GUÍA INTEGRAL PARA LA INVESTIGACIÓN GEOTÉCNICA EN SUELOS ROCOSOS

La información pertinente a determinar debe incluir:

a) Grado y carácter de la alteración y la erosión, y una evaluación de la sensibilidad o resistencia a la erosión o reacción química. (Incluye apagado, hinchazón o generación de drenaje ácido).

b) Características y orientaciones (incluidos pliegues y ejes de pliegue) de discontinuidades como planos de estratificación, fallas, uniones, foliaciones o planos de escisión.

c) Resistencia y compresibilidad del macizo rocoso.

d) Permeabilidad y niveles freáticos.

Cuando se requiere información en profundidad en la roca, puede ser necesario perforar. La atención al entorno geológico general puede indicar si puede haber un lecho de roca desprendido. El pozo o pozos de sondeo deben realizarse muy por debajo de la primera cima de roca encontrada para confirmar la presencia de lecho de roca.

Las perforaciones para la investigación de rocas pueden realizarse mediante muchos métodos diferentes, como lo analizan en detalle Franklin y Dusseault (1989). Estos pueden incluir:

La perforación de rocas proporciona núcleos de roca de varios diámetros, que generalmente van desde tamaños NQ hasta HQ para investigaciones geotécnicas. Los núcleos recuperados utilizando barriles de extracción de núcleos con cable de triple tubo son los menos perturbados y son útiles para evaluar las características de discontinuidad. Se puede utilizar un núcleo orientado para determinar las relaciones espaciales de las discontinuidades.

Los núcleos recuperados utilizando sistemas de doble tubo con cable proporcionan piezas de núcleos secuenciales, pero a menudo las discontinuidades se alteran y la verdadera naturaleza puede ser difícil de determinar. Las zonas cortadas pueden verse gravemente perturbadas. La perforación tricónica proporciona cortes del material rocoso que no permiten ninguna evaluación de las características de discontinuidad. A menudo se pierde material de relleno. Los taladros de percusión y los taladros percutores de fondo son excelentes para la perforación de producción.

La perforación de lecho de roca blanda puede requerir el uso de un muestreador Pitcher o una broca con resorte Christenson. Es posible que aún se pierdan porciones blandas del material cortado durante la perforación. Los pozos de gran diámetro (1 m), augurados o perforados hasta la profundidad deseada, luego mapeados y muestreados desde una jaula móvil, se han utilizado con éxito para identificar zonas de debilidad y recuperar muestras para pruebas de corte directo.

Cuando se diseña un programa de perforación, suele ser prudente buscar el asesoramiento de un contratista de perforación con experiencia, especialmente con respecto a la idoneidad de la perforación. Cuando sea importante recuperar roca con núcleo de alta calidad o si las pruebas en el fondo del pozo son una parte integral del programa, se debe buscar una tarifa por hora, una tarifa de prueba o alguna base combinada para el pago, en lugar de una tarifa por longitud perforada.

Se debe tener cuidado para garantizar la máxima recuperación posible del núcleo. Se deben registrar cuidadosamente los cambios en el ruido de perforación, las vibraciones, la presión sobre la broca, el color, la presión y el flujo del agua de perforación, y todas las demás operaciones de perforación.

Se debe tener cuidado al perforar a través de la sobrecarga hasta el lecho de roca para garantizar que efectivamente se haya alcanzado el lecho de roca y que no se haya malinterpretado una gran losa de roca flotante en una labranza, coluvión o suelo residual. El pozo debe perforarse a un mínimo de 3 metros en el lecho de roca, en más de un pozo, para confirmar si se ha encontrado un lecho de roca o una roca.

Siempre que sea posible, se recomienda realizar pruebas in situ en el pozo. La roca expuesta a lo largo de un pozo será perturbada por la perforación, pero la posición y orientación de las discontinuidades no se verán afectadas. Las pruebas utilizando técnicas geofísicas de fondo de pozo y la observación usando una cámara o sonda de pozo pueden proporcionar información muy útil sobre la integridad del macizo rocoso.

Los procedimientos básicos de registro deben incluir la recopilación de datos. Se debe prestar especial atención a la identificación de las discontinuidades de la roca, incluida su naturaleza y origen, geometría y meteorización. Fotografías en color del núcleo de la roca presentados en la secuencia estratigráfica correcta y con las profundidades del núcleo indicadas, son un registro útil y pueden ayudar a los estudios de oficina.

Las pruebas de laboratorio son útiles para determinar la resistencia y deformabilidad de los elementos de roca intactos. Estos resultados pueden no ser representativos del macizo rocoso real, ya que se realizan en muestras libres de discontinuidades. La importancia relativa de las características de la roca versus las características del macizo rocoso depende del tamaño de la base y del efecto de las discontinuidades. El rango de posibles condiciones de discontinuidad se considera en el enfoque del Índice de Fuerza Geológica (GSI). En este método, una combinación de las condiciones de la superficie de las discontinuidades y el estado estructural del macizo rocoso proporciona un factor para modificar el estado intacto de resistencia de la roca a una resistencia del macizo rocoso más representativa. Esta evaluación se basa en una evaluación de la resistencia de la roca intacta y las condiciones del macizo rocoso. Cuando se van a cimentar estructuras grandes sobre o dentro de roca, se deben realizar pruebas in situ como las que se describen en la siguiente sección.

Se deben realizar pruebas in situ de las características de deformación del macizo rocoso para el diseño de grandes estructuras apoyadas en y sobre rocas. A continuación, se resumen una variedad de pruebas, tal como las analizan el manual de cimentaciones canadiense:

Ensayo de carga de placa. Este es el método de prueba de mecánica de rocas in situ más común. Las normas para los procedimientos de prueba y la interpretación las proporcionan ISRM (1979a, b) y ASTM (D4394-84 y D4395-85). En esta prueba sencilla, se aplica una carga a una superficie plana preparada del macizo rocoso a través de una placa y se mide la deformación. A partir de estos datos se calcula entonces el módulo de deformación. Las principales desventajas de esta técnica incluyen el costo de preparar el sitio para las pruebas, sólo se prueba un pequeño volumen de roca y la presencia común de una zona perturbada alrededor de la excavación generalmente conduce a resultados conservadores.

Prueba de gato plano. En esta sencilla prueba (ISRM, 1986), se insertan grandes gatos hidráulicos planos en una pequeña ranura cortada en una superficie de roca expuesta. La presión aplicada a los gatos planos da como resultado una deformación normal medida de la roca. A partir de estos datos se puede determinar el módulo de deformación del macizo rocoso. Las ventajas de esta prueba incluyen el hecho de que la prueba influye en un gran volumen del macizo rocoso y que se realiza en una zona relativamente tranquila del macizo rocoso. Las desventajas incluyen la necesidad de personal de perforación capacitado, la débil base teórica para la interpretación, problemas de asiento al realizar la prueba y el hecho de que la mayoría de los gatos planos generalmente no son recuperables.

Prueba de dilatómetro. Las pruebas con dilatómetro se pueden realizar utilizando equipos flexibles o rígidos. En el tipo flexible (ISRM, 1987) se aplica una presión uniformemente distribuida a la pared del pozo expandiendo hidráulicamente una membrana flexible. La expansión del orificio resultante se determina midiendo el volumen de fluido inyectado o directamente mediante transductores de desplazamiento contenidos dentro de la sonda. El módulo de deformación se determina a partir de la relación entre la presión aplicada y la deformación.

En el tipo rígido (ISRM, 1996; ASTM, D4971-89) se aplica presión unidireccional a la pared del pozo mediante dos placas de acero curvadas opuestas, cada una de las cuales cubre un sector de 90 grados. La ventaja de la prueba con dilatómetro, económica y fácil de realizar, es la capacidad de realizar la prueba a diferentes profundidades y ubicaciones. Como resultado, se puede determinar la variación de la deformabilidad con la profundidad y a través del sitio. La principal desventaja de la prueba es que la prueba sólo influye en un pequeño volumen de roca. Por lo tanto, el módulo obtenido es comparable al módulo de laboratorio, pero no al módulo del macizo rocoso.