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• Fernando

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2.- DESCRIPCIÓN DE MACIZOS ROCOSOS 2.1.METODOLOGÍA SISTEMÁTICA

Y

OBJETIVO: “Conocimiento de las propiedades y características geotécnicas de los macizos rocosos”. Se realizan durante las primeras etapas de investigación in situ. El desarrollo de los trabajos de campo en afloramientos permite obtener información necesaria para evaluar el comportamiento geotécnico de los macizos rocosos, planificar las fases de investigación más avanzadas e interpretar los resultados que se obtengan de las mismas. Puede ser una tarea compleja, sobre todo si se presentan conjuntamente materiales rocosos y suelos, zonas fracturadas, tectonizadas y/o meteorizadas. Se deben incluir todos los aspectos y parámetros que pueden ser observados, deducidos y medidos en los afloramientos. Las descripciones de los macizos rocosos con fines geotécnicos precisan de observaciones y medidas adicionales a las geológicas. Es necesario establecer una sistemática que homogenice criterios y facilite la comunicación entre todos los profesionales que tengan que realizar los trabajos de descripción de macizos rocosos a partir de afloramientos. Las descripciones pueden implicar un cierto grado de subjetividad que

debe evitarse, en la medida de los posible, realizando observaciones sistemáticas y utilizando una terminología estandarizada. La caracterización de campo del macizo rocoso es un ejercicio progresivo que comienza con una descripción general de las condiciones del terreno, y con la identificación y clasificación de los materiales que forman los macizos. Las observaciones posteriores más complejas sobre propiedades y factores concretos pueden aumentar el grado de interpretación y por tanto de subjetividad. 2.2.DESCRIPCIÓN ZONIFICACIÓN AFLORAMIENTO

Y DEL

2.2.1.- IDENTIFICACIÓN AFLORAMIENTO

DEL

 Localización, situación geográfica, accesos, extensión, características geométricas, etc.  Debe indicarse si corresponde a un afloramiento natural o a una excavación y en qué condiciones se encuentra. 2.2.2.FOTOGRAFÍAS ESQUEMAS

Y

2.2.3.DESCRIPCIÓN GEOLÓGICA GENERAL  Formación y edad geológica  Litología  Estructuras observables a gran escala  Rasgos estructurales generales: macizo estratificado, fallado, fracturado, masivo, etc.

 Zonas alteradas y meteorizadas y espesor de las mismas  Presencia de agua, sugerencias, etc. 2.2.4.- DIVISIÓN EN ZONAS Y DESCRIPCIÓN GENERAL DE CADA ZONA Se realiza en base a criterios litológicos y estructurales considerando los sectores más o menos homogéneos del afloramiento. Se debe realizar una breve descripción general de cada zona, sin entrar en detalles referentes a la matriz rocosa o a las discontinuidades, incluyendo datos sobre la litología, estado de meteorización, fracturación y presencia de agua. 2.2.5.IDENTIFICACIÓN ZONAS SINGULARES

DE

Son zonas, elementos o estructuras no sistemáticas, que no se repiten en el macizo, y que tienen influencia en sus propiedades y comportamiento mecánico, por ejemplo: fallas, diques, zonas de brecha, cavidades, zonas de flujo de agua, etc. Su descripción se hace de manera individualizada, indicando la problemática que presentan y su influencia en el comportamiento general del macizo. 2.3.- CARACTERIZACIÓN DE LA MATRIZ ROCOSA Los aspectos que describirse en campo son: 2.3.1.- IDENTIFICACIÓN

deben

 Composición mineralógica (clasificación litológica y descripción mineralógica, clasificación geológica enfocada hacia usos geotécnicos)  Forma y tamaño de los granos (dimensiones medias de los minerales o fragmentos de roca que componen la matriz rocosa)  Color y transparencia (depende del mineral que lo conforma)  Dureza (relación directa con la resistencia, escala de Mohs) Para la correcta observación de estas propiedades es necesario limpiar la roca, eliminando la capa superficial de alteración. Según el tipo de roca, otros aspectos que pueden ser determinados son la presencia o ausencia de exfoliación y la existencia de maclado o tipo de macla. 2.3.2.METEORIZACIÓN ALTERACIÓN

O

El grado de meteorización de una roca es una observación importante en cuanto que condiciona de forma definitiva sus propiedades mecánicas. Según avanza el proceso de meteorización aumenta la porosidad, permeabilidad y deformabilidad del material rocoso, al tiempo que disminuye su resistencia. Las condiciones climáticas son el principal agente en la meteorización, y el aspecto que ofrecen las rocas meteorizadas varía para las distintas regiones climáticas 2.3.3.RESISTENCIA COMPRESIÓN SIMPLE

A

 Índices de campo  Ensayo de carga puntual (PLT): Obtención del índice Is correlacionable con la resistencia a la compresión. Mediante el martillo de Schmidt o esclerómetro se mide la resistencia al rebote de una superficie rocosa. En ambos casos es recomendable tomar un número elevado de medidas y realizar su análisis estadístico. 2.4.- DESCRIPCIÓN DISCONTINUIDADES

DE

LAS

Las discontinuidades condicionan de una forma definitiva las propiedades y el comportamiento resistente, deformacional e hidráulico de los macizos rocosos.

Comportamiento resistencia al corte    

mecánico

y

Rugosidad Resistencia de las paredes Abertura Relleno

2.4.1.- ORIENTACIÓN Las discontinuidades sistemáticas se presentan en familias con orientación y características más o menos homogéneas. La orientación relativa y el espaciado de las diferentes familias de un macizo rocoso definen la forma de los bloques que conforman el macizo. La orientación de las discontinuidades con respecto a las estructuras u obras de ingeniería condiciona la presencia de inestabilidades y roturas a su favor.

La resistencia al corte de las discontinuidades es el aspecto más importante en la determinación de la resistencia de los macizos rocosos duros fracturados; y para su estimación, es necesario definir las características y propiedades de los planos de discontinuidad. Para describir las discontinuidades, se deben conocer los parámetros físicos y geométricos que condicionan sus propiedades y su comportamiento mecánico. La descripción y medida de estos parámetros para cada familia debe ser realizada en campo:  Orientación  Espaciado  Continuidad Persistencia  Filtraciones

o

2.4.2.-ESPACIADO El espaciado se define como la distancia perpendicular entre dos planos de discontinuidad de una misma familia. El espaciado entre los planos de discontinuidad condiciona el tamaño de los bloques de matriz rocosa; y por tanto, define el papel que ésta tendrá en el comportamiento mecánico del macizo rocoso, y su importancia con respecto a la influencia de las discontinuidades

a las irregularidades o rugosidades a pequeña escala de los planos. El método más sencillo y rápido es la comparación visual de la discontinuidad con los perfiles estándar de rugosidad.

2.4.3.CONTINUIDAD PERSISTENCIA

o

La continuidad o persistencia de un plano de discontinuidad es su extensión superficial, medida por la longitud según la dirección del plano y según su buzamiento. Es importante destacar las familias más continuas, ya que por lo general serán estas las que condicionen principalmente los planos de rotura del macizo rocoso. La medida de la continuidad se realiza con una cinta métrica.

2.4.5.- RESISTENCIA DE LAS PAREDES La resistencia de la pared de una discontinuidad influye en su resistencia al corte y en su deformabilidad. Depende del tipo de matriz rocosa, del grado de alteración y de la existencia o no de relleno. La resistencia puede estimarse en campo con el martillo Schmidt, aplicándolo directamente sobre la discontinuidad y considerando el grado de meteorización de las paredes.

2.4.4.- RUGOSIDAD La descripción y medida de la rugosidad tiene como principal finalidad la evaluación de la resistencia al corte de los planos. La rugosidad aumenta la resistencia al corte, y el término hace referencia tanto a la ondulación de las superficies de discontinuidad, como

2.4.6.- ABERTURA La abertura es la distancia perpendicular que separa las paredes de la discontinuidad cuando no existe relleno. Su medida se realiza directamente con una regla graduada en milímetros. Debe indicarse si la abertura de una discontinuidad presenta variaciones, realizándose medidas a lo largo, al menos de 3m. Las medidas han de realizarse para cada familia de discontinuidad, adoptando los valores medios más representativos de cada una de ellas.

2.4.8.- FILTRACIONES El agua en el interior de un macizo rocoso procede generalmente del flujo que circula por las discontinuidades (permeabilidad secundaria); aunque en ciertas rocas permeables, las filtraciones a través de la matriz rocosa (permeabilidad primaria) pueden ser también importantes.

2.5.PARÁMETROS MACIZO ROCOSO

2.4.7.- RELLENO Las discontinuidades pueden aparecer rellenas de un material de naturaleza distinta a la roca de las paredes. La presencia de relleno gobierna el comportamiento de la discontinuidad. Las características principales del relleno que deben describirse en el afloramiento son: su naturaleza, espesor o anchura, resistencia al corte y permeabilidad.

DEL

Para la caracterización global del macizo rocoso a partir de datos de afloramientos, además de la descripción de sus componentes, la matriz rocosa y las discontinuidades, deben ser consideradas otros factores representativos del conjunto, como son: 2.5.1.- NÚMERO Y ORIENTACIÓN DE FAMILIAS DE DISCONTINUIDADES El comportamiento mecánico del macizo rocoso, su modelo de deformación y su mecanismo de rotura están condicionados por el número de familias de discontinuidades. La orientación de las diferentes familias con respecto a una obra o instalación sobre el terreno puede determinar, además, la estabilidad de la misma.

El macizo puede clasificarse por el número de familias variando entre macizos rocoso masivos (1familia, ejm: afloramiento de granito) hasta macizos rocosos de 4 a más familias (ejm: afloramiento de pizarras plegadas e intensamente fracturadas).

2.5.2.-TAMAÑO DE BLOQUE El tamaño de los bloques que forman el macizo rocoso condiciona de forma definitiva su comportamiento y sus propiedades resistentes y deformacionales. La dimensión y la forma de los bloques están definidas por el número de familias de discontinuidades, su orientación, su espaciado y su continuidad. 2.5.3.GRADO FRACTURACIÓN

DE

El grado de fracturación se expresa habitualmente por el índice RQD, que se mide en testigos de sondeo o a partir de datos de afloramientos utilizando correlaciones empíricas. En base a su valor, se clasifica la calidad del macizo rocoso (a mayor valor de RQD, mayor calidad del macizo). 2.5.4.GRADO METEORIZACIÓN

DE

La evaluación del grado de meteorización del macizo rocoso se realiza por observación directa del

afloramiento y comparación con los índices entandares. En ocasiones puede ser necesario fragmentar un trozo de roca para observar la meteorización de la matriz rocosa. 2.6.CLASIFICACIÓN GEOMECÁNICA Y CARACTERIZACIÓN GLOBAL DEL MACIZO ROCOSO La descripción y medida de las características y propiedades de la matriz rocosa y de las discontinuidades y de los parámetros del macizo rocoso, proporcionan los datos necesarios para la evaluación geo mecánica global del macizo (RMR, GSI, Q-BARTON, etc.). A partir de estos datos, la aplicación de las clasificaciones geo mecánicas permite estimar la calidad y los parámetros resistentes aproximados del macizo, en términos de cohesión y fricción. Para completar la caracterización global del macizo rocoso es también necesario evaluar otros aspectos que, en gran manera, influyen en su comportamiento mecánico, como son:  Resistencia deformabilidad.  Comportamiento hidrogeológico.  Estado tensional.

y

PREG 1 ¿Por qué es importante caracterizar el macizo rocoso? Es fundamental hablar de la importancia que tiene el estudio del macizo rocoso en la ingeniería civil debido a la gran cantidad de obras que sobre estos se desarrollan, por

tal motivo se hace necesario realizar una serie de estudios y pruebas con el fin de conocer las características del material sobre el cual se planea una obra de ingeniería. La técnica y disciplina teórica aplicada que estudia la masa rocosa es la mecánica de macizos rocosos que tiene el objetivo de determinar sus propiedades físicas con el fin de comprender el comportamiento y reacción mecánica del mismo, ante la aplicación o modificación de diversas fuerzas y esfuerzos generados por las actividades del hombre (obras civiles, militares, actividades ambientales, energéticas, mineras y petroleras). Los distintos ámbitos de aplicación de la mecánica de macizos rocosos se pueden agrupar en aquellos donde el macizo rocoso constituye: La estructura (excavación de túneles, galerías, taludes); el soporte de otras estructuras (fundaciones de edificios, presas); la materia prima para la construcción (escolleras, terraplenes, rellenos). La mecánica de macizos rocosos guarda una estrecha relación con otras disciplinas como: la geología estructural, para conocer los procesos y estructuras tectónicas que afectan al macizo rocoso; la tectónica, para conocer el estado de esfuerzos en el macizo rocoso y la dinámica de estos; y la mecánica de suelos, para abordar el estudio de rocas alteradas y meteorizadas en la superficie. La caracterización y el estudio del comportamiento mecánico del macizo rocoso son complejos debido a la ya mencionada variabilidad de características y propiedades que

presentan junto a un elevado número de factores que los condicionan. El comportamiento de un macizo rocoso es función intrínseca de los materiales que lo constituyen como la estructura y resistencia, de los planos de discontinuidad que lo afectan, y de las condiciones geológicas y ambientales a que está y ha estado sometido, como los esfuerzos tectónicos, estados tensionales, condiciones hidrogeológicas del terreno y, por tanto su comportamiento mecánico. Es por esta razón que muchos investigadores afirmaron que la ingeniería de rocas, que es el campo de aplicación de la mecánica del macizo rocoso, tiene más arte que ciencia; aunque esta situación tiende hoy en día a ser más ciencia que arte, debido a que la estimación del comportamiento del macizo rocoso está cada vez más entendido según tres principios básicos de la física: masa, conservación de la cantidad de movimiento, y conservación de energía; y el empleo de las matemáticas en especial la estadística (estadística direccional) ayudados por el concepto de modelo y la aplicación de las técnicas computacionales. En el caso de la ingeniería civil, el desarrollo del conocimiento científico y práctico de la mecánica de macizos rocosos es en la actualidad una necesidad, ya que tiene el objeto de construir a la vez obras económicas y seguras. Para el caso de obras con fuerte influencia de eficiencia productiva (excavaciones subterráneas), se tiene que definir hasta que proporción uno tiene que invertir en tiempo y dinero para

entender el comportamiento mecánico - hidráulico del macizo rocoso, y de qué modo y hasta qué punto uno tiene que demostrar que la obra es la más económica y segura. De este modo, el ingeniero dedicado a la mecánica de macizos rocosos debe también aplicar esta disciplina para minimizar el riesgo geológico, durante las fases de investigación, construcción y operación. También, la práctica de la ingeniería civil especializada en la mecánica de macizos rocosos auxilia a las actividades mineras (minas a tajo abierto y minas subterráneas) y en las actividades petroleras durante los trabajos de perforación de pozos de exploración y producción. En este sentido, es necesario diferenciar el objetivo de la aplicación de la mecánica de macizos rocosos, mientras que en la ingeniería civil las obras tienen el principal objetivo de conseguir la estabilidad del macizo rocoso a corto y largo plazo, en la ingeniería de minas la estabilidad es temporal y puede admitir el colapso posterior del macizo rocoso una vez que se haya alcanzado la explotación del mineral. PREG 2 ¿Cuáles son las limitaciones de los ensayos de laboratorio en el estudio del macizo rocoso? La descripción y caracterización de los macizos rocosos es muy necesaria en cualquier estudio de ingeniería cuyo objetivo sea el conocimiento de las propiedades geotécnicas de los materiales rocosos. Debido a la gran variedad de condiciones y propiedades, el estudio de los macizos es a veces

una tarea compleja, sobre todo si las rocas están juntas con el suelo o que estén muy intemperizadas, es por ello que para hacer un buen estudio necesitamos realizar unos buenos ensayos de laboratorio. La necesidad de estudiar los macizos rocosos sirve como base para el inicio de algunos proyectos lo cual se convierte en un tema indiscutible, es por ello que este trabajo describirá resumidamente en qué consisten tales ensayos de laboratorio y espero sea de mucha ayuda. Todo lo mencionado se desarrolla dentro del curso de mecánica de rocas, que juntamente con la mecánica de suelo forman parte de la moderna geotecnia. Para la caracterización de los macizos rocosos se requieren realizar los ensayos en el laboratorio así como también en el mismo lugar (ensayos in-situ), así que en los siguientes ítems se mencionaran lo que se considera más relevante: Ensayos de laboratorio:  Ensayo de compresión uniaxial  Ensayo de compresión triaxial.  Ensayo de resistencia al corte.  Ensayo de tracción indirecta (ensayo brasileño) Ensayos de campo:  Ensayo de compresión simple con el martillo Schmidt.  Ensayo de carga puntual.  Ensayo tilt test.  Ensayo de gato plano.

 Ensayo de calidad de la roca (RQD) Los ensayos de laboratorio nos permiten saber de forma aproximada el valor de las propiedades físicas y mecánicas de la matriz rocosa, que definen su comportamiento mecánico:  La naturaleza de la roca.  La resistencia ante la rotura.  La deformación a corto y largo plazo.  La influencia del agua en el comportamiento.  El comportamiento ante la meteorización.  El comportamiento en función del tiempo. Estos ensayos deberán ser realizados con la mayor seriedad posible, caso contrario es posible que se cometa un error.