Clasificacion Geomecanica De Lauffer

CLASIFICACION GEOMECANICA DE LAUFFER • La clasificación geomecánica de Lauffer, de 1958, parte de las ideas de Josef Stini de 1950 sobre la importancia de los defectos del macizo rocoso en su comportamiento mecánico. CLASIFICACION DE LAS ROCAS DE STINI Y LAUFFER Stini, en su manual de geología de túneles propuso una clasificación de los macizos rocosos (1958) y comentó muchas de las condiciones adversas que pueden encontrarse en la construcción de túneles. Insistió sobre la importancia de los defectos estructurales de la roca y desaconsejó que se escavara paralelo al rumbo de las discontinuidades muy inclinadas. Mientras que Terzaghi y Stini estudiaban la inestabilidad en relación con el tiempo en los túneles, fue Lauffer quien llamo la atención sobre la importancia del tiempo que permanecían estables las excavaciones en diferentes tipos de roca, incluso en minas abandonadas. CLASIFICACION DE LAS ROCAS DE STINI Y LAUFFER

Según Lauffer, el tipo A no necesita sostenimiento, los tipos B y C necesitan sostenimiento de techo, el tipo D requiere cerchas ligeras, el tipo E cerchas pesadas, y los tipos F y G requieren sostenimiento pesado inmediato en el frente.

CLASIFICACIÓN DE TERZAGHI La clasificación de Terzaghi enfoca el estudio de los macizos rocosos para la construcción de túneles soportados por marcos de acero. La carga y los efectos de solicitación se pueden mostrar en el esquema.

Se definen los siguientes términos:

1. Roca inalterada No tiene fisuras ni ramaleos. Por lo tanto, cuando se rompe, lo hace a través de roca sana. Debido al daño que se hace a la roca con el uso de explosivos, puede caer del techo desgajes de roca varias horas o varios días después de la voladura. Esta condición se llama desprendido. La roca dura, inalterada, también puede verse alterada por chasquidos, lo que indica separación espontánea y violenta de láminas de rocas de las paredes del techo. 2. Roca estratificada Está constituido por capas unitarias con poca o ninguna resistencia a la separación a lo largo del plano limítrofe entre estratos. La capa puede verse debilitado o no debido a fracturas transversales. Los desprendidos son comunes a este tipo de rocas.

3. Roca medianamente fisurada Tiene fisuras y ramaleos pero los bloques entre las juntas están soldados o tan íntimamente embonados que las paredes verticales no necesitan refuerzo. En rocas de este tipo, se puede encontrar a la vez el desprendido y el chasquido.

4. Roca agrietada en bloques

Es una roca químicamente inalterada o casi inalterada, cuyos fragmentos se encuentran totalmente separados unos de otros y ni embonan. Esta clase de roca puede necesitar ademes laterales en las paredes.

5. Roca triturada Químicamente sana tiene apariencia de ser un producto de trituradora. Si los fragmentos, en su mayoría o todos, son del tamaño de arena y no ha habido recomendación, la roca triturada esta debajo del nivel de agua freáticas tiene las propiedades de una arena saturada.

6. Roca comprimida Avanza lentamente en el túnel sin aumento perceptible de volumen. Un prerequisito de compresión es un porcentaje elevado de partículas microscópicas o sub-microscópicas de micas o de minerales arcillosos de poca expansibilidad.

7. Roca expansiva Avanza básicamente en el túnel debido a su propia expansión. La capacidad de esponjamiento parece estar limitada a las rocas que contienen minerales arcillosos como la montmorillonita, con una alta capacidad de expandirse.

La carga de roca Hp en ft sobre el techo del túnel con ancho B en ft y altura Ht en ft a una profundidad superior de más de 1.5(B+Ht). *Se supone que el techo del túnel se encuentra debajo del nivel freático. Si se localiza permanentemente sobre el nivel freático los valores que se indican de 4 a 6 podrán disminuirse en un 50%. **Algunas de las formaciones rocosas más comunes contienen capas de lutita (pizarra arcillosa del inglés shale). Cuando no está meteorizada, la lutita verdadera no está peor que otras rocas estratificadas. Sin embargo, la palabra pizarra se aplica muchas veces a sedimentos arcillosos muy compactos que todavía no adquieren las propiedades de la roca. Está mal llamada lutita puede comportarse en un túnel como una roca comprimida y aun expansiva. Si una formación consiste en una secuencia de capas horizontales de arenisca o caliza y de lutita inmadura, la excavación del túnel se complica muchas veces con una compresión progresiva de la roca en ambos lados del túnel provocando un movimiento descendente del techo. Además, una baja resistencia al deslizamiento en los límites entre la tal lutita y la roca, probablemente reducirá mucha la capacidad de apuntalar que tiene la roca encima del techo. Por lo tanto, en esta clase de formaciones, la presión sobre el techo puede ser tan grande como en una formación muy fracturada en bloques.

LA CLASIFICACIÓN GEOMECÁNICA DE PROTODYAKONOV (1962)

El planteamiento teórico del método es similar al utilizado por Terzaghi, aunque Protodyakonov simplifica mucho las expresiones al considerar que las cargas de compresión creadas por el terreno se distribuyen de forma parabólica (como antifunicular de las cargas, evidentemente).

A grandes rasgos, lo que hace es:

 Considerar un arco parabólico triarticulado trabajando a compresión.  Plantear el equilibrio de fuerzas, compensando las cargas verticales y horizontales mediante el factor "f" (como una especie de coeficiente de rozamiento).  Buscar la mayor altura estable "h" que puede desarrollar el terreno, obteniendo: h=B/2f Una vez conocida esa altura "auto-estable" (por llamarla de algún modo), tenemos delimitadas dos zonas con distinto comportamiento. Así, por encima de la parábola el terreno queda sustentado por un "efecto arco" (también llamado "arqueo" o "efecto silo"), mientras que por debajo de la parábola carga directamente sobre el sostenimiento. Como se conoce la ecuación de esa parábola, se puede medir esta cantidad de terreno, obteniendo una carga total sobre el revestimiento de:

Q = (1/3) · γ · B²/f O, en términos de tensión sobre la sección: σ = (1/3) · γ · B/f (Siendo γ la densidad del material) Es decir, valores muy similares a los que se obtienen aplicando el método de Terzaghi. De forma aproximada, Protodyakonov dio los siguientes valores para el coeficiente de resistencia "f":

El coeficiente “f” está definido por la siguiente fórmula matemática: f= ơc/10 Siendo: ơc= La resistencia a Compresión Simple de la roca expresada en MPa. Teniendo en cuenta este coeficiente y las dimensiones de la excavación subterránea, se definen las cargas de cálculo para dimensionar el tipo de sostenimiento. b) Resistencia compresiva de la roca: La resistencia compresiva “dc” de una roca se puede determinar por tres procedimientos: PRIMER PROCEDIMIENTO: Estimación de la Resistencia Compresiva mediante el martillo Schmidt de Dureza.

SEGUNDO PROCEDIMIENTO Determinación de la Resistencia Compresiva mediante el Ensayo de Carga Puntual “Franklin”. TERCER PROCEDIMIENTO Determinación de la Resistencia Compresiva mediante el Ensayo de Compresión Simple y/o Uniaxial La experiencia en los países soviéticos muestra que este método funciona más o menos bien para profundidades comprendidas entre B/(2·tg φ) y B/tg φ.

CLASIFICACIONES GEOMECÁNICAS RSR A. Las clasificaciones geomecánicas determinan el sistema de diseño empírico en la ingeniería de rocas y relacionan las experiencias obtenidas en diferentes proyectos de tunelería. B. Las características ESTRUCTURALES del macizo rocoso debe considerarse como un conjunto de bloques intactos separados por discontinuidades. C. Dentro de este contexto las propiedades de las DISCONTINUIDADES toman mayor importancia que las propiedades de la roca intacta. D. Parámetros para la clasificación del macizo rocoso (Bieniawski) Características geológicas 1. Resistencia de la roca a la compresión uniaxial 2. RQD 3. Espaciado de discontinuidades 4. Orientación de las discontinuidades 5. Condiciones hidrogeológicas 6. Tensiones insitu

E. Las clasificaciones de los macizos rocosos forma la columna vertebral del diseño empírico de túneles desde Terzaghi (1946) hasta Vallejo (1985)

PRINCIPALES SISTEMAS DE CLASIFICACIÓN DEL MACIZO ROCOSO 1. CONCEPTO DE VALUACIÓN DE LA ESTRUCTURA ROCOSA. RSR WICKHAM (1972)

 Es un método cuantitativo para describir la calidad de un macizo rocoso y de acuerdo a esto seleccionar y predecir un adecuado sostenimiento de túneles. Esto fue o es un sistema completo de clasificación de los macizos rocosos.

DEFINICIÓN DEL SISTEMA El concepto de RSR fue un gran adelanto por varias razones: 1. Es una clasificación cuantitativa diferente de la cualitativa de Terzaghi 2. Es una clasificación del macizo rocoso que incorporó varios parámetros diferentes del RQD, el cual está limitado a CALIDAD de los núcleos de sondaje. 3. Es una clasificación completa teniendo entrada y salida de datos, diferente de la clasificación de LAUFFER que confía su experiencia. 4. El concepto RSR considera dos categorías generales de los factores que influyen en el comportamiento de un macizo rocoso para túneles.

a.       

Parámetros geológicos como: Tipo de roca Patrones de discontinuidades (espaciado promedio) Orientación de las discontinuidades (rumbo y buzamiento) Tipo de discontinuidades Fallas mayores (cizalla y pliegues) Propiedades del material rocoso Meteorización y alteración

b. Parámetros de construcción  Dimensiones del túnel  Dirección de franqueo o avance  Método de excavación PROCEDIMIENTO DE CLASIFICACIÓN Los factores antes mencionado fueron agrupados por Wickham (1972) en tres parámetros básicos: A, B y C (ver tablas 3.7, 3.8, 3.9) en cuales fueron evaluados para determinar los efectos relativos de varios factores geológicos en fin de determinar el sistema de sostenimiento. 1. Parámetro A: Apreciacion general de la estructura de la roca  Tipo de roca (ígnea, metamórfica y sedimentaria)  Dureza de la roca (dura, media, blanda)  Estructura geológica (maciza, fracturada, etc)

2. Parámetro B Efecto del patrón de discontinuidades con respecto a la dirección del avance del túnel.  Espaciado de las discontinuidades  Orientación de las discontinuidades  Dirección del avance

3. Parámetro C Efecto de las infiltraciones de agua en macizo rocoso.  Calidad global del macizo rocoso por la combinación de los parámetros A y B.  Condición de las discontinuidades (buena, mala, regular, pobre).  Cantidad de infiltraciones de agua por minuto por cada 300 metros de la longitud del túnel.

PROCEDIMIENTO – CÁLCULOS  El valor del RSR de cualquier túnel es obtenido por la suma de los valores numéricos determinado por cada parámetro. Esto es: RSR = A + B + C con un máximo de 100  El RSR refleja la calidad del macizo rocoso con respecto a las necesidades del sostenimiento.  Una menor cantidad de sostenimiento se necesitará cuando el túnel sea excavado con TBM (Tunel Boring - Machine) y una mayor cantidad, cuando se excava por métodos convencionales (ciclo de minado). FACTOR DE AJUSTE PARA RSR Esto ocurre cuando la excavación se realiza con TBM

Esto es con un RSR = 60 y un AF = 1.15, el RSR ajustado será 69, este número es utilizado en la selección del sostenimiento. CLASIFICACIÓN GOMECANICA DE BIENIAWSKI (RMR) – 1972  Conocido también como clasificación geomecanica RMR o sistema de valoración de macizos rocosos pese a ciertas modificaciones y aportes ha permanecido con el mismo principio.  PROCEDIMIENTO DE CLASIFICACIÓN Los siguientes parámetros son usados para clasificar un macizo rocoso utilizando el sistema RMR.

1. Resistencia a la compresión uniaxial de la roca 2. Índice de la calidad de la roca (RQD) 3. Espaciado entre discontinuidades 4. Condiciones de las discontinuidades 5. Condición de infiltración de agua 6. Orientación de las discontinuidades Para aplicar la clasificación geomecanica se debe realizar lo siguiente: 1. Dividir el macizo en dominios estructurales (zonas de características geológicas similares como tipo de roca, espaciado, etc). En la mayoría de los casos, los límites de las regiones estructurales coincidirán con características geológicas mayores, tales como fallas, diques, contactos, etc. 2. Identificada las regiones estructurales se determinan los parámetros de clasificación para cada región estructural empleando para ello la HOJA DE DATOS (tabla 3.12). 3. Al respecto, el promedio de condiciones típicas es evaluado para cada SET de discontinuidades y los valores son interpolados utilizando las curvas indicadas en las figuras: 3.7, 3.8 y 3.9. 4. Se debe señalar que la importancia de ella se dio para el espaciado entre discontinuidades, aplicando al macizo rocoso que tiene tres SETS de discontinuidades. Es decir cuando solo dos familias de discontinuidades están presentes se obtiene un valor conservativo y la valoración para el espaciado entre dos discontinuidades puede incrementarse en un 30%. 5. Luego de analizar cada uno de los parámetros SUMAMOS SUS VALORES y obtenemos el RMR básico.