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Grupos 1 y 2 Clasificación Geomecánica y Diseño Empírico
Grupos 1 y 2 Clasificación Geomecánica y Diseño Empírico
Grupos 1 y 2 Clasificación Geomecánica y Diseño Empírico
EMPÍRICO
4.1 GENERALIDADES.
Se acepta que fue Terzaghi (1946) quien propuso la primera clasificación del
terreno orientada a la construcción de túneles. Sus datos provenían de túneles
sostenidos fundamentalmente por cerchas metálicas. A partir de los años 50 fue
generalizándose la utilización de pernos de anclaje y el concreto proyectados en la
construcción de túneles para usos civiles. La clasificación de Lauffer de 1958 refleja
perfectamente el uso combinado de cerchas, pernos de anclaje y concreto
proyectado en la construcción de túneles en roca. Esta clasificación está, por otra
parte, muy vinculada al surgimiento del Nuevo Método Austriaco (NATM) en el
centro de Europa. Su utilización requiere, sin embargo, la experiencia directa en
obra y es poco práctica en las fases de proyecto y anteproyecto.
muy poca poca Resist. Resist. Alta Muy Alta ISRM (1979)
resist. resist. moder. media resist. resist.
4.2.1 TERZAGHI.
Karl Terzaghi clasifica el terreno en diez categorías y proporciona la "carga de roca"
o tensión vertical que soportarían las cerchas de sostenimiento de un túnel
construido por procedimientos tradicionales. Refleja la práctica habitual de los años
1930-1970 en Norteamérica. La clasificación original fue modificada por Deere al
(1970).
carga litostática
W (rock load)
Bi
H c d
Hp
Hi
a b
B
Inicial Final
(cm)
0 0
98 2. Dura con presion (spalling) o roturas puntuales
50 estratificada o
esquistosa 0 0.25B Roturas superficiales por presion (spalling) comunes
95
90
0 0.25B Presion lateral si hay stratos inclinados posible spalling
3. Masiva, juntas moderadas
4. Bloques moderados 0.25B a
punto
0 0.35C
20
75 5. Bloques y rota
0 a 0.6C 0.35C a 1.1C Poca o nula presion lateral
98 50
25 6. Completamente rota
10 Presion lateral considerable. Si hay filtraciones, soporte
1.1C
5 continuo
2
7. Gravas y arenas 0.25B a Densa
0.54C a 1.2C 0.35C presion lateral
2 Ph = 0.3 x r x (0.5 Hi + Hp)
1.08C a
0.94C a 1.2C 1.38C Débil
8. Comprimida, profundidad moderada Fuerte presion laterales
1.1C a 2.1 C
10.
Hinchada Uso de sostenimiento circular
hasta 250 ft
En casos extremos, apoyos deformables
Nota: 1 Para clases de roca 4, 5, 6, 7 cuando esté por encima del nivel freático, reducir el 50% carga
2 B es el ancho del túnel, C = B+Hi (altura del túnel)
3 : y Densidad del terreno
A partir de la definición del índice de calidad de roca RQD propuesto por Deere en
1964, se propone una simple clasificación de la calidad de la roca en 5 categorías.
La definición de RQD, la clasificación de la roca, la relación entre el "Factor de
Carga" de Terzaghi y RQD (propuesta por Cording, 1972) y la propuesta de Merrit
(1972) para decidir el tipo de sostenimiento en función del RQD.
Crítica: El índice RQD forma parte de otros sistemas más elaborados de clasificación
(RMR, Q) pero en sí mismo es insuficiente para describir el macizo rocoso. No tiene
en cuenta, por ejemplo, la influencia del relleno de juntas, ni su orientación, ni la
presencia de agua o su presión. Por otra parte, en "rocas blandas" masivas el RQD
puede aproximarse a 100, aunque la calidad de la roca sea mediocre de cara a la
construcción de túneles.
4.2.4 RSR
Esta clasificación fue desarrollada por Withman en 1972 e introduce por primera
vez datos cuantitativos, intentando obviar datos subjetivos basados en la
experiencia previa del terreno. El índice de calidad del macizo se obtiene mediante
la puntuación de 3 parámetros (A+B+C).
Con la suma de los tres parámetros, que varía entre 0-100, se obtiene un índice
resultante RSR que relaciona un sostenimiento, orientado básicamente en el
soporte con cerchas y un dimensionado del túnel.
Parámetro C: Efecto del flujo del agua subterránea y las condiciones de las juntas
sobre la base de:
Ambos Ambos
1 Juntas muy
<5 cm 9 11 13 10 12 9 9 7
próximas
2 5-15 cm 13 16 19 17 17 14 14 11
3 15-30 cm 23 24 28 22 22 23 23 19
4 30-60 cm 30 32 36 28 28 30 28 24
5 60 cm-1.2 m 36 38 40 35 35 36 34 28
6 Masivo >1.2 m 40 43 45 40 40 40 36 34
20-
Inclinado
50°
50-
Vertical
90°
13 a 44 45 a 75
Sin agua 22 18 12 25 22 18
Moderado 15 11 7 21 16 12
Con
25
mm
nos 3
4M1
cr
er
19
60 P
eto L
s
rno
(1.0)
anza
Pe
0.50
.5
do
15
6M
50
25 (2.0)
6M
0
RSR
40 100
(4.0)
200
20
10
0 (1) 0.5 (2) (3) 1.0 (4) 1.5(5) (6) 2.0 (7) (8) (9)
Separación Cerchas metálicas/Pernos m (ft)
El índice RMR evalúa la calidad del macizo rocoso a partir de los parámetros
siguientes:
Con los primeros cinco parámetros se obtiene una puntuación que oscila entre 0-
100 puntos que establece el índice RMR básico, normalmente en fase de proyecto.
Puntuación 6 5 3 1 0
4
Rugosidad muy rugosa rugosa ligeramente rugosa ondulada suave
b
Puntuación 6 5 3 1 0
Relleno (mm) ninguno relleno duro < 5 relleno duro > 5 relleno blando < 5 relleno blando > 5
Puntuación 6 4 2 2 0
Alteración inalterada ligeramente alterada moderadamente alterada muy alterada descompuesta
Puntuación 6 5 3 1 0
Caudal por 10 m de túnel
nulo < 10 10-25 25-125 > 125
(l/min)
freáticas
Aguas
0°
0°
Dirección
Dirección
Dirección
desfavorables
desfavorables
desfavorables
90°
90° 45°
45°
20°
Desfavorables
Desfavorables 20°
Desfavorables
0°
0°
Dirección
Dirección
Dirección
desfavorables
desfavorables
desfavorables
90°
90°
45° desfavorables
desfavorables
45° desfavorables
20°
20°
0°
0°
A modo similar al índice RMR, clasifica al macizo rocoso con el índice Q que oscila
exponencialmente, a diferencia del RMR que es lineal, entre 0,001 y 1000.
Su fórmula es:
𝑅𝑄𝐷 𝐽𝑟 𝐽𝑤
𝑄= . .
𝐽𝑛 𝐽𝑎 𝑆𝑅𝐹
Donde
𝐽𝑛 = índice de diaclasado que indica el grado de fracturación del macizo
𝐽𝑟 = índice de rugosidad de las discontinuidades o juntas
𝐽𝑎 = índice que indica la alteración de las discontinuidades
𝐽𝑤 = coeficiente reductor por la presencia de agua
𝑆𝑅𝐹 = coeficiente dependiente del estado tensional existente
2. Índice de diaclasado Jn
A Roca masiva, sin diclasar o con fisuración escasa 0.5-1.0
B Una familia de diaclasas 2
C Una familia y algunas diaclasas aleatorias 3
D Dos familias de diaclasas 4
E Dos familias y algunas diaclasas aleatorias 6
F Tres familias de diaclasas 9
G Tres familias y algunas diaclasas aleatorias 12
H Cuatro o más familias, diaclasas aleatorias, roca muy fracturada, roca en terrones, etc. 15
I Roca triturada, terrosa 20
Nota:
i) En las intersecciones de túneles se utiliza la expresión (3Jn).
ii) En las bocas de los túneles se utiliza la expresión (2Jn).
J
Zonas o bandas de roca desintegrada o triturada y arcillas (ver G,H y I para la descripción de las 6.8 o 8-
K 6°-24°
condiciones de las arcillas) 12
L
M Zonas o bandas de arcillas limosas o arenas, con pequeñas fracciones de arcilla no reblandecible -- 5.0
N
Zonas o bandas continuas de arcilla, de espesor grueso (ver G, H y I para la descripción de las 10,13 o
O 6°-24°
condiciones de las arcillas 13-20
P
Nota: Los valore expresados para los parámetros Jr y Ja se aplican a las familias de diaclasas o discontinuidades que son menos
favorables con relación a la estabilidad, tanto por la orientación de las mismas como por su resistencia al corte (esta resistencia puede
evaluarse mediante la expresión: 𝑇 ≈ 𝜎𝑛 𝑡𝑔 −1 (𝐽𝑛⁄𝐽𝑎))
Presión de agua
5. Factor de reducción por la presencia de agua Jw
(kg/cm2)
A Excavaciones secas o pequeñas afluencias, inferiores a 5 l/min, de forma localizada <1 1.0
B Afluencia a presión media, con lavado ocasional de los rellenos de las discontinuidades 1-2.5 0.66
C Afluencia importante o presión alta en rocas competentes con discontinuidad sin relleno 2.5-10 0.5
Afluencia importante o presión alta, produciéndose un lavado considerable de los
D 2.5-10 0.33
rellenos de las diaclasas
Afluencia excepcionalmente alto o presión elevada en el momento de realizar las
E > 10 0.2-2.1
voladuras decreciendo con el tiempo
Afluencia excepcionalmente alta, o presión elevada de carácter persistente, sin
F > 10 0.1-0.05
disminución apreciable
Nota:
i) Los valores de las clases C, D, E, y F son meramente estimativos. Si se acometen medidas de drenaje, puede incrementarse el valor
Jw
ii) No se han considerado los problemas especiales derivados de la formación de hielo.
buena
Media
Excep. Extrem.
buena
Muy
Muy Mala Buena
Exc.
mala mala mala
VANO SIN SOSTENER O ALTURA (m.)
.
15 RE
cm
5cm
m
9c NA
m.
5 2.4
4c
2
12
SE O
5c
2,0m. NE
U LO CTAD
1,6m. E B OYE
TR R
EN N P
1,3m. ION MIGO
AC
2 P AR HOR
SE SIN
1.5
1,2m.
1
0,001 0,004 0,01 0,04 0,1 0,4 1 4 10 40 100 400 1000
El sistema desarrollado por Barton parece más completo, pero cabe decir que la
orientación y el buzamiento de las discontinuidades no se tienen tan en cuenta
como en el sistema RMR.
Desde su desarrollo en la década de los años 70, diferentes autores, en base a sus
experiencias y estudios, desarrollaron fórmulas comparativas de las dos
clasificaciones:
Para poder obtener el índice GSI, el macizo rocoso debe tener un comportamiento
isótropo, por eso se descarta su utilización en macizos donde la esquistosidad, por
ejemplo, sea la característica determinante para calcular su resistencia. Igualmente
en macizos poco fracturados, se descarta su utilización ya que su resistencia
vendría determinada más por la resistencia de las discontinuidades.
Desde un inicio se propusieron formulaciones para estimar el GSI desde los índices
RMR y Q. Actualmente se considera que solo para macizos rocosos con un índice
GSI > 35 puede resultar adecuado las correlaciones.
Así para macizos de buena calidad el índice GSI y siempre que se puntúe con 15 la
presencia de agua en el RMR, es decir macizos rocosos secos, puede estimarse:
MUY MUY
ESTRUCTURA DEL MACIZO ROCOSO BUENA MEDIA MALA
BUENA MALA
CALIDAD DECRECIENTE DE LOS LABIOS DE LAS
DISCONTINUIDADES
INTACTO O MASIVO
Muestras intactas de roca o macizos rocosos 90 N/A N/A
masivos con pocas discontinuidades muy
espaciadas
80
FORMADO POR BLOQUES
Macizo rocoso consistentes en bloques
cúbicos delimitados por tres familias de 70
discontinuidades con los bloques bien
ENCAJE DECRECIENTE ENTRE LOS TROZOS DE ROCA
encargados
60
FORMADO POR MUCHOS BLOQUES
Macizo rocoso formado por bloques angulares
de muchas caras delimitados por cuatro o más 50
familias de discontinuidades. Los bloques
están encajados pero solo parcialmente
40
FORMADO POR MUCHOS BLOQUES,
DISTORSIONADO Y BANDEADO
Plegado con mucho bloques angulares
formados por la intersección de muchas
familias de discontinuidades. Plantas de 30
estranficación o de esquistosidad persistentes
DESINTEGRADO
Macizo rocoso muy fracturado con una mezcla 20
de bloques angulares y redondeados
debilmente encajadas
LAMINADO Y CIZALLADO 10
Debido a la existencia de numerosos plantas
débiles muy próximo de esquistosidad o de N/A N/A
cizalla, no existen bloques