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celdas
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Mapeo de celdas de celdas GeotécnicasGeotécnicas
David León Arenas
Ing. Geomecánico
Objetivo del mapeo geotécnicoObjetivo del mapeo geotécnico
Descripción y caracterización del macizo rocoso, mediante la obtención de una serie de parámetros geotécnicos, sobre los que cuales se aplican las clasificaciones geomecánicas: Bieniawski, Laubscher, Q de Barton, etc.
La obtención de los parámetros debe realizarse de forma sistematizada, usando una terminología estandarizada y usando una secuencia lógica, de forma de no omitirse ninguna información básica.
PasosPasos
1. División del macizo en zonas más o menos homogéneas, a partir de criterios litológicos, estructurales, etc. En estas zonas deben mantenerse constantes las propiedades del macizo. La celda debe tener, en general, entre 5 y 15m y ser representativa del sector estudiado, de del sector estudiado, de ese modo se puede caracterizar rápidamente un ese modo se puede caracterizar rápidamente un sector con un número limitado de celdas.sector con un número limitado de celdas.
Pasos
2. Descripción de las características generales, ubicación, etc.
3. Toma de Parámetros Geotécnicos, los cuales se pueden dividir en 3 tipos:
Parámetros que describen la matriz rocosa.
Parámetros que describen discontinuidades.
Parámetros que describen el macizo rocoso.
Características generales
Descripción de las discontinuidades
Formato de Mapeo
Descripción del macizo rocoso
Características de la matriz rocosa
Resistencia de la Roca Intacta IRS (ISRM 1982)
Nota: Los grados S1 a S6 se aplican a suelos cohesivos, por ejemplo arcillas, arcillas limosas y combinaciones de limos y arcillas con arena, generalmente de bajo drenaje. La resistencia de la pared de las discontinuidades generalmente se caracterizarán por grados R0 a R6 (roca), mientras S1 a S6 (arcilla) se aplicarán normalmente a los rellenos de las discontinuidades
Martillo de Schmidt
Este ensayo permite estimar de forma aproximada la resistencia a compresión simple de la matriz rocosa.
Para la realización del ensayo, se debe limpiar la zona a ensayar, que debe estar limpia de fisuras o grietas, eliminado la pátina de roca meteorizada. El martillo debe colocarse de forma perpendicular a la pared. Se deben realizar 10 medidas, de las cuales se eliminan las 5 más bajas. El resto de valores promedian y se correlacionan mediante un ábaco c.
Descripción de las Discontinuidades
Las discontinuidades son las que dan al macizo rocoso su carácter discontinuo y anisótropo, haciéndolos más deformables y débiles. Además representan planos preferentes de alteración, meteorización, fractura y permiten el paso del agua. Se deben tener en cuenta las estructuras abiertas descartando las que lo han sido por efecto de la tronadura. Las estructuras como algunos tipos de vetas sellados, se consideran como parte de la matriz de la roca (para efecto de la clasificación geomecánica)
Se debe distinguir entre:
-Discontinuidades Sistemáticas: son las que aparecen en familias (diaclasas, planos de estratificación, esquistosidad,etc.) y dan forma a los bloques en los que se fractura el macizo.
-Discontinuidades Singulares: las que aparecen aisladas y suelen ser más continuas y persistentes (fallas, diques, discordancias, etc.)
Los parámetros a medir son los siguientes:
Tipo: Se usarán los siguientes códigos:
-E: Estratificación regular en rocas sedimentarias.-C: Contacto, superficie de contacto entre dos tipos de roca.-F: Falla, superficie de ruptura y/o fragmentación a lo largo de la cual ha habido desplazamiento.-D: Dique, fractura en la roca con relleno mayor que 5 cm. El relleno puede tener diferente litología.-J: Diaclasa, fractura en la masa rocosa, en la cual no ha habido desplazamiento. Normalmente con escaso o sin relleno.-S: Superficie de corte sin magnitud de desplazamiento reconocible. Puede reconocerse por superficies pulimentadas o estriadas.-U: Superficie erosionada subyacente a roca sedimentaria o ígnea.-V: Fractura en la roca con un relleno de menos de 5 cm. De espesor-PD: Pebble dyke
Orientación: La orientación de las estructuras define la forma del bloque formado y su orientación relativa. Su orientación relativa con respecto a una labor puede hacer que esta sea estable o inestable.
-Dip: Manteo, ángulo que forma con la horizontal la línea de máxima pendiente del plano elegido como representativo del set.
-Dipdir: dirección de manteo, ángulo que forma con el Norte geográfico, la proyección en la horizontal de la línea de máxima pendiente del plano.
Espaciamiento: El espaciamiento condiciona el tamaño de los bloques. Es la medida de la separación entre dos discontinuidades adyacentes, pertenecientes a un mismo set, tomada perpendicularmente a la superficie de la discontinuidad. Se distingue entre;
Espaciamiento mínimo
Espaciamiento máximo
Espaciamiento medio, se calcula dividiendo la longitud observada (perpendicular al set) por el número se estructuras observadas en esa longitud. El inverso de este valor es el FF, Frecuencia de Fracturas o nº de fracturas por metro
Persistencia: Es su extensión superficial, medida por su longitud según el rumbo del plano y según su manteo. Las familias más continuas serán las que condicionen los planos de rotura del macizo rocoso. También se debe indicar el tipo de terminación (estructura, roca, fuera de la celda, etc)
Rugosidad: Se evalúan tanto la ondulación de las superficies de discontinuidad, (varios metros) como las irregularidades a pequeña escala (10 a 20 cm)
RUGOSIDAD A GRAN ESCALARUGOSIDAD A GRAN ESCALAOndulada MultidireccionalOndulada UnidireccionalCurvaLigeramente CurvaRecta
Rugosidad a Pequeña Escala (ISRM,1981)
Rugosidad a Pequeña Escala (JRC) Barton and Choubey (1977)
Alteración de la pared: Se considera la alteración de la pared de la discontinuidad relativa a la observada para la matriz rocosa.
(1) Menor: La alteración de la pared es más débil que la de la roca. La roca está más alterada, que las paredes de la discontinuidad.
(2) Igual: La alteración de la pared es de igual que la de la roca
(3) Mayor: La alteración de la pared es más fuerte que la de la roca
Relleno: Su caracterización debe incluir el espesor, tipo y resistencia.
Espesor: Se mide el espesor del relleno típico del set analizado.
Tipo: Se indica el tipo o mineralogía que constituye el relleno típico del set, si son varios, se indican de mayor a menor importancia.
Resistencia: Se caracteriza la resistencia del tipo de relleno más débil observado. Para ello se usa la misma tabla que se ocupa para la estimación del IRS.
Parámetros del Macizo RocosoMeteorización
La meteorización agrupa a aquellos procesos que provocan la disgregación física y descomposición química de las rocas, condicionando sus propiedades geomecánicas. El principal agente de meteorización son las condiciones climáticas. En el caso de los yacimientos mineros, la alteración de origen hipógena igualmente puede provocar una degradación de la roca, que se traduce en aumento de la porosidad, permeabilidad y deformabilidad del material, a la vez que disminuye su resistencia. La evaluación del Grado de Meteorización se evalúa según la siguiente tabla.
Evaluación del Grado de Meteorización (ISRM 1981)
TERMINO DESCRIPCION GRADO
Roca FrescaNo presenta signos visibles de meteorización en la roca: tal vez una leve decoloración en las superficies de las discontinuidades mayores.
I
Levemente Meteorizada
La decoloración indica meteorización de la roca y en las superficies de las discontinuidades. La roca en su totalidad puede estar decolorada por la meteorización y puede estar externamente algo más débil, que en su condición fresca.
II
Moderadamente Meteorizada
Menos de la mitad de la roca esta descompuesta y/o desintegrada como un suelo. La roca fresca o decolorada se puede presentar como colpas o testigos continuos.
III
Muy Meteorizada
Más de la mitad de la roca esta descompuesta y/o desintegrada como un suelo. La roca fresca o decolorada se puede presentar como colpas o testigos discontinuos.
IV
Completamente Meteorizada
Toda la roca esta descompuesta y/o desintegrada como un suelo. La estructura original del macizo aún se mantiene en gran parte intacta.
V
Suelo ResidualToda la roca está convertida como suelo. La estructura del macizo y la fábrica del material están destruidas. Existe un gran cambio de volumen, sin embargo el suelo no ha sido transportado significativamente.
VI
Tamaño de bloque y grado de fracturamiento
El tamaño de los bloques se evalúa mediante el parámetro Jv, que representa el número total de discontinuidades que interceptan una unidad de volumen. El valor del Jv se determina contando las discontinuidades de cada familia que interceptan una longitud determinada, midiendo perpendicularmente a los planos de cada una de las familias. Para un macizo con 3 familias de discontinuidades:
Jv = (nºJ1/L1) + (nºJ2/L2) + (nºJ3/L3) ó
Jv= FFJ1+FFJ2+FFJ3
Tamaño de bloque y grado de fracturamiento
El valor del Jv, se relaciona con el tamaño de los bloques según la siguiente tabla (ISRM 1981), los valores mayores de 60 corresponden a un macizo rocoso brechizado
Descripción Jv (discontinuidades/m3)
Bloques muy grandes < 1
Bloques grandes 1 – 3
Bloques de tamaño medio 3 –10
Bloques pequeños 10 – 30
Bloques muy pequeños > 30
Tamaño de bloque y grado de fracturamiento
El fracturamiento del macizo rocoso está definida por el número y espaciado de las discontinuidades abiertas (las cerradas afectan al IRS, castigándolo o mejorándolo).
El grado de fracturamiento, se expresa mediante el valor del índice RQD, definido en sondajes como el porcentaje de fragmentos mayores a 10 cm existentes en la longitud del tramo considerado. Para la estimación del RQD, se deben considerar solo los fragmentos de testigo de material que no presentan meteorización o alteración importante (excluyéndose los que presenten meteorización IV, V o VI, para los que se considera RQD=0%).
Tamaño de bloque y grado de fracturamiento.
En afloramientos, el RQD puede estimarse mediante correlaciones empíricas, como la de Palmstron 1975 (en ISRM, 1981):
RQD = 115 – 3,3*Jv para Jv > 4,5
RQD = 100 para Jv<= 4,5
Criterio de Hoek & Brown (GSI)
El GSI o Índice Geológico de Resistencia, es un índice que evalúa la calidad del macizo en función del grado y las características de la fracturación, estructura geológica, tamaño de los bloques y alteración de las discontinuidades. Para determinar el GSI se evalúan visualmente dos parámetros geológico-geotécnicos, que corresponden a la “Estructura del Macizo Rocoso” y “Condición de las Discontinuidades”. La intersección de esos parámetros, da el valor del GSI.
Para macizos de calidad media a buena (GSI>=25) este índice puede obtenerse directamente a`partir del RMR
GSI = RMR (Bieniawski 76)
GSI = RMR - 5 (Bieniawski 89)
Criterio de Hoek & Brown
DIS
MIN
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A T
RA
BA
ZO
N D
E L
OS
BLO
QU
ES
DE
RO
CA
70
60
50
40
30
20
DESINTEGRADO(DISINTEGRATED)
MACIZO ROCOSO MUY FRACTURADO YQUEBRADO, CONFORMADO POR UN
CONJUNTO POBREMENTE TRABADO DEBLOQUES Y TROZOS DE ROCA
ANGULOSOS Y TAMBIÉN REDONDEADOS
FRACTURADO Y PERTURBADO(BLOCKY / DISTURBED)
MACIZO ROCOSO PLEGADO Y /O AFECTADO PORFALLAS, CONFORMADO POR TROZOS O BLOQUES
DE ROCA DE VARIAS CARAS ANGULOSOS YDEFINIDOS POR LA INTERSECCION DE NUMEROSOS
SETS DE ESTRUCTURAS.
FUERTEMENTE FRACTURADOEN BLOQUES
(VERY BLOCKY)MACIZO ROCOSO ALGO PERTURBADO, CONFOR
MADO POR TROZOS O BLOQUES DE ROCA TRABADOS,DE VARIAS CARAS ANGULOSOS Y DEFINIDOS POR
CUATRO O MAS SETS DE ESTRUCTURAS.
FRACTURADO EN BLOQUES(BLOCKY)
MACIZO ROCOSO CONFORMADO POR TROZOSO BLOQUES DE ROCA BIEN TRABADOS,
DE FORMA CÚBICA Y DEFINIDOS POR TRESSETS DE ESTRUCTURAS, ORTOGONALES ENTRE SÍ.
ESTRUCTURA DEL MACIZO ROCOSOEMPEORA LA CONDICION
DE LAS DISCONTINUIDADES
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SINDICE GEOLOGICO DE RESISTENCIA
De los códigos de letra que describen laestructura del macizo rocoso y la condición de las discontinuidades, seleccione el cuadro apropiado en esta tabla. Estime el valor típico del Indice Geológico de Resistencia, GSI, de los contornos que muestra la tabla. No trate de obtener un mayor grado de precisión. Indicar un rango de valores para GSI , por ejemplo de 36 a 42, es más realista que indicar un único valor, por ejemplo 38.
80
90INTACTO O MASIVO
(INTACT OR MASSIVE)MACIZO ROCOSO MASIVO IN SITU O ESPECIMENES
DE ROCA INTACTA, CON ESCASAS DISCONTINUI-DADES AMPLIAMENTE ESPACIADAS
N/D N/D N/D
10FOLIADO-LAMINADO-CIZALLADO(FOLIATED/LAMINATED/SHEARED)ROCAS DEBILES CON CIZALLE TECTONICO Y PRESEN-
CIA DE FOLIACIONES O LAMINACIONES FINAS.ESQUISTOCIDADES POCO ESPACIADAS QUE PREDO-
MINAN SOBRE OTROS JUEGOS DE DISCONTINUIDADES, RESULTANDO UNA COMPLETA AUSENCIA DE BLOQUES
N/D N/D S/F S/P S/VP
D/VG D/G D/F D/P D/VP
BD/VG BD/G BD/F BD/P BD/VP
B/VG B/G B/F B/P B/VP
VB/VG VB/G VB/F VB/P VB/VP
I/VG I/G
Condición de Agua, (Laubscher, 1990)
-Seco: Las paredes se encuentran secas, sin filtraciones detectables.-Húmedo: se nota humedad al tacto, no hay goteo.-Presión moderada de agua: filtraciones de entre 25 a 125 l/min. Goteo de las paredes.-Presión alta de agua: filtraciones mayores a 125 l/min. Flujo de agua continuo.
NIVELES DE DAÑOS PRODUCIDOS POR VOLADURAS EN TALUDES ROCOSOS (Ashby, 1980)
NIVEL CONDICIONES OBSERVADAS EN EL TALUD
DE JUNTAS ANGULO DE TALUD Y CON- CONDICIONES DE EXCA-
DAÑOS YBLOQUES DICIONES DEL FRENTE VACION EN EL FRENTE
>75º1 Juntas cerradas, material Se ven las cañas de los ba- Excavación no practicable.
LIGEROS de relleno no movilizado rrenos de contorno Señales visibles de la exca-vadora en el frente en forma-ciones blandas.
>65º2 Pequeñas juntas rellenas son El frente es suave, se ven al- Señales de penetración de los
MODERADOS abiertas, bloque aislados y gunas secciones de los ba- dientes, pero excavación dificiljuntas ligeramente despla- rrenos. Pequeñas grietas.zadas
>65º3 Algunas juntas son abiertas y Pequeños descostramientos Excavación factible con es
FUERTES desplazadas desde el frente. Se fuerzo < 1,5 maprecian grietas radiales
>554 Frente fracturado, juntas Frente irregular, algunos des- Excavación factible.
SEVEROS abiertas. Algunos bloques costramientos y grietas de < 3m.movilizados sobreexcavación
37º > 55º5 Bloques movilizados y agrie- Frente muy irregular. Fuertes Excavación bastante fácil.
EXTREMOS tados. La voladura produce descostramientos desde el > 3 m.material fino frente. Gran sobreexcavación
Daño por tronadura
