200_caracterización de macizos rocosos_pedro varona

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Pedro Varona Eraso

Director de Itasca Consultores, S.L.

TENDENCIAS ACTUALES EN LA TENDENCIAS ACTUALES EN LA CARACTERIZACIÓN DE MACIZOS ROCOSOSCARACTERIZACIÓN DE MACIZOS ROCOSOS

Madrid, 29 de junio de 2011

CARACTERIZACIÓN GEOTÉCNICA DEL TERRENO

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Caracterización geotécnica de macizos rocosos

Es evidente que una mejor caracterización del macizo rocoso conllevamenores desvíos en los costes de la obra

Hoek, E. & A. Palmieri (1998) Geotechnical risks on large civil engineering projects. Keynoter address for Theme 1 – Internation Association of Engineering Geologists Congress, Vancouver, Canada, Seprtember 21 to 25, 1998

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Caracterización geotécnica de macizos rocosos

• La caracterización no debe contemplar solo la media de los

valores sino su distribución estadística

• Parámetros a estudiar:

- Geological Strength Index (GSI)

- Resistencia a la compresión simple (RCS)

- Deformabilidad

- Estado tensional

- Orientación de las estructuras

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Estimación del GSI

Rock Mass Rating system (RMR) según Bieniawski, 1989

Bieniawski, Z.T. (1989) Engineering Rock Mass Classifications. New York: Wiley.

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Estimación del GSI


No se debe considerar el agua en la estimación de parámetros, ya que su efectose incluirá en los cálculos pertinentes (Hoek, 1988)

Hoek, E. & E.T. Brown (1998) The Hoek-Brown Failure Criterion – a 1988 update. 15th Canadian Rock Mechanics Symposium,October 1988, Toronto. Ed. John H. Corran

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Estimación del GSI


Criterio de rotura de Hoek-Brown generalizado

a

ci

3ci31 sm

La resistencia de la roca intacta aparece explícitamente en el criterio de rotura

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100RMRexp

m

m

i

La roca intacta difícilmente podría llegar a RMR=100 al ser penalizado por la resistencia, especialmente en

rocas blandas

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100RMRexps

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Estimación del GSI

Priest, S.D. & J.A. Hudson (1981) Estimation of discontinuity spacing and trace length using scanline surveys.Int J. Rock Mech. Min. Sci. & Geomech. Abstr. Vol 18, pp. 183-197 (1981)

Relación entre el RQD y frecuencia media de las discontinuidades Priest & Hudson (1981)

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Estimación del GSI

Manual de Túneles y Obras Subterráneas - Capítulo 4. C. López Jimeno ed.. ETSIM Madrid, 2000

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Estimación del GSI - CualitativoGeological Strength Index (GSI) según Hoek et al

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Estimación del GSI - Cuantitativo

GSI es función del espaciado de las juntas y el factor de estado

de la junta Jc (Cai et al, 2004)

A

swc J

JJJ

Jw = ondulación de la junta a gran escala

Js = rugosidad de la junta a pequeña escala

JA = grado de alteración de la junta

Cai, M., P.K. Kaiser, H.Uno, Y.Tasaka & M. Minami (2004) Estimation of rock mass deformation modulus and strength of jointed hard rock masses using GSI system.International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences 41 (2004) 3-19

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Descripción de la ondulación de la junta a gran escala (Cai et al, 2004)

Descripción de la rugosidad a pequeña escala (Cai et al, 2004)


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Descripción de la alteración de la junta (Cai et al, 2004)


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Determinación del GSI (Cai et al, 2004)

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Sonmez, H. & R. Ulusay (1999) Modifications to the geological strength index (GSI) and their applicability to stability of slopes.International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences 36 (1999) 743-760

Determinación del GSI función de Jv (Sonmez et al, 1999)

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RMR(4): descripción del estado de las discontinuidades

Despreciando la persistencia (difícil de estimar de sondeos y que no aparece en el GSI)se obtiene un máximo de 24 puntos. Divididos en 5 grupos se obtiene la equivalencia:


Dada la dificultad para estimar el Jc a partir de sondeos se puede relacionar con el valor de RMR(4)

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Considerando esta equivalencia se puede obtener el GSI a partir del espaciado entrejuntas y el RMR(4)

Ambos valores se pueden obtener directamente de sondeos

Parámetros observables a pequeña escala

A partir de la regresión cuadrática de la gráfica de GSI se obtienen la expresiones:


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Representación RMR vs. GSI

Histograma de distribuciones de RMR y GSI

Comparativa de resultados según este métodoUnidad geotécnica 1 (Tobas)

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Representación RMR vs. GSI

Histograma de distribuciones de RMR y GSI

Comparativa de resultados según este métodoUnidad geotécnica 7 (diatrema)

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Tobas

Representación RMR vs GSI

Diatrema y brechas

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Estimación de la resistencia a la compresión simple (RCS)

Debe ser medida a partir de ensayos:

• Ensayo de carga puntual (no recomendable para roca blanda, sci<25 MPa)

• Ensayo de compresión simple

5.0% 90.0% 5.0%3.6% 91.9% 4.5%

25.2 79.1

-10

01

02

03

04

05

06

07

08

09

01

00

0.000

0.005

0.010

0.015

0.020

0.025

0.030

0.035

Fit Comparison for UCS GRNMMRiskLognorm(47.872,16.062)

Input

Minimum21.17Maximum99.52Mean 47.80Std Dev 15.53Values 49

Lognorm

Minimum 0.00Maximum +∞Mean 47.87Std Dev 16.06

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Estimación del estado tensional

Debe ser medido: ensayos de hidrofracturación

Equipo de hidrofracturaciónPerfil de tensiones medido en un sondeo

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Estimación de la deformabilidad

A partir de ensayos presio-dilatométricos

Distribución de módulos de deformabilidad

Ligne B: Reconnaisance Geologique, Geotechnique et Hydrogeologique B 1998 – 0101 – M . Metro de L’Agglomeration Toulousaine

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Orientación de las estructuras

A partir de imágenes obtenidas mediante sondas de testificación geofísica

Imagen óptica y acústica

24899 polos

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Valor característico

Métodos estadísticos para determinar el valor característico

n

tX

n

tV1XX mmk

Donde, t= valor de Student (depende del nº de datos, n)V= coeficiente de variación= desviación estándarXm= valor medio

En caso de tener pocos datos, una buena aproximación es:

5.0XVk1XX mnmk

Orr, T. L.L. & E.R. Farrell (1999) Geotechnical Design to Eurocode 7 – Chapter 2. Springer (London). ISBN 1-85233-038-4

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Relación tensión-deformación

Según Hoek y Marinos (2000)

Hoek,E. & P. Marinos (2000) Predicting Squeeze II. Tunnels & Tunnelling International, Decembre 2000, pp. 33-36

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2.0

o

cmP

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