible, la

tabla 3.12 sección E se la puede utilizar para obtener un puntaje más refinado.

Entonces, en este caso, el puntaje es la suma de 4(1 a 3 m de longitud de la

discontinuidad). 4 (separación 0,1 a 1,0 mm), 3 (ligeramente rugosas), 6 (sin

relleno) y 5 (ligeramente meteorizado; lo que nos da un total de 22.

Nota 2: La tabla 3.12 sección F da una descripción de regular para las

condiciones donde el túnel atraviesa la roca en contra de su buzamiento con un

ángulo de 60°. Usando esta descripción para túneles y mina en la tabla 3.12

sección B da un puntaje de ajuste de -5.

Para el caso considerado, con un RMR= 59, la tabal 3.14 sugiere que el túnel

puede ser excavado a media sección y banqueo con progresiones de 1,5 a 3,0

m en la sección superior. Algunos refuerzos se pueden colocar después de

cada voladura y los refuerzos completos a 10 m de frente. Se puede utilizar

anclaje sistemático con pernos de 4m de longitud, 20 mm de diámetro,

espaciado de 1,5 a 2m en el techo y paredes, malla en el techo. Se puede


TOTAL 59



utilizar también de 50 a 100 mm de hormigón lanzado en el techo y 30 mm en

las paredes.

Un puntaje del RMR igual a 59 nos indica que el macizo rocoso está en el límite

de las categorías de “rocas regular” y “roca buena”. En las etapas iniciales de

construcción, es permisible utilizar el sostenimiento para una roca regular. Si la

construcción va progresando sin problemas de estabilidad y el sostenimiento

utilizado es el apropiado, es posible reducir los requerimientos de

sostenimiento a los que sugieren utilizando es el apropiado, es posible reducir

los requerimientos de sostenimiento a los que se sugieren para una roca

buena.

Además, si la excavación requiere estabilidad para un corto tiempo, entonces

se debe tratar de utilizar el sostenimiento menos costoso y complicado para un

macizo de calidad buena. De todas formas, si el macizo rocoso es susceptible

de sufrir variación en los campos de tensión, entonces el sostenimiento para

una roca de calidad regular debe ser instalado. Este ejemplo indica que es

necesario tener un buen criterio para la aplicación de una correcta selección y

diseño del sostenimiento en un determinado macizo rocoso.

ESCANER

Q DE BARTON

CALCULAR EL ÍNDICE Q Y EL TIPO DE SOSTENIMIENTO PARA LA SIGUIENTE EXCAVACIÓN

Se construye una cámara de 15m de ancho para una mina subterránea, excavada en

una norita a 2.100 m bajo la superficie. El macizo rocoso contiene 2 familias de

discontinuidades que controlan l estabilidad. Estas discontinuidades son onduladas,

rugosas y sin meteorización. El RQD tiene un promedio del 90% y el ensayo de




laboratorio dio un promedio de resistencia a la comprensión uniaxial de 170 MPa. La

dirección de las tensiones principales es vertical y horizontal, y la magnitud de la

tensión principal horizontal es aproximadamente 1,5 veces mayor que la tensión

principal vertical. El macizo rocoso esta localmente mojado, pero no hay evidencias de

flujos de agua.

De la tabla 3.18 obtenemos los siguientes datos: RQD=90; Jn=4; Jr=3; Ja=1, Jw=1.

Para una profundidad de 2100m, la tensión vertical in situ será de aproximadamente

57 MPa, y en el caso de la tensión horizontal (1,5 veces la vertical) tendremos

aproximadamente 85 MPa. La resistencia a la compresión de la norita es 170 MPa;

esto nos da una relación σσ1

=2. De la tabla 3.18, el valor del SRF=100. Con estos

valores calculamos Q:

UTILIZAMOS LA SIGUIENTE FÓRMULA:

Q= RQDJn

× JrJa× JwSR F

Q=904× 3

1× 1

100=0,68

La cámara antes mencionada cae en la categoría de minas permanentes abiertas, por

lo tanto, le corresponde un valor de ESR= 1,8. Entonces, para una excavación de 15m

de ancho, la dimensión equivalente: De= 15/1,8 = 8,33.

Se grafica estos datos, tanto el valor de Q, como de la De, en la figura 3.10 y

observamos que en el punto cae dentro de la categoría (6), la cual requiere hormigón

lanzado reforzado de 90 a 120 mm de espesor, con anclaje sistemático, espaciado a

1,7 m.

ESCANER

CAPÍTULO V: CASO PRÁCTICO

A. CASO PRÁCTICO: ESTABILIDAD DE TALUDES

CLASIFICACIÓN GEOMECÁNICA Y ANÁLISIS ESTABILIDAD DE TALUDES DEL MACIZO ROCOSO CORIS, CARTAGO, COSTA RICA




Este artículo involucra el estudio de las propiedades físicas y mecánicas

más relevantes del macizo rocoso de la Formación Coris, expuesto en la mina,

propiedad de la empresa Sílice de Costa Rica S.A. (SICORSA). La mina se

localiza a 250 metros al NE del poblado de Coris, provincia de Cartago, en las

coordenadas 205,9N y 537,7W, de la hoja topográfica Istarú, escala 1:50 000

del Instituto Geográfico Nacional.

El método RMR permite, de forma sencilla, estimar la calidad del

macizo rocoso, mediante la cuantificación de los siguientes

parámetros: resistencia a la compresión uniaxial de la roca, Rock

Quality Designation (RQD), espaciamiento de discontinuidades,

condición de las discontinuidades, condición del agua subterránea y

orientación de las discontinuidades.

Resistencia a la compresión uniaxial de la roca

Se realizó un ensayo de comprensión uniaxial a cuatro muestras de roca

recolectadas en el macizo rocoso. El valor promedio para el material arenoso

es de 7,7 MPa, lo que corresponde con una roca de mala calidad y con una

valoración de 2.

Índice de Calidad de la Roca, RQD

El RQD se ha estimado midiendo la cantidad de discontinuidades en 1 m2 del

talud. Su valor fue determinado usando la fórmula empírica propuesta por

Bieniawsky (1989):

Espaciamiento de las discontinuidades

Se midieron tres sistemas de discontinuidades (denominados 1, 2 y 3) que

corresponden únicamente con diaclasas. El rumbo y espaciamiento de las

discontinuidades se resumen en el cuadro 1.




La valoración del espaciamiento entre las discontinuidades es de 9,

considerando el sistema 3 como el más desfavorable para la estabilidad del

talud (ya que se presenta cada 30 cm en el macizo).

Condición de las discontinuidades

El cuadro 2, contiene las características de los sistemas de diaclasas

observados.

Condiciones del agua subterránea

El macizo rocoso se presenta totalmente seco, por lo tanto su valoración es de

10, según la clasificación propuesta por Deere en 1964.

Clasificación del macizo rocoso, RMR

La valoración total del macizo rocoso es de 40 y se desglosa en el cuadro 3.

Este valor corresponde con un macizo rocoso de categoría IV, es decir, de

mala calidad, puede considerarse un tiempo medio de sostén de 5 horas para




un trecho de 15 metros (en túneles), cohesión de 100 a 200 kPa y un ángulo de

fricción de 15° a 25°.

Orientación de las discontinuidades

El rumbo del talud es S70°E, inclinado hacia el SW. En vista de esto, el sistema

1, no es desfavorable para la estabilidad del talud, ya que su buzamiento es

hacia el NE (dirección contraria al talud). Sin embargo, los sistemas 2 y 3, se

consideran desfavorables, debido a que buzan hacia el SE y SW,

respectivamente.

El ajuste por la orientación de las fisuras, se hace considerando que ambos

sistemas son medianamente desfavorables (–25) o desfavorables (–50), de

manera que en cada caso, debe sustraerse a la valoración total del RMR, una

cantidad de 25 y 50 respectivamente, como se muestra en el cuadro 4.

De esta manera, el RMR, caracterizaría un macizo rocoso de categoría V, el

cual posee las siguientes características:

a. se considera muy malo.

b. tiene un tiempo medio de sostén de 10 minutos para un trecho de 0,5 m

(en túneles).

c. posee una cohesión < 100 kPa y ángulo de fricción < 15°




El sistema Q, fue propuesto por Barton et al. (1974), basándose en

una gran cantidad de casos tipo de estabilidad en excavaciones

subterráneas, siendo su principal propósito establecer un índice para

determinar la calidad del macizo rocoso en túneles.

El valor numérico del índice Q se obtiene a partir de la siguiente

ecuación:

Número de sistemas de fisuras (Jn) Rugosidad de las fisuras (Jr) Alteración de las fisuras (Ja), factor Reducción por agua en las fisuras (Jw) Factor de reducción por esfuerzos (SRF).

Sustituyendo los valores: RQD = 22,6; Jn = 9; Jr = 2; Ja = 4; Jw = 1 y

SRF = 2,5; se obtiene un valor de Q de

ANÁLISIS DE ESTABILIDAD DEL TALUD

Para el análisis de la estabilidad del talud en el frente de mina, se utilizó el

programa de cómputo PC–Slope V 6,0 para ambiente DOS.

Las propiedades mecánicas de la roca necesarias para el modelo, se asumen

de las propuestas por el método RMR para un macizo de categoría V.




El análisis se realizó asumiendo las siguientes condiciones:

- Una superficie de ruptura circular, considerando que la interacción de

los tres sistemas de discontinuidades induce un comportamiento

homogéneo al macizo. Se excluye la posibilidad de una superficie de

ruptura a lo largo de algún plano de discontinuidad.

- Un talud vertical, con una altura inicial de 7 metros.

- Un nivel freático no aflorante.

- Ausencia de aceleraciones inducidas por actividad sísmica.

Un talud con las condiciones propuestas posee un factor de seguridad de 2,2

(Fig. 2). Por lo tanto, es posible diseñar taludes de mayor altura sin que ocurra

un colapso del talud. Realizando varias pruebas, se determinó que el talud

vertical es estable hasta una altura de 15 metros, con un factor de seguridad de

1,3, valor mínimo establecido para estabilidad en tajos.

Fig. 2: Perfil del sitio de Mina

SICORSA, mostrando la posible

superficie de ruptura por el

método simplificado de Bishop.

B. CASO PRÁCTICO: SOSTENIMIENTO DE TUNELES

ESTABILIDAD Y MEDIDAS DE SOSTENIMIENTO DEL TÚNEL HERRADURA CHORRILLOS APLICANDO LOS SOFTWARES RMR, DIPS Y SISTEMA Q DE

BARTON




El siguiente trabajo de investigación, muestra la aplicación del software DIPS y

las medidas de sostenimiento para la evaluación del túnel La Herradura en el

distrito de Chorrillos. En el siguiente informe, presentamos la geología del lugar

que es básicamente la formación la Herradura de arenisca silicificada. Luego,

se analiza los datos de campo tomados en las estaciones geomecánicas. Estos

datos son ingresados al software DIPS y analizados los principales planos de

discontinuidades para una posterior evaluación de las fallas del túnel,

finalizando con la aplicación de las medidas de sostenimiento y conclusiones.

a. Clasificación geomecánica del macizo rocoso

Para poder evaluar el macizo rocoso, principalmente importa conocer la

resistencia de la roca intacta, el grado de fracturamiento y los esfuerzos

activos. A continuación veamos dos formas habituales de clasificar.

Rock Mass Rating (RMR)

Desarrollada por Bieniawski en 1973, el cual para poder clasificar el macizo se

apoya de los siguientes parámetros.

1. Resistencia a la roca intacta

2. RQD

3. Espaciamiento de las

4. Estado de discontinuidades

5. Condiciones de agua subterránea

6. Orientación de las discontinuidades

Contando con estos seis parámetros, los macizos se pueden clasificar de la

siguiente manera:




Índice Q de Barton

Para obtener el valor numérico de este índice” Q” plantea la siguiente ecuación:

RQD = Índice de Deere

Jn =Índice de diaclasado

Jr = Índice de rugosidad de las discontinuidades

Ja = Índice de alteración de las discontinuidades

Jw = Factor de ajuste por presencia de agua

SRF = Factor de ajuste por condiciones tensionales

Medidas de Sostenimiento a partir del Q de Barton

ESR (Excavation Support Ratio), ESR de acuerdo al tipo de Proyecto




Figura 4. Clases de rocas

1. Sin sostenimiento

2. Bulonado o anclaje puntual sb.

3. Bulonado o anclaje sistemático, B

4. Bulonadoo anclaje sistemático con hormigón proyectado, 40-100 mm, B+S

5. Hormigón con fibras, 50-90 mm y bulonado S(fr)+B



8. Hormigón con fibras, >150 mm y bulonado S(fr)+B

9. Revestimiento de hormigón, CCA

RESULTADOS




1. VALORIZACIÓN DEL ÍNDICE DE RMR Para la Estación Geomecánica E-1

Valor del RMR Básico de 70

Valor del RMR Ajustado 58 que es equivalente a una clase III

equivalente a una roca regular

Cohesión (Kpa)= 350

Fricción (ø)= 40.0°

Para la Estación Geomecánica E-2



equivalente a una roca regular



Para la Estación Geomecánica E-3



equivalente a una roca regular.



2. VALORIZACIÓN DEL ÍNDICE Q DE BARTON Para la Estación Geomecánica E-1

Dónde:

RQD= 57, Jn= 9, Jr=1.5, Ja=1, Jw=1, SRF= 2.5

Q= 57 x 1.5 x 1/ 9 x 1 x 2.5 = 4.6

Altura túnel/ESR= 6/1.2=5




Considerando el Q y la relación entre la altura de túnel y ESR

obtenemos de la Fig. 4 que la categoría de sostenimiento corresponde al

tipo 3 que equivale a la colocación de pernos sistemáticos.

Dónde:

RQD = 55, Jn = 9, Jr =1.5, Ja = 1,

Jw =1, SRF = 2.5

Q= 55 x 1.5 x 1/ 9 x 1 x 2.5 = 3.7



obtenemos de la Fig.4 que la categoría de sostenimiento corresponde al

tipo 4 que equivale a la colocación de pernos sistemáticos con hormigón

proyectado de 40 a 100 mm

Dónde:

RQD = 57, Jn = 9, Jr =1.5, Ja = 1, Jw =1, SRF = 2.5

Q= 57 x 1.5 x 1/ 9 x 1 x 2.5 = 4.6



obtenemos de Fig 4 que la categoría de sostenimiento corresponde al

tipo 3 que equivale a la colocación de pernos sistemáticos.


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