INDICE DE DESIGNACION DE LA CALIDAD DE LA ROCA (R.Q.D.) ‘ Rock quality designation’ Desarrollado por Deree en 1967.
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INDICE DE DESIGNACION DE LA CALIDAD DE LA ROCA (R.Q.D.)
‘ Rock
quality designation’ Desarrollado por Deree en 1967.
El RQD (Rock Quality Designation índex) fue desarrollado por Deere en el año de (1967), para estimar cuantitativamente la calidad del macizo rocoso basándose en la recuperación de un testigo. Depende indirectamente del número de fracturas y del grado de alteración del macizo rocoso.
PRIMER PROCEDIMIENTO Se basa en la recuperación modificada de un testigo (El porcentaje de la recuperación del testigo de un sondeo) Depende indirectamente del numero de fracturas de fisuras y del grado de la alteración del macizo rocoso Se desarrollo para proveer un estimado cuantitativo de la calidad de la masa rocosa, a partir de los testigos de perforación diamantina. El diámetro del testigo tiene que ser igual o superior (54.7 mm o 2.15 pulgadas de diámetro) y tiene que ser perforado con un doble tubo de extracción de testigo.
RQD se calcula midiendo y sumando el largo de todos los trozos de testigo mayores que 10cm En el intervalo de testigo por la longitud total perforada
Ejemplo 1
Ejemplo 2
SEGUNDO PROCEDIMIENTO Comprende el cálculo del RQD en función del número de fisuras, por metro lineal, determinadas al realiza r el levantamiento litológico-estructural (Detail line) en el área y/o zona predeterminada de la operación minera. PARA REALIZAR EL CALCULO DEL RQD CUANDO NO SE TIENE TESTIGOS DE PERFORACION SE PUEDE REALIZAR DE UTILIZANDO FORMULAS EMPIRICAS COMO:
Fórmula matemática:
DONDE: = Numero de discontinuidades por metro lineal Ejemplo: Numero de discontinuidades = 228 Longitud de la línea = 24 Entonces = 228/24 = 9.50 disc/m.
TERCER PROCEDIMIENTO
Comprende el cálculo del RQD en función del número de fisuras, por metro cúbico, determinadas al realizar el levantamiento litológico-estructural (Detail line) en el área y/o zona predeterminada de la operación minera. Fórmula matemática RQD = 115 – 3.3 (Jv),para Jv>4.5 RQD=100,para Jv≤4.5
Jv = Número de fisuras por metro cúbico. DONDE Jv ES LA SUMA DEL NUMERO DE DISCONTINUIDADES POR UNIDAD DE LONGITUD DE TODAS LAS FAMILIAS DE DISCONTINUIDADES, CONOCIDO COMO EL CONTEO VOLUMETRICO DE DISCONTINUIDADES.
INDICE DE DESIGNACION DE LA CALIDAD DE LA ROCA (R.Q.D .) (Jv ) PARA REALIZAR EL CALCULO DEL RQD TAMBIEN SE PUEDE UTILIZAR EL CONTEO O COMPUTO VOLUMETRICO (CANTERAS) El cómputo volumétrico de diaclasamiento es la suma del número de diaclasas por metro para cada familia de diaclasas. Se selecciona la cara de un talud así como para la determinación del índice del tamaño del bloque. Para cada familia de diaclasas se calculan los espaciamientos promedio verdaderos de las diaclasas en dicha familia a partir del número de diaclasas que se encuentran sobre una distancia específica medida normal a la familia. El conteo volumétrico de diaclasas es la suma del número de diaclasas por unidad de longitud para todas las familias . Por ejemplo Familia 1 : 6 diaclasas en 20 m Familia 2 : 2 diaclasas en 10 m Familia 3 : 20 diaclasas en 10 m Familia 4 : 20 diaclasas en 5 m
Cómputo volumétrico de diaclasas: 6/20 + 2/10 + 20/10 + 20/5 = 0.3 + 0.2 + 2.0 + 4.0 = 6.5 diaclasas / m3
El valor obtenido en cualquiera de los tres casos es comparado con la siguiente tabla:
También se puede buscar la valoración para el RQD, a partir del siguiente gráfico:
Clasificación Geomecánica de Bieniawski RMR (Rock Mas Rating) La clasificación Geomecánica RMR, también conocida como clasificación Geomecánica de Bieniawski, fue presentada por el Ingeniero Bieniawski en 1973 y modificada sucesivamente en 1976, 1979, 1984 y 1989. El RMR permite la obtención de la cohesión y ángulo de
fricción, parámetros resistentes del criterio de Mohr-Coulomb.
Clasificación Geomecánica de Bieniawski RMR (Rock Mas Rating) El RMR es una clasificación geomecánica, en la que se tienen en
cuenta los siguientes parámetros del macizo rocoso: 1. Resistencia a la compresión simple de la matriz rocosa (roca intacta).
2. R.Q.D. Grado de fracturación del macizo rocoso. 3. Espaciado de las discontinuidades. 4. Condiciones de las discontinuidades. 5. Presencia del Agua, en un macizo rocoso, el agua tiene gran influencia sobre su comportamiento. 6. Orientación de las discontinuidades.
Clasificación Geomecánica de Bieniawski RMR (Rock Mas Rating)
Desde 1976 hasta 1989 se agregaron otras condiciones de rocas más débiles y distintas condiciones de tuneles. Tabla N°1 Valoración de acuerdo a cada parámetro del RMR Factor
Rango
Resistencia a la compresión simple del materia de roca 1 intacta
A1
0-15
2 Índice recuperación modificada de testigo o RQD.
A2
5-20
3 Espaciamiento entre discontinuidades o fracturas
A3
3-20
4 Estado físico de las discontinuidades
A4
0-30
5 Efecto del agua subterránea
A5
0-15
6 Orientación de las discontinuidades
B
(-12)-0
Clasificación Geomecánica de Bieniawski RMR (Rock Mas Rating) Un valor numérico es asignado a cada factor, de acuerdo a los rangos dados. La suma de los valores encontrados para los seis factores, indicará el tipo o clase de macizo rocoso.
𝑹𝑴𝑹 = 𝐴1 + 𝐴2 + 𝐴3 + 𝐴4 + 𝐴5 + 𝐵 El parámetro número 6 que se refiere a la orientación de las discontinuidades respecto a la excavación. Esta clasificación considera, que este parámetro es desfavorable, por tanto, cuando se obtiene este valor índice de la orientación de las discontinuidades, se les sustrae al
valor del obtenido
Clasificación Geomecánica de Bieniawski RMR (Rock Mas Rating) El DR. Bieniawski propuso la siguiente clasificación de los macizos
rocosos: Tabla N°2 Clasificación de Bieniawski
Clase de Macizo Rocoso
Descripción
RMR
I
Macizo rocoso de excelente calidad
81-100
II
Macizo rocoso de buena calidad
61-80
III
Macizo rocoso de calidad regular
41-60
IV
Macizo rocoso de mala calidad
21-40
Parámetros Para Calcular el RMR (Rock Mas Rating) 1° Parámetro: Resistencia a la compresión simple de la roca intacta. Se determina mediante el ensayo de Resistencia a compresión simple o el ensayo
de carga puntual. Los valores se pueden observar a continuación en la tabla N°3
Descripción Extremadamente dura Muy dura Dura Moderadamente dura Blanda
Muy blanda
Resistencia a la compresión simple (MPa) >250 100-250 50-100 25-50 5-25 1-5 10 15 04-10 12 02-4 7 01-2 4 2 10
>250
15
04-10
02-4
100-250 50-100
12
7
01-2
Por ser un rango bajo, es preferible la prueba de compresión uniaxial
25-50
5-25
4
2
01-5 2m
Solido
20
0.6-2 m
Masivo
15
Moderadamente Juntas
200-600 mm
En bloques
10
Juntas
60-200 mm
Fracturado
8
< 60 mm
Machacado
5
Separadas
Muy Juntas
Parámetros Para Calcular el RMR (Rock Mas Rating) Grafica N°3 Obtención del espaciamiento
Parámetros Para Calcular el RMR (Rock Mas Rating) 4° Parámetro: Condiciones de las discontinuidades
En este parámetro se toma en cuenta como se presentan las discontinuidades como: su abertura, relleno, rugosidad, persistencia y el grado de alteración de estas. Su valoración de cada una se muestran en forma detallada en las siguientes tablas: Descripción Superficies muy rugosas, de poca extensión, paredes de roca resistente Superficies poco rugosas, apertura menor a 1 mm, paredes de roca resistente. Ídem anterior, pero con paredes de roca blanda.
Puntaje 15 12
7
Superficies suaves o relleno de falla de 1-5 mm de espesor o apertura de 1-5 mm, las discontinuidades se extienden por varios metros.
4
Discontinuidades abiertas, con relleno de falla de más de 5 mm de espesor, las discontinuidades se extienden por varios metros.
0
Parámetros Para Calcular el RMR (Rock Mas Rating) Tabla N°8 Abertura de la
Tabla N°9 Persistencia de las
discontinuidades
discontinuidades
Grado Descripción
Separación de Valoración las caras
Grado Descripción Continuidad Valoración
1
Abierta
> 5 mm.
0
1
Muy baja
< 1 m.
6
2
Moderadame nte abierta
1-5 mm.
1
2
Baja
1-3 m.
4
3
Media
3-10 m.
2
4
Alta
10-20 m.
1
5
Muy alta
> 20 m.
0
3
Cerrada
0.1-1 mm.
4
4
Muy cerrada
< 0.1 mm
5
5
Ninguna
0
6
Parámetros Para Calcular el RMR (Rock Mas Rating) Tabla N°10 Rugosidad de
Tabla N°11 Relleno de
las discontinuidades
las discontinuidades
Grado
Descripción
Valoración
Grado
Descripción
Valoración
1
Muy Rugosa
6
1
Blando > 5 mm.
0
2
Rugosa
5
2
Blando 5 mm.
2
4
Lisa
1
4
Duro < 5 mm.
4
5
Plana (Espejo de falla)
0
5
Ninguno
6
Tabla N°12 Alteración de las discontinuidades
Grado
Descripción
Valoración
1
Descompuesta
0
2
Muy alterada
1
3
Moderadamente alterada
3
4
Ligeramente alterada
5
5
No alterada
6
Parámetros Para Calcular el RMR (Rock Mas Rating) 5° Parámetro: Efectos del de agua subterránea Evaluadas de modo cualitativo (observación directa) o cuantitativo (midiendo caudal de
agua o presión).
Tabla N°13 Efectos de la presencia de agua Caudal por 10 Relación Presión AguaDescripción Valoración m de túnel Tensión PPAL Mayor
Para calcular la valoración según
Nulo
0
Seco
15
< 10 litros/ min
< 0.1
Ligeramente Húmedo
10
10-25 litros/ min
0.1-0.2
Húmedo
7
25-125 litros/ min
0.2-0.5
Goteando
4
> 125 Litros/min
> 0.5
Fluyendo
0
la presencia del agua se toma como referencia la tabla que a continuación se especifica.
Parámetros Para Calcular el RMR (Rock Mas Rating) Nota: Es de anotar que Hoek (1983) modifica algunos valores relacionados con el agua subterránea, planteando como máximo puntaje 10 en lugar de 15, como podemos observar a continuación. Tabla N°14 Evaluación modificada de Hoek (1983
Parámetros Para Calcular el RMR (Rock Mas Rating) 6° Parámetro: Orientación de las discontinuidades Tabla N°15 Clasificación para determinar los Buzamientos, respecto al efecto relativo con relación al eje de la obra Dirección perpendicular al Eje de la obra Excav. Con buzamiento Buz 45°-90°
Excav. Contra buzamiento
Dirección paralelo al eje de la obra
Buz Buz Buz Buz 20°-45° 45°-90° 20°-45° 45°-90°
Buz 20°-45°
Muy Muy Favora Desfav Medio desfav favorable ble orable orable
Medio
Buzamiento de 0-20° Cualquier dirección
Desfavorable
Tabla N°16 Valoración para túneles y minas Calificativo
Valoración
Muy favorable
0
Favorable
-2
Medio
-5
Desfavorable
-10
Muy desfavorable
-12
Parámetros Para Calcular el RMR (Rock Mas Rating) 6° Parámetro: Orientación de las discontinuidades Tabla N°17 Valoración para fundaciones Calificativo Muy favorable Favorable Medio Desfavorable Muy desfavorable
Valoración 0 -2 -7 -15 -25
Tabla N°18 Valoración para taludes
Calificativo
Valoración
Muy favorable
0
Favorable
-5
Medio
-25
Desfavorable
-50
Muy desfavorable
-60
Nota: Este parámetro 6 se le debe restar a la suma de los otros 5 parámetros descritos anteriormente
Tabla N°19: Sostenimiento determinado a partir del RMR de Bieniawski (1989).
Clasificación del RMR El valor del RMR también es utilizado como una forma de estimar los factores m y s del Criterio de rotura de Hoek-Brown,
las
ecuaciones
para
su
determinación planteadas
son
por
Hoek
y
Brown, (1988) al igual que
el valor del GSI introducido por
Hoek
(1995)
para
finalmente
evaluar
resistencia
del
rocoso.
la
macizo
Tabla N°20 Calidad del macizo rocoso con relación al índice RMR Clase Calidad
Valoración RMR
Cohesión
ángulo de Rozamiento
I
Muy buena
100-81
> 4 Kg/cm2
> 45°
II
Buena
80-61
3-4 Kg/cm2
35°- 45°
III
Media
60-41
2-3 Kg/cm2
25°- 35°
IV
Mala
40-21
1-2 Kg/cm2
15°- 25°
V
Muy mala
< 20
< 1Kg/ cm2
< 15°
Guía para la excavación y soporte en túneles y obras de ingeniería donde la condición de la roca es importante según (Bieniawski
PRACTIQUEMOS! • Un túnel será excavado a través de un granito ligeramente meteorizado con una familia dominante de juntas con rumbo perpendicular al eje del túnel, y con buzamiento de 60 grados contra la dirección del avance de la excavación. A partir de los “logs” de perforaciones diamantinas, ensayos de laboratorio y observaciones de campo, se obtienen los siguientes datos: • Ensayo de carga puntual: 8 Mpa (Valor representativo) • Valor promedio del RQD: 70% • Separación de juntas: 300 mm. • Discontinuidades: • 1-3 m de longitud • < 0.1mm de abertura • Ligeramente rugosa • Sin relleno • Ligeramente alterada • Se aprecia Humedad en la zona estudiada • Información sobre el túnel: tiene un buzamiento de 60 grados contra la dirección del avance de la excavación, rumbo perpendicular al excavación
Descripción Extremadamente dura Muy dura Dura Moderadamente dura Blanda Muy blanda
Resistencia a la compresión simple (MPa) >250 100-250 50-100 25-50 5-25 1-5 10 15 04-10 12 02-4 7 01-2 4 2 2m
Solido
20
0.6-2 m
Masivo
15
Moderadamente Juntas 200-600 mm
En bloques
10
Juntas
60-200 mm
Fracturado
8
< 60 mm
Machacado
5
Descripción Muy separadas Separadas
Muy Juntas
Tabla N°9 Persistencia o Tabla N°8 Abertura de la
Longitud de las
discontinuidades
discontinuidades
Grado Descripción
Separación de Valoración las caras
Grado Descripción Continuidad Valoración
1
Abierta
> 5 mm.
0
1
Muy baja
< 1 m.
6
2
Moderadame nte abierta
1-5 mm.
1
2
Baja
1-3 m.
4
3
Media
3-10 m.
2
4
Alta
10-20 m.
1
5
Muy alta
> 20 m.
0
3
Cerrada
0.1-1 mm.
4
4
Muy cerrada
< 0.1 mm
5
5
Ninguna
0
6
Parámetros Para Calcular el RMR (Rock Mas Rating) Tabla N°10 Rugosidad de
Tabla N°11 Relleno de
las discontinuidades
las discontinuidades
Grado
Descripción
Valoración
Grado
Descripción
Valoración
1
Muy Rugosa
6
1
Blando > 5 mm.
0
2
Rugosa
5
2
Blando 5 mm.
2
4
Lisa
1
4
Duro < 5 mm.
4
5
Plana (Espejo de falla)
0
5
Ninguno
6
Tabla N°12 Alteración de las discontinuidades
Grado
Descripción
Valoración
1
Descompuesta
0
2
Muy alterada
1
3
Moderadamente alterada
3
4
Ligeramente alterada
5
5
No alterada
6
Tabla N°13 Efectos de la presencia de agua Caudal por 10 m de túnel
Relación Presión Agua-Tensión PPAL Mayor
Nulo
0
< 10 litros/ min
< 0.1
10-25 litros/ min
Descripción Valoración
Seco
15
Ligeramente Húmedo
10
0.1-0.2
Húmedo
7
25-125 litros/ min
0.2-0.5
Goteando
4
> 125 Litros/min
> 0.5
Fluyendo
0
Tabla N°15 Clasificación para determinar los Buzamientos, respecto al efecto relativo con relación al eje de la obra Dirección perpendicular al Eje de la obra Excav. Con buzamiento Buz 45°-90°
Excav. Contra buzamiento
Dirección paralelo al eje de la obra
Buz Buz Buz Buz 20°-45° 45°-90° 20°-45° 45°-90°
Buz 20°-45°
Muy Muy Favora Desfav Medio desfav favorable ble orable orable
Medio
Buzamiento de 0-20° Cualquier dirección
Tabla N°16 Valoración para túneles y minas Calificativo
Valoración
Muy favorable
0
Favorable
-2
Medio
-5
Desfavorable
-10
Muy desfavorable
-12
Desfavorable
RMR = 12+13+10+4+5+3+6+5+7-5
RMR = 60
SISTEMA EN EXCEL RESULTADO
Clase de Macizo Rocoso
Descripción
RMR
I
Macizo rocoso de excelente calidad
81-100
II
Macizo rocoso de buena calidad
61-80
III
Macizo rocoso de calidad regular
41-60
IV
Macizo rocoso de mala calidad
21-40
GEOLOGICAL STRENGTH INDEX "GSI" • El GSI (Geological Strength Index), ha sido desarrollado después de muchas discusiones y durante varios años, por ingenieros y geólogos con quienes E. Hoek ha trabajado en distintas partes del mundo. • Este trabajo propone en una tabla muy práctica, que se ha elaborado en forma muy cuidadosa, que las combinaciones que allí aparecen sean condiciones que realmente aparezcan en la naturaleza. • Como se puede apreciar en el gráfico 10.4, dos aspectos son considerados desde la litología que se está estudiando: la estructura y la condición de la superficie de la discontinuidad. • Es importante que se considere que, cuando planos estructurales estén presentes y su orientación es desfavorable respecto a una de las caras expuestas por la excavación, esta condición dominará el comportamiento de la masa de roca.
RECORDEMOS! ¿Qué aspectos principales destacan en GSI? Los 2 aspectos principales que se resaltan son la litología (estructura) y la condición de la superficie de la discontinuidad.
Parte Inferior
Parte Superior
A continuación rangos típicos de GSI para distintas litologías.
GSI PARA ARENISCAS
GSI PARA CALISAS TÍPICAS
Adaptación del GSI para definir sistemas de refuerzo y/o soporte para labores permanentes (Modificado de Ramírez, J. 2003)
Adaptación del GSI para definir sistemas de refuerzo y/o soporte para cámaras (Modificado de Ramírez, J. 2003)
RESUMEN GSI El GSI es utilizado para la estimación de los parámetros de entrada para el calculo de la
resistencia, solo es una relación
empírica y los
procesos asociados a las clasificaciones de la ingeniería de rocas.
La determinación de los parámetros del GSI se basa en las descripciones de la calidad del macizo rocoso en lugar de formular datos de entrada cuantitativos como en los sistemas RMR, Q y RMi. El GSI es principalmente útil para macizos rocoso mas blandos con RMR menor a 20.
USO DE LAS CLASIFICACIONES DE MACIZOS PARA HACER EL ESTIMATIVO DEL GSI
Para eliminar las redundancias en los procesos de diseño ingenieril, se propuso el GSI (Geological Strength Index), de acuerdo con Hoek en (1995), para lo que se tienen varios procedimientos, los cuales se explican a continuación.
A partir de la clasificación RMR de Bieniawski 1976: Bieniawski ha hecho varios cambios a las escalas de puntaje utilizadas en su clasificación. Estos cambios se han efectuado en los años 1973, 1974, 1976, 1979 y 1989 según de expuesto en Hoek et al (1995). Para hacer el estimado del GSI, se recomienda utilizar la tabla BIENAWSKI bajo la suposición de una condición seca, para lo cual se asigna un puntaje de 10 al valor que evalúa la acción del agua. Además, se debe asumir una muy favorable orientación de las estructuras geológicas, por lo cual el ajuste por orientación de discontinuidades es nulo. La suma de los valores de los puntajes configura el Valor del RMR76, el cual puede ser usado para estimar el GSI, tal como se expresa a continuación.
Para RMR76