Instrumentos de Mapeo Geomecánico

• Brújula: Para la medición de la orientación de discontinuidades, dirección de buzamiento, buzamiento, azimut, dirección de excavación de las galerías, medición de los estratos, fallas y otros.
• Flexómetro: Medición de la persistencia, apertura, espaciado.
• Cuaderno de apuntes: Anotar los datos tomados de las discontinuidades.
• GPS: Tomar datos de ubicación de accesos de las labores principales.
• Martillo Schmidt o martillo de geólogo: Tomar datos de resistencia de compresión simple en campo.

Estaciones Geomecánicas: Descripción de los Macizos Rocosos

• Es necesario tomar todos los datos posibles de campo, pues a menudo, no se puede volver al punto de medición.
• Una estación geomecánica es un conjunto de observaciones ordenadas en un entorno con objeto de valorar un macizo rocoso. Se asumen a un único punto y agrupan observaciones de juntas y de matriz rocosa para dar un valor al conjunto denominado “macizo rocoso”.

Método Sugerido para la Descripción Cuantitativa de las Discontinuidades de la Masa Rocosa

1. Orientación

2. Espaciamiento

3. Persistencia

4. Rugosidad

5. Resistencia de las paredes

6. Apertura

7. Relleno

8. Filtraciones

9. Número de familias (sistemas)

10. Tamaño de bloques

Descripción de los Macizos Rocosos en Campo

En caso de taludes:

1. Dirección del talud.
2. Ángulo del talud.
3. Ángulo de coronación.
4. Altura.
5. Croquis de las juntas (grietas de tracción, etc.).

En una galería:

1. Dirección de la galería.
2. Sentido de avance.
3. Anchura.
4. Altura y forma.
5. Croquis de las juntas y proximidad de otras galerías.

Estructura del Macizo Rocoso: Superficies de Discontinuidad

Las superficies de discontinuidad aparecen durante la formación de la roca (planos de estratificación, laminación, foliación, disyunción, etc.) o posteriormente por causas tectónicas (esquistosidad, pizarrosidad y las fracturas: fallas y las diaclasas (estas últimas denominadas vulgarmente “juntas”)).

Las fracturas son planos de discontinuidad originados cuando la roca ha estado sometida a un esfuerzo tectónico que sobrepasó su límite de rotura. Consideramos dos tipos de fracturas: fallas y juntas.

Caracteres Geomecánicos de las Discontinuidades

En geotecnia la tendencia es definir las discontinuidades por la dirección de buzamiento y el buzamiento (en inglés: dip-dir y dip). Así 240/20 indica una dirección de buzamiento N- 240ºE y un buzamiento de 20º. Trabajaremos en todo momento con rumbos y direcciones (de planos y de taludes y galerías) referido todo al norte magnético.

Como regla sencilla para recordar, la dirección de buzamiento es la de la línea de máxima pendiente del plano, marcada por el recorrido que llevaría una gota de agua que deslizase por la superficie.

Espaciado

El espaciado de las discontinuidades es un factor que influye en el tamaño de los bloques de roca (caída de cuñas), así como en la permeabilidad del macizo rocoso (permeabilidad secundaria o por fracturación) que condiciona la circulación de agua. El espaciado es la separación en perpendicular de dos juntas de una misma familia. Cuanto más separadas estén las juntas más estable y resistente será el macizo rocoso.

Persistencia

El concepto de persistencia se refiere a la extensión o tamaño de una discontinuidad. Este parámetro se puede estimar (en ausencia de excavación) observando las longitudes de las superficies estudiadas en los afloramientos.

Terminología

• Persistencia muy baja: 0 – 1 m
• Persistencia baja: 1 – 3 m
• Persistencia media: 3 – 10 m
• Persistencia alta: 10 – 20 m
• Persistencia muy alta: > 20 m

Rugosidad

• Es la aspereza o irregularidad de la superficie de la discontinuidad. Cuanto más rugosa sea mayor será la resistencia de los labios de la discontinuidad. Intuitivamente tiene implicación en la cohesión y ángulo de fricción de la junta, es decir en la denominada resistencia al corte.

La importancia de la rugosidad disminuye al aumentar la apertura, el espesor del relleno o cualquier desplazamiento sufrido con anterioridad.

• Empleamos los perfiles normalizados que indican ondulación en una parte y JRC (rugosidad) en la otra.

Resistencia de las Paredes

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Término Descripción Grado

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Fresca o sana No hay signos visibles de intemperización del material rocoso, quizás una ligera decoloración en la superficie de las discontinuidades principales I

Ligeramente intemperizada La decoloración indica la intemperización del material rocoso y de la superficie de discontinuidad. Todo el material rocoso puede estar decolorado por intemperización y externamente puede ser más débil que en su condición sana. II

Moderadamente intemperizada Menos de la mitad del material rocoso está descompuesto y/o desintegrado a un suelo. Roca fresca o decolorada está presente ya sea como armadura continua o como núcleos. III

Altamente intemperizada Más de la mitad del material rocoso está descompuesto y/o desintegrado a un suelo. Roca fresca o decolorada está presente ya sea como armadura continua o como núcleos. IV

Completamente intemperizada Todo el material rocoso está descompuesto y/o desintegrado a un suelo. La estructura del macizo rocoso original permanece aún intacto. V

Suelo residual Todo el material rocoso se ha convertido en suelo. La estructura del macizo y la fábrica del material se han destruido. Hay un cambio grande en el volumen, pero el suelo no ha sido transportado significativamente. VI

Apertura

Es la separación entre los labios de las discontinuidades. Cuanta más separación más inestable es el conjunto, siendo además zonas de preferencia para la circulación de agua y la presencia de materiales arcillosos que restan resistencia al macizo.

Apertura Descripción

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0.10 – 0.250 mm Cerrado Rasgos “cerrados”

0.25 – 0.5 mm Parcialmente abierto

0.50 – 2.5 mm Abierto

2.50 – 10 mm Moderadamente amplio Rasgos “semiabiertos”

> 10 mm Amplio

1 – 10 cm Muy amplio

10 – 100 cm Extremadamente amplio Rasgos “abiertos”

> 1 m Cavernoso

Relleno

Se debe de indicar si no hay, si este es duro (filón) o de arcilla, etc. con el espesor que deberá más o menos coincidir con la apertura de la junta; a excepción de que solo tengamos parte de la junta rellena (algo no muy frecuente).

Meteorización

La meteorización de las rocas se refiere a la modificación en la composición o estructura de una roca situada en la superficie terrestre o en sus proximidades, debido a la acción de los agentes atmosféricos (Ramírez, 1991).

La descripción del estado de meteorización del material rocoso es de particular importancia al considerar las rocas desde el punto de vista resistente, ya que la meteorización tiene efectos profundos en las propiedades físicas y mecánicas del material rocoso.

La ISRM en su publicación de 1978 “Suggested Methods for the Quantitative Description of Discontinuities in Rock Masses” establece unas tablas con los criterios para clasificar tanto la masa rocosa como de los labios o paredes de las discontinuidades.

En primer lugar indica que debe de describirse el grado de meteorización (o alteración) de la masa rocosa como un todo (Tabla 17).

Filtraciones

Valoración de la filtración Descripción

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I La discontinuidad está muy cerrada y seca, el flujo de agua a través de ellas no parece posible.

II La discontinuidad está seca sin evidencia de flujo de agua.

III La discontinuidad está seca pero muestra evidencias de flujo de agua, es decir, está teñida por la corrosión.

IV La discontinuidad está húmeda pero no está presente el agua libre.

V La discontinuidad muestra filtración, ocasionalmente goteo de agua, pero sin flujo continuo.

VI La discontinuidad muestra un flujo continuo de agua. (Estimar l/min y describir la presión como baja, media, alta).

Filtraciones a través de discontinuidades con relleno

I Los materiales de relleno están severamente consolidados y secos, flujos significativos parecen improbables debido a la muy baja permeabilidad.

II Los materiales de relleno están húmedos, pero no hay presencia de agua libre.

III Los materiales de relleno están húmedos, ocasionalmente goteo de agua.

IV Los materiales de relleno muestran signos de lavado, flujo continuo de agua (estimar en l/min.).

V Los materiales de relleno están lavados localmente, flujo de agua considerable a lo largo de los canales de lavado (estimar l/min y describir la presión: baja, mediana, alta).

VI Los materiales de relleno están lavados completamente, se experimentan presiones de agua muy altas, especialmente en la primera exposición (estimar l/min y describir la presión).

Número de Familias o de Sistemas

Terminología

I Masiva, ocasionalmente juntas aleatorias

II Una familia de juntas

III Una familia de juntas + juntas aleatorias

IV Dos familias de juntas

V Dos familias de juntas + juntas aleatorias

VI Tres familias de juntas

VII Tres familias de juntas + juntas aleatorias

VIII Cuatro o más familias de juntas

IX Roca triturada, como tierra

Tamaño de Bloques

Terminología

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Descripción J_v (juntas/m³)

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Bloques muy grandes

Bloques grandes 1 – 3

Bloques de tamaño mediano 3 – 10

Bloques pequeños 10 – 30

Bloques muy pequeños > 30

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Valores de J_v > 60 podría representar roca triturada,

típico de zonas trituradas libres de arcillas.

Según Palmstrøm (1974), el RQD y el J_v están relacionados así:

RQD = 115 – 3.3 J_v

RQD = 100 para J_v

Tamaño y Forma de Bloques

Masivo = pocas juntas o espaciamiento muy amplio

Bloqueado = aproximadamente equidimensional

Tabular = una dimensión considerablemente más pequeña que las otras dos

Columnar = una dimensión considerablemente más grande que las otras dos

Irregular = amplia variación del tamaño y forma de los bloques

Triturado = severamente fracturado, tipo “cubo de azúcar”

Cálculo del RQD

Es un parámetro que se establece a partir de testigos, se define como el porcentaje de fragmentos recuperados mayores de 10 cm sobre la longitud total del taladro. Sin embargo hay metodologías para estimarlo en afloramientos.

Hay dos metodologías a seguir para el cálculo de RQD, una la de Priest y Hudson, que emplea las discontinuidades por metro lineal. Y la segunda, la de Palmstrøm, que emplea el índice volumétrico Jv.

Priest y Hudson

RQD = 100 e ^{– 0,1 λ} (0,1 λ + 1)

λ=(juntas x metro lineal)

Palmstrøm

Donde si es el espaciado medio de cada familia de juntas

Jv = Σ 1/si

RQD = 115 – 3,3Jv

RQD = 100 si Jv

Tipos de Discontinuidades Estructurales de la Masa Rocosa

Estructuras mayores

• Plegamientos
• Fallamientos

Estructuras menores

• Diaclasas o juntas
• Estratos
• Zonas de corte
• Diques
• Planos de foliación
• Contactos litológicos
• Venillas y otros