Evaluación Geotécnica de Macizos Rocosos: Métodos Empíricos RMR, Q y Estabilidad de Excavaciones

Métodos Empíricos Clave para la Clasificación de Macizos Rocosos

Se discuten los siguientes métodos empíricos fundamentales en geomecánica:

1. El sistema Rock Mass Rating (RMR) (Bieniawski, 1973).
2. La regla de Laubscher para Block Caving (BC) (Laubscher, 1994).
3. El gráfico de estabilidad de rebaje abierto (Mathews et al., 1981; Clark y Pakalnis, 1997).
4. El diseño de pilares de roca dura (Lunder y Pakalnis, 1997).
5. El sistema Tunnelling Quality Index (Q) (Barton et al., 1974).
6. El criterio de rotura de Hoek y Brown (Hoek y Brown, 1980).

Rock Mass Rating (RMR) de Bieniawski

El RMR es una clasificación del macizo rocoso desarrollada por Bieniawski. Es ampliamente utilizado en el diseño de excavaciones subterráneas y para predecir el tiempo de estabilidad de las estructuras. También se emplea para estimar el Geological Strength Index (GSI) necesario para aplicar el criterio de Hoek y Brown.

La base de datos del RMR se compone de un 63% de rocas sedimentarias (principalmente esquistos), 17% metamórficas y 20% ígneas. Aproximadamente el 90% de los datos provienen de profundidades menores a 500 metros.

Regla de Laubscher para Block Caving (BC)

La regla de Laubscher depende del Modified Rock Mass Rating (MRMR) y del Radio Hidráulico (RH). Permite estimar si el hundimiento de un bloque del macizo rocoso puede ser inducido por la gravedad.

Sin embargo, en entornos donde la roca es dura y está sometida a mayores confinamientos, el gráfico de estabilidad de Laubscher se vuelve menos fiable. Dicho de otro modo, ha alcanzado sus límites en la práctica contemporánea para el hundimiento de bloques.

Gráfico de Estabilidad de Mathews y sus Limitaciones

Esta herramienta se utiliza para orientar la minería a granel. Las modificaciones realizadas al gráfico de estabilidad han llevado a las siguientes conclusiones:

1. La fiabilidad del gráfico depende del tamaño, la calidad y la consistencia de la base de datos. Es crucial la coherencia en la determinación de los factores del gráfico.
2. Existe una tendencia a la arbitrariedad al elegir los resultados de los factores en números de estabilidad originales o modificados, lo que genera bases de datos incompatibles y no combinables.
3. Cada autor define zonas de transición diferentes, lo que conduce a resultados de estabilidad variados.
4. Es necesaria la consideración de factores como el tiempo de estabilidad, el daño por explosión y el factor de gravedad en el estado tensional.
5. Es necesario el desarrollo de un procedimiento para determinar la estabilidad en la superficie de caserones con relleno.
6. El gráfico debe usarse con precaución cuando se aplique a vetas de espesor reducido, ya que ninguna versión considera el ancho de la mineralización para la definición de estabilidad.

Un aspecto positivo de la gráfica de estabilidad es su cuantificación por Lunder y Pakalnis, quienes, a partir del número ELOS (Estimated Linear Overbreak/Slough), pueden estimar la dilución operativa.

Diseño y Estabilidad de Pilares de Roca Dura

Pakalnis ha desarrollado métodos empíricos que son simples, prácticos y fáciles de usar. Herramientas como ELOS, el gráfico de luz (span graph) y el diseño de pilares son ampliamente utilizados.

Aun así, los métodos empíricos no son una solución por sí solos, ni tampoco lo son únicamente los modelos numéricos. Se requiere una mayor recolección de datos de campo para comprender el comportamiento real del macizo rocoso y así poder emplear modelos más complejos y fiables.

Tunnelling Quality Index (Q) de Barton

Consideraciones Clave del Índice Q

1. La orientación de una discontinuidad con respecto al túnel no es un factor significativo, ya que la base de datos proviene de túneles civiles, que generalmente están optimizados en su orientación.
2. Existen diferencias inevitables en el método de fortificación, incluso para una misma calidad de roca.
3. El soporte que se recomienda en el índice Q es la fortificación permanente.
4. Se asume una buena tronadura. En caso de mala tronadura o perforación, el soporte recomendado por Q resulta inadecuado. La consideración de una mala tronadura se realiza ajustando los parámetros $J_n$ y RQD.
5. El valor mínimo de $J_r/J_a$ es el que siempre debe utilizarse para el cálculo de Q.

Limitaciones del Índice Q

El término “Tamaño de Bloque” ($RQD/J_n$) posee un problema implícito. Las definiciones de intensidad, tamaño del bloque y cizallamiento entre bloques parecen implicar que cada masa de roca está compuesta por bloques discretos definidos por articulaciones continuas. Esta interpretación sugiere que masas de roca estructuralmente diferentes podrían tener el mismo valor Q y, por lo tanto, las mismas capacidades autoportantes. Además, la orientación de las discontinuidades no es un factor importante para el índice Q.

Otro problema es que resulta difícilmente aplicable a rocas débiles (como las fuertemente alteradas, areniscas, esquistos, pizarras, etc.), ya que sus parámetros son difíciles de determinar.