1 - INTRODUCCIN1.1.- OBJETO DE LA ROCACARACTERIZACIN DE MASASEl objetivo ms importante en la caracterizacin de las masas de roca es proporcionar al ingeniero con datos cualitativos y cuantitativos para describir su estructura y evaluar sus propiedades mecnicas e hidrulicas a una escala acorde con el volumen de roca afectada por las estructuras.Los materiales superficiales (arena, cantos rodados, morrenas, etc.) se tienen en cuenta en estas Recomendaciones.Es esencial tener un conocimiento preciso de estos datos para el diseo del proyecto, la seleccin de los mtodos de construccin, apoyo y espesor del forro.El costo de la obra depende directamente de estos puntos.Considerando que las propiedades mecnicas de la matriz de la roca puede determinarse a partir de laboratoriopruebas en muestras pequeas, las de una masa de roca medicin de varios miles de metros cbicos de tamao que puede contener dentro de s mismo muchas discontinuidades y heterogeneidades no pueden determinarse directamente.Enpruebas de campoinsitu,cuyo nmero est inevitablemente limitado por su alto costo, llegado en algn lugar entre las pruebas de laboratorio y la estructura de tamao completo en trminos de escala.Ellos son instructivas, pero todava imperfecta para esclarecer plenamente las propiedades mecnicas de la masa de roca en la escala pertinente.Al no ser susceptibles de medicin directa, las propiedades mecnicas e hidrulicas de la masa de roca necesariamente deben ser abordados por mtodos indirectos: o bien tratando de construir un modelo de la roca masa relacionados con el tamao de la estructura en cuestin, a partir de datos de ensayo obtenidos en una escala ms pequea y las caractersticas de las discontinuidades, o recurriendo a sistemas de clasificacin de rocas actuales y las caractersticas mecnicas que se pueden derivar empricamente a partir de ellos, basado en el back-anlisis de las estructuras a escala completa, como operado por varios autores.En ambos casos, es vital para llegar a la caracterizacin ms metdico y exhaustivo de la masa de roca como sea posible.1.2 - modelo geolgico1.2.1 - Estudio geolgicoAntes de embarcarse en el escenario de una caracterizacin del macizo rocoso propiamente dicho, como se define en estas recomendaciones, el proceso de diseo normalmente comienza con un estudio geolgico para situar el rea del proyecto dentro del marco geolgico general.La encuesta se basa fundamentalmente en el trabajo de campo de la ingeniera de los gelogos utilizando el arsenal completo de herramientas y mtodos disponibles para la ellos: Estudio terico para recoger el material publicado, mapas y datos mapeo general de la zona del proyecto, mapas detallados de afloramientos e indicadores, recogida de datos hidrogeolgicos Fotografa a diversas escalas (imgenes de satlite y fotografas areas) Mtodos geofsicos: alta resolucin ssmica de reflexin y refraccin, pruebas de resistividad y electromagnticos, thermographics, radar de penetracin del suelo, etc. exploratorios perforaciones, pozos y tneles La informacin disponible de cualquier estructuras cercanas, etc.El estudio geolgico localiza las principales unidades geolgicas y sus relaciones, las principales discontinuidades, la historia tectnica, etc.1.2.2 - Modelo geolgicoEl primer paso en la caracterizacin de las masas de roca requiere la construccin de un modelo geolgico preliminar que muestra la estructura geolgica de la roca masa completa con sus unidades constituyentes, fronteras, principales caractersticas, heterogeneidades e incertidumbres.Se idealmente ser un modelo conceptual tridimensional produciendo secciones transversales para ser utilizado para la comprensin de las estructuras y la identificacin de singularidades y puntos indeterminados.El modelo geolgico es la base indispensable para proceder a la caracterizacin de los parmetros de comportamiento de la roca.Con este modelo, la roca puede ser subdividido en sub-unidades homogneas cuyas propiedades mecnicas e hidrulicas, posteriormente, se puede determinar en la escala del proyecto.Lo que gobierna el tamao de una sub-unidad dentro de la masa de roca es su uniformidad de sus propiedades geotcnicas, produciendo la uniformidad de la respuesta a la estructura a ser construido.Un sub-unidad puede ocupar por lo tanto parte de una etapa geolgica, toda la etapa o varias etapas.Puede ser homognea en trminos de sus tensiones litologa, unin, rock, etc.Por supuesto, incluso pequeas caractersticas que son nicas singularidades locales en la masa rocosa ms amplio deben ser tratadas como subunidades individuales y, como tal, ser objeto de caracterizacin geotcnica.Posteriormente, como los estudios de diseo de proceder, los ltimos resultados de la encuesta geolgica se incorporarn de vez en cuando en el modelo1.3 - Caracterizacin geotcnica de subunidadesCaracterizacin de una subunidad homognea en una masa de roca2siempre implica la determinacin de los parmetros de la matriz de la roca y de las discontinuidades;con discontinuidades, el estudio geolgico debe permitir elegir la escala ms relevante en el que deben ser analizados y caracterizados con referencia a la escala del proyecto en fase de diseo.Algunos sub-unidades homogneas como se definen en el prrafo.1.2.2.puede consistir en ms o menos regularmente alternando capas de roca, cada uno con un alto contraste propiedades geotcnicas (por ejemplo, piedra caliza marga, flysch, etc.) que deben ser analizados por separado antes de proceder a la caracterizacin del conjunto sub-unidad.1Cabe sealar que algunas subunidades homogneas as definidos son susceptibles de incluir heterogeneidades aleatorios (cavidades krsticas, por ejemplo) no identificablepor los trabajos exploratorios.Es el trabajo de los ingenieros para decidir qu medidas se van a adoptar respecto a este riesgo, una vez evaluada su probabilidad.2Rock debe entenderse en un sentido muy general.Puede ser una masa de roca blanda o roca triturada por la accin tectnica hasta el punto en que se vuelve como undel suelo, as como una masa de roca altamente competente.Parmetros caractersticos de la matriz de la roca y discontinuidades aparecen en la parte superior de la Tabla 1. Los de la masa de roca, algunas de las cuales se derivan de la anterior, se enumeran en la mitad inferior de la tabla.2 - CARACTERSTICAS MATRIXOBSERVACIN PRELIMINAR.La mayora de las pruebas de laboratorio utilizados para caracterizar parmetros de la matriz de la roca son baratos en comparacin con los trabajos de campo exploratorio (perforacin) y ms an, el costo de la construccin de la estructura.Siempre es aconsejable realizar las pruebas suficientes con el fin de obtener datos que pueden ser manipulados por los mtodos estadsticos y revelar la homogeneidad o dispersin en los measurs.Resultados de las pruebas de laboratorio significativas son esenciales para sacar el mximo provecho de la informacin obtenida por la perforacin.2.1 - parmetros de identificacin2.1.1 - Nombres comunesNombres de roca se basan en la composicin qumica y mineralgica, la textura y la forma en que su se formaron.Hay tres clases principales de rocas: gneas, metamrficas y rocas sedimentarias (Anexo 1).Las rocas gneasmagma se solidifica.La solidificacin en profundidad produce roca plutnica que solidific lentamente y cristales para crecer lo suficientemente grande como para ser visto a simple vista permitido;El ejemplo ms comn eselgranito.Rocas extrusivas se forma a partir de magmas emergentes directamente en la superficie de la Tierra;algunos cristales pueden ser vistos por el ojo debido al rpido enfriamiento del material.La roca extrusive ms extendido es elbasalto.La roca sedimentariase forma en la superficie, en tierra o bajo el agua, por la deposicin de un principiocamas casi horizontales.Las rocas sedimentarias se subdivide en: rocas detrticos, que resulta de la deposicin de los residuos de rocas preexistentes resultantes de los procesos de erosin y transporte (agua corriente, glaciares, viento);los representantes ms extendidos sonareniscasy lasrocas arcillosas. fsica / qumica y / o rocas biognicas formado por precipitacin de los iones en solucin y / o materia viva;los ms comunes sonlas rocas carbonatadasyrocas salinas,todava llamados evaporitas.Las rocas metamrficasson el resultado de una profunda transformacin en estado slido de sedimentaria preexistente o rocas gneas por temperaturas y / o presiones elevadas.Ellos a menudo presentan esquistosidad o foliacin acompaado de lineacin.Los ms comunes sonlos esquistosygneisen el quelos minerales estn fuertemente orientadas.Mrmol y cuarcita son masivas rocas, completamente recristalizado en el que la orientacin de los minerales (calcita o cuarzo) es apenas visible a simple vista.Es importante tener en cuenta las posibles variaciones en las facies de rocas pertenecientes a la misma etapa geolgica y el hecho de que algunos nombres comunes derivados de la carta geolgica no siempre coinciden con la litologa de la roca en cuestin.Se debe hacer referencia a la descripcin completa en la descripcin que acompaa el mapa.Es preferible utilizar los trminos en el Apndice 1 y evitar el empleo de nombres complejos inusuales.2.1.2 - Petrografa y MineralogaUna descripcin petrogrfica abarca las siguientes observaciones con el ojo o lupa desnudo o (preferiblemente) por la inspeccin de secciones finas bajo el microscopio: Identificacin de minerales presentes tamao y disposicin de los minerales (textura) Las proporciones de los diferentes constituyentes Los huecos y discontinuidades (poros y fisuras).El anlisis mineralgico de los constituyentes establece la composicin mineral de la roca y produce informacin sobre sus propiedades, tales como la erosin potencial, potencial, capacidad de pegarse, el potencial de la abrasin, hinchazn etc.El anlisis mineralgico se realiza generalmente mediante difraccin de rayos X en una pequea muestra de polvo.Permite la identificacin de los minerales presentes y, despus de la interpretacin, se obtiene la composicin semi-cuantificado.Se necesita una preparacin especial si se sospecha que la hinchazn minerales de arcilla podra estar presente.Determinaciones cuantitativas adicionales deCaCO3,slice, sulfatos, materia orgnica, etc. refinar la identificacin.La fraccin arcilla, si est presente, debe caracterizarse a partir de los lmites de Atterberg.Una prueba de azul de metileno de absorcin ser estimar la actividad de la fraccin de arcilla (norma francesa NF P 94-068).2.1.3 - La alteracin de los minerales en la matriz de la rocaAlteracin de la matriz es el resultado de cambios fsicos / qumicos en los minerales de la roca constituyentes.Por lo general se asocia con importantes cambios en las propiedades fsicas y mecnicas de la roca.Algunos minerales estn sujetas a disolucin (por ejemplo, calcita, yeso), otro para decompositione (por ejemplo, biotita, plagioclasa).Como regla general, la roca pierde cohesin.El proceso por lo general se subdivide en Alteracin hidrotermal, suele limitarse a las paredes de las principales discontinuidades en las que circulan fluidos procedentes de fuentes profundas mintiendo.Que con frecuencia causa importantes cambios mineralgicos (aparicin de minerales especiales como clorito, etc.), por lo general acompaado por cambios significativos en las propiedades mecnicas. Weathering trabajando hacia abajo desde la superficie hasta una profundidad considerable veces.Los procesos incluyen solucin de yeso, calcita, etc., Rotura mecnica (aumento de microfisuracin) y cambios mineralgicos que producen minerales arcillosos.La intensidad de la alteracin y el desgaste de la matriz puede ser cuantificada por mineralgicaanlisis e indirectamente por pruebas como la prueba de azul de metileno y medicin de la velocidad de la onda de ultrasonido.Una distincin clara debe hacerse entre el grado de alteracin de la roca como tomada de un pozo o en el frente del tnel y su potencial de alterabilidad cuando se expone a la atmsfera.2.1.4 - Las densidades (norma francesa P 94-410-1 / 2/3)Diferentes densidades(dimensionesML-3)son aplicables de acuerdo con el estado del material.Densidad Natural= m / vRelacin entre md masa seca de la muestra ovendried y el volumen V de la muestra incluyendo cualquier aire que contiene.densidad secadmd/ vRelacin entre la masa seca mdde la muestra ovendried y el volumen V de la muestra incluyendo cualquier aire que contiene. Densidad de partculas slidass= ms/ vsRelacin entre la masa seca de partculas slidas ms en una muestra en polvo y el volumen vsocupado por las partculas (medido en un picnmetro).Esta caracterstica de la fase slida del material de roca es directamente dependiente de la composicin mineral de la roca.Apndice 1 enumera valuesfor los minerales ms comunes.2.1.5 - pesos VolumenCorrespondiente pesos unitarios(.ML-2T2dimensiones)Dysa l por encima de las masas unitarios se obtienen multiplicando las masas unitarias por la aceleracin de la gravedad g = 9,81 m / s2:=xg2.1.6 - Contenido de humedad (norma francesa P 94-410-1)El contenido de humedad en peso w es la relacin, expresada como porcentaje de la masa de agua mw a la masa seca de la materia md:w (%) = (mw/ md)x 1002.1.7.La porosidad (norma francesa P 94-410-3)La porosidad n es la relacin, expresada como porcentaje del volumen de huecos vval volumen total de la muestra de roca v:n (%) = (vv/ v) x 100La porosidad se rige principalmente por la presencia de huecos globulares (poros) y mucho menos por fisuras, huecos delgados (plana).Algunos huecos pueden ser inaccesibles para agua de saturacin (huecos ocluidos).Los valores para las clases de porosidad se enumeran en la Tabla 2.En la mayora de las rocas sedimentarias, una unidad de masa secaddel orden de 2,7 t / m3es un buen indicador de la porosidad.2.1.8 - Grado de saturacinEl grado de saturacin con agua Sres la relacin, expresada como porcentaje del volumen de agua en la muestra vwcon el volumen de huecosvV;es el porcentaje del espacio de poro lleno de agua.Sr = (vw/ vv)x 100Roca se describe como "seco" cuando Sr= 0. Se 'saturado' cuando Sr= 100%.2.1.9 - PermeabilidadLa permeabilidad k de una muestra de roca se describe por un coeficiente que relaciona la Q de paso de flujo a travs de una superficie S bajo un gradiente de carga hidrulica i (Ley de Darcy).Q / S = kxiLa dimensin de k es una velocidad (LT1).La permeabilidad de la matriz de la roca est fuertemente influenciada por microfisuracin (interconectadavacos) y por lo tanto vara con el estado de estrs.La eleccin adecuada de muestras representativas y su condicin de pre-prueba es particularmente importante.Las pruebas de laboratorio se realizan con especial longitudinal, radial, etc. permemetros o aparato triaxial.Si la permeabilidad se encuentra para ser anisotrpico, las pruebas deben realizarse en varias direcciones.El conocimiento de la permeabilidad de la matriz es esencial slo para algunos proyectos subterrneos (almacenamiento minada, la eliminacin de residuos mediante la contencin, etc.).2.1.9 - Ultrasonido velocidad de la onda (norma francesa P 94-411) - el ndice de continuidadVelocidad de la onda de ultrasonido proporciona informacin sobre la alteracin y la intemperie y / o fisuracin y porosidad.Medicin de velocidad de la onda en varias direcciones diferentes puede revelar anisotropa debido a la orientacin preferencial de microfisuras o estructura de la roca.Hay dos tipos de onda: Compresin (o longitudinales o P) observaron olas Vp Shear (o transversales o S) las ondas, no se mide de forma rutinaria, sealaron Vs.El ndice de continuidad IC de roca se define como la relacin entre Vp medido en muestras y la Vp terico * derivados de la composicin mineral de la muestra:IC (%) = 100 x (Vp / Vp *)Vp * es la media armnica de las velocidades VPI onda en los minerales de rocas constituyentes (Apndice 2), multiplicado por la proporcin en volumen ci:1 / Vp *ci/ VpiUna aproximacin es generalmente posible.Consiste en la estimacin de la velocidad de la onda terica Vp * de la tabla en el Apndice 3 que muestra mximas velocidades de las ondas tericas de algunas rocas, asume que es sonido sin poros y fisuras.El ndice de la continuidad de la misma composicin petrogrfica cae a medida que aumenta la porosidad de los poros;la tendencia es an ms marcada a medida que aumenta la porosidad de microgrietas.Continuidad clases basadas en el valor IC se enumeran en la Tabla 3.2.2 - Parmetros mecnicosLos parmetros mecnicos correspondientes a la clasificacin geotcnica y a la eleccin y la optimizacin de las tcnicas de construccin de tneles y plantas se determinan en el laboratorio a partir de muestras representativas.Hay que prestar atencin a cualquieranisotropaen las propiedades medidas.Los parmetros que describencomportamiento mecnico muy a menudo difieren de acuerdo a la orientacin de la muestra con respecto a la ropa de cama (en las rocas sedimentarias) o foliacin (en rocas metamrficas, vase el ejemplo en la figura 1).Con algunas rocas, la relacin de anisotropa, que se define como la relacin entre el mximo y valores mnimos de un parmetro, medidos en diferentes orientaciones, pueden ser superiores a 5.Ensayos mecnicos deben hacerse en varias direcciones;esto debe hacerse siempre con las rocas metamrficas.2.2.1 - Deformabilidad: Comportamiento instantnea2.2.1.1 - el mdulo de Young (norma francesa P 94-425)En un ensayo de compresin uniaxial, el mdulo de Young de elasticidad E se define como la pendiente de un ciclo de carga / descarga en la curva de tensin / deformacin axial1= f1)a la mitad de la tensin de rotura de la muestrac.Las clases en base a valores de rigidez (la reciprocidad de deformabilidad) se enumeran en la Tabla 4.2.2.1.2 - coeficiente de Poisson (norma francesa P 94-425)En el ensayo de compresin uniaxial, de Poisson relacin n se define como la relacin entre las pendientes de las extremidades en lnea rectala1= f3)y1= f(1a)curvas.=3/11= deformacin axial3= deformacin transversal.Los valores de la relacin de Poisson para diferentes rocas caen generalmente entre 0,15 y 0,40.2.2.2 - Deformabilidad: dependiente del tiempo el comportamiento relacionado con la fluencia2.2.2.1 - DefinicinEfectos dependientes del tiempo toman la forma de cambios en la tensin y / o el estrs en el tiempo.Tienen tres causas:1.Ellos pueden estar relacionados con una propiedad reolgica intrnseca de la roca cuya deformacin bajo carga constante aumento en el tiempo.Se encontr principalmente en evapora (sal de roca, potasa, yeso, etc.), rocas arcillosas (marga, arcillosas) y algunas rocas carbonatadas, tales como tiza.2.Ellos pueden ser la consecuencia de daos.En cualquier roca, los efectos dependientes del tiempo ms o menos aparecen cuando se supera el umbral de microfisuracin.3.Pueden ser debido a cambios en el tiempo en la presin de los fluidos en los poros y fisuras, debido a cambios en las condiciones de contorno de los patrones de flujo causadas por la construccin de las obras (efecto de consolidacin y presiones de flujo de fluido).Slo los efectos dependientes del tiempo asociados con los mecanismos de fluencia 1 y 2 se consideran aqu.Producen viscoelstico (reversible) o respuestas viscoplstica (irreversibles) en la matriz de la roca.No tienen nada en comn con las respuestas debido al flujo de fluido (mecanismo 3).Comportamiento dependiente del tiempo es ms marcada que las temperaturas ms altas reducen la viscosidad.Esto es particularmente notable en evaporitas.Altas tensiones tienen el mismo efecto, especialmente desviador tensiones.El rendimiento a largo plazo de las estructuras subterrneas puede verse afectada por cambios de presiones y tensiones, y la prdida progresiva de la fuerza.La magnitud de estos procesos es a menudo diferenteen situa partir de en el laboratorio, aunque las pruebas de laboratorio hacen producir una aproximacin significativa de la importancia, el patrn y el orden de magnitud de comportamiento dependiente del tiempo de esperarin situ.Estudios de laboratorio del comportamiento dependiente del tiempo - 2.2.2.2: ensayo de fluenciaAl estudiar el comportamiento de la roca en funcin del tiempo en el laboratorio, la prueba ms comn es elensayo de fluenciaque es una prueba de esfuerzo controlado para medir la tensin bajo un estrs constante.Elensayo de relajacin,una prueba de esfuerzo controlado que mide los cambios de estrs bajo tensin constante, no se utiliza a menudo.Por lo general se prefiere el ensayo de fluencia.Ofrece una simulacin razonable de las condiciones de obtencin dealrededor de las aberturas subterrneas;despus del perodo de tunelizacin transitoria, el estado de tensin alrededor de la abertura a partir de entonces permanece sustancialmente sin cambios con el tiempo.Si las pruebas de laboratorio timedependent caracterizar o comportamiento de las rocas a largo plazo son tener mxima importancia, las condiciones del ensayo (temperatura, rango de esfuerzos, el grado de saturacin, drenado o condicin de frontera sin drenaje, etc.) deben reflejar real en condiciones in situ de la estructura y el anfitrin materiales.El ensayo de fluencia se puede realizar bajo presin uniaxial o triaxial y drenado o condiciones no drenadas, preferiblemente en varios diferentes tensiones desviadoras, para determinar los parmetros siguientes (figura 2):umbral de fluencia,el estado de tensin por debajo del cual la fluencia es insignificante (el umbral puede estar cerca de cero para algunos evaporitas). Tasade Creep,que generalmente aumenta con esfuerzo desviador.umbralms all del cualla aceleracin del arrastramiento "fluencia terciaria"se produce y culmina en el fracaso;que caracteriza la resistencia a largo plazo de la roca.En las rocas que exhiben o (o poco) fluencia bajo condiciones normales de ingeniera civil (granitos, etc.), resistencia a largo plazo es del orden de 90% dela fuerza medido en pruebas rpidas (tales como la prueba de resistencia a la compresin uniaxial estndar);en tizas, es del orden de 50%;corresponde a 30% o menos para evaporitas.Velocidades de fluencia cubren una gama muy extendida, en funcin de la tensin oscila en cuestin: Las tasas ms rpidas (> 10-5s-1)cubren el rango de deformacin instantnea como se mide en el laboratorio. Los ndices ms bajos (25 MPa).FR lo general oscila entre 5 a 30. La fragilidadclases se enumeran en la Tabla 6.Prueba de compresin Carga puntual, - 2.2.4.3prueba de Franklin para llamado-(Norma francesa P 94-429Los ensayos de compresin de carga puntual implicarompiendo fragmentos de roca de indeterminadoforma o ncleo piezas entre dos conoscon puntas esfricas (dimensiones estandarizadas).Espesor de la muestra entre los puntospuede variar de 25 cm a 100 cm.Las muestras de ensayoson generalmente piezas de roca tomadasde 50 mm de dimetro.ncleos, aunque los grficos sondisponible para corregir los resultados de otro ncleotamaos (Broch y Franklin, Int. J. of RockMech.y Min.Sc., 1972, vol 9, 669-697).Los resultados del ensayo se expresan como una fuerzandice Is(en MPa):IS= F / D2F = carga al fracasoD = dimetro de la muestra o la distancia entrepuntos.El ndice obtenido con un dimetro de 50 mmest escrito yoS50.La prueba de compresin carga puntual puede serrealizado con un aparato muy ligeroen el sitio.Las correlaciones dan una estimacin deel rock resistencia a compresin simple:20 IS50 23GSI = RMR '89- 5 para RMR '89