Clasificación geomecánica Índice Q Barton. ¿Para qué sirve? y Cómo calcularlo?

Índice Q de Barton

La clasificación Q de Barton es una de las clasificaciones geomecánicas más utilizadas en los macizos rocosos junto con la clasificación RMR de Bieniawski.

Ambas son muy utilizadas, no obstante, el RMR normalmente se emplea más como índice geomecánico para la evaluación de las propiedades de los macizos rocosos mientras que el índice Q se emplea mayoritariamente en la evaluación del sostenimiento de túneles mediante bulones, cerchas, hormigón proyectado, etc.

La clasificación Q fue desarrollada en 1974 por Barton, Lunde y Lien a partir de la información de numerosos túneles. Posteriormente ha sido revisada en varias ocasiones. La contenida en este post es la Clasificación Q Barton, 2000.

Esta clasificación geomecánica permite estimar parámetros geotécnicos del macizo rocoso y lo que es más importante diseñar sostenimientos para túneles y otras excavaciones subterráneas.

El índice Q varía entre 0,001 y 1000 clasificándose el macizo rocoso como:

• 0,00 y 0,01: Roca excepcionalmente mala
• 0,01 y 0,1: Roca extremadamente mala
• 0,1 y 1: Roca muy mala
• 1 y 4: Roca mala
• 4 y 10: Roca media
• 10 y 40: Roca buena
• 40 y 100: Roca muy buena
• 100 y 400: Roca extremadamente buena
• 400 y 1.000: Roca excepcionalmente buena

Se calcula mediante 6 parámetros geotécnicos según la siguiente expresión:

Q = (RQD/Jn)·(Jr/Ja)·(Jw/SRF)

Los tres términos de la expresión de la Q de Barton representan lo siguiente:

(RQD/Jn): Tamaño de los bloques

(Jr/Ja): la resistencia al corte entre los bloques

(Jw/SRF): influencia del estado tensional

A partir de la puntuación obtenida en cada bloque podremos conocer que término tiene mayor o menor peso en la evaluación del índice Q y por tanto su influencia en la calidad del macizo rocoso.

Donde:

RQD: Se trata de un índice para medir el grado de un macizo rocoso a partir de testigos de sondeo y puede determinarse de forma online según la fórmula RQD del enlace.

Se mide en porcentaje y los valores inferiores al 25% nos indican un macizo muy fracturado y de una calidad muy mala mientras que en el otro extremo, los valores de RQD superiores al 90% nos indican un macizo rocoso nada o muy poco fracturado y por tanto de calidad excelente.

Jn: Es el índice de diaclasado. De forma similar el RQD, nos indica el grado de fracturación del macizo rocoso. Presenta unos valores comprendidos entre 0,5 para rocas masivas sin diaclasar y un valor de 20 para rocas trituradas pasando por una, dos, tres, cuatro o más familias de discontinuidades.

Jr: Es el índice de rugosidad de las discontinuidades o juntas. Contiene 9 clasificaciones desde A hasta J diferenciándose dos grupos: por un lado, las diaclasas que están en contacto o cuyas caras están en contacto ante un desplazamiento inferior a 10 cm y aquellas juntas que no estarán en contacto ante desplazamientos cortantes.

Los valores de Jr están comprendidos entre 4 y 0,5 y pueden distinguirse: Diaclasas discontinuas – diaclasas onduladas, rugosas o irregulares – diaclasas onduladas, lisas – diaclasas onduladas, perfectamente lisas- diaclasas planas, rugosas o irregulares – diaclasas planas, lisas – diaclasas planas, perfectamente lisas – diaclasas con relleno de minerales arcillosos de espesor suficiente que no permiten el contacto de las caras de la discontinuidad – diaclasas con relleno arenoso, gravoso o roca triturada de espesor suficiente para no permitir en contacto entre las caras de la discontinuidad.

Ja: Es el índice de alteración de las discontinuidades. Como su nombre indica mide las alteraciones de las juntas. Se distinguen tres grupos dependiendo de si están o no en contacto los planos de discontinuidad: a) contacto entre los planos de discontinuidad, b) contacto entre los planos de discontinuidad ante un desplazamiento cortante inferior a 10 cm y c) no existe contacto entre los planos de las juntas ante un desplazamiento.

Dentro de cada grupo hay varios campos en función del grado de alteración y presencia de minerales arcillosos cuyos valores extremos oscilan entre 0,75 para las discontinuidades cerradas, duras, sin reblandecimiento, impermeable, cuarzo y 20 para las discontinuidades abiertas con rellenos de arcilla gruesos.

Jw: Factor de reducción por la presencia de agua. Se trata de un coeficiente que minora el índice Q en función de la entrada de agua a la excavación. Alcanza un valor máximo de 1,0 para excavaciones secas o pequeñas surgencias y un valor mínimo de 0,05 para fluencias excepcionalmente altas o de presión elevada de carácter persistente (>10 kg/cm²).

SRF: SRF significa Stress Reduction Factor en ingles y es un factor que evalúa el estado tensional del macizo rocoso. El valor fluctúa entre 0,5 y 400.

Se distinguen 4 grupos para evaluar el coeficiente SRF:

• zonas débiles que intersectan a la excavación pudiendo producirse desprendimientos de roca a medida que la excavación del túnel va avanzando
• rocas competentes, problemas tensionales en las rocas
• rocas deformables: flujo plástico de roca incompetente sometida a altas presiones litostáticas
• rocas expansivas: actividad expansiva química dependiendo de la presencia de agua.

A partir de lo mostrado anteriormente se presenta a continuación los valores característicos del índice Q para poder determinarlo con exactitud:

Índice Q. Barton, 2000.