ESTIMACION DEL
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SOSTENI
SOSTENIMIENT
MIENT
O
O EN
EN ROCA
ROCA
MEDIANTE EL RMi
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Int
Integregrantantes:es: MigMiguel uel ArayAraya Aa Arayrayaa
Pablo Fuentes Valderrama Pablo Fuentes Valderrama Charlot Guerrero Aguirre Charlot Guerrero Aguirre Erick Molina Guerrero Erick Molina Guerrero Mat
MatiasiasPPallallacaacann GodGodoyoy José Valdivia Lemus José Valdivia Lemus Fecha: 24 de Noviembre 2017 Fecha: 24 de Noviembre 2017 Asignatura: Mecánica de Rocas II Asignatura: Mecánica de Rocas II
Profe
¿Qué es el RMI?
¿Qué es el RMI?
EEll InInddicicee dedell MMacaciizzoo RRococoososo (R(Roocckk MMaassss IInndedexx)),, eess uunn iinndidiccaadodorr eempmpíírriiccoo,, qquuee
rep
represresententaa lalareresisiststenenciciaa ununiaiaxixialalaa lalacocompmpreresisiónón dedell mamacicizozororococososo..
DDeessaarrrroollllaaddoo eennttrree llooss aaññooss 11999900--11999955 ppoorr PPaallmmssttrröömm,, yy ppuubblliiccaaddoo eenn uunnaa t teesisiss elel aañoño 19199595.. HaHa susuffrriiddoo mmoodidiffiiccaacciiooneness,, ccoonn elel ffiinn dede sisimmpplliiffiiccarar cciieerrttooss cálculos. cálculos. EEll RRMMII ssee ccrreeóó ccoonn eell ffiinn ddee qquuee eexxiissttiieerraa uunn iinnddiiccaaddoorr ddee rreessiisstteenncciiaa ddeell m maacciizzoo rrooccoossoo ppaarraa llaa IInnggeenniieerrííaa GGeeoottééccnniiccaa,, aassíí ccoommoo eenn llaa IInnggeenniieerrííaa ddee Co Consnstrtrucucciciónón sese cucuenentata coconn lala reresisiststenenciciaa dede loloss didiststinintotoss mamateteririalaleses (m(madaderera,a, me metataleles,s, cecemementnto,o, etetc)c)..
Consideraciones, ventajas y limitaciones
Consideraciones, ventajas y limitaciones
Consideraciones Consideraciones EEll RRMMII ttoommaa eenn ccuueennttaa ttaann ssoolloo llaass ppaarráámmeettrrooss iinnttrríínnsseeccooss ddeell mmaacciizzoo rrooccoossoo,, ttaalleess ccoommoo eell v voolluummeenn ddee llooss bbllooqquueess ffoorrmmaaddooss eennttrree jjuunnttaass,, yy llaass ccoonnddiicciioonneess ssuuppeerrffiicciiaalleess ddee llaass jjuunnttaass (r
(rugougosisidaddad,, altaltereracacióniónyy cocontntinuinuididad)ad),, omomititieiendondofacfactotoreress exexteternrnososambambienientataleless
Th Thee iintntrriinsnsiicc ppaarramameetteerrss ooff aa rroocckk mamassss ""araree tthehe ssamamee iirrrreesspepeccttiivvee ooff ppllaaccee oror cciirrccuumsmsttanancceess.. FForor t thhiiss rreeaassoonn iitt wwaass ccoonnssiiddeerreedd nneecceessssaarryy ttoo oommiitt ffaaccttoorrss rreellaatteedd ttoo eennvviirroonnmmeenntt ffrroomm tthhee cl clasassisifificacatitionon,, alalththououghgh ststreressss apapplplicicatatioionsns,, poporere-w-wataterer anandd ototheherr ininflflueuencnceses hahaveve aa prprononououncnceded e
effffeecctt oonn tthhee bbeehhaavviioouurr ooff aa rroocckk iinn aannyy ggiivveenn situation”situation” (P(Patatchchiningg anandd CoCoatateses,, 19196868).). ExExtrtraíaídodo dedell
documento
documento ““RRMMii -- AA ssyysstteemm ffoorr cchhaarraacctteerriizziinngg rroocckk mmaassss ssttrreennggtthh ffoorr uussee iinn rroocckk engineering”engineering” porpor
Ari
Arildld PPalmsalmströtröm.m.
EEll vvaalloorr ddeell RRMMII nnoo eess aadidimmeensnsiiononaall ((aa didiffeerreenncciiaa dedell QQ--SSiisstteemm ddee BBaarrttoonn yy eell RRMMRR ddee BBiieenniiawawsskki)i)..
Es
Ventajas Ventajas EEll RRMMII eess mmuuyy úúttililppararaa ddeefifinniirr uunn ssisisttememaa dedessoosstteenniimimieennttoo,, ccuuananddoo seseccuueennttanan ccoonn popoccooss ddatatooss d dee eennttrraadda,a, eess ddeecciirr,, eenn etetaappasas iinniciciaiallesesdede uunn prprooyyeeccttoo.. EsEsttooss dadattooss ssoonn eell didiáámemettrroo ddeell ttúúnenell yy el elvovolulumemenn dedell blbloqoqueue.. EEnn ccoommppaarraacciióónn aall QQ ddee BBaarrttoonn yy aall RRMMRR ddee BBiieenniiaawwsskkii,, eell RRMMII ccuubbrree uunn mmaayyoorr rraannggoo ddee ttiippooss ddee ro rocacas.s.CoConn rerespspececttoo aa esesttoo sese ttieienene lolosisiguguieientnte:e: -- LLaa ccaalliibbrraacciióónn ddeell RRMMII ssee hhiizzoo aa ppaarrttiirr ddee ddiissttiinnttooss ttiippooss ddee rrooccaa ((ííggnneeaass,, mmeettaammóórrffiiccaass yy se sedidimementntarariaias)s),, obobteteninidadass dedeAlAlememananiaiayy SuSuececiaia (S(Strtripipaa MiMinene,, LaLaisisvavallll MiMinene).). -- EEll RRMMII ppueueddee seserr uuttiilliizzadadoo ppararaa rrooccaass mmasasiivavass ((ssinin ddeemamassiiadadaass didissccoonnttiinnuuididaadedess)),, hhaassttaa rrooccasas di diacaclalasasadadas,s,enen ununesespepectctroro mámáss amamplplioio ququee loloss dodoss mémétotododoss memencncioionanadodoss ananteteririorormementnte.e.
LLaass eeccuuaacciioonneess ddee ssoosstteenniimmiieennttoo aassoocciiaaddaass aall RRMMII,, ccoonnssiiddeerraann mmááss ppaarráámmeettrrooss ddeell tteerrrreennoo ( (rreessiisstteenncciiaa ddeell mmaacciizzoo rrooccoossoo,, ccaalliiddaadd ddeell tteerrrreennoo,, ccoommppeetteenncciiaa ddeell tteerrrreennoo)) qquuee llooss ddooss mé métotododoss yaya nonombrmbradados.os.
Figura 1: El gráfico muestra la correlación entre los tres distintos métodos para medir la densidad de Figura 1: El gráfico muestra la correlación entre los tres distintos métodos para medir la densidad de la junta. Extraído del documento “
la junta. Extraído del documento “RMiRMi -- A syA system for chstem for charactaracterizing roerizing rock mass strck mass strength for usength for use in rocke in rock engineering”
Limitaciones
El RMI, a pesar de cubrir un amplio rango de tipos de macizos rocosos, queda inhabilitado su uso
para terrenos tipo suelo, y cualquier otra superficie con características similares.
La calibración del RMI se hizo a partir de una limitada cantidad de muestras, y en condiciones
diferentes a las que se pueden hallar en el lugar que se estudia.
Algunos de los parámetros de entrada del RMI, están dados en rangos, lo que puede aumentar el
error.
Debido a estas imprecisiones, el RMI se le considera una expresión “relativa” de la resistencia
Aplicaciones del RMI
Para determinar un sistema de sostenimiento.
Para caracterizar al macizo rocoso, en cuanto a resistencia y deformabilidad. Para evaluar el grado de penetración de máquinas tuneladoras a sección
completa (TBM).
Para calcular ciertas contantes del criterio de rotura Hoek and Brown (m y s).
(tunneling and underground space technology. Vol 11)
Índice del macizo rocoso RMi
Para rocas diaclasadas:
= ∗ = ∗ 0.2 ∗ ∗ = 0.37 ∗ . (1)
Para rocas masivas:
= ∗ = ∗ .
.
Los símbolos en las expresiones anteriores representan:
=La resistencia a la compresión uniaxial de la roca intacta, medida
Jc= Factor de estado (o condición) de las diaclasas, el cual es una medida combinada de: jL Jr JA expresado como: = ∗
Vb= El volumen del bloque medido o expresado en m3; generalmente se utiliza el volumen promedio. (Db= ) Una familia (S1) = 1 ∗ 51 ∗ 101 = 501 Dos familias (S2) Vb=S1*S2*10S1
JP= El parámetro del diaclasado, el cual incorpora los principales rasgos del macizo rocoso. = 0.2 ∗ =Parámetro de masividad = (0.05 ) .
Para las características más comunes de las diaclasas Jc= 1.75, con lo cual se
obtiene:
= ∗ = ∗ .
La clasificación del RMi es:
Muy bajo RMi <0.01
Bajo RMi= 0.01-0.1
Moderado RMi= 0.1-1
Alto RMi=1-10
Método de sostenimiento según RMi
Terreno continuo Terreno discontinuo
Terreno discontinuo, diaclasado, bloques
el tamaño y la forma del bloque,
por la resistencia a la cizalladura de las discontinuidades que delimitan el
bloque, y por
la orientación de las diaclasas o juntas en relación a la orientación que lleve
= ∗
Excepciones
Srs=Sr (1+Ts)Cos Para Ts<1[m], vetas y diques =
∗
Terrenos continuos
Su comportamiento básicamente viene dado por las tensiones, por lo
cual se usa un factor de competencia, llamado Cg (Resistencia del
macizo rocoso/tensión tangencial aplicada)
→ = = . → = = ∗ > 1 < 1 ,
Ejemplo 1.
Estimación preliminar (donde son conocidos muy pocos datos de entrada).
¿Qué sostenimiento de roca se estima necesario? Datos:
Vb promedio = 0.5 m³ Dt= 6m
EVALUACIÓN:
Diámetro equivalente del bloque Db = =0.8 m. FACTOR DE CONTINUIDAD:
CF= Dt / Db =7.5
El valor significa que el terreno es diaclasado o en bloques ( terreno discontinuo)
La calidad del terreno, dado como factor de calidad
(Estado) del terreno (Gc).
JC=1.75 , por lo cual la ecuación (1ª) proporciona el siguiente RMI: RMI = x JP
RMI = x ( 0.26 x )
RMI=160 Mpa x 0.21 = 33 Tz:ESPESOR ZONA DEBILIDAD
Los parámetros de sostenimiento de techos son: *Factor de estado o condición del terreno
Gc= RMI x SL x C = 33
•La relación de tamaños:
Sr =
JP= Parámetro del diaclasado, JC: Factor de estado (o condición) de las diaclasas,
3
Ejemplo 2. Estimación preliminar de sostenimiento para zonas débiles
Se asume que se encontrará una zona de debilidadTz = 5 m de espesor
Parámetros de sostenimiento para el techo son: Gc= RMIz x SL x C = 2
Sr=
Datos:
Túnel localizado con 100 - 150m de recubrimiento
Granito fresco, con una resistencia a la compresiónc = 125 Mpa
Diaclasas: longitud media; superficie de las discontinuidades rugosas y onduladas con paredes
frescas.
Hay dos conjuntos de familias de diaclasas, más algunas juntas aleatorias; la familia principal de
diaclasas tiene un rumbo de60º y un buzamiento de 45º (ángulos relativos al eje del túnel); para el caso considerado, la orientación es admisible tanto para el techo como para los hastíales.
Con las características de las
diaclasas, se tiene la siguiente condición de las diaclasas:
= = 1 3
1
El volumen del bloque varía entre 0,5 y 2,5 , por lo tanto el valor promedio del volumen
del bloque es de 1,5 , donde luego el diámetro del bloque es: = = 1,5 = 1,14.
El factor de continuidad para el techo es:
ℎ = =
6
De la tabla anterior se obtienen el valor de los siguientes factores de ajuste: = 1; = 1,2; ℎ = = 1,5
Con los valores de jC y Vb en el siguiente ábaco, es posible determinar el parámetro del diaclasado JP y el RMi
Valores de JP y RMi:
= 0,4
=
= 125
0,4
= 50
= = 50 1 = 50 = = , , , = 5,26 1,25 = 6,6 Dónde:
Gc: Factor de condición del terreno Sr: Relación de tamaños
Del ábaco anterior se nota que el tipo de sostenimiento es sólo pernos espaciados 3m entre si, la
longitud del perno se puede determinar con el siguiente ábaco o ecuación:
= 1,4 + 0,16 1 +, = 1,4 + 0,16 1 + ,
, = 2,4
Datos:
Profundidad de la excavación: 150m
Se ha encontrado una zona triturada deTz = 8 m de espesor.
Consiste de granito, ligeramente meteorizado conc ≈ 100 MPa; los bloques, en la zona débil considerada, tienen un tamañoVb = 0.01 – 0.1 , con relleno de arcilla en la mayoría de las diaclasas. Hay cuatro familias o conjuntos de diaclasas (o juntas), principalmente de corta longitud.
La orientación de la zona triturada, con relación al eje del túnel, es: rumbo =
Con las características de las
diaclasas, se tiene la siguiente condición de las diaclasas:
=
= 2 1
10 = 0,2
Con las dimensiones del volumen del bloque, se tiene que el volumen
promedio del bloque es: 0,05 = 0,00005 , por lo tanto el diámetro del
bloque es:
= 0,00005 = 0,037
El factor de continuidad para el techo es:
ℎ =
=
De la tabla anterior se obtienen el valor de los siguientes factores de ajuste: = 1; = 0,75; ℎ = 2; = 1
Con los valores de jC y Vb en el siguiente ábaco, es posible determinar el parámetro del diaclasado JP y el RMi
Valores de JP y RMi:
= 0,00057
=
= 100
0,00057
= 0,057
= = 0,057 1 = 0,057 = = , , = 162,16 2,67 = 432,43 Dónde:
Gc: Factor de condición del terreno Sr: Relación de tamaños
Dada la debilidad de la zona es que es necesario aplicar hormigón proyectado inmediantamente
Datos:
Granito masivo : = 130 Mpa Z= 1000m (recubrimiento) Evaluación:
- Roca masiva significa Vb=8m³ -Db= 2 m
CF = Dt / Db = 6m / 2m = 3 (terreno continuo)
Ejemplo 5 : Sostenimiento estimado
para rocas duras y masivas , sometidas a
altas tensiones
Maginitud de la tensión tangencial alrededor del túnel Tensión vertical teórica :
Pv= 0.027 x z = 27 MPa
Ahora, asumiendo un valor de k= 1.5 , la tensión tangencial en el techo del túnel es:
= pv x ( A x k - 1 )=102.6MPa
En rocas masivas RMI = 0.5 = 65 , el factor de competencia del terreno es : Cg= RMI / = 65 / 102.6 = 0.63