1. TEMA 5
Marcel Hürlimann
5.3. Clasificaciones geomecánicas
Características y objetivos:
• proporcionar una evaluación geomecánica global
del macizo rocoso a partir de observaciones en el
campo y ensayos sencillos
• estimación de la calidad del macizo rocoso y de los
parámetros de resistencia
cohesión y ángulo de fricción
• definir las necesidades de sostenimientos
Metodología general:
• se intenta dividir el macizo en grupos de
comportamiento similar
Clasificaciones existentes:
• R. Q. D.
• R. M. R. (Bieniawski)
• S. M. R. (Romana)
• Q (Barton et al.)
• Terzaghi
• GSI (Hoek & Brown)
• R. S. R. (Wickham et al.)
• Protodyakonov
• Lauffer
• Louis
2. TEMA 5
Marcel Hürlimann
Índice de calidad de las rocas, RQD
“rock quality designation” Deree et al. (1967)
• Se basa en la recuperación modificada de un testigo
(El porcentaje de la recuperación del testigo de un sondeo)
• Depende indirectamente del número de fracturas y del grado
de la alteración del macizo rocoso
Se cuenta solamente fragmentos iguales o superiores a 100 mm de
longitud.
El diámetro del testigo tiene que ser igual o superior a 57.4 mm y
tiene que ser perforado con un doble tubo de extracción de testigo.
x100
radaotal_perfolongitud_t
10cm)s__fragmentoΣ(longitud
RQD
≥
=
RQD (%) Calidad de roca
< 25 muy mala
25 - 50 mala
50 - 75 regular
75 - 90 buena
90 - 100 excelente
Ejemplos:
RQD = 100 RQD < 100
Formula alternativa (cuando no hay sondeos):
RQD = 115 – 3.3Jv para Jv > 4.5
RQD = 100 para Jv ≤ 4.5
Jv : numero de juntas identificadas en el macizo rocoso por m3
4. TEMA 5
Marcel Hürlimann
Clasificación de Bieniawski (R.M.R.)
“rock mass rating” Z. T. Bieniawski (1979)
Se valora una serie de parámetros:
(1) Resistencia del material intacto valor máximo = 15
(ensayo carga puntual o compresión simple)
(2) R.Q.D. valor máximo = 20
(3) Distancia entre las discontinuidades valor máximo = 20
(4) Condición de las discontinuidades valor máximo = 30
(5) Agua subterránea valor máximo = 15
RMR = (1) + (2) + (3) + (4) + (5)
Clasificación de RMR (oscila entre 0 y 100):
Clase Calidad de roca RMR
I muy buena 81 – 100
II buena 61 – 80
III regular 41 – 60
IV mala 21 – 40
V muy mala 0 - 20
Relación entre RMR y propiedades geomecánicas
Clase Calidad RMR Cohesión
(kPa)
Angulo de fricción
( º)
I muy buena 81 – 100 > 400 > 45
II buena 61 – 80 300 – 400 35 – 45
III regular 41 – 60 200 – 300 25 – 35
IV mala 21 – 40 100 – 200 15 – 25
V muy mala 0 - 20 < 100 < 15
5. TEMA 5
Marcel Hürlimann
Paràmetres del Rock Mass Rating (Bieniawski, 1979)
Paràmetre Rang de valors
Índex de
càrrega
puntual
> 10 MPa 4-10 MPa 2-4 MPa 1-2 MPaResistència
de la
roca intacta
Resistència a
compressió
simple
> 250 MPa 100-250 MPa 50-100 MPa 25-50 MPa 5-25
MPa
1-5
MPa
< 1
MPa
1
valor 15 12 7 4 2 1 0
Qualitat del testimoni
RQD
90-100% 75-90% 50-75% 25-50% <25%2
valor 20 17 13 8 3
Espaiat de les
discontinuïtats
> 2m 0,6-2 m 0,2-0,6 m 6-20 cm < 6 cm3
valor 20 15 10 8 5
Estat de les
discontinuïtats
Superfícies molt
rugoses
No contínues
Paret inalterada
Superfícies
lleument rugoses
Separació < 1mm
Paret lleument
alterada
Superfícies
lleument rugoses
Separació < 1mm
Paret molt alterada
Superfícies
estriades o
rebliment < 5mm
gruix o separació
1-5 mm
Contínues
Rebliment tou > 5
mm de gruix
o
separació > 5 mm
Contínues
4
valor 30 25 20 10 0
Flux per 10 m
de túnel
cap < 10 litres/min 10-25 litres/min 25-125 litres/min > 125 litres/min
Relació
Paigua/P
principal
0 0-0,1 0,1-0,2 0,2-0,5 > 0,5
Aigua
subterràn
ia
Condicions
Generals
Completament
sec
Humit Moll Degotant Rajant
5
valor 15 10 7 4 0
6. TEMA 5
Marcel Hürlimann
Parámetros del Rock Mass Rating (Bieniawski, 1979)
Parámetro Rango de valores
Ensayo carga
puntual
> 10 MPa 4-10 MPa 2-4 MPa 1-2 MPaResistencia
de la
roca intacta Compresión
simple
> 250 MPa 100-250 MPa 50-100 MPa 25-50 MPa
5-25
MPa
1-5
MPa
< 1
MPa
1
valor 15 12 7 4 2 1 0
RQD 90-100% 75-90% 50-75% 25-50% <25%
2
valor 20 17 13 8 3
Espaciado de las
discontinuidades
> 2 m 0,6-2 m 0,2-0,6 m 6-20 cm < 6 cm
3
valor 20 15 10 8 5
Longitud de la
discontinuidad
< 1 m 1 – 3 m 3 – 10 m 10 – 20 m > 20 m
Valor 6 4 2 1 0
Abertura Nada < 0.1 mm 0.1 – 1.0 mm 1 – 5 mm > 5 mm
Valor 6 5 3 1 0
Rugosidad
Muy rugosa Rugosa
Ligeramente
rugosa
Ondulada Suave
Valor 6 5 3 1 0
Relleno
Ninguno
Relleno duro
< 5 mm
Relleno duro
> 5 mm
Relleno blando
< 5 mm
Relleno blando
> 5 mm
Valor 6 4 2 2 0
Alteración
Inalterada
Ligeramente
alterada
Moderadamente
alterada
Muy alterada Descompuesta
4
Estadodelasdiscontinuidades
valor 6 5 3 1 0
Relación
Pagua / Pprinc
0 0-0,1 0,1-0,2 0,2-0,5 > 0,5Flujo de
agua en
las juntas Condiciones
Generales
Completamente
secas
Ligeramente
húmedas
Húmedas Goteando Agua fluyendo
5
valor 15 10 7 4 0
8. TEMA 5
Marcel Hürlimann
Clasificación adaptada de Bieniawski para taludes (SMR)
M. Romana Ruiz (1992)
Permite evaluar la estabilidad de una excavación
El índice SMR incluye cuatro factores de ajuste:
Factor de ajuste de las juntas
F1: depende del paralelismo entre el rumbo de las juntas y de la
cara del talud.
F2: depende del buzamiento de la junta en la rotura plana.
F3: refleja la relación entre los buzamientos de la junta y el talud.
Factor de ajuste según el método de excavación
F4: establecido empíricamente
SMR = RMR + (F1 * F2 * F3) + F4
Relación entre el índice SMR y la estabilidad del talud.
SMR Estabilidad
100-81 Totalmente estable
80-61 Estable
60-41 Parcialmente estable
40-21 Inestable
< 20 Totalmente inestable
10. TEMA 5
Marcel Hürlimann
Índice Q de Barton (rock mass quality)
(Barton et al. 1974)
Se hace una valoración con un índice Q a partir de valores de
diferentes parámetros:
SRF
J
J
J
J
RQD
Q w
a
r
n
⋅⋅=
RQD Índice de calidad de la roca
Jn número de familias
Jr coeficiente de rugosidad de la junta
Ja coeficiente de alteración de la junta
Jw coeficiente reductor por la presencia de
agua
SRF factor reductor por tensiones en el macizo
rocoso
Jn, Jr y Ja se aplican a las juntas estructuralmente
más desfavorables.
Clasificación de Q (oscila entre 0.001 y 1000)
Q (rock mass quality) valoración
0.001 – 0.01 excepcionalmente mala
0.01 – 0.1 extremadamente mala
0.1 – 1.0 muy mala
1.0 – 4 mala
4 – 10 regular
10 – 40 buena
40 – 100 muy buena
100 – 400 extremadamente buena
400 - 1000 excepcionalmente buena
11. TEMA 5
Marcel Hürlimann
Q de Barton: Estimación de los parámetros
Jn número de familias valor
Roca masiva 0.5 – 1
Una familia de juntas 2
Id. con otras juntas ocasionales 3
Dos familias de juntas 4
Id. con otras juntas ocasionales 6
Tres familias de juntas 9
Id. con otras juntas ocasionales 12
Cuatro o más familias, roca muy fracturada 15
Roca triturada 20
Jr coeficiente de rugosidad de la junta valor
Juntas (contacto entre las dos caras)
Discontinuas 4
Onduladas, rugosas 3
Onduladas, lisas 2
Onduladas, perfectamente lisas 1.5
Planas, rugosas o irregulares 1.5
Planas, lisas 1
Planas y perfectamente lisas 0.5
Juntas rellenas
(relleno impide contacto entre las dos caras)
material arcilloso 1
Material arenoso, de grava o triturado 1
Ja coeficiente de alteración de la junta valor
Juntas (sin minerales de relleno intermedios)
Juntas de paredes sanas 0.75 – 1
Ligera alteración 2
Alteraciones arcillosas 4
Juntas
(minerales de relleno en pequeño espesor)
Con partículas arenosas 4
Con minerales arcillosos no blandos 6
Con minerales arcillosos blandos 8
Con minerales arcillosos expansivos 8 – 12
Juntas
(minerales de relleno en gran espesor)
Con roca triturada/desintegrada y arcilla 6 – 12
Con zonas de arcilla limosa o arenosa 5
Con zonas de arcillosos (espesor grueso) 10 - 20
12. TEMA 5
Marcel Hürlimann
Jw coeficiente reductor por la presencia de
agua
valor
Excavaciones secas o con <5 l/min localmente 1
Afluencia media con lavado de algunas juntas 0.66
Afluencia importante por juntas limpias 0.5
Id. Con lavado de juntas 0.33
Afluencia excepcional inicial, decreciente con el
tiempo
0.2 – 0.1
Id. mantenida 0.1 – 0.05
SRF Valor
Zonas débiles intersectan a la excavación:
Multitud de zonas débiles o milonitos 10
Zonas débiles aisladas, con arcilla o roca
descompuesta (cobertura ≤ 50 m)
5
Id. con cobertura > 50 m 2.5
Abundantes zonas débiles en roca competente 7.5
Zonas débiles aisladas en roca competente
(cobertura ≤ 50 m)
5
Id. con cobertura > 50 m 2.5
Roca competente (problemas tensionales en las rocas)
Pequeña cobertura 2.5
Cobertura media 1
Gran cobertura 0.5 – 2
Rocas deformables (flujo plástico de roca)
Con bajas presiones 5 – 10
Con altas presiones 10 – 20
Rocas expansivas
Con presión de hinchamiento moderada 5 – 10
Con presión de hinchamiento alta 10 - 15
14. TEMA 5
Marcel Hürlimann
Correlaciones entre las clasificaciones de
Bieniawski (RMR) y Barton (Q)
RMR = 9 ln Q +44 Bieniawski (1976)
RMR = 13.5 log Q + 43 Rutledge (1978)
Correlación entre RMR, Q y el Módulo de deformación in-situ
