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INDICE DE CALIDAD TUNELERA DE LA ROCA, Q: Sobre la base de una evaluación de un gran número de casos históricos de excavaciones subterráneas, Barton et.al. (1974), del Instituto Geotécnico de Noruega, propusieron un Indice de Calidad Tunelera (Q) para la determinación de las características de la masa rocosa y de los requerimientos de sostenimiento de los túneles. El valor numérico de este índice Q varía sobre una escala logarítmica desde 0.0001 hasta un máximo de 1,000, y está definido por:

Donde: RQD es la Designación de la Calidad de la Roca Jn es el número de sistemas de juntas Jr es el número de rugosidad de las juntas Ja es el número de alteración de las juntas Jw es el factor de reducción de agua en las juntas SRF es el factor de reducción de los esfuerzos Para explicar cómo llegaron a la ecuación para determinar el índice Q, los autores ofrecen los siguientes comentarios: El primer cociente (RQD/Jn), representa la estructura de la masa rocosa, es una cruda medida del tamaño del bloque o de la partícula, con los dos valores extremos (100/0.5 y 10/20) que se diferencian por un factor de 400. Si el cociente es interpretado en unidades de centímetros, los extremos del ‘tamaño de partículas’ de 200 a 0.5, son visualizados como una aproximación cruda pero regularmente realista. Probablemente los bloques mas grandes sean varias veces este tamaño y los fragmentos más pequeños sean menos de la mitad de este tamaño. (Las partículas de arcilla por supuesto son excluidas).

El segundo cociente (Jr/Ja) representa la rugosidad y características friccionales de las paredes de la junta o los materiales de relleno. Este cociente pone un peso a favor a la rugosidad, juntas sanas en contacto directo. Se espera que tales superficies estarán cerca de la resistencia pico, que ellas se dilatarán fuertemente cuando son cizalladas, y por consiguiente ellas serán especialmente favorables para la estabilidad del túnel. Cuando las juntas rocosas tienen una cubierta delgada de mineral arcilloso y relleno, la resistencia se reduce significativamente. No obstante, cuando ha ocurrido el contacto de las paredes rocosas después de un pequeño desplazamiento de corte, puede haber un factor muy importante para preservar a la excavación de la falla final. Donde no exista contacto de las paredes rocosas, las condiciones son extremadamente desfavorables para la estabilidad del túnel. Los ‘ángulos de fricción’ (dados en la Tabla 4.6) están un poco por debajo de los valores de resistencia residual de la mayoría de las arcillas, y posiblemente son rebajados por el hecho de que estas bandas de arcilla o rellenos pueden tender a consolidarse durante el corte, a un mínimo si una consolidación normal o si el aflojamiento e hinchamiento ha ocurrido. Aquí, también puede ser un factor, la presión de hinchamiento de la montmorrilonita.

El tercer cociente (Jw/SRF) consiste de dos parámetros de esfuerzos. SRF es una medida de: 1) la carga de aflojamiento en el caso de una excavación a través de zonas de corte y rocas portadoras de arcillas, 2) esfuerzos rocosos en roca competente, y 3) cargas de alta deformación en rocas plásticas incompetentes. Esto puede ser considerado como un parámetro de esfuerzo total. El parámetro Jw es una medida de la presión del agua, la cual tiene un efecto adverso sobre la resistencia al corte de las juntas, debido a la reducción en el esfuerzo normal efectivo. En adición, el agua puede causar el ablandamiento y posible lavado en el caso de las juntas que tienen relleno de arcilla. Se ha probado que es imposible combinar estos dos parámetros en términos de esfuerzo efectivo entre los bloques, a causa de que paradójicamente un alto valor del esfuerzo normal efectivo puede significar una condición menos estable que un valor bajo, a pesar de la resistencia al corte las alta. El cociente (J w/SRF) es un factor empírico complicado cuando se describe el ‘esfuerzo activo’. Parece que la calidad tunelera de la roca Q puede ahora ser considerada como una función de solo tres parámetros, los cuales son crudas medidas de: 1. Tamaño de bloques (RQD/Jn) 2. Resistencia al corte entre los bloques (Jr/Ja) 3. Esfuerzo activo (Jw/SRF)

Indudablemente, hay muchos otros parámetros que pueden ser adicionados para mejorar la precisión del sistema de clasificación. Uno de estos podría ser la orientación de las juntas. Si bien muchos casos registrados incluyen la información necesaria sobre la orientación estructural en relación al eje de la excavación, no se halló que fuera importante este parámetro general como podría haberse esperado. Parte de la razón para esto, podría ser que la orientación de varios tipos de excavaciones puede ser, y normalmente lo es, ajustado para evitar el efecto máximo de las discontinuidades principales desfavorablemente orientados. Sin embargo, esta elección no es disponible en el caso de túneles, y más de la mitad de los casos registrados estuvieron en esta categoría. Los parámetros J w , Jr y Ja parecen jugar un rol más importante que la orientación, a causa de que el número de sistemas de juntas determina el grado de libertad para el movimiento de los bloques, y las características friccionales y dilatacionales pueden variar más que la componente gravitacional de deslizamiento hacia debajo de las juntas desfavorablemente orientadas. Si la orientación de las juntas hubiera sido incluida, la clasificación podría haber sido más general y se habría perdido su esencial simplicidad. CLASIFICACION DE PARAMETROS INDIVIDUALES USADOS EN EL INDICE DE CALIDAD TUNELERAQ

PROCEDIMIENTO: Para nuestro caso en particular se realizaron los procedimientos respectivos en campo para la obtención de los datos necesarios que nos servirán para halla la calidad tunelera. Nuestra masa rocosa contiene dos sistemas de juntas. Estas juntas son onduladas, rugosas e interperizadas. El RQD fue determinado por el procedimiento: Realizado por Priest y Hudson Donde Entonces para un número de discontinuidades igual a 6 por metro lineal tendremos:

 La tabla N°2 Numero de Familia de Juntas nos dará un valor Jn=4, por tener dos sistemas de juntas  La tabla N°3 Numero de Rugosidad de las Juntas Jr=3, por ser rugoso, irregular y ondulado  La tabla N°4 Numero de alteraciones de las Juntas Ja= 2.0, para juntas con paredes ligeramente alteradas  La tabla N°5 Reducción de Agua en las Juntas Jw=1.0, para excavaciones secas o flujo pequeño  La tabla N°6 Factor de Reducción de Esfuerzos SRF=5.0

Entonces se obtendrá:

Hallando el parámetro dimensión equivalente De:

De la tabla Categoría de la Excavación tomaremos un ESR=4, para Excavaciones Minerales Temporales con un ancho de excavación de 10m

La longitud del perno se estima a partir del ancho de la excavación:

El máximo abierto sin sostenimiento puede ser estimado a partir de:

Basado en el análisis de casos registrados, Grimstad y Barton sugirieron que la relación entre el valor de Q y la presión del sostenimiento permanente Ptecho es estimada a partir de: √

√

Con los valores obtenidos De=2.5 y un valor de Q=4.5, colocan la excavación de chancado en la categoría (1), la cual requiere colocación de pernos de roca (espaciados cada 1.8m) y sin shotcrete el cual no necesitara sostenimiento