UNIVERSIDAD NACIONAL

DE CAJAMARCAFACULTAD DE INGENIERIA

ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL

DE INGENIERIA CIVIL

TEMA : CLASIFICACION DE LOS MACIZOS

ROCOSOS

CURSO : GEOLOGIA APLICADA

DOCENTE : Dr. CRUZADO VASQUEZ GILBERTO

ALUMNO : SAAVEDRA FUSTAMANTE, R. FERNANDO

CICLO : V

AÑO: 2015

22 de Julio de 2015

ÍNDICEClasificación de los macizos rocosos para túneles........................................................................2

I. INTRODUCCIÓN....................................................................................................................2

II. OBJETIVO GENERAL..............................................................................................................3

III. MARCO TEÓRICO..............................................................................................................3

a) Definición macizo rocoso..................................................................................................3

b) Macizo rocoso..................................................................................................................3

c) Calidad del macizo............................................................................................................3

d) Caracterización del macizo rocoso...................................................................................3

e) Discontinuidades en macizos rocosos..............................................................................4

f) Resistencia de macizo rocoso...........................................................................................4

g) Clasificación geomecánicas..............................................................................................5

a) Métodos de estudio y clasificación de los macizos rocosos.............................................5

1. CLASIFICACIÓN DE TERZAGHI...............................................................................................6

roca inalterada.................................................................................................................6

Roca estratificada.............................................................................................................7

Roca medianamente fisurada...........................................................................................7

Roca agrietada..................................................................................................................7

Roca triturada...................................................................................................................7

Roca comprimida..............................................................................................................7

Roca expansiva.................................................................................................................7

2. CLASIFICACIÓN DE LAUFFER.................................................................................................9

IV. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS.......................................................................................13

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Clasificación de los macizos rocosos para túneles

I. INTRODUCCIÓN

Rojas. S (2009), reporta que La geomecánica es quizás una de las ramas tecnológicas más antiguas, los griegos y egipcios en sus construcciones emplearon los macizos rocosos para obras. En las pirámides construidas en Egipto se emplearon bloques de caliza dura. Todas estas fastuosas obras, contaron con excelentes mineros que desarrollaron una amplia gama de construcciones subterráneas y fortificaciones que hoy se observan y conservan en nuestros días.

Igualmente el mismo autor señala que El estudio de los macizos rocosos fue muy importante durante la época de ejecución de los importantes túneles construidos en Europa y en los EE.UU. Tal fue la necesidad de los estudios que merecieron estas obras que terminaron dando origen a métodos de clasificación de los macizos rocosos que se emplean ahora para cualquier tipo de intervención ingenieril sobre macizos rocosos.

Asimismo el autor también afirma que Los ingenieros necesitan de algún modo llevar la realidad de la naturaleza a magnitudes, para entonces proceder a relacionar tales magnitudes y realizar operaciones con ellas, con la finalidad de llegar a calcular y dimensionar las partes de las obras de ingeniería. De tal modo, debe procurarse una tipificación numérica, y por lo tanto objetiva de los macizos rocosos.

Del mismo modo el autor afirma que primeramente se debieron considerar las variables que intervienen en definir sus cualidades de resistencia del macizo, que son las características que interesan en ingeniería.

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II. OBJETIVO GENERAL

Clasificar los macizos rocosos para túnelesDeterminar los parámetros geomecánicos de los macizos estudiados.

III. MARCO TEÓRICO

a) Definición macizo rocoso Rojas. S (2009), reporta que los Conjuntos de matriz rocosa y discontinuidades. Presenta carácter heterogéneo, comportamiento discontinuo y normalmente anisótropo, consecuencia de la naturaleza, frecuencia y orientación de los planos de discontinuidad, que condicionan su comportamiento geomecánico e hidráulico

b) Macizo rocosoIgualmente el mismo autor señala que Las rocas pueden ser duras o blandas y las fallas de los macizos se pueden presentar por zonas de debilidad o de discontinuidad estructural. Es decir que Las rocas blandas fallan a través del cuerpo de la masa rocosa y también a través de sus defectos estructurales.

Por ello un Túnel en un macizo afectado por una intrusión. Originalmente el macizo era sedimentario y ahora posee aureola de metamorfismo. (T túnel, F falla, I roca ígnea, M roca metamórfica).

c) Calidad del macizoSegún Rojas. S (2009), Se considera que un suelo o roca es blando o duro, según su resistencia a la compresión esté en los siguientes rangos:

Suelo blando menos de 4 Kg/cm2Suelo duro entre 4 - 10 Kg/cm2Roca blanda de 10 a 375 Kg/cm2Roca intermedia de 375 a 700 Kg/cm2Roca dura más de 700 Kg/cm2El concreto corriente es de sólo 210 Kg/cm2,

El mismo autor también afirma que Las rocas blandas son aquellas que pueden fallar a través de material intacto a los niveles de esfuerzos existentes que se pueden dar en el área de influencia de una excavación, sin que tenga sentido un valor numérico para definir la resistencia de dichas rocas, máximo aún si se tiene en cuenta que los macizos de roca más dura pueden fallar y fallan en las excavaciones más profundas. El comportamiento de una galería puede ser dúctil, adecuado o frágil.

d) Caracterización del macizo rocosoLa caracterización apropiada de los macizos rocosos, además de ser la base para el diseño de las obras, contribuye a la optimización del método constructivo, da vía al mejoramiento del

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macizo (anclajes, inyecciones, drenaje) y permite la programación de observaciones durante el funcionamiento de las obras.

Esta es una tarea de observación, mediciones y ensayos para obtener parámetros cuantitativos útiles al diseño ingenieril. Este proceso se desarrolla a lo largo de todas las etapas del desarrollo del proyecto, desde el diseño hasta su construcción y operación. Según la fase de diseño se requiere establecer un nivel mínimo de caracterización:

El primero es con base en observaciones geológicasEl segundo nivel exige prospecciones geofísicasY el nivel final perforaciones exploratorias, medidas y ensayos geotécnicos.

Los parámetros geotécnicos fundamentales son la resistencia al corte, la deformabilidad, la permeabilidad y el estado original de esfuerzos, tanto para macizos en rocas duras como en rocas blandas. En las segundas la durabilidad de las rocas y su potencial de expansión y fluencia deben ser propiedades de primer orden; Gonzales. L (2003)

e) Discontinuidades en macizos rocososLas discontinuidades están presentes en la roca y afectan la resistencia, permeabilidad y durabilidad de la masa. Es importante evaluar la geometría, naturaleza, estado y condición de las discontinuidades, porque ellas definen la fábrica estructural del macizo rocoso. Además de su génesis, la influencia en el comportamiento del macizo, exige evaluar la génesis de los rellenos, la cantidad de agua, las cicatrices y revestimientos en las paredes por materiales solubles, la abertura, rugosidad y persistencia de las discontinuidades, y el número de familias.

Gonzales. L (2003)

TABLA n° 01: discontinuidades en masa rocosa.

TIPOS DE DISCONTINUIDADES DE LA MASA ROCOSA

Según su Tipo

ESTRUCTURALES ( Constituyen diseños de debilidad)

Estratificación, foliación, clivaje

FÍSICAS Separación efectiva de partes

Diaclasas, fallas, fracturas

Según su Tamaño

MENORES Frecuentes, son susceptibles de tratamiento estadístico

Diaclasas

MAYORES Escasas, tratamiento individual

Fallas

Fuente: Gonzales. L (2003)

f) Resistencia de macizo rocosoLa resistencia de un macizo rocoso será función de la resistencia de la roca intacta, la resistencia de las discontinuidades y de cómo éstas se distribuyan en el macizo.Cuando la geometría de las discontinuidades controla la estabilidad del macizo, lo más correcto es considerar la resistencia de las estructuras.

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Cuando no hay un control definido de la geometría de discontinuidades, se aplican otros criterios de falla. El más común para obras de ingeniería civil es el de Hoek- Brown. Para obras subterráneas de mayor profundidad (mineras) hay otros criterios

Gonzales. L. (2003)

g) Clasificación geomecánicasUna parte importante de la caracterización de los macizos rocosos, lo constituyen sin dudas, las clasificaciones geomecáni cas, que surgieron de la necesidad de parametrizar observaciones y datos empíricos, de forma integrada, para evaluar las medidas de sostenimiento en túneles. Las mismas son un método de ingeniería geológica que permite evaluar el comportamiento geomecánico de los macizos rocosos, y a partir de estas estimar los parámetros geotécnicos de diseño y el tipo de sostenimiento de un túnel. Además de las obras subterráneas, se destacan las aplicaciones en taludes y cimentaciones. Las clasificaciones llevan más de 50 años en uso, pero es a partir de la década de los 70 cuando se extienden internacionalmente.

Gonzales. L (2003)

a) Métodos de estudio y clasificación de los macizos rocososLa necesidad de construir túneles llevó a los ingenieros a buscar una forma práctica de evaluar la calidad de la roca a intervenir desde el punto de vista ingenieril.

Diferentes criterios, todos ellos provenientes de expertos de indiscutible trayectoria, dieron como resultante una serie de métodos de evaluación y valoración:

TABLA n° 02: métodos de clasificación de macizos rocosos

METODOS DE CLASIFICACIÓN DE MACIZOS ROCOSOS

METODOS CUALITATIVOS

TERZAGHI (1946)

LAUFFER (1958)

METODOSCUALI / CUANTITATIVOS

DEER “RQD” (1941)

BEINIAWSKY (1973)

BARTON, LIEM y LUNDE “Q” (1974)

JACOBS ASSOC. “RSR” (1984)

BIENIAWSKY “RMR” (1984)

Fuente: Gonzales. L (2003)

La necesidad de unificar criterios llevó a la comparación de los métodos más conocidos y a establecer entre ellos equivalencias, lo cual permitió en cierta manera uniformar la concepción de la calidad de los macizos rocosos o al menos poder efectuar calibraciones más adecuadas.

Una de las equivalencias planteadas es la efectuada entre el método de índole descriptivo de Terzaghi (1946) y el método cualitativo de Lauffer (1958); Gonzales. L (2003)

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TABLA n° 03 equivalencias entre métodos de clasificación de macizos rocosos.

EQUIVALENCIAS ENTRE METODOS DE CLASIFICACION DE MACIZOS ROCOSOS

Clasificación de Terzaghi (1946)

DESCRIPTIVA

Clasificación de Lauffer (1958)

CUALITATIVA

Roca intacta

Roca estratificada

Roca moderadamente fracturada

Roca en bloques imperfectos vinculados

Roca triturada, químicamente intacta

Roca compresible

Roca expansiva

Clase A: Roca estable

Clase B: Roca inestable a largo plazo

Clase C: Roca inestable a corto plazo

Clase D: Roca triturada

Clase E: Roca muy triturada

Clase F: Roca compresible

Clase G: Roca muy compresible

Fuente: Gonzales. L (2003)

1. CLASIFICACIÓN DE TERZAGHI Gonzales. L (2003), reporta que En 1946 Terzaghi propuso una clasificación para estimar las cargas que podían soportar los arcos metálicos colocados en un túnel. Describió distintos tipos de terreno y basándose en su experiencia en el sostenimiento con arcos metálicos de los túneles Alpes, a partir de la anchura y la altura del túnel, clasificó los terrenos en nueve tipos atendiendo esencialmente a las condiciones de fracturación en las rocas y a la cohesión o expansividad en los suelos. Esta teoría tiene la limitación de no ser aplicable a túneles de anchura superior a 9 metros considerando que el techo de la excavación se encuentra situado por debajo del nivel freático. Singh y otros (1995) modifican la teoría de terzaghi para túneles y cavernas ya que al medir la Presión de sostenimiento en estas estructuras observan que no aumenta proporcionalmente con el tamaño de la excavación, tal como afirmaba Terzaghi, por lo cual recomiendan unos rangos de presión de sostenimiento para ambos casos.

Pero el auto también afirma que "Desde el punto de vista de la ingeniería, el conocimiento del tipo de defecto en la roca y en su intensidad puede ser más importante que el tipo de roca que se pueda encontrar. Por lo tanto, durante la exploración hay que dar especial atención a los defectos en la roca. El informe geológico deberá contener una descripción detallada de los defectos observados en términos geológicos. También deberá mencionar la roca defectuosa en términos de tuneleo, como por ejemplo: roca en bloques, junteada, roca que se comprime o se expande."

En su artículo procede con la definición de estos términos de túneles como sigue:

roca inalterada. No tiene fisuras ni ramales. Por lo tanto, cuando se rompe, lo hace a través de la roca sana. Debido al daño que se hace a la roca con el uso de explosivos, pueden caer

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del techo desgajes de rocas varias horas o varios días después de la voladura. Esta condición se llama desprendido. La roca dura. inalterada, también puede verse afectada por chasquidos, lo que implica la separación espontánea y violenta de láminas de roca de las paredes o del techo.

Roca estratificada. está constituida por capas unitarias con poca o ninguna resistencia a la separación a lo largo del plano limítrofe entre estratos. La capa puede haberse debilitado o no debido a fracturas transversales. Los desprendidos son comunes en este tipo de rocas.

Roca medianamente fisurada tiene fisuras y ramales 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.

Roca agrietada en bloques es una roca químicamente inalterada o casi inalterada, cuyos fragmentos se encuentran totalmente separados unos de otros y no embonan. Esta clase de roca puede necesitar además laterales en las paredes.

Roca triturada pero químicamente sana tiene la apariencia de ser un producto de trituradora. Si los fragmentos, en su mayoría o todos, son del tamaño de arena y no ha habido recementación, la roca triturada que está abajo del nivel de las aguas freáticas tiene las propiedades de una arena saturada.

Roca comprimida avanza lentamente en el túnel sin aumento perceptible de vo- lumen. Un prerrequisito de compresión es un porcentaje elevado de partículas microscópicas o sub-microscópicas de micas o de minerales arcillosos de poca expansibilidad.

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; Gonzales. L (2003)

Figura n°: 01 Diagrama simplificado que representa el movimiento de roca suelta hacia un túnel y transferencia de la carga a la circundante. (Según TERZAGHI)

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Fuente: Gonzales. L (2003)

Tabla n° 04: Clasificación de TERZAGHI para carga de roca en túneles con soporte de marcos de acero.

Carga de roca H p en pies de rocas sobre el techo del túnel con ancho B (en pies) y altura H t

(en pies) a una profundidad superior de más de 1.5∗(B+H t).

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Fuente: Hernández, A. (2002)

2. CLASIFICACIÓN DE LAUFFERA partir de las ideas de Stini (1950) sobre la importancia de los defectos de un macizo rocoso en su comportamiento mecánico, Lauffer en 1958 llego a la conclusión de que el tiempo de

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mantenimiento para un tramo sin sostenimiento depende de la calidad de la roca en la que se excava. En un túnel, el tramo sin sostenimiento se define como la distancia entre el frente y la zona sostenida más cercana. La importancia de este concepto es que un aumento de la anchura del túnel significa una reducción en el tiempo de colocación del sostenimiento. La clasificación original de Lauffer ha sido modificada por numerosos autores entre ellos Pacher en 1974 y actualmente forma parte del método de excavación de túneles conocido como Nuevo Método Austriaco. Gonzales. L (2003)

Asimismo el mismo auto nos reporta que LAUFFER Basó su clasificación en los trabajos de la "Escuela Austriaca" que condujeron a la introducción del NATM. Introdujo el concepto de tiempo de estabilidad de la excavación para una luz o dimensión libre sin sostener. Es la relación entre ambas variables (luz libre y tiempo de estabilidad) la que permite establecer siete categorías de roca (fig. 02)

FIGURA N° 02: relación entre claro activo y tiempo de sostén para diferentes clases de roca. A. roca muy buena. Roca muy mala (según LAUFFER)

Fuente: Gonzales. L (2003)

FIGURA N° 03: Longitud libre o vano crítico: Diámetro o longitud de galería que se puede mantener estable sin revestimiento.

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Fuente: Gonzales. L (2003)

La roca no se clasifica a partir de datos geológicos o geotécnicos sino a partir de su respuesta frente a la construcción de una excavación subterránea. Requiere, pues, experiencia previa o datos de la propia excavación. A partir de esta clasificación, Rabcewicz y Müller sintetizaron los métodos de excavación y sostenimiento de acuerdo con su experiencia en la aplicación del NATM.

Tabla n°05: Lauffer clasificó los terrenos en siete categorías:

CLASE TIPO DE ROCA CALIDAD DE TERRENO

A Roca sana Muy bueno

B Roca sana, compacta pero fracturada Bueno

C Roca bastante fracturada o algo alterada Medio

D Roca muy fracturada o bastante alterada o blanda Mediocre

E

Roca triturada o muy alterada, conjuntos rellenos demilonito. Roca muy blanda. Terrenos arcillosos con fuertes empujes.

Malo

F Características análogas a los suelosMuy difícil, requiere Métodos especiales

GFuente: Gonzales. L (2003)

Tabla n ° 0 6 : Tiempo de estabilidad o mantenimiento (Stand Up Time): Tiempo que puede mantenerse, sin desmoronarse, dicha longitud libre.

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CLASE DESCRIPCION SOSTENIMIENTOLONGITUD LIBRE L

TIEMPO DE ESTABILIDAD OBSERVACIONES

A sana -4 20 Años

Terreno muy bueno Una excavación no revestida, con luz libre de 12 m permanece

B algoC algo fracturada De techo 3 1 semana terreno medioD fracturada cerchas ligeras 1.5 5 horas terreno mediocres Rocas BlandasE friable Cerchas Terreno malo Roca blanda de débil cohesión

F muy friablePesado y de frente Se considera muy difíciles y necesitan

métodos especiales para ser atravesados por un túnel como inyecciones, congelación

Gde empuje inmediato

Pesado y de frente

0,15 10

Fuente: Rojas. S. (2009)

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IV. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

González de Vallejo, L. (2003) Manual de campo para la descripción y caracterización de macizos rocosos en afloramientos (2da. Edición). Instituto Geológico y Minero de España. Madrid, Editorial: Prentice Hall. Recuperado De http://es.scribd.com/doc/49294430/Clasificacion-de-los-macizos-rocosos#scribd

Rojas, S.( 2009 )“Clase N° 09 de túneles; tablas de clasificaciones geotécnicas”. Mérida, Venezuela. Editorial: Universidad de los Andes. Recuperado De http://es.scribd.com/doc/265675412/Macizo-Rocoso-y-Tuneles#scribd

Hernández, A. (2002). Mecánica de Fractura y Análisis de Falla. Primera edición. Editorial de la Universidad Nacional de Colombia. Bogotá. Recuperado De http://es.slideshare.net/YACARLA/construccion-de-tuneles?related=1

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