mecanica de rocas

1. 1
Clasificación Geomecánica de Bieniawski o RMR
Este sistema fue desarrollado por Z.T. Bieniawski en los años 70 siendo reformado en
numerosas ocasiones y siendo la actual por el momento la de 1989.
Se basa en la suma de una serie de factores o parámetros del macizo rocoso para su
clasificación geomecánica.
Factor Signo Descripción del parámetro Clasificación Valuación
1. (+) Resistencia a la compresión simple de la roca inalterada
Básica
0 a 15
2. (+) RQD (existe un sistema basado en este mismo parámetro) 3 a 20
3. (+) Espaciamiento de las discontinuidades (fisuras, diaclasas) 5 a 20
4. (+) Estado de las discontinuidades 0 a 30
5. (+) Presencia de agua subterránea 0 a 15
6. (– ) Orientación de las discontinuidades respecto al eje de desarrollo Ajuste 0 a -12
Clasificación Geomecánica RMR SUMA = Valuación Total
Valuación (RMR) = (1) + (2) + (3) + (4) + (5) – [(6) Correcciones]
Clasificación geomecánica del macizo rocoso, según el total de valuación
Valuación o Valoración 100 - 81 80 - 61 60 - 41 40 - 21 < 20
Clasificación I II III IV V
Descripción de la roca Muy buena Buena Media o Regular Mala Muy mala
1. Resistencia a la compresión simple de la roca. Se realiza una serie de ensayos (laboratorio o
campo) de la roca matriz (roca sana e inalterada) para determinar su resistencia.
2. RQD (Rock Quality Designation: Indice de Calidad de la Roca). Es una recuperación
modificada del testigo o núcleos obtenidos en un barreno a diamante (DDH). Se basa en el
porcentaje de núcleo recuperado en el que la roca se encuentra relativamente intacta.
Pueden usarse métodos indirectos para su determinación como el de discontinuidades volumétricas
(Jv). En el análisis de macizos rocosos, se presentan bloques de roca delimitados por un sistema
tridimensional de planos de discontinuidad.
Se entiende por discontinuidad a todas aquellas estructuras geológicas (fallas, fracturas, diaclasas,
estratificación, foliación, etc.) que forman dichos planos, los que comúnmente se conoce como
fábrica estructural del macizo rocoso.
3. Espaciamiento de las discontinuidades. Es una valoración del espaciamiento o separación
entre las discontinuidades (juntas, diaclasas, fisuras, fracturas...); regularmente se consulta la
descripción de las mismas en la tabla general de factores.
4. Estado de las discontinuidades. Este parámetro es fundamental se puede usar con la tabla
general aunque para mayor precisión se recomienda la tabla guía especial: “Guía para valorar el
estado de las discontinuidades”.
5. Presencia de agua. El agua en las discontinuidades es un factor que genera una gran
inestabilidad no solo por la presión hidrostática que puede ejercer sino también por las alteraciones
que puede provocar en las discontinuidades (disolución, deslizamientos...).
6. Orientación de la discontinuidad principal vs dirección del la obra. Orientación de la(s)
discontinuidad(es) principal(es) (rumbo, inclinación y echado) respecto a la dirección del eje
longitudinal de desarrollo de la obra (v.g. túnel). Que puede acrecentar el riesgo de deslizamientos o
por el contrario disminuirlo. Se usa la guía especial para su valor.
Longitud de los núcleos 0.10 m
(%) 100
Longitud de barrenación en m
 
  
 
RQD

2. 2
Clasificación RMR Geomecánica de Bieniawski 1989: Parámetros de clasificación
PARAMETRO ESTIMACION Y ESCALA DE VALORES
1
Resistencia
de la
roca sana
Carga puntual
MPa
Kg/cm² (aprox)
> 10
100
4 – 10
40 - 100
2 – 4
20 - 40
1 – 2
10 - 20
Únicamente
Compresión
Simple
Compr. Simple
MPa
Kg/cm² (aprox)
> 250
>2 500
100 – 250
1 000-2 500
50 – 100
500 – 1 000
25 –50
250 - 500
5-25
50-250
1-5
10-50
< 1
<10
V a l o r a c i ó n 15 12 7 4 2 1 0
2
RQD % 90 – 100 75 - 90 50 - 75 25 - 50 < 25
V a l o r a c i ó n 20 17 13 8 3
3
Separación de
discontinuidades
> 2 m 0,6 – 2 m 0,2 – 0,6 m 0,06 – 0,2 m < 0,06 m
V a l o r a c i ó n 20 15 10 8 5
4
Estado de las
discontinuidades
(ver guía especial)
Muy rugosas.
Discontinuas.
Sin separaciones.
Borde sano y duro.
Ligeramente
rugosas.
Abertura <1 mm.
Bordes duros.
Ligeramente
rugosas
Abertura<1mm
Bordes blandos
Espejo de falla o con
relleno < 5 mm o abiertas
1 – 5 mm. Diaclasas
continuas
Relleno blando > 5
mm o abertura > 5
mm
Diaclasa Continua
V a l o r a c i ó n 30 25 20 10 0
5
Presencia
de agua
Caudal por 10 m
de túnel
Nulo < 10 L/min 10 – 25 L/min 25 – 125 L/min >125 L/min
Relación entre la
presión de agua y
la mayor del
terreno
σ w / σ1
0 0 – 0,1 0,1 – 0,2 0,2 – 0,5 > 0,5
Estado general Seco
Ligeramente
Húmedo
Húmedo Goteando Fluyendo
V a l o r a c i ó n 15 10 7 4 0
6
Corrección por orientación de las discontinuidades (ver guía especial)
Dirección y Buzamiento
Muy
favorable
Favorable
Medio o
regular
Desfavorable
Muy
desfavorable
Valoración para
Túneles 0 - 2 - 5 - 10 - 12
Cimentación 0 - 2 - 7 - 15 - 25
Taludes 0 - 5 - 25 - 50 - 60
Guía especial para valorar el factor 4. Valoración del estado de las discontinuidades.
P a r á m e t r o V a l o r a c i ó n
Longitud de la discontinuidad
(Persistencia)
< 1 m 1 – 3 m 3 –10 m 10 – 20 m > 20 m
6 4 2 1 0
Abertura
Nada < 0,1 mm 0,1 – 1,0 mm 1 – 5 mm > 5 mm
6 5 3 1 0
Rugosidad
Muy
rugosa
Rugosa Ligeramente rugosa Ondulada Suave
6 5 3 1 0
Relleno
Ninguno
Relleno duro Relleno duro
Relleno
blando
Relleno
blando
< 5 mm > 5 mm < 5 mm > 5 mm
6 4 2 2 0
Alteración
Inalterado
Ligeramente
alterado
Moderadamente
alterado
Muy
alterado
Descompuesto
6 5 3 1 0

3. 3
Guía especial para valorar el factor 6. Dirección (rumbo, inclinación y buzamiento) de las discontinuidades
principales respecto a la orientación de la obra.
Inclinación >20°
Rumbo de las discontinuidades: perpendicular al eje de la obra
Inclinación >20°
Rumbo de las discontinuidades: paralelo
al eje de la obra
Inclinación ≤ 20°
Rumbo y buzamiento de
las discontinuidades:
cualquieraExcavación con el buzamiento Excavación contra el buzamiento
Incl. 45º - 90º Incl. 20º - 45º Incl. 45º - 90º Incl. 20º - 45º Incl. 45º - 90º Incl. 20º - 45 Inclinación 0º-20º
Muy favorable Favorable Media o regular Desfavorable Muy desfavorable Media o regular Desfavorable
Clasificación y Valoración Geomecánica RMR de Bieniawski y Características.
Valoración RMR 100 - 81 80 - 61 60 - 41 40 - 21 < 20
C l a s e  I I I I I I I V V
Calidad Muy Buena Buena Media o regular Mala Muy mala
Tiempo de sostenimiento y longitud de
claro (inicial 1979)
10 años con
15 m de claro
6 meses con 8 m
de claro
1 semana con 5 m
de claro
10 horas con 2,5
m de claro
30 min con 1 m
de claro
Tiempo de sostenimiento y longitud de
claro (Bieniawski, 1989)
20 años con 15
m de claro
1 año con
10 m de claro
igual igual igual
Cohesión de la roca MPa
kg/cm2
>0,4
> 4
0,3 – 0,4
3 - 4
0,2 – 0,3
2 - 3
0,1 – 0,2
1 - 2
< 0,1
< 1
Ángulo de rozamiento interno > 45º 35 – 45º 25 – 35º 15 – 25º < 15º
Estimación de las necesidades de sostenimiento según Bieniawski.
RMR
Excavación
Anclas (Ø 20mm)
Completamente Cementadas
Concreto
Lanzado
Marcos
Consideraciones de excavación y sostenimiento para túneles de luz máxima a 10 m. (Clasificación RMR-Bieniawski 1989)
I
> 81
Avance a sección
completa de 3 m
Innecesario a excepción de
bloques sueltos (ancla ocasional)
Para otros claros:
L=1.4 + (0.18W)
Innecesario Innecesario
II
61 – 80
Avance a sección
completa de 1 – 1,5 m.
Soporte a 20 m del tope
Anclado local en la bóveda de 2 a
3 m de largo y espaciado de 2.0 a
2.5 m con malla ocasional.
L=1.4 + (0.18W)
L/e = 1.75 a 2.0
5 cm en bóveda
para
impermeabilización
Innecesario
III
41 – 60
Avance y desborde (cabeza
y banqueo) de 1,5 a 3 m en
cabeza. Comenzar soporte
por disparo. Sostenimiento
completo a 10 m del tope
Anclado sistemático en la bóveda
y tablas de 3 a 4 m de largo y
espaciado 1.5 a 2.0 m con malla
en techo.
L=1.8 + (0.18W)
L/e = 1.75 a 2.0
5 a 10 cm en bóveda
o corona, 3cm en
tablas
Innecesario
IV
21 – 40
Avance y desborde (cabeza
y banqueo) 1,0 a 1,5 m en
cabeza. Instalar soporte al
mismo tiempo con la
excavación a 10 m del tope
Anclado sistemático en la bóveda
y tablas de 4 a 5 m de largo y
espaciado 1 a 1,5 m con malla
L=2 + (0.18 W)
L/e = 2.0
10 a 15 cm en
bóveda y 10 cm en
tablas
Ligeros a medianos
con espaciamiento
de 1,5 m, donde se
requieran
V
≤ 20
Avance por partes (múltiples
fases), avances de 0,5 a 1,5
m en cabeza.
Instalar soporte al mismo
tiempo con la excavación.
Concreto lanzado tan pronto
como sea posible después de
la voladura.
Anclado sistemático en la bóveda
y tablas de 5 a 6 m de largo y
espaciado 1 a 1,5 m con malla.
Contra bóveda anclada.
L=3 + (0.18 W)
L/e = 2.0
Donde en (m):
L= Longitud de
ancla
W= claro ó Luz
e= Espaciamiento
15 a 20 cm en
corona, 15 en tablas
y 5 cm en el frente o
tope, inmediata
después de cada
avance.
Medianos a pesados
con espaciamiento
de 0,75 , botadores y
forro.
Longitud de avance y tiempo de estabilidad sin soporte

4. 4
Correlaciones RMR empíricas de interés:
Carga o Presión sobre el
sostenimiento
P = [(100 – RMR)/100]·γ·b
Unal (1983)
Presión en sostenimiento: P (t/m2
)
Ancho del túnel: b (m)
Densidad de la roca: γ (t/m3
)
Módulo de deformación empírico E en (GPa)
Para
10< RMR ≤50; Em = 10 [(RMR-10)/40]
Serafín y Pereira (1983)
RMR> 50-55; Em = 2RMR – 100 Bieniawski (1978)
RMi = 10 ((RMR-40)/15)
GSI = RMR89 - 5
Correlación RMR con Q
Bieniawski
RMR = 9·lnQ + 44
Abad
RMR = 10,5·lnQ + 42
Rutledge
RMR = 13,5·lnQ + 43
Parámetros de la roca de Hoek y Brown
Roca excavada por medios mecánicos
m = mi ·e ((RMR-100) / 28)
s = e ((RMR-100)/ 9)
Roca excavada mediante voladura.
m = mi ·e ((RMR-100) / 14)
s = e ((RMR-100) / 6)
Siendo m y s parámetros de la roca alterada y mi y si los parámetros de rotura de la
roca de Hoek y Brown en el laboratorio.
Diaclasado: índice de diaclasas (JP) JP = {10 ((RMR-40)/15)
}/ σc
Otras correlaciones empíricas RMR
Choquet y Hadjigeorgiou (1993).
RMR=5·lnQ + 60,8 (S. AFRICA - túneles)
Para España:
RMR =43,89 - 9,19·lnQ (minado en roca suave)
RMR =10,5·lnQ + 41,8 (minado en roca dura)
Canadá:
RMR =12,11·logQ + 50,81 (minado en roca dura)
RMR =8,7·lnQ + 38 (túneles roca sedimentaria)
RMR =10·lnQ + 39 (minado de roca dura)
Para minas Subterráneas:
RMR=40·logQ + 44
RMR =12,5logQ + 55,2
Tamaño de las anclas según clase RMR:
I MUY BUENA 81-100 Anclas ocasionales L=1,4 + (0,18xW)
II BUENA 61-80 Anclas locales L=1,4 + (0,18xW)
III NORMAL 41-60 Anclas sistemáticas L=1,8 + (0,18xW)
IV MALA 21-40 Anclas sistemáticas L=2 + (0,18 x W)
V MUY MALA < 20 Marcos y anclaje L=3 + (0,18 x W)
Longitud / Espaciamiento (L/e) = 2.0
e = espaciamiento entre anclas (m); L = longitud de ancla (m); W=
ancho del túnel (m).
NOTA: Nomenclatura de acuerdo a Sistema Internacional de Unidades (SI) establecido mediante la Norma Oficial Mexicana (mayo
2004). NOM-008-SCFI-2002.