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Mecánica de RocasTema 5.
Clasificación de Macizos Rocosos
Universidade da Coruña
Jordi Delgado MartínE.T.S. Ingenieros de Caminos,
Canales y Puertos
Tema 5.
Clasificación de Macizos Rocosos
¿Por qué? ¿Para qué?
1 2 3
4 5 6
Necesidad de una Sistemática
2
Algunas Interacciones en Macizos Rocosos Comportamiento del Macizo
Tensiones in situ Bajas
Rocas MasivasNo se requieren sostenimientos
permanentes. Por motivos de seguridad, durante la construcción
puede ser preciso emplear sostenimientos
ligeros
Rocas Algo Fracturadas
Serán necesarios bulones puntuales para prevenir el desprendimiento de
determinados bloques de roca y cuñas. Los bulones deben ser
activos
Rocas Muy FracturadasBulones ligeros emplazados
sistemáticamente junto con mallazo y/o hormigón proyectado y control de los desprendimientos de fragmentos superficiales
de la excavación
Tensiones in situ Altas
Rocas MasivasBulones y pernos
junto con mallazo y hormigón proyectado
para inhibir lafracturación y mantener los
bloques sueltos en su sitio
Rocas Algo Fracturadas
Bulones pesados inclinados para
interceptar las juntas. Mallazo u hormigón
proyectado reforzado con fibra de acero en la clave y hastiales de la
excavación
Rocas Muy FracturadasBulones pesados sistemáticos
y hormigón proyectado reforzado con fibra de
acero. A veces, cerchas de acero deslizantes. Pueden ser necesarios encofrados
perdidos y placas de hormigón en la solera para prevenir levantamientos
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Racionalización de una Excavación
Para una Psost constante, las tensiones in situ bajas implican menores deformaciones que las
tensiones in situ altas
Relación entre la presión de sostenimientoy la deformación de un túnel, para distintas relaciones
de resistencia de macizo rocoso y tensiones in situ
Tensiones in situ y Deformaciones
Radio del túnel (m)
Pres
ión
de s
oste
nimient
o (M
Pa)
Elección de SostenimientosClasificación de Macizos –
Ideas GeneralesInicialmente se desarrollaron para la estimación de sostenimientos de túneles. Se utilizan en proyectos de viabilidad y en las etapas preliminares de diseño.Algunas clasificaciones constan de simples listas de comprobación mientras que otras presentan esquemas muy detallados.Su objetivo es dar una idea clara del macizo rocoso y de su variabilidad espacial.
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Clasificación de Macizos –Ideas Generales
Sirven para obtener estimaciones preliminares (basadas en reglas empíricas) sobre la necesidad de sostenimiento de excavaciones subterráneas (túneles, cavernas, …) o superficiales (taludes, cortas, etc.)
Constituyen una herramienta ingenieril práctica que obliga al usuario a examinar las propiedades del macizo rocoso.
No reemplaza a los métodos de diseño avanzados.
Se aplica de forma específica a emplazamientos específicos.
Clasificación de Terzaghi(1946)
K. von Terzaghi
carga litostática(rock load)
Descripción de los Macizos
Descripción de los Tipos de RocaIntactaEstratificadaModeradamente fracturadaTrituradaFluyente (evaporitas,…)Expansiva (anhidrita, arcillas, …)
Ejemplo de Sostenimiento Características de la roca
Carga litostática, Hp (en pies)
Notas
1 Roca dura e intacta 0 Revestimiento ligero, necesario sólo en caso de fenómenos de descompresión
2 Roca dura estratificada o esquistosa
0 − 0.5B
3 Roca masiva y moderadamente fisurada
0 − 0.25B
Revestimiento ligero. La carga puede variar erráticamente de un punto a otro
4 Roca moderadamente fracturada en bloques y fisurada 0.25B a 0.35(B+Ht) Sin presión lateral
5 Roca muy fracturada en bloques y fisurada
(0.35 − 1.10)(B+Ht) Pequeña o nula presión lateral
6 Roca completamente triturada
pero químicamente intacta (no re-cementada)
1.10(B+Ht)
Presión lateral importante. El efecto ablandante de las filtraciones de agua hacia la parte baja del túnel requiere, bien soportes
continuos para la parte inferior de las cerchas o bien cerchas circulares
7 Roca fluente a moderada profundidad (1.10 − 2.10)(B+Ht)
8 Roca fluente a gran profundidad (2.10 − 4.50)(B+Ht)
Muy altas presiones laterales. Se requiere contrabóveda y se recomienda emplear
cerchas circulares
9 Roca expansiva Hasta 250 pies,
independiente del valor de (B+Ht)
Se requieren cerchas circulares. En casos extremos deben usarse soportes deslizantes
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LimitacionesNo proporciona información cuantitativa sobre las propiedades del macizo rocoso, siendo demasiado general como para permitir una evaluación objetiva de las calidades de la masa rocosa.
No considera la interacción existente entre el terreno y el revestimiento.
No es adecuada para los modernos sistemas constructivos de túneles, que emplean hormigón proyectado y anclajes para el sostenimiento
Clasificación de Lauffer (1956)Introduce dos factores importantes:
Tiempo de sostenimiento (stand-up time)Vano crítico (active span)
Clasificación de Lauffer (1956) Clasificación de Lauffer (1956)
Tipo de Macizo Rocoso Sostenimiento Sostenimiento con
fortificación de madera A Firme, resistente No se requiere No se requiere
B Se rompe a posteriori Hormigón proyectado en capa de 2 a 3 cm o anclajes de 1.5 a 2 m con malla y,
en determinados casos, solo chapas Protección de cabeza
C Se rompe a posteriori con facilidad
Hormigón proyectado en capa de 3 a 5 cm o anclajes de 1 a 1.5 m con malla y, a
veces, solo placas de anclaje
Revestimiento de techo o de testero
D Quebradizo
Hormigón proyectado en capa de 5 a 7 cm con malla o anclajes de 0.7 a 1 m con
malla y hormigón proyectado de 3 cm de espesor
Entibación ligera
E Muy quebradizo Hormigón proyectado en capa de 7 a 15
cm con malla y, caso de ser posible, anclajes cada 0.5 a 1.2 m
Entibación semipesada
F Compresible
Hormigón proyectado de 15 a 20 cm con mallas metálicas y cuadros de acero o cuadro con revestimiento y posterior
inyección de cemento.
G Muy compresible Cuadros de acero con hormigón proyectado
Entibación de tablestacas, con o sin escudo
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LimitacionesDificultad para determinar los dos parámetros en los que se basa (active span y stand-up time).
Su importancia radica en que ...
El concepto de tiempo de sostenimiento ha sido importante para desarrollar el sistema NATM (New Austrian Tunnelling Method).
Clasificación NATM
Su elaboración se debe a los trabajos de L. von Rabcewicz, L. Müller y F. Pacher, entre 1957 y 1965.
NATM es una aproximación o filosofía que integra los principios de comportamiento de macizos rocosos bajo carga y la auscultación del comportamiento de las excavaciones subterráneas durante su construcción
Características NATMMovilización de la resistencia del macizo rocoso. El método se basa en la conservación resistencia inherente al propio macizo rocoso que rodea la construcción de manera que constituya un sustento primario al propio túnel.
Uso de hormigón proyectado. Para preservar la capacidad de carga del macizo deben ser minimizados su potencial debilitamiento como resultado de una la excesiva deformación.
Auscultación. NATM requiere la instalación de un sofisticado sistema de auscultación. Ello proporciona información en relación con la estabilidad de la excavación.
Características NATMUso de soportes flexibles. NATM aboga por la versatilidad y flexibilidad en los sostenimientos. Se prefieren elementos activos en lugar de pasivos.
Cierre del anillo de convergencia. Los sostenimientos no deben emplazarse demasiado pronto tras la excavación dado que la capacidad de movilización del macizo tras la excavación para conformar el anillo de carga no es inmediata.
Consideraciones contractuales. NATM se basa en una auscultación continua durante la construcción. Por ello debe ser posible, en términos contractuales, el cambio de los sistemas de sostenimiento a medida que avanza la construcción, si fuera necesario.
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Características NATMLa clasificación del macizo rocoso determina las medidas de sostenimiento. El pago por la realización de sostenimientos se basa en la clasificación del macizo efectuada tras cada cierto avance. Es, por tanto, un sistema de presupuesto dinámico más que uno de coste cerrado.
Túnel de Arlberg (Austria)
Clasificación de Deere (1962)Rock Quality Designation, RQD.
Su finalidad es dar una estimación cuantitativa de la calidad de un macizo rocoso, a través de testigos de sondeo.
Es igual al % de piezas de testigo intactas de longitud superior o igual a 100 mm, en la longitud total del sondeo.
Clasificación de Deere (1962)
sondeodeltotallongitudmmpiezasentestigodelongitud
xRQD100
100>
=
8
Clasificación de Deere (1962)RQD Calidad de la roca
< 25 % Muy pobre 25 − 50 % Pobre 50 − 75 % Aceptab le 75 − 90 % Buena 90 − 100 % Excelente
RQD debe ser determinado en testigos de, al menos, 54.7 mm
de diámetro (diámetro NX en la terminología americana) y obtenido con un dispositivo de perforación de doble pared.
Las medidas de testigo óptimas son las NX (54.7 mm ) y NQ (47.5 mm) si bien también es posible emplear otros diámetros entre el BQ (36.5 mm) y PQ (85 mm)
Clasificación de Deere (1962)Autor Sin sostenimiento Sostenimiento con
anclajes Sostenimiento con cerchas
RQD 75 − 100 RQD 50 − 75
Espaciados entre 1.5 − 1.8 m
RQD 50 − 75 Cerchas ligeras espaciadas 1.5 a
1.8 m como alternativas a los anclajes
RQD 25 − 50
Espaciados entre 0.9 − 1.5 m
RQD 25 − 50 Cerchas ligeras a medianas
espaciadas de 0.9 a 1.5 m como alternativa a los anclajes
Deere et al (1970)
RQD 0 − 25
Cerchas medianas a circulares pesadas espaciadas de 0.6 a 0.9 m
Cecil (1970) RQD 82 − 100
RQD 52 − 82 Como alternativa a los anclajes, 40 − 60 mm
de hormigón proyectado
RQD 0 − 52 Cerchas u hormigón proyectado
reforzado
Merrit (1972) RQD 72 − 100 RQD 23 − 72
Espaciados entre 1.2 y 1.8 m
RQD 0 − 23
Clasificación de Deere (1962)Elección de sostenimientos de acuerdo con
RQD, de acuerdo con Merrit (1972)
Relación RQD y la clasificación de Terzaghi
(1946)
Clasificación de Deere (1962)
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Priest y Hudson (1976) Priest y Hudson (1976)
( )11.0100 1.0 += − λλeRQD
Frecuencia media entre juntas
Si 6 < λ < 16
4.11068.3 +−= λRQD
Palmstrom (1982)
vJRQD 3.3115 −=
Índice volumétrico de juntas, Jv: Suma del número de juntas por
unidad de longitud
Limitaciones de RQDNo tiene en cuenta propiedades como la presencia de materiales de relleno en las juntas, su continuidad, su rugosidad, o la orientación.
Es un parámetro fuertemente direccional.
Deben discriminarse las fracturas generadas durante los procesos de perforación y manipulación de los testigos de sondeo o por voladuras, las cuales no deben entrar a formar parte del índice RQD.
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Clasificación de Wickham at al. (1972)
Rock Structure Rating, RSR.Introdujo el concepto de puntuación de elementos, obteniendo, así, una valoración numérica. A diferencia de la de Terzaghi, que era cualitativa, esta es cuantitativa (o, al menos, semi cuantitativa)A diferencia de la de Deere (1962), se basa en muchos parámetros.A diferencia de la de Lauffer (1957), la aplicación de RSR no se limita por la experiencia previa de quien la aplica.
Clasificación RSR
RSR = A + B + C
Parámetro A: Geología
Tipo Básico de Roca Estructura Geológica
Dura Media Blanda Descompuesta Masiva
Ligeramente plegada o fallada
Moderadamente plegado o fallada
Muy plegada o fallada
Ígnea 1 2 3 4 Metamórfica 1 2 3 4 Sedimentaria 2 3 4 4
Tipo 1 30 22 15 9 Tipo 2 27 20 13 8 Tipo 3 24 18 12 7 Tipo 4
19 15 10 6
1) Tipo de roca (ígnea, metamórfica o sedimentaria).2) Dureza de la roca (dura, media, baja, descompuesta).3) Estructura geológica (masiva, ligeramente fallada/plegada,
moderadamente fallada/plegada, muy fallada/plegada).
Parámetro B: Geometría
Dirección perp. al eje Dirección paral. al eje Dirección de la excavación
Con y contra el buzamiento
Con el buzamiento
Contra el buzamiento
En cualquier dirección
Inclinación de las juntas principales
Espaciado Medio entre las Juntas
Horiz. Incli. Vert. Incli. Vert. Horiz. Incli. Vert. 1. Muy apretadas (< 2 in) 9 11 13 10 12 9 9 7 2. Apretadas (2 – 6 in) 13 16 19 15 17 14 14 11 3. Mod. Fract. (6 – 12 in) 23 24 28 19 22 23 23 19 4. Mod. a poco fract. (1 – 2 ft) 30 32 36 25 28 30 28 24 5. Poco fract. a masivo (2 – 4 ft) 36 38 40 33 35 36 24 28 6. Masivo (> 4 ft) 40 43 45 37 40 40 38 34
1) Espaciado de las discontinuidades2) Orientación de las discontinuidades (dirección, buzamiento y sentido de buzamiento)3) Dirección del túnel o galería
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Parámetro C: Filtraciones y Juntas
Calidad global del macizo rocoso (combinando A y B)Condiciones de las juntas (buena, aceptable, mala)Caudal de filtración, en gal/min/1000 pies de túnel)
Suma de Parámetros A + B 13 − 44 45 – 75
Estado de las Juntas Caudal de filtración previsto
(gal/min por cada 1000 ft de túnel) Bueno Regular Malo Bueno Regular Malo
Ninguno 22 18 12 25 22 18 Ligero (< 200 gal/min) 19 15 9 23 19 14
Moderado (200 −1000 gal/min) 15 22 7 21 16 12 Alto (> 1000 gal/min) 10 8 6 18 14 10
Corrección de RSR por el Método de Excavación
Diámetro del túnel Factor de ajuste 30 pies (9.15 m) 1.058
8.00 m 1.127 25 pies (7.63 m) 1.135
7.00 m 1.150 20 pies (6.10 m) 1.168
6.00 m 1.171 5.00 m 1.183
15 pies (4.58 m) 1.186 4.00 m 1.192
10 pies (3.05 m) 1.200
RSRc = (A + B + C)*F.A.
Selección de SostenimientosSugerencias sobre
DimensionadoPor Ejemplo:
Para anclajes de φ=25 mm, trabajando a tracción con una carga de 24000 libras-fuerza (~680 kgf)
Wpiesespaciado 24)( =
Peso de la roca(en 1000 lb/ft2)
25.11 Wt +=
15065 RSRDt −+=
Para hormigón proyectado de espesor t
Diámetro de la excavación
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Rock Mass Rating System, RMR
Basada en:Resistencia compresiva uniaxial de la rocaRQDEspaciado entre discontinuidadesEstado de las discontinuidadesFiltracionesOrientación de las discontinuidades
Clasificación de Bieniawski (1973, 1979, 1989) Variantes de RMR
Autor/es Año País Aplicación 1 Weaver 1975 Sudáfrica Facilidad de arranque 2 Laubscher 1977 Sudáfrica Minas 3 Olivier 1979 Sudáfrica Meteorización 4 Ghose y Raju 1981 India Minas de carbón 5 Moreno Tallón 1982 España Túneles 6 Kendorski 1983 USA Minas en rocas duras 7 Nakao et al. 1983 Japón Túneles 8 Serafim y Pereira 1983 Portugal Cimentaciones 9 González Vallejo 1983 España Túneles 10 Unal 1983 USA Anclajes en minas de carbón 11 Romana 1985/1993 España Estabilidad de taludes 12 Newman 1985 USA Minas de carbón 13 Sandbak 1985 USA Capacidad de perforación 14 Smith 1986 USA Facilidad de dragado 15 Venkateswarlu 1986 India Minas de carbón 16 Robertson 1988 Canadá Estabilidad de taludes
Técnicas de Aplicación
El macizo se divide en regiones estructurales.Cada región se clasifica separadamente.Los límites entre zonas pueden ser litológicos,
estructurales, etc.Cada zona puede ser subdividida si se producen
cambios significativos en algún parámetro (p. Ej. espaciado entre juntas).
Revisiones de RMR
Parámetro Valor 1973 1974 1976 1979 1989 Índice de Carga Puntual 7 MPa 5 5 12 12 12
RQD 70 % 14 14 13 13 13 Espaciado entre Juntas 300 mm 20 20 20 10 10 Estado de las Juntas Ligeramente alterado 12 10 20 20 25
Filtraciones Seco 10 10 10 15 15 Factor de ajuste por
orientación de las juntas Muy favorable 15 15 0 0 0
RMR 76 74 75 70 75
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RMR - Sección AAgrupa 5 parámetros principales
Resistencia a la compresión simpleRQDEspaciado entre discontinuidadesEstado de las discontinuidadesCaudal de filtración
Algunos de los parámetros relevantes estas pueden ser interpoladas usando gráficas auxiliares.
RMR Básico
RMR Básico RMR Básico
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RMR BásicoEstimación de RQD mediante
el Espaciado
RMR - Sección BConsidera el factor geométrico de la orientación de las juntas.La suma de los valores de la sección A y la B
constituye el denominado RMR global
Dirección y buzamiento de las juntas
Muy favorable
Favorable Aceptable Desfavorable Muy
desfavorable Túneles y
Minas 0 −2 −5 −10 −12
Cimentaciones 0 −2 −7 −15 −25 Puntuaciones Taludes y
Pendientes 0 −5 −25 −50 −60
RMR - Secciones C y D
Puntuación 100 81 80 61 60 41 40 21 < 20 Categoría del Macizo I II III IV V
Descripción cualitativa Muy bueno Bueno Aceptable Malo Muy malo
Categoría I II III IV V
Tiempo de sostenimiento medio 10 años
con 15 m de vano
6 meses con 8 m de
vano
1 semana con 5 m de
vano
10 horas con 2.5 m de
vano
30 minutos con 1 m de
vano Cohesión (kPa) > 400 300 − 400 200 − 300 100 − 200 < 100
Ángulo de rozamiento > 45º 35º − 45 º 25º − 35 º 15º − 25 º < 15 º
Dirección de las juntas perp. al eje del túnel
Excavación a favor del buzamiento
Excavación en contra del buzamiento
Dirección de las juntas paral. al eje del túnel
Buzamiento de 45º a 90º
Buzamiento de 20º a 45º
Buzamiento de 45º a
90º
Buzamiento de 20º a 45º
Buzamiento de 45º a 90º
Buzamiento de 20º a 45º
Buzamiento de 0º a 20º y
cualquier dirección en
relación al túnel
Muy favorable Favorable Aceptable Desfavorable Muy desfavorable
Aceptable a desfavorable Aceptable
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Ajustes especiales de RMR (p. Ej. minería)
Recomendaciones sobre Sostenimientos
Clasificación de Lauffer (1988) Clasificación de Lauffer (1988)
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Unal (1983)Cálculo del peso máximo, P (en kN) a soportar por un túnel de diámetro B (en m), de acuerdo
con el valor de RMR
BRMRP γ100
100 −=
Peso específico de la roca (kg/m3)
Módulo de deformación (in situ) de la Roca
( )40
10
10−
=RMR
ME
Hoek y Brown (1980)sm
ccc
++=σσ
σσ
σσ 131
−
=28
100exp
RMRmm i
−
=9
100exp
RMRs
−
=14
100exp
RMRmm i
−=
6100exp RMRs
Macizos poco perturbados(excavados mediante TBM o voladuras suaves)
Macizos perturbados (grandes pendientes o afectados por voladuras intensas)
Modelo de resistencia de macizos rocosos
Relación entre RMR y el Sistema Q
44ln9 += QRMR
42ln5.10 += QRMR
4.1277.0 += RMRRSR
Bieniwaski (1976)
Abad et al. (1983)
Rutledge y Preston (1978) y Moreno Tallón (1982)
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Clasificación de Romana: Slope Mass Rating, SMR
SRM = RMR + (F1 x F2 x F3) + F4
F1 depende del paralelismo entre la dirección de las juntas y la del plano del talud:
= 1.0 (cuando ambos son paralelos)= 0.15 (cuando forman un ángulo superior a 30º
( )[ ]21 1 sjsenF αα −−=
orientación de las juntas orientación del talud
SMRF2 depende del buzamiento de la junta. En el caso de roturas planas:
= 1.0 (para juntas con buzamiento > 45º)= 0.15 (buzamiento < 20º)= 1 (cuando la rotura sea por vuelco)
jtgF β22 =
ángulo de buzamiento de
las juntas
F3 refleja la relación existente entre el buzamiento de las juntas y el propio talud.
Factores de ajuste por la orientación de las juntas (F1, F2, F3)
Caso Muy favorable Favorable Normal Desfavorable Muy
desfavorable Rotura plana
Vuelco |αj – αs|
|αj – αs – 180| > 30º 30º − 20º 20º − 10º 10º − 5º < 5º
Rotura plana o vuelco
F1 0.15 0.40 0.70 0.85 1.0
|βj| < 20º 20º − 30º 30º − 35º 35 − 45º > 45º Rotura plana
F2 0.15 0.40 0.70 0.85 1.0 Vuelco F2 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0
Rotura Plana Vuelco
βj – βs βj + βs
> 10º < 110º
10º − 0º 110º − 120º
0º > 120º
0 – (−10º) −
< −10º −
Rotura plana o vuelco
F3 0 −6 −25 −50 −60
Factor de ajuste por el método de excavación (F4)
Método Talud natural Precorte Voladura
suave
Voladura o excavación mecánica
Voladura deficiente
F4 +15 +10 +8 0 −8 Clases de Estabilidad
Clase V IV III II I SMR 0 − 20 21 − 40 41 − 60 61 − 80 81 − 100
Descripción Muy mala Mala Normal Buena Muy buena
Estabilidad Totalmente
inestable Inestable Parcialmente estable Estable
Totalmente estable
Roturas Grandes roturas por planos
continuos o por masa Juntas o
grandes cuñas Algunas juntas o muchas
cuñas Algunos bloques Ninguna
Actuaciones Reexcavación Corrección Sistemático Ocasional Ninguno
SMRClasificación SMR de
Laderas y TaludesLos distintos taludes se clasifican en 5 categorías (I
a V), para los cuales se recomiendan actuaciones genéricas:
SMR > 65: No son necesarias actuaciones salvo sanear el talud.
70 > SMR > 45: Serán necesarias actuaciones de protección: zanjas cazapiedras, vallas o pantallas al pie del talud, mallas de protección, dispositivos de atenuación de desprendimientos (pantallas dinámicas o estáticas), etc.
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Clasificación SMR de Laderas y Taludes
75 > SMR > 30: actuaciones de refuerzo del terreno: anclajes, etc.
60 > SMR > 20: hormigón proyectado, de relleno, contrafuertes y/o vigas, muros de pie (gaviones, escollera, hormigón), etc.
40 > SMR >10: drenaje superficial y profundo.
30 > SMR > 10: reexcavación: tendido del talud, muros de contención, falsos túneles, etc.
Desarrollada en el Instituto Geotécnico Noruego, NGI
Barton, Lien y Lunde (1974, 2000)
Variantes:
Autor/es Año País Aplicación 1 Kirsten 1982 Sudáfrica Facilidad de excavación 2 Kirsten 1983 Sudáfrica Túneles
Clasificación del NGI: Sistema Q
Sistema QEl sistema se propuso tomando como base el análisis
de una muy amplia base de datos de casos históricos (más de 210).
Es una clasificación cuantitativa (escala logarítmica: de 0.001 a 1000).
Es un sistema de ingeniería que facilita la selección y diseño de sostenimientos para túneles
Sistema QEl sistema Q se basa en la atribución de puntuaciones
a 6 parámetros:
RQDNúmero de familias de discontinuidadRugosidad de la familia de discontinuidad más desfavorableGrado de alteración o relleno en las juntas más
desfavorablesCaudal de filtraciónEstado tensional del macizo
SRFJ
JJ
JRQD
Q w
a
r
n
⋅⋅=
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Sistema Q
SRFJ
JJ
JRQD
Q w
a
r
n
⋅⋅=
RQD = designación de la calidad de la roca Jn = índice de número de familias de discontinuidad (joint set
number)Jr = índice de rugosidad de las juntas (joint roughness
number)Ja = índice de alteración de las juntas (joint alteration
number)Jw = factor de reducción por la presencia de agua en las juntas
(joint water reduction factor)SRF = factor de reducción por tensiones en el macizo
(stress reduction factor)
Sistema Q
La clasificación considera tres grupos de parámetros
Tamaño de bloque ( RQD / Jn )Resistancia a corte de las juntas ( Jr / Ja )Tensiones activas ( Jw / SRF )
Ninguno de ellos considera la orientación específicade las juntas.
Interpretación de los Parámetros
Representa la estructura del macizoEstimación grosera del tamaño medio de bloques
del macizo
nJRQD
Interpretación de los Parámetros
Representa la rugosidad y característicasfriccionales de las paredes de las juntas o del material de relleno
a
r
JJ
20
Interpretación de los Parámetros
Consta de dos parámetros tensionalesSRF puede ser visto como un parámetro de tensión total
que mide:Pérdida de carga cuando la excavación atraviesa zonas
altamente fracturadas.Tensión del macizo en rocas competentes.Cargas por fluencia en rocas plásticas incompetentes
JW es una medida de la presión de agua
SRFJw
Designación de la Calidad de la Roca (Rock Quality Designation, RQD) A 0 – 25 Muy malo B 25 – 50 Malo C 50 – 75 Aceptable D 75 – 90 Bueno E 90 – 100 Excelente
Sistema Q
Sistema Q
Coeficiente de Rugosidad de las Juntas (Joint Roughness Number, Jr) Las filas A – G incluyen los siguientes casos:
a) Las dos paredes de la junta están en contacto b) Contacto entre las dos paredes de la junta ante un desplazamiento cortante < 10 cm
A Juntas discontinuas 4 B Juntas rugosas, onduladas e irregulars 3 C Juntas lisas y onduladas 2 D Juntas onduladas perfectamente lisas 1.5 E Juntas lisas, rugosas o irregulares 1.5 F Juntas planas, lisas 1.0 G Juntas planas, perfectamente lisas 0.5 Las filas H – I incluye el siguiente caso:
c) No existe contacto entre las paredes de la junta ante un desplazamiento cortante
H Zona que contiene minerales arcillosos con un espesor suficiente para impedir el contacto de las paredes de la junta
1.0
J Zona arenosa o triturada con un espesor suficiente para impedir el contacto de las paredes de la junta 1.0
Coeficiente de Reducción por la Presencia de Agua en las Juntas (Joint Water Reduction Factor, Jw)
Presión de agua
(kg/cm2) Jw
A Excavaciones secas o pequeñas filtraciones puntuales (inferiores a 5 L/min) secas
< 1 1.0
B Filtraciones de presiones medias, con lavado ocasional de de los rellenos de las juntas
1 – 2.5 0.66
C Filtración importante a alta presión en rocas competentes con juntas sin relleno
2.5 – 10 0.5
D Filtración importante a alta presión y lavado importante de los rellenos de las juntas
2.5 – 10 0.33
E Filtraciones excepcionalmente elevadas o presiones de agua elevadas en el momento de la voladura, decreciendo esta con el tiempo
> 10 0.2 – 0.1
F Filtraciones excepcionalmente elevadas o presiones de agua elevadas y de carácter persistente. No se aprecia una significativa disminución del caudal de filtración con el tiempo
> 10 0.1 – 0.05
Sistema Q
21
Coeficiente de Alteración de las Juntas (Joint Alteration Number, Ja) a) Contacto entre los planos de junta (sin minerales de relleno intermedios) φr Ja
A Discontinuidad cerrada, dura, sin reblandecimientos, impermeable, etc. − 0.5 B Planos de discontinuidad inalterados. Superficies ligeramente manchadas 25º − 35º 1.0
C Planos de junta ligeramente alterados. Presentan minerales no reblandecibles, partículas arenosas, roca desintegrada libre de arcillas, etc. 25º −30º 2.0
D Recubrimientos de arcillas limosas o arenosas. Fracción pequeña de arcilla dura 20º − 25º 3.0
E Recubrimiento de arcillas blandas o de baja fricción (colinita, clorita, talco, yeso, grafito, micas, …) y pequeñas cantidades de arcillas expansivas
8º − 16º 4.0
b) Contacto entre los planos de junta ante un desplazamiento cortante inferior a 10 cm (rellenos de mineral de pequeño espesor) φr Ja
F Partículas arenosas, roca desintegrada libre de arcilla, etc. 25º − 30º 4.0
G Fuertemente sobreconsolidados, con rellenos de minerales arcillosos duros (continuos pero con espesores < 5 mm) 16º − 24º 6.0
H Sobreconsolidación media a baja, con reblandecimiento, rellenos de minerales arcillosos (continuos pero con espesores < 5 mm) 12º − 16º 8.0
J Rellenos de arcillas expansivas (continuos pero con espesores < 5 mm). El valor de Ja dependerá del porcentaje de partículas con tamaños similares a los de las arcillas expansivas 6º − 12º 8–12
c) No se produce contacto entre los planos de junta ante un desplazamiento cortante (rellenos de mineral de gran espesor) φr Ja
K L M
Zonas o bandas de roca desintegrada o triturada y arcillas (ver clases G, H y J para la descripción del estado de las arcillas) 6º − 24º
6, 8 ó
10−12 N Zonas o bandas de arcillas limosas o arenosas, con pequeñas fracciones de arcilla no reblandecible − 5.0 O P R
Zonas blandas o continuas de arcilla, de gran espesor (ver clases G, H y J para la descripción del estado de las arcillas)
6º − 24º 10, 13
ó 13−20
Sistema Q Clasificación del Macizo
Tipo de Macizo Q Macizo excepcionalmente malo < 0.01 Macizo extremadamente malo 0.01 – 0.10
Mazico muy malo 0.10 – 1.00 Macizo malo 1.00 – 4.00
Macizo acceptable 4.00 – 10.0 Macizo bueno 10.0 – 40.0
Macizo muy bueno 40.0 – 100.0 Macizo extremadamente bueno 100.0 – 400.0 Macizo excepcionalmente bueno 400.0 – 1000.0
Sostenimientos con el Sistema Q
ESRparedovanodellongitud
De =
Dimensión equivalente Excavation Support Ratio
Para sostenimientos temporales: Q = 5QESR = 1.5ESR
Sostenimientos
Tipo de Excavación ESR A Labores mineras de carácter temporal 2 – 5
de sección circular 2.5 B Pozos verticales de sección cuadrada 2.0
C
Galerías mineras permanentes, túneles de centrales hidroeléctricas (excluyendo las galerías de presión), túneles-piloto, galerías de avance en grandes excavaciones, cámaras de compensación hidroeléctrica
1.6 – 2.0
D Cavernas de almacenamiento, plantas de tratamiento de agua, túneles de carretera y ferrocarril secundarios, túneles de servicio
1.2 – 1.3
E Centrales eléctricas subterráneas, túneles de carretera y ferrocarril principales, refugios subterráneos de defensa civil, emboquilles e intersección de túneles
0.9 – 1.1
F Centrales nucleares y otras instalaciones subterráneas relacionadas, estaciones de ferrocarril, instalaciones públicas y deportivas, fábricas, gaseoductos
0.5 – 0.8
22
Anclajes
ESRB
L15.02 +
=
Diámetro de la excavación
Longitud de anclaje
Vano sin Sostenimiento
( ) 4.02 QESRLvano =
Carga máxima en la bóveda de un Túnel
3
0.2QJ
Pr
roof =
33
0.2
QJ
JP
r
nroof =
Si el número de familias de juntas es inferior a 3...
Sostenimientos
23
Sostenimientos Relación RMR y Q
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