8[1].0B_Clasificac RMR_BIENIAWSKI

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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚFacultad de Ingeniería de Minas

CURSO: Mecánica de Rocas ITEMA 8: Clasificación de los Macizos Rocosos

2008 - II

Docente : Paulino José AVELLANEDA PURI

[email protected]



2 C a p í t u l o 8 : C l a s i f i c a c i ó n d e

l o s M a c i z o s

R o c o s o s

3. CLASIFICACIÓN RMR (Bieniawski, 1979 y 1989)

Bieniawski (1976) publicó los detalles de unaclasificación del macizo rocoso denominada laClasificación Geomecánica o el Índice RMR (Rock MassRating). A través de los años, este sistema ha sido

refinado con éxito a medida que se han examinado másregistros de casos, y el lector debe estar consciente deque Bieniawski ha efectuado cambios significativos enlas valoraciones asignadas a los diferentes parámetros.

La exposición que se presenta a continuación se basaen la versión de la clasificación de 1989 (Bieniawski,1989). Los seis parámetros siguientes son utilizadospara clasificar un macizo rocoso empleando el sistemaRMR:

2.4.- Índice RSR (Rock Structure Rating)




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R o c o s o s

1.Resistencia a la compresión simple del materialrocoso.

2. Índice de la Calidad de la Roca (RQD).3. Espaciamiento de las discontinuidades.4. Estado de las discontinuidades.5. Estado del agua subterránea.

6. Orientación de las discontinuidades.

Para la aplicación de este sistema de clasificación, elmacizo rocoso se divide en una serie de regiones

estructurales y cada región es clasificada por separado.Los límites de las regiones estructurales generalmentecoinciden con un rasgo estructural principal como por ejemplo una falla o con un cambio en el tipo litológico deroca. En algunos casos, cambios significativos en el

espaciamiento o características de las discontinuidades,

3.- CLASIFICACIÓN GEOMÉCNICA




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R o c o s o s

dentro del mismo tipo de roca, pueden implicar ladivisión del macizo rocoso en una serie de regionesestructurales pequeñas.

El sistema RMR se presenta en la Tabla 4, mostrandolas puntuaciones para cada uno de los seis parámetros

listados anteriormente. Estas puntuaciones sonsumadas para dar un valor RMR. El siguiente ejemploilustra el uso de estas tablas para llegar a un valor RMR.




5 C a p í t u l o 8 : C l

a s i f i c a c i ó n d e

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EJEMPLO:

Se va a construir un túnel a través de granitoligeramente meteorizado con una familia de juntas de unbuzamiento de 60° contra la dirección de excavación.Los ensayos de referencia y el logueo de los testigos de

perforación diamantina arrojan valores del índice deresistencia bajo carga puntual de 8 Mpa y valores delRQD promedio del 70%. Las juntas ligeramente rugosasy ligeramente meteorizadas con una separación de

1mm, se encuentran espaciadas 300 mm. Lascondiciones de excavación del túnel se anticipa queserán húmedas.

El valor RMR es determinado de la siguiente manera:






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R o c o s o s

Tabla 4: Sistema de RMR (Según Bieniawski 1989).


A. PARÁMETROS DE CLASIFICACIÓN Y SUS VARIACIONES

PARÁMETRO RANGO DE VALORES

1

Índice deresistenciabajo cargapuntual

10 MPa 4-10 MPa 2-4 MPa 1-2 MPa

Para este bajo rangoes preferible unensayo decompresión simple

Resistenciaa lacompresiónsimple

250 MPa 100-250 MPa 50-100 MPa 25-50 MPa 5-25Mpa

1-5Mpa

1Mpa

Puntuación 15 12 7 4 2 1 0

2

RQDCalidad deltestigo deperforación

90%-100% 75%-90% 50%-75% 25%-50% 25%

Puntuación 20 17 13 8 3

3

Espaciadoentrediscontinuidades

2 m 0,6-2 m 200-600 mm 60-200 mm 60 mm

Puntuación 20 15 10 8

5





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R o c o s o s

Continúa Tabla 4: Sistema de RMR de Bieniawski


A. PARÁMETROS DE CLASIFICACIÓN Y SUS VARIACIONES


4

Condiciones de lasdiscontinuidades(Ver E)

Superficies muyrugosasDiscontinuasNo hay separaciónParedes intactas

SuperficiesligeramenterugosasSeparación1mmParedesligeramentemeteorizadas

SuperficiesligeramenterugosasSeparación1mmParedes altamentemeteorizadas

Superficies pulidaso relleno de falla 5mm de espesor oSeparación 1-5mmContinuas

Relleno de fallaSuave 5mm deespesor oSeparación5mmContinuas


5

Afluencia por 10 mDe longituddel túnel (l/m)

Ninguna 10 10-25 25-125 125

(Presión de aguaen las Juntas) /( principal mayor)

0 0,1 0,1-0,2 0,2-0,5 0,5

Condicionesgenerales

Completamenteseco

Húmedo Mojado Goteando Fluyendo






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R o c o s o s

Continúa Tabla 4: Sistema de RMR de Bieniawski3.- CLASIFICACIÓN GEOMÉCNICA

B. AJUSTE DE PUNTUACIÓN PARA LA ORIENTACIÓN DE DISCONTINUIDADES (Ver F)


Orientaciones derumboy buzamiento

Muy favorable Favorable Regular Desfavorable Muy desfavorable

Puntua-ciones

Túnelesy minas

0 -2 -5 -10 -12

Cimentaciones

0 -2 -7 -15 -25

Taludes 0 -2 -25 -50

C. CLASES DE MACIZOS ROCOSOS DETERMINADOS A PARTIR DE LA PUNTUACIÓN TOTAL


Valoración 100←81 80←61 60←41 40←21 21

Categoría Tipo I Tipo II Tipo III Tipo IV Tipo V

Descripción Roca muy buena Roca buena Roca regular Roca mala Roca muy mala

D. SIGNIFICACIÓN DE LAS CLASES DE ROCA


Categoría I II III IV V

Tiempo promedio deautosoporte

20 años paraTramo de 15m

1 año para untramo de 10m

1 semana paraun tramo de 5m

10 hrs. para tramode 2,5 m

30 min paratramo de 1m

Cohesión del macizorocoso (kPa)

400 300-400 200-300 100-200 100

Angulo de fricción delmacizo rocoso

45° 35-45° 25-35° 15-25° 15°





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R o c o s o s



E. LINEAMIENTOS PARA CLASIFICACIÓN DE LAS CONDICIONES DE DISCONTINUIDAD


Longitud de discontinuidad(persistencia)Puntuación

1 m

6

1-3 m

4

3-10 m

2

10-20 m

1

20 m

0

Separación (apertura)Puntuación

Ninguna6

0,1 mm5

0,1-1,0 mm4

1-5 mm1

5 mm0

Rugosidad

Puntuación

Muy rugosa

6

Rugosa

5

Ligeramenterugosa

3

Lisa

1

Pulida

0

Relleno (relleno de falla)

Puntuación

No hay

6

Relleno duro 5mm

4

Rellenoduro5mm

2

Rellenoblando5mm

1

Rellenoblando5mm

0

Meteorización

Puntuación

No meteorizada(sana)

6

Ligeramentemeteorizada

5

Moderadamentemeteorizada

3

Altamentemeteorizada

1

Descompuesta

0

F. EFECTO DE LA ORIENTACIÓN DE RUMBO Y BUZAMIENTO DE LAS DISCONTINUIDADES EN LAPERFORACIÓN DE TÚNELES **

RUMBO DE DISCONTINUIDAD PERPENDICULAR AL EJE DEL TÚNEL RUMBO DE DISCONTINUIDAD PARALELO AL EJE DEL TÚNEL

Excavación hacia el buzamientoBuzamiento 45°-90°

Excavación hacia el buzamientoBuzamiento 20°-45°

Buzamiento 45°-90° Buzamiento 20°-45°

Muy favorable Favorable Muy desfavorable Regular (media)

Excavación contra el buzamientoBuzamiento 45°-90°

Excavación contra el buzamientoBuzamiento 20°-45°

Buzamiento 0-20°, cualquier dirección

Regular (media) Desfavorable Regular (media), moderado



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* Algunas condiciones se excluyen mutuamente. Por ejemplo, sihay relleno presente, la rugosidad de la superficie será opacada por la influencia del relleno de falla. En dichos casos utilice A4directamente.** Modificado según Wickman et al (1972)


Discontinuidades subhorizontales DESFAVORABLE

Discontinuidades paralelas al ejedel túnel con inclinación fuerte

MUY DESFAVORABLE

Dip: 45°-90°

Discontinuidades perpendicularesal eje del túnel con inclinación encontra del avance

DESFAVORABLE

Dip: 20°-45°

Discontinuidades perpendicularesal eje del túnel con inclinación a

favor del avance

FAVORABLE



11 C a p í t u l o 8 : C l


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Nota 1. Para superficies de discontinuidadesligeramente rugosas y alteradas con una separación de1mm, la Tabla 4.A.4 presenta una valoración de 25. Si

se encuentra disponible información más detallada, sepuede utilizar la Tabla 4.E para obtener una valoraciónmás refinada. En consecuencia, en este caso, lavaloración es la suma de: 4 (longitud de discontinuidad

de 1-3m), 4 (separación 0.1-1.0mm), 3 (ligeramente

3.- CLASIFICACIÓN GEOMÉCNICATabla Item Valor Valoración

4: A.1 Índice de carga puntual 8 MPa 12

4: A.2 RQD 70% 134: A.3 Espaciamiento de discontinuidades 300 mm 10

4: E.4 Estado de discontinuidades Nota 1 22

4: A.5 Agua subterránea Húmedo 7

4: B Ajuste para orientación de juntas Nota 2 -5

Total 59



12 C a p í t u l o 8 : C l


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R o c o s o s

rugosa), 6 (sin relleno) y 5 (ligeramente meteorizada) =22.

Nota 2. La Tabla 4.F presenta una descripción de“Regular” para las condiciones asumidas en que el túneles excavado contra el buzamiento de una familia de

juntas con un buzamiento de 60°. Utilizando estadescripción para “Túneles y Minas” en la Tabla 4.Bpresenta una valoración de ajuste de -5.

4. SOSTENIMIENTO A PARTIR DEL INDICE RMR

Bieniawski (1989) publicó una serie de lineamientospara la selección del sostenimiento de túneles en rocapara los que se ha determinado el valor del RMR. Estos

lineamientos se encuentran reproducidos en la Tabla 5.Observe que estos lineamientos han sido publicados




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R o c o s o s 4.- SOSTENIMIENTO A PARTIR DEL INDICE RMR

Tabla 5: Lineamientos para la excavación y sostenimiento de túneles enroca de vano de 10 m, de conformidad con el sistema RMR (Según

Bieniawski 1989)

CLASIFICACIÓN DELMACIZO ROCOSO

EXCAVACIÓNPERNOS DE ROCA (20 mm

DE DIÁMETROTOTALMENTE CEMENTADOS)

CONCRETO LANZADOCERCHAS DE

ACERO

I. Roca mu buenaRMR: 81-100

A frente completo, avance de 3 m. Generalmente no se requiere sostenimiento, excepto ocasionalmente pernos de roca.

II. Roca buenRMR: 61-80

A frente completo, avance de 1,0 a1,5 m. Instalar el sostenimiento a 20m del frente.

Localmente, pernos de 3 m de

long., instalados en el techo,espaciados 2,5 m,ocasionalmente con mallametálica.

50 mm en el techo, dondese requiera.

No

III. Roca regular RMR: 41-60

Excavación superior y banqueo,avance superior a 1,0 a 1,5 m en eltecho. Iniciar el sostenimientodespués de cada voladura. Culminar el sostenimiento a 10 m del frente.

Pernos sistemáticos de 4 m delong., espaciamiento 1,5-2 m enel techo y paredes con mallametálica en el techo.

50-100 mm en el techo y30 mm en las paredes.

No

IV. Roca malaRMR: 21-40

Excavación superior y banqueo,avance de 0,5 a 1,5 m en el techo.Instalación de sostenimiento juntocon la excavación, a 10 m del frente.

Pernos sistemáticos de 4-5 m de

long., espac. 1-1,5 m en el techoy paredes con malla metálica.

100-150 mm en el techo y100 mm en las paredes.

Cerchas ligeras

espac. 1,5 mdonde se requiera.

V. Roca muy pobreRMR: 20

Galerías múltiples de avancesuperior de 0,5 a 1,5 m. Instalarasostenimiento junto con laexcavación. Aplicación de shotcretelo más pronto posible después de lavoladura.

Pernos sistemáticos 5-6 m delong., espaciado de 1 a 1,5 m enel techo y las paredes con mallametálica.

150-200 mm en el techo,150 mm en las paredes y50 mm en el frente.

Cerchas medias apesadasespaciadas 0,75 mcon revestimientode acero y estacasde avance, de ser necesario.



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para un túnel en forma de herradura de un vano de 10m,construido utilizando los métodos de perforación yvoladura, en un macizo rocoso sometido aun esfuerzovertical 25 MPa (equivalente a una profundidad por debajo de la superficie de 900 m).

Para el caso considerado anteriormente, con unRMR=59, la Tabla 5 sugiere que un túnel podría ser excavado mediante galerías de avance superior ybancos, con 1.5 a 3 m de avance en la galería de

avance superior. Se debe instalar soporte después decada voladura, y dicho soporte será colocado a unadistancia máxima de 10 m del frente. Se recomiendauna instalación sistemática de pernos en roca, utilizandopernos de 4 m de longitud y 20 mm de diámetro

completamente cementados y espaciados 1.5 a 2 m en

4.- SOSTENIMIENTO A PARTIR DEL INDICE RMR




R o c o s o s

el techo y las paredes. Se recomienda utilizar malla dealambre, con 50 a 100 mm de shotcrete para el techo y30 mm de shotcrete para las paredes.

El valor del RMR de 59 indica que el macizo rocoso seencuentra en el límite entre las categorías de “Roca

regular” y “Roca buena”. En las etapas iniciales dediseño y construcción, es aconsejable utilizar elsostenimiento sugerido para roca regular. Si laconstrucción está progresando bien sin ningún problema

de estabilidad, y el sostenimiento está funcionando muybien, sería posible reducir en forma gradual losrequerimientos de sostenimiento a aquellos indicadospara un macizo rocoso bueno. Además, si se requiereque la excavación sea estable por un corto período de

tiempo, es aconsejable probar el soporte menos





R o c o s o s

costosos y extenso recomendado para roca buena. Sinembargo, si se espera que el macizo rocoso quecircunda la excavación experimente grandes cambiosen los esfuerzos inducidos por el minado, se deberáinstalar un soporte más sustancial apropiado para rocaregular. Este ejemplo indica que se requiere de una gran

cuota del criterio para aplicar la clasificación del macizorocoso en el diseño de sostenimiento.

Cabe resaltar que la Tabla 5 no ha tenido mayor revisión

desde el año 1973. En muchas aplicaciones deingeniería minera y civil, se puede considerar el uso deshotcrete reforzado con fibras de acero en lugar demalla de alambre y shotcrete.





R o c o s o s

A partir de RMR puede estimarse la longitud de pase(longitud de avance sin sostenimiento, Figura 5). Por ejemplo, para un RMR = 60 se obtiene una longitud depase de 2 m para un tiempo de estabilidad sin soportede 41.7 días.

La carga de roca o presión sobre el sostenimiento sepuede estimar según la expresión:

P = 100 – RMR B

100Donde es el peso específico de la roca y B el anchodel túnel. Esta expresión empírica hay que utilizarla conprecaución pues puede dar resultados poco

representativos.





R o c o s o s

Figura 5 Longitudes de pase y tiempos de estabilidad sin soporte(Bieniawski, 1989)





R o c o s o s

Secciones típicas en excavaciones de túneles





R o c o s o s

PRINCIPIOS DE SOSTENIMIENTO CON PERNOSEFECTO “CUÑA”

En roca masiva o levemente fracturada y en rocasfracturadas, el papel principal de los pernos de roca esel control de la estabilidad de los bloques y cuñas

rocosas potencialmente inestables. Esto es lo que sellama también el “EFECTO CUÑA”.




R o c o s o s

EFECTO “VIGA”

En roca estratificada sub-horizontal y roca noestratificada con un sistema de fracturas dominantessub-horizontales, los pernos ayudan a minimizar la

deflexión del techo (pandeamiento). Esto es lo que sellama también el “EFECTO VIGA”.




R o c o s o s

EFECTO “COLUMNA”

EL concepto de efecto-viga puede ser extendido al casode paredes paralelas a estratos o discontinuidades sub-verticales (fracturas sub paralelas a la labor), generandoel denominado “EFECTO COLUMNA”, para minimizar elpandeo de los bloques tabulares.




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EFECTO “ARCO”

En roca fracturada e intensamente fracturada y/o débil,los pernos confieren nuevas propiedades a la roca querodea la excavación. Instalados en forma radial, lospernos en conjunto forman un arco rocoso que trabaja a

compresión denominado “EFECTO ARCO”, el mismoque da estabilidad a la excavación.




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Pernos de anclaje





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Malla electrosoldada





R o c o s o s

Concreto lanzado (Shotcrete)Shotcrete reforzado con malla electrosoldada





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Cimbras metálicasCimbra totalmente topada con bolsacreto





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Cimbras metálicasRevestimiento de cimbras con concreto lanzado





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Cuadros de maderaProtección con cuadros de madera en bocamina


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