Características del Macizo Rocoso y su Influencia en la Estabilidad

De acuerdo con las características del problema, podemos indicar que el macizo rocoso en cuestión presenta una baja competencia, ya sea por una mala calidad de la roca o por las estructuras presentes (o ambas), y se encuentra sometido a un alto estado tensional. Los parámetros de resistencia involucrados en esta zona son bajos. En primer lugar, debido a la presencia de una falla con una longitud bastante importante (18 metros) y cercana a la excavación, la resistencia del sector aledaño es muy baja. Por lo tanto, podemos decir que la resistencia al corte y la resistencia a la compresión en este sector del macizo rocoso son muy bajas. Esto, además, sin dejar de lado el relleno arcilloso de la falla, que confirma aún más la baja resistencia del sector, junto con el valor informado de cohesión. Las fallas tienden a transformar la energía tensional en deformaciones. Por lo tanto, las tensiones horizontales y verticales en el sector aledaño podrían verse disminuidas en dirección normal al plano de falla, pudiendo entrar en zona de tracción y caer la roca por deslizamiento. Debido a que la excavación presenta una importante zona de plastificación (2,5 metros) en torno a esta, se infiere que el módulo de Young para el sector es bajo, debido a la gran deformación presente. Además, se infiere un valor de Poisson intermedio-alto, ya que el macizo rocoso en cuestión es de mala calidad. En cuanto al ángulo de fricción indicado, este confirma la baja calidad del sector, debido a su valor bajo de 10 grados. Además, al disminuir el ángulo de fricción, aumenta la zona de plastificación, confirmando lo planteado previamente. Sin embargo, debido al gran tonelaje de rocas que podrían fallar y deslizar, este parámetro, en algunos casos, podría no tomar tanta relevancia.

Metodología de Análisis y Caracterización del Macizo Rocoso

Se debe realizar un análisis completo del macizo rocoso en terreno, definiendo el tipo de roca del sector, los sets de juntas más importantes, sus persistencias, alteraciones, rellenos, rugosidad y todas las características de las juntas. Además, se deben considerar las características de la voladura y algunos aspectos importantes que podrían considerarse del estudio in situ. Posteriormente, se deben enviar muestras de testigo a laboratorio para la realización de ensayos triaxiales. Los datos obtenidos se analizan en base a si siguen una cierta tendencia o no, y en caso de que rompan mucho la tendencia, podrían filtrarse. Luego, con el uso del software RocData, se traza la envolvente de rotura de Hoek & Brown para roca intacta (GSI=100), D=0, obteniendo el valor de la compresión, el cual se escala si es el caso. Luego, el valor del mi obtenido se analiza y se procede a modificar según ciertos criterios para poder obtener la mayor representatividad. Siguiendo con el mismo análisis, se obtiene el módulo de Young. Se obtiene el tipo de falla con respecto a la línea de Mogi, siendo frágil si la envolvente se encuentra sobre esta y dúctil si la envolvente se encuentra por debajo. A partir de eso, se obtienen valores de cohesión y ángulo de fricción para roca intacta. El valor de la resistencia a la tracción se obtiene a partir de la forma empírica, y cuyo valor se utilizará para el caso de roca intacta y macizo rocoso. Posteriormente, se calcula la condición de las juntas y el RQD para obtener el GSI de manera cualitativa, para poder identificar el macizo rocoso. El factor D se obtendrá debido a la calidad de la tronadura y ciertos análisis que se hicieron al terreno. Posteriormente, en el software RocData, se introducen los valores de GSI y D para empezar a trabajar en parámetros de macizo rocoso. Así, el software plantearía una segunda envolvente, la cual sería para macizo rocoso, obteniendo así los datos de la resistencia a la compresión uniaxial del macizo, la resistencia global del macizo, un nuevo ángulo de fricción y valor de la cohesión, los cuales para todos los casos serían más bajos que los de la roca intacta, ya que se incluyen parámetros como el GSI y el factor de perturbación D. Posteriormente, se vuelve a analizar el tipo de rotura según la línea de Mogi, siendo frágil si la envolvente se encuentra sobre esta y dúctil si la envolvente se encuentra por debajo.

Análisis Elástico y Plástico del Macizo Rocoso

El primer paso para realizar un análisis del macizo rocoso en condiciones elásticas es determinar las propiedades elásticas del macizo a partir de los criterios de rotura de Hoek-Brown, obteniendo los parámetros de resistencia y deformación. Luego, se realiza un posterior análisis del macizo en condiciones plásticas de todos los parámetros de resistencia y deformación obtenidos previamente, en el cual, durante el análisis plástico, todos los parámetros se van disminuyendo para poder obtener el punto de rotura o el punto donde el macizo rocoso empieza a fallar.

Finalmente, se procede a estimar el factor de seguridad y el estado tensional in situ e inducido en condiciones elásticas.

Zonas Involucradas en el Proceso de Falla del Macizo Rocoso

Las zonas involucradas en el proceso de falla del macizo rocoso son:

• Intact ground (Terreno Intacto): Es la zona que podemos asumir que es la roca intacta, la cual presenta fracturas formadas hace millones de años, las cuales podrían encontrarse cerradas. Corresponde a la zona elástica del macizo y es donde debería ir el perno en caso de sostenimiento. Su valor de deformación es mínimo o nulo (0.1%).
• Cracked ground (Terreno Agrietado): En esta zona, el macizo rocoso comienza a acercarse a su resistencia peak y comienza a agrietarse, pudiendo presentar valores de deformación aproximados del 0.5%.
• Broken ground (Terreno Roto): Corresponde a la zona inelástica del macizo, donde definir su extensión es bastante complicado y trae bastantes problemas. Se encuentra en los bordes de la excavación y es necesario proceder a realizar un sostenimiento para evitar la posterior rotura.

Factores que Influyen en la Resistencia de la Roca

• Factores relacionados con la calidad del macizo rocoso: Son aquellos que se encuentran dentro de las clasificaciones geomecánicas y, por ende, influyen directamente en el comportamiento global del macizo rocoso. Entre ellos se puede citar la condición de la junta, condición de agua, tipo de relleno, etc.
• Factores no necesariamente relacionados con la calidad del macizo rocoso: Estos se relacionan con la naturaleza litológica de la roca matriz, quien determina en gran parte la resistencia del macizo rocoso. Ahora bien, los factores que determinan la resistencia de la roca matriz son: la composición mineralógica, el tamaño de los cristales o granos, su homogeneidad o heterogeneidad y porosidad, entre otros.
• Factores que se relacionan con los esfuerzos in situ y los métodos de excavación: El nivel de daño producido al macizo rocoso por los procesos de excavación, especialmente cuando se emplean explosivos, puede influir de forma importante en la resistencia de las zonas más próximas al túnel. La magnitud y orientación de los esfuerzos in situ pueden condicionar la estabilidad de una labor.